CFB半干法脫酸塔及RTO燃燒爐應用于鋰電池廢氣治理技術的研究

何東杰，程 燕

（1.安徽皖欣環境科技有限公司，安徽 合肥 230000；2.合肥市環境監測中心站，安徽 合肥 230000）

廢棄鋰電池拆解破碎過程中會產生大量有機廢氣，富含氯化氫、含氟含磷有機廢氣等各種有害物質。隨著CFB半干法脫酸在垃圾焚燒、冶金行業的普遍應用及RTO燃燒爐在VOC治理領域的廣泛推廣，為尋找更為有效的鋰電池拆解破碎行業有機廢氣的處理方法，對CFB半干法脫酸塔及RTO燃燒爐應用于鋰電池廢氣治理技術的研究具有重要意義。

1 鋰電池廢氣治理技術研究的理念及思路

鋰電池廢氣治理技術的研究目的是去除煙氣中的顆粒物、有機物等有害物質，尋找更好的環保治理技術，建設更好的生態環境[1]。

目前，國內現有鋰電池拆解或破碎等過程，往往都會產生HF、HCl等酸性物質及顆粒物，這些酸性物質可以通過CFB循環流化床半干法脫酸塔+布袋除塵器的方式去除。但是出于對RTO燃燒爐的保護、及對RTO燃燒爐安全運行的考慮，需在RTO燃燒爐之前再加一級濕法脫酸塔，通過半干法+濕法兩級脫酸，確保HF、HCl等酸性物質完全去除。鋰電池拆解破碎產生的各種可燃有機物在RTO燃燒爐內進行充分燃燒，生成二氧化碳和水。另外，為了防止含氟有機物在RTO燃燒爐高溫燃燒狀態下產生新的含氟酸性氣體，在RTO燃燒爐之后再設置一級堿洗塔+一級水洗塔，從而充分保證鋰電池拆解破碎產生的廢氣能被有效去除[2]。

2 新的鋰電池廢氣治理工藝的研究原則

該研究將按照安全性、技術合理性、經濟性的原則來設計：（1）安全性：針對含氟含磷有機廢氣的特點，有充分的應對措施，確保安全性。（2）技術合理性：不僅遵守各種標準、規范，同時處理工藝滿足技術合理性。（3）經濟性：不僅節約造價、也要低運行成本。謹慎合理選擇廢氣處理工藝方案，可確保系統長期安全可靠運行。整個廢氣處理系統是獨立的，不影響上游工藝設備的操作運行。系統工藝是全新的，對行業治理有創新性意義。

3 新的鋰電池廢氣治理工藝的確定

因鋰電池破碎拆解生產工藝廢氣中有大量粉塵，設置旋風除塵器收集大顆粒粉塵重新回收利用；廢氣中還含有大量有機廢氣，其中有難以分解的含氟含磷有機廢氣，設計CFB半干法脫酸塔+濕法脫酸兩級脫酸后進入RTO焚燒，焚燒后氣體再經過急冷塔和二級洗滌塔，確保尾氣達標排放。

經過以上思路，鋰電池拆解破碎過程中產生的有機廢氣的治理工藝為：旋風除塵器+CFB半干法脫酸塔+布袋除塵器+濕法脫酸塔+氣水分離器+RTO燃燒爐+急冷塔+堿洗塔+水洗塔處理，由排氣筒達標排放。根據以上分析，新的鋰電池廢氣治理工藝流程圖大致如圖1。

圖1 新的鋰電池廢氣治理工藝流程圖

4 新的鋰電池廢氣治理工藝介紹及原理說明

工業生產中的有害氣體種類很多，主要有有機廢氣、異味、硫氧化物、氮氧化物、鹵化物、碳氧化物、碳氫化物等，對大氣環境造成的污染統稱為氣態污染。根據來源和性質，可采取適宜的措施控制,主要包括減少或防止污染物的產生，對已產生的氣態污染物加以回收利用或進行無公害化處理。凈化方法的選擇取決于氣體的流量和污染物濃度。對于濃度較高的氣體，可考慮增加預處理系統。

綜合考慮投資額、處理效果、占地面積、運行費用以及操作維護等各方面因素，建議新的鋰電池廢氣處理工藝選擇為：旋風除塵器+CFB半干法脫酸塔+布袋除塵器+濕法脫酸塔+氣水分離器+RTO燃燒爐+急冷塔+堿洗塔+水洗塔洗滌處理。

