CN109647161A - 一种废锂电池碎料炭化后烟气的处理系统及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废锂电池碎料炭化后烟气的处理系统及处理方法,处理系统包括与废锂电池碎料的炭化炉相连的处理管路,处理管路上设置有燃烧装置、碱式喷淋塔和用于抽排烟气的风机,燃烧装置和碱式喷淋塔在处理管路上沿烟气流动方向依次布置;处理方法是采用该处理系统对废锂电池碎料炭化后烟气进行处理,且控制烟气在燃烧装置中燃烧的温度和停留时间。本发明具有结构简单、成本低、连续性好、工作稳定可靠、处理效果好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及废旧电池回收装备技术领域,具体涉及一种废锂电池碎料炭化后烟气的处理系统及处理方法。
背景技术
二次锂电池1992年才进入市场,因其工作电压高(3.7V)、能量密度大(175W·h/kg)、重量轻、寿命长及环保性佳等优点,已大量应用于以下两方面:①锂钴电池大量应用于3C产业之便携式产品,如笔记本电脑、个人数字助手(PDA)、手机、摄录影机、数字相机、游戏机等;②锂铁电池因没有过热或爆炸等安全顾虑,再加上其寿命约是一般锂电池的4~5倍,瞬间产生最大电流为8~10倍,且重量轻许多等特性,目前已广泛作为电动自行车、电动机车及电动车的动力来源。全球的锂电池产业以每年大约12%~15%的速度快速增长,特别是在笔记本电脑、手机等领域。
锂离子二次电池虽采用稳定性较好的锂金属氧化物为正极,但在反复充放电过程中,锂金属却极可能因电沉积与电溶解而析出树枝状结晶物,当积累至一定程度后,会刺穿隔离膜造成短路。另外,其一旦接触水分或湿气,更会引起火灾甚至爆炸;而一些常用作锂电池电解质的盐类(如LiPF6、LiClO4、LiSO2、LiBF4等),也易与外界发生化学反应产生高危物质(如氢氟酸等),污染自然环境与威胁人体安全。但从资源再利用而言,锂离子电池内的有价金属(锂、锰等)如无法被回收再利用非常可惜,因此建立国内废锂电池的回收处理技术很重要。国际上废锂电池处理技术可分为热处理及非热处理法两种,其中热处理法包含焚烧法、热解法、熔融法、熔炼法,非热处理法包含湿式处理法、粉碎处理法。目前,国内废锂电池处理厂及国外主要废锂电池处理厂在废锂电池前处理的过程多采用破碎-炭化-分选,即机械破碎与化学热处理的方式。
废锂电池经过机械破碎后得到碎料中的主要成分可以分成金属和非金属两类,非金属主要是:电解液、粘结剂和隔膜,此类为有机物组分。目前国内在前处理工艺上基本将碎料经过炭化处理,经过炭化可以将无回收价值的非金属成分处理掉,但是非金属成分在炭化处理过程中会产生一定的烟气,为实现烟气的达标排放,需对烟气进行处理。目前还没有对废锂电池碎料炭化后烟气进行处理的成熟设备和工艺,存在处理效果差、寿命短、工作稳定可靠性不高等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足,提供一种结构简单、成本低、连续性好、工作稳定可靠、处理效果好的废锂电池碎料炭化后烟气的处理系统,还相应提供一种采用该处理系统对废锂电池碎料炭化后烟气进行处理的方法。
为解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
一种废锂电池碎料炭化后烟气的处理系统,包括与废锂电池碎料的炭化炉相连的处理管路,所述处理管路上设置有燃烧装置、碱式喷淋塔和用于抽排烟气的风机,所述燃烧装置和碱式喷淋塔在处理管路上沿烟气流动方向依次布置。
作为上述处理系统的进一步改进:
所述燃烧装置和碱式喷淋塔之间的处理管路上设有除尘器。
所述碱式喷淋塔和除尘器之间的处理管路上设有冷却塔。
所述除尘器和冷却塔之间的处理管路上设有除雾器。
所述燃烧装置包括燃烧室和设于燃烧室内的天然气燃烧器;所述除尘器为布袋除尘器;所述冷却塔为间接水冷式急冷塔;所述除雾器为旋风除水器。
所述碱式喷淋塔出口端的处理管路上设有活性炭吸附塔。
所述风机位于活性炭吸附塔的出口端。
所述处理管路的出口连接至一烟囱。
一种上述处理系统对废锂电池碎料炭化后烟气进行处理的方法,所述方法是,启动风机使废锂电池碎料的炭化炉中的烟气沿处理管路流动并排出,使烟气依次通过燃烧装置、冷却塔、除雾器、除尘器、碱式喷淋塔和活性炭吸附塔进行处理后排放到大气中;其中,所述燃烧装置对烟气进行处理的温度为850~1100℃,烟气在燃烧装置内的停留时间大于等于2秒。
