一种铝灰渣无害化处理回收利用系统及其工作方法
技术领域
本发明属于环境保护装置技术领域，涉及铝灰渣处理的系统及方法领域，具体涉及一种铝灰渣无害化处理回收利用系统及其工作方法。
背景技术
铝灰渣是电解铝或铸造铝生产工艺中产生的主要副产品，产量巨大。铝灰渣中含有单质铝、氮化铝、碳化铝等含铝化合物，同时含有氯化钾、氯化钠等盐类。氮化铝水接触会释放出有害气体氨气导致铝灰渣堆积填埋污染空气。单质铝和碳化铝与水反应分别产生可燃性气体氢气和甲烷，导致铝灰渣无害化处理过程的危险性增加和资源的浪费。氯化钾、氯化钠等可溶性盐导致铝灰渣堆积填埋过程中污染土壤和地下水。
目前，铝灰渣无害化处理装置及方法主要针对铝灰渣中的可溶性盐的除去和处理过程中产生氨气的回收利用，未考虑处理过程中氢气、甲烷等可燃气体的回收利用，造成了能源的浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种铝灰渣无害化处理回收利用系统及其工作方法，实现铝灰渣除氨除盐的同时，回收利用处理过程中所产生的氨气及其他可燃性气体。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种铝灰渣无害化处理回收利用系统，其特征在于，包括依次连接的反应装置、冷却循环装置、硫酸铵生成装置和气体收集装置；
所述反应装置包括反应釜、加热装置及搅拌装置，所述搅拌装置包括固定在反应釜上端的搅拌电机、与搅拌电机通过联轴器连接的搅拌轴及设置在搅拌轴下方的多个搅拌叶片，所述加热装置环绕反应釜设置并对反应釜进行加热；所述反应釜包括设置在釜体上端位置的加料口及排气管道，所述加料口上设置有一密封盖，所述排气管道连接冷却循环装置；
所述冷却循环装置从反应装置方向到硫酸铵生成装置方向倾斜向上设置，所述冷却循环装置包括出气通道、设置在出气通道外侧的冷却腔、与冷却腔向连通的进水管和出水管，所述出水管设置在上端位置，所述冷却腔设置有若干折流片；所述出气通道的下端与反应釜的排气管相连接，所述出气通道的上端通过一第一导气管导入硫酸铵生成装置的底部位置；
所述硫酸铵生成装置的下端位置设置有硫酸注入管道和硫酸铵排出管道，所述硫酸注入管道连接外部硫酸存储装置，所述硫酸铵排出管道连接外部硫酸铵存储装置；所述硫酸铵生成装置的上方设置有第二导气管；
所述气体存储装置包括第一储气罐和第二储气罐，所述第一储气罐通过第三导气管与第二导气管连通，所述第二储气罐通过第四导气管与第二导气管连通，所述第二导气管、第三导气管及第四导气管通过一三通连接件进行连接，所述第三导气管上设置有第一气阀，所述第四导气管上设置有第二气阀，所述第二导气管上设置有一氨气检测装置。
进一步的，所述冷却循环装置的倾斜角度为40°-50°。
进一步的，所述硫酸注入管道上设置有一抗腐蚀的第一液阀；所述硫酸铵排出管道设置有一抗腐蚀的第二液阀，所述硫酸铵生成装置内具有液位传感器。
进一步的，所述硫酸铵生成装置、第一储气罐和第二储气罐内分别设置有第一气体压力检测传感器、第二气体压力检测传感器和第三气体压力检测传感器。
进一步的，若干所述搅拌叶片分成2-3层均匀设置且每层具有3-4个搅拌叶片；所述搅拌叶片与反应釜的釜体内壁沿水平方向的半径比为0.4-0.8：1；所述搅拌轴的最下方具有一半开式叶轮，所述半开式叶轮与釜体内壁的直径比为0.5-0.8：1。
进一步的，若干所述折流片沿着冷却循环装置的冷却腔的两侧交错设置，每一所述折流片为半环形结构。
