CN116576683A - 一种用于石墨生产的环保节能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于石墨生产的环保节能系统，包括焙烧窑、焚化炉、烟气分配器、热管换热系统、制氧系统；所述焙烧窑的排气口与所述焚化炉连通；所述焚化炉的排气口与所述烟气分配器的烟气入口连通，所述制氧系统用于制备氧气，氧气经过所述热管换热系统的换热管预热后通过所述氧气配比系统与所述烟气分配器中排出的助燃空气进行配比，经过所述助燃气体分配系统进入所述焙烧窑。本申请具有使石墨生产过程中处理焦油烟气更加环保的效果。
Description
技术领域
本发明涉及石墨生产领域，尤其是涉及一种用于石墨生产的环保节能系统。
背景技术
石墨是一种高能晶体碳材料，因其独特的结构和导电、导热、润滑、耐高温、化学性能稳定等特点，使其在高性能材料中具有较高应用价值，石墨焙烧是非常重要的工序之一。
目前石墨焙烧通常是将石墨粉放入焙烧窑中进行焙烧处理，但在加热过程中，石墨粉会产生焦油烟气从焙烧窑中排出，因此需要采用水洗降温塔和焦油电捕捉的工艺处理焦油烟气，但是在实际生产过程中，对焦油烟气处理方法采用的设备能耗较大，对于环保节能方面成本较高，且效果不佳。
发明内容
为了使石墨生产过程中处理焦油烟气更加环保，本申请提供一种用于石墨生产的环保节能系统。
第一方面，
一种用于石墨生产的环保节能系统，包括焙烧窑、焚化炉、烟气分配器、热管换热系统、制氧系统；所述焙烧窑的排气口与所述焚化炉连通；所述焚化炉的排气口与所述烟气分配器的烟气入口连通，所述制氧系统用于制备氧气，氧气经过所述热管换热系统的换热管预热后通过所述氧气配比系统与所述烟气分配器中排出的助燃空气进行配比，经过所述助燃气体分配系统进入所述焙烧窑。
通过采用上述技术方案，生产石墨的过程中会产生煤焦油危废；本申请通过焚化炉对焙烧窑中产生的焦油烟气进一步进行燃烧完全，使石墨在生产过程中没有危废产生，更加复合环保的效果；同时燃烧焦油烟气的过程中使焦油烟气分解成水蒸气、二氧化氮和二氧化碳等助燃空气，助燃空气再经过烟气分配器进行分类，其中废气烟气排出烟气分配器进入热管换热系统；由于燃烧后废气烟气中的温度较高，因此制氧系统还可以利用废气烟气的热量，对制氧系统中制备出的氧气进行热交换，使氧气预热，充分利用能源，降低生产石墨和废气的能耗，既可以减少废气排放到空气中造成污染，同时充分利用废气烟气资源，减少浪费；制氧系统可以制备出纯度较高的氧气，氧气作为燃料燃烧的助燃气体，氧气先通过热管换热系统进行预热，再经过氧气配比系统与其他助燃空气进行配比，配比完成后的助燃空气经过助燃气体分配系统重新进入焙烧窑中参与石墨的生产过程，在此过程中可以将焦油烟气有效处理的情况下还可以将焦油烟气进行循环再利用，从而进一步节省焙烧窑的能耗，与传统的石墨生产过程相比，本系统的设备能耗更低，更加节能环保，同时成本更低。
优选的，还包括天然气燃烧系统，所述焙烧窑为封闭式焙烧窑，所述天然气燃烧系统与所述焙烧窑的进气口连通。
通过采用上述技术方案，焙烧窑选用封闭式，在生产石墨的过程中外部的空气不会进入焙烧窑中，因此焙烧窑中氮气的含量较少，焙烧窑内进行无硝燃烧，节省了采用敞开式焙烧炉时需要脱销的步骤，提高了制备石墨的效率，同时复合环保要求；同时天然气从天然气燃烧系统进入封闭式焙烧窑，为石墨生产提供燃料，天然气在焙烧窑中燃烧时可以有效阻隔外部空气进入焙烧窑中，在生产过程中热量不易流失到空气中，减少了热量消耗的同时还可以大大减少天然气的消耗量，因此使用封闭式焙烧窑具有能耗更低，更加节能且符合环保。
优选的，所述烟气分配器通过助燃气管道与所述氧气配比系统连通，所述助燃气管道安装有用于调节助燃气管道气体流量大小的调节阀门；所述烟气分配器通过烟气管道与所述热管换热系统连通；所述热管换热系统的换热管安装有用于调节氧气流量大小的控制阀门。
