《重有色冶金炉窑热平衡测定和计算方法 （塔式精馏炉）》.docx

ICS77.120CCSH01中华人民共和国有色金属行业标准YS/T118.122024代替YS/T118.121992重有色冶金炉窑热平衡测定和计算方法(塔式锌精播炉)批注Al:这个英文翻谛是否考虑修改？老版为"Methodsofdeterminationandcalculationofheatbalanceinmetallurgicalfurnacesforheavynon-ferrousmetals(Zinerefiningcolumn),原文掉了“of"是否考虑修改为Determinationandcalculationmethodsforthermalbalanceofheavynon-ferrousmetallurgicalfurnaces(Tower-typezincrefiningfurnace),MethodsofdeterminationandcalculationofheatbaIanceinmetaIIurgicaIfurnacesforheavynon-ferrousmetaIsZinerefiningcoIumn(讨论稿)XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX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和计算方法塔式锌精储炉1范围本文件规定了塔式锌精储炉规范性引用文件、热平衡测定与计算基准、设备概况和生产流程、热平衡测定条件、热平衡测定的项目和方法、物料平衡、热平衡及热效率计算、主要能耗指标、热平衡测定结果分析与改进建议。本文件适用于塔式锌精储炉热平衡测定和计算。2规范性引用文件下列文件对本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB2587热设备能量平衡通则GB/T17357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3热平衡测定与计算基准3.1 基准温度采用精僻炉送风口处的环境温度。3.2 燃烧用空气采用空气的体积百分数。即：0221.0%N279.0%3.3 燃料发热量采用实际测得的应用基低（位）发热殳3.4 热平衡测定范围铅塔（B#塔）锌精锚炉：镉塔锌精锚炉（不包括熔化炉、精炼炉、纯锌槽）3.5 物料平衡及热平衡计算单位塔式锌精储炉为连续作业炉，物料平衡和热平衡计算单位以kg/h和kJ/h为基准4设备概况和生产流程4.1设备概况：塔式锌精储炉用于冶炼精锌，运用连续分储原理分布脱除粗锌中的杂质，即用铅塔脱除高沸点杂质、镯塔脱除低沸点杂质。船塔及铺塔的状况按表1填写表1塔式锌精僧炉设备概况序号名称单位规格数值1塔盘外形尺寸mmmm×mm×mm2塔盘受热总面积m23塔盘数量块4塔体高度mm5冷凝度冷却面积m26换热室换热面积m24.2生产流程示意图：如图1所示5热平衡测定条件5.1热平衡测定时的条件及时间锌精储炉的生产是连续的，炉况一般是稳定的，因此测定各参数时可以不同时进行。本标准规定的测定周期为一周，测定单元为一个班时，测定时间在炉役中间，测定期应生产稔定，主要工艺参数在工艺要求规定的指标范围内,产量达到正常水平。5.2测定前运行技术参数按表2的规定填写表2测定前一个月精储炉运行参数序号技术指标单位数值备注1炉日处理量t/日2炉顶储出物产量t/日铅塔为含镉锌，B#塔为精锌，镉塔为高镉锌3炉底储出物产量t/日铅塔、B#塔储出物为B#锌、硬锌及底铅，镯塔为精锌4入炉锌液温度C5燃烧室温度C6空气预热温度C7直升地排烟温度,c8换热室排烟温度C9天然气流量Nm3Zh6热平衡测定的项目和方法按表3的规定进行热平衡测定表3热平衡测定项目和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1、铅塔粗锌加料量mikg/h车间称重点磅秤每次加料累计平均值2、含镉锌（精锌）产量m2kg/h累计