CN104492242B - 一种窑炉尾气净化装置及净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种窑炉尾气净化装置及净化方法。该净化装置包括清洗槽、焦油冷凝器、冷却塔、压力缓冲罐、变频风机、喷淋吸收塔、原始吸收液池、硫酸铵中转池、冷却器、结晶罐、离心机、混料机和干燥机。该净化方法包括：第一步，焦油的冷凝回收；第二步，新鲜空气的补给；第三步，氨的喷淋吸收；第四步，硫酸铵溶液的后处理。由以上技术方案可知，该尾气净化装置及净化方法能够对工业窑炉烧结磷酸铁锂过程中产生的含氨及焦油的尾气进行良好的净化，保证窑炉内的烧结气氛处于正常状态。

Description

一种窑炉尾气净化装置及净化方法

技术领域

本发明涉及工业电窑炉尾气净化技术领域，具体涉及一种窑炉尾气净化装置及净化方法。

背景技术

工业电窑炉在烧结磷酸铁锂过程中，会产生含有氨气和少量焦油的尾气。氨是一种恶臭物，如果直接排放到大气，会对人体的呼吸系统、循环系统、消化系统等造成严重影响。此外，在净化吸收尾气的同时，应兼顾回收焦油，否则焦油会影响氨气的吸收效果。窑炉内的烧结工艺对氧含量有着苛刻的上限条件，排气口附近压强的变化极有可能影响炉内的烧结气氛，因此，处理烧结磷酸铁锂产生的尾气成为一种难题。

目前，磷酸铁锂窑炉尾气处理方法不太成熟，生产厂家大多采用非接触式抽风方式，该方式存在两个问题：一、虽然保证了炉内的微正压，但是排气口处的空气与炉体内的气氛存在较高的氧浓度差，空气中的氧气很可能渗透到窑炉内，对炉内氧含量造成影响；二、排气口排出的尾气温度在200℃左右，吸收大量空气后造成气体的明显降温，大量的焦油会囤积在非接触式吸风罩和风管内，需定期进行清除焦油，然而焦油的清除工作并不容易。

发明内容

本发明的目的在于提供一种窑炉尾气净化装置及净化方法，该尾气净化装置及净化方法能够对工业窑炉烧结磷酸铁锂过程中产生的含氨及焦油的尾气进行良好的净化，保证窑炉内的烧结气氛处于正常状态。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种窑炉尾气净化装置，包括清洗槽、焦油冷凝器、冷却塔、压力缓冲罐、变频风机、喷淋吸收塔、原始吸收液池、硫酸铵中转池、冷却器、结晶罐、离心机、混料机和干燥机。

具体地说，所述的焦油冷凝器，其清洗液进、出口分别通过清洗泵及清洗液供给管路、清洗液返回管路与清洗槽相连；其冷却水进、出口分别通过冷却水供给管路、冷却水返回管路与冷却塔相连；其气体出口与压力缓冲罐的进气口相连。

所述的压力缓冲罐的出气口处设有空气补给支管，且该出气口通过气体混合后管路与变频风机的进气口相连。

所述的变频风机的出气口与喷淋吸收塔的进气口相连。

所述的喷淋吸收塔内自上而下依次设有吸收区和母液槽。所述的吸收区设有三层喷淋，分别为顶层喷淋、中层喷淋和底层喷淋。所述的顶层喷淋通过顶层管路及补液泵与原始吸收液池相连。所述的中层喷淋与底层喷淋通过中底层管路与循环喷淋泵相连。所述的母液槽，其入口、出口分别通过溢流管路、连通管路与油水分离槽的入口、出口相连，其底部依次通过气动阀、转移泵、母液槽输出管路与硫酸铵中转池的入口相连。

