一种纯氧烧结废气回收的预处理装置与方法与流程

1.本发明属于气体处理回收技术领域，涉及一种纯氧烧结废气回收的预处理装置与方法。


背景技术：

2.部分材料的烧结生产需要在纯氧氛围下进行，烧结过程中会产生水分和二氧化碳等干扰成分，需排出窑炉，产生废气。该烧结工艺以三元锂电池高镍正极生产为代表，在陶瓷、磁性材料生产中也有使用。以三元锂电池高镍正极窑炉废气为例，进行含氧废气回收预处理工艺描述，生产厂约有20-40座同时工作的窑炉，外排含氧废气温度450℃，含微量氢氧化锂粉尘，含水率20％。
3.目前三元锂电池应用越来越广泛，高镍化正极是其发展趋势。高镍正极具有能量密度高，综合成本低等优势，在电动汽车中有广泛的应用市场。
4.高镍正极采用氢氧化锂作为锂源，对材料、加工工艺要求高。高镍正极一般采用低熔点的氢氧化锂，并对前驱体要求严格。在煅烧过程中，温度低，时间长，通常为二次煅烧，并且要求纯氧气气氛，对烧结窑炉密封性、工作压力波动和车间环境(水分、温度)的要求都比较高。该废气温度高、含水率高，不满足直接进行回收提纯的要求，目前多以混合空气降温后直接排放为主，但其中氧气含量高达80％，且其中含有原料粉尘，直接排放既污染了环境，又造成了氧气和原料浪费。
5.中国专利cn115253586a公开了一种纯氧回收系统及方法，其涉及纯氧回收领域，其中预处理部分，采用换热器将750～800℃含氧气体与纯氧回收系统排出的纯氧进行换热，采用冷水机表冷，冷降温至10～25℃，采用转轮和双吸附塔进行过滤除湿干燥处理，脱附后的纯氧经前述换热器升温至300～500℃，完成纯氧回收循环。但该方法还存在以下问题：
6.废气温度较高，为750～800℃，其采用换热器将含氧气体与纯氧回收系统排出的纯氧进行换热后，仍有300℃左右的高温，直接采用冷水机降温制冷能耗过大；脱附后的纯氧加热至300～500℃回到窑炉，不适用于对原料升温控制严格的场景，此种工艺允许氧气进入窑炉的温度为40℃，无法为含氧废气降温；除湿、除尘均采用转轮或吸附塔吸附方式，需要大量的吸附剂，且会导致吸附剂中毒，需进行更换，增加了运行费用，且无法回收烧结原料；整个系统的压力由常压升高至吸附系统所需的高压，跨度过大，无有效压力控制系统，不满足窑炉生产对压力波动的需求。


