CFB半干法脫酸塔及RTO燃燒爐應(yīng)用于鋰電池廢氣治理技術(shù)的研究

何東杰，程 燕

（1.安徽皖欣環(huán)境科技有限公司，安徽 合肥 230000；2.合肥市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，安徽 合肥 230000）

廢棄鋰電池拆解破碎過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量有機(jī)廢氣，富含氯化氫、含氟含磷有機(jī)廢氣等各種有害物質(zhì)。隨著CFB半干法脫酸在垃圾焚燒、冶金行業(yè)的普遍應(yīng)用及RTO燃燒爐在VOC治理領(lǐng)域的廣泛推廣，為尋找更為有效的鋰電池拆解破碎行業(yè)有機(jī)廢氣的處理方法，對(duì)CFB半干法脫酸塔及RTO燃燒爐應(yīng)用于鋰電池廢氣治理技術(shù)的研究具有重要意義。

1 鋰電池廢氣治理技術(shù)研究的理念及思路

鋰電池廢氣治理技術(shù)的研究目的是去除煙氣中的顆粒物、有機(jī)物等有害物質(zhì)，尋找更好的環(huán)保治理技術(shù)，建設(shè)更好的生態(tài)環(huán)境[1]。

目前，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有鋰電池拆解或破碎等過(guò)程，往往都會(huì)產(chǎn)生HF、HCl等酸性物質(zhì)及顆粒物，這些酸性物質(zhì)可以通過(guò)CFB循環(huán)流化床半干法脫酸塔+布袋除塵器的方式去除。但是出于對(duì)RTO燃燒爐的保護(hù)、及對(duì)RTO燃燒爐安全運(yùn)行的考慮，需在RTO燃燒爐之前再加一級(jí)濕法脫酸塔，通過(guò)半干法+濕法兩級(jí)脫酸，確保HF、HCl等酸性物質(zhì)完全去除。鋰電池拆解破碎產(chǎn)生的各種可燃有機(jī)物在RTO燃燒爐內(nèi)進(jìn)行充分燃燒，生成二氧化碳和水。另外，為了防止含氟有機(jī)物在RTO燃燒爐高溫燃燒狀態(tài)下產(chǎn)生新的含氟酸性氣體，在RTO燃燒爐之后再設(shè)置一級(jí)堿洗塔+一級(jí)水洗塔，從而充分保證鋰電池拆解破碎產(chǎn)生的廢氣能被有效去除[2]。

2 新的鋰電池廢氣治理工藝的研究原則

該研究將按照安全性、技術(shù)合理性、經(jīng)濟(jì)性的原則來(lái)設(shè)計(jì)：（1）安全性：針對(duì)含氟含磷有機(jī)廢氣的特點(diǎn)，有充分的應(yīng)對(duì)措施，確保安全性。（2）技術(shù)合理性：不僅遵守各種標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，同時(shí)處理工藝滿足技術(shù)合理性。（3）經(jīng)濟(jì)性：不僅節(jié)約造價(jià)、也要低運(yùn)行成本。謹(jǐn)慎合理選擇廢氣處理工藝方案，可確保系統(tǒng)長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行。整個(gè)廢氣處理系統(tǒng)是獨(dú)立的，不影響上游工藝設(shè)備的操作運(yùn)行。系統(tǒng)工藝是全新的，對(duì)行業(yè)治理有創(chuàng)新性意義。

3 新的鋰電池廢氣治理工藝的確定

因鋰電池破碎拆解生產(chǎn)工藝廢氣中有大量粉塵，設(shè)置旋風(fēng)除塵器收集大顆粒粉塵重新回收利用；廢氣中還含有大量有機(jī)廢氣，其中有難以分解的含氟含磷有機(jī)廢氣，設(shè)計(jì)CFB半干法脫酸塔+濕法脫酸兩級(jí)脫酸后進(jìn)入RTO焚燒，焚燒后氣體再經(jīng)過(guò)急冷塔和二級(jí)洗滌塔，確保尾氣達(dá)標(biāo)排放。

經(jīng)過(guò)以上思路，鋰電池拆解破碎過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣的治理工藝為：旋風(fēng)除塵器+CFB半干法脫酸塔+布袋除塵器+濕法脫酸塔+氣水分離器+RTO燃燒爐+急冷塔+堿洗塔+水洗塔處理，由排氣筒達(dá)標(biāo)排放。根據(jù)以上分析，新的鋰電池廢氣治理工藝流程圖大致如圖1。

圖1 新的鋰電池廢氣治理工藝流程圖

4 新的鋰電池廢氣治理工藝介紹及原理說(shuō)明

工業(yè)生產(chǎn)中的有害氣體種類很多，主要有有機(jī)廢氣、異味、硫氧化物、氮氧化物、鹵化物、碳氧化物、碳?xì)浠锏?，?duì)大氣環(huán)境造成的污染統(tǒng)稱為氣態(tài)污染。根據(jù)來(lái)源和性質(zhì)，可采取適宜的措施控制,主要包括減少或防止污染物的產(chǎn)生，對(duì)已產(chǎn)生的氣態(tài)污染物加以回收利用或進(jìn)行無(wú)公害化處理。凈化方法的選擇取決于氣體的流量和污染物濃度。對(duì)于濃度較高的氣體，可考慮增加預(yù)處理系統(tǒng)。

綜合考慮投資額、處理效果、占地面積、運(yùn)行費(fèi)用以及操作維護(hù)等各方面因素，建議新的鋰電池廢氣處理工藝選擇為：旋風(fēng)除塵器+CFB半干法脫酸塔+布袋除塵器+濕法脫酸塔+氣水分離器+RTO燃燒爐+急冷塔+堿洗塔+水洗塔洗滌處理。