所述的硫酸铵中转池，其出口通过中转池输出管路及结晶泵与冷却器的管层进口相连。

所述的冷却器，其冷却水入口、冷却水出口分别通过冷却水供给管路、冷却水返回管路与冷却塔相连，其管层出口通过结晶管路与结晶罐的入口相连。

所述的结晶罐为采用夹套式冷却方式的结晶罐，其夹套层分别通过冷却水供给管路、冷却水返回管路与冷却塔相连，其底部排放口通过排放管路及晶体输送泵与离心机相连。

所述的离心机，其逸出气体出口通过离心机逸出气体管路与变频风机的前风管相连，其底部通过溢流管与硫酸铵中转池相连，其底部排放口通过浆料排出管路与混料机的入口相连。

所述的混料机的出口通过螺旋输送机与干燥机的入口相连。

所述的干燥机，其逸出气体出口通过干燥机逸出气体管路与变频风机的前风管相连，其底部设有硫酸铵晶体排出口。

进一步的，所述的清洗槽采用聚丙烯材质，所述的清洗槽内设有电加热管。

进一步的，所述的焦油冷凝器采用列管式换热器，包括壳体、封头和列管，所述的壳体采用SUS304材质，所述的列管和封头采用SUS316L材质。

焦油冷凝器的上端为换热区域，下端为焦油囤积区域。

所述的焦油冷凝器上设有气体进口、气体出口、冷却水进口、冷却水出口、清洗液进口、清洗液出口、焦油排放口和视镜。所述的气体进出口设有温度表和压力表。

所述的焦油冷凝器的气体进口通过风管与窑炉排气口相连，且风管的外侧设有保温层。通过在风管外周设置保温层，使风管内不会有焦油的沉积，避免了清除焦油的重复工作。

进一步的，所述的压力缓冲罐，其顶部设有压力传感器，其出口处设有气体流量计和电动蝶阀。所述的电动蝶阀为连续调节型电动蝶阀，其与压力传感器电连接。

进一步的，所述的喷淋吸收塔采用玻璃钢材质，其顶部设有氨气检测仪，其母液槽内设有PH检测仪和高低液位探头。

进一步的，所述的结晶罐采用SUS316L材质，其内部设有搅拌器，其外侧设有冷却水夹套。

本发明还涉及一种根据上述窑炉尾气净化装置的净化方法，该方法包括以下步骤：

（1）焦油的冷凝回收：

将烧结窑炉排出的尾气通入焦油冷凝器的管层，向焦油冷凝器的壳层通入冷却水对尾气进行冷却，使尾气的温度从180℃±10℃降至40~50℃，焦油冷凝沉积于焦油冷凝器底部。本发明采用冷却降温的方式回收窑炉尾气中的焦油，由于窑炉尾气经过焦油冷凝器后温度骤降，尾气中的大量焦油冷凝沉积与焦油冷凝器的底部。对于沉积于焦油冷凝器底部的焦油，可定期从焦油排放口排出来回收利用。本发明采用焦油冷凝器对窑炉尾气进行冷凝，焦油冷凝器的管层内为气体、壳层内为常温的冷却水，冷却水的流量不低于6m³/h。

（2）新鲜空气的补给：

采用补给新鲜空气的方法，向经过焦油冷凝回收后的尾气中补充空气，形成经过焦油冷凝回收后的尾气与空气的混合气体，在该混合气体中，经过焦油冷凝回收后的尾气与空气的流量之比为1:8。为了保证窑炉排放口的微正压以及避免对炉内烧结气氛造成影响，本发明采用旁路调节对含尾气抽风支管进行调节控制，通过改变新鲜空气的补给量来调节系统的压力，以保证窑炉内部的微正压，防止空气进入炉内。本发明通过压力传感器及电动蝶阀来调节系统的压力，本发明涉及的窑炉所对应的压力范围为200Pa左右。

