焙烧岗位操作规程

焙烧岗位生产操作规程辽宁省营口久源实业有限公司

硫铁矿的沸腾焙烧

硫铁矿焙烧的基本理念

焙烧的目的和意义

本岗位生产的目的是将原料工段处理后得到的成品硫铁矿加入沸腾炉内，与天然空气混合进行沸腾焙烧，制取含一定SO2浓度的炉气，降温后送往净化岗位。

沸腾炉是否稳定运行，是整个制酸系统能否正常操作的关键。因此人们常说沸腾炉是生产硫酸的“龙头”。要抓好龙头，就必须学习矿石焙烧的基本原理，掌握沸腾炉的各种规律，以保证沸腾炉能长期稳定运行，使炉气中的SO2浓度高而稳，SO3低，不出硫蒸汽，气量不波动，出炉灰渣残硫低。可以归纳成为一句话来要求，就是：炉气质量一高（SO2浓度高），二稳定（SO2浓度和炉气量稳定），三低（灰渣残硫低，SO3和硫蒸汽含量低）。

沸腾焙烧过程的原理

硫铁矿，其主要化学成分是FeS2，来源主要有三个：1，普通硫铁矿；2，与有色金属共生的硫铁矿；3，与煤共生的硫铁矿。硫铁矿在焙烧时，其中硫与空气中的氧化合生产SO2，通常称为炉气，铁与空气中的氧化合生成氧化铁，通常称为矿渣。

一．硫铁矿焙烧的主要化学反应：

硫铁矿的焙烧过程由若干化学反应构成。

第一步：二硫化铁受热分解为一硫化铁和单质硫：

2FeS2(固) = 2FeS (固) + S2 + Q (2—1)

第二步：单质硫和一硫化铁的燃烧，硫被氧化成二氧化硫，一硫化铁被氧化成二氧化硫和三氧化二铁(或四氧化三铁)：

S2(气)+2O2(气)=2SO2(气)+Q (2---2)

4FeS(固)+7O2(气)=4SO2(气)+2Fe2O3(固)+591.41千卡（2—3）

3FeS(固)+SO2(气)=3SO2(气)+Fe3O4(固)+416.65千卡（2—4）

当炉内过剩空气较多时，FeS的燃烧反应式按式（2—3）进行，所得矿渣主要成份的Fe2O3, 呈红色；当炉内过剩空气较少时，反应式则按（2—4）进行，所得矿渣主要成份是Fe3O4, 呈黑色。

综合以上四个反应式便得到下面两个总的反应式：

4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2+790.52千卡（2—5）

3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2+566千卡（2—6）

所有，硫铁矿焙烧是放热反应，一般靠本身的反应热维持焙烧温度。

二，沸腾炉固体流态化的基本原理

（一）理想沸腾床（固体流态化）：

理想沸腾床有平衡清晰的膨胀界面，而且固体颗粒很均匀地分布在流体中，因而称为“散式流态化”

“散式流态化”的矿粒群与气流运动的相对过程分为三个阶段：

第一阶段：静止阶段。这时的矿粒群称为固定床。在这个阶段中，通过床层的气体与床层颗粒间的摩擦力（也就是气体所受到的阻力），随气流速度上升而变大，床层压力逐渐上升，此时气体通过床层的压力降与空床气速关系呈直线关系，至粒子开始运动前，床层的

压力降达到最大值。

第二阶段：膨胀床阶段当气速继续增大时。床层内的颗粒体积随着气速的增加而膨胀。料层不断变高，颗粒悬浮在气体中，床层处于流态化状态，在这一阶段，床层压力降不随空床气速加大而变化。

从颗粒开始进入膨胀床阶段后，整个粒子群像河流一样可以自由流动，所有称之为流态化。开始流化时的空床气速称为临界流态化气速。

第三阶段：吹出阶段。随着气速的继续增大，床层膨胀，颗粒在容器上部不断溢出。床层的总压降也随之降低，直至气速达到单个固体颗粒在该流体中的自由沉降速度时，气速如再增大时，就没有任何颗粒能在容器中停留，这就成为气流输送，这时的气速称为吹出速度。超过这一速度，床层颗粒被吹走，流化床的正常操作被破坏。