技术实现要素：

7.本发明的目的就是提供一种纯氧烧结废气回收的预处理装置与方法，利用废气中氧含量较高的特点，对全厂多座窑炉的含氧废气进行收集和预处理，以满足回收提纯设备使用要求，相比利用空气制氧，节约了大量能源。
8.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
9.一种纯氧烧结废气回收的预处理装置，包括依次连通的
10.初冷却单元，包括与窑炉废气出口依次连通的废气引风机与集合风箱、设于窑炉废气出口与废气引风机之间的喷雾喷枪，以及连通于窑炉废气出口与废气引风机出口之间的再循环风道、设于再循环风道上的调节阀；
11.除尘单元，与集合风箱相连通；
12.降温除湿单元，包括与除尘单元依次连通的降温装置、冷冻干燥机、吸附脱水装置；以及，
13.主引风机，用于将降温除湿后的废气引出至外部的氧气提纯系统。
14.进一步地，所述的废气引风机、喷雾喷枪、再循环风道、调节阀构成废气循环调压回路；
15.当窑炉废气出口设有多个时，将多个废气出口接入同一废气循环回路中；当有多个窑炉时，多个废气循环回路分别与相应窑炉的废气出口相连通；
16.多个废气循环回路与集合风箱相连通。
17.进一步地，所述的废气引风机为变频风机。
18.进一步地，该预处理装置还包括喷雾供水系统，包括与喷雾喷枪依次连通的喷雾水泵与水箱。
19.进一步地，所述的除尘单元包括过滤式干式除尘器。
20.进一步地，该预处理装置还包括循环冷却水系统，包括沿冷却水流动方向与降温装置依次循环连通的循环水池与冷却循环泵，以及与循环水池循环连通的冷却塔。
21.一种纯氧烧结废气回收的预处理方法，包括：
22.通过废气引风机将窑炉废气引出，并在引出过程中，通过喷雾喷枪进行喷雾冷却，废气引风机出口气分流一部分经再循环风道返回与窑炉出口废气混合，再次进行喷雾冷却，另一部分则进入集合风箱；
23.通过除尘单元脱除废气中的粉尘；
24.通过降温装置进行初步冷却，通过冷冻干燥机进行降温脱水，通过吸附脱水装置进一步脱水；
25.通过主引风机将净化后的废气引出至氧气提纯系统。
26.进一步地，通过废气引风机的变频调控，与再循环风道上的调节阀的分压调控，使得窑炉工作压力为2～12pa。
27.进一步地，通过喷雾冷却，使得集合风箱的工作温度为120～150℃。
28.进一步地，所述的主引风机的出口温度为10～20℃。
29.本发明结合纯氧烧结窑炉的生产需求，经广泛调查和专题研究，提出了一种纯氧烧结废气回收的预处理工艺，主要目的是在不影响烧结生产的前提下，利用纯氧烧结废气经过降温、除湿、除尘等预处理后，满足进行回收的要求，提纯得到纯氧，补充至烧结窑炉，循环利用。相比利用空气制取纯氧，节约了大量能源。同时，除尘系统收集的原料粉尘，经处理后返回生产工段，减少资源浪费，也减少了环境污染。
30.与现有技术相比，本发明具有以下特点：
31.(1)本发明采用纯水喷雾进行废气冷却，温度控制灵活，可根据需求调节喷雾量，控制出冷却后的废气温度，且无杂质引入含氧废气中。当生产工艺允许时，也可采用换热器
预热纯氧进行换热，回收能量。
32.(2)本发明前段单座窑炉采用变频风机和废气循环系统，后段废气汇总后采用集合风箱和变频主引风机，通过多级压力调节，严格控制废气引出口，即窑炉内部的压力稳定，满足生产需求。
33.(3)本发明采用不锈钢外壳、覆膜聚四氟乙烯滤料制作干式除尘器，加强表面过滤、提高除尘效率，回收原料粉尘，循环利用，节约生产成本。
34.(4)本发明通过喷雾降温、水冷降温、冷冻降温多种降温途径，根据工艺需求合理设计各段废气温度，使降温成本达到最低。
35.(5)本发明的预处理系统处于全封闭工作状态，结构简洁，流程顺畅，操作方便，环境干净，满足生产工艺需求。
36.(6)相比于cn115253586a中的纯氧回收系统针对单座烧结窑炉的情况，本发明的预处理系统将各窑炉的废气初冷却后汇总进一步进行预处理，再进行纯氧提纯回收，降低了系统的复杂性和设备投资，降低了纯氧回收成本。
附图说明
37.图1为实施例1中一种纯氧烧结废气回收的预处理装置的结构示意图。
具体实施方式
38.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例以本发明上述技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
39.实施例1：
40.如图1所示的一种纯氧烧结废气回收的预处理装置，包括依次连通的初冷却单元、除尘单元、降温除湿单元、主引风机。
41.其中，初冷却单元包括与窑炉废气出口依次连通的废气引风机与集合风箱、设于窑炉废气出口与废气引风机之间的喷雾喷枪，以及连通于窑炉废气出口与废气引风机出口之间的再循环风道、设于再循环风道上的调节阀；
