反射炉课程设计

反射炉课程设计 湖南工业大学课程设计 目 录 第1章 概述 ........................................................................................1 1.1 反射炉结构...................................................................................................... 1 1.2反射炉的优缺点............................................................................................... 2 1.3 反射炉使用的燃料与内热传递...................................................................... 3 1.3.1 燃料........................................................................................................ 3 1.3.2内热......................................................................................................... 3 1.4 炉型的确定...................................................................................................... 3 第2章 燃料燃烧和炉子热平衡计算 ...................................................5 2.1 已知条件.......................................................................................................... 5 2.2 炉子装料量的计算.......................................................................................... 5 2.3 重油低发热量.................................................................................................. 5 2.4 空气需要量...................................................................................................... 5 2.4.1理论干空气量......................................................................................... 5 2.4.2理论湿空气量......................................................................................... 5 2.4.3雾化蒸汽用量......................................................................................... 6 2.5 实际燃烧产物生成.......................................................................................... 6 2.6 燃烧产物密度.................................................................................................. 6 2.7 燃烧温度计算.................................................................................................. 6 2.8 炉子热平衡及燃料消耗量计算...................................................................... 7 2.8.1 热收入.................................................................................................... 7 第3章 炉子结构及主要尺寸的设计 .................................................10 3.1炉床面积......................................................................................................... 10 3.2长度与宽度..................................................................................................... 