作为上述方法的进一步改进:
所述碱式喷淋塔所采用的碱液为NaOH溶液、KOH溶液和Ca(OH)2溶液中的一种或多种。
与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明的废锂电池碎料炭化后烟气的处理系统工作时,利用风机抽排炭化炉所产生的烟气,烟气依次经过燃烧装置和碱式喷淋塔,先由燃烧装置对烟气中未充分燃烧的成分进行再次燃烧,将烟气中的CO、二噁英等有机组分去除,燃烧充分的烟气再经过碱式喷淋塔,由碱式喷淋塔将氩气中的HF及含磷气体等酸性气体去除,其处理效果好,可大大提高处理后烟气中有害物质的量,使处理后的烟气达到排放标准。该处理系统还具有结构简单、成本低、连续性好、工作稳定可靠的优点。
附图说明
图1为废锂电池碎料炭化后烟气的处理系统的结构示意图。
图例说明:
1、燃烧装置;2、碱式喷淋塔;3、风机;4、除尘器;5、冷却塔;6、除雾器;7、活性炭吸附塔;8、烟囱;100、处理管路。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示,本实施例的废锂电池碎料炭化后烟气的处理系统,包括与废锂电池碎料的炭化炉相连的处理管路100,处理管路100上设置有燃烧装置1、碱式喷淋塔2和用于抽排烟气的风机3,燃烧装置1用于对烟气进行燃烧,碱式喷淋塔2用于吸收去除烟气中的酸性酸性气体,燃烧装置1和碱式喷淋塔2在处理管路100上沿烟气流动方向依次布置。该处理系统工作时,利用风机3抽排炭化炉所产生的烟气,烟气依次经过燃烧装置1和碱式喷淋塔2,先由燃烧装置1对烟气中未充分燃烧的成分进行再次燃烧,将烟气中的CO、二噁英等有机组分去除,燃烧充分的烟气再经过碱式喷淋塔2,由碱式喷淋塔2将氩气中的HF及含磷气体等酸性气体去除,其处理效果好,可大大提高处理后烟气中有害物质的量,使处理后的烟气达到排放标准。该处理系统还具有结构简单、成本低、连续性好、工作稳定可靠的优点。
本实施例中,燃烧装置1和碱式喷淋塔2之间的处理管路100上设有除尘器4。通过除尘器4可以去除烟气中的粉尘;并且,由于废锂电池碎料炭化燃烧后的烟气中的粉尘主要为正负极粉料,通过除尘器4还回收正负极粉料,实现正负极粉料的回收利用,能够提高经济效益。
本实施例中,碱式喷淋塔2和除尘器4之间的处理管路100上设有冷却塔5。由于烟气在燃烧装置1中燃烧后温度较高,直接通入除尘器4会对除尘器4的性能和使用寿命造成影响,设置该冷却塔5,可将高温烟气冷却后再进入除尘器4,从而保证除尘器4的性能和提高除尘器4的使用寿命。
本实施例中,除尘器4和冷却塔5之间的处理管路100上设有除雾器6。由于烟气在燃烧装置1中燃烧升温再经过冷却塔5降温过程中,会产生水珠和水雾,该除雾器6可去除经冷却塔5冷却后的烟气中的水珠和水雾,避免水珠和水雾对除尘器4的性能造成影响。
本实施例中,燃烧装置1包括燃烧室和设于燃烧室内的天然气燃烧器;除尘器4为布袋除尘器,成本低、便于粉尘回收;冷却塔5为间接水冷式急冷塔,其可在2秒内将高温烟气快速降温至200℃以下;除雾器6为旋风除水器。天然气燃烧器、布袋除尘器、间接水冷式急冷塔和旋风除水器均可采用现有技术。
本实施例中,碱式喷淋塔2出口端的处理管路100上设有活性炭吸附塔7。活性炭吸附塔7可去除烟气中未完全去除的有机组分,可进一步提高处理效果,使处理后的烟气能够满足更为严格的排放标准。
本实施例中,风机3位于活性炭吸附塔7的出口端,也即烟气是经过处理后才经过风机3排出,这样可避免烟气对风机3的影响,尤其是烟气中酸性物质对风机3的影响,可保障风机3工作稳定可靠,提高风机3使用寿命。
本实施例中,处理管路100的出口连接至一烟囱8,通过烟囱8可将处理后的烟气集中排放到大气中。优选的,烟囱8的直径为600mm,高为20m。
一种采用本实施例的处理系统对废锂电池碎料炭化后烟气进行处理的方法,该方法是,启动风机3使废锂电池碎料的炭化炉中的烟气沿处理管路100流动并排出,使烟气依次通过燃烧装置1、冷却塔5、除雾器6、除尘器4、碱式喷淋塔2和活性炭吸附塔7进行处理后排放到大气中;其中,燃烧装置1对烟气进行处理的温度为850~1100℃,烟气在燃烧装置1内的停留时间大于等于2秒,可彻底除去烟气中存在的二噁英。
本实施例中,碱式喷淋塔2所采用的碱液为NaOH溶液、KOH溶液和Ca(OH)2中的一种或多种。