（二）实际沸腾床

它同理想状况有较大的差别，其主要原因是颗粒聚合体的生成，而且实际采用矿的粒度，大小，形状和密度都不可能均匀一致，但是形成流态化的本质道理是相同的。实际生产中，当我们看到炉内鼓入空气时，床层表面鼓起一个个小气泡，随着风量的增加，炉内运动激烈起来，并变的很不均匀，一部分粒层中气体少，而且一部分气体多，并形成大气泡，这种气体不均匀分布在气流中，或分散或聚合，称“聚式硫化床”。

随着空床气速的增加，固定床压降上升，固定床出现预膨胀现象。由于颗粒间空隙增大，所有压降上升较缓慢，当压降超出临界流化时的压降，说明为了克服固定床中相互靠紧的颗粒间的念着力，使床层松动，需要克服大的推力。床层内部完全松动后，压降便下降。沸腾床压降与理想状态不同，它不是水平支线，呈略微倾斜的曲线状态，。这说明床层结构不均匀，不同直径颗粒的逐级流态化，即流态化状态与局部固定床状态同时存在。床层部分重量为风板所承托。随着空床气速的增加。未被流化的大颗粒越来越少，床层压降逐级上升。空床气速达到一定值以后。不同粒径的颗粒逐步被带走，床层压降逐步下降。

当床层流化后，逐步降低气速回到固定床阶段时，此时的固定床已处于最松散的缘故。

（三）影响焙烧反应速度的因素

沸腾炉生产能力的大小，取决于硫铁矿反应的速度。反应速度越快，在一定残硫指标下，单位时间内焙烧硫铁矿就越多。如果硫铁矿焙烧数量一定。单位时间内硫铁矿焙烧的就越完全，矿渣就残硫就越低，即烧出率就越高。影响硫铁矿焙烧速度的因素有很多，有温度，粒度，氧含量，及气固相之间的接触等。

1.温度的影响：

温度对硫铁矿的焙烧速度影响很大，在低于焙烧温度范围内，温度越高，焙烧速度越快，温度达到着火点时，硫铁矿开始燃烧。

硫铁矿的燃烧如前所述，首先是硫铁矿受热分解，脱出的硫不到硫铁矿含量的50%。这个分解速度随着温度的上升而增大并且与一硫化铁的燃烧同时进行。

2.硫铁矿粒度的影响：

当粒度小时，空气中的氧能充分和硫铁矿表面接触，并易于达到被焙烧的颗粒内部，生成的二氧化硫也能很快离开，扩散到气体中去。如果矿石粒度太大，除接触面自然减少外，则在硫铁矿表面上反应以后生成一层氧化铁薄膜，阻碍氧气继续向矿石中心扩散生成的二氧化硫也不能很快地扩散开来，导致反应速度减慢，反应过程不能完全进行下去。

3.氧含量的影响

由于一硫化铁的焙烧速度，取决于氧通过遮在矿石粒度表面的氧化铁薄膜向内扩散的速度，如果进入焙烧炉气体中氧含量少，则单位时间氧分子向矿粒内部扩散分子就减少，硫铁

矿的焙烧速度就慢些。

（三）影响沸腾过程的主要因素

1.原料粒度对沸腾过程的影响：

沸腾炉内料层开始沸腾（流化）首先与原料状况有关，小颗粒开始沸腾时临界流速较低，容易流化，而较大颗粒只有在风量开的足够大时才流化。实际生产中，原料粒度是不均匀的，即含有0.1—0.2mm的细粒，也有大至3mm的大颗粒，因而具有相当宽粒径范围，这些大小颗粒混合在一起，如果小颗粒占有一定比例，则往往不需要达到最大颗粒的流化速度，它们便可在动能传递作用下，带动起来随料层一起运动。

