CN102734807B - 一种处理报废动力电池残渣的欠氧焚烧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种处理报废动力电池残渣的欠氧焚烧装置，该装置包括熔渣气化室、欠氧焚烧炉、沉降室、布袋除尘器、空气换热器、余热炉和活性炭喷射装置；熔渣气化室与欠氧焚烧炉、沉降室、布袋除尘器依次连接；同时，欠氧焚烧炉与空气换热器、余热炉、活性炭喷射装置依次连接，并最终由布袋除尘器的顶部接入布袋除尘器；所述熔渣气化室的顶端是阀门，熔渣气化室由上至下依次分为干燥段、热解段、燃烧炉；熔渣气化室底部装有鼓风器。本发明的装置在欠氧焚烧条件下，欠氧焚烧炉中最终残留物的粒径可小至1-3mm，该最终残留物可作为还原剂使用，如作为电池隔膜纸，其中导电的乙炔黑（炭黑）可以作为还原剂使镍、镉等被还原成金属以利于金属回收。
Description
技术领域
本发明涉及一种处理报废动力电池残渣的欠氧焚烧装置。
背景技术
动力电池的回收拆解处理在我国已经逐渐兴起，但由于这个产业尚处于发展初期，整个过程的环保技术手段和可持续性发展意识还不够强。电池在正常使用过程中，并不会对环境造成影响，但如果内部的重金属盐和酸碱等泄露出来，或者电池处理后的残渣不加以合理的处理，进入土壤或水源等环境介质，就会通过食物链等途径进入人体，长期积蓄难以排除，将损害人的神经***、造成血液中毒和其它的病变。对环境影响巨大，合理的回收处置得当，废动力电池可以成为宝贵的再生资源。
动力电池拆解时一般含有外壳、铁、铝、薄膜、正负极材料和电解液。废物组成中锡镍化合物占90%以上，动电拆解处理后残余的废渣（如铁钒渣、铜锰渣、碳粉渣）如不进行无害化处理对环境危害极大，是大气、水体，特别是地下水的重要污染源。
锂电的电解液主要是六氟磷酸锂，（碳酸二乙酯-DEC）无色液体，稍有气味，易燃。遇明火、高热有引起燃烧的危险。吸入后会引起头痛、头昏、虚弱、恶心、呼吸困难等。
镍电的电解液主要是KOH，其液体或高浓度蒸气有刺激性。镍电的电解液还有锂盐的添加剂（亚硫酸乙烯酯ES）和氯气等，接触和吸入它们都会产生毒性，长期接触可引起头痛、乏力、失眠以及呼吸道刺激症状，可致过敏性或接触性皮炎。
动力电池拆解产生的残渣属于工业危险废物，目前处理方法繁多，如焚烧、浸取、生物降解、填埋、固化和稳定化等。预处理过程中通常把这些工业危险废物转化为一般废物，如重金属的泥渣，在处理时首先是考虑残渣中分离出来重金属，使之转化为一般废物；另外一种方法是源头控制，使泥渣不含过量重金属。这几种方法相比之下焚烧属于目前我国最适用的处理方法，它属于热氧化过程，生成物为CO2、H2O、酸性气体、粉尘和不易再燃烧的固体残渣。采取这种方法关键是把握好温度、停留时间、端流、供氧量和进料条件。
处理危险固废物也会采用催化焚烧，它是利用催化剂对有机组分进行破坏分解。与焚烧法相比，其特点是运行温度低，节能及高效，但对废物的组成要求较严格，例如，能使催化剂中毒的含氯或含硫废物以及含尘最高的废气的处理均不适用。
等离子体电弧分解：是利用等离子火焰崔管气化并使废物有害成分在超高温下（2000℃以上）得以彻底分解，分解率可达到99.9%。不过该方法费用昂贵，耗电量巨大。
另外还有湿式空气氧化、蒸馏和气提、微波处理工艺等都是用于冶金行业的固废处理。
富氧焚烧是最近发展起来的一项新的焚烧工艺技术，它以富氧空气（30%左右氧含量）替代空气作为焚烧过程的氧化剂，从而提高了有害组分的降解率，并且达到节能降耗的目的。但是在富氧条件下焚烧，因氧气充足，镍、镉等物质最后生成的是氧化物，无法进行资源化回收处理；同时，富氧焚烧所产生的气体是氯气、二噁英等有害气体，需要在焚烧工段后设计急冷塔，以快速冷却遏制致癌物质二噁英的重新合成，同时进行酸性气体的中和吸收；在尾气脱硫工艺中，为了防止有害气体低温冷凝为液态，需要在末级设换热器将达标的排放气加热，才能达到排放标准。