鋰電池拆解破碎過程中產生的有機廢氣匯總后，經過旋風除塵器+CFB半干法脫酸塔+布袋除塵器+濕法脫酸塔+氣水分離器+RTO燃燒爐+急冷塔+堿洗塔+水洗塔洗滌處理除去廢氣中的有機物，整套設備主要處理單元如下：

第一單元：旋風除塵器

旋風除塵器結構簡單，成本低且易于維護，操作簡單，已廣泛用于從氣流中分離固體和液體粒子。

VOCs 廢氣中含有大量粉塵，使用旋風除塵器收集其中大顆粒粉塵，運回生產線，回收利用。

第二單元：CFB半干法脫酸塔+布袋除塵器

CFB半干法煙氣脫酸技術利用循環流化床和布袋除塵器進行脫酸和除塵。CFB半干法脫酸塔塔是CFB半干法脫酸塔的核心設備，能夠有效去除廢氣中的酸性氣體。布袋除塵器是除塵的核心設備，同時具備二次脫酸的功效。

CFB半干法脫酸塔是一個帶有文丘里喉管的空塔結構，文丘里的作用是將脫酸塔入口的煙氣加速，從而使脫酸塔內的物料獲得循環動力。由于脫酸塔始終在煙氣露點溫度20℃以上運行，加上堿性吸收劑多次循環反應，酸性氣體可基本全部除去，所以吸收塔全部由Q235B普通碳鋼制成，內部不需要任何防腐內襯。

第三單元：濕法脫酸塔

經過布袋除塵處理過的廢氣，采用濕法脫酸對酸性氣體及粉塵進一步處理，進一步減少進RTO燃燒爐的煙氣含氟含磷量，保護RTO設備免受腐蝕。

濕式脫酸塔工作原理是將氣體中的酸性污染物質分離出來，以達到凈化氣體的目的。

第四單元：氣水分離器

經過濕法脫酸后的廢氣，進RTO焚燒爐之前，加設氣水分離器，進一步去除水分，對RTO做保護。如果廢氣中有水分進入RTO焚燒爐，不僅造成熱量損失、可能造成燃燒的不充分，而且會造成設備腐蝕。所以在RTO燃燒爐之前設置氣水分離器十分必要，氣水分離器的性能也非常重要。

第五單元：RTO焚燒爐

經過充分處理的廢氣，進入RTO焚燒爐，充分燃燒，去除廢氣中的VOCs[3]和有害物質，生成CO2和H2O。RTO蓄熱氧化技術是利用充分燃燒，將VOC廢氣轉換成CO2與H2O，同時利用陶瓷的蓄熱性能，減少能量的消耗從而節約成本。

常溫的廢氣進入燃燒室時從事先預熱的入口端高溫蓄熱層吸收熱量，達到750℃以上溫度進行氧化分解，再由出口端蓄熱層吸收大部分熱量后排出。由氣流切換閥門定時切換氣流方向，原來的入口端變成出口端，出口端變成入口端，循環蓄熱層的吸熱和放熱過程。因熱回收效率很高，達到95%以上，在有機物濃度較高時無需燃燒器供熱，以有機物氧化熱就可以保持燃燒室的溫度，達到節能效果。

RTO采用三床式，有3個蓄熱室，在1進1出1吹掃模式工作。3組切換閥分別切換進/出/吹掃風的流向，切換閥形式為提升閥。

第六單元：急冷塔+二級洗滌

急冷塔的主要作用是將煙氣迅速降溫。防止RTO燃燒爐排氣溫度異常，導致后續設備損壞。

堿液噴淋塔，利用被吸收的氣體與吸收液發生化學反應而將酸性氣體除去。

水洗塔作為最后一道處理設備，進一步將煙氣進行洗滌，充分保證廢氣處理的效果。

RTO燃燒爐充分燃燒后的尾氣，經過急冷塔+堿洗塔+水洗塔處理后，達標排放。

5 結論

針對鋰電池拆解破碎廢氣特點，充分考慮廢氣處理工藝的合理性、經濟性、安全性，選擇采用旋風除塵器+CFB半干法脫酸塔+布袋除塵器+濕法脫酸塔+氣水分離器+RTO燃燒爐+急冷塔+堿洗塔+水洗塔治理工藝，具有較好的處理性能，可有效處理成分復雜的含氯含氟的有機廢氣。