CN117299740B - 废旧电池回收系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于废旧电池回收技术领域，具体涉及一种废旧电池回收系统及控制方法。废旧电池回收系统包括：低温干燥炉、无氧热解炉床、高温烟气加热器、冷却炉、热风炉、高温烟气分配器、烟气换热器；热风炉产生的高温烟气一部分送入高温烟气加热器加热无氧热解炉床；无氧热解炉床产生的高温热解气送入低温干燥炉内加热物料，低温干燥炉内产生的低温热解气送入热风炉内燃烧。本发明通过低温干燥炉、无氧热解炉床、冷却炉、热风炉等四炉配合，利用废旧电池中含有的高热值有机物的化学能燃烧放热来加热物料本身，替代电加热方式，实现了能源高效循环利用，同时热风炉可以充分燃烧废气，彻底焚毁二噁英，解决了废旧电池回收领域中耗能大、污染高的问题。

Description

废旧电池回收系统及控制方法

技术领域

本发明属于废旧电池回收技术领域，具体涉及一种废旧电池回收系统及控制方法。

背景技术

二次电池由于其能量密度高、重量轻、寿命长等优良特性，被广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机等通信工具及数码电子产品和电动工具、电动汽车等领域，我国已成为全球最大的二次电池生产和消费国。二次电池需求量的日趋增大，生产二次电池所需的钴、镍、锂等金属原材料供需矛盾将更加突出；另一方面，废旧二次电池中的钴、镍、锰等有价金属含量高、有毒、有害化合物多，大量的废旧二次电池如不能安全处置与利用，将会造成资源的浪费和严重的环境污染问题。因此，废旧二次电池的安全处置与材料循环利用不仅是电池行业不容缺失的一个重要环节，而且是解决电池生产原材料供需矛盾、降低生产成本的关键措施。

但是，传统的废旧电池回收工艺存在诸多缺陷：（1）传统回收工艺中，电加热炉采用电阻丝加热，电功率很高，为了达到运行温度要求，电阻丝持续加热，耗电量很大，运行成本极高；（2）传统电池回收系统电加热炉系统采用纯电能加热，电池物料热解挥发出的热解气中的热能没有利用，造成极大的浪费；（3）传统电池回收电加热炉系统将电池物料热解挥发出的热解气直接送入尾气处理装置，没有彻底焚毁，造成二噁英大量生成。因此，传统废旧电池回收工艺电加热炉耗电量大运行成本高、热能利用率低、二噁英处理不彻底。

发明内容

本发明的目的是提供一种废旧电池回收系统及控制方法。

本申请提供一种废旧电池回收系统，包括：

低温干燥炉、无氧热解炉床、高温烟气加热器、冷却炉、热风炉、高温烟气分配器、烟气换热器；其中

电池废料依次通过低温干燥炉、无氧热解炉床和冷却炉；

所述热风炉产生的高温烟气经过高温烟气分配器后，一部分送入高温烟气加热器加热无氧热解炉床，另一部分直接送入烟气换热器后进入烟气达标处理设备；

所述无氧热解炉床产生的高温热解气送入低温干燥炉内加热物料；

所述低温干燥炉内产生的低温热解气送入热风炉内燃烧；

所述冷却炉内排出的冷却风经烟气换热器加热后排入热风炉作为助燃风。

在本申请的一实施例中，所述热风炉在启动阶段采用燃烧器加热。

在本申请的一实施例中，所述废旧电池回收系统还包括电池破碎系统；

所述电池破碎系统产生的废气送入热风炉燃烧。

在本申请的一实施例中，所述废旧电池回收系统还包括氮气输送系统，用于向电池破碎系统、低温干燥炉、无氧热解炉床输送氮气。

在本申请的一实施例中，所述冷却炉包括：

旋转筒，其一端为物料进口，另一端为物料进口；

螺旋输送机构，设置在旋转筒的物料进口处，用于将无氧热解炉床输出的物料输入至旋转筒内；

所述废旧电池回收系统还包括冷风系统和循环冷却水系统；

所述冷风系统用于向旋转筒内输送冷风与物料换热后形成所述冷却风；

所述循环冷却水系统用于冷却旋转筒。

相应的，本申请提供一种如上所述的废旧电池回收系统的控制方法，包括：

控制助燃风的进风量及燃烧器的供热量将热风炉内温度控制在850℃～1100℃；

控制高温烟气分配器送入高温烟气加热器的烟气量将无氧热解炉床内的温度控制在450℃～550℃；

控制无氧热解炉床内物料的停留时间及氮气填充量将无氧热解炉床输出的高温热解气的温度控制在300℃～400℃；

控制低温干燥炉内氮气填充量以及高温热解气的进气量将低温干燥炉内温度控制在100℃～250℃。

在本申请的一实施例中，所述控制低温干燥炉内高温热解气的进气量的方法包括：通过控制无氧热解炉床内氮气填充量来控制高温热解气的产量，从而控制低温干燥炉内高温热解气的进气量。