（3）氨的喷淋吸收：

采用硫酸吸收法对窑炉尾气中的氨气进行连续吸收，在喷淋塔内含氨尾气自下而上与喷淋的硫酸溶液进行逆向接触反应，含氨气体得到处理，生成硫酸铵落入母液槽内；当母液槽内的硫酸铵达到饱和状态时，硫酸铵饱和溶液转移至硫酸铵中转池。对于窑炉尾气中的氨气，本发明采用硫酸溶液吸收的方法，使氨气与硫酸反应生成硫酸铵，进而对硫酸铵进行回收利用。当母液槽中的硫酸铵PH值达到4.5~5.5时，硫酸铵溶液达到饱和状态。在实际操作中，当母液槽中的PH检测仪出现读数时，转移泵立即自动启动，将硫酸铵溶液转移至硫酸铵中转池中。

（4）硫酸铵溶液的后处理：

饱和硫酸铵溶液经过结晶、离心、混料、干燥处理，最后得到高纯度的硫酸铵晶体。

由以上技术方案可知，本发明能够良好的处理烧结窑炉排出的含有氨及焦油的尾气，且不会对炉内烧结气氛造成影响。本发明通过采用补给新鲜空气的旁路调节方法，便于整个净化系统的压力调节，保证窑炉内部的微正压；通过使冷凝后的焦油集中存储在焦油冷凝器的底部，实现焦油的集中回收，能够使风管内不会有明显的焦油，避免清除焦油的重复工作；通过采用硫酸溶液吸收氨气的方法吸收尾气中的氨气，使最终产物为硫酸铵，提高了资源的利用率。本发明所述的窑炉尾气净化装置及净化方法，在整个净化处理过程中不会产生废气、废液的排放，处理过程中产生的气体与液体都参与到整个净化处理过程的循环当中。本发明不仅解决了常规的非接触式抽风方式处理窑炉尾气所带来的问题，还符合循环经济产业的理念，具有经济、可靠、可行等特点。

附图说明

图1是本发明中窑炉尾气净化装置的结构示意图。

其中：

1、清洗槽，2、清洗泵，3、清洗液供给管路，4、清洗液返回管路，5、冷却水供给管路，6、焦油冷凝器，7、换热区域，8、冷却水返回管路，9、冷却塔，10、压力传感器，11、压力缓冲罐，12、气体流量计，13、电动蝶阀，14、吸收区，15、喷淋吸收塔，16、氨气检测仪，17、顶层管路，18、补液泵，19、原始吸收液池，20、中转池输出管路，21、冷却器，22、结晶管路，23、结晶罐，24、输送管路，25、晶体输送泵，26、离心机，27、离心机逸出气体管路，28、干燥机逸出气体管路，29、干燥机，30、硫酸铵晶体排出口，31、浆料排出管路，32、溢流管，33、混料机，34、硫酸铵中转池，35、母液槽输出管路，36、油水分离槽，37、溢流管路，38、循环喷淋泵，39、中底层管路，40、连通管路，41、转移泵，42、气动阀，43、母液槽，44、变频风机，45、缓冲罐排放口，46、焦油排放口，47、视镜，48、焦油囤积区域。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示的一种窑炉尾气净化装置，包括清洗槽1、焦油冷凝器6、冷却塔9、压力缓冲罐11、变频风机44、喷淋吸收塔15、原始吸收液池19、硫酸铵中转池34、冷却器21、结晶罐23、离心机26、混料机33、干燥机29。

具体地说，所述的焦油冷凝器6，其冷却水进、出水口分别通过冷却水供给管路5、冷却水返回管路8与冷却塔9连接；其清洗液进、出口分别通过清洗泵2及清洗液供给管路3、清洗液返回管路4与清洗槽1连接；其气体出口与缓冲罐11进气口连接。

所述的压力缓冲罐11，其顶部安装有用于控制电动蝶阀13的压力传感器10，其出气口处安装有气体流量计12和空气补给支管。从缓冲罐出口流出的尾气与空气补给支管中的新鲜空气混合后，经过气体混合后管路与变频风机44进口相连。