一般在生产中通过筛分，可引用“颗粒平均半径”的概念来描绘整个原料粒度的状况。用它代表入炉原料大小颗粒统计平均值。

炉内粒度与原料粒度的基本关系，一般是随着入炉原料的平均粒度的增大而变粗，随着粒度分布范围的增大而增粗。所有要想得到一定范围稳定的沸腾状况。控制原料粒度的稳定是十分重要的。

2.气流速度对沸腾过程的影响：

决定固定床将变成沸腾床的主要因素是气流速度，这里指的是炉内线速度，或者也可以用风量大小来说明，实际工作中都希望搞清楚起始沸腾床形成的条件。即不同进料状态下，究竟用多大风速能使固定床开始沸腾。多大风速能形成固定的沸腾层，从而使沸腾炉长期稳定运行。

先搞清楚几个基本概念：

沸腾床的流体阻力：气体通过沸腾床的压力降，就等于单位床层截面上沸腾层粒子的重量。

沸腾床临界流速：使固定床开始转变成沸腾床的最低流速通常称为“临界流速”或“起始流速”，“最低流化速度”，它取决粒子的大小和性质，临界流速可以用实验的方法准确测定。

极限风速：也称“终端速度”，“吹出速度”，“最大流化速度”，当气体通过床层的速度大于颗粒在气体中的沉降速度时，颗粒就不能在沉积下来，而被气流带走，此时的速度称“极限风速”

操作速度：已经知道颗粒有临界流速和极限风速，它只是给出了操作风速应处的范围。但是确定具体的操作速度还是要通过工艺上许多因素分析比较。才能作出适当选择。

由于进炉矿料的粒度差别，在炉内沸腾时会产生细颗粒在炉上部，中颗粒在炉中部，大颗粒在炉下部，而更细的矿粉则被吹走的分层现象。风速如果小于炉内平均粒径所需的风速范围，较大的颗粒因沸腾不起来而逐渐沉积，越积越多，床层阻力上升，沸腾层操作恶化，直至死炉。

倘若矿石粒度很均匀，风速过大，则炉内物料会全部被吹走，根本不能形成稳定的沸腾层。

有的单位还设置了二次风装置，其目的是要保证炉子上部炉气中的硫分充分燃烧，因为细矿粒被带到炉子上部时，大多还未来得及完全燃烧，就被带出炉外，且上部氧含量又低，反应推动力大大下降，脱硫效率减小，所有必需补充一部分空气进行二次焙烧，以补充脱除细尘中的硫分，以及焙烧过程中产生的升华硫。

3.焙烧强度

沸腾炉的焙烧强度是衡量生产能力的一个重要指标，它的定义是指沸腾炉每平方米炉床截面积上，每天烧折含硫35%标准矿的吨数，它的单位是（吨标矿/平方米.日）

它随炉内矿石粒度的增粗而增大，相应操作风速也跟着增大。

4.床层的高度：

沸腾床的高度实际上也包括了沸腾层高度和分离空间高度或者称“浓相流化区”和“稀相流化区”两部分。

炉内沸腾层的高度也就是“浓相流化区”的范围，它取决于静止料层（固定层）高度和料层的膨胀比。

一般情况下，气速越大，颗粒越小，则床层膨胀越大，它是描述固体颗粒运动强度和搅拌强度的主要性质之一，无论固定床，还是流化床在固定颗粒间都有空隙，据试验数据所得，膨胀比随气速的增大而增大。

在操作气速较高的情况下，沸腾层上下起伏较厉害，因此在确定沸腾层高度，并设溢流口时，都要考虑起伏比的影响。所谓的起伏比，是指在一定的操作气速下，沸腾层占据在最大高度和最小高度的比值，它在某种意义来说，是对气体流化的聚式床不稳定性的一种直观反应。

气体通过沸腾层时，气泡在其表面破裂，并将颗粒抛向高空，因此沸腾层上面的空间就有部分被气体带走的颗粒存在。部分颗粒在达到一定高度后，又回流到沸腾层，所有离开沸腾层的距离越大，带出的颗粒量就越少，当到一定高度后带出的量就几乎不再发生变化，这个高度，也就是与沸腾层表面的距离称为分离空间高度，包括扩大段在内。

