《重有色冶金炉窑热平衡测定与计算方法（铅锌密闭鼓风炉）》.docx

ICS77.120ccsHog1中华人民共和国有色金属彳亍业标准YS/T118.132024代替YST118.13-1992重有色冶金炉窑热平衡测定与计算方法（铅锌密闭鼓风）MethodsofdeterminationandcalculationofheatbaIanceinmetalIurgicalfurnacesforheavynon-ferrousmetaIs（ImperialSmeItingFurnace）（讨论稿）××××-××-×义发布××××-××-×X实施中华人民共和国工业和信息化部发布重有色冶金炉窑热平衡测定与计算方法（铅锌密闭鼓风炉）1主题内容与适用范围本文件规定了铅锌密闭鼓风炉的热平衡测定与计算基准、设备概况与生产流程、热平衡测定条件、热平衡测定项目与方法、物料平衡计算及平衡报表、热平衡计算及热平衡结果报表、主要能耗指标计算、热平衡测定结果分析与改进建议。本标准适用于铅锌密闭鼓风炉的热平衡测定和计算。2引用标准GB/T2587-2009用能设备能量平衡通则GB/T17357-2008设备及管道绝热层表面热损失现场测定热流计法和表面温度法GB/T13338-2018工业燃料炉热平衡测定与计算基本规则3热平衡刑定与计算基准3.1基准温度采用环境温度。3.2燃烧用空气采用空气的体积百分数。即5：21.0%、N279.0o3.3燃料发热量采用实际测得的应用基低（位）发热量。3.4热平衡测定范围铅锌密闭鼓风炉（不含电热前床、铅雨冷凝器及分离系统）。3.5物料平衡及热平衡计算单位铅锌密闭鼓风炉为连续作业炉，物料平衡和热平衡计算单位以kg/h和kJ/h为基准。4设备概况与生产流程4.1设备概况铅锌密闭鼓风炉的设备概况按表1填写。表1铅锌密闭鼓风炉设备概况序号名称单位数值1鼓风炉炉身面积nr2鼓风炉炉身高度m3鼓风炉风口区面积m/4鼓风炉喷淋炉壳高度m5鼓风炉炉腹角度度6鼓风炉风口个数个7鼓风炉风口内径mm8鼓风炉风口间距m9鼓风炉炉缸面积m210鼓风炉炉缸深度mm4.2生产流程示意图国1铅锌密闭鼓风炉生产流程示意图热焦炭杂料烧结块富氧热风炉渣粗铅粗锌浮渣兰粉洗涤烟气5热平衡刑定条件5.1测定条件测定时加料量与鼓风量应达到工艺规定值，入炉炉料成分、品种、规格不变，鼓风炉炉气成分、炉渣成分的波动在工艺规定的指标范围内，产量达到正常水平，中途不得休风，炉子处于热稳定态。5.2测定时间满足测定条件的正常生产阶段连续测定2次以上，每次不得少于8ho5.3炉子运行技术参数按表2规定填写测定前一个月铅锌密闭鼓风炉运行技术参数。表2测定前一个月炉子运行技术参数序号技术指标单位数值备注1粗锌产量吨/日2粗铅产量吨/日3燃炭量吨/日4粉煤量吨/日5烧结块处理量吨/日6炉渣含锌%7鼓风量Nm3Zh8氧气浓度%9氧气流量Nm3Zh10热风温度11炉顶温度12COZCO2/13冷凝器效率%14铅直收率%15锌直收率%16作业率%17送风率%6热平衡测定项目与方法按表3的规定进行热平衡测试表3热平衡测定项目与方法测定项目符号单位测点位置测定仪器测定频率取值原则测定数据气象条fl1、大气干球温度Ic,C主鼓风机房附近干湿球温度计4小时一次算术平均值温度测定1、烧结块温度Ii,C烧结块仓下料口半导体点温计每两小时一次算术平均值2、热焦温度t2C焦炭预热炉下料口热电偶每两小时一次算术平均值3、热风温度t3C炉底风口热电偶每两小时一次算术平均值4、喷淋水进水温度UC进水口水银温度计每两小时一次算术平均值5、喷淋水出水温度t5C集水槽水银温度计每两小时一次算术平均值6、炉气温度U,C炉喉