锂电池破碎后的碎料炭化时,碎料进入炭化炉,在450~550℃的温度下将有机组分炭化;化处理后产生的废气,主要成分是CO、H2O、为充分燃烧的有机物、二噁英、HF以及含磷酸性气体等。采用本发明的废锂电池碎料炭化后烟气的处理系统可以实现上述烟气中有毒有害物质以及粉尘的无污化处理,实现烟气的达标排放。
本实施例废锂电池碎料炭化后烟气的处理系统的工作原理及过程如下:
炭化炉产生的烟气首先进入燃烧装置1,对烟气进行再次燃烧,经过二次燃烧之后的烟气进入冷却塔5进行快速降温,降温之后的烟气再通过除雾器6将烟气中含有的水雾除去,除水之后进入除尘器4进行除尘,除尘之后进入碱式喷淋塔2将烟气中含有的酸性气体除去,之后再进入活性炭吸附塔7吸收未完全处理的极少量的有机物组分,经过上述一系列处理后便可达标排放。
按照炭化炉每小时处理1t废锂电池碎料产生约3000m3烟气量为例,本实施例的处理系统具体处理步骤如下:
步骤1:通过调节燃烧室内的燃烧器的阀门,控制天然气和压缩空气的比例,点燃,将燃烧室内的温度提到1100℃;
步骤2:打开风机3,通过调节风机3将炭化炉内产生的烟气抽至燃烧室内,是烟气快速升温至900℃以上并进行再次燃烧;烟气在燃烧室内的停留时间大于2秒;使得未充分燃烧的气体再次燃烧,除去烟气中的CO、二噁英等有机组分;
步骤3:烟气从燃烧室出来后进入冷却塔5,冷却塔5采用循环水间接冷却的方式,循环水量为50m3/h,冷却之后的烟气经过除雾器6,除去烟气中水雾;
步骤4:烟气从除雾器6出来后进入除尘器4,除去烟气中含有的粉尘,粉尘主要为正负极粉料,可直接回收再利用;
步骤5:烟气从除尘器4出来后经过管道进入碱式喷淋塔2,除去烟气中的HF及含磷酸性气体;碱式喷淋塔2的喷淋碱液采用NaOH溶液,浓度为300mg/m3;
步骤6:从碱式喷淋塔2出来的烟气进入活性炭吸附塔7,吸附烟气中可能存在的有机物组分,活性炭吸附塔7内的填充物为8mm的活性炭;
至此完成了废锂电池碎料炭化后烟气的处理工序,处理后的烟气中各污染物的含量如表1所示,根据表1中数据,处理后烟气可直接排放。
表1
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种废锂电池碎料炭化后烟气的处理系统,其特征在于:包括与废锂电池碎料的炭化炉相连的处理管路(100),所述处理管路(100)上设置有燃烧装置(1)、碱式喷淋塔(2)和用于抽排烟气的风机(3),所述燃烧装置(1)和碱式喷淋塔(2)在处理管路(100)上沿烟气流动方向依次布置。
2.根据权利要求1所述的处理系统,其特征在于:所述燃烧装置(1)和碱式喷淋塔(2)之间的处理管路(100)上设有除尘器(4)。
3.根据权利要求2所述的处理系统,其特征在于:所述碱式喷淋塔(2)和除尘器(4)之间的处理管路(100)上设有冷却塔(5)。
4.根据权利要求3所述的处理系统,其特征在于:所述除尘器(4)和冷却塔(5)之间的处理管路(100)上设有除雾器(6)。
5.根据权利要求4所述的处理系统,其特征在于:所述燃烧装置(1)包括燃烧室和设于燃烧室内的天然气燃烧器;所述除尘器(4)为布袋除尘器;所述冷却塔(5)为间接水冷式急冷塔;所述除雾器(6)为旋风除水器。
6.根据权利要求4所述的处理系统,其特征在于:所述碱式喷淋塔(2)出口端的处理管路(100)上设有活性炭吸附塔(7)。
7.根据权利要求6所述的处理系统,其特征在于:所述风机(3)位于活性炭吸附塔(7)的出口端。
8.根据权利要求6所述的处理系统,其特征在于:所述处理管路(100)的出口连接至一烟囱(8)。
9.一种采用权利要求6所述处理系统对废锂电池碎料炭化后烟气进行处理的方法,其特征在于:所述方法是,启动风机(3)使废锂电池碎料的炭化炉中的烟气沿处理管路(100)流动并排出,使烟气依次通过燃烧装置(1)、冷却塔(5)、除雾器(6)、除尘器(4)、碱式喷淋塔(2)和活性炭吸附塔(7)进行处理后排放到大气中;其中,所述燃烧装置(1)对烟气进行处理的温度为850~1100℃,烟气在燃烧装置(1)内的停留时间大于等于2秒。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:所述碱式喷淋塔(2)所采用的碱液为NaOH溶液、KOH溶液和Ca(OH)2溶液中的一种或多种。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190419 |
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