平均值3、B#锌产量m3kg/h车间称重点磅秤每次放锌累计平均值4、硬锌产量r114kg/h车间称重点磅秤每次捞硬锌累计平均值5、粗铅产量m5kg/h车间称重点磅秤每次放底铅累计平均值铅6、入炉天然气流量V1m3h单炉天然气管流量计每小时累计平均值7、入炉空气流量V*km3h按天然气流量，烟气流量，烟气成分做氧或氮平衡计算8、出炉烟气流量Vs-vm3h精馄炉两侧烟道皮托管每测试单元两次算术平均值9、粗锌入塔温度t铅塔加料器热电偶每测试单元两次算术平均值(B#)10、出炉顶含镉锌（精锌）蒸汽温度t2C取锌沸点温度11、出炉底B#锌温度t3C下延部流槽热电偶每测试单元两次算术平均值12、入炉天然气温度匕X?入炉燃气管温度计每测试单元两次算术平均值13、出炉烟气温度t5C精储炉两侧烟道热电偶每测试单元两次算术平均值14、环境温度te精储炉进风口水银温度计每测试单元两次算术平均值塔15、燃烧室、换热室表面温度tei*c炉体表面点温计每测试单元一次区域平均值16、燃烧室、换热室表面辐射强度IeikJ(m2h)距炉体表面0.1米处辐射强度计每测试单元一次区域平均值17、燃烧室、换热室表面附近环境温度teiC距炉体表面05-l米处点温计每测试单元一次区域平均值18、入炉天然气成分Vol.%入炉天然气管气体分析仪每测试单元两次算术平均值19、出炉烟气成分Vol.%精储炉两侧烟道气体分析仪每测试单元两次算术平均值CO2H2ONOx20、天然气发热值QjDWkJm3按天然气成分计算镉塔1、含镉锌加料量mikg/h累计平均值2、高镉锌产量m2kg/h磅秤每班累计平均值3、精锌产量m3kg/h磅秤每班累计平均值4、入炉天然气流量Vir113h入炉天然气管流量计每小时算术平均值5、入炉空气流量V2.fcm3h按天然气流量，烟气流量，烟气成分做氧或氮平衡计算6、出炉烟气流量V3.vm3h精馀炉两侧烟道皮托管每测试单元两次算术平均值7、入塔含镉锌温度tl镉塔加料器热电偶每测试单元两次算术平均值8、出塔顶高镉锌蒸汽温度t2取锌沸点温度9、出塔底精锌温度t3C下延部流槽热电偶每测试单元两次算术平均值10、入炉天然气温度t4X?入炉天然气管水银温度计每演!试单元两次算术平均值11、出炉烟气温度t5C精锚炉两侧烟道热电偶每测试单元两次算术平均值12、环境温度理C精储炉进风口水银温度计每测试单元两次算术平均值13、燃烧室、换热室表面温度te.C炉体表面点温计每测试单元一次区域平均值14、燃烧室、换热室表面辐射强度IeikJ(m2h)距炉体表面0.1米处辐射强度计每测试单元一次区域平均值15、燃烧室、换热室表面附tiC距炉体表面0.5-1米处点温计每测试单元一次区域平均值近环境温度16、入炉天然气成分Vol.%入炉天然气管气体分析仪每测试单元两次算术平均值17、天然气发热值QyDWkJm3按天然气成分计算18、出炉烟气成分Vol.%精馆炉两侧烟道气体分析仪每测试单元两次算术平均值CO2H2ONOx19、高镉锌成分Vol.%小冷凝器出口化学分析每测试单元两次算术平均值ZnCd7物料平衡1. 1物料平衡计算按表4的规定进行物料平衡计算.表4塔式锌精播炉物料平衡计算序号项目符号单位依据或计算式数值铅（B#）塔1铅塔加料量mikg/h测试值2含镉锌（精锌）产量m2kg/h测试值3B#锌产量m3kg/h测试值4硬锌产量m4kg/h测试值5粗铅产量m5kg/h测试值6入炉天然气质量116kg/hPrVi(1)天然气密度Pikgm3按天然气成分杳表计算(2)入炉天然气流量Vir113h测试值7入炉空气质量116kkg/hP2-Vz-k(1)空气的密度P2kgm3查表(2)入炉空气流量V2.km3h计算值8出炉烟气质量f117-kkg/hP3V5-y(1)烟气密度P3kgm3按烟气成分杳表计算(2)出炉烟气流量%m3h测试（计算）值镉塔1含镉锌加料量mikg/h测试值2高镉锌产量m?kg/h测试值3精锌产量m3kg/h测试值4入炉天然气质量m4kg/hPrVi(1)天然气密度Pikgm3按天然气成分查表计算(2)入炉天然气流量Vim3h测试值5入炉空气质量f115-kkg/hPiM7(1)空气密度P2kgm3查表(2)入炉空气流量v2r113h计算值6出炉烟气质量116ykg/hP3Vy(1)烟气密度P3kgm3按烟气成分查表计算(2)出炉烟气流量V3-Ym3h测试（计算）值7. 