通过采用上述技术方案，通过调节阀门控制烟气中可利用空气进入氧气配比系统的量和通过控制阀门控制热管换热系统中氧气进入氧气配比系统中的量使氧气和烟气进入氧气配比系统中，从而相互配比形成助燃空气，重新进入焙烧窑中参与石墨的生产过程，从而大大减少生产石墨的能耗。
优选的，所述焚化炉设置有天然气管，所述天然气管与所述焚化炉连通，所述天然气管安装有用于控制天然气通入所述焚化炉的天然气控制阀。
通过采用上述技术方案，当含有焦油烟气进入焚化炉中，打开天然气控制阀，控制天然气进入焚化炉的量，使焦油烟气可以完全燃烧，从而大大减少焦油烟气产生的废气量。
优选的，还包括引风机、脱硫系统和除尘系统；所述引风机与所述热管换热系统的排烟管连通，所述脱硫系统的排气口与所述除尘系统连通。
通过采用上述技术方案，焦油烟气通过上述的步骤使烟气量大大减少，再通过引风机收集热管换热系统中的废气烟气并送进脱硫系统中，脱硫系统可以将废气烟气中含硫的成分进行脱除，可以大大降低生产线处理烟气的负荷值，从而减少含硫化合物排放至空气中造成污染。
优选的，所述脱硫系统为湿法脱硫系统；所述除尘系统为湿电除尘系统。
通过采用上述技术方案，湿法脱硫和湿电除尘在脱硫工序和除尘工序时可以有效降低废气烟气的温度，从而有利于在湿法脱硫中将含硫氧化物去除，将烟气中的粉尘颗粒清除。
第二方面，本申请提供的一种用于石墨生产的环保节能工艺采用以下技术方案：
一种用于石墨生产的环保节能工艺，包括以下步骤：
制氧系统制备氧气经过热管换热系统的换热管中预热后进入氧气配比系统，
石墨生产原料投入焙烧窑中燃烧产生的焦油烟气送入焚烧炉的入口，天然气通入焚烧炉内对焦油烟气燃烧分解；
分解完的烟气进入烟气分配器中分类成助燃空气和废气；废气进入换热系统利用余温对制氧系统中产生的氧气进行预热；助燃空气进入氧气配比系统配比成助燃空气通过助燃气体分配系统进入焙烧窑。
通过采用上述技术方案，氧气先通过热管换热系统进行预热，再经过氧气配比系统与其他助燃空气进行配比，配比完成后的助燃空气经过助燃气体分配系统重新进入焙烧窑中参与石墨的生产过程，在此过程中可以将焦油烟气有效处理的情况下还可以将焦油烟气进行循环再利用，从而进一步节省焙烧窑的能耗，与传统的石墨生产过程相比，本系统的设备能耗更低，更加节能环保，同时成本更低。
优选的，在助燃气体进入氧气分配系统的入口之前，还包括以下步骤：
测试烟气分配器中的烟气含氧量，根据烟气分配器中的烟气含氧量调整烟气进入氧气配比系统的量，调节阀门内预设有n个含氧量参数V1、V2、V3……Vn；所述氧气配比系统的进氧口还设有n个氧气含量参数O1、O2、O3……On，n为正整数且n≥2；烟气分配器中测试烟气含氧量为X，相邻两个预设含氧量参数的范围对应一个烟气含氧量参数；即：
若V1≤X＜V2，则所述调节阀门打开，使助燃气体自烟气分配器通入氧气配比系统，同时打开控制阀门，使O1的氧气量从换热管进入氧气配比系统；助燃气体与氧气配比形成助燃空气。
若X=Vn，则则所述调节阀门打开，使助燃气体自烟气分配器通入氧气配比系统，同时打开控制阀门，使On的氧气量从换热管进入氧气配比系统；助燃气体与氧气配比形成助燃空气。
通过采用上述技术方案，调节阀门根据测试得到的烟气中的含氧量，在多个预设的含氧量参数中进行匹配，得到的含氧量参数所在的预设含氧量参数范围内，由此可以通过烟气中含氧量确定需要配比形成助燃空气所需要的的氧气量0n，进而打开调节阀门和控制阀门，使氧气和烟气进入氧气配比系统中，从而相互配比形成助燃空气，重新进入焙烧窑中参与石墨的生产过程，从而大大减少生产石墨的能耗。
综上所述，本申请包括以下有益技术效果：
