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1、回转窑和余热锅炉系统的冶炼及热力学计算朝鲜锌工业集团现有冶炼废渣50万吨左右。物料组成为:Zn9%，铅 4.9%,银150g/t.,并且在每天生产中还要排出废渣。通过焙烧收集技术，可 以把锌铅通过焙烧的提取，根据现有原料计算可以提出含量50%左右次氧 化锌和氧化铅。1 介绍- 工艺系统朝鲜端川锌厂历年来锌系统产出的锌废渣一直堆存而未处理，为回收 其中锌金属及其它有价金属，决定建设2台O3x45m锌废渣回转窑，捕集 的氧化锌进行浸出、净液、电解最终获得电锌，由于氧化锌的湿法处理系 统需要蒸汽，为此厂方决定在回转窑后增设余热锅炉，回收回转窑烟气中 的余热，产出低压蒸汽供电锌生产使用。- 生产能力
2、回转窑单台日处理原料200吨，配套收集系统、脱硫系统，每天单台可收 集50%的次氧化锌30-35 吨，两套设备可以完成日处理400吨原料的计划， 每天可收集50%的次氧化锌60-70吨。- 工艺介绍 将含锌渣混入无烟粉煤或焦粉,用加料装置进入回转窑内，由于窑内体具有倾斜度和一定的转速，炉料在室内不断运动，配入的还原煤中的碳，在 高温作用下，使原料中的Zn还原形成金属锌，在大于1000C下，锌剧烈挥 发成锌蒸汽，并与窑头进入的空气，迅速被氧化成ZnO,氧化锌随烟气一道 进入沉降室及余热锅炉。余热锅炉采用直通式结构，全自然循环，窑尾550C烟气进入前段膜式 水冷壁组成的沉降室，用于冷却和沉降粗烟尘
3、，这部分含氧化锌较低的粉 尘可返回配料，后段是带有对流管束的蒸发区，这部分含氧化锌较高的粉 尘可直接送入表面冷却器进收集系统，本锅炉设计换热面积约600出余热锅炉烟气温度为300C左右，送入表面冷却器，锅炉为支撑式结构。锅 炉清灰采用振打和爆破清灰相结合，对膜式水冷壁，设置一部分高效弹性 振打机，对流管束采用脉冲爆破清灰，设置打焦孔。锅炉保温采用硅酸铝 纤维隔热层，加彩钢板作防护层。烟气通过表面冷水烟道，被冷却至160C以下，通过引风机进入布袋收 尘室，被布袋捕集的氧化锌粒子落入集尘斗，定期排除包装出售或自用。 渣中的锌、铅等被挥发进入烟尘。剩余的融熔状态的高温渣，不断沿窑室 头排出。剩余废气
4、通过除硫设备处理后，通过烟囱排入大气中。纵切面r-50横断面回转窑和余热锅炉的技术性能回转窑余热锅炉回转挥发窑尺寸x45m转速-0.51.35rpm电机-75kw窑尾烟气量20000Nm3/h最低出窑烟气温度550 C 风机锅炉工作压力1.25MPa蒸汽温度190 C饱和蒸汽量2.4-3t/h给水温度20 C出余热锅炉烟气温度300 C（进入表面冷却器）沉降室图纸2 厂方提出的问题 将沉降室的温度提咼到650C以上其原因为：第一、锌渣中铅含量高（大约6.7%），而在回转窑内铅挥发物 主要是PbS，为了 PbS氧化变成PbO,必须将沉降室的温度提高到650C以上; 第二、朝鲜 X 厂的回转窑氧化
5、锌生产线的运行经验来看，从回转窑进来的 烟气含有未烧好的大量的煤粉，所以提高沉降室的温度，使煤粉充分燃烧 因而减少沉降物的杂质含量并改善 PbS 的氧化条件。第三、减少返回料量 在沉降室内鼓吹二次空气，并采取措施随着沉降室温度的变化鼓风量的 自动控制3 在回转窑内进行的化学反应及成分变化（厂方的想法）1）回转窑内部各区的功能 烘干和预热段（8-10m, 550-600C） 功能：干燥原料，除去结晶水，加热到反应开始温度。 还原段（15-25m, 1000-1150C）功能：猛烈分解硫化物，发生镉（Cd）的升华、硫酸盐的还原、磁铁矿 的分解、铁酸盐的还原、锌、铅等金属氧化物的还原。凝聚硫化物形成