2物料平衡表按表5的项目填写表5塔式锌精储炉物料平衡（铅B#塔）收入支出符号项目数值符号项目数值kg/h%kg/h%mi铅塔粗锌加料量含镉锌（精锌）产量me入炉天然气质量m3B#锌产量m&k入炉空气质量m4硬锌产量ms粗铅产量1117k出炉烟气质量差值合计100%合计100%表5塔式锌精锚炉物料平衡（镉塔）收入支出符号项目数值符号项目数值kg/h%kg/h%m1含镉锌加料量m2高镉锌产量：f114入炉天然气质量11U精锌产量ms*入炉空气质殳m&y出炉烟气质殳差值合计100%合计100%8热平衡及热效率计算8.1热平衡计算按表6的规定进行热平衡计算表6塔式锌精僧炉热平衡计算（铅B#塔）符号项目符号单位依据或算式数值一、热I攵入项1天然气带入热QikJ/hCrVrt4-te(1)天然气比热CikJ(m3oC)按天然气成分查表计算(2)入炉天然气流量Vim3h测试值(3)入炉天然气温度t4测试值(4)环境温度te测试值2天然气燃烧热Q2kJ/hQvDW-V1(1)天然气发热值QvOWklm3测试值3空气带入热Q3kJ/hC2v2kt4kte(1)空气比热C2kJ(m3oC)按te查表计算(2)入炉空气流量V2.km3h测试值(3)入炉空气温度t4-k测试值4入塔粗B#锌带入热CUkJ/hmiC3tlte(1)铅塔粗锌加料量mikg/h测试值(2)入炉粗锌比热C3kJ(m3oC)按tl查表计算(3)粗锌入塔温度t测试值5总热收入QU/hQ1+Q2+Cb+Q4二、热支出项1含镉锌（精锌）升温蒸发执*»*Qi'kJ/hm2C4(t2-t)+ri(1)含镉锌（精锌）产量m2kg/h计算值(2)金属锌液态比热C4kJ(kg0C)按tP查表(3)出塔顶含镉锌（精锌）蒸汽温度t2取锌沸点温度（杳表）(4)粗锌入塔温度t测试值(5)金属锌汽化潜热1kJ/kg查表2B#锌、硬锌、粗铅升温热QkJ/h(m3+m4+m5)C3(t3-te)(1)B#锌产量m3kg/h测试值(2)硬锌产量r114kg/h测试值(3)粗铅产量mskg/h测试值(4)出炉底B#锌、硬锌、粗铅混合物温度ta测试值3回流锌蒸发热Q，kJ/hmr(1)回流锌量mkg/hm=0.175-0.25m原料含铅、铁高时取最大值4出炉烟气带出热CU'kJ/hC3-yV3(t5te)(1)烟气比热C3ykJ(m3oC)按烟气成分及t5查表(2)出炉烟气流量v3-vm3h测试值(3)出炉烟气温度t5测试值5燃烧室、换热室表面散热Qs,kJ/hBXe+a(tl-tm)(1)散热面划分数n块按实际情况划分(2)某散热面面积Aim3杳图或实测(3)某散热面平均辐射强度UikJ(m2h)测试值(4)某散热面表面平均温度ti测试值(5)某散热面表面附近环境温度1.测试值(6)散热表面对流给热系数4.1816(ti-te)025B垂直表面B=2.2向上表面B=2.7向下表面B=2.176差值Q1ZQ-(Ql'+Q2'+Q3'+Q+Q5')7总热支出Q'Q1,+Cb,+Q3,+Q4,+Q5,+Q18误差镉塔热平衡计算一、热攵入项1天然气带入热QikJ/hC1V1t4-te(1)天然气比热CikJm3oC按天然气成分及t4查表计算(2)入炉天然气流量Vim3h测试值(3)入炉天然气温度匕测试值(4)环境温度te测试值2天然气燃烧热Q2kJ/hQvDW-Vl(1)天然气发热值QyDWkJm3测试值3空气带入热Q3kJ/hc2-yv2kt4lt-te(1)空气比热Cl-ykJ(m3oC)按te查表计算(2)入炉空气流量Vz-km3h测试值(3)入炉空气温度t-k测试值4入塔含镉锌带入热QakJ/hmC4t-te(1)铅塔含镉锌加料量mikg/h测试值(2)金属锌液态比热C4kJ(m3oC)按匕查表计算(3)入塔含镉锌温度t测试值5总热收