1. 生产石墨的过程中会产生煤焦油危废；本申请通过焚化炉对焙烧窑中产生的焦油烟气进一步进行燃烧完全，使石墨在生产过程中没有危废产生，更加复合环保的效果；同时燃烧焦油烟气的过程中使焦油烟气分解成水蒸气、二氧化氮和二氧化碳等助燃空气，助燃空气再经过烟气分配器进行分类，其中废气烟气排出烟气分配器进入热管换热系统；由于燃烧后废气烟气中的温度较高，因此制氧系统还可以利用废气烟气的热量，对制氧系统中制备出的氧气进行热交换，使氧气预热，充分利用能源，降低生产石墨和废气的能耗，既可以减少废气排放到空气中造成污染，同时充分利用废气烟气资源，减少浪费；制氧系统可以制备出纯度较高的氧气，氧气作为燃料燃烧的助燃气体，氧气先通过热管换热系统进行预热，再经过氧气配比系统与其他助燃空气进行配比，配比完成后的助燃空气经过助燃气体分配系统重新进入焙烧窑中参与石墨的生产过程，在此过程中可以将焦油烟气有效处理的情况下还可以将焦油烟气进行循环再利用，从而进一步节省焙烧窑的能耗，与传统的石墨生产过程相比，本系统的设备能耗更低，更加节能环保，同时成本更低。
2. 焙烧窑选用封闭式，在生产石墨的过程中外部的空气不会进入焙烧窑中，因此焙烧窑中氮气的含量较少，焙烧窑内进行无硝燃烧，节省了采用敞开式焙烧炉时需要脱销的步骤，提高了制备石墨的效率，同时复合环保要求；同时天然气从天然气燃烧系统进入封闭式焙烧窑，为石墨生产提供燃料，天然气在焙烧窑中燃烧时可以有效阻隔外部空气进入焙烧窑中，在生产过程中热量不易流失到空气中，减少了热量消耗的同时还可以大大减少天然气的消耗量，因此使用封闭式焙烧窑具有能耗更低，更加节能且符合环保。
附图说明
图1是本申请实施例的整体结构示意图。
附图标记说明：
1、焙烧窑；11、天然气燃烧系统；2、焚化炉；21、天然气控制阀；3、烟气分配器；31、调节阀门；4、热管换热系统；41、控制阀门；5、制氧系统；6、氧气分配系统；61、助燃气体分配系统；7、引风机；8、脱硫系统；9、除尘系统。
具体实施方式
以下结合附图1对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开的一种用于石墨生产的环保节能系统。参照图1，包括焙烧窑1、焚化炉2、烟气分配器3、热管换热系统4、制氧系统5；石墨生产的过程中需要在焙烧窑1中进行燃烧，在燃烧的过程中会产生焦油烟气，本申请将焦油烟气通过焚化炉2进一步燃烧完全后，焦油烟气中含有二氧化碳、水蒸气、氮气等可利用气体，依次经过烟气分配器3和氧气配比系统，通过配比后作为助燃气体再次进入焙烧窑1中为石墨生产提供助燃气体，降低焙烧窑1中天然气的消耗，同时充分利用石墨生产时产生的废气，起到能源循环再用和节能环保的作用。
本申请实施例中焙烧窑1为封闭式焙烧窑1，石墨在封闭式焙烧窑1生产的过程中通过天然气燃烧系统11提供306Nm3/h天然气作为燃料进行燃烧，当焙烧窑1中加热温度达到100℃时，焙烧窑1中会产生焦油烟气，其中焦油烟气中含氧量为18%；焦油烟气通过焙烧窑1的排气口进入焚化炉2；将焦油烟气转移至焚化炉2中进行燃烧分解，可以方便控制在焙烧窑1中的温度，是焙烧窑1中的温度波动较小，本申请实施例中焚化炉2为蓄热式废气焚烧炉；焚化炉2设置有天然气管，天然气管与焚化炉2连通，天然气管上固定安装有天然气控制阀21，天然气控制阀21用于控制天然气管的通断，当焦油烟气从焙烧窑1进入焚化炉2后，打开天然气控制阀21，通入27Nm3/h天然气，从天然气管中进入焙烧窑1，天然气与焦油烟气在焚化炉2内燃烧，使焦油烟气完全燃烧，当焦油烟气在焚化炉2内加热至130℃时，焦油烟气中的有机物烟气分解，且在燃烧过程中不会产生焦油危废，与传统的石墨生产设备相比，本申请在焙烧窑1和焚化炉2中天然气的消耗量为333Nm3/h，在相同产量的情况下，传统的石墨生产设备需要消耗417Nm3/h，采用封闭式焙烧窑1生产石墨和蓄热式废气焚化炉2处理焦油烟气可以节省了20%的天然气使用量，极大降低了天然气的消耗量。