分离空间高度除了考虑颗粒夹带外，还要考虑矿尘中硫分的完全燃烧。以保持适当的停留时间。

5.气体分布装置对沸腾过程的影响。

气体分布装置对保证流化质量，增强气固接触，防止滞留物资十分重要，它的做用有三：一是支承炉内物料：二是均匀分布气体并创造一个良好的起始流化条件：三是抑制聚式流化原生稳定性的恶性引发。也就是要考虑气体出分布器那一瞬间的流型和湍流程度，要创造一个良好的气固接触条件。

沸腾炉焙烧的操作控制

硫铁矿焙烧的工艺流程

一．固体流程

原料工段送来的成品矿，从成品矿储斗，经皮带加料机加入沸腾炉进行焙烧，焙烧后的矿渣经溢流口排出，经排渣机冷却后，用皮带运输机运往红渣库。余热锅炉，旋风除尘，电收尘除下来的矿尘，也经除渣系统运往红渣库。

二．气体流程

空气由空气鼓风机送入沸腾炉，与硫铁矿焙烧反应后生成一定SO2浓度的炉气，经余热锅炉，旋风除尘，电收尘初步除尘，降温后送往净化岗位。

正常操作

（一）操作调节诸因素分析：

沸腾炉的工艺操作并不复杂，只要掌握了它的基本规律，操作控制便可运行自如。

平时的调节主要是调节风量和投矿量两项，实际生产中。送风量一般保持恒定不变，只有后续工段设备阻力上升后，才被迫调整风量，怎样掌握好炉子的安全运行？这就涉及到如何控制温度，压力，浓度等指标，并根据这些指标如何进行调节，下面就沸腾工艺条件下的特性，调节的作用及这些指标彼此之间的关系。

1.温度：沸腾炉温度的特点就是所谓床层温度的均匀性。由于沸腾层内各点的温度

差异很大，而且只要局部条件改变，就可以起到调节整个床层温度的作用。以下因素会影响温度的变化，及它们操作调节关系。

（1）由于原料品位或投矿量的改变，进入炉内原料中硫分的不同，都影响着炉温，这是炉内的热量都来自硫分的燃烧反应，所以硫分的操作调节上的重要一环。一般来讲，投入炉内原料硫分增多，它的焙烧反应热量就增加，炉温会上升，但在炉内常常会有两种反应过程：一种是过剩空气充裕的条件下，生成Fe2O3红色渣反应，这一反应完全，当增加硫分时，炉温会上升，符合上面谈的规律。另一种是过剩空气不足时，生成Fe3O4黑渣反应，这一反应常伴有一部分FeS生成，这时候多投矿，增加炉内硫分，燃烧反应不完全，一部分FeS2分解为FeS吸收热量，因而炉温不仅不会上升反而会下降。在这种情况下，一旦遇到原料供应中断，炉内氧过剩，大量Fe3O4,FeS被氧化，将可使温度急剧上升，如控制不当，便能造成高温结巴事故。所有硫分变化对温度影响的很大的，这时可采取加减矿量的方法进行控制，方法简单，而且灵敏可靠。

（2）风量的影响：风量的改变也影响炉床温度的改变。正如前面所说，炉内会产生两种化学反应过程。因此风量的改变有时能使温度起变化。尤其是在炉内焙烧反应不完全，炉渣大部分呈Fe3O4状态时。增加风量，会使反应热增加，温度显著上升。如果炉内物料大部分已燃烧成Fe2O3反应较完全，这时增加风量，炉温不仅不会上升反而会下降，可是为了保证炉内良好的沸腾条件，一般风量变化的范围不是很大，平时操作中有三种情况的必须避免的：