进一步的，还包括一控制装置，所述控制装置的外侧设置有两压力报警信号灯，所述控制装置的输入端接收来自第一气体压力检测传感器、第二气体压力检测传感器和第三气体压力检测传感器的压力信号、来自液位传感器的液压信号、来自氨气检测装置的信号，所述控制装置的输出端连接第一液阀、第二液阀、加热装置、搅拌电机、两压力报警信号灯、第一气阀和第二气阀并向这些元件发出信号；所述第二压力检测传感器或第三气体压力检测传感器检测到压力大于设定值时，相应的压力报警信号灯报警；所述第一气体压力检测传感器检测到压力大于设定值时，根据氨气检测装置所检测的情况，所述控制装置控制第一气阀或第二气阀打开，将经硫酸铵生成装置排出的气体排入第一储气罐或第二储气罐；同时，当氨气检测装置检测到氨气时，控制装置控制所述第二液阀打开，将硫酸铵成品排出；当硫酸铵生成装置中的硫酸铵成品排出后，控制装置控制第一液阀打开补充酸液，当液位传感器检测到液位达到设定值时，关闭第一液阀；所述控制装置控制加热装置和搅拌电机启动，反应装置内加快反应。
本发明的实施例还提供一种铝灰渣无害化处理回收利用系统的工作方法，其特征在于，包括以下过程：
S1、打开加料口处的密封盖向反应釜内加入铝灰渣、反应液，关闭密封盖；打开加热装置和搅拌电机，反应釜内进行铝灰渣水解反应，由于反应釜的排气管道与冷却循环装置的出气通道相连，出气通道和第一导气管相连，将反应釜内所产生气体经排气管道进入冷却循环装置；
S2、将冷却循环装置的冷却腔所连通的进水管和出水管连接外部冷却水箱和冷却水泵，启动冷却水泵；由步骤S1反应后的气体经冷却循环装置冷却后，冷却后的蒸馏水回流到反应釜中急需反应，剩余气体经第一导气管进入硫酸铵生成装置；
S3、硫酸铵生成装置中预存有固定量的硫酸溶液，由第一导气管进入硫酸铵生成装置中含有氨气，氨气与硫酸铵生成装置中的硫酸进行硫酸铵合成，未参与反应的剩余气体通过第二导气管导入第一储气罐或第二储气罐；
S4、当第二导气管上的氨气检测装置检测所通过气体是否含有氨气，从而控制第一气阀或第二气阀开启；
S5、若氨气检测装置检测有气体中具有氨气，则打开第一气阀，关闭第二气阀，将气体通入第一储气罐；若氨气检测装置检测到无氨气排出，则关闭第一气阀，打开第二气阀，将气体通入第二储气罐，获得可燃性混合气体；
S6、同时，当氨气检测装置检测到氨气时，控制第二液阀打开，将硫酸铵成品从硫酸铵排出管道排出；当硫酸铵生成装置中的硫酸铵成品排出后，控制第一液阀打开补充新的硫酸溶液，当液位传感器检测到液位达到设定值时，关闭第一液阀。
进一步的，所述步骤S1中的反应液为水、碳酸钠、氧化钙、氢氧化钙、氧化纳、氢氧化钠中的一种或几种，铝灰渣与反应液的质量比为1:3-10，反应时间10-200min。
进一步的，所述第一导气管伸入硫酸铵生成装置内的液体液面下方；所述第二导气管的底部高于硫酸铵生成装置内的液体液面。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
（1）本发明铝灰渣无害化处理回收利用系统及其工作方法，实现铝灰渣除氮除盐的同时，回收利用处理过程中产生的氨气和可燃性气体，对铝灰渣无害化处理及利用相关产业十分重要。
（2）本发明的反应釜所产生的氨气、氢气、甲烷和水蒸气等气体通过通气口进入冷却循环装置进行冷却除水，冷却后的水流回反应釜，减少进入硫酸铵生成装置中的水蒸气，从而提高所排除的硫酸铵的浓度。
（3）本发明通过第一气体压力检测传感器、第二气体压力检测传感器和第三气体压力检测传感器监测整个反应系统内的压力情况，保证在正常压力下运行；液位传感器为自动化运行提供信号来源，提高自动化程度，第一液阀、第二液阀、第一气阀和第二气阀采用电磁阀，由控制装置进行控制，整个系统处于自动控制的状态，使用方便。
附图说明
图1为本发明中一种铝灰渣无害化处理回收利用系统的结构示意图。
图2为本发明的冷却循环装置的结构示意图；
图3为本发明中一种铝灰渣无害化处理回收利用系统的工作方法中的工作流程图。