10 3.3炉膛高度......................................................................................................... 10 3.3.1 熔池深度.............................................................................................. 10 3.3.2 炉膛净空高度...................................................................................... 11 3.4下压炉顶处炉膛垂直断面............................................................................. 11 3.5 炉砌体的设计.............................................................................................. 12 3.5.1 炉顶...................................................................................................... 12 ...................................................................... 13 3.5.2 炉墙................................ 3.5.3 炉底...................................................................................................... 13 3.5.4 炉门...................................................................................................... 13 3.5.5 扒渣口.................................................................................................. 14 3.5.6 放铜口.................................................................................................. 14 第4章 炉子主要性能指标的验算 ....................................................15 4.1 最终热平衡及燃料消耗量核算.................................................................... 15 4.1.1 热收入.................................................................................................. 15 4.1.2 热支出.................................................................................................. 15 4.2 主要结构参数及工作指标的验算................................................................ 17 I 湖南工业大学课程设计 4.2.1 燃烧空间施热率.................................................................................. 17 4.2.2 炉气流速验算...................................................................................... 18 4.2.3 床能率.................................................................................................. 18 4.2.4 燃料消耗.............................................................................................. 18 4.3 炉子主要结构参数及技术性能................................................................ 18 第5章 炉子主要辅助设备 ..............................................................20 5.1进出料装置..................................................................................................... 20 5.1.1人工加料............................................................................................... 20 5.1.2加料机加料........................................................................................... 20 5.1.3现状....................................................................................................... 20 5.2供风排烟系统................................................................................................. 20 5.2.1供风装置............................................................................................... 20 5.2.2排风系统............................................................................................... 21 5.3余热利用系统................................................................................................. 22 总 结 .................................................................................................23 参考文献............................................................................................24 附录 ...................................................................................................25 II 湖南工业大学课程设计 第1章 概述 反射炉一种室式火焰炉，燃料在燃烧室燃烧，生成的火焰靠炉顶反射到加热室加热坯料的炉子。炉内传热方式不仅是靠火焰的反射，而且更主要的是借助炉顶、炉壁和炽热气体的辐射传热。 1.1 反射炉结构 (1)炉底:按照炉底与炉基的关系分为架空炉底和实炉底;按照炉底结构分为砖砌反拱炉底和烧结整体炉底。 周期作业的精炼反射炉与熔炼反射炉多采用砖砌反拱炉底，一般厚为700~900毫米。由下而上依次为:炉底铸铁板或钢板、石棉板(10~20毫米)、粘土砖(230~345毫米)、捣打料层(50~100毫米)以及最上层砌的镁砖或镁铝砖反拱(230~380毫米)。炉底反拱中心角视熔体比重和深度而定。熔体比重和深度大时，反拱中心角宜较大，如对熔池深1.3~1.4米的粗铅连续精炼炉，一般采用180?的反拱中心角。其他情况下多用20?~45? (2)炉墙:熔炼反射炉的内墙多采用镁砖、镁铝砖砌筑。有些重要部位如铜熔炼反射炉的粉煤燃烧器附近及转炉渣口等，为了延长使用寿命均采用铬镁砖砌筑。熔点较低的金属的溶化炉可用黏土砖砌筑。外墙一般采用粘土砖。 铜熔炼反射炉熔池上部炉墙的厚度一般为460~690毫米。为延长炉墙寿命，熔池下部逐渐错台加厚，最厚处可达900~1290毫米，端墙下部厚达1000~1400毫米。熔池部分的炉墙外面一般设有炉墙护板。对周期作业的炉子因炉温波动较大，为增加炉墙结构的稳定性，往往砌成弧形，避免炉墙向炉膛内倒塌。 为延长炉墙的使用寿命，可在熔池渣线一带的炉墙外面设置水套。 (3)炉顶:反射炉炉顶结构形式很为砖砌拱形和吊挂炉顶。吊挂炉顶又可分为:简易型吊顶、压梁式止推吊顶和立杆式止推吊顶。 (4)加料口及转炉渣注入口:?周期作业熔炼反射炉炉顶加料口。炼锡、炼铋和处理铅浮渣等几种周期作业的熔炼反射炉，其加料口一般均设在炉顶。加料口的大小视炉料的条件而定。炉顶加料口一般是做成水套式的。?粗铜精炼反射炉加料口。粗铜精炼反射炉一般从操作门加料，也有少数在炉顶加料的。加料口的尺寸按加入铜块的外形大小及加料方式来确定。采用机械加料时，加料口一般为1500×900毫米，人工加料口一般为1200×600毫米。?连续作业有料坡熔炼反射炉炉顶加料口。目前国内铜熔炼反射炉均采用料坡 熔炼，其加料口均对称设在炉顶两侧沿炉长方向排列，加料口的中心距一般为9~1.2米。加料口尺寸一般为(150~250)×(200~300)毫米，按加料量及料中水分不同而定，也可将位于 1 湖南工业大学课程设计 高温区的加料口设计大些。目前国内大型铜熔炼反射炉炉顶加料口数量多达56个。加料口的中心线至炉侧墙内沿的距离一般为200~300毫米，加料口中心线与水平线的夹角一般不小于60?。?