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◆ 概述
石墨及硅炭負極材料在包覆造粒、高溫碳化等過程中會產生高濃度的有機廢氣,廢氣成分會根據不同物料種類、高溫窯爐的形式及窯爐碳化溫度等參數不同而有所差異。但廢氣主要特點均表現為:成分復雜,溫度高、粉塵及焦油含量大,廢氣中含有的氫氣或甲烷等易爆氣體已達到爆炸極限,達到一定氧含量,在密閉空間內接觸到火源或靜電火花即可能發生爆炸。如何在較低能耗下實現安全、穩定的達標排放,已經成為該行業必須解決的問題。
以下為兩種常見窯爐碳化過程中尾氣排放成分分析表:
原始資料 單一氣體密度 占混合氣密度 混合氣體濃度 各組份熱值
序號 名稱 分子式 體積 % kg/Nm3(分類) kg/Nm3(混合) mg/Nm3 kj/Nm3 kcal/Nm3
1 甲烷 CH4 4.633 0.714 0.033081 33080.520 1659.418 396.345
2 乙烷 C2H6 2.224 2.435 0.054153 54152.660 2484.888 593.505
3 乙烯 C2H4
4 丙烷 C3H8
5 異丁烷 C4H10
6 正丁烷 C4H10
7 反-2-丁烯 C4H8
8 1-丁烯 C4H8
9 順-2-丁烯 C4H8
10 新戊烷 C5H12
11 正戊烷 C5H12
12 丙烯 C3H6
13 C6H6 0.068 3.482 0.002359 2358.770 95.844 22.892
14 甲苯 C7H8 0.082 4.107 0.003371 3371.420 138 221 33.014
15 乙苯 C8H10 0.034 4.732 0.001586 1586.340 65.492 15.643
16 二甲苯 C8H10
17 一氧化碳 C0 0.144 1.250 0.001804 1803 750 18 229 4.354
18 羥基硫 COS 0.401 2.679 0.010740 10740.000 08 133 23 430
19 硫化氫 H2S 2.413 1.518 0.036630 36630.000 558 058 133 290
20 甲硫醇 CH4S 0.042 2.140 0.000900 900.000 21.588 5.156
21 氧化碳 CO2 0.064 1.977 0.001257 1256 778    
22 氧氣 02 18.627 1.429 0.266182 266182.066    
23 氮氣 N2 71.268 1.251 0.891569 891568.632    
24 殘油             2.0
      100.000 總可燃物濃度 mg/Nm3 144623 5139.872 1227.637
某石墨負極材料前驅體回轉窯高溫段尾氣成分表(窯內溫度650~680℃)
 
廢棄成分 Max 質量濃度g/m³ Max體積% Maxppm 爆炸下限 LEL% 低位發熱值KJ/Nm³ 總廢氣含量Nm³/h
H2 5.05 5.66 56600 4 10800 45.28
02 1.43 0.1        
N2 587.06 93.93       751.44
CH4 14.64 2.05 20500 5 35810 16.4
CO   0 0 12.5 12640 0
C02   0.00       0
C2H4   0 0 2.7 59627 0
C2H6 0.94 0.07 700 3.38 61492 0.56
C3H8 0.39 0.02   2.1 89024 0.16
C3H6 0.38 0.02   2.4 83700 0.16
i-C4H10   0       0
n-C4H10   0       0
Benzene( 苯)   0.05   4.1 148720 0.4
Toluene(甲苯) 1.74 0.04   1.2 174553 0.32
Xylene(二甲苯) 1.65 0.06   1.09 205223 0.48
Naphtaler(以環己烷計) 2.84 0.43   1.3 174955 3.44
混合氣體 16.16   435747 43.57    
TO 安全進氣濃度SLEL25%       108937    
混合氣體燃料的平均摩爾質量   32.92        
廢氣的平均低位熱值         2443  
某硅炭負極材料輥道窯尾氣成分表

◆ 負極材料行業常見問題及解決辦法
問題1:閃爆
★ 出現位置:窯爐
    產生原因:排風負壓過強、導致爐內氧含量超標
    解決方法:設置廢氣處理穩壓、恒壓系統
★ 出現位置:廢氣焚燒爐前混風設施
    產生原因:突然斷電、導致混風設施內可燃氣濃度達到爆炸極限,且高溫、靜電或火花等(含回火)提供點火能
    解決方法:設置UPS 不間斷電源、設置旁通及斷電應急排放閥,完善防靜電措施
★ 出現位置:廢氣焚燒爐
    產生原因:濃度達到爆炸極限,意外熄火后重啟燃燒器
    解決方法:采用 RTO時嚴控廢氣入氣濃度(連鎖旁通),采用TO爐時做好長明火及主燃燒器啟動溫度控制,同時按規范做好爐體防爆措施
問題2:堵料
★ 出現位置:爐前除塵設施
    產生原因:除塵措施設置錯誤
    解決方法:設置不停機安全除塵清理裝
★ 出現位置:窯爐排氣口附近排煙管道
    產生原因:碳化尾氣中粉塵沉降、負壓過強導致抽粉
    解決方法:設置排煙斜管不停機安全清理及安全除塵設施
    備 注:輥道窯相對回轉窯粉塵量稍低
★ 出現位置:爐前排風機
    產生原因:風機位置設置錯誤
    解決方法:風機設置于最末端
    備 注:軸孔密封不良時會造成局部管道燃燒
問題3:檢測系統故障率高
★ 出現位置:可燃氣檢測系統
    產生原因:檢測方法錯誤
    解決方法:需配置可行、穩定的檢測系統
問題4:結晶嚴重
★ 出現位置:爐后噴淋塔
    產生原因:酸吸收循環液與堿反應場所錯誤
    解決方法:應定時將酸吸收液循環至塔外反應槽內反應并及時補充循環液
問題5:危廢量大
★ 出現位置:爐前除塵設施
    產生原因:未設置廠內危廢氣化焚燒爐
    解決方法:設置企業內部危廢氣化焚燒
問題 6:燃料消耗過高
★ 出現位置:焚燒爐
    產生原因:入爐濃度過低或無熱量回收措施
    解決方法:控制適宜入氣濃度、增加熱量回收措施
問題7:白煙霧量大
★ 出現位置:煙囪
    產生原因:未設置靜電消白裝置
    解決方法:設置靜電消白設施
問題8:氮氧化物超標
★ 出現位置:煙囪
    產生原因:氧化爐內溫度遠超850C
    解決方法:控制氧化爐內溫度<850C
    備 注:采用TO爐時易嚴重超標,增大脫銷成本
問題 9:二氧化硫超標
★ 出現位置:煙囪
    產生原因:酸吸收循環液偏酸性或停留時間較低
    解決方法:維持酸吸收液較低PH
問題10:冒黑煙
★ 出現位置:煙囪
    產生原因:燃燒不充分,產生生成固型炭黑
    解決方法:補充足夠新風,氧化室溫度穩定在680-800°℃區間,高溫區停留時間>1.5S