附图标记说明：1、第一储气罐；2、硫酸铵排出管道；3、硫酸铵生成装置；4、硫酸注入管道；5、进水管；6、加热装置；7、反应釜；8、加料口；9、搅拌装置；10、冷却循环装置；11、出水管；12、第一导气管；13、氨气检测装置；14、第二气阀；15、第一气阀；16、第四导气管；17、第二储气罐；18、第二导气管；19、第三导气管；20、排气管道；21、出气通道；22、冷却腔；23、折流片。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作为广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1和图2所示，一种铝灰渣无害化处理回收利用系统，包括依次连接的反应装置、冷却循环装置10、硫酸铵生成装置3和气体收集装置。
所述反应装置包括反应釜7、加热装置6及搅拌装置9，所述搅拌装置9包括固定在反应釜上端的搅拌电机、与搅拌电机通过联轴器连接的搅拌轴及设置在搅拌轴下方的多个搅拌叶片，所述加热装置6环绕反应釜7设置并对反应釜7进行加热；所述反应釜7包括设置在釜体上端位置的加料口8及排气管道20，所述加料口8上设置有一密封盖，根据需要在加料时，打开密封盖，加料后关闭密封盖；所述排气管道20连接冷却循环装置10。优选的，若干所述搅拌叶片分成2-3层均匀设置且每层具有3-4个搅拌叶片；所述搅拌叶片与反应釜的釜体内壁沿水平方向的半径比为0.4-0.8：1；所述搅拌轴的最下方具有一半开式叶轮，所述半开式叶轮与釜体内壁的直径比为0.5-0.8：1；这种搅拌叶片实现高效搅拌，提高搅拌效率，并配合使用半开式叶轮，提高搅拌效率，反应更加充分，反应速度更快。
所述冷却循环装置10从反应装置方向到硫酸铵生成装置3方向倾斜向上设置，所述冷却循环装置10包括出气通道21、设置在出气通道21外侧的冷却腔22、与冷却腔22向连通的进水管5和出水管11，所述出水管11设置在上端位置，所述冷却腔22设置有若干折流片23；所述出气通道21的下端与反应釜7的排气管相连接，所述出气通道21的上端通过一第一导气管导入硫酸铵生成装置3的底部位置。在进一步的实施例中，所述冷却循环装置10的倾斜角度为40°-50°，这种冷却循环装置10倾斜设置方式，实现冷却装置冷却后的冷凝水自然回流至反应釜7，且对混合气体排出速度进行减速，使得混合气体充分冷却，从而减少进入硫酸铵生成装置3的水蒸气。在进一步的实施例中，若干所述折流片23沿着冷却循环装置10的冷却腔22的两侧交错设置，每一所述折流片23为半环形结构，提高整个冷却循环装置10的冷却效果。
所述硫酸铵生成装置3的下端位置设置有硫酸注入管道4和硫酸铵排出管道2，所述硫酸注入管道4连接外部硫酸存储装置，所述硫酸铵排出管道2连接外部硫酸铵存储装置；所述硫酸铵生成装置3的上方设置有第二导气管18。在进一步的实施例中，所述硫酸注入管道4上设置有一抗腐蚀的第一液阀；所述硫酸铵排出管道2设置有一抗腐蚀的第二液阀，所述硫酸铵生成装置3内具有液位传感器，液位传感器可以检测硫酸铵生成装置中的液位，从而及时关闭第一液阀，停止硫酸溶液的输入，自动化程度高，使用方便。
所述气体存储装置包括第一储气罐1和第二储气罐17，所述第一储气罐1通过第三导气管19与第二导气管18连通，所述第二储气罐17通过第四导气管16与第二导气管18连通，所述第二导气管18、第三导气管19及第四导气管16通过一三通连接件进行密封连接，所述第三导气管19上设置有第一气阀，所述第四导气管16上设置有第二气阀，所述第二导气管18上设置有一氨气检测装置13。
在进一步的实施例中，所述硫酸铵生成装置3、第一储气罐1和第二储气罐17内分别设置有第一气体压力检测传感器、第二气体压力检测传感器和第三气体压力检测传感器。本发明通过第一气体压力检测传感器、第二气体压力检测传感器和第三气体压力检测传感器检测气体压力信号，第一气体压力检测传感器检测到超出压力设定时，及时打开第一气阀或第二气阀，将气体排入第一储气罐1或第二储气罐17，当第二气体压力检测传感器或第三气体压力检测传感器检测气体压力信号大于设定值时，压力报警信号灯进行报警，提醒进行讲第一储气罐1或第二储气罐17的气体及时排出，保证整个系统在安全气体压力内运行，提高使用的安全性能。
