CN210486365U - 一种利用焙烧炉余热干燥磷酸铁的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种利用焙烧炉余热干燥磷酸铁的系统，该系统包括：旋闪干燥机、脉冲布袋除尘器和焙烧炉。旋闪干燥机的干燥物料出料口通过第一输送管道与脉冲布袋除尘器的除尘进料口相连。脉冲布袋除尘器底部的卸料阀通过第四输送管道与焙烧炉直接相连；所述旋闪干燥机上设置有加热介质入口，所述焙烧炉上设置有热介质出口，所述加热介质入口通过第三输送管道与热介质出口相连。本实用新型结构简单，余热利用效果好，总热能利用率超过85％，在不额外增设热源的情况下，能够既能够满足磷酸铁湿料预干燥处理效果的同时，又能够减少后续磷酸铁焙烧干燥过程中废热气的排放，降低了能耗，减少了污染物的排放，降低了对环境的污染。
Description
技术领域
本实用新型涉及磷酸铁干燥技术，具体设计一种利用焙烧炉余热干燥磷酸铁的系统，属于磷酸铁干燥技术领域。
背景技术
磷酸铁，又名磷酸高铁、正磷酸铁，分子式为FePO4，是一种自色、灰白色单斜晶体粉末。是铁盐溶液和磷酸钠作用的盐，其中的铁为正三价。其主要用途在于制造磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷等。目前看来，磷酸铁锂是最有可能真正大规模应用于动力型和储能型锂离子电池的理想材料，自从1997年美国的John B.Goodenough教授提出这一材料以来，国内外对此进行了广泛而深入的研究。人们通过对材料进行表面包导电碳、内部掺导电物质、晶粒纳米化等手段提高材料的导电性；通过优化控制粉体的粒形、粒径及其分布提高材料的堆积密度人们开发出多种制备工艺，有些已经应用于实际。
磷酸铁都含有一定的结晶水，通常为两个，即为FePO4·2H2O；产品除结晶水外，通常还含有少量吸附水；由于含有结晶水和吸附水，磷酸铁的实际成分并不十分确定可靠，为生产磷酸铁锂时的精确配料带来一定困难。
另外，含有结晶水的产品在长期存放过程中，可能产生吸潮或风化现象，使产品成分随时间产生变化，对工艺的稳定性和产品一致性产生不利影响：因此，FePO4·2H2O不适于直接用作生产磷酸铁锂正极材料的原料，一般要进行必要的预处理。而且工业上生产FePO4·2H2O普遍采用硫酸亚铁(FeSO4)为原料，成本较低。但采用现有工艺，必须消耗大量氧化剂如双氧水(H2O2)、次氯酸钠(NaClO)、氯酸钠(Na ClO3)、过硫酸铵((NH4)2S2O8)等，一定程度上増大了成本。
磷酸铁湿料一般较为粘稠，传统烘干技术比较难以解决，烘干不均匀，能耗较大，许多还需真空烘干技术烘干，防止温度过高。因各家工艺情况不同，磷酸铁的含水率各有不同，对最终含水率的要求也各有不同。随着磷酸铁锂电池的大规模使用，磷酸铁做为磷酸铁锂正极材料的主要原料，其需求量大大提高，预计每年的需求量大于5万吨。
一般无水磷酸铁都是先经过液相合成得到二水磷酸铁，再经过高温煅烧，得到无水磷酸铁，存在污水产生量大，且在高温煅烧过程，而且焙烧炉炉膛出来的热气直接排放，从而使无水磷酸铁的能耗成本较高。由于磷酸根的少量挥发导致铁磷比降低，且流程长，成本高，能耗大，根据实际生产计算，此工艺的每吨产品的成本一般在8000-12000左右，且每吨产品产生污水近100吨，设备投资也较大。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种利用焙烧炉余热干燥磷酸铁的系统，该系统充分利用了预处理后的磷酸铁在高温焙烧炉焙烧干燥过程中产生的大量热废气，将这部分热废气进行回收后用于磷酸铁湿料的预干燥处理，本实用新型结构简单，余热利用效果好，在不额外增设热源的情况下，能够既能够满足磷酸铁湿料预干燥处理效果的同时，又能够减少后续磷酸铁焙烧干燥过程中废热气的排放，降低了能耗，减少了污染物的排放，降低了对环境的污染。
为实现上述目的，本实用新型解决技术问题的具体技术方案如下：
