一种窑炉的尾气回收及余热利用系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种窑炉的尾气回收及余热利用系统，包括通过管道依次连接的尾气收集系统、粉尘处理系统、第一纯化系统、分馏系统和气体混合系统；尾气吸收系统的进气口与窑炉的排气口相连通，气体混合系统的出气口通往窑炉的进气口。本实用新型专利技术的系统可以部分材料对窑炉内高氧含量的需求，避免现有技术对尾气回收后无法达到工艺需求的氧气浓度导致的产品质量不合格的问题，具有良好的整体密封性，避免了空气进入造成的氧浓度下降问题，且使用灵活，可以根据不同情形调整，实现回收、用氧的成本最小化，还充分利用了各处余热，进一步降低了系统开启时的生产成本。了系统开启时的生产成本。了系统开启时的生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种窑炉的尾气回收及余热利用系统


[0001]本技术涉及气体分离
，具体涉及一种窑炉的尾气回收及余热利用系统。

技术介绍

[0002]许多工艺中要用到窑炉来进行有氧甚至是高氧含量的烧结操作，比如电池领域，特别是高镍三元锂离子电池的正极材料。
[0003]高镍三元锂离子电池正极材料LiNi1‑
x
‑
y
Co
x
Mn
y
O2(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。而这些工艺过程所产生的尾气一般含有成分比重很高的氧气，传统的处理方式当中，一般经过环保处理后直接作为废气排放，但该种处理方式会造成资源的浪费以及生产成本的上升，因此，亟需设计一种可对窑炉尾气进行回收的系统。
[0004]现有技术，比如CN108786371A、CN110836608A专利方案，对窑炉尾气进行了回收利用，降低了用氧成本，但仍存在以下问题：
[0005](1)现有技术未对尾气的余热进行利用，往往需要通过额外设施对尾气进行降温、对回收气进行升温，生产成本较高；
[0006](2)现有技术一般对窑炉尾气简单处理后直接回用于前序烧结过程，对于部分对氧气含量需求较高的烧结工艺而言，其氧气浓度无法到达工艺要求，对窑炉烧结产品产生重大影响。