6、炉渣 升华段（25-40m, 1100-1300C）功能：发生ZnO和FeO的还原、ZnS的分解（利用Fe和Cu）、铅的 硫化和升华。 炉渣形成段（900-1000C）功能：结束锌和铅的升华，发生铁等金属氧化物的还原。2）回转窑内炉料的反应-锌锌在锌渣中以硫酸盐、硫化物、铁酸盐、硅酸盐和铝酸盐的形式存在。在回转窑中这些盐通过以下反应被还原、蒸发和氧化；ZnO+C=Zn +CO（汽）ZnO+CO=Zn +CO（汽）2-2CO+O =2CO22CO +C=2CO22Zn +O =2ZnO（汽）2除了上述的反应以外，在回转窑的各温度段发生锌化合物的直接还原；ZnSO +4CZnS+4CO4ZnSO
7、+3CZnO+3CO +1/2S42通过上述反应产生的部分ZnO与SiO2和A12O3发生反应，形成硅酸盐和铝 酸盐炉渣；2ZnO+ SiO 2ZnO SiO22ZnO+ Al O ZnO Al O2323铁酸锌在1050C以上全部还原而分解；3（ZnOFe O ）+C=3ZnO+2Fe O +CO2 33 4Fe O +3CO=2Fe+3CO2如果炉料含有CaO或MgO，铁酸锌的分解反应更加速。ZnOFe O +CaO=CaOFe O +ZnO2323ZnOFe2O3+MgO=MgOFe2O3+ZnO硅酸盐、铝酸盐、硫化锌和氧化锌被金属铁还原；ZnO SiO +FeZn +FeO SiO2（
8、 汽）2ZnO Al O +FeZn +FeO Al O2 3（ 汽 ）2 3ZnS+FeZn +FeS（汽）ZnO+FeZn +FeO（汽）除了上述的反应以外，锌蒸汽通过以下反应形成；2ZnO+ZnS3Zn +SO（汽）2ZnS+ CaO+C= Zn +CaS+CO（汽）总之，通过上述的反应路径，ZnSO4在回转窑的前1/2区完全分解，并铁4酸锌也部分分解，在剩余1/2区铁酸锌和氧化锌完全分解，从而炉渣中锌 含量降低到 2%以下。-铅 铅在锌渣中以硫酸盐形式存在。PbSO4的还原主要在回转窑的前1/2区进行，通过以下反应，大部分还原成 PbS;PbSO +2C=PbS+2CO42PbS在60
9、0C开始挥发，在1000C以上猛烈挥发。3PbSO + PbS =4PbO+4SO42PbO在750C开始挥发，在1000C以上猛烈挥发。少量PbS与PbO或PbSO4反应而形成金属铅；4PbSO + PbS =Pb +2SO4（ 汽 ）22PbO+ PbS =3Pb +SO（汽）2金属铅的沸点较高（1700C以上），在回转窑内不挥发，而阻碍炉料的还 原和蒸发过程。所以在处理铅含量较高的锌渣时，必须得增加鼓风量，提 高烟气温度。4回转窑、氧化沉降室和余热锅炉的热力学计算（厂方计算）1） 计算条件出窑烟气成分（余热锅炉厂提供）出窑烟气SO2.COCO2.ON2H O2成分0.034-18.944
10、1.26169.33610.425余热锅炉热力学计算（余热锅炉厂提供）符号单位沉降室1烟道2烟道3烟道管直径x厚度dxsMm0 51x40 38x4, 0 76x6传热面积Hm2200119154155烟气进口温度OC550462398342烟气出口温度0C462398342300气速Wm/s0.73.743.723.67温差AtC310234174.5126传热系数kKcal/m h10181615传热量QKcal/h0.62x1060.5x1060.43x1060.3x106窑尾烟气量 ：20000Nm3/h窑尾烟气中灰尘量：69.27g/N m3窑尾烟气温度：550C每日处理的锌渣量（1
