CN115790144A - 一种辊道窑炉氮气重复利用的装置系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种辊道窑炉氮气重复利用的装置系统及方法，所述装置系统包括：在窑炉本体的恒温区设置的第一气体出口；与所述第一气体出口依次通过氮气管道相连的第一送风装置、冷却装置、除尘装置和氧气浓度检测装置；所述氧气浓度检测装置通过氮气管道与所述窑炉本体的氮气入口相连。所述方法利用第一送风装置从第一气体出口抽出待回收气体，所述待回收气体依次经冷却装置进行冷却和除尘装置进行除尘，得到回收的氮气，并检测氧浓度达到标准范围后循环送入窑炉本体的恒温区和降温区。本发明能够将辊道窑炉内的氮气重复回收利用，解决了现有技术中存在的大量氮气浪费、燃烧产生氮氧化合物造成资源浪费、污染环境等技术问题。

Description

一种辊道窑炉氮气重复利用的装置系统及方法

技术领域

本发明涉及废气分离回收重复利用技术领域，尤其涉及一种辊道窑炉氮气重复利用的装置系统及方法。

背景技术

目前锂离子电池应用在不断扩大，锂离子电池重要组成部分——正极材料生产加工就需要进行烧结，目前锂离子正极材料无论是磷酸铁锂还是三元正极材料，使用的烧结设备基本上都是辊道窑炉。

辊道窑炉包含窑炉本体、自动线体及脱臭炉，传统辊道窑将窑炉本体内所有气体通过送风装置抽入脱臭炉，打入天然气和空气混合进行燃烧后排放，比如CN216592724U公开了一种锂电池负极材料碳化生产辊道窑，包括输送辊道以及所述输送辊道依次穿过的入口段、升温段、恒温段、降温段和出口段，所述升温段上方还设有废气处理段，所述废气处理段与所述升温段连通，所述入口段设有入口置换室，所述匣钵从所述入口置换室进入，所述降温段设有散热室、冷却水管和冷却风管，所述废气处理段通过烟气管道与所述升温段连通，所述升温段产生的烟气能够通过所述烟气管道进入所述废气处理段。

而窑炉内99%以上氮气排出窑炉外部无法重新再利用，同时需要大量的天然气进行燃烧，产生氮氧化合物，造成资源浪费、污染环境。

因此，需要开发一种新的技术解决氮气浪费和污染环境的问题。

CN209221808U公开了一种锂离子电池负极材料生产线废气治理和余热利用装置，其包括辊道窑，辊道窑的一端连接有气体进口，辊道窑的另一端通过管道连接有吸附装置，用于将辊道窑内的废气输送至吸附装置，吸附装置连接有用于排出尾气的第一排气管；还包括换热器，换热器的一端通过管道连接吸附装置，吸附装置内的高温氮气通过管道输送至换热器，换热器的另一端还设有氮气进口，用于向换热器内输送新制氮气，新制氮气与高温氮气在换热器内进行热交换；换热器与气体进口连通，用于将升温后的新制氮气输送至辊道窑内；换热器上还连接有第二排气管，用于排放降温后的高温氮气。

CN208595823U公开了一种智能化节能辊道窑，辊道窑上层炉体上安装有排气管和排气汇集管，排气汇集管内设置有多排U型排列的冷气体进气管，冷气体进气管的直管部分从排气汇集管出来后和进气汇集管相连，进气汇集管上分布有进气支管，进气支管上装有耐高温气体流量计、温度传感器、压力传感器、耐高温控制阀并和装有控制软件的计算机相连，进气支管再次进入到辊道窑内。

但上述装置和流程均未涉及到对其中氮气的回收利用，仅涉及到对余热的利用，仍然存在氮气资源浪费和燃烧后环境污染的问题。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种辊道窑炉氮气重复利用的装置系统及方法，通过从辊道窑的恒温区将氮气引出，并将氮气简单冷却和除尘处理后即可循环利用，避免了氮气资源的浪费。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种辊道窑炉氮气重复利用的装置系统，所述装置系统包括：

在窑炉本体的恒温区设置的第一气体出口；

与所述第一气体出口依次通过氮气管道相连的第一送风装置、冷却装置、除尘装置和氧气浓度检测装置；

所述氧气浓度检测装置通过氮气管道与所述窑炉本体的氮气入口相连。

本发明通过在窑炉本体的恒温区设置第一气体出口，并采出气体，其采出的气体氮气纯度高，并通过设置的冷却装置和除尘装置后即可实现氮气的重复利用，其氮气重复利用率达95%以上。而且本发明提供的装置系统在原有辊道窑炉的基础上进行简单改进即可，改造建议可行。

本发明对所述除尘装置没有特殊要求，可采用本领域技术人员熟知的除尘装置，例如可以是布袋除尘器等，而且本领域技术人员可根据正极材料生产的特性采用初效除尘、中效除尘或高效除尘中的任意一种，没有特殊限制。