转炉渣注入口。需在铜熔炼反射炉中处理转炉渣时，其注入口宜设在前端使渣流方向尽量与侧墙平行，以避免冲击和破坏料坡。考虑到转炉渣对炉砌体的侵蚀和冲刷，注入口附近的砌砖一般应(大于700毫米)，或设水冷装置。 (5)放出口:?洞眼式产品放出口?扒口式产品放出口。周期作业反射炉，如炉内同时存在熔渣、冰铜和粗金属等多层熔体，多采用扒口式产品放出口。?虹吸式产品放出。虹吸式产品放出口具有操作方便、安全，可改善劳动条件、减轻劳动强度、提高产品质量等优点。 (6) 工作门:周期作业反射炉的工作门用于加入块料、插入氧化吹风管、还原油管、进行氧化还原操作以及向炉内加入溶剂等，工作门的数量及位置视炉子大小而定。小炉子(30吨以下)炉门上设有窥视孔，大炉子炉门上设有风管油管插入孔(φ250~350)。 炉门的开启与关闭，有平衡锤人工控制、手动葫芦卷扬和电动卷扬等，也可采用气动装置。 连续作业铜熔炼反射炉工作门为施工过程中筑炉材料的运送和工作人员进出之用，在炉子点火前即用与砖墙相同的耐火砖砌满。工作门一般设在熔池渣线以上的炉子侧墙上。大型铜熔炼反射炉也有利用转炉渣口进出而不另设工作门的。 (7)烟道:周期作业反射炉通常采用竖式烟道。当炉子宽度不大、竖烟道垂直部分不高时，可直接压在炉子的拱定上，此处拱顶可采用“加强拱环”，已曾受烟道的荷重。 (8)火桥:设烧煤火室的周期作业反射炉，其火桥在生产过程中易被侵蚀损坏，一般选用较好的耐火材料砌筑并在墙内设水套或自然冷却风道。故火桥砌体叫厚。火桥不宜太高防止低温死角。 1.2反射炉的优缺点 反射炉是以粉煤或重油燃烧的高温烟气将炉内物料加热，或完成氧化或还原等熔炼作业过程的传统设备。反射炉具有结构简单，对原料及燃料的适应性较好，炉体寿命长，操作方便，容易控制，作业率高，适合大规模生产，生产中耗水量较少等优点 目前，反射炉熔炼约占世界铜总生产能力的30,,40,。反射炉生产的主要特点是燃料消耗较大，热效率较低(一般只有15,,30,)，造锍熔炼反射炉还存在脱硫率低及烟气中二氧化硫浓度低、不能加以回收致使污染环境，占地面积大，消耗大量耐火材料等缺点 2 湖南工业大学课程设计 1.3 反射炉使用的燃料与内热传递 1.3.1 燃料 精炼反射炉可用原煤、粉煤、重油作燃料。 重油发热值高，升温速度快，燃烧过程易于控制和调节，是大多数工厂火法 。精炼炉的理想燃料。一般重油加热到90~130C。 本设计采用燃料为重油，发热值，重油燃料成分(%):C85.3%;H11.5%;O0.3%;N0.2%;S0.6%;A0.1%;W2.0%。 1.3.2内热 。在反射炉内燃料产生的炽热气体温度高达1500C以上。 炉气以辐射和对流的方式将所含的热量传递给被加热或熔化的物料、炉顶和炉墙。 炉顶和炉墙又以辐射方式传递给被加热的物料，使物料熔化。 1.4 炉型的确定 反射炉不同纵断面形状、特点和应用如表1-1，由于年处理粗铜3万吨，产量比较小，从节能方面考虑，选用周期型反射炉精炼铜。所选用的反射炉示意图如图1-1。 图1-1 反射炉示意图 3 湖南工业大学课程设计 表1-1 不同内型的反射炉 纵断面形状 特 点 应 用 炉顶平直，炉气对炉顶冲刷作用小。 多用于铜精矿或熔砂的冰铜熔炼。 炉尾炉顶倾斜下压，有利于传热及炉多用于炉气含尘量少及要求炉温分 压的分布。 布均匀 固体燃料供热，炉顶前端为驼峰。 用于炼锑及处理铅浮渣。 4 湖南工业大学课程设计 第2章 燃料燃烧和炉子热平衡计算 2.1 已知条件 粗铜年处理量:7万吨 粗铜品位:99%，全部冷料 重油燃料成分:C82.90%;H12.97%;O0.70%;N0.49%;S1.5%;A0.08%;W1.36% 年工作日:320天 ;炉作业时间:14.5h 实收率:98% 每炉作业时间为14.5h，各期分配如下: 周期 加料 熔化 氧化 还原 浇铸 合计 时间/h 4.5 4.0 0.83 1.0 4.17 14.5 一年内临时停炉日数:10d 炉龄和修炉时间根据工厂生产实践确定 2.2 炉子装料量的计算 炉子实际年处理量81000A,,,253.13日处理量:(t/d) 炉子平均年工作日数320 根据生产实践取日作业率为0.97 , ，253.13A每炉作业时间装料量:(t/炉) ,,,157.66G,24157.66 2.3 重油低发热量 用用用用用用[1]Q,[81C，246H，26，S,O，,6W]，4.18低 [81，82.90，246，12.97，26(1.5,0.7),6，1.36]，4.18 (/)kJkg = 41457.91 2.4 空气需要量 2.4.1理论干空气量 3[1](m/kg) L0,0.0889C，0.2667H，0.0333(S,O),10.86 (按重油的元素组成计算) 2.4.2理论湿空气量 3湿[1]m/kgL,10.86，0.00124，97.85，0.7，10.86,11.78() 0 (按供风温度50?