处热电偶每两小时一次算术平均值7、渣、铅温度17C鼓风炉放渣口双钳钱热电偶每两小时一次算术平均值8、鼓风炉上部炉壳表面温度IbC鼓风炉上部炉壳表面半导体点温计测试中期一次区域平均值9、上部炉体散热衣面环境空气温度tebC距散热表面Im处半导体点温计测试中期一次区域平均值10、冷风温度UC主鼓风机出半导体点温计每两小时一次算术平均值IK炉顶表面温度U,C炉顶外部钢板半导体点温计测试中期一次区域平均值12、炉顶表面环境空气温度tcd,c距炉顶表面Im处半导体点温计测试中期一次区域平均值13、洗涤烟气温度txC低热值煤气输送管末端半导体点温计测试中期一次算术平均值固体物料1、烧结块质量mikg/h烧结块秤量漏斗电子漏斗秤每次加料累计小时平均值2、热焦质量m2kg/h烧结块秤量漏斗电子漏斗秤每次加料累计小时平均值3、杂料质量m3kg/h排入汽车电子漏斗秤测试期内全部重量累计小时平均值4、粗锌质量11ukg/h粗锌检斤点磅秤测试期内全部重量累计小时平均值5、粗铅质量mskg/h粗铅检斤点地磅测试期内全部重量累计小时平均值6、浮渣质量m6kg/h排入汽车地磅测试期内全部重量累计小时平均值7、炉渣质量m7kg/h排入渣包地磅测试期内全部重量累计小时平均值8、兰粉质量inskg/h排入汽车地磅测试期内全部重量累计小时平均值9、补充铅质量m9kg/h转运叉车地磅测试期内全部重量累计小时平均值10、粉煤质量mokg/h喷吹建电子秤测试期内全部重量累计小时平均值流体测定1、热风流量Vikm3h鼓风炉热风管高温气体流量计每两小时一次累计小时平均值2冷风流量V2km3h鼓风炉冷风管气体流量计每两小时一次算术平均值3、洗涤烟气流量V3km3h升压机进口总管气体流量计每两小时一次算术平均值4、氧气流量Vom3h班气输送管气体流量计每两小时一次算术平均值5、喷淋冷却水（包括风口、渣口冷却水）流量mkg/h冷却水总管水表每四小时一次算术平均值物料1、烧结块成分质量百分数烧结块仓排料口每两小时一次日混合样平均值Pb、Zn%S、SiO2>FeCaOxCuSb、Cd、As、AI2O3成分物料成分2、焦炭成分质量百分数热焦排料口每两小时一次日混合样平均值固定碳、S、挥发分、灰分3、杂料成分质量百分数烧结块仓排料口每两小时一次日混合样平均值Pb、Zn、S、SiC>2、Fe、CaOxCu、Sb、Cd、AsAI2O34、粗锌成分质量百分数贮锌槽放锌口每四小时一次日混合样平均值Pb、Zn.Cd、Fe5、粗铅成分质量百分数前床放铅口每四小时一次日混合样平均值Pb、Zn'CuSbsBi6、浮渣成分质量百分数浮渣冷却器下料口每四小时一次日混合样平均值Pb、ZnxC7、兰粉成分质量百分数兰粉池每四小时一次算术平均值Zn、Pb、H2O、C8、洗涤烟气成分体积百分数升压机出口每两小时一次算术平均值CO2、CO、Ch、H2、CH4、N29、炉渣成分质量百分数前床放渣口按工艺控制频率日混合样平均值Pb、Zn、S、As、SiO2、Fe、Ca0、AI2O3、C10、焦炭发热值QdwjkJ/kg热焦排料口氧弹分析器（工业分析）每四小时一次日混合样平均值IK洗涤烟气发热值QdwkJ/kg炉顶炉喉处氧弹分析器（工业分析）每两小时一次日混合样平均值12、粉煤发热值QdwmkJ/kg粉煤仓氧弹分析器（工业分析）每四小时一次算术平均值13、氧气浓度o体积百分数制氧设备气体在线分析仪实时监测算术平均值O27物料平衡计算及平衡报表1.1 