42.优选的，废气引风机为变频风机，通过变频风机提供动力，引出单座窑炉的高温废气。喷雾喷枪通过高压氧气或高水压将纯水雾化为粒径约50-80μm的微小液滴，比表面积大、气液传热效果好，喷入至废气中可快速蒸发，利用水的蒸发潜热将废气快速冷却至150℃，降温过程中不引入空气或其他杂质。通过变频风机对引出口压力进行粗调节，通过再循环风道和自动调节阀对引出口压力进行精调节，保持引出口压力与窑炉压力稳定在2-12pa，不影响生产运行。最终初降温后废气汇总于集合风箱中。
43.其中，初冷却单元一方面利用纯水喷雾降温，将高温废气初冷却，可降低后续管路和设备的耐温要求。当烧结窑炉允许高温纯氧通入时，可采用回收的纯氧与废气进行换热，来完成初冷却；另一方面则利用两级变频风机、再循环风道、自动调节阀等设备，通过自动控制系统，可实现对烧结窑炉压力的精确控制，满足烧结窑炉压力微正压、不允许出现大压力波动的需求。
44.在一些优选的实施例中，废气引风机、喷雾喷枪、再循环风道、调节阀构成废气循
环调压回路；当窑炉设有多个或窑炉废气出口设有多个时，多个废气循环回路分别与相应窑炉的废气出口相连通；多个废气循环回路分别与集合风箱相连通，以使得多座窑炉初降温后废气汇总于集合风箱中。
45.除尘单元与集合风箱相连通；采用过滤式干式除尘器，可采用袋式或滤筒除尘器。外壳采用不锈钢材质，严格控制设备漏风；滤料需要良好的耐温及耐氧化性能，采用聚四氟乙烯纤维材质滤料，并进行防水覆膜；含原料粉尘的废气经过滤料，粉尘被截留在滤料外表面，形成尘饼，造成过滤阻力上升，达到一定程度后，开启喷吹阀，利用高压气体吹落尘饼，落于除尘器下部灰斗中；灰斗底部装有密封良好的旋转阀，在隔绝空气的情况下，将粉尘排出，达到废气中原料粉尘的分离回收目的，并可送回生产工段重新利用；用于清理滤料表面粉尘的高压气体采用回收利用的纯氧，防止杂质混入废气中。
46.降温除湿单元包括与除尘单元依次连通的降温装置、冷冻干燥机、吸附脱水装置。降温装置可采用开式循环冷却水进行直接喷淋降温，或采用闭式冷却水进行间壁式换热，利用水的高比热容，将废气中的热量带出，根据循环水量的经济性，尽量降低废气温度，减少后续冷冻干燥机的动力消耗；降温后的废气进入冷冻干燥机，在压缩机和冷媒的作用下，进一步降温，满足氧气提纯装置的工作温度要求，同时因温度降低析出凝结水，减少水分；最后通过装有吸水剂的吸附脱水装置，进一步降低水分，满足氧气提纯装置对废气含水率的要求。凝结水收集后可补充至喷雾供水系统。
47.即，降温除湿单元先采用直接或间接水冷，利用循环冷却水进行降温，尽量降低废气温度，节约后续能量消耗；再通过冷冻干燥机进一步将废气冷却至10-20℃，满足氧气提纯设备工作温度要求，降温过程中析出凝结水；含有饱和水蒸气的废气，进入专有吸水剂的脱水装置，除去水蒸气，满足氧气提纯设备对废气含水率的要求。
48.主引风机：采用不锈钢材质的变频风机，用来克服除尘单元、降温除湿单元以及管路系统的阻力。通过变频装置调节来保持集合风箱中压力的稳定，并用于将降温除湿后的废气引出至外部的氧气提纯系统。
49.此外，本实施例还包括辅助系统：包括喷雾供水系统、循环冷却水系统以及电气、仪表、自动控制系统等。
50.喷雾供水系统包括与喷雾喷枪依次连通的喷雾水泵与水箱。可采用纯水机制备纯水或直接外购成品去离子水，通过喷雾水泵加压，为喷雾喷枪提供水源。
51.循环冷却水系统包括沿冷却水流动方向与降温装置依次循环连通的循环水池与冷却循环泵，以及与循环水池循环连通的冷却塔。该系统用于为降温装置提供冷却水，换热后的高温水通过冷却塔进行散热降温后循环利用。自动控制系统通过远传仪表采集流量、温度、压力、含水率等信号，控制阀门、变频装置等调节系统运行状态。
52.辅助系统是为满足预处理系统正常运行以及压力、温度、含水率、粉尘含量等参数自动控制需求的供水、供气、仪表、自动阀、电气及自控系统等。可通过废气量、粉尘量、废气温度、含水率等参数的互相间匹配关系，由自动控制系统计算、分析，调节各设备的运行条件。
53.工作原理：在不影响窑炉工作压力的前提下，初冷却单元将单座窑炉的高温废气平稳引出，通过喷雾喷枪喷入雾化纯水降温，完成初冷却，多座窑炉初降温后的废气汇总于集合风箱；从集合风箱引出主管，将全部废气通入除尘单元，分离废气中的原料粉尘，收集
后的原料粉尘返回生产工段重新利用；降温除湿单元采用直接或间接水冷的降温装置，利用循环冷却水与废气换热，尽量降低废气温度，减少冷冻干燥机的能耗，再通过冷冻干燥机进一步降低废气温度，析出废气中的水分，再通过装有吸水剂的吸附脱水装置，进一步去除废气中的水分，使废气温度和含水率满足烟气提纯装置的工作要求；主引风机为废气主路提供动力，克服系统阻力，通过变频控制集合风箱中的压力稳定。