第一点：在炉内反应不完全时，大部分渣呈Fe3O4黑渣时，不要随便减风。

第二点：当炉渣呈Fe2O3红渣状态时，就不宜在加风量。

第三点：当炉内温度骤然升高时，一般不要开风或关风，开风后炉温可能会上升，减风后，炉内物料会结团，粒度增粗，严重时造成结疤事故。

（3）冷却介质的影响：冷却介质对炉内水箱（预热器）而言。单位时间移走的热量是一定的，因此，平时不能用它来调节炉温。当原料品种及质量一旦确定，即可选择合适的水箱换热面积，确保炉温在安全范围内。

（4）当原料中含水较多时，也会显著的影响炉温。在焙烧低含硫高水分矿时，当送风量一定情况下，炉温会随着投矿量的增加而降低。

2.炉底压力：炉底压力主要代表了分布器和沸腾层的阻力。一般分不器的阻力不大。

且在一定风量下是不变的。所以炉底压力的变化可以说是反映了沸腾层的厚度和床层的情况。事实上，沸腾层阻力大小决定于静止料层厚度和它的堆积重度。但同炉内流速无关，因此炉底压力由以下几方面来调节：

（1）在炉子稳定沸腾范围内，开大风量能使排渣量增多，炉底压力降低；减少风量将使排渣量减少，炉底压力升高，实际操作中也是依照这个原则调整的。（2）增加炉内投矿量，也就是相当于增加了炉内料层厚度，在送风量一定的前提下，会使炉底压力上升。

（3）采用调节排渣口高度的办法来调节。可以达到控制炉内料层高度的目的，从而掌握炉底压力的高低。

3.炉气SO2浓度:沸腾炉出口SO2浓度的高低，取决于进入炉内的硫量和空气量。（1）SO2浓度的高低常常反应出了炉内焙烧反应过程的情况，通常当炉内反应生成红色矿渣Fe2O3时，炉气中的SO2浓度不会很高；如果焙烧过程中控制一定的

空气量，进行高负荷运行，那么原则上可以接近理论最高的SO2浓度值。（2）由于沸腾炉的焙烧反应，采用的是含氧21%的普通空气，因此炉子出口气体

中，随焙烧反应出口SO2浓度的升高，相应氧含量下降，因此利用炉气中的氧

含量多少来测算和控制SO2浓度也是有效的。

（3）在焙烧反应中，大部分硫分转变成SO2,但由于炉气中少量过剩氧的存在，加

SO3，其化学反应式如下：

SO2+(1/2)O2 SO3+热量

这部分SO3到净化系统变成酸雾，习惯称为“原始酸雾”，它对于管道，设备有很大的腐蚀破坏作用。

如前所述，原始酸雾来源于部分SO2的转化，这个转化反应能够进行到什么程度，与温度，炉气成分（SO2和O2含量）和催化物有关。

再之，炉内温度是影响炉气中SO3含量的一个重要因素，因为温度与Fe2O3的催化活性有密切关系。当炉温在6500C以上时Fe2O3的催化作用很显著。到750 0C时活性最好，然后随温度的上升而下降，到9000C以上时，其催化作用就很轻微了。

由于炉中过剩空气多，则生产的Fe2O3就多，炉气中的SO3就多，而且炉气经过Fe2O3的活性温度范围（650—8000C）的时间越长，对SO3的生成越有利。

综上所述：为了抑制SO3的生成，降低原始酸雾含量，炉气中SO2浓度要高，炉温要高，氧含量要低，渣尘中的Fe2O3要少，炉气中SO2的浓度以13—13.5%为最好，炉温最好控制在9000C左右。

