CN110836608A - 一种高镍三元正极材料窑炉烧结尾气回收利用系统 - Google Patents

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Abstract

一种高镍三元正极材料窑炉烧结尾气回收利用系统，包括辊道窑、与辊道窑连接的引风机、换热器、纯水罐、与纯水罐连接的冷凝器、与冷凝器连接的制氧装置、与纯水罐连接的MVR蒸发装置和储气罐，引风机的引出管道A通过管道B与换热器连接，管道B上设阀门B、C并其之间引出管道C与纯水罐连接，管道C上设有阀门L，换热器引出管道D与制氧装置连接，管道D上分别设有阀门D、E并其之间与换热器引出管道E连通，管道E上设有分别设阀门F、G并其之间的管道E上引出管道F与储气罐连接，储气罐通过管道G与辊道窑连接，管道G上设有阀门H；换热器还引出管道H与管道C连通，管道H上设有阀门I。本发明既能使氧气高效利用，又利于生产的连续进行。

Description

一种高镍三元正极材料窑炉烧结尾气回收利用系统
技术领域
本发明涉及一种窑炉尾气回收利用系统，具体涉及一种高镍三元正极材料窑炉烧结尾气回收利用系统。
背景技术
高镍三元锂离子电池正极材料LiNi1-x-yCoxMnyO2(NCM)凭借比容量高、成本较低和安全性优良等优势，已被广泛应用于锂离子动力电池领域。为保证高镍三元锂离子电池正极材料品质，在窑炉烧结过程中，需要往窑炉内部连续不断的通入大量的氧气，以保证炉膛内的气氛，而实际参与高镍三元正极材料发生反应的氧气约为1％左右，其余的氧气只是为了保证窑炉内部气氛而已，因此剩余的99％的氧气将跟随水分及一些悬浮物一起通过引风机排出炉外，这会造成高镍三元材料的生产制造成本较高。现有的生产厂家大多采用前后两段进氧气、前后排气的方式来满足需要，前段烧结炉中水分含量较高，基本不具有回收价值，但是后段烧结炉中氧气纯度极高，具有很高的回收利用价值，可利于降低生产成本。
CN206738906U公告了一种烧结高镍三元材料窑炉的氧气回收利用装置，包括窑炉和与所述窑炉连接的提供氧气的氧气进气管，还设置有回收氧气的循环管路，所述循环管路的两端分别与窑炉的后段和氧气进气管的进气端连接，所述循环管路上还设置有冷却管和引风装置，该实用新型虽然能一定程度上达到氧气的回收，但是还存在如下缺陷：(1)一段烧结尾气直接外排，由于烧结尾气中不仅含有水分跟氧气，而且会夹带着微量的二氧化碳跟固体粉尘，直接排放会对空气产生一定的污染；(2)二段烧结尾气通过引风机将氧气打入到一段氧气管中循环利用，此方法在实施过程中，实际窑炉炉膛顶部排除尾气并不是采用引风机强抽排气，而是采用排气管与炉膛出气端留有一定间隙进行排气，因此此方案是保证不了氧气进入炉膛的浓度；(3)即使二段烧结尾气通过引风机强抽，氧气浓度也是很难保证的，因为炉膛内的水分及其他固体粉尘也会被带入；(4)实际上窑炉排出的尾气中，会夹带着氧化锂粉尘，氧化锂与空气中的水分接触会生成氢氧化锂，而氢氧化锂为强碱性，如果用一般材质管道，很容易被腐蚀；(5)窑炉外排余热没有得到有效的利用；(6)整个装置很难实现智能自动控制，而且一个部件损坏需要维修时会导致整个回收装置不能正常的进行回收过程，也会影响生产进度。因此，现有的高镍三元正极材料窑炉烧结尾气回收利用还需要进一步的改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种高镍三元正极材料窑炉烧结尾气回收利用系统，它既能够将氧气循环利用，又能够将尾气余热通过热交换重新利用，且能够将尾气中的粉尘吸收并送至污水处理区(MVR蒸发系统)，真正的做到了节能又环保的功效，并且它可实现自动化控制，一个环节出了问题并不影响整个回收过程的正常进行，利于生产的连续进行。