入QkJ/hQl+Q2cu+Q4二、热支出项1高镉锌升温蒸发热Q,kJ/hm2znc2(t8-te)+rl4c5(t2-t8)+m2cdc3(t7-te)+r2+c4(t2-t7)(1)高锦锌产量m2kg/h测试值(2)高镉锌含Zn(Zn%测试值(3)高镉锌含CdCd%测试值(4)出炉顶高镯锌蒸汽温度t2取锌沸点温度（查表）(5)环境温度te测试值(6)金属锌沸点温度t查表(7)金属镉沸点温度t7杳表(8)金属锌汽化潜热kJ/kg查表(9)金属镉汽化潜热2kJ/kg查表(10)金属锌液态比热C2kJ(kgoC)查表(11)金属镉液态比热C3kJ(kg0C)杳表(12)金属锌汽态比热C5kJ(kg0C)查表(13)金属镉汽态比热C4kJ(kg0C)查表2精锌升温热Q2'kJ/hm3c4(t2-te)(1)精锌产量m3kg/h测试值3回流锌蒸发热0.3kJ/hm(1)回流锌量mkg/hm=0.40.55m原料含镉高时取最大值4出炉烟气带出热CvkJ/hC4vV3y(ts-t)(1)烟气比热C"kJm30C按烟气成分及t5i表计算(2)出炉烟气流量%m3h测试（计算）值(3)出炉烟气温度t$测试（计算）值5燃烧室、换热室表面散热Qs'kJ/h.4r+(e1-tm)(1)散热面划分数n块按实际情况划分(2)某散热面积Aim3查图或实测(3)某散热面平均辐射强度IeikJm2h测试值(4)某散热面平均温度t.测试值(5)某散热面表面附近环境温度tei测试值(6)散热表面对流给热系数4.1816(t1-te)0256垂直表面G=2.2向上表面G=2.7向下表面G=2.176差值AQkJ/hZCHQlqQ2'+Q+Q+Q)7总热支出Q'kJ/hCh,+Q2,+Q3,+Q4,+Q5,+Q8误差即11w8. 2热平衡表将热平衡计算结果列入热平衡表7表7铅B#塔总体热平衡收入支出符号项目数据符号项目数据10ikJ/h%IO1kJ/h%Qi天然气带入热01，含镉锌（精锌）升温蒸发热02天然气燃烧热0/B#锌、硬锌、粗铅升温热Qj空气带入热Q/回流锌蒸发热Qa入塔粗B#锌带入热5，出炉烟气带出热Qs，燃烧室、换热室表面散热Q差值Q合计100Q合计100表7镉塔总体热平衡Il收入支出符号项目数值符号项目数值IO3kJ/h%103kJh%Qi天然气带入热Qi，高镉锌升温蒸发热Q2天然气燃烧热Q2'精锌升温热Cb空气带入热Q回流锌蒸发热Qa入塔含镉锌带入热Q,出炉烟气带出热Qs,燃烧室、换热室表面散热AQ差值Q合计100Q'合计1008.3热效率计算8.3.1 炉子热效率(x)有效热：QvX=Q+Q+Q-4热收入：QGG=Ch+6+Cb+Q>热效率：IKX=(QyXQGG)xlOO%8.3.2 热流图根据炉子的热平衡项目。绘制热流图9主要能耗指标按表8规定的内容填写表8主要能耗指标序号名称符号单位计算公式数值1单位产品热耗QchkJ/t(Q1+Q2+Q3+Q4)×100OA*2单位炉料热耗Ql1.kJ/t(Qi+Q2+Q3+Q4)×1000B,3单位产品燃烧消耗Qrlkg/t(Ql+Q2+Q3+Q4)X100(V(QyDWXA*)表中：A*在铅塔中指含镉产量：在镉塔中指精锌产量B*在铅塔中指粗锌加入量；在镉塔中指含镉锌加入量W热平衡测定结果分析改进建议10.1 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10.4 改进建议及研究课题附录A（参考件）表A标准使用统一量的符号序号量的名称量的符号单位1质量mkg2热量QkJ3体积Vm34速度Um/s5压力PPa6密度（重度）Pkgm37面积m28含值ikJ/kg9热含HkJ/kg10温度tr11时间Th（小时）12潜热rkJ/kg13空气系数14热流kj(m2h)15描射强度Iekj(m2h)16百分含量a%17含水率%18电量Wkwh19黑度20炉窑热效应11x%21余热回收率Hyr%22系统热效应%附录B（参考件）表B水和水蒸汽性质表饱和状态温度压力含tCTKPbarM水）kJ/kgh”（蒸汽）kJ/kg