，相对湿度70%计算) 由于采用高压雾化，雾化及混合效果比较好，故取空气系数α=1.22，实际空 5 湖南工业大学课程设计 气量: 3[1] (m/kg) L,,L,1.22，10.86,13.25n0 [1]湿湿3 L,,L,1.22，11.78,14.37(m/kg)n0 2.4.3雾化蒸汽用量 采用表压0.4MPa的饱和蒸汽做雾化剂，1kg重油用量为0.5kg，故按1kg油 3计进入燃料产物的蒸汽量为 0.522.4/180.62()，,m2.5 实际燃烧产物生成(烟气成分) 用3[1]V,0.0187C,0.187，82.90,1.55(m/kg)CO 2 用用干3[1]V,0.112H，0.0124W，0.00124,g,1.46(m/kg)HO水 2 用3[1]V,0.007S,0.007，1.5,0.01(m/kg)SO 2 3[1]V,0.21(,,1)L,0.21，(1.2,1)，10.86,0.46(m/kg) o02 用3[1] V,0.008N，0.79L,0.008，0.49，0.79，13.25,10.47(m/kg) Nn2 3[1] V,V,13.95(m/kg) ,n 燃烧产物组成(烟气成分体积百分比): VCO[1]2 CO,，100%,11.11%2Vn VHO[1]200HO ,，100,10.47002Vn VSO[1]200SO ,，100,0.07002Vn VO[1]200O ,，100,3.29 002Vn VN[1]200N,，100,79.14 002Vn 2.6 燃烧产物密度(烟气密度) 用1,A，1.293L1,0.08，1.293，13.253[1]n,,,,1.29(kg/m) oV13.95n 2.7 燃烧温度计算 单位燃料的空气量所含有的物理热 Q空 [1] Q,CLt,1.327，14.37，50,953.45(kJ/kg)空空空空重油Q单位重油所带的物理热 燃 重油[1]Q,Ct,1.967，95,186.87(kJ/kg) 燃重油燃 6 湖南工业大学课程设计 QkJkg,，,0.5639319.5(/) 汽 (0.4MPa的饱和蒸汽热焓为276kJ/kg，其中汽化热为2108kJ/kg，故物理热 为2747-2108=639(kJ/kg) 用重Q，Q，Q，Q41457.79，953.45，186.87，319.5[1]3低低燃汽 I,,3076.54(kJ/m)0V13.95n 湿湿LL,14.37,11.78[1]n0000燃烧产物中过剩空气含量 V,，100,，100,18.57000LV13.95n [1]根据图1-3使用I、V值查得? t,18950L理 [1]实际燃烧温度t: t=t,理实高温若取,,0.80,则? t,0.80，1895,1516高温实 2.8 炉子热平衡及燃料消耗量计算 按加料熔化阶段考虑，设此阶段内平均每小时燃料消耗量为x kg/h 2.8.1 热收入 (1) 重油燃烧热 用[1]QxQ=kJ/h)( 燃低 3式中 x—单位时间燃料消耗量，kg/h或m/h 用3Q—燃料的低发热量，kJ/kg或kJ/m 低 Q,41457.91(Kg/h) 烧 (2) 空气物理热 [1]湿 Qx=tkJ/h)LC(n空空空 333 式中 L—燃料燃烧的实际空气消耗量，m/m或m/kg n 3o C—空气的定压平均热容，kJ/(m?C) 空 o t—空气的预热温度，50C，取入炉温度 空 Q,CLt,1.327，14.37，50,953.45(kJ/kg)空空空空 (3) 重油物理热 [1]Qx=CCkJ/h)( 燃油油 o 式中 C—燃料的平均热容，对于重油取1.7~2.1kJ/( kg?C) 燃 o t—燃料入炉温度，95C 燃 x—燃料消耗量，kg/h Q,Ct，,1.974，95x,187.53(Kg/h) 燃油油 (4) 蒸汽物理热 [1]Qkix=kJ/h)( 汽 3 式中: k—单位燃料的雾化剂耗量，kg/kg或m/kg; 7 湖南工业大学课程设计 3 i—雾化剂的焓，kJ/kg或kJ/m; x—燃料消耗量，kg/h. QxxKgh,，,,0.5(27472108)319.5(/)汽 (5) 铜料氧化热 3 Q,1298，157.66，10，0.024，1/8.5,577814.63氧化 (假定加料熔化阶段有2.4%的铜被氧化成CuO，其生成热为1298kJ/kg，8.52为加料/熔化周期) 总的热收入(kJ/kg): Q,41457.91x，953.45x，187.53x，319.5x，577814.63,42918.39x，577814.63,收入 2.8.2 热支出 (1) 炉料吸收热 [1] Q=G[(t-t)C+q+(t-t)C]kJ/h)(211322料料熔 式中:G—每小时出炉或处理的物料量，kg/h 料 t、t、t—物料的入炉、熔化及过热温度，? 123 C、C—物料在t至t和t至t的平均热容，kJ/(kg??) 121223 q—物料的熔化潜热，kJ/kg. 熔 QG,[(t-t)C+q+(t-t)C]/8.5 料固熔冷熔熔液最高 3 = [0.4324，(1083,15)，213.5，0.4228(1200,1083)]，157.66，10/8.5 ,19009599.43(KJ/h) (2) 不完全燃烧热损失 设机械性不完全燃烧热损失为1%，按下面的公式计算: 用Q,kxQ,0.01x，41457.91,414.58x(kJ/h)[1]低机 设炉气中CO+HO的含量为0.5%，则化学性不完全燃烧为: 2[1] Q,121xVp,121x，13.95，0.5,843.98(kJ/h) n化 式中:k—机械性不完全燃烧系数，一般取k=0.03~0.05; x—燃料消耗量，kg/h。 3 p—每100m出炉废气中CO的体积含量，一般有焰燃烧时p=0.5~3; 121—系数，废气中含1%的CO时同时含0.5%HO，这种混合物每2 31m的发热为1260KJ。 