所述的变频风机44出口与喷淋吸收塔15气体进口相连。通过采用变频风机，能够确保该净化装置的最佳抽风状态，使该净化装置便于可调。

所述的喷淋吸收塔15内自上而下依次设有吸收区14和母液槽43。所述的吸收区14设有三层喷淋，分别为顶层喷淋、中层喷淋和底层喷淋。所述的顶层喷淋通过顶层管路17及补液泵18与原始吸收液池19相连。原始吸收液池19内的硫酸浓度为30%。所述的中层喷淋与底层喷淋通过中底层管路39与循环喷淋泵38相连。所述的母液槽43，其入口、出口分别通过溢流管路37、连通管路40与油水分离槽36的入口、出口相连，其底部依次通过气动阀42、转移泵41、母液槽输出管路35与硫酸铵中转池34的入口相连。

所述的硫酸铵中转池34，其出口通过中转池输出管路20及结晶泵与冷却器21的管层进口相连。

所述的冷却器21，其冷却水入口、冷却水出口分别通过冷却水供给管路5、冷却水返回管路8与冷却塔9相连，其管层出口通过结晶管路22与结晶罐23的入口相连。

所述的结晶罐23为采用夹套式冷却方式的结晶罐，其夹套层分别通过冷却水供给管路5、冷却水返回管路8与冷却塔9相连，其底部排放口通过排放管路24及晶体输送泵25与离心机26相连。

所述的离心机26，其逸出气体出口通过离心机逸出气体管路27与变频风机44的前风管相连，其底部通过溢流管32与硫酸铵中转池34相连，其底部排放口通过浆料排出管路31与混料机33的入口相连。

所述的混料机33的出口通过螺旋输送机与干燥机29的入口相连，用于将混料机排出的浆料通过螺旋输送机送至干燥机。

所述的干燥机29，其逸出气体出口通过干燥机逸出气体管路28与变频风机44的前风管相连，其底部设有硫酸铵晶体排出口30。硫酸铵晶体排出口30，用于间歇性的排出高纯度硫酸铵晶体。

进一步的，所述的清洗槽1采用聚丙烯材质，所述的清洗槽1内设有F4电加热管。清洗槽1，用于清洗焦油冷凝器的列管内长期沉积的焦油，清洗槽内装有清洗液。所述的清洗液采用60~70℃的弱碱溶液或热水。

进一步的，所述的焦油冷凝器6采用列管式换热器，包括壳体、封头和列管，所述的壳体采用SUS304材质，所述的列管和封头采用SUS316L材质。

焦油冷凝器6的上端为换热区域7，下端为焦油囤积区域48。

所述的焦油冷凝器上设有气体进口、气体出口、冷却水进口、冷却水出口、清洗液进口、清洗液出口、焦油排放口46和视镜47。所述的气体进出口设有温度表和压力表。通入焦油冷凝器的冷却水的温度为25℃左右，其流量不低于6m³/h。通过视镜47观察焦油冷凝器底部的焦油囤积情况，然后根据压力表的差值确定列管内是否应该进行清洗。

所述的焦油冷凝器6的气体进口通过风管与窑炉排气口相连，且风管的外侧设有保温层。通过在风管外周设置保温层，使风管内不会有焦油的沉积，避免了清除焦油的重复工作。

进一步的，所述的压力缓冲罐11，其顶部设有压力传感器10，其出口处设有气体流量计12和电动蝶阀13。所述的电动蝶阀13为连续调节型电动蝶阀，其与压力传感器10电连接。电动蝶阀中有4~20 mA的信号输入、输出，其接收压力传感器10的信号进行其开度的调节并反馈给PLC。