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种高镍三元正极材料窑炉烧结尾气回收利用系统，包括辊道窑、引风机、换热器、纯水罐、冷凝器、制氧装置、MVR蒸发装置和储气罐，所述辊道窑中产生的尾气通过引风机引出，引风机连通的引出管道A上设有阀门A，所述管道A通过管道B与换热器连接，所述管道B上设有阀门B和阀门C，所述阀门B和阀门C之间引出管道C与纯水罐连接，所述管道C上设有阀门L，所述换热器引出管道D与制氧装置连接，所述管道D上分别设有阀门D和阀门E，换热器引出管道E与阀门D和阀门E之间的管道D连通，所述管道E上设有分别设有阀门F和阀门G，所述阀门F和阀门G之间的管道E上引出管道F与储气罐连接，所述储气罐通过管道G与辊道窑连接，所述管道G上设有阀门H；所述换热器还引出管道H与管道C连通，所述管道H上设有阀门I；所述纯水罐通过循环管道与冷凝器连接，所述冷凝器与制氧装置连接，所述纯水罐底部与MVR蒸发装置连接；上述所有阀门均为电磁阀或手动阀门。
辊道窑中经引风机排出的尾气成分大致有氧气(O2)、水蒸气(H2O)、氧化锂(Li2O)、二氧化碳(CO2)、前驱体等，尾气温度大约200-300℃左右，当尾气经过换热器时水蒸气(H2O)会部分冷凝与氧化锂(Li2O)发生反应生成氢氧化锂(LiOH),氢氧化锂(LiOH)为强碱会对管道、换热器及纯水罐产生腐蚀，因此对换热器及纯水罐的选材有要求，管道、换热器及纯水罐内部与尾气接触部分材质最好采用耐腐蚀耐高温材质(Inconel合金材质或不锈钢310S)。
作为上述技术方案的进一步改进：所述换热器上设有与备用水箱连接的备用管道，备用管道在纯水罐故障或/和换热器检修时使用，所述备用管道上设有阀门J。
进一步的，所述MVR蒸发装置与纯水罐之间设有离心泵，便于将纯水罐内中的泥浆顺利排出。
进一步的，所述辊道窑的前段和后段分别有引风机和带有阀门A的管道A引出，所述管道B与位于后段的管道A连通。
进一步的，所述辊道窑上设有若干个分别与管道G连通的支管道，所述支管道上设有阀门K，支管道均匀分布在辊道窑上，利于辊道窑内均匀进气。
进一步的，所述纯水罐内设有搅拌装置，便于尾气中的粉尘在纯水罐内被充分吸收。
进一步的，整个尾气回收利用系统正常使用过程中，阀门A关闭，阀门B开启，阀门L关闭，阀门C开启，阀门I开启，阀门D开启，阀门F开启，阀门E开启，阀门G关闭，阀门H开启；辊道窑排出的尾气由引风机引出，经过管道将尾气送入换热器中，经过换热器后进入到纯水罐中，纯水罐中装有纯水将尾气中的粉尘进行吸收，经过纯水后的尾气由纯水罐排出进入到冷凝器中，将尾气中的水蒸气冷凝返回到纯水罐中，而后尾气经过冷凝器直接进入到制氧系统中；制氧装置出来的氧气经过管道进入换热器中被加热，再进入到储气罐中缓存经过管道送入到辊道窑中；当纯水罐中吸收粉尘的达到一定浓度时，纯水罐下方的离心泵启动，将纯水罐中的水输送至MVR蒸发装置中，进行蒸发处理，将水蒸发，固体结晶回收。
进一步的，当换热器被堵塞或需要维修时，阀门A关闭，阀门B开启，阀门L开启，阀门C关闭，阀门I关闭，阀门D关闭，阀门F关闭，阀门E开启，阀门G开启，阀门H开启，保证当换热器被堵塞或需要维修时不会影响整个尾气回收利用系统的正常进行。
进一步的，当纯水罐或冷凝器需要维修时，阀门A关闭，阀门B开启，阀门L关闭，阀门C开启，阀门I关闭，阀门D开启，阀门F开启，阀门J开启，阀门E开启，阀门G关闭，阀门H开启，保证当纯水罐或冷凝器需要维修时不会影响整个尾气回收利用系统的正常进行。
进一步的，当换热器、纯水罐或冷凝器同时需要维修时，阀门A开启，阀门D关闭，阀门F关闭，阀门E开启，阀门G开启，阀门H开启，保证当换热器、纯水罐或冷凝器同时需要维修时不会影响整个尾气回收利用系统的正常进行。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明通过换热器将出炉的尾气与进炉的氧气进行热交换，有效的将余热进行回收利用，降低了辊道窑炉的能耗；
2、本发明通过纯水罐中的纯水将尾气中的悬浮物及腐蚀性氢氧化锂有效的回收，并用离心泵将其输送至MVR蒸发系统进行废水处理，并且可以实现锂盐的回收利用，有效的将尾气排放做到了零排放标准；
3、本发明通过换热器、纯水罐、冷凝器、制氧系统将炉膛内未参与反应的氧气，有效的回收利用，由于尾气过来的氧气浓度大于空气中的氧气浓度，因此降低了制氧系统的制氧成本；