物料平衡及物料平衡的有关数据计算按表4进行表4物料平衡及与热平衡有关的数据计算序号项目符号单位依据或计算式数值1浮渣质量1116kg/h测量值2兰粉质量mskg/h测量值3锌蒸发量m2kg/h65Znl×m1+Zn3×m3-Zn7×m7-×mi6Ol(1)烧结块含ZnZn%分析值(2)杂料含ZnIZnJ3%分析值(3)炉渣含ZnZn7%分析值(4)炉顶部分锌蒸气氧化后质量mi8kg/h81816XZn6+-×m8×Zn8oOO4铅蒸发量m13kg/hPbi×m1+Pb3×m3-Pb7×m7-Pb5X巾5(1)烧结块含PbPbJi%分析值(2)杂料含PbIPbh%分析值(3)粗铅含PbPbJ5%分析值(4)炉渣含PbPb7%分析值5热风质量mukg/hm14=m15+m196冷风质量miskg/hPl5X2K(1)冷风密度Piskgm3按18查有色金属炉窑设计手册（梅炽、周萍主编）第1112页附3-5：当电=25时，取P"=l225kgm37烟气质量m6kg/hPi6X(1)洗涤烟气温度tx4C测量值(2)洗涤烟气密度P16kgm3根据按tx和炉气成分查有色金属炉窑设计手册（梅炽、周萍主编）第1H2页附35,并根据烟气组分加权求得。当%=25。（：，炉气成分：Co占比25%,CO2占比12.5%,Nz占比61%,CH4占比1.5%,MXp16=1.245kgm38烟尘质量m7kg/hrn6×1-×Znk-翳XPb6+m8×(1-三×2n8-三×Pb-H20q+m18(1)浮渣质量m6kg/h测量值(2)浮渣含ZnZn6%分析值浮渣含PbIPbk%分析值(4)兰粉质量mskg/h测量值(5)兰粉含ZnZn8%分析值(6)兰粉含PbPbs%分析值(7)兰粉含H2OH2Oh%分析值(8)炉顶部分锌蒸气氧化后质量m8kg/h8181而X116XZn6÷-×m8×Zn89轲气质量m9kg/hVOXPO(1)氧气流量Vom3h测量值(2)氧气密度Pokgm3按Ie查有色金属炉窑设计手册（梅炽、周萍主编）第1112页附3-5；当Q=25tW,取0。=1.338kgm310物料平衡总收入m%Em=m1+m2+m3+m9+m10+m1411重量差值mkg/hm=m1+m2+113+m9+m10+m14(m5+m7+m12+m13+m16+m17)12误差m-×100%5%m7. 2物料平衡报表将测试值及计算值填入表5表5物料平衡收入支出符号项目数值符号项目数值kg/h%kg/h%ITlI烧结块质量粗铅质量m2热焦质量m7炉渣质量mj杂料质量mi2锌蒸发量1119补充铅质量m3铅蒸发量mo粉煤质量mi6烟气质量mi4热风质量m7烟尘质量Am重量误差合计100合计1008热平衡计算及热平衡结果报表8.1热平衡计算按表6的规定进行热平衡计算表6热，A衡计算序号项目符号单位依据或算式数值（一）热收入项I热焦物理热QMJZhCZ×t112X(22-+100O(1)热焦比热C2kJ(kgC)按t2查重有色冶金炉设计参考资料（王达成、梅炽等主编）第3页表l6;当以=550。C时，C2=1.17kJ（kgX）(2)热焦质量m2kg/h测定值(3)热焦温度t2C测定值2焦炭燃烧热Q2MJ/hQlwj×m2÷100O(I)焦炭的发热值QdwjkJ/kg分析值3烧结块物理热QsMJ/hGXmIX(t1t)÷100O(1)烧结块比热CikJ(kg)查有色金属炉窑设计手册（梅炽、周萍主编）第1137页附6-10及第1139页附6-15；按烧结块平均组分计算加权平均比热，计算得Cl=0.68kJ（kgX）(2)烧结块质量mkg/h测定值(3)烧结块温度tC测定值4热风物理热Q4MJ/hC4kXm14X(t3-t)÷100O(1)热风比热CukJ(kg-C)按13查有色金属炉窑设计手册（梅炽、周萍主编）第1112页附3-5,当3=967。C时，计算得C.