一种利用焙烧炉余热干燥磷酸铁的系统，该系统包括：旋闪干燥机、脉冲布袋除尘器和焙烧炉。旋闪干燥机的干燥物料出料口通过第一输送管道与脉冲布袋除尘器的除尘进料口相连。脉冲布袋除尘器底部的卸料阀通过第四输送管道与焙烧炉的进料口直接相连；所述旋闪干燥机上设置有加热介质入口，所述焙烧炉上设置有热介质出口，所述加热介质入口通过第三输送管道与热介质出口相连，第三输送管道上安装有高温过滤器和补风管。
作为优选，该系统还包括螺旋进料口。所述螺旋进料口与旋闪干燥机的进料口相连。
作为优选，所述旋闪干燥机的底部设置有多个加热介质入口。所述多个加热介质入口输出的热介质的喷射方向与旋闪干燥机的底面呈20-80°(优选为25-70°，更优选为30-60°)夹角。
作为优选，该系统还包括旋转电机和搅拌器。所述旋转电机设置在旋闪干燥机的底部，所述搅拌器设置在旋闪干燥机的内部并与旋转电机相连。
作为优选，所述焙烧炉上还设置有燃料入口、补气口，焙烧炉内设置有燃烧装置。
作为优选，所述系统还包括有旋风分离器。旋风分离器设置在旋闪干燥机和脉冲布袋除尘器之间。所述旋风分离器的分离进料口通过第一输送管道与旋闪干燥机的干燥物料出料口相连。旋风分离器的分离出料口通过第二输送管道与脉冲布袋除尘器的除尘进料口相连，第三输送管(L3)上安装有316L材质的金属折叠过滤器。
作为优选，所述旋风分离器的底部设置有卸料阀，所述卸料阀通过第五输送管道与旋闪干燥机的进料口相连。
作为优选，所述燃烧装置为可独立控温的烧嘴。所述烧嘴通过管道与燃料入口相连。
作为优选，该系统包括多组烧嘴。所述多组烧嘴在焙烧炉内上部的纵横方向上呈多排、多列式分布设置。
作为优选，焙烧炉内还设置有燃气总管和燃气支管。燃料入口与燃气总管相连，燃气总管上设置有多个所述燃气支管。
作为优选，所述烧嘴通过燃气支管与燃气总管相连。
作为优选，焙烧炉内，燃料入口和补气口输入的空气经过燃烧装置燃烧，产生加热介质。
作为优选，所述通过第三输送管道输送至旋闪干燥机的热介质温度为300-600℃，优选为350-550℃，更优选为380-500℃。
作为优选，所述系统还包括引风机。所述引风机与布袋除尘器的废气出口相连。
在本实用新型中，磷酸铁湿料一般较为粘稠，因此将磷酸铁湿料由螺旋进料口进入输送至旋闪干燥机内，然后再旋转电机和热空气的作用下，由热空气切线进入干燥器底部，在搅拌器带动下形成强有力的旋转风场，在高速旋转搅拌器的强烈作用下，磷酸铁湿物料受撞击、磨擦及剪切力的作用下得到分散，块状物料迅速粉碎，与热空气充分接触、受热、干燥。干燥好的物料被气流充干燥物料出料口携带进入除尘系统进行收集处理。
在本实用新型中，所述干燥介质的入口设置在旋闪干燥机的底面，并根据需要可设置有多个，同时为了防止物料堵塞加热介质入口，一般设置加热介质入口高于旋闪干燥机的底面，并在加热介质入口上设置有筛网式的挡板，一般情况下是先喷入加热介质和启动搅拌机再进物料，这样物料一进入旋闪干燥机就被从底部喷出的加热介质和搅拌器带动上升运动，并在运动过程总被旋转的热风和搅拌叶片打碎并干燥，而且物料一般不会堵塞加热介质入口，加热介质入口设置有筛网式的挡板，且与旋闪干燥机底面具有一定的夹角，刚进入的成块的磷酸铁湿物料更不易堵塞加热介质入口，而粉碎干燥后的细小物料则在加热介质和搅拌机已经外部风机的作用下从旋闪干燥机的干燥物料出口排出了，这样磷酸铁湿物料就完成了粉碎及干燥的预处理。
在本实用新型中，通过在旋闪干燥机和脉冲除尘器之间增设旋风分离器，在旋风分离器的作用下，将旋闪干燥机输送过来的物料进行筛分，较大颗粒的磷酸铁料团或者由于干燥不充分含水比重较重的磷酸铁料经由旋风分离器底部的卸料阀排出并集中输送至旋闪干燥机内进行再次的干燥和粉碎，以便于满足并降低后续处理的工况和难度。对于经过旋风分离机筛分处理后合格的干燥物料，在风流的带动下从旋风分离机的分离出料口经由第二输送管道输送至脉冲除尘器进行处理，在脉冲除尘器中，气料分离，废气从脉冲除尘器的废气出口排出，物料则从脉冲除尘器底部的卸料阀排出并输送至焙烧炉进行热处理。