焦油烟气在焚化炉2分解完成后进入烟气分配器3，二氧化碳、水蒸气、氮气等可利用空气从烟气分配器3的出气口进入氧气配比系统，剩余的废气从烟气分配器3的废气口进入热管换热系统4；热管换热系统4设置有换热管和排烟管；制氧系统5制备的高纯度氧气通入热管换热系统4中的换热管，废气从废气口进入排气管时，废气的温度较高，通过废气的温度与换热管中的氧气进行热交换，从而对氧气进行预热，使氧气温度达到100℃，当氧气进入焙烧窑1时，预热后的氧气可以加速天然气的燃烧过程，降低氧气的消耗量，保证焙烧窑1内的稳定燃烧，提高燃烧效率。
其中烟气分配器3上设置有助燃气管道，助燃气管道分别与烟气分配器3的出气口和氧气配比系统的进气口连通；
热管换热系统4还通过管道连通有引风机7，引风机7将排烟管中的废气抽出，引风机7的出风口与脱硫系统8的入口连接；本申请实施例中脱硫系统8为湿法脱硫系统8，废气在热管换热系统4同与氧气进行换热，使废气的温度降低，再进入湿法脱硫系统8后可以在更低能耗的条件下进行含硫化合物的去除；脱硫系统8的出口处连通有除尘系统9，本申请实施例中除尘系统9为湿电除尘系统9，由于废气在脱硫系统8清除含硫化合物的过程中废气的含湿量提高，采用湿电除尘系统9可以将废气中的细微颗粒物进行收集，将烟气中的粉尘颗粒清除。
以某石墨生产厂的生产过程实例为例，在敞开式焙烧窑1中安装炉内脱硝系统，每座焙烧窑1需要消耗417 Nm3/h天然气，石墨生产的过程中采用水洗塔降温和焦油电捕捉处理焦油烟气，需要设计最大处理能力为12.5万m3/h的处理设备，同时会产生煤焦油危废，煤焦油危废还需要再通过最大处理能力为12.5万m3/h的脱硫除尘系统9进行处理；采用本申请的焚化炉2对焦油烟气进行处理在同样产能仅需9万m3/h的处理设备，且无危废产生，因此通过脱硫除尘系统9仅需设计0.5万m3/h处理能力的设备即可完成烟气的处理；本申请的产生的焦油烟气量大幅降低27%，使烟气通过脱硫除尘设备大幅减少，排放到空气中的烟气减少90%，可以有效降低生产线对于烟气的负荷值，因此与传统的石墨生产过程相比，本系统的设备能耗更低，更加节能环保，同时成本更低。
实施例2
本申请实施例与实施例1的不同之处在于，
具体的调节阀门31和控制阀门41的控制方法如下：
例如，调节阀门31内预设有3个含氧量参数，0%、16.5%、18%；氧气配比系统的进氧口还设置有3个氧气含量参数200 Nm³/h、500 Nm³/h、800 Nm³/h，当测得烟气分配器3中的烟气含氧量＜16.5%时，则打开调节阀门31，将烟气输送至氧气配比系统，同时打开控制阀门41，200 Nm³/h的氧气从热管换热系统4的换热管输送至氧气配比系统与烟气进行配比，使混合空气中氧气含量为29%、氮气含量为6%、二氧化碳含量为20%、水蒸气含量为45%，形成助燃空气。
当烟气含氧量为16.5-18%时，则打开调节阀门31，将烟气输送至氧气配比系统，同时打开控制阀门41，500 Nm³/h的氧气从热管换热系统4的换热管输送至氧气配比系统与烟气进行配比，使混合空气中氧气含量为21%、氮气含量为5%、二氧化碳含量为25%、水蒸气含量为49%，形成助燃空气。
当烟气含氧量＞18%时，则打开调节阀门31，将烟气输送至氧气配比系统，同时打开控制阀门41，800 Nm³/h的氧气从热管换热系统4的换热管输送至氧气配比系统与烟气进行配比，使混合空气中氧气含量为18%、氮气含量为4%、二氧化碳含量为27%、水蒸气含量为51%，形成助燃空气。
根据烟气分配器3中的烟气含氧量调节氧气的通入量，从而配比成助燃空气，重新进入焙烧窑1中参与石墨的生产过程，从而大大减少生产石墨的能耗。