（4）随着炉内的SO2浓度升高，虽然SO3含量可以大大下降，但此时的氧含量相应减少如果炉子进的含硫量稍有增加，又未及时减料的话，炉内就会造成缺氧而

产生升华硫。它会堵塞管道和设备，严重时还会影响到转化器触媒的寿命，为

了避免它的生成，SO2浓度一般控制在12.5—13.5%最为宜。这样既做到了降

低原始酸雾又避免了升华硫的生成。

（5）在控制SO2浓度上有的厂采用的调节二次风的办法。现就二次风使用总结如下：

灰红渣黑又细，说明底风不足，应加底风减二次风。

灰渣均黑，说明炉子的负荷重，风不足，应加底风，待渣转红后，在根据情况调节二次风。

渣红细，灰黑，系二次风不足，应开大二次风，但若渣红又细，则应减底风。

一般情况，炉气中SO2浓度的高低，靠投矿量的调节方式是最灵敏的。

上面谈了操作上几个主要指标的控制和调节的关系。总的来讲就是掌握风量和投矿量两件事，但实际操作中十分复杂，有时可能同时出现几种矛盾，这时应该把几种因素连贯起来分析，抓住主要矛盾，耐心细致的进行调节，观察变化，这是操作调节中必须注意的。

二，排渣情况与操作条件的关系。

沸腾炉的排渣情况是掌握好操作的一个重要因素。

一般情况下，排渣情况反映了炉内的焙烧变化情况。排渣粒度和沸腾层的粒度是接近的，根据炉子排渣情况，结合炉底压力的高低，可以判断出炉膛内沸腾状况及沸腾层高低。

通常风量大小同焙烧效果关系密切，当风量大，氧气足，矿渣含硫低，矿渣烧成Fe2O3;反之，风量过小时，主要是Fe3O4,呈黑所色，因此风过大或过小可以从排渣粒度上表现出来。

矿渣的颜色的不同，实际上反应了渣内Fe2O3和Fe3O4的比例变化。也显示

炉内氧硫比关系（风料比）的差异。一般当炉负荷大，即一定风量下炉膛单位面积投硫量较多时，渣呈黑色，其主要成分是Fe3O4,由于氧硫比较低，因此还有一部分FeS存在，灰渣残留较高。反之，当炉负荷小，氧硫比较高，燃烧反应比较完全，灰渣残留较低。

矿渣残留低，烧出率高，且不会产生升华硫，这时红渣操作的特点，但炉气中的SO2浓度不高SO3含量却高，这将使炉气净化损失增大，酸雾含量增多。

而渣黑操作时，虽可大大降低炉气中的SO3，但同时，SO2浓度较高。易生成升华硫而使系统产生堵塞，并使灰渣残硫较高，烧出率下降。

以上两种操作都是不正确的，实践证明，棕色渣操作兼备了以上两种方法中的优点，又避免了它们的缺点，是比较合理的一种操作法。

三，正常操作与调节

1.正常操作的原则：

（1）要掌握炉子运行的全面情况，不仅要掌握好几个工艺指标，还要掌握原料情况，排渣情况，进风情况，以及冷却除尘装置等，还有净化的调节，转

化的动作都可能影响炉子的稳定运行。

（2）养成对各项指标，各个因素综合分析的习惯。

（3）要抓住主要矛盾

（4）养成过细的做风

（5）提倡一个“勤”字，要用预见性调节

2.调节要点：

（1）风量调节，一般因风量的变化对炉内沸腾情况以及温度等都有影响，因而在正常操作时，尽量固定风量的调节范围，以减少波动。

增加风量时，通常风量会升高，因此炉内风速的变化，不仅受风量的影响，还受温度的影响，所有动作不能过猛，防止破坏正常的操作条件，

用离心式鼓风机往往调节二次风时，也会影响炉底进风量的变化，同时影响上部温度和炉气体积的变化。

（2）炉底压力：当炉内负压大时，炉底压力容易升高，它会影响正常的排渣，这时不宜开大风量。防止把操作条件高乱，应设法将系统抽气量减小。（3）矿量的调节：一般投矿量较少时，要特别注意风量对炉内粒度变化的影响，以及炉底压力的影响。

投矿量增加，一般温度，炉气SO2浓度都会增加，在一定抽气量下，如果炉出口温度不变，则SO2浓度一般不变，如果SO2浓度增高，则由于带出较多热量。出口温度也会相应升高。

当增加投料：炉温不但不增加，反而会下将。会出现矿渣残硫成倍增高现象，同时，炉气中会产生升华硫，这时宜减矿或开风。