进一步的，所述的喷淋吸收塔15采用玻璃钢材质，其顶部设有氨气检测仪16，其母液槽43内设有PH检测仪和高低液位探头。

进一步的，所述的结晶罐23采用SUS316L材质，其内部设有搅拌器，其外侧设有冷却水夹套。

本发明还涉及一种上述窑炉尾气净化方法的具体工艺过程为：

第一步，由窑炉排出的含氨及焦油的尾气直接进入焦油冷凝器6，焦油与焦油冷凝器6的壳层中25℃-35℃的冷却水逆向交换热量。由于温度骤降，窑炉尾气烟雾中绝大部分的焦油组分被冷凝而从废气中分离出来，这些焦油沉积在焦油囤积区48。经过焦油冷凝后的尾气从焦油冷凝器6的出口进入压力缓冲罐11。

第二步，压力缓冲罐11的存在，使得系统的压力变得平稳，经焦油冷凝器处理过的窑炉尾气，从压力缓冲罐11的底部进入，上部流出。压力缓冲罐11的底部设有排放口45，用于定期排放少量的焦油和碳粉。另外，在压力缓冲罐11的出气口处分别设置气体流量计12和电动蝶阀13。由于窑炉内的氧含量的控制点与压力缓冲罐11的压力有着对应关系，因此，通过给定压力传感器10合理的压力范围来控制电动蝶阀13的开启程度，即通过控制空气的吸收量来调节压力，达到保证窑炉烧结气氛的目的。

第三步，吸收空气后的混合气体经过变频风机44后进入喷淋吸收塔15。气体在塔内与三级喷淋液进行逆向接触反应，最后经过检测后高空排放。在喷淋吸收塔15中，随着氨气不断的被吸收，母液槽43内溶液的酸性逐渐降低，其吸收能力会慢慢下降。由于喷淋吸收塔15出口有氨气检测仪16，当检测值超过国家标准时，检测仪16通过信号传递给PLC，进而加大循环喷淋泵38的喷淋量。喷淋泵38采用的是变频泵。母液槽43内溶液的酸性不断降低，当溶液PH检测仪出现读数时，PLC会立即同步关闭循环喷淋泵38、开启气动阀42、补液泵18、转移泵41，硫酸铵饱和溶液被转移至硫酸铵中转池34。又由于转移泵41的流量远大于补液泵18，因此，当母液槽43内液位降低到低液位时，PLC关闭气动阀42和转移泵41，母液槽43内的液位将上升，当母液槽内的液位达到高液位并持续一定时间后，PLC将关闭补液泵18、开启循环喷淋泵38，系统进入下一个喷淋周期。

第四步，硫酸铵中转池34内的近饱和硫酸铵溶液经过冷却器21预冷却后进入结晶罐23，在结晶罐23内不断地被搅拌、冷却，直至硫酸溶液变成浆料。变成浆料的硫酸溶液由结晶罐23底部经晶体输送泵25送至离心机26进行离心脱水后，再依次经过混料、干燥后得到高纯度硫酸铵晶体。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种窑炉尾气净化装置，其特征在于：包括清洗槽、焦油冷凝器、冷却塔、压力缓冲罐、变频风机、喷淋吸收塔、原始吸收液池、硫酸铵中转池、冷却器、结晶罐、离心机、混料机和干燥机；

所述的焦油冷凝器，其清洗液进、出口分别通过清洗泵及清洗液供给管路、清洗液返回管路与清洗槽相连；其冷却水进、出口分别通过冷却水供给管路、冷却水返回管路与冷却塔相连；其气体出口与压力缓冲罐的进气口相连；

所述的压力缓冲罐的出气口处设有空气补给支管，且该出气口通过气体混合后管路与变频风机的进气口相连；

所述的变频风机的出气口与喷淋吸收塔的进气口相连；

所述的喷淋吸收塔内自上而下依次设有吸收区和母液槽；所述的吸收区设有三层喷淋，分别为顶层喷淋、中层喷淋和底层喷淋；所述的顶层喷淋通过顶层管路及补液泵与原始吸收液池相连；所述的中层喷淋与底层喷淋通过中底层管路与循环喷淋泵相连；所述的母液槽，其入口、出口分别通过溢流管路、连通管路与油水分离槽的入口、出口相连，其底部依次通过气动阀、转移泵、母液槽输出管路与硫酸铵中转池的入口相连；

