沸腾炉的设计-----设计内容之四第四章沸腾炉热量的平衡计算(一) 热收入1. 精矿带入的物理热Q1=c1m1t1c1=0.18千卡/公斤·度；m1=106.3公斤；t1= 20℃故Q1=0.18×105.485×20=379.746千卡2. 空气带入的物理热Q2= c2V2t2c2=0.31千卡/标米3·度，V2=189米3；t2=20℃Q2=189×0.31×20=1171.8千卡3.放热反应产生的热(1) ZnS +1.502 = Zn0 + SO2+ 105630千卡= 75690.254千卡(2) ZnS+202 = ZnSO4+ 185000千卡=8354.802千卡(3) PbS +1.502 = Pb0+SO2 + 100490千卡=368.283千卡(4) PbS+202 = PbSO4+ 196800千卡= 721.773千卡(5) CdS+1.502 = Cd0+SO2 + 98880千卡=131千卡(6) CdS+202= CdS04 + 187700千卡=252干卡（7）FeS2 = FeS +0.5S2 - 43500千卡119.8 87.8 326.885 5.046 1.839= -2499.98千卡其中生成FeS 5.046公斤；S 1.839公斤。
（8）Fe7S8 = 7FeS+ 0.5S2 +0千卡646.95 614.95 326.905 6.563 0.342其中生成FeS 6.563公斤；S 0.342公斤。
（9）2FeS+3.5O2 = Fe2O3+2SO2 +293010千卡=19371.031千卡（10）2CuFeS2+6O2= CuO+Fe2O3+4SO2 + 481100千卡=3668.584千卡（11）0.5S2+1.5O2 = SO3+109440千卡千卡（SO3的质量为3.81公斤，消耗S 1.524公斤）（12）0.5S2+O2= SO2 + 71104千卡千卡Q3=75690.254+8354.802+368.283+721.773+252+1459.854+19371.031+ 5212.08-2499.98+3668.584=112598.681千卡热收入=Q1+Q2+Q3= 379.746+1171.8+112598.681=114150.227千卡(二)热支出1．烟尘带走的热设从沸腾炉出来的烟尘温度为900℃，其比热为0.20千卡/公斤，度。
则Q尘= 36.308×900×0.2=6535.44千卡2.焙砂带走的热设焙砂温度为850℃，比热为0.20千卡/公斤·度。
则Q焙=51.633×850×0.2=8777.61千卡3.炉气带走的热设炉气出炉温度为900 ℃,炉气各组份比热为(千卡/米3·度) O2 N2 H2O SO2SO30.350 0.333 0.403 0.529 0.771则Q炉气=(4.52×0.350+150.30×0.333+20.27×0.529+1.07×0.771)×900 +6.83×0.403×(900-100)=59063.722千卡4．锌精矿中水份蒸发带走热Q蒸=G水(t100-t水)C水+G水r式中: G水—锌精矿中水分的重量，公斤；t水—锌精矿中水分的温度，℃；C水—水的比热，千卡/公斤·度；r—水的汽化热，千卡/公斤。
故Q蒸=5.485×(100-20)×1 + 5.485×539 = 3395.215千卡5. 通过炉壁和炉顶散热所损失的热Q散= qFτ(6-2-12)式中: q—每小时经过每平方米炉壁及炉顶的热损失，千卡/米2·小时；F—沸腾炉炉壁及炉顶的总面积，米2；τ—处理105.485公斤精矿所需的时间，小时。
(1)先确定qq=K(t内壁-t空气) ，kcal/m2·hK=1/(∑+ )，kcal/m2·h·℃炉壁：炉子内衬粘土砖厚345毫米，填料20毫米，钢板外壳10毫米，炉壁内表面温度870℃,炉壳外表面温度为119℃.传热系热(千卡/米2·小时·度):粘土砖—0.6+0.00055×t均= 0.6+0.00055×（）=0.945千卡/米2·小时·度；填料—0.1千卡/米2·小时·度；铁壳—39千卡/米2·小时·度。
故传导传热热阻∑= + + =0.565m2·℃·h·kcal-1炉外壁对空气的对流给热系数α对=C(t外壁-t空气) 0.25=2.2×（119-20）0.25=6.940 kcal∕㎡·h·℃式中：C—垂直面系数取2.2炉外壁对空气的辐射给热系数α辐=ε外壁·C。
