CN106989606B - 石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用系统及方法，旨在解决现有石墨负极材料焙烧高温烟气无害化处理及其热能回收利用的技术问题，该系统包括一次换热单元、一次脱氮脱硫单元、二次换热单元和二次脱氮脱硫单元；一次换热单元包括中心烟道、换热器和预热水箱，一次脱氮脱硫单元包括燃烧炉，二次换热单元包括余热锅炉、中间水箱和换热管，二次脱氮脱硫单元包括吸收水池和导气管道。使用本发明中的系统和方法，石墨负极材料焙烧产生的高温烟气中的热能够得到有效的回收及利用，热烟气中的大量热能得到回收及应用，降低了能源消耗，热烟气中有害物质氮、硫、氧、碳挥发物及粉尘去除彻底，可实现气体的环保排放。

Description

石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用系统及方法
技术领域
本发明涉及石墨负极材料生产技术领域，具体涉及一种石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用系统及方法。
背景技术
锂离子二次电池目前主要用石墨微粉作为其导电负极的负极材料，其粒度通常介于3μm～30μm。石墨负极材料在生产制备的过程中需要将原料进行长时间的高温焙烧处理，使原料中的添加剂、灰分和挥发分等成分在高温加热的过程中得到处理。在高温加热的过程中会产生大量的高温热烟气，该烟气含有大量的热能，其温度最高甚至可达到600℃，该烟气中含有氮、硫、氧、碳挥发物及粉尘，这些物质若不经处理将会对环境造成危害，目前对该高温烟气的处理主要集中在对烟气本身的无害化环境处理方面，并且因该烟气气体的复杂性，而对焙烧高温烟气本身的热能的回收及利用问题，目前还难以妥善解决，造成该焙烧的高温热烟气中的热能无法有效得到回收及利用，白白流失掉，造成热能损失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用系统及方法，既能将焙烧高温热烟气无害化处理，又能将其中的热能进行回收及利用，实现资源的综合利用，降低生产能耗。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用系统，包括一次换热单元、一次脱氮脱硫单元、二次换热单元和二次脱氮脱硫单元。
所述一次换热单元包括用于收集石墨负极材料焙烧产生的高温烟气的中心烟道，安装在所述中心烟道内部末端的换热器，以及与所述换热器通过管道相连通的预热水箱，在所述管道上安装有循环泵。
所述一次脱氮脱硫单元包括与所述中心烟道相连通的燃烧炉，在所述燃烧炉的烟气出口处由内向外依次设有TiO2固体层和CuO固体层。
所述二次换热单元包括与所述燃烧炉的烟气出口对应连通的余热锅炉，以及与所述预热水箱相连通的中间水箱，在所述余热锅炉内部均匀分布有换热管，所述换热管一端与所述中间水箱相连通，另一端通入设置于外部的热水水箱；在所述余热锅炉的末端安装有离心风机。
所述二次脱氮脱硫单元包括吸收水池，以及设置在所述余热锅炉的烟气出口的导气管道，所述导气管道的末端设置于所述吸收水池内，且导气管道末端距离吸收水池液面的距离为20～50cm。
在上述技术方案中，石墨负极材料焙烧产生的高温烟气经过一次换热、二次换热，将高温热能利用起来，加热的水可作为生产用水或输送到工厂浴池供员工洗浴使用等其他用途；同时，烟气经过一次脱氮脱硫、二次脱氮脱硫，能够实现无害化处理，处理后的气体能够实现环保排放。
其中，一次脱氮脱硫单元中的燃烧炉烟气出口处设有TiO2固体层和CuO固体层，可以催化吸收烟气中的氮和硫，分别起到脱氮和脱硫的作用，TiO2固体层吸收气体中的氮氧化物（NOx）；CuO固体层主要用于吸收烟气中的硫氧化物（SO2），同时如果NOx有残留，CuO还兼有对NOx的催化脱除作用。TiO2固体层用于脱氮，CuO固体层主要脱硫另外还兼可脱氮，所以烟气出口处的TiO2固体层在内，CuO固体层在外，使烟气先经过TiO2固体层脱氮，再经过CuO固体层脱硫兼进一步脱氮。
二次脱氮脱硫单元中的吸收水池主要有三个作用：1. 除去气体中的粉尘颗粒（即水除尘）。2. 对残余气体进行二次脱氮脱硫（也是湿法脱氮脱硫）。3.实现液封，余热锅炉烟气出口的导气管道末端设在吸收水池液面在以下，能够实现液封的目的，防止烟气未经吸收水池脱氮脱硫除尘处理，就排出大气。一次脱氮脱硫单元、二次脱氮脱硫单元的设置都是为了保证高温烟气得到无害化处理、实现气体的环保排放。
优选的，所述中心烟道的内壁及外壁均设有耐火材料保温层，能够起到保温效果，避免烟气在传送过程中温度的流失。
优选的，所述中心烟道由钢板气密性无缝焊接而成，避免烟气传送过程中发生泄漏、污染环境。
优选的，所述换热器为板式换热器，能够起到更好的换热效果。
优选的，在所述板式换热器上设有自动振打的激振器，用于定期对换热器进行振打，除去烟气沉积在换热器表明的粉尘颗粒，能够避免粉尘颗粒积累、附着在换热器表面，影响换热效果。
优选的，所述换热管在余热锅炉内相互串联联接，且在相邻的换热管之间设有0.5～10cm的间隙。换热管之间留有间隙，便于烟气通过，也增加了烟气与换热管的接触面积，使得换热的效果更好。