技术实现思路

[0007]本技术提供了一种窑炉的尾气回收及余热利用系统，用以解决现有技术存在的技术问题。
[0008]为解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案：
[0009]一种窑炉的尾气回收及余热利用系统，包括通过管道依次连接的尾气收集系统和尾气处理系统，尾气收集系统的进气口与窑炉的排气口相连通，尾气处理系统的出气口与窑炉的进气口相连通；还包括用于将尾气收集系统的出气的热量传输至尾气处理系统的出气中的第一换热装置。
[0010]上述技术方案的设计思路在于，通过可将窑炉所排尾气与窑炉回收进气进行换热的第一换热装置利用了尾气中的余热，一方面降低了尾气的温度，减少了后续对尾气降温的资源成本消耗，也降低了对系统后续所有装置对于温度的耐受要求，另一方面提升了回收进气温度，避免进气后窑炉内部温度的剧烈下降，也无需使用气体预热装置，节省了生产成本。
[0011]作为上述技术方案的进一步改进：
[0012]第一换热装置内设置有两条能互相换热的气体通路：第一条气体通路连通尾气收
集系统的出气口和尾气处理系统的进气口，第二条气体通路连通尾气处理系统的出气口和窑炉的进气口。通过气体管道接触式换热的换热装置结构简单，换热效率高。
[0013]尾气回收及余热利用系统还包括用于将窑炉末端的热量传递至尾气处理系统的出气中的第二换热装置，第二换热装置套设在窑炉末端外侧。本优选方案通过设置可以交换窑炉末端和回收进气的第二换热装置，利用了窑炉冷却段的余热，在加速窑炉冷却的同时，进一步提高了回收进气温度，避免进气后窑炉内部温度的剧烈下降，也无需使用气体预热装置，节省了生产成本。
[0014]第二换热装置内设置有一条气体通路，气体通路连通尾气处理系统的出气口和窑炉的进气口。通过气体管道接触式换热的换热装置结构简单，换热效率高。
[0015]第一换热装置后还设置有一气体加压装置。气体加压装置为尾气通往系统的各个装置提供了动力，将气体加压装置设置在第一换热装置后，可避免尾气回收及余热利用系统直接回收的尾气的温度过高对气体加压装置造成损伤。
[0016]尾气处理系统包括依次连接的粉尘处理系统、第一纯化系统、分馏系统和气体混合系统；粉尘处理系统的进气口与尾气收集系统的出气口相连通；气体混合系统的出气口通往窑炉进气口。通过依次设置的粉尘处理系统、第一纯化系统、分馏系统和气体混合系统，可将回收的尾气经洗涤除去固体杂质、经第一纯化系统除去水和二氧化碳后经分馏系统通过深冷法制备得到液态的氧含量在99.9％以上的纯氧，该纯氧经气体混合器直接或与低氧含量气体混合后通往窑炉中，以满足高镍三元锂电池正极材料或其他材料烧结时对窑炉内高氧含量的需求，避免现有技术对尾气回收后无法达到工艺需求的氧气浓度导致的产品质量不合格的问题。
[0017]尾气回收及余热利用系统还包括第二纯化系统，第二纯化系统的进气口与大气连通，第二纯化系统的出气口与分馏系统相连通。本优选方案相当于增加了一条尾气回收及余热利用系统的氧含量的来源，由于在烧结过程中会消耗部分氧气，因此只对为其进行回收处理再利用可能会导致通往要窑炉内部的气体流量不足，难以达到生产工艺要求，而本优选通过与大气相通的第二纯化系统将空气纯化后引入分馏系统，通过空气制取浓度在99.9％以上的纯氧，以弥补烧结时消耗的氧气，稳定系统整体的气体流量。
[0018]第一纯化系统和第二纯化系统均包括依次连接的加压预冷系统和吸附系统。加压预冷系统主要为后续分馏系统的气体分馏过程提供适宜的压力，以利于氧气的液化，满足分馏塔分馏空气时对压力的要求，并对温度提前降低，以节省能源。
[0019]粉尘处理系统包括洗涤系统，第一纯化系统的加压预冷系统包括依次连接的第一冷凝器、过滤器、加压机和第二冷凝器。由于尾气在经过第一纯化系统前还经过了粉尘处理系统的洗涤，尾气中的含水量较高，在加压机前设置冷凝器一方面可除水保证加压机的正常运行和使用寿命，以及后续空气分馏工艺的正常进行，另一方面可对尾气进行预冷处理，以减少后续空气分馏的消耗、降低使用成本。
[0020]第一纯化系统的出气口还与气体混合系统的进气口相连通，分馏系统与气体混合系统的连接管道上以及第一纯化系统与气体混合系统的连接管道上均设置有氧气浓度检测装置和流量监测装置。本优选方案将第一纯化系统出气口的气体分为了两路去向：往气体混合系统以及往分馏系统，这样一来，最终回用于窑炉的气体既可以是氧含量大于99.9％的纯氧，也可以是纯氧和含氧量较低的尾气混合后的混合气体，这一设计保证了使
用者对窑炉内氧气含量的调整功能，使得尾气回收系统最终回收并重新利用于窑炉的氧气含量可根据不同的烧结工艺进行针对性调整；设置氧气浓度检测装置和流量监测装置则便于使用者根据装置读数和实际需求调节各进气流量的比例。
[0021]尾气回收及余热利用系统还包括一纯氧补给系统，纯氧补给系统的出气口与气体混合系统的进气口相连通，纯氧补给系统与气体混合系统的连接管道上设置有氧气浓度检测装置和流量监测装置。本优选方案通过增设了一纯氧补给系统，可在开启的窑炉数量较少、开启尾气回收及余热利用系统能耗较大的情况通过外购的液氧经气体混合系统向窑炉进行供氧，提升了尾气回收及余热利用系统的工作灵活性。
[0022]分馏系统的出气口还与纯氧补给系统的进气口相连通；纯氧补给系统内的纯氧来源于外部和/或分馏系统。
[0023]气体混合系统的多路进气管道上均设置有氧气浓度检测装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种窑炉的尾气回收及余热利用系统，包括通过管道依次连接的尾气收集系统(1)和尾气处理系统，所述尾气收集系统(1)的进气口与所述窑炉(8)的排气口相连通，所述尾气处理系统的出气口与所述窑炉(8)的进气口相连通；其特征在于，还包括用于将尾气收集系统(1)的出气的热量传输至所述尾气处理系统的出气中的第一换热装置。2.根据权利要求1所述的尾气回收及余热利用系统，其特征在于，所述第一换热装置内设置有两条能互相换热的气体通路：第一条所述气体通路连通尾气收集系统(1)的出气口和尾气处理系统的进气口，第二条所述气体通路连通尾气处理系统的出气口和窑炉(8)的进气口。3.根据权利要求1或2所述的尾气回收及余热利用系统，其特征在于，还包括用于将窑炉(8)末端的热量传递至所述尾气处理系统的出气中的第二换热装置，所述第二换热装置套设在窑炉(8)末端外侧。4.根据权利要求3所述的尾气回收及余热利用系统，其特征在于，所述第二换热装置内设置有一条气体通路，所述气体通路一端连通至尾气处理系统的出气口，另一端连通至窑炉(8)的进气口。5.根据权利要求1或2所述的尾气回收及余热利用系统，其特征在于，所述第一换热装置后还设置有一气体加压装置。6.根据权利要求5所述的尾气回收及余热利用系统，其特征在于，所述尾气处理系统包括依次连接的粉尘处理系统(2)、第一纯化系统(3)、分馏系统(4)和气体混合系...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐志强，李旭，冀胜利，袁小波，杨航，肖体镇，
申请(专利权)人：湖南杉杉能源科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：