发明内容
为了克服富氧焚烧方法中镍、镉等物质最后生成的是氧化物而无法进行资源化回收处理的缺陷，本发明的目的在于提供一种处理报废动力电池残渣的欠氧焚烧装置，该装置能将镍、镉等物质焚烧裂解成分子量较小的组分，从而达到回收资源和废物无害化的双层目的；同时，该装置带有热能回收与利用部件，能变废为宝，回收利用废旧能源。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种处理报废动力电池残渣的欠氧焚烧装置，包括熔渣气化室、欠氧焚烧炉、沉降室、布袋除尘器、空气换热器、余热炉和活性炭喷射装置；熔渣气化室的上部通过管道与欠氧焚烧炉的上部连通，欠氧焚烧炉的上部通过管道与沉降室的上部连通，沉降室通过其底部的排烟口与布袋除尘器的底部连通；欠氧焚烧炉的顶部通过管道依次与空气换热器、余热炉、活性炭喷射装置连接，并最终由布袋除尘器的顶部接入布袋除尘器；
熔渣气化室的顶端是阀门，报废动力电池残渣由此进入熔渣气化室；熔渣气化室由上至下依次分为干燥段、热解段、燃烧炉；熔渣气化室底部装有鼓风器；由于燃烧炉的不断燃烧（温度达850-1300℃），烟气自下而上地上升，报废动力电池残渣先在干燥段被上升的烟气干燥；接着，报废动力电池残渣到达热解段，由于更接近燃烧炉，热解段的烟气温度更高，残渣在此被分解为一氧化碳、气态烃类等可燃物并形成混合烟气，混合烟气上升至干燥段后被吸入欠氧焚烧炉；残渣在热阶段的分解残留物（主要是液态焦油、较纯的碳素、无机灰土、惰性物质和电解液，电解液的主要成分是KOH和LiPF6）沉入燃烧炉充分燃烧，鼓风器鼓风给燃烧炉提供充分的助燃氧，空气在燃烧炉消耗掉大量氧气后夹杂着分解残留物上行并进入欠氧焚烧炉；
考虑到本发明的装置要具有一定的超负荷运行能力，熔渣气化室的大小优选为：内径1.8m，高6m。
混合烟气和欠氧的空气进入欠氧焚烧炉进行进一步的裂解和燃烧，未燃尽的分解残留物在此进行完全燃烧，最终残留物的粒径可小至1-3mm；
熔渣气化室与欠氧焚烧炉的连接处设有助燃机，以帮助从熔渣气化室进入欠氧焚烧炉的成分更充分地燃烧；为了防止结焦挂壁，可以在欠氧焚烧炉的内壁铺设一层陶瓷；
欠氧焚烧炉中的成分会进入沉降室，沉降室有较大的密闭空间，当来自欠氧焚烧炉的气流进入时，气流速度降低，气体中的大颗粒由于重力沉降落入灰渣坑中，由自动除渣装置排出；
欠氧焚烧炉燃烧之后的烟气有部分余热，直接排放到大气中势必造成能源浪费，并且不环保。因此在欠氧焚烧炉顶部设置管道将烟气通往空气换热器和余热炉。空气换热器和余热炉均为现有技术的东西。空气换热器可以把部分热能回收利用，将热能转换成机械能或电能用以工厂其他地方所需，也可以用来加热助燃空气煤气（高温气体燃烧技术），可以用来烘干粉渣，保温车间等。余热炉采用上下锅筒加对流管束的整体结构,烟气采用横向冲刷结构。这种布置换热效率高，防止积灰和便于清灰，现场安装简单。烟气从余热炉流出后去往活性炭喷射装置并最终流向布袋除尘器。
报废动力电池残渣燃烧后会产生二噁英、重金属、灰尘和石灰粉等有毒有害物质，因此不宜直接排放。所述的沉降室通过其底部的排烟口与布袋除尘器的底部连通，从而实现烟气的除尘、净化。所述的布袋除尘器属于现有技术，其中设有布袋，其底部是灰斗。布袋由HDPE（高密度聚乙烯）针刺毡和HDPE复膜组成，其耐腐蚀性能、耐热性能、耐水性能均较好。布袋除尘器的灰斗中设有电加热***，以防止积灰板结。布袋除尘器顶部的活性炭喷射装置可向烟气中喷射活性炭，活性炭具有吸附效率高的特点，可吸附二噁英类物质和重金属，确保烟气排放达标。烟气最后通过除尘器烟气出口达标排放。