优选的，所述离心风机的材质为304不锈钢。燃烧后的烟气在离心风机的作用下，能够持续通过余热锅炉，使换热管与中间水箱内的水进行换热，对中间水箱的水进行加热。
本发明还涉及一种石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用方法，使用上述的系统进行处理，包括下列步骤：
（1）一次换热：将石墨负极材料焙烧产生的高温烟气汇总引入所述中心烟道，通过换热器使高温烟气与预热水箱中的水进行热循环；预热水箱内的水被加热到设定温度后，泵至中间水箱储存；
（2）一次脱氮脱硫处理：将在中心烟道进行一次换热之后的烟气通入燃烧炉，对烟气进行无害化燃烧处理，燃烧温度控制在1250～1350℃之间，在燃烧的同时加入NH3作为催化剂对烟气进行脱氮脱硫处理；
（3）二次换热：步骤（2）中燃烧之后的气体通过燃烧炉烟气出口处的TiO2固体层和CuO固体层后，在离心风机的作用下，持续进入余热锅炉，通过余热锅炉内设置的换热管与中间水箱内的水进行换热，所述中间水箱中的水经过换热管被加热后，流入热水水箱中待用；
（4）二次脱氮脱硫处理：步骤（3）中经过余热锅炉换热结束后的气体由导气管道导入吸收水池，导气管道末端位于吸收水池液面下20～50cm处，且所述吸收水池内水的pH值为7～9；经过步骤（4）处理后的气体可实现环保排放。
优选的，步骤（2）中所述催化剂的用量为烟气流量的1%～5%。
本发明的有益效果在于：
1.采用本发明石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用系统及方法，能够将石墨负极材料焙烧产生的高温烟气中的大量热能进行回收及应用，降低了能源消耗，实现资源的综合利用。
2.本发明能够将石墨负极材料焙烧产生的高温烟气中的有害物质，氮、硫、氧、碳等挥发物及粉尘去除彻底，可实现气体的环保排放；该方法操作性强，非常适用于石墨负极材料生产企业工业化推广应用。
附图说明
图1是本发明石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用系统的结构示意图。
图2是本发明石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用方法的工艺流程图。
其中1为中心烟道，2为换热器，3为预热水箱，4为循环泵；5为燃烧炉，6为余热锅炉，7为中间水箱，8为换热管，9为热水水箱；10为吸收水池，11为导气管道，12为离心风机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。
实施例1：一种石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用系统，参见图1，包括一次换热单元、一次脱氮脱硫单元、二次换热单元和二次脱氮脱硫单元。一次换热单元包括用于收集石墨负极材料焙烧产生的高温烟气的中心烟道1，中心烟道1由钢板气密性无缝焊接而成，其内壁及外壁均设有耐火材料保温层。在中心烟道1内部末端安装有换热器2，该换热器2为板式换热器；还包括与所述换热器2通过管道相连通的预热水箱3，在所述管道上安装有循环泵4。
所述一次脱氮脱硫单元包括与所述中心烟道1相连通的燃烧炉5，在所述燃烧炉5的烟气出口处由内向外依次设有TiO2固体层和CuO固体层。
所述二次换热单元包括与所述燃烧炉5的烟气出口对应连通的余热锅炉6，以及与所述预热水箱3相连通的中间水箱7，在所述余热锅炉6内部均匀分布有换热管8，所述换热管8一端与所述中间水箱7相连通，另一端通入设置于外部的热水水箱9；所述换热管8在余热锅炉6内相互串联联接，且在相邻的换热管之间设有0.5～10cm的间隙。在所述余热锅炉6的末端安装有离心风机12，离心风机12的材质为304不锈钢。
所述二次脱氮脱硫单元包括吸收水池10，以及设置在所述余热锅炉6的烟气出口的导气管道11，所述导气管道11的末端设置于所述吸收水池10内，且导气管道11末端距离吸收水池液面的距离为20～50cm。
实施例2：一种石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用系统，与实施例1的不同之处在于，在该板式换热器上设有自动振打的激振器，用于定期对换热器进行振打，除去烟气沉积在换热器表面的粉尘颗粒。
使用实施例2所述的系统进行石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用的方法，参见图2，包括下列步骤：
（1）一次换热：将石墨负极材料焙烧产生的高温烟气汇总引入所述中心烟道，通过换热器使高温烟气与预热水箱中的水进行热循环；预热水箱内的水被加热到设定温度后，泵至中间水箱储存。
（2）一次脱氮脱硫处理：将在中心烟道进行一次换热之后的烟气通入燃烧炉，对烟气进行无害化燃烧处理，燃烧温度控制在1250～1350℃之间，在燃烧的同时加入NH3作为催化剂对烟气进行脱氮脱硫处理；催化剂的用量为烟气流量的2%。
（3）二次换热：步骤（2）中燃烧之后的气体通过燃烧炉烟气出口处的TiO2固体层和CuO固体层后，在离心风机的作用下，持续进入余热锅炉，通过余热锅炉内设置的换热管与中间水箱内的水进行换热，所述中间水箱中的水经过换热管被加热后，流入热水水箱中待用。