4、本发明通过各种管路和阀门设置，可保证某个或某几个设备出现问题需要维修或处理时，整个尾气回收利用过程不会受到太大影响，保证整个利于生产的连续进行；当阀门为电磁阀时，还可实现自动控制。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图例说明：
1、辊道窑；11、支管道；12、阀门K；2、引风机；21、管道A；22、阀门A；23、管道B；24、阀门B；25、阀门C；3、换热器；30、备用管道；301、阀门J；31、管道D；32、阀门D；33、阀门E；34、管道E；35、阀门F；36、阀门G；37、管道H；38、阀门I；4、纯水罐；41、管道C；42、阀门L；43、循环管道；44、搅拌装置；5、冷凝器；6、制氧装置；7、MVR蒸发装置；8、储气罐；81、管道F；82、管道G；83、阀门H；9、离心泵。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
如图1所示，本实施例的高镍三元正极材料窑炉烧结尾气回收利用系统，包括辊道窑1、引风机2、换热器3、纯水罐4、冷凝器5、制氧装置6、MVR蒸发装置7和储气罐8，辊道窑1中产生的尾气通过引风机2引出，引风机2连通的引出管道A21上设有阀门A22，管道A21通过管道B23与换热器3连接，管道B23上设有阀门B24和阀门C25，阀门B24和阀门C25之间引出管道C41与纯水罐4连接，管道C41上设有阀门L42，换热器3引出管道D31与制氧装置6连接，管道D31上分别设有阀门D32和阀门E33，换热器3引出管道E34与阀门D32和阀门E33之间的管道D31连通，管道E34上设有分别设有阀门F35和阀门G36，阀门F35和阀门G36之间的管道E34上引出管道F81与储气罐8连接，储气罐8通过管道G82与辊道窑1连接，管道G82上设有阀门H83；换热器3还引出管道H37与管道C41连通，管道H37上设有阀门I38；纯水罐4通过循环管道43与冷凝器5连接，冷凝器5与制氧装置6连接，纯水罐4底部与MVR蒸发装置7连接；上述所有阀门均为电磁阀或手动阀门。
本实施例中，换热器3上设有与备用水箱连接的备用管道30，备用管道30上设有阀门J301。
本实施例中，MVR蒸发装置7与纯水罐4之间设有离心泵9。
本实施例中，辊道窑1的前段和后段分别有引风机2和带有阀门A22的管道A21引出，管道B23与位于后段的管道A21连通。
本实施例中，辊道窑1上设有若干个分别与管道G82连通的支管道11，支管道11上设有阀门K12，支管道11均匀分布在辊道窑1上。
本实施例中，纯水罐4内设有搅拌装置44。
本实施例中，整个尾气回收利用系统正常使用过程中，阀门K12开启，阀门A22关闭，阀门B24开启，阀门L42关闭，阀门C25开启，阀门I38开启，阀门D32开启，阀门F35开启，阀门J301关闭，阀门E33开启，阀门G36关闭，阀门H83开启。
本实施例中，当换热器3被堵塞或需要维修时，阀门K12开启，阀门A22关闭，阀门B24开启，阀门L42开启，阀门C25关闭，阀门I38关闭，阀门D32关闭，阀门F35关闭，阀门J301关闭，阀门E33开启，阀门G36开启，阀门H83开启。
本实施例中，当纯水罐4或冷凝器5需要维修时，阀门K12开启，阀门A22关闭，阀门B24开启，阀门L42关闭，阀门C25开启，阀门I38关闭，阀门D32开启，阀门F35开启，阀门J301开启，阀门J301关闭，阀门E33开启，阀门G36关闭，阀门H83开启。
本实施例中，当换热器3、纯水罐4或冷凝器5同时需要维修时，阀门K12开启，阀门A22开启，阀门D32关闭，阀门F35关闭，阀门J301关闭，阀门E33开启，阀门G36开启，阀门H83开启。

Claims (10)