=1.180/（kg×）(2)热风温度t3,C测定值5PbO被CO还原放热Q5MJ/hPb5×m5×rHpb÷lQ0Q(1)粗铅含铅Pb5测定值(2)粗铅质量mskg/h测定值(3)PbO被CO还原反应放热rHpbkJ/kgPb查无机物热力学数据手册(梁英教、车荫昌主编)，计算得4pM298K)=-307.68k(kgPb)6粉煤燃烧热QgMJ/hDWMX根10.1000(1)粉煤的发热值kJ/kg分析值7炉顶部分锌蒸气氧化放热Q7MJ/hrHzn0×m18÷1000(1)ZnZnO反应放热rHz11Okj(kgZnO)查无机物热力学数据手册(梁英教、车荫昌主编)，计算得4%“。(298()=-429.8kJ/(AgZTIo)(2)炉顶部分锌蒸气氧化后质量miskg/h81、81r左Xz116XZn6+-×m8×Zn303OO8总热收入QMJ/hQl+Q2+Q3+Q4+Qs+Ql(热支出项I炉气物理热QMJ/hCXm16×(t6-Ce)÷1000(1)洗涤烟气比热CikJ(kg*C)按t6查有色金属炉窑设计手册(梅炽、周萍主编)第1112页附3.5：计算加权平均比热C；=1.26kJ(kgX)(2)烟气质量m6kg/h测量或计算值(3)炉气温度UC测定值2炉气化学热QzMJ/hQ2Qx(1)洗涤烟气发热量QXMJ/kgQDWX1000（八）洗涤烟气发热值QDWkJ/kg分析值(b)烟气质量mi6kg/h测算值3金属锌蒸气带出热(?3MJ/hnl2XHzn÷1000(1)锌蒸发量mi2kg/h物料平衡计算(2)锌蒸气给变HznkJ(kg*C)Hz,l(t6)-4zn(298K)X1000÷65（八）t6时锌蒸气焰%4)kJ/mol按t6查无机物热力学数据手册(梁英教、车荫昌主编)，HZn(1200K)=148.85cmo1.Hzn(140QK')=153.01cmoh当功=100OOC时,计算得Hzn(t6)=15Q37kJmol4ZnO还原吸热QlMJ/h65(m12+m18X)×rHzn÷1000Ol(I)ZnO被CO还原反应吸热ArHziIkJ/kgZn查无机物热力学数据手册(梁英教、车荫昌主编)；计算得rHzn(298K')=1002.15划/(如Zn)5液态铅带出热QsMJ/hmsXPbsXHpb÷1000(1)粗铅质量mskg/h测试值(2)粗铅含Pb(Pb5%分析值(3)液态铅焰变HpbkJ(kg-C)Wpft(t7)-Hpfj(298K)×1000÷207（八）17时液态铅焰(t7)kj/mol按t7查无机物热力学数据手册（梁英教、车荫昌主编），“pb（1400K）=36.83kJmol,HPb（1400K）=42.57©/mol；当5=1280。C时，计算得HPba7）=41.22kJmol6炉渣带出热QZMJ/hHSXm7+1000(1)炉渣热始HskJ/kg按渣温t7及渣成分查重有色冶金炉设计参考资料（王达成、梅炽等主编）第754页附表5-10、5-11：计算得HS=21GkJkg(2)炉渣质量m7kg/h物料平衡计算7鼓风炉上部炉体散热总量QyMJ/h3.6XAiXqi÷1000(1)上部炉体内外面积的算术平均数Aim2查图计算(2)鼓风炉上部炉壳表面温度IbaC测定值(3)上部炉体散热表面环境空气温度IebaC测定值(4)上部炉体散热损失%W×m2用热流计直接测定表面的平均热流密度或根据tb、1.b查有色金属炉窑设计手册（梅炽、周萍主编）第68页表3-31和表3-32.当第=204,1的=20时，取生=4736.168喷淋冷却水带出热QsMJ/hCf20XmllX(15Q)+100。