在本实用新型中，一般情况下，预干燥后的磷酸铁物料(一般还含有少量游离水，而且预干燥处理过程中并不能脱去磷酸铁中的结合水)进一步经过除尘处理后需要在燃气式焙烧炉中于600-800℃的高温条件下进行热干燥处理，目的是先蒸发掉残余的游离水，之后再将结合水脱离磷酸铁并蒸发为水蒸气，最后得到无水磷酸铁。焙烧后的物料进入冷却段，通过外壁喷淋冷却水的方式进行冷却，降温至200℃的产品通过旋转卸料阀排出。为了满足并达到很好的将磷酸铁中的结合水脱出的效果，焙烧炉需要保持在600-800℃温度范围并对磷酸铁物料进行不间断的焙烧处理，焙烧热量由天然气燃烧提供，焙烧炉设置多组烧嘴，每组可独立控温，助燃空气由助燃风机提供，为了保持温度氛围，一般需要将焙烧后的低温热废气排出，同时由燃料入口和补气口补充燃气和助燃空气进行焙烧，如果焙烧后的低温热废气(一般还具有300-600℃的温度)如果直接排除，则该部分热量将源源不断的白白浪费掉，进而造成极大的能源浪费以及对环境造成影响，因此，本实用新型将焙烧过程中炉筒内产生的热废气体从炉头引出，与炉膛内的气体混合后依次经过高温过滤器、四通阀后引至旋闪干燥机加热介质入口作为旋闪干燥热源对硫酸铁湿料进行预干燥处理，变废为宝，降低能耗和对环境的污染，一举两得。
在本实用新型中，为了达到更好的焙烧脱水效果，本实用新型的焙烧炉内设置有燃气总管和燃气支管。燃料入口与燃气总管相连，燃气总管上设置有多个所述燃气支管。所述烧嘴通过燃气支管与燃气总管相连。而且本实用新型还包括多组烧嘴。所述多组烧嘴在焙烧炉内上部的纵横方向上呈多排、多列式分布设置。本实用新型中，各个烧嘴均匀布置在焙烧炉的上部，燃料充燃料入口进入，然后进入到燃气总管，再由燃气管分配至各个燃气支管，最后由燃气支管输送至烧嘴燃烧放热，由于各个烧嘴均相对独立的连接在燃气支管上，因此可以通过对燃气支管进行调控从而控制烧嘴的燃烧量，例如，对于处于焙烧炉边缘的烧嘴，通过调节燃气支管流量的大小，提高边缘烧嘴的燃烧温度，进而达到并满足对于边缘磷酸铁物料的脱水效果，同时，采用在焙烧炉内上部均匀布置多排、多列式的烧嘴，各个烧嘴相对独立，那么当某一个烧嘴出现堵塞或损坏而不能正常燃烧时，由于其四周均布置有烧嘴，故单个烧嘴的非正常工作对焙烧效果的影响几乎可以忽略。因此避免了由于单个烧嘴的损坏需要停机维护情况，提高了工作效率和焙烧脱水效果。
与现有技术相比较，本实用新型具有以下有益技术效果：
1、工艺结构简单，充分再利用了焙烧炉外排热废气作为磷酸铁预干燥处理的热源，降低生产成本低，易操作；
2、余热利用效果好，减少热浪费和污染；
3、增设了旋风分离筛分机制，提高了预干燥处理的效果，降低了后续处理工序的难度，提高焙烧脱水效果；
4、多排、多列式多组可独立控温的烧嘴设计，极大的提高了焙烧脱水效果，降低了系统维护成本，提高了生产效率。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型具有筛分机制的结构示意图；
图3为本实用新型焙烧炉内部烧结构图；
图4为本实用新型烧嘴分布示意图。
附图标记：1：旋闪干燥机；2：旋风分离器；3：布袋除尘器；4：焙烧炉；5：旋转电机；6：螺旋进料口；7：引风机；8：高温过滤器；9：补风管；101：进料口；102：加热介质入口；103：干燥物料出料口；201：分离进料口；202：分离出料口；301：除尘进料口；302：废气出口；401：燃料入口；402：补气口；403：热介质出口；404：燃气总管；405：燃气支管；406：烧嘴；L1：第一输送管道；L2：第二输送管道；L3：第三输送管道；L4：第四输送管道；L5：第五输送管道。
具体实施方式
下面对本实用新型的技术方案进行举例说明，本实用新型请求保护的范围包括但不限于以下实施例。
一种利用焙烧炉余热干燥磷酸铁的系统，该系统包括：旋闪干燥机1、脉冲布袋除尘器3和焙烧炉4。旋闪干燥机1的干燥物料出料口103通过第一输送管道L1与脉冲布袋除尘器3的除尘进料口301相连。脉冲布袋除尘器3底部的卸料阀通过第四输送管道L4与焙烧炉4的进料口直接相连；所述旋闪干燥机1上设置有加热介质入口102，所述焙烧炉4上设置有热介质出口403，所述加热介质入口102通过第三输送管道L3与热介质出口403相连，第三输送管道上安装有高温过滤器8和补风管9。
作为优选，该系统还包括螺旋进料口6。所述螺旋进料口6与旋闪干燥机1的进料口101相连。
作为优选，所述旋闪干燥机1的底部设置有多个加热介质入口102。所述多个加热介质入口102输出的热介质的喷射方向与旋闪干燥机1的底面呈20-80°(优选为25-70°，更优选为30-60°)夹角。