1.一种高镍三元正极材料窑炉烧结尾气回收利用系统，其特征在于：包括辊道窑(1)、引风机(2)、换热器(3)、纯水罐(4)、冷凝器(5)、制氧装置(6)、MVR蒸发装置(7)和储气罐(8)，所述辊道窑(1)中产生的尾气通过引风机(2)引出，引风机(2)连通的引出管道A(21)上设有阀门A(22)，所述管道A(21)通过管道B(23)与换热器(3)连接，所述管道B(23)上设有阀门B(24)和阀门C(25)，所述阀门B(24)和阀门C(25)之间引出管道C(41)与纯水罐(4)连接，所述管道C(41)上设有阀门L(42)，所述换热器(3)引出管道D(31)与制氧装置(6)连接，所述管道D(31)上分别设有阀门D(32)和阀门E(33)，换热器(3)引出管道E(34)与阀门D(32)和阀门E(33)之间的管道D(31)连通，所述管道E(34)上设有分别设有阀门F(35)和阀门G(36)，所述阀门F(35)和阀门G(36)之间的管道E(34)上引出管道F(81)与储气罐(8)连接，所述储气罐(8)通过管道G(82)与辊道窑(1)连接，所述管道G(82)上设有阀门H(83)；所述换热器(3)还引出管道H(37)与管道C(41)连通，所述管道H(37)上设有阀门I(38)；所述纯水罐(4)通过循环管道(43)与冷凝器(5)连接，所述冷凝器(5)与制氧装置(6)连接，所述纯水罐(4)底部与MVR蒸发装置(7)连接；上述所有阀门均为电磁阀或手动阀门。
2.根据权利要求1所述的高镍三元正极材料窑炉烧结尾气回收利用系统，其特征在于：所述换热器(3)上设有与备用水箱连接的备用管道(30)，所述备用管道(30)上设有阀门J(301)。
3.根据权利要求1所述的高镍三元正极材料窑炉烧结尾气回收利用系统，其特征在于：所述MVR蒸发装置(7)与纯水罐(4)之间设有离心泵(9)。
4.根据权利要求1所述的高镍三元正极材料窑炉烧结尾气回收利用系统，其特征在于：所述辊道窑(1)的前段和后段分别有引风机(2)和带有阀门A(22)的管道A(21)引出，所述管道B(23)与位于后段的管道A(21)连通。
5.根据权利要求1所述的高镍三元正极材料窑炉烧结尾气回收利用系统，其特征在于：所述辊道窑(1)上设有若干个分别与管道G(82)连通的支管道(11)，所述支管道(11)上设有阀门K(12)，支管道(11)均匀分布在辊道窑(1)上。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的高镍三元正极材料窑炉烧结尾气回收利用系统，其特征在于：所述纯水罐(4)内设有搅拌装置(44)。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的高镍三元正极材料窑炉烧结尾气回收利用系统，其特征在于：整个尾气回收利用系统正常使用过程中，阀门A(22)关闭，阀门B(24)开启，阀门L(42)关闭，阀门C(25)开启，阀门I(38)开启，阀门D(32)开启，阀门F(35)开启，阀门E(33)开启，阀门G(36)关闭，阀门H(83)开启。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的高镍三元正极材料窑炉烧结尾气回收利用系统，其特征在于：当换热器(3)被堵塞或需要维修时，阀门A(22)关闭，阀门B(24)开启，阀门L(42)开启，阀门C(25)关闭，阀门I(38)关闭，阀门D(32)关闭，阀门F(35)关闭，阀门E(33)开启，阀门G(36)开启，阀门H(83)开启。
9.根据权利要求2所述的高镍三元正极材料窑炉烧结尾气回收利用系统，其特征在于：当纯水罐(4)或冷凝器(5)需要维修时，阀门A(22)关闭，阀门B(24)开启，阀门L(42)关闭，阀门C(25)开启，阀门I(38)关闭，阀门D(32)开启，阀门F(35)开启，阀门J(301)开启，阀门E(33)开启，阀门G(36)关闭，阀门H(83)开启。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的高镍三元正极材料窑炉烧结尾气回收利用系统，其特征在于：当换热器(3)、纯水罐(4)或冷凝器(5)同时需要维修时，阀门A(22)开启，阀门D(32)关闭，阀门F(35)关闭，阀门E(33)开启，阀门G(36)开启，阀门H(83)开启。
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