(1)水的比热CH2OWkg*C)按4.18计算(2)喷淋水流量mkg/h测定值(3)喷淋水进水温度UC测定值(4)喷淋水出水温度t5C测定值9炉顶散热总量QiMJ/h3.6XAdXqdXktl+1000(I)炉顶面积Adm2查图(2)炉顶表面温度UaC测定值(3)炉顶表面环境空气温度ted匕测定值(4)炉顶散热损失QdW×m-2用热流计直接测定表面的平均热流密度或根据m&查查有色金属炉窑设计手册（梅炽、周萍主编）第68页表331和表3-32.当电=234,teb=20时，取q4i=5832.36VKm2(5)炉顶散热换算系数kd/查有色金属炉窑设计手册(梅炽、周萍主编)第68页表3-32,取七=1.141()碳逃逸损失热总量MJ/hr116XC6+m7×C7+m8×C8XrHc÷lQOO(I)浮渣含碳量C6%分析值(2)炉渣含碳量C7%分析值(3)兰粉含碳量C8%分析值(4)碳完全燃烧反应热rHckJ/kg-C查无机物热力学数据手册(梁英教、车荫昌主编)，rHc(298K')=-393.51cmo=-32792.50/(AgC)11烟尘带出热QnMJ/hm17X(t6-te)×C11÷100O(1)烟尘质量m17kg/h测算值(2)烟尘比热<kJ(kg*C)烟尘成分复杂，但主要成分是Zn0,故按ZnO比热进行估算。查无机物热力学数据手册(梁英教、车荫昌主编)并计算，Hzn0(298K)=-348.11kJmo1.Hzn(1200K)=-302.77kJmol,HZno(1400K)=-291.76kJmol,计算得298K1273K平均比热CII=0.63k/(kg×)12还原金属氧化物耗CO化学热Q；2MJ/hmco×rHco÷1000(1)金属氧化物还原耗coHlcokgO"+叫8x署)x黄+Pbk×m三×(2)Co发热值rHcokJ/kg查无机物热力学数据手册(梁英教、车荫昌主编)并计算，rHco(298K')=-282.97kJmol=-10106kJkg13差值QMJ/hQ-(Q；+Q£+Q；+Q；+Q!+QZ+Q，+<+Q计QO+QO+Q1.)14总热支出EQ'MJ/hQ；+QZ+Q，+Q；+Qg+Q，+Q，+Qg+Q；+QQ+QQ+QQ+aq15误差:Q嗡XloO%5%8. 2热平衡计算结果报表将热平衡计算结果填入热平衡表7表7铅锌密闭鼓风炉热平衡收入支出符号项目数值符号项目数值×103kJh%×103kJh%Qi焦炭物理热Q；炉气物理热Q2焦炭燃烧热Qz炉气化学热Q3烧结块物理热Q1.金属锌蒸气带出热Q4热风物理热ZnO还原吸热Q5PbO被CO还原放热Qs液态铅带出热Qe粉煤燃烧热Qi炉渣带出热Q7炉顶部分锌蒸气氧化放热Qi鼓风炉上部炉体散热总量Qe喷淋冷却水带出热Qb炉顶散热总量Q；o碳逃逸损失热总量Q烟尘带出热Q；2还原金属氧化物耗CO化学热Q差值合计100合计1008. 4热效率计算8. 4.1热效率计算Qyx=QZ+Q4+QZ+Q!+QZ+QIzQgg=Qi÷Qz+Qa+Q4÷Qs+Qe+Q7,x=2x××oo%“XQgg8. 4.2炉子余热回收率Qyx=Qi+QzQgg=Qi+Qz+Qs+Q4÷Qs+Qe+Q71Iyh-既xl00%9主要能耗指标计算按表9的规定填写。表9主要能耗指标序号名称符号单位计算公式数值1吨粗铅、锌产品热单耗QfhkJ/t(Ql+Q2+Q4+Q6-Qi)X1。m4+m52吨粗铅、锌燃料消耗Qrl吨标煤/吨Q2+Q629307.6(n4+m5)10热平衡测定分析和改进建议8.1 1对设备结构、操作制度的分析。10.2评价热效率及主要技术经济指标。10.3找出节能途径。104改进建议及研究课题。