（4）二次脱氮脱硫处理：步骤（3）中经过余热锅炉换热结束后的气体由导气管道导入吸收水池，导气管道末端位于吸收水池液面下20～50cm处，且所述吸收水池内水的pH值为8；经过步骤（4）处理后的气体可实现环保排放。
在上述方法中，石墨负极材料焙烧产生的高温烟气经中心烟道末端的换热器一次换热后，在燃烧炉中加入催化剂进行二次燃烧和烟气的一次脱氮脱硫处理，燃烧后的烟气先后经由烟气出口处的TiO2固体层和CuO固体层后，进入余热锅炉进行二次换热。二次换热结束后的气体导入吸收水池，进行二次脱氮脱硫处理和水除尘处理，进一步除去气体中残余的氮和硫，同时除去气体中的粉尘颗粒，避免污染大气。换热结束后的热水通过管道泵输送到热水水箱可作他用，热烟气中的大量热能得到回收及应用，降低了能源消耗，实现资源的综合利用。该方法操作性强，非常适用于石墨负极材料生产企业工业化推广应用。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (9)

1.一种石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用系统，其特征在于，包括一次换热单元、一次脱氮脱硫单元、二次换热单元和二次脱氮脱硫单元；
所述一次换热单元包括用于收集石墨负极材料焙烧产生的高温烟气的中心烟道，安装在所述中心烟道内部末端的换热器，以及与所述换热器通过管道相连通的预热水箱，在所述管道上安装有循环泵；
所述一次脱氮脱硫单元包括与所述中心烟道相连通的燃烧炉，在所述燃烧炉的烟气出口处由内向外依次设有TiO2固体层和CuO固体层；
所述二次换热单元包括与所述燃烧炉的烟气出口对应连通的余热锅炉，以及与所述预热水箱相连通的中间水箱，在所述余热锅炉内部均匀分布有换热管，所述换热管一端与所述中间水箱相连通，另一端通入设置于外部的热水水箱；在所述余热锅炉的末端安装有离心风机；
所述二次脱氮脱硫单元包括吸收水池，以及设置在所述余热锅炉的烟气出口的导气管道，所述导气管道的末端设置于所述吸收水池内，且导气管道末端距离吸收水池液面的距离为20～50cm。
2.根据权利要求1所述的石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用系统，其特征在于，所述中心烟道的内壁及外壁均设有耐火材料保温层。
3.根据权利要求1所述的石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用系统，其特征在于，所述中心烟道由钢板气密性无缝焊接而成。
4.根据权利要求1所述的石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用系统，其特征在于，所述换热器为板式换热器。
5.根据权利要求4所述的石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用系统，其特征在于，在所述板式换热器上设有自动振打的激振器，用于定期对换热器进行振打，除去烟气沉积在换热器表面的粉尘颗粒。
6.根据权利要求1所述的石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用系统，其特征在于，所述换热管在余热锅炉内相互串联联接，且在相邻的换热管之间设有0.5～10cm的间隙。
7.根据权利要求1所述的石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用系统，其特征在于，所述离心风机的材质为304不锈钢。
8.一种石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用方法，其特征在于，使用权利要求1所述的系统进行处理，包括下列步骤：
（1）一次换热：将石墨负极材料焙烧产生的高温烟气汇总引入所述中心烟道，通过换热器使高温烟气与预热水箱中的水进行热循环；预热水箱内的水被加热到设定温度后，泵至中间水箱储存；
（2）一次脱氮脱硫处理：将在中心烟道进行一次换热之后的烟气通入燃烧炉，对烟气进行无害化燃烧处理，燃烧温度控制在1250～1350℃之间，在燃烧的同时加入NH3作为催化剂对烟气进行脱氮脱硫处理；
（3）二次换热：步骤（2）中燃烧之后的气体通过燃烧炉烟气出口处的TiO2固体层和CuO固体层后，在离心风机的作用下，持续进入余热锅炉，通过余热锅炉内设置的换热管与中间水箱内的水进行换热，所述中间水箱中的水经过换热管被加热后，流入热水水箱中待用；
（4）二次脱氮脱硫处理：步骤（3）中经过余热锅炉换热结束后的气体由导气管道导入吸收水池，导气管道末端位于吸收水池液面下20～50cm处，且所述吸收水池内水的pH值为7～9；经过步骤（4）处理后的气体可实现环保排放。
9.根据权利要求8所述的石墨负极材料焙烧高温烟气热能回收利用方法，其特征在于，步骤（2）中所述催化剂的用量为烟气流量的1%～5%。
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