作为优选，该系统还包括旋转电机5和搅拌器7。所述旋转电机5设置在旋闪干燥机1的底部，所述搅拌器7设置在旋闪干燥机1的内部并与旋转电机5相连。
作为优选，所述焙烧炉4上还设置有燃料入口401、补气口402，焙烧炉4内设置有燃烧装置。
作为优选，所述系统还包括有旋风分离器2。旋风分离器2设置在旋闪干燥机1和脉冲布袋除尘器3之间。所述旋风分离器2的分离进料口201通过第一输送管道L1与旋闪干燥机1的干燥物料出料口103相连。旋风分离器2的分离出料口202通过第二输送管道L2与脉冲布袋除尘器3的除尘进料口301相连，第三输送管L3上安装有316L材质的金属折叠过滤器。
作为优选，所述旋风分离器2的底部设置有卸料阀，所述卸料阀通过第五输送管道L5与旋闪干燥机1的进料口101相连。
作为优选，所述燃烧装置为可独立控温的烧嘴406。所述烧嘴通过管道与燃料入口401相连。
作为优选，该系统包括多组烧嘴406。所述多组烧嘴406在焙烧炉4内上部的纵横方向上呈多排、多列式分布设置。
作为优选，焙烧炉4内还设置有燃气总管404和燃气支管405。燃料入口401与燃气总管404相连，燃气总管404上设置有多个所述燃气支管405。
作为优选，所述烧嘴406通过燃气支管405与燃气总管404相连。
作为优选，焙烧炉4内，燃料入口401和补气口402输入的空气经过燃烧装置燃烧，产生加热介质。
作为优选，所述通过第三输送管道L3输送至旋闪干燥机1的热介质温度为300-600℃，优选为350-500℃，更优选为380-500℃。
作为优选，所述系统还包括引风机7。所述引风机7与布袋除尘器3的废气出口302相连。
实施例1
如图1所示，一种利用焙烧炉余热干燥磷酸铁的系统，该系统包括：旋闪干燥机1、脉冲布袋除尘器3和焙烧炉4。旋闪干燥机1的干燥物料出料口103通过第一输送管道L1与脉冲布袋除尘器3的除尘进料口301相连。脉冲布袋除尘器3底部的卸料阀通过第四输送管道L4与焙烧炉4的进料口直接相连；所述旋闪干燥机1上设置有加热介质入口102，所述焙烧炉4上设置有热介质出口403，所述加热介质入口102通过第三输送管道L3与热介质出口403相连，第三输送管道中间安装高温过滤器8和补风管9。
实施例2
重复实施例1，如1所示，只是该系统还包括螺旋进料口6。所述螺旋进料口6与旋闪干燥机1的进料口101相连。
实施例3
重复实施例2，如图1和2所示，只是所述旋闪干燥机1的底部设置有多个加热介质入口102。所述多个加热介质入口102输出的热介质的喷射方向与旋闪干燥机1的底面呈30°夹角。
实施例4
重复实施例3，如图1所示，只是该系统还包括旋转电机5和搅拌器7。所述旋转电机5设置在旋闪干燥机1的底部，所述搅拌器7设置在旋闪干燥机1的内部并与旋转电机5相连。
实施例5
重复实施例4，如图1所示，只是所述焙烧炉4上还设置有燃料入口401、补气口402，焙烧炉4内设置有燃烧装置。
实施例6
重复实施例5，如图2所示，只是该系统还包括有旋风分离器2。旋风分离器2设置在旋闪干燥机1和脉冲布袋除尘器3之间。所述旋风分离器2的分离进料口201通过第一输送管道L1与旋闪干燥机1的干燥物料出料口103相连。旋风分离器2的分离出料口202通过第二输送管道L2与脉冲布袋除尘器3的除尘进料口301相连，第三输送管L3上安装有316L材质的金属折叠过滤器。
所述旋风分离器2的底部设置有卸料阀，所述卸料阀通过第五输送管道L5与旋闪干燥机1的进料口101相连。
实施例7
重复实施例6，如图3所示，只是所述燃烧装置为可独立控温的烧嘴406。所述烧嘴通过管道与燃料入口401相连。
实施例8
重复实施例7，如图3所示，只是该系统还包括多组烧嘴406。所述多组烧嘴406在焙烧炉4内上部的纵横方向上呈多排、多列式分布设置。
实施例9
重复实施例8，如图3所示，只是焙烧炉4内还设置有燃气总管404和燃气支管405。燃料入口401与燃气总管404相连，燃气总管404上设置有多个所述燃气支管405。
所述烧嘴406通过燃气支管405与燃气总管404相连。
实施例10