则总的不完全燃烧损失为: Q,414.58x，843.98,1258.56x(kJ/h) 不完 (3) 炉气带走热损失 [1]QCVx=tkJ/h)( n尘尘尘 式中 C—烟尘的平均热容，kJ/( kg??); 尘 t—烟尘出炉时的温度，?; 尘 8 湖南工业大学课程设计 333 V—单位燃料燃烧的实际烟气量，由燃烧计算确定，m/kg或m/m; n x—燃料消耗量，kg/h。 Q,CtVx,1.5907，1300，13.95,28847.34x(kJ/h)炉气炉气炉气炉气 (4) 通过砖砌体及炉门的各项散热损失 根据经验先假定为总耗量的8%，则总热支出为: 4 Q,(1161.76，10，1258.56x，28847.34x)/0.92,20662608.08，30105.9x,支出 QQ,由 ,,收入支出 42918.39x，499348.24,20662608.08，30105.9x即 得 x,1573(kg/h) 最大重油消耗量按1600kg/h考虑。 9 湖南工业大学课程设计 第3章 炉子结构及主要尺寸的设计 3.1炉床面积 2查表取炉子单位生产率: a,9t/(m,d) A253.132[1] F,,,28.13(m)a9 3.2长度与宽度(L与B) 考虑到本炉用机械加料，允许宽度较大，选取炉膛长宽比n=2.5(一般为2.2, 3.0)，并取形状系数 ,,0.8 Fn28.13，2.5[1] L,,,9.38(m),0.8 F28.13[1]由L=9.38(m)，则 B,,,3.62(m),L0.8，9.38 3.3炉膛高度(h) hhh,， 熔池空 3.3.1 熔池深度 'h熔池平均深度()，并取产渣率1.8% 熔池 GG1157.660.018，157.661金渣[1]h,(，),(，)，,0.59(m)熔池 ,,F8.23.628.13金渣 oh,=27.5最大熔池深度(),并取炉底反拱平均中心角,则: 池 GGBB,,,12金渣[1]hF=(1cos)[()(sin)]/,，，,,(), 池,,22180,,金渣2sin2sin22 3.8213.8227.5,,'2,，(1,cos1345)，0.6,()(,sin27.5)，9.38/28.13,','2sin134522sin1345180 10 湖南工业大学课程设计 ,0.62(m) ,—炉顶反拱中心角，(?)，一般为20~60; 实际上，炉底各横截面反拱中心角不同，深度不一，并考虑到全部加冷料及 加料机操作方便，宜将熔池适当加深，本题取 h,0.7(m)熔池 3.3.2 炉膛净空高度 V(1t+,)1B,,20气,()-sin(),,,36002180,tB(1-cos)2sin[1]22h=+空B,2sin2 ,式中—炉顶中心角，(?)，一般为45~60; 3mh/V—炉气量，。 0 ,t—炉气在炉内的实际流速，m/s，一般为5~9m/s。 t气—炉气平均温度，?，取炉头炉尾温度的算术平均值。 V(1t+,)1B,,20气,()-sin(),,,36002180,tB(1-cos)2sin[1]22 h=+空B,2sin2 3其中 V,946.61，13.95,13205.21(m/h)0 1516，1300t,,1408炉内气体平均温度? 气2 o,,8/ms并取炉气平均流速，炉拱顶中心角,则 ,=38t 140813205.21，(1，)12.5，38,,,273,()(,sin38),,2.5，(1,cos19)3600，822sin19180h,，,1.30(m)空,2sin192.5 故h=0.70+1.30=2.0，取h=2.0m 3.4下压炉顶处炉膛垂直断面 ,,8/ms 取烟气在该处流速, 烟 11 湖南工业大学课程设计 140813205.21，(1，),V(1，t)0气2[1]273,,,,2.82(m) ,36003600，8烟 3.75m，0.6m 故取下压炉顶处炉膛垂直净空高度尺寸为 3.5 炉砌体的设计 3.5.1 炉顶 为了提高炉顶寿命，采用普通吊挂炉顶结构，选用厚300mm的镁铝砖。 1-立柱;2-炉墙;3-炉顶加料孔;4-压梁;5-吊压杆;6-止摆螺帽;7-吊挂;8-吊顶支承大梁;9-筋碎大挂环; 10-轻轨;11-轻轨夹紧螺杆;12-筋碎小吊环;13-炉顶砖;14-炉顶纵向 图3-1 炉顶示意图 12 湖南工业大学课程设计 图3-2 反射炉炉顶加料口示意图 3.5.2 炉墙 炉墙内壁采用镁砖，其厚度为350mm;外壁采用粘土砖，厚230mm。炉墙外侧设40mm厚的铸铁护板。 3.5.3 炉底 采用砖墩架空式炉底，架空高度为300mm，炉底各厚层(自上而下)如下: 镁铝砖反拱层 380mm 镁砂捣固层 60mm 粘土砖层 465mm 钢 板 15mm 图3-3 砖砌体反拱炉底结构示意图 a-单层反拱,b-双层反拱，1-上层反拱，2-下层反拱，3-填料(毛炉胚) 3.5.4 炉门 设两个炉门。考虑采用机械从炉门加料，取炉门宽1300mm，高800mm。 13 湖南工业大学课程设计 3.5.5 扒渣口 设两个扒渣口，均位于与炉门相对的侧墙上，其尺寸为400mm×400mm。为便于扒渣，取扒渣口下沿低于加料口下沿132mm，周围均砌镁砖。 3.5.6 放铜口 采用洞眼式放铜，其位置设在炉尾端墙中部，洞眼尺寸为φ25mm。放铜口砖组材质为镁铝砖。图6-4为扒口式金属放出口。 图3-4 金属放出口结构示意图 14 湖南工业大学课程设计 第4章 炉子主要性能指标的验算 4.1 最终热平衡及燃料消耗量核算 4.1.1 热收入 由第四章按加料及熔化阶段计算。 (1)重油燃烧热 Q,41457.91x(KJ/h)热 Q,953.45x(KJ/h)空(2)空气物理热 (3)重油物理热 Q,187.53x(KJ/h)油 (4)雾化机物理热 Q,319.5x(KJ/h)气 (5)金属氧化反应热 Q,577814.63(KJ/h)氧化 Q,42918.39x，577814.63(kJ/h),收入 4.1.2 热支出 (1)炉料吸收热 Q,19009599.43(KJ/h)料 (2)不完全燃烧 Q,1258.56x(KJ/h) 不完 (3)炉门逸气带走热 炉门开启时逸气量: 2(-)gH,,2400空气 ,VFµ门逸，(1)t,,气气 24002，9.8，0.8，(1.2,0.203),，0.7，2.08， 14080.2031，273 3 = 4980(m/h) 炉门开启时间率为0.177，则逸气带走热 'Q,VCtk,1.5907，1408，4980，0.177,1974211(kJ/h) t开门气逸气逸 炉门关闭时的漏气量约为开启时的10%，即: ''QCVtk逸气逸气开门=t，，,0.1(10.177) ,0.1，1.5907，1408，4980，(1,0.177),917952.2(kJ/h) 总的逸气带走热=1974211+917952=2892163(kJ/h) (4)炉气带走热: 15 湖南工业大学课程设计 炉门逸出炉气量: 3 1291(m/h) V,4980，0.177，0.1，4980，(1-0.177),逸气 Q,1.5907，1300，(13.95x,1245),28847.34x,2574547.95(kJ/h)炉气 (5)通过砖体及炉门散热 通过砖体和炉门的热损失列于表4-1。 表4-1 通过砖体及炉门散热损失 散热量 厚度 内表面积 计算面积 内表面温度 部 位 材 质 备注 22,1/m /m /m /? MJh / 炉 顶 镁铝砖 0.3 20.97 20.97 1374 988 渣线以上 镁 砖 0.35 16.25 17.88 1374 235 0.23 炉 墙 粘土砖 渣线以下 同 上 同上 7.45 8.2 1170 88 炉 墙 镁 砖 0.38 q=9293 毛炉底 ,20.06 外表温度 kJm 炉 底 22.5 36.5 339 0.465 粘土砖 180 ,1 h0.015 钢 板 开启系数 工 作 门 0.6 1.04×2 1374 322 0.177 总散热量 1972 (6) 其他热损失 包括水冷拱脚架、水冷炉门及不可预计的项目 设为燃料燃烧热的2%，即 Q,0.02，41457.91,829.16x(kJ/h) 其他 Q,Q，Q，Q，Q，Q，Q ,支出炉气料不完散其他逸 ,19056310.95，30935.06x(kJ/h) 由热平衡方程:,,QQ支出收入= 30935.06x，19056310.95,577814.63，42918.39x 得加料和熔化阶段的平均小时耗油量:x,1548.56kg/h。燃料消耗量与初步热平衡计算基本相符。最终热平衡列于表4-2。 16 湖南工业大学课程设计 表4-2 加料与熔化阶段热平衡表 收 入 项 支 出 项 项 目 项 目 MJ/h % MJ/h % 燃料燃烧热 炉料吸收热 64200.06 95.57 19000.9 28.34 空气物理热 不完全燃烧 1476.47 2.2 1948.95 2.9 重油物理热 逸气带走热 290.40 0.43 44671.83 66.64 雾化机物理热 494.76 0.78 铜氧化反应热 通过砖体及炉门散热 577.81 1.02 1417.82 2.12 合 计 合 计 67039.5 100.00 67039.5 100.00 4.2 主要结构参数及工作指标的验算 4.2.1 燃烧空间施热率 qQQQQV,，，x+/ ，，vi低空油汽膛 式中——各工艺阶段的重油消耗量，kg/h，根据工厂经验，各阶段燃料消xi 耗量与加料熔化期的平均消耗量(x)有如下关系: x=加料加料期: (0.7~0.85)x=280~340 kg/h x=焖烧焖烧期: (0.9~1.05)x=360~420 kg/h x=熔前熔化前期:(1~1.15)x=400~460 kg/h x=熔后熔化后期:(1.1~1.25)x=440~500 kg/h 33VV——炉膛燃烧空间容积，m。当熔池深度为650mm时，=48.37m 。膛膛 3 V当熔体深面达750mm时，= 44.79m 膛 加料熔化阶段炉膛燃烧空间释热率的波动范围: 67039.533q,，1.163 ,(1740.72~1385.97)，10(W/m)v44.79~48.37 最大炉膛燃烧空间释热率(熔化后期): 320963，1033q,，1.163,544，10(W/m) v44.79 因炉膛燃烧空间释热率大，应该采用雾化性能良好的喷嘴，强化燃烧过程。本设计选用高压蒸汽雾化、高压风套(出口风速约125m/s)、HB型复合式高压喷嘴。另外，为促进雾化并加速着火，以及燃烧过程，将喷嘴安装处炉墙设计成 17 湖南工业大学课程设计 燃烧前室。 4.2.2 炉气流速验算 按最大炉气量 3 V,1600，13.95，(1，1408/273)/3600,38.18(m/s)炉气 按设计确定炉膛各处横截面积及流速如下: 2,1mms 部位 横截面积/ 流速/ 炉头 3.276 11.0 炉中 4.966 7.68 炉尾 2.865 13.32 出口流速较大，要求排烟系统抽力做相应考虑。 4.2.3 床能率 按装料量与每炉冶炼周期验算: 2(m) F,L，B，0.9,9.38，3.82，0.9,32.23床 a,24G/F,,24，157.66/(14，14.5)床炉 2 =8.09(t/md) 验算表明，按经验确定的炉子主要尺寸是适宜的。 