鋰電池拆解破碎過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣匯總后，經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器+CFB半干法脫酸塔+布袋除塵器+濕法脫酸塔+氣水分離器+RTO燃燒爐+急冷塔+堿洗塔+水洗塔洗滌處理除去廢氣中的有機(jī)物，整套設(shè)備主要處理單元如下：

第一單元：旋風(fēng)除塵器

旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低且易于維護(hù)，操作簡(jiǎn)單，已廣泛用于從氣流中分離固體和液體粒子。

VOCs 廢氣中含有大量粉塵，使用旋風(fēng)除塵器收集其中大顆粒粉塵，運(yùn)回生產(chǎn)線，回收利用。

第二單元：CFB半干法脫酸塔+布袋除塵器

CFB半干法煙氣脫酸技術(shù)利用循環(huán)流化床和布袋除塵器進(jìn)行脫酸和除塵。CFB半干法脫酸塔塔是CFB半干法脫酸塔的核心設(shè)備，能夠有效去除廢氣中的酸性氣體。布袋除塵器是除塵的核心設(shè)備，同時(shí)具備二次脫酸的功效。

CFB半干法脫酸塔是一個(gè)帶有文丘里喉管的空塔結(jié)構(gòu)，文丘里的作用是將脫酸塔入口的煙氣加速，從而使脫酸塔內(nèi)的物料獲得循環(huán)動(dòng)力。由于脫酸塔始終在煙氣露點(diǎn)溫度20℃以上運(yùn)行，加上堿性吸收劑多次循環(huán)反應(yīng)，酸性氣體可基本全部除去，所以吸收塔全部由Q235B普通碳鋼制成，內(nèi)部不需要任何防腐內(nèi)襯。

第三單元：濕法脫酸塔

經(jīng)過(guò)布袋除塵處理過(guò)的廢氣，采用濕法脫酸對(duì)酸性氣體及粉塵進(jìn)一步處理，進(jìn)一步減少進(jìn)RTO燃燒爐的煙氣含氟含磷量，保護(hù)RTO設(shè)備免受腐蝕。

濕式脫酸塔工作原理是將氣體中的酸性污染物質(zhì)分離出來(lái)，以達(dá)到凈化氣體的目的。

第四單元：氣水分離器

經(jīng)過(guò)濕法脫酸后的廢氣，進(jìn)RTO焚燒爐之前，加設(shè)氣水分離器，進(jìn)一步去除水分，對(duì)RTO做保護(hù)。如果廢氣中有水分進(jìn)入RTO焚燒爐，不僅造成熱量損失、可能造成燃燒的不充分，而且會(huì)造成設(shè)備腐蝕。所以在RTO燃燒爐之前設(shè)置氣水分離器十分必要，氣水分離器的性能也非常重要。

第五單元：RTO焚燒爐

經(jīng)過(guò)充分處理的廢氣，進(jìn)入RTO焚燒爐，充分燃燒，去除廢氣中的VOCs[3]和有害物質(zhì)，生成CO2和H2O。RTO蓄熱氧化技術(shù)是利用充分燃燒，將VOC廢氣轉(zhuǎn)換成CO2與H2O，同時(shí)利用陶瓷的蓄熱性能，減少能量的消耗從而節(jié)約成本。

常溫的廢氣進(jìn)入燃燒室時(shí)從事先預(yù)熱的入口端高溫蓄熱層吸收熱量，達(dá)到750℃以上溫度進(jìn)行氧化分解，再由出口端蓄熱層吸收大部分熱量后排出。由氣流切換閥門定時(shí)切換氣流方向，原來(lái)的入口端變成出口端，出口端變成入口端，循環(huán)蓄熱層的吸熱和放熱過(guò)程。因熱回收效率很高，達(dá)到95%以上，在有機(jī)物濃度較高時(shí)無(wú)需燃燒器供熱，以有機(jī)物氧化熱就可以保持燃燒室的溫度，達(dá)到節(jié)能效果。

RTO采用三床式，有3個(gè)蓄熱室，在1進(jìn)1出1吹掃模式工作。3組切換閥分別切換進(jìn)/出/吹掃風(fēng)的流向，切換閥形式為提升閥。

第六單元：急冷塔+二級(jí)洗滌

急冷塔的主要作用是將煙氣迅速降溫。防止RTO燃燒爐排氣溫度異常，導(dǎo)致后續(xù)設(shè)備損壞。

堿液噴淋塔，利用被吸收的氣體與吸收液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而將酸性氣體除去。

水洗塔作為最后一道處理設(shè)備，進(jìn)一步將煙氣進(jìn)行洗滌，充分保證廢氣處理的效果。

RTO燃燒爐充分燃燒后的尾氣，經(jīng)過(guò)急冷塔+堿洗塔+水洗塔處理后，達(dá)標(biāo)排放。

5 結(jié)論

針對(duì)鋰電池拆解破碎廢氣特點(diǎn)，充分考慮廢氣處理工藝的合理性、經(jīng)濟(jì)性、安全性，選擇采用旋風(fēng)除塵器+CFB半干法脫酸塔+布袋除塵器+濕法脫酸塔+氣水分離器+RTO燃燒爐+急冷塔+堿洗塔+水洗塔治理工藝，具有較好的處理性能，可有效處理成分復(fù)雜的含氯含氟的有機(jī)廢氣。