为了加料的均匀和安全，可以在熔渣气化室的顶端设置进料槽。进料槽由进料口、推料机和封闭区构成。报废动力电池残渣从进料口加入，由推料机推向封闭区，封闭区堆满残渣后即打开熔渣气化室的阀门让残渣进入气化室。
所述的报废动力电池残渣包括固体残渣和液体残渣，固体残渣主要有铝壳、钢壳、含铜负极，隔膜纸、铁钒渣、铜锰渣、碳粉渣等，液体残渣主要是电解液和有机溶剂。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
（1）本发明的欠氧焚烧装置有独创的熔渣气化室-欠氧焚烧室-沉降室一体式设计，该三室一体化设计占地面积小，安装简单、方便、不需要专业人员安装，并且不影响原来外观，不改变原来结构。
（2）本发明装置熔渣气化室燃烧炉的温度在850-1300℃，配以鼓风，使烟气旋转螺旋上升，增加烟气停留时间，保证大于2秒。
（3）本发明的装置在欠氧焚烧条件下，欠氧焚烧炉中最终残留物的粒径可小至1-3mm，该最终残留物可作为还原剂使用，如作为电池隔膜纸，其中导电的乙炔黑（炭黑）可以作为还原剂使镍、镉等被还原成金属以利于金属回收。
（4）本发明装置的欠氧焚烧炉内壁铺设陶瓷，可防高温防结焦挂壁。
（5）本发明装置熔渣气化室的外表温度在180℃左右，避免了酸性气体的低温腐蚀。
（6）本发明的欠氧焚烧装置无需采用急冷塔也能达到废气排放标准。
（7）本发明的装置是无氧热解，产生的烟气主要是原料受热挥发产生的气体，排气量较小，排放的主要污染物为重金属烟尘，在烟气出口设有布袋除尘器进行除尘处理，收集烟尘后可以回收金属。
附图说明
图1是实施例的一种处理报废动力电池残渣的欠氧焚烧装置的结构示意图；其中，A-熔渣气化室，B-欠氧焚烧炉，C-沉降室，D-布袋除尘器，1-进料口，2-推料机，3-封闭区，4-阀门，5-干燥段，6-热阶段，7-燃烧炉，8-鼓风器，9-助燃机，10-二次燃烧区，11-最终燃烧区，12-空气换热器，13-余热炉，14-排烟口，15-灰渣坑，16-活性炭喷射装置，17-布袋，18-烟气出口，19-灰斗。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
一种处理报废动力电池残渣的欠氧焚烧装置，包括进料槽、熔渣气化室A、欠氧焚烧炉B、沉降室C、布袋除尘器D、空气换热器12、余热炉13和活性炭喷射装置16；熔渣气化室A的顶端通过阀门4与进料槽隔开；熔渣气化室A的上部通过管道与欠氧焚烧炉B的上部连通，欠氧焚烧炉B的上部通过管道与沉降室C的上部连通，沉降室C通过其底部的排烟口14与布袋除尘器D的底部连通；欠氧焚烧炉B的顶部通过管道依次与空气换热器12、余热炉13、活性炭喷射装置16连接，并最终由布袋除尘器D的顶部接入布袋除尘器D；
进料槽由进料口1、推料机2和封闭区3构成。报废动力电池残渣从进料口1加入，由推料机2推向封闭区3，封闭区3堆满残渣后即打开熔渣气化室A的阀门4让残渣进入气化室A。所述的报废动力电池残渣包括固体残渣和液体残渣，固体残渣主要有铝壳、钢壳、含铜负极，隔膜纸、铁钒渣、铜锰渣、碳粉渣等，液体残渣主要是电解液和有机溶剂。
熔渣气化室A的内径为1.8m，高6m。熔渣气化室A的顶端是阀门4，报废动力电池残渣由此进入熔渣气化室A；熔渣气化室A由上至下依次分为干燥段5、热解段6、燃烧炉7；熔渣气化室A底部装有鼓风器8；由于燃烧炉7的不断燃烧（温度达850-1300℃），烟气自下而上地上升，报废动力电池残渣先在干燥段5被上升的烟气干燥；接着，报废动力电池残渣到达热解段6，由于更接近燃烧炉7，热解段6的烟气温度更高，残渣在此被分解为一氧化碳、气态烃类等可燃物并形成混合烟气，混合烟气上升至干燥段5后被吸入欠氧焚烧炉B；残渣在热阶段6的分解残留物（主要是液态焦油、较纯的碳素、无机灰土、惰性物质和电解液，电解液的主要成分是KOH和LiPF6）沉入燃烧炉7充分燃烧，鼓风器8鼓风给燃烧炉7提供充分的助燃氧，空气在燃烧炉7消耗掉大量氧气后夹杂着分解残留物上行并进入欠氧焚烧炉B；