4.2.4 燃料消耗 (1)按氧化、还原、浇注 (2)阶段热平衡得该期内的平均燃料消耗x=1548kg/h (2)每炉总的燃料消耗量 ，加料熔化期耗重油=8.5400=3400(kg) ，氧化、还原、浇注期耗重油=6.01548= 9288(kg) 每炉总耗重油=12688kg (3)每吨炉料耗重油:12688/157.66=80.47(kg/t) 4.3 炉子主要结构参数及技术性能表 炉子主要结构参数及技术性能见表4-3。 18 湖南工业大学课程设计 表4-3 炉子主要结构参数及技术性能表 序号 项目 数量 序号 项目 数量 o-1装料量/ t 炉离炉炉气温度/ C1 157.66 10 1300 2 ,33 熔池面积/m 炉膛最大释热率/2 35.83 11 Wm 544×10 炉膛尺寸 9380×3820 ,,21 床能率/tmd 3 12 8.09 (长×宽×高)/mm ×1900 ,1熔池深度(最大)/mm 炉子日处理量/ td 4 1900 13 253.13 重油每小时最大消耗量 每炉作业时间表/h 5 1600 14 14.5 -1 /kg?h HB型高压复合式湍流内 ,1最大空气需要量/ kgh 6 21594.6 15 2 混喷嘴个数/个 ,1雾化蒸汽量(最大)/ kgh 空气压力/kPa 65,70 7 16 975.26 31,最大炉气量变/ 蒸汽压力/MPa mh 8 137448 17 0.5 ,1o 炉料的重油单耗/kgt 炉膛最高温度/ C9 1526 18 80.47 19 湖南工业大学课程设计 第5章 炉子主要辅助设备 [1]5.1进出料装置 精炼炉的加料方法，取决于铜料的性质、炉子的容量和工厂的装备水平。熔融铜料采用铜包子和吊车吊运，直接或通过溜槽加入精炼炉。固体炉料采用下列加料方法: 5.1.1人工加料 人力借助杠杆、气吊和电葫芦气吊并推运，将炉料加入炉内，一般用于小型精炼炉。 5.1.2加料机加料 采用桥式加料机或落地式加料机。 上述个加料方法中，桥式加料机能力大，运转灵活，操作方便，但基建投资高。落地式加料机起重能力可与桥式加料机相当，但操作不灵活，地面轨道影响交通及物料的堆存，但土建投资低。 5.1.3现状 目前国内一般100t以上的精炼反射炉采用3~5t加料机，100t一下采用0.5~1.5t加料机。 固体铜料的加料速度与组织工作和铜料的准备有关，大体上用人工加料时为6~25t/h，用1.5~3t桥式加料机时为25~50t/h，用一顿落地式加料机时为15~25t/h。本设计采用3t桥式加料机。 [1]5.2供风排烟系统 同阳极精炼氧化使用压缩空气，压力为0.1~0.5MPa。压缩空气耗量视铜料中杂质的种类、含量、精炼操作、粗铜吹炼程度等因素而定。一般矿粗铜精炼压缩空气消耗量为15~45m3/t铜。可以根据炉容量、氧化时间、空气单耗、供气压力选择空压机。 5.2.1供风装置 氧化用压缩空气耗量也可以根据插入熔池的风管数目、风管直径与空气压力按一下经验公式计算: V,4.08,p 20 湖南工业大学课程设计 V式中 —鼓入铜液中的压缩空气的量，m3/min; , —插入铜液中总截面积，cm2; P—压缩空气的绝对压力，MPa; 4.08—综合系数 空压机实物如图5-1。 图5-1空压机 [1]5.2.2排风系统 周期作业反射炉通常采用竖式烟道。当炉子宽度不大、竖烟道垂直部分不高时，可直接压在炉子的炉顶上面，此处炉顶可采用加强拱环，以承受烟道的荷重。当炉子宽度较大时或竖烟道较高时，则需另设钢架支撑。斜烟道的长短按车间配 。。置情况而定。其仰角(。)一般为20~30，有的达到45。 像株冶铜精炼的排烟的烟道为1×35m，所用的排烟装置为排烟机，大冶的烟道直径为1m，贵冶的烟道2m;都是用排烟机。烟道结构图如图5-2: 21 湖南工业大学课程设计 图5-2 烟道结构图 [2]5.3余热利用系统 铜精炼出炉烟气温度高达1350?以上,50%以上的热能随烟气带出炉外，应设置废热回收装置加以利用。国内工厂有的将烟气引去作热介质干燥精矿;有的在精炼炉后设置废热锅炉生产蒸汽;有的在精炼炉后设置空气预热装置，加热空气等，根据实际情况采取不同的方式。本设计可以用三级回收装置，一级余热锅炉和两级空气换热器。图5-2为换热器: 22 湖南工业大学课程设计 总 结 本课题是在夏老师悉心的指导下完成的。设计数据算完以后，夏老师帮我仔细的检查了一遍。在计算过程中，老师给了我们认真解答每一个疑点。尽管夏老师会和我们开玩笑，但是他对于学问是非常严肃的。从老师那里我学到了许多的治学态度，这些东西对我今后的学习，生活都有大的作用。在感谢夏老师的同时，我也要感谢一些参考书籍的作者。像《有色冶金炉设计手册》编委会以及周刁民的《有色冶金炉》等。这些资料对本设计帮助很大，在此表示由衷的感谢。 我非常感谢学院给我这样的一次设计。经过这次设计过程，我对整体设计有了一个全新认识。当然，我把cad又复习了一遍，对论文的格式也加深了认识。本次设计是我独立完成，这样不仅可以锻炼我们解决问题的能力，也可以训练我们的思维方式。感谢老师抽出宝贵时间批改我的设计。 23 湖南工业大学课程设计 参考文献 [1]《有色冶金炉设计手册》 编委会. 有色冶金炉设计手册. 北京: 冶金工业出版社，2000 [2] 周刁民.有色冶金炉.北京: 冶金工业出版社，2008 24 湖南工业大学课程设计 附录 反射炉三视图 25