在本申请的一实施例中，所述控制助燃风的进风量及燃烧器的供热量将热风炉内温度控制在850℃～1100℃的方法包括：

当送入热风炉内的低温热解气量低于预设值时，优先通过提高助燃风温度来提升热风炉内的温度；

当助燃风温度达到预设温度值时，再通过提升燃烧器的供热量来提升热风炉内的温度。

在本申请的一实施例中，所述提高助燃风温度的方法包括增加从高温烟气分配器直接送入烟气换热器的高温烟气量。

在本申请的一实施例中，所述提高助燃风温度的方法包括：

降低循环冷却水系统向冷却炉输送的冷水量，以提升冷风系统向冷却炉的旋转筒内输送的冷风的温度。

本发明的有益效果是：

本申请的废旧电池回收系统及控制方法通过低温干燥炉、无氧热解炉床、冷却炉、热风炉等四炉配合，利用废旧电池中含有的隔膜塑料、电解液等高热值有机物的化学能燃烧放热来加热物料本身，实现了能源高效循环利用、节省电能消耗、降低运行成本，同时增加了热风炉充分燃烧废气，彻底焚毁二噁英，解决了废旧电池回收领域中耗能大，污染高等技术难题。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一优选实施例的废旧电池回收系统的示意图；

图2是本发明的一优选实施例的冷却炉的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请提供一种废旧电池回收系统及控制方法，以下分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本申请实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

请参阅图1，本发明的第一方面实施例提供一种废旧电池回收系统，包括：低温干燥炉、无氧热解炉床、高温烟气加热器、冷却炉、热风炉、高温烟气分配器、烟气换热器，电池废料依次通过低温干燥炉、无氧热解炉床和冷却炉。

作为设备间的可选连接方式，无氧热解炉床的烟气管道接入低温干燥炉，低温干燥炉的烟气管道接入热风炉，热风炉的烟气管道接入高温烟气分配器，高温烟气分配器的烟气管道接入烟气换热器和高温烟气加热器，烟气换热器的烟气管道接入烟气达标处理设备。

具体的，低温干燥炉可以在100℃～250℃温度下对电池废料进行烘干，使得低沸点有机溶剂挥发，从而产生低温热解气，低温热解气中含有大量有机物废气和二噁英，可以送入热风炉进行燃烧处理的成为高温烟气；低温干燥炉的作用是前处理电池物料，可以减轻无氧热解炉床内的物料停留时间；

高温烟气加热器可以设置于无氧热解炉床的底部，用于加热无氧热解炉床；无氧热解炉床可以在450℃～550℃温度下对电池废料进行无氧碳化，废电池的隔膜、塑料等组分经无氧碳化从而产生高热解气；无氧热解炉床内热解碳化出的高温热解气体含氧在1%以下，可以直接通入低温干燥炉内干燥物料；

冷却炉可以采用风冷和/或水冷的方式对电池废料进行冷却至不超过100℃，冷却炉风冷产生的冷却风可以经烟气换热器加热后送入热风炉作为助燃风；

热风炉可以对低温热解气进行燃烧，燃烧产生的高温烟气一部分送入高温烟气加热器加热无氧热解炉床后再然后送入烟气换热器，另一部分烟气直接送入烟气换热器；烟气换热器可以供烟气对助燃风进行预热；经过烟气换热器后的烟气排入烟气达标处理设备，处理达标后排放。

在本实施例中，可选的，在系统的启动阶段，热风炉可以采用燃烧器加热，例如可以采用天然气加热至850℃～1100℃，以产生高温烟气通入高温烟气加热器对无氧热解炉床进行加热；随着电池废料稳定得输送，低温干燥炉、无氧热解炉床可以产生足量的热解气供应热风炉燃烧，即可逐渐关闭燃烧器，实现自身热循环；当然，当热解气供应不足时，期间可以通过开启燃烧器来维持烟气温度。

在本实施例中，可选的，所述废旧电池回收系统还包括电池破碎系统，用于对废旧电池进行破碎；因废旧电池破碎会产生废气，优选的，本实施例中还可以将废气送入热风炉燃烧，可以对有机废气和二噁英进行彻底焚毁处理的同时，利用其热值生产高温烟气。

在本实施例中，可选的，所述废旧电池回收系统还包括氮气输送系统，用于向电池破碎系统、低温干燥炉、无氧热解炉床输送氮气。通过对电池破碎系统、低温干燥炉、无氧热解炉床充氮气保护，置换出系统内的氧气，可以防止系统在运行过程中发生自燃、爆炸等情况。