·ф=0.6×4.88×1.641=4.805kcal∕㎡·h·℃式中：ε外壁—炉外壁黑度（0.4～0.8）取0.6C。
—黑体辐射系数4.88 kcal∕㎡·h·℃·K4ф—温度函数。
ф= = =1.641 K4炉外壁对空气的总给热系数α总=α对+α辐=6.940+4.805=11.745 kcal∕㎡·h·℃炉内壁—空气的（综合）传热系数K垂直=1/(∑+ )=1/(0.565+ )=1.531kcal/m2·h·℃故q垂直=K垂直(t内壁-t空气)=1.531×（870-20）=1301.35kcal/m2·h炉顶:粘土砖厚250毫米;炉顶外侧温度：163℃故传导传热热阻∑= =0.283 m2·℃·h·kcal-1炉顶外壳对空气的对流给热系数α对=C(t外壳-t空气) 0.25=2.8×（163-20）0.25=9.683 kcal∕㎡·h·℃式中：C—水平面系数取2.8炉顶外壳对空气的辐射给热系数α辐=ε外壳·C。
·ф=0.6×4.88×2.012=5.891kcal∕㎡·h·℃式中：ε外壳—炉外壁黑度（0.4～0.8）取0.6C。
—黑体辐射系数4.88 kcal∕㎡·h·℃·K4ф—温度函数。
ф= = =2.012 K4炉顶外壳对空气的总给热系数α总=α对+α辐=9.683+5.891=15.574kcal∕㎡·h·℃炉内壁—空气的（综合）传热系数K水平=1/(∑+ )=1/(0.283+ )=2.880kcal/m2·h·℃故q水平=K水平(t内壁-t空气)=2.880×（870-20）=2448 kcal/m2·h(2)计算F总拱顶侧面积：M顶=2π·R·hR= = =8.68mh=R·［1-cos(ψ/2)］=8.68×（1-cos30°）=1.163mM顶=2π×8.68×1.163=63.248㎡式中：B—拱顶跨度B=D膛=8.68mψ—拱顶中心角ψ=60°R—拱顶内半径h—拱顶高锥台侧面积：M侧=π（R+r）·=3.1416×（4.34+3.1）×=84.744㎡M H3: M H3=π·D膛·H3=3.1416×8.68×6.371=173.731㎡M H1: M H1=π·D床·H3=3.1416×6.2×1.3=25.321㎡F水平总= M顶=63.428㎡F垂直总= M侧+ M H3+ M H1=84.744+173.731+25.321=283.796㎡(3)确定τ:τ= =0.0115小时故Q散水平= q水平·F水平总·τ=2448×63.428×0.0115＝1785.625 kcal Q散垂直= q垂直·F垂直总·τ=1301.35×283.796×0.0115=4247.156 kcal 则Q散= Q散水平+ Q散垂直=1785.625 +4247.156=6032.781 kcal6．其它热损失其它热损失指通过溢流口，清理孔等的散热损失，取占热总收入的0.16%。
Q损(其它)=114150.227×0.16﹪= 182.64kcalQ损=Q散+Q损(其它)= 6032.781+182.64=6860.518 kcalQ支出=Q尘+Q焙+Q炉气+Q蒸=6535.44+8777.61+59063.722+3395.215+6860.518=83987.408kcal7．过剩热量Q剩= Q收入- Q支出=114150.227-83987.408=30162.819 kcal从计算结果知，锌精矿沸腾焙烧过程中的热量大大地过剩。
(三) 热平衡表的编制以及沸腾炉热平衡的桑基图根据计算结果，编制热平衡表如附表6所示。
从热平衡可以看出:由废气带走的热占51.742﹪，需要用冷却水箱排除，过剩热占26.424%，两者共占热收入的78.166﹪。
因此设计中必须充分利用二次能源以达到节能的目的。
锌精矿沸腾炉热平衡的桑基图如下图：反应产生的热98.64%空气带入物理热 1.027%精矿带入物理热0.333%过剩热26.424%烟尘带走的热量 5.725%沸腾炉：水分蒸发热 2.974%废气带走的热量51.742%经过炉壁和炉顶的散热 5.285% 焙砂带走的热量7.690%其他热损失0.160%锌精矿沸腾炉热平衡的桑基图。