在进一步的实施例中，一种铝灰渣无害化处理回收利用系统还包括一控制装置，所述控制装置的外侧设置有两压力报警信号灯，所述控制装置的输入端接收来自第一气体压力检测传感器、第二气体压力检测传感器和第三气体压力检测传感器的压力信号、来自液位传感器的液压信号、来自氨气检测装置13的信号，所述控制装置的输出端连接第一液阀、第二液阀、加热装置6、搅拌电机、两压力报警信号灯、第一气阀和第二气阀并向这些元件发出信号；所述第二压力检测传感器或第三气体压力检测传感器检测到压力大于设定值时，相应的压力报警信号灯报警；所述第一气体压力检测传感器检测到压力大于设定值时，根据氨气检测装置所检测的情况，所述控制装置控制第一气阀或第二气阀打开，将经硫酸铵生成装置排出的气体排入第一储气罐或第二储气罐；同时，当氨气检测装置检测到氨气时，控制装置控制所述第二液阀打开，将硫酸铵成品排出；当硫酸铵生成装置中的硫酸铵成品排出后，控制装置控制第一液阀打开补充酸液，当液位传感器检测到液位达到设定值时，关闭第一液阀；所述控制装置控制加热装置和搅拌电机启动，反应装置内加快反应。
如图3所示，本发明的实施例还提供一种铝灰渣无害化处理回收利用系统的工作方法，其特征在于，包括以下过程：
S1、打开加料口8处的密封盖向反应釜7内加入铝灰渣、反应液，关闭密封盖；打开加热装置6和搅拌电机，反应釜7内进行铝灰渣水解反应，由于反应釜7的排气管道20与冷却循环装置10的出气通道21相连，出气通道21和第一导气管12相连，将反应釜7内所产生混合气体经排气管道20进入冷却循环装置10；其中，反应液为水、碳酸钠、氧化钙、氢氧化钙、氧化纳、氢氧化钠中的一种或几种，铝灰渣与反应液的质量比为1:3-10，反应时间10-200min。加热装置对反应釜进行加热，提高反应速度。该步骤中所排出的混合气体包括氨气、氢气、甲烷和水蒸气等气体。
S2、将冷却循环装置10的冷却腔22所连通的进水管5和出水11管连接外部冷却水箱和冷却水泵，启动冷却水泵；由步骤S1反应后的气体经冷却循环装置10冷却后，冷却后的蒸馏水回流到反应釜7中急需反应，剩余气体经第一导气管12进入硫酸铵生成装置。
S3、硫酸铵生成装置3中预存有固定量的硫酸溶液，由第一导气管12进入硫酸铵生成装置3中含有氨气，氨气与硫酸铵生成装置3中的硫酸进行硫酸铵合成，未参与反应的剩余气体通过第二导气管18导入第一储气罐1或第二储气罐17。其中，所述第一导气管12伸入硫酸铵生成装置3内的液体液面下方；所述第二导气管18的底部高于硫酸铵生成装置3内的液体液面；以保证第一导气管12所导入的气体与硫酸铵生成装置3中的硫酸溶液充分接触进而充分反应。
S4、当第二导气管18上的氨气检测装置13检测所通过气体是否含有氨气，从而控制第一气阀或第二气阀开启。
S5、若氨气检测装置13检测有气体中具有氨气，则打开第一气阀，关闭第二气阀，将气体通入第一储气罐1；若氨气检测装置13检测到无氨气排出，则关闭第一气阀，打开第二气阀，将气体通入第二储气罐17，获得可燃性混合气体。优选的，第一储气罐1和第二储气罐17外部连接有混合气体排出管道进行进一步分离各种气体或进行燃烧运用等。
S6、同时，当氨气检测装置13检测到氨气时，控制第二液阀打开，将硫酸铵成品从硫酸铵排出管道2排出；当硫酸铵生成装置3中的硫酸铵成品排出后，控制第一液阀打开补充新的硫酸溶液，当液位传感器检测到液位达到设定值时，关闭第一液阀。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