在本实施例中，可选的，所述废旧电池回收系统还包括冷风系统和循环冷却水系统；所述冷风系统用于向冷却炉内输送冷风；所述循环冷却水系统用于和冷却炉换热。

参见图2所示，所述冷却炉包括：旋转筒1，其一端为物料进口，另一端为物料出口；螺旋输送机构2，设置在旋转筒1的物料进口处，用于将无氧热解炉床输出的物料输入至旋转筒1内。

在一种具体实施方式中，旋转筒1可以是多段式，其包括第一段11和第二段12；冷风系统可以从旋转筒1的物料进口端向旋转筒1内输入冷风，与第一段11内的物料换热后，从第一段11的排风口排出，输出作为助燃风；循环冷却水系统可以包括冷水管3和热水管4，旋转筒1的每一段均可以配置冷水管3和热水管4；冷水管3可以设置在旋转筒1上方且沿旋转筒1的长度方向延伸，冷水管3可以设置有喷淋孔对旋转筒1进行喷淋降温，热水管4可以位于旋转筒1下方，用于收集喷淋水。

在本实施例中，可选的，冷却炉可以主要采用水冷降温，水冷采用分段冷却，风冷可以是辅助，水冷吸收的热量和风冷吸收的热量比例可以是9:1；当需要提高冷却风的排风温度时，可以减少甚至停止旋转筒1前段即第一段11的水冷，使冷却风在旋转筒1的第一段11直接接触高温物料，从而可以降低水冷吸收的热量，增大冷却风吸收的热量，例如将水冷吸收的热量和风冷吸收的热量比例从9:1提高至7:3甚至5:5，可以提高冷却风排风温度30℃～50℃，从而提升助燃风的温度。

冷却水和物料不接触。循环冷却水在不锈钢筒外循环，电池物料在桶内通过轮旋输送机推进。冷却风直接送入筒内直接冷却物料。

在本实施例中，可选的，烟气达标处理设备可以但不限于包括干法脱酸塔、布袋除尘器、湿法脱酸塔、活性炭吸附设备等环保设备；烟气达标处理设备可以是采用现有技术，在此不再赘述。

整个系统内的负压由设置在烟气达标处理设备中的引风机控制，引风机变频控制，各个炉体之间由烟道连接，烟道上设置风门，可以时时控室烟气量和炉内负压，烟道外部可以有保温。

低温干燥炉内可以分段设置热电偶监测炉内温度，出口烟道设置热电偶和氧含量检测计，时时监控低温热气的温度计含氧量；无氧热解炉床的热解气出口烟道可以设置温度计和氧含量检测计，时时监控高温热解气的温度及含氧量；热风炉的进出口可以设置热电偶监控热风炉内温度。

在上述实施例的基础上，本发明的第二方面实施例提供一种废旧电池回收系统的控制方法，包括：

（1）控制助燃风的进风量及燃烧器的供热量将热风炉内温度控制在850℃～1100℃；

（2）控制高温烟气分配器送入高温烟气加热器的烟气量将无氧热解炉床内的温度控制在450℃～550℃；

（3）控制无氧热解炉床内物料的停留时间及氮气填充量将无氧热解炉床输出的高温热解气的温度控制在300℃～400℃；

（4）控制低温干燥炉内氮气填充量以及高温热解气的进气量将低温干燥炉内温度控制在100℃～250℃。

可选的，在步骤（1）中，具体的，燃烧器可以是燃烧天然气，可以通过调整天然气的供应量来调整热风炉内的温度。

此外，所述控制助燃风的进风量及燃烧器的供热量将热风炉内温度控制在850℃～1100℃的方法可以包括：当送入热风炉内的低温热解气量低于预设值时，优先通过提高助燃风温度来提升热风炉内的温度；当助燃风温度达到预设温度值时，再通过提升燃烧器的供热量来提升热风炉内的温度。

具体的，优先采取通过提高助燃风温度来提升热风炉内的温度，可以节省天然气的使用，但是助燃风温度提升有限，在无法继续提升时，则可以通过燃烧器的天然气供应量来提升热风炉内的温度。

作为提高助燃风温度的一种可选方式：可以是增加从高温烟气分配器直接送入烟气换热器的高温烟气量。具体的，当增大从高温烟气分配器直接送入烟气换热器的高温烟气量时，与助燃风换热的热量增大，则换热后的助燃风可以提升温度。

作为提高助燃风温度的另一种可选方式：可以降低循环冷却水系统向冷却炉输送的冷水量，以提升冷风系统向冷却炉的旋转筒内输送的冷风的温度。

举例而言，参见图2所示，旋转筒1的第一段11的物料温度较高，可以关闭第一段11的喷淋孔，以减少冷水量，则该部分温度最高的物料可以与冷风换热，以提升排出的冷却风的温度，从而提升助燃风的温度；换言之，减小循环冷却水系统吸收的热量，增大冷却风吸收的热量，从而提升助燃风的温度。例如，将水冷吸收的热量和风冷吸收的热量比例从9:1调整至7:3甚至5:5，可以提高冷却风排风温度30℃～50℃，从而提升助燃风的温度。