重复实施例9，如图3所示，焙烧炉4内，燃料入口401和补气口402输入的空气经过燃烧装置燃烧，产生加热介质。所述热介质温度为350℃。
实施例11
重复实施例10，如图1和2所示，所述系统还包括引风机7。所述引风机7与布袋除尘器3的废气出口302相连。
Claims (10)
1.一种利用焙烧炉余热干燥磷酸铁的系统，该系统包括：旋闪干燥机(1)、脉冲布袋除尘器(3)和焙烧炉(4)；其特征在于：旋闪干燥机(1)的干燥物料出料口(103)通过第一输送管道(L1)与脉冲布袋除尘器(3)的除尘进料口(301)相连；脉冲布袋除尘器(3)底部的卸料阀通过第四输送管道(L4)与焙烧炉(4)的进料口直接相连；所述旋闪干燥机(1)的底部设置有加热介质入口(102)，所述焙烧炉(4)上设置有热介质出口(403)，所述加热介质入口(102)通过第三输送管道(L3)与热介质出口(403)相连，第三输送管道上安装有高温过滤器(8)和补风管(9)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：该系统还包括螺旋进料口(6)；所述螺旋进料口(6)与旋闪干燥机(1)的进料口(101)相连；
所述旋闪干燥机(1)的底部设置有多个加热介质入口(102)；所述多个加热介质入口(102)输出的热介质的喷射方向与旋闪干燥机(1)的底面呈20-80°夹角。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：该系统还包括旋转电机(5)和搅拌器；所述旋转电机(5)设置在旋闪干燥机(1)的底部，所述搅拌器设置在旋闪干燥机(1)的内部并与旋转电机(5)相连。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于：所述焙烧炉(4)上还设置有燃料入口(401)、补气口(402)，焙烧炉(4)内设置有燃烧装置。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述系统还包括有旋风分离器(2)；旋风分离器(2)设置在旋闪干燥机(1)和脉冲布袋除尘器(3)之间；所述旋风分离器(2)的分离进料口(201)通过第一输送管道(L1)与旋闪干燥机(1)的干燥物料出料口(103)相连；旋风分离器(2)的分离出料口(202)通过第二输送管道(L2)与脉冲布袋除尘器(3)的除尘进料口(301)相连，第三输送管道(L3)上安装有316L材质的金属折叠过滤器；
所述旋风分离器(2)的底部设置有卸料阀，所述卸料阀通过第五输送管道(L5)与旋闪干燥机(1)的进料口(101)相连。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述燃烧装置为可独立控温的烧嘴(406)；所述烧嘴通过管道与燃料入口(401)相连。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：该系统包括多组所述烧嘴(406)；多组所述烧嘴(406)在焙烧炉(4)内上部的纵横方向上呈多排、多列式分布设置。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：焙烧炉(4)内还设置有燃气总管(404)和燃气支管(405)；燃料入口(401)与燃气总管(404)的相连，燃气总管(404)上设置有多个所述燃气支管(405)；
所述烧嘴(406)通过燃气支管(405)与燃气总管(404)相连。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：焙烧炉(4)内，燃料入口(401)和补气口(402)输入的空气经过燃烧装置燃烧，产生加热介质；所述通过第三输送管道(L3)输送至旋闪干燥机(1)的热介质温度为300-600℃。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：所述系统还包括引风机(7)；所述引风机(7)与布袋除尘器(3)的废气出口(302)相连。
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