11、 台）： 150t/d 煤炭量（1 台）: 75t/d锌渣中 Zn 含量 10%（收得率： 90%、15t/d, 562.5kg/） 锌渣中 Pb 含量 6.27% （收得率：95%、9.045t/d, 372.4kg/h） 2） 鼓风量计算-与煤炭反应的空气量燃烧1kg煤所需要的空气量：7 N m煤炭种 C 含量-73% （lh） :2.281t/h炉渣中未烧的C含量（lh） : 0.708t/h参加反应的 C 量（lh） : 2.281t/h- 0.708t/h=1.573t/h参加反应的煤量（lh） : 1.573/0.73=2.155t/h与煤炭反应的空气量（lh） : 2.155x1
12、000x7=15085N m/h -形成ZnO灰尘需用的空气量锌渣中 Zn 化合物种类和分配Zn化合物ZnSZnOZnOFe O23ZnO SiO2ZnSO4分配率/%3l.329.7l9l.6l8.4ZnS-l00%还原成金属锌，形成ZnO灰尘。ZnO-l00%还原成金属锌，形成ZnO灰尘。ZnOFe2O3-l00% 还原成金属锌，形成ZnO灰尘。ZnO SiO2不能还原，留在炉渣中。ZnSO4 -75.37还原成金属锌，形成ZnO灰尘，剩余42.63%转变ZnOSiO2，留在炉渣中。形成 ZnO 灰尘需用的氧气量： 0.076t/h空气量： 76/0.23=330.4kg/h =256Nm
13、/h-形成 PbO 灰尘需用的空气量锌渣中Pb含量是6.27%，主要以PbS状态蒸发，进一步氧化形成PbO。 但回转窑内部在还原气氛， PbS 的氧化反应难以进行，所以窑尾烟气中铅化 合物由40%PbO和60%PbS组成。锌渣中 Pb 蒸发率是 95%，蒸发量 0.372t/h（其中 PbS： 0.372x0.6=0.223t/h， PbO： 0.372x0.4=0.l49t/h ）形成 PbO 灰尘需用的氧气量：0.149xl6/207.2=0.0115t/h 11.5kg/h 空气量：11.5/0.23=50 kg/h 38.7N irf/h- 总空气量计算量： 15085+256+38.
14、7=15379.7 Nrf/h其他氧化反应需用的空气量15%-15379.7 N rf/hx0.15=2306.9 N rf/h出窑烟气中氧含量 1.261%-1155N rf/h, 5%-2375.6N rf/h总鼓风量1900024000N rf/h3）回转窑热力学计算- ZnS通过以下反应形成锌蒸汽；100%- ZnS+FeZn +FeS -25780cal/（汽） 为了简化热力学计算，假定 100% ZnS- ZnO50%- ZnO+C=Zn +CO -56754cal/mol（汽）50%- ZnO+CO=Zn +CO -15534cal/mol（汽）2- ZnOFe O233（ZnOFe O ）+C=3ZnO+2Fe O +CO - 807.88 kcal/mol2 33 4- ZnSO4ZnSO +4CZnS+4CO -89.76 kcal/mol4ZnSO +3CZnO+3CO +1/2S-77.12 kcal/mol42- PbSO4PbSO +2C=PbS+2CO -60.1 kcal/mol424）反应热计算（1）发热反应-煤炭的发热反应煤炭中C量-1573kg/h