0273.150.0061-0.041625011274.150.00654.172503.45278.150.8721.012510.710283.160.012241.992519.915288.150.017062.942529.120293.150.023383.862538.225298.150.0316104.772547.330303.150.0424125.662556.435308.150.0562146.562565.440313.150.0737167.452576.245318.150.0998188.352583.350323.150.1233209.262592.255328.150.1574230.172601.060333.150.1992251.092609.765338.150.2501272.022618.470343.150.3116292.972626.975348.150.3835313.942635.480353.150.4736334.922643.885358.150.5780355.922652.090363.150.7011376.942660.195368.150.8453397.992668.1100373.151.0133419.062676.0105378.151.2080440.172683.7110383.151.4327461.322691.3115388.151.6906482.502698.7120393.151.9854503.722706.0125398.152.3210524.992713.0表B水和水蒸汽性质表饱和状态温度tCTK压力Pbar含M水）kJ/kgh”（蒸汽）kJ/kg130403.152.7013546.312719.9135408.153.131567.682726.6140413.153.614589.102733.1145418.154.115610.602739.3150423.154.760632.152745.4155428.155.433653.782751.2160433.156.181675.472756.7165438.157.8697.252762.0170443.157.920719.122767.1175448.158.924741.072771.8180453.1510.027763.122776.3185458.1511.233785.262780.4190463.1512.551807.522784.3195468.1513.987829.882787.8200473.1515.549852.372790.9210483.1519.077897.742796.2220493.1523.198943.672799.9230503.1527.976920.262802.0240513.1533.4781037.62802.2250523.1539.7761085.828.4260533.1546.9431134.92796.4270543.1555.0531185.22789.9280553.1564.2021236.82780.4290563.1574.4611290.02867.6300573.1585.9271345.02751.0310583.1598.7001402.42730.0320593.15112.891462.62703.7330603.15128.631526.52670.2340613.15146.051595.52626.2350623.15165.351671.92567.7360633.15186.751764.22485.5370643.15210.541890.22342.8374647.15220.802046.32155.0374.15647.30221.202107.42107.4临界常温度压力比容数374.15,C221.20bar0.00317m3kg含2107.4kJ/kg比烯4.4429kJ/kg附录C（补充件）表C重