混合烟气和欠氧的空气进入欠氧焚烧炉B进行进一步的裂解和燃烧，未燃尽的分解残留物在此进行完全燃烧，最终残留物的粒径可小至1-3mm；
熔渣气化室A与欠氧焚烧炉B的连接处设有助燃机9，以帮助从熔渣气化室A进入欠氧焚烧炉B的成分更充分地燃烧；欠氧焚烧炉B的内壁铺设一层陶瓷；
欠氧焚烧炉B中的成分会进入沉降室C，沉降室C有较大的密闭空间，当来自欠氧焚烧炉B的气流进入时，气流速度降低，气体中的大颗粒由于重力沉降落入灰渣坑15中，由自动除渣装置排出；
欠氧焚烧炉B顶部设置管道将烟气通往空气换热器12和余热炉13。空气换热器12可以把部分热能回收利用，将热能转换成机械能或电能用以工厂其他地方所需，也可以用来加热助燃空气煤气（高温气体燃烧技术），可以用来烘干粉渣，保温车间等。余热炉13采用上下锅筒加对流管束的整体结构，烟气采用横向冲刷结构。这种布置换热效率高，防止积灰和便于清灰，现场安装简单。烟气从余热炉13流出后去往活性炭喷射装置16并最终流向布袋除尘器D。
沉降室C通过其底部的排烟口14与布袋除尘器D的底部连通，从而实现烟气的除尘、净化。布袋除尘器D中设有布袋17，布袋除尘器D的底部是灰斗19。布袋17由HDPE针刺毡和HDPE复膜组成，其耐腐蚀性能、耐热性能、耐水性能均较好。灰斗19中设有电加热***，以防止积灰板结。布袋除尘器D顶部的活性炭喷射装置16可向烟气中喷射活性炭，活性炭具有吸附效率高的特点，可吸附二噁英类物质和重金属，确保烟气排放达标。烟气最后通过除尘器烟气出口18达标排放。
本实施例的装置粉尘年排放量小于0.63吨，总镍年排放量小于0.04吨；总铜年排放量小于0.02吨，总锰年排放量小于0.7吨；SO2年排放量小于0.3吨。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种处理报废动力电池残渣的欠氧焚烧装置，其特征在于包括熔渣气化室、欠氧焚烧炉、沉降室、布袋除尘器、空气换热器、余热炉和活性炭喷射装置；熔渣气化室的上部通过管道与欠氧焚烧炉的上部连通，欠氧焚烧炉的上部通过管道与沉降室的上部连通，沉降室通过其底部的排烟口与布袋除尘器的底部连通；欠氧焚烧炉的顶部通过管道依次与空气换热器、余热炉、活性炭喷射装置连接，并最终由布袋除尘器的顶部接入布袋除尘器；
所述熔渣气化室的顶端是阀门，熔渣气化室由上至下依次分为干燥段、热解段、燃烧炉；熔渣气化室底部装有鼓风器；
所述熔渣气化室的内径为1.8m，高6m；
所述熔渣气化室与欠氧焚烧炉的连接处设有助燃机。
2.根据权利要求1所述的处理报废动力电池残渣的欠氧焚烧装置，其特征在于：所述欠氧焚烧炉的内壁铺设陶瓷。
3.根据权利要求1所述的处理报废动力电池残渣的欠氧焚烧装置，其特征在于：所述的布袋除尘器中设有布袋，布袋除尘器的底部是灰斗。
4.根据权利要求3所述的处理报废动力电池残渣的欠氧焚烧装置，其特征在于：所述的布袋由HDPE针刺毡和HDPE复膜组成。
5.根据权利要求3所述的处理报废动力电池残渣的欠氧焚烧装置，其特征在于：所述的灰斗中设有电加热***。
6.根据权利要求1所述的处理报废动力电池残渣的欠氧焚烧装置，其特征在于：
所述的熔渣气化室顶端设置进料槽；
所述的进料槽由进料口、推料机和封闭区构成。
7.根据权利要求1所述的处理报废动力电池残渣的欠氧焚烧装置，其特征在于：
所述的报废动力电池残渣包括固体残渣和液体残渣；
所述的固体残渣为铝壳、钢壳、含铜负极，隔膜纸、铁钒渣、铜锰渣、碳粉渣；
所述的液体残渣为电解液和有机溶剂。
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