本具体实施方式仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本具体实施方式做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种用于石墨生产的环保节能系统，其特征在于：包括焙烧窑（1）、焚化炉（2）、烟气分配器（3）、热管换热系统（4）、制氧系统（5）；所述焙烧窑（1）的排气口与所述焚化炉（2）连通；所述焚化炉（2）的排气口与所述烟气分配器（3）的烟气入口连通，所述烟气分配器（3）通过烟气管道与所述热管换热系统（4）连通；所述制氧系统（5）用于制备氧气，氧气经过所述热管换热系统（4）的换热管预热后通过所述氧气配比系统与所述烟气分配器（3）中排出的助燃空气进行配比，经过所述助燃气体分配系统（61）进入所述焙烧窑（1）。
2.根据权利要求1所述的一种用于石墨生产的环保节能系统，其特征在于：还包括天然气燃烧系统（11），所述焙烧窑（1）为封闭式焙烧窑（1），所述天然气燃烧系统（11）与所述焙烧窑（1）的进气口连通。
3.根据权利要求1所述的一种用于石墨生产的环保节能系统，其特征在于：所述烟气分配器（3）通过助燃气管道与所述氧气配比系统连通，所述助燃气管道安装有用于调节助燃气管道气体流量大小的调节阀门（31）；所述热管换热系统（4）的换热管安装有用于调节氧气流量大小的控制阀门（41）。
4.根据权利要求1所述的一种用于石墨生产的环保节能系统，其特征在于：所述焚化炉（2）连通有天然气管，所述天然气管安装有天然气控制阀（21）。当含有焦油烟气进入焚化炉（2）中，打开天然气控制阀（21），控制天然气进入焚化炉（2）的量，使焦油烟气可以完全燃烧，
根据权利要求1所述的一种用于石墨生产的环保节能系统，其特征在于：还包括引风机（7）、脱硫系统（8）和除尘系统（9）；所述引风机（7）与所述热管换热系统（4）的排烟管连通，所述脱硫系统（8）的排气口与所述除尘系统（9）连通。
5.根据权利要求1所述的一种用于石墨生产的环保节能系统，其特征在于：所述脱硫系统（8）为湿法脱硫系统（8）；所述除尘系统（9）为湿电除尘系统（9）。
6.一种用于石墨生产的环保节能工艺，其特征在于：用于运行权利要求1-6任一所述的一种用于石墨生产的环保节能系统，包括以下步骤：
制氧系统（5）制备氧气经过热管换热系统（4）的换热管中预热后进入氧气配比系统，
石墨生产原料投入焙烧窑（1）中燃烧产生的焦油烟气送入焚烧炉的入口，天然气通入焚烧炉内对焦油烟气燃烧分解；
分解完的烟气进入烟气分配器（3）中分类成可利用空气和废气；废气进入换热系统利用余温对制氧系统（5）中产生的氧气进行预热；可利用空气进入氧气配比系统配比成助燃空气通过助燃气体分配系统（61）进入焙烧窑（1）。
7.根据权利要求1所述的一种用于石墨生产的环保节能系统，其特征在于：在助燃气体进入氧气分配系统（6）的入口之前，还包括以下步骤：
测试烟气分配器（3）中的烟气含氧量，根据烟气分配器（3）中的烟气含氧量调整烟气进入氧气配比系统的量，调节阀门（31）内预设有n个含氧量参数V1、V2、V3……Vn；所述氧气配比系统的进氧口还设有n个氧气含量参数O1、O2、O3……On，n为正整数且n≥2；烟气分配器（3）中测试烟气含氧量为X，相邻两个预设含氧量参数的范围对应一个烟气含氧量参数；即：
若V1≤X＜V2，则所述调节阀门（31）打开，使助燃气体自烟气分配器（3）通入氧气配比系统，同时打开控制阀门（41），使O1的氧气量从换热管进入氧气配比系统；助燃气体与氧气配比形成助燃空气。
8.若X=Vn，则所述调节阀门（31）打开，使助燃气体自烟气分配器（3）通入氧气配比系统，同时打开控制阀门（41），使On的氧气量从换热管进入氧气配比系统；助燃气体与氧气配比形成助燃空气。
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