在步骤（2）中，具体的，在控制无氧热解炉床内的温度时，如果无氧热解炉床的温度高，就控制高温烟气分配器减少进入高温烟气加热器内的烟气量，反之亦然。

此外，无氧热解炉床内充氮保护，含氧量控制在1%以下，无氧热解炉床热解气出口烟道设置温度计和氧含量检测计，时时监控高温热解气的温度及含氧量；无氧热解炉床内热解碳化出的高温热解气体含氧在1%以下，可以直接通入低温干燥炉内干燥物料。

在步骤（3）中，举例而言，物料在无氧热解炉床内停留的时间越久，热解出的热解气量会逐渐减少，热解气温度越趋近于炉内温度。当高温热解气温度过高时，可以先通过适当加快进料速度的方式降低高温热解气温度，当进料速度达到速度限高时，则可以增大通入无氧热解炉床内的氮气量来降低高温热解气温度；反之亦然。

在步骤（4）中，进一步的，所述控制低温干燥炉内高温热解气的进气量的方法包括：通过控制无氧热解炉床内氮气填充量来控制高温热解气的产量，从而控制低温干燥炉内高温热解气的进气量。

举例而言，低温干燥炉内温度高了，可以适当向低温干燥炉内充氮气降温，同时减小无氧热解炉床内氮气填充量，使得高温热解气总量减少，进入低温干燥炉内的热量减少，使低温干燥炉温度降低；低温干燥炉温度低了，可以适当减少向低温干燥炉内充氮气量，同时增大无氧热解炉床内氮气填充量，使得高温热解气量增加，进入低温干燥炉内的热量增加，使低温干燥炉温度升高。

综上所述，本申请的废旧电池回收系统及控制方法具备以下优点：

（1）通过低温干燥炉、无氧热解炉床、冷却炉、热风炉等四炉配合，利用废旧电池中含有的隔膜塑料、电解液等高热值有机物的化学能燃烧放热来加热物料本身，替代传统的电加热方式，实现了能源高效循环利用、节省电能消耗、降低运行成本，同时热风炉可以充分燃烧废气，彻底焚毁二噁英，解决了废旧电池回收领域中耗能大，污染高等技术难题；

（2）冷却炉通过水冷和风冷结合的方式降温，可以方便得调节水冷吸收的热量和风冷吸收的热量比例，从而灵活控制助燃风的温度；

（3）废旧电池回收系统的控制方法灵活，无需耗费额外的电能，且调整过程中优先采用系统内自调节方式，避免能源浪费。

本申请中选用的各个器件（未说明具体结构的部件）均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，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。

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”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。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种废旧电池回收系统，其特征在于，包括：

低温干燥炉、无氧热解炉床、高温烟气加热器、冷却炉、热风炉、高温烟气分配器、烟气换热器、氮气输送系统；其中

所述氮气输送系统用于向低温干燥炉、无氧热解炉床输送氮气；

电池废料依次通过低温干燥炉、无氧热解炉床和冷却炉；

所述热风炉产生的高温烟气经过高温烟气分配器后，一部分送入高温烟气加热器加热无氧热解炉床，另一部分直接送入烟气换热器后进入烟气达标处理设备；

所述无氧热解炉床产生的高温热解气送入低温干燥炉内加热物料；

所述低温干燥炉内产生的低温热解气送入热风炉内燃烧；

所述冷却炉内排出的冷却风经烟气换热器加热后排入热风炉作为助燃风。

2.根据权利要求1所述的废旧电池回收系统，其特征在于，

所述热风炉在启动阶段采用燃烧器加热。

3.根据权利要求1所述的废旧电池回收系统，其特征在于，

所述废旧电池回收系统还包括电池破碎系统；

所述电池破碎系统产生的废气送入热风炉燃烧。

4.根据权利要求3所述的废旧电池回收系统，其特征在于，

所述氮气输送系统还用于向电池破碎系统输送氮气。

5.根据权利要求1所述的废旧电池回收系统，其特征在于，

所述冷却炉包括：

旋转筒，其一端为物料进口，另一端为物料出口；

螺旋输送机构，设置在旋转筒的物料进口处，用于将无氧热解炉床输出的物料输入至旋转筒内；

所述废旧电池回收系统还包括冷风系统和循环冷却水系统；

所述冷风系统用于向旋转筒内输送冷风与物料换热后形成所述冷却风；

所述循环冷却水系统用于冷却旋转筒。