54.实施例2：
55.一种基于实施例1中预处理装置的纯氧烧结废气回收的方法，对某生产厂的废气进行处理，生产厂共有30台窑炉，单台窑炉有3个排气口，总排气量400nm3/h，含氧废气温度450℃，含氧量约80％，含水率约20％，含微量氢氧化锂粉尘和co2；
56.具体包括以下步骤：
57.s1：通过废气引风机将窑炉废气引出，并在引出过程中，通过喷雾喷枪进行喷雾冷却，废气引风机出口气分流一部分经再循环风道返回与窑炉出口废气混合，再次进行喷雾冷却，另一部分则进入集合风箱；
58.其中，通过废气引风机的变频调控，与再循环风道上的调节阀的分压调控，使得窑炉工作压力维持在2～12pa；通过喷雾冷却，使得集合风箱的工作温度维持在120～150℃；
59.s2：通过除尘单元脱除废气中的粉尘；
60.s3：通过降温装置进行初步冷却，通过冷冻干燥机进行降温脱水，通过吸附脱水装置进一步脱水；
61.s4：通过主引风机将净化冷却至10～20℃后的废气引出，粉尘小于1mg/nm3，含水率小于1ppm，满足进入氧气提纯系统进一步提纯的需求，若满足生产要求也可直接回用。
62.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种纯氧烧结废气回收的预处理装置，其特征在于，包括依次连通的初冷却单元，包括与窑炉废气出口依次连通的废气引风机与集合风箱、设于窑炉废气出口与废气引风机之间的喷雾喷枪，以及连通于窑炉废气出口与废气引风机出口之间的再循环风道、设于再循环风道上的调节阀；除尘单元，与集合风箱相连通；降温除湿单元，包括与除尘单元依次连通的降温装置、冷冻干燥机、吸附脱水装置；以及，主引风机，用于将降温除湿后的废气引出至外部的氧气提纯系统。2.根据权利要求1所述的一种纯氧烧结废气回收的预处理装置，其特征在于，所述的废气引风机、喷雾喷枪、再循环风道、调节阀构成废气循环调压回路；当窑炉废气出口设有多个时，将多个废气出口接入同一废气循环回路中；当有多个窑炉时，多个废气循环回路分别与相应窑炉的废气出口相连通；多个废气循环回路与集合风箱相连通。3.根据权利要求1所述的一种纯氧烧结废气回收的预处理装置，其特征在于，所述的废气引风机为变频风机。4.根据权利要求1所述的一种纯氧烧结废气回收的预处理装置，其特征在于，还包括喷雾供水系统，包括与喷雾喷枪依次连通的喷雾水泵与水箱。5.根据权利要求1所述的一种纯氧烧结废气回收的预处理装置，其特征在于，所述的除尘单元包括过滤式干式除尘器。6.根据权利要求1所述的一种纯氧烧结废气回收的预处理装置，其特征在于，还包括循环冷却水系统，包括沿冷却水流动方向与降温装置依次循环连通的循环水池与冷却循环泵，以及与循环水池循环连通的冷却塔。7.基于权利要求1至6任一项所述预处理装置的一种纯氧烧结废气回收的预处理方法，其特征在于，包括：通过废气引风机将窑炉废气引出，并在引出过程中，通过喷雾喷枪进行喷雾冷却，废气引风机出口气分流一部分经再循环风道返回与窑炉出口废气混合，用于调节废气吸入口压力，另一部分则进入集合风箱；通过除尘单元脱除废气中的粉尘；通过降温装置进行初步冷却，通过冷冻干燥机进行降温脱水，通过吸附脱水装置进一步脱水；通过主引风机将净化后的废气引出至氧气提纯系统。8.根据权利要求7所述的一种纯氧烧结废气回收的预处理方法，其特征在于，通过废气引风机的变频调控，与再循环风道上的调节阀的循环风量调控，使得窑炉工作压力为2～12pa。9.根据权利要求7所述的一种纯氧烧结废气回收的预处理方法，其特征在于，通过喷雾冷却，使得集合风箱的工作温度为120～150℃。10.根据权利要求7所述的一种纯氧烧结废气回收的预处理方法，其特征在于，所述的主引风机的出口温度为10～20℃。

技术总结
本发明涉及一种纯氧烧结废气回收的预处理装置与方法，装置包括：依次连通的初冷却单元、除尘单元、降温除湿单元、主引风机。其中，初冷却单元包括与窑炉废气出口依次连通的废气引风机与集合风箱、设于窑炉废气出口与废气引风机之间的喷雾喷枪，以及连通于窑炉废气出口与废气引风机出口之间的再循环风道、设于再循环风道上的调节阀；降温除湿单元包括与除尘单元依次连通的降温装置、冷冻干燥机、吸附脱水装置。与现有技术相比，本发明利用废气中氧含量较高的特点，对全厂多座窑炉的含氧废气进行收集和预处理，以满足回收提纯设备使用要求，相比利用空气制氧，节约了大量能源。节约了大量能源。节约了大量能源。


技术研发人员：何佳 蔡韵杰 张伟 江海龙 王祥如
受保护的技术使用者：上海市机电设计研究院有限公司
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/7/18