CFB半干法脱酸塔及RTO燃烧炉应用于锂电池废气治理技术的研究

2021-05-08何东杰

皮革制作与环保科技 2021年5期

何东杰，程燕

（1.安徽皖欣环境科技有限公司，安徽合肥 230000；2.合肥市环境监测中心站，安徽合肥 230000）

废弃锂电池拆解破碎过程中会产生大量有机废气，富含氯化氢、含氟含磷有机废气等各种有害物质。随着CFB半干法脱酸在垃圾焚烧、冶金行业的普遍应用及RTO燃烧炉在VOC治理领域的广泛推广，为寻找更为有效的锂电池拆解破碎行业有机废气的处理方法，对CFB半干法脱酸塔及RTO燃烧炉应用于锂电池废气治理技术的研究具有重要意义。

1 锂电池废气治理技术研究的理念及思路

锂电池废气治理技术的研究目的是去除烟气中的颗粒物、有机物等有害物质，寻找更好的环保治理技术，建设更好的生态环境[1]。

目前，国内现有锂电池拆解或破碎等过程，往往都会产生HF、HCl等酸性物质及颗粒物，这些酸性物质可以通过CFB循环流化床半干法脱酸塔+布袋除尘器的方式去除。但是出于对RTO燃烧炉的保护、及对RTO燃烧炉安全运行的考虑，需在RTO燃烧炉之前再加一级湿法脱酸塔，通过半干法+湿法两级脱酸，确保HF、HCl等酸性物质完全去除。锂电池拆解破碎产生的各种可燃有机物在RTO燃烧炉内进行充分燃烧，生成二氧化碳和水。另外，为了防止含氟有机物在RTO燃烧炉高温燃烧状态下产生新的含氟酸性气体，在RTO燃烧炉之后再设置一级碱洗塔+一级水洗塔，从而充分保证锂电池拆解破碎产生的废气能被有效去除[2]。

2 新的锂电池废气治理工艺的研究原则

该研究将按照安全性、技术合理性、经济性的原则来设计：（1）安全性：针对含氟含磷有机废气的特点，有充分的应对措施，确保安全性。（2）技术合理性：不仅遵守各种标准、规范，同时处理工艺满足技术合理性。（3）经济性：不仅节约造价、也要低运行成本。谨慎合理选择废气处理工艺方案，可确保系统长期安全可靠运行。整个废气处理系统是独立的，不影响上游工艺设备的操作运行。系统工艺是全新的，对行业治理有创新性意义。

3 新的锂电池废气治理工艺的确定

因锂电池破碎拆解生产工艺废气中有大量粉尘，设置旋风除尘器收集大颗粒粉尘重新回收利用；废气中还含有大量有机废气，其中有难以分解的含氟含磷有机废气，设计CFB半干法脱酸塔+湿法脱酸两级脱酸后进入RTO焚烧，焚烧后气体再经过急冷塔和二级洗涤塔，确保尾气达标排放。

经过以上思路，锂电池拆解破碎过程中产生的有机废气的治理工艺为：旋风除尘器+CFB半干法脱酸塔+布袋除尘器+湿法脱酸塔+气水分离器+RTO燃烧炉+急冷塔+碱洗塔+水洗塔处理，由排气筒达标排放。根据以上分析，新的锂电池废气治理工艺流程图大致如图1。

图1 新的锂电池废气治理工艺流程图

4 新的锂电池废气治理工艺介绍及原理说明

工业生产中的有害气体种类很多，主要有有机废气、异味、硫氧化物、氮氧化物、卤化物、碳氧化物、碳氢化物等，对大气环境造成的污染统称为气态污染。根据来源和性质，可采取适宜的措施控制,主要包括减少或防止污染物的产生，对已产生的气态污染物加以回收利用或进行无公害化处理。净化方法的选择取决于气体的流量和污染物浓度。对于浓度较高的气体，可考虑增加预处理系统。

综合考虑投资额、处理效果、占地面积、运行费用以及操作维护等各方面因素，建议新的锂电池废气处理工艺选择为：旋风除尘器+CFB半干法脱酸塔+布袋除尘器+湿法脱酸塔+气水分离器+RTO燃烧炉+急冷塔+碱洗塔+水洗塔洗涤处理。

锂电池拆解破碎过程中产生的有机废气汇总后，经过旋风除尘器+CFB半干法脱酸塔+布袋除尘器+湿法脱酸塔+气水分离器+RTO燃烧炉+急冷塔+碱洗塔+水洗塔洗涤处理除去废气中的有机物，整套设备主要处理单元如下：

第一单元：旋风除尘器

旋风除尘器结构简单，成本低且易于维护，操作简单，已广泛用于从气流中分离固体和液体粒子。

VOCs 废气中含有大量粉尘，使用旋风除尘器收集其中大颗粒粉尘，运回生产线，回收利用。

第二单元：CFB半干法脱酸塔+布袋除尘器

CFB半干法烟气脱酸技术利用循环流化床和布袋除尘器进行脱酸和除尘。CFB半干法脱酸塔塔是CFB半干法脱酸塔的核心设备，能够有效去除废气中的酸性气体。布袋除尘器是除尘的核心设备，同时具备二次脱酸的功效。

CFB半干法脱酸塔是一个带有文丘里喉管的空塔结构，文丘里的作用是将脱酸塔入口的烟气加速，从而使脱酸塔内的物料获得循环动力。由于脱酸塔始终在烟气露点温度20℃以上运行，加上碱性吸收剂多次循环反应，酸性气体可基本全部除去，所以吸收塔全部由Q235B普通碳钢制成，内部不需要任何防腐内衬。

第三单元：湿法脱酸塔

经过布袋除尘处理过的废气，采用湿法脱酸对酸性气体及粉尘进一步处理，进一步减少进RTO燃烧炉的烟气含氟含磷量，保护RTO设备免受腐蚀。

湿式脱酸塔工作原理是将气体中的酸性污染物质分离出来，以达到净化气体的目的。

第四单元：气水分离器

经过湿法脱酸后的废气，进RTO焚烧炉之前，加设气水分离器，进一步去除水分，对RTO做保护。如果废气中有水分进入RTO焚烧炉，不仅造成热量损失、可能造成燃烧的不充分，而且会造成设备腐蚀。所以在RTO燃烧炉之前设置气水分离器十分必要，气水分离器的性能也非常重要。

第五单元：RTO焚烧炉

经过充分处理的废气，进入RTO焚烧炉，充分燃烧，去除废气中的VOCs[3]和有害物质，生成CO2和H2O。RTO蓄热氧化技术是利用充分燃烧，将VOC废气转换成CO2与H2O，同时利用陶瓷的蓄热性能，减少能量的消耗从而节约成本。

常温的废气进入燃烧室时从事先预热的入口端高温蓄热层吸收热量，达到750℃以上温度进行氧化分解，再由出口端蓄热层吸收大部分热量后排出。由气流切换阀门定时切换气流方向，原来的入口端变成出口端，出口端变成入口端，循环蓄热层的吸热和放热过程。因热回收效率很高，达到95%以上，在有机物浓度较高时无需燃烧器供热，以有机物氧化热就可以保持燃烧室的温度，达到节能效果。

RTO采用三床式，有3个蓄热室，在1进1出1吹扫模式工作。3组切换阀分别切换进/出/吹扫风的流向，切换阀形式为提升阀。