有色冶金炉中常见物理化学反应表反应式H298备注kcal/kgk/kg2FeS+302=2FeO+2SO2-1275-5332按FeS计3FeS+5O2=Fe3O4+3SO2-1561-6527按FeS计4FeS+7O2=2Fe2O3+4SO2-1667-6971按FeS计4FeS2+llO2=2Fe2O3+8SO2-1645-6879按FeS2计FeS+10Fe2O3=7Fe3O4+SO27803262按FeS计FeS+6CuO=3SCu2O+SO2+FeO-106-443按FeS2计FeS2=FeS+l2S2-134-560按FeS2计FeS=Fe+S2591083按FeS计FeO+C=Fe+CO5202174按FeO计4Fe2O3+3C=8FeO+CO2+2CO203849按Fe2O3计2Fe+O2+SiO2=2FeOSiO2-2320-9701按SiO2计2FeS+3O2+SiO2=2FeOSiO2+2SO2-3940-16476按SiO2计2NiS+3O2=2NiO+2SO2-1235-5164按NiS计NiO+C=Ni+CO4291794按NiO计2PbS+3O2=2PbO+2SO2-421-1760按PbS计PbS+2PbO=3Pb+SO2230962按PbS计PbS+2O2=PbSO4-823-3441按PbS计Pb(OH)2=PbO+H2O53.3223按P(OH)2计PbO+C=Pb+CO115481按PbO计2CuS+3O2=2CuO+2SO2-1010-4223按CuS计2C2S+3O2=2Cu2O+2SO2-578-2417按Cu2S计Cu2S+2O2=2CuO+SO2-797-3333按Cu2S计Cu2S+2Cu2O=6Cu+SO2220920按Cu2S计2CaFeS2+6O2=Cu2O+Fe2O3+4SO2-1311-5482按CaFeS2计2CuFeS2-C=2S+2FeS+S-400-1673按S计2Cu3FeS3=3Cu2S+2FeS+S-400-1673按S计CuO+C=Cu+CO137573按CUo计Cu2O+C=2Cu+CO94393按Cu2O计续表C重有色冶金炉中常见物理化学反应表反应式H298备注kcal/kgk/kg2ZnS+3O2=2ZnO+2SO2-1085-4537按ZnS计ZnS+2O2=ZnSO4-1910-7987按ZnS计Zn(OH)2=ZnO+H2O129.3541按Zn(OH)2计ZnO+C=Zn+CO7002927按ZnO计2Sb2S3+9O2=2Sb2O3+6SO2-1010-4223按Sb2S3计Sb2S3+3Fe=2Sb+3FeS-96-401按Sb2S3计3Na2O+Sb2S3=3Na3S+Sb2O3-273-1142按Sb2S3计S+O2=SO2-2220-9283按S计2S+3O2=2SO3-2950-12336按S计2SO2+4C=S2+4CO2841188按SO2计CaCO3=CaO+CO23781581按石灰中CaCo3计CaCO3=CaO+CO24251777按结晶中CaCO3计Ca(OH)2=CaO+H2O3581497按Zn(OH)2计CaSO42H2O=CaSO4+2H2O147615按CaSO42H2O计CaS042H20=CaS04(H20)0.5+1.5H2098410按CaSo42H2O计CaSO4=CaS+2O216706983按CaS04计2CaO+SiO2=2CaOSiO2-364-1522按SiO2计CaO+SiO2=CaOSiO2-343-1434按SiO2计CaO+A12O3=CaOA12O3-370-1547按CaO计CaMg(CO3)2=CaMgO2+2CO24001673按CaMg(CO3)2计MgC03=Mg0+C023141313按MgCO3计Mg(OH)2=MgO+H2O3441438按Mg(OH)2计MgO+C=Mg+CO293012252按MgO计2CdS+3O2=2CdO+2SO2-684-2860按CdS计CdS+2O2=CdSO4-1299-5432按C