硫铁矿的焙烧计算

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1．燃烧反应的计算

(1)矿渣产率X的计算

❶ 计算通式

【说明】矿渣系指从炉床排出的炉渣和由炉气带出的炉灰的总称。假定矿渣中的硫和在原矿中的硫是以同一化合物形式存在，生成的矿渣对所用干矿石的重量比率称为矿渣产率。

【公式】

【例】焙烧硫铁矿时，矿含硫24．0%，渣含硫0．8%，由图上方横坐标轴上C_s=24．0%一点a画垂直线与图中的FeS₂曲线交于b点，再由b点画水平线与C_s(渣)=0．8%的斜线交于c点，由c点画垂直线与图下方横坐标轴交于d点，则

得η_s=97．15%。

(3)炉气体积和空气用量计算

❶ 炉气体积V_气

【说明】对于焙烧1t硫铁矿，如不生产SO₃，炉气的体积由式1－3－6计算；当气体中含有SO₂+SO₃时，则按式1－3－7计算。燃烧1千克硫化物时炉气体积见图1－3－2和表1－3－4

表1－3－4 燃烧1kg硫铁矿时炉气体积和空气消耗量

表1－3－7 炉气中SO₂和SO₃的关系

(1mmHg=1．333×10²Pa)

❸ 曲线图法

【说明】含SO₃湿气体的露点温度，见图1－3－7。

(1mmHg=1．333×10²Pa)

【例】 含SO₃0．05%(分压为3．8Pa)，含水3%(分压为228Pa)的炉气，从图中可以查得其露点温度约为19．3℃，开始冷凝时的酸雾浓度约为93．5%。

(12)炉气的重度

【说明】炉气重度的计算见式1－3－25；在标准状态(0C，1．013×10²Pa)下，不同SO₂浓度的炉气重度见表1－3－11。

表1－3－11 不同SO₂浓度下的炉气重度(1kg／m³=9．81N／m³)

【公式】

γ_混=n₁γ₁+n₂γ₂+……+n_nγ_n (1－3－25)

式中 γ_混——混合气体的重度(N／m³)

n₁、n₂、n_n——在混合气体中各组分的体积百分数(%)

γ₁、γ₂、γ_n——混合气体中各相应组分的重度(N／m³)

2．热反应过程的计算

(1)热反应效应计算

❶ 含硫原料热效应

【说明】如果硫铁矿中燃烧的部分仅是其中的硫，含硫原料各种热效应可用式1－3－26表示；各种含硫原料燃烧时的热效应见表1－3－12。

表1－3－12 各种含硫原料燃烧时的热效应(1kcal=4．1868kJ)

【公式】 Q=AC_sη_s=AC_s(烧) (1－3－26)

式中 ．Q——反应热效应(kcal)

C_s——硫铁矿中含硫量(%)

η_s——硫的利用率(%)

C_s(烧)——燃烧过程中烧出的硫量(%)

C_s(烧)=C_sη_s

A——系数，其值见表1－3－12。

❷ 燃烧1kg含碳硫铁矿释出的热量

【公式】 Q=AC_s(烧)+78．3C_c (1－3－27)

式中 Q——热量(kcal)

C_c——硫铁矿中含碳量(%)

(2)硫铁矿的燃烧时间计算

【说明】硫铁矿的成层燃烧时间τ可用式1－3－28计算，但该式仅可作为相对计算之用。

【公式】

式中 τ——必要的燃烧时间

d——块矿的平均直径

η——硫的利用率(烧出率)

E——表观活化能

e——自然对数的底

R——常数，1．93kcal

T——绝对温度(°K)

C_o2——氧的平均浓度

σ——燃烧层厚度的倒数

K₀、m、n、——系数，其值取决于物料的混合程度和炉的结构特性；K₀同时取决于原料的性质

(3)硫铁矿的燃烧反应速度常数K

【说明】在悬浮状态下燃烧粉状硫铁矿的燃烧速度的视在常数可用式1－3－29表示。K与温度的关系见表1－3－13。

表1－3－13 粉状硫铁矿的燃烧速度与温度的关系

【公式】

式中 K——反应速度常数

S_H——硫铁矿中硫的最初含量(%)

S_k——矿渣中硫的最终含量(%)

τ——反应时间，见式1－3－28

(4)硫铁矿的燃烧温度及炉壁散失热量

【说明】硫铁矿在空气中燃烧时的理论燃烧温度见表1－3－14；但实际可能达到的燃烧温度要比理论值低，因为需要考虑炉壁向周围介质中损失的热量，见式1－3－30。

表1－3－14 硫铁矿在空气中的理论燃烧温度

【公式】

Q=α_总F_壁(t_壁－t₂) (1－3－30)

式中 Q——损失于周围介质中的热量(kJ／h)

F_壁——炉壁表面积(m²)

α_总——给热系数［kJ／(m²·h·℃)］；当壁面温度为50～350℃时，作近似计算：α_总=33．5+0．21t_壁

t_壁——炉壁表面温度(C)，当内衬300mm厚的的耐热混凝土时，经试验在沸腾层部位为180℃，在上部为80～108℃。

t₂——周围介质的温度(℃)。