所述的硫酸铵中转池，其出口通过中转池输出管路及结晶泵与冷却器的管层进口相连；

所述的冷却器，其冷却水入口、冷却水出口分别通过冷却水供给管路、冷却水返回管路与冷却塔相连，其管层出口通过结晶管路与结晶罐的入口相连；

所述的结晶罐为采用夹套式冷却方式的结晶罐，其夹套层分别通过冷却水供给管路、冷却水返回管路与冷却塔相连，其底部排放口通过管路及晶体输送泵与离心机相连；

所述的离心机，其逸出气体出口通过管路与变频风机的前风管相连，其底部通过溢流管与硫酸铵中转池相连，其底部排放口通过管路与混料机的入口相连；

所述的混料机的出口通过螺旋输送机与干燥机的入口相连；

所述的干燥机，其逸出气体出口通过管路与变频风机的前风管相连，其底部设有硫酸铵晶体排出口。

2.根据权利要求1所述的一种窑炉尾气净化装置，其特征在于：所述的清洗槽采用聚丙烯材质，所述的清洗槽内设有电加热管。

3.根据权利要求1所述的一种窑炉尾气净化装置，其特征在于：所述的焦油冷凝器采用列管式换热器，包括壳体、封头和列管，所述的壳体采用SUS304材质，所述的列管和封头采用SUS316L材质；

焦油冷凝器的上端为换热区域，下端为焦油囤积区域；

所述的焦油冷凝器上设有气体进口、气体出口、冷却水进口、冷却水出口、清洗液进口、清洗液出口、焦油排放口和视镜；所述的气体进出口设有温度表和压力表；

所述的焦油冷凝器的气体进口通过风管与窑炉排气口相连，且风管的外侧设有保温层。

4.根据权利要求1所述的一种窑炉尾气净化装置，其特征在于：所述的压力缓冲罐，其顶部设有压力传感器，其出口处设有气体流量计和电动蝶阀；

所述的电动蝶阀为连续调节型电动蝶阀，其与压力传感器电连接。

5.根据权利要求1所述的一种窑炉尾气净化装置，其特征在于：所述的喷淋吸收塔采用玻璃钢材质，其顶部设有氨气检测仪，其母液槽内设有PH检测仪和高低液位探头。

6.根据权利要求1所述的一种窑炉尾气净化装置，其特征在于：所述的结晶罐采用SUS316L材质，其内部设有搅拌器，其外侧设有冷却水夹套。

7.一种根据权利要求1所述的窑炉尾气净化装置的净化方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

（1）焦油的冷凝回收：

将烧结窑炉排出的尾气通入焦油冷凝器的管层，向焦油冷凝器的壳层通入冷却水对尾气进行冷却，使尾气的温度从180℃±10℃降至40~50℃，焦油冷凝沉积于焦油冷凝器底部；

（2）新鲜空气的补给：

采用补给新鲜空气的方法，向经过焦油冷凝回收后的尾气中补充空气，形成经过焦油冷凝回收后的尾气与空气的混合气体，其中经过焦油冷凝回收后的尾气与空气的流量之比为1:8；

（3）氨的喷淋吸收：

采用硫酸吸收法对窑炉尾气中的氨气进行连续吸收，在喷淋塔内含氨尾气自下而上与喷淋的硫酸溶液进行逆向接触反应，含氨气体得到处理，生成硫酸铵落入母液槽内；当母液槽内的硫酸铵达到饱和状态时，硫酸铵饱和溶液转移至硫酸铵中转池；

（4）硫酸铵溶液的后处理：

饱和硫酸铵溶液经过结晶、离心、混料、干燥处理，最后得到高纯度的硫酸铵晶体。