优选地，所述第一送风装置的内侧设置有内涂层。

优选地，所述内涂层的材质为特氟龙。

优选地，所述氮气管道的材质包括不锈钢管。

优选地，所述氮气管道的外侧设置有保温层。

优选地，所述保温层的材质包括硅酸铝棉等。

优选地，所述冷却装置包括盘管风冷装置或盘管水冷装置。本发明能够通过盘管风冷装置或盘管水冷装置回收待回收气体中的余热。

优选地，所述冷却装置和除尘装置均为密闭装置。

优选地，所述装置系统还包括设置在氧气浓度检测装置与窑炉本体的氮气入口之间的第一阀门。

优选地，所述装置系统还包括设置在第一送风装置与第一气体出口之间的第二阀门。

优选地，所述第二阀门为节流阀。

优选地，所述装置系统还包括根据所述氧气浓度检测装置检测得到的氧气浓度值控制所述第一阀门和/或第二阀门的开闭状态的第一控制系统。

由于本发明所述辊道窑炉主要是用于生产磷酸铁锂系正极材料、三元正极等锂离子电池的正极材料，而所述正极材料的生产过程中对氧气浓度要求严格，本发明优选增设第一阀门和第二阀门，当循环氮气不达标时及时关闭第一阀门和第二阀门，优先保障正极材料产品的生产。

优选地，所述装置系统还包括与所述氧气浓度检测装置相连的氮气另排管道。

本发明优选设置氮气另排管道，当氧气浓度检测不合格时，可将氮气排入空气中或另排至其他工业用途中。

优选地，所述窑炉本体自炉头至炉尾依次包括升温区、恒温区和降温区。

优选地，所述升温区的长度占窑炉本体长度的18~27%，例如可以是18%、19%、20%、21%、22%、23%、24%、25%、26%或27%等。

优选地，所述恒温区的长度占窑炉本体长度的36~46%，例如可以是36%、37%、38%、39%、40%、41%、42%、43%、44%、45%或46%等。

优选地，所述降温区的长度占窑炉本体长度的27~36%，例如可以是27%、28%、29%、30%、31%、32%、34%、35%或36%等。

优选地，所述第一气体出口设置在恒温区靠近升温区的一端。

优选地，所述第一气体出口与所述升温区的距离占所述恒温区的7.7~23%，例如可以是7.7%、8%、9%、10%、12%、15%、18%、20%、22%或23%等。

本发明中第一气体出口的采出位置十分关键，这是由于辊道窑炉的窑炉本体内并非仅含有氮气，而是在升温区正极材料的煅烧过程中将产生小分子有机物，导致升温区的气体无法简单冷却和过滤后回收，仅仅是恒温区和降温区的氮气在作为保护气后其纯度仍然较高，而窑炉本体内具有气体相通的通道，而在后续恒温区和降温区需要高纯的氮气对正极材料起到保护作用，当在恒温区增加第一气体出口且设置第一送风装置后，将影响整个窑炉本体内的气体流向，容易导致升温区的气体串入恒温区和降温区影响正极材料产品的生产；为了克服上述缺陷，本发明优选控制第一气体出口与所述升温区的距离占所述恒温区的7.7~23%，这样设置一方面能够避免升温区的气体串入恒温区和降温区影响正极材料产品的生产，另一方面能够提升氮气的利用率以及回收氮气的质量，降低氮气回收处理的成本，达到高效回收氮气的目的。

优选地，所述第一气体出口设置有至少1个，例如可以是1个、2个或3个等，优选为至少2个。本发明进一步优选设置至少两个第一气体出口能够更好地平衡辊道窑内的炉压，使氮气的回收率更高且整体生产更加安全。

优选地，所述装置系统还包括设置在第一气体出口的第一压力检测器和设置在第二气体出口的第二压力检测器。

优选地，所述装置系统还包括设置在窑炉本体内的第三压力检测器。

本发明第三压力检测器能够实时监测窑炉本体内的压力，从而保障正极材料生产的压力条件。

优选地，所述窑炉本体的升温区设置有第二气体出口。

优选地，所述第二气体出口与脱臭装置相连。

优选地，在所述第二气体出口与所述脱臭装置之间还设置有第二送风装置。

优选地，所述装置系统还包括根据第一压力检测器和第二压力检测器检测得到的压力值调控所述第一送风装置、第二送风装置的功率或第二阀门的开度中任意一种或至少两种的第二控制系统。

本发明优选在窑炉本体内设置压力检测装置，实时监测窑炉本体内的压力，更有利于控制第一送风装置和第二送风装置的功率，避免空气的串入并更好地保障正极材料的生产。

优选地，在所述窑炉本体的恒温区和降温区的底部设置有至少一个氮气入口。

优选地，所述降温区、恒温区和降温区各自独立地设置有至少两个温区。

第二方面，本发明提供一种辊道窑炉氮气重复利用的方法，所述方法采用第一方面所述的辊道窑炉氮气重复利用的装置系统进行。

本发明第二方面提供的氮气重复利用的方法能够安全、高效的回收并循环利用恒温区和降温区的氮气，同时能够将氮气中的余热回收利用，降低了正极材料的生产成本。

优选地，所述方法包括：窑炉本体的恒温区和降温区通入氮气。所述第一送风装置从第一气体出口抽出待回收气体，所述待回收气体依次经冷却装置进行冷却和除尘装置进行除尘，得到回收的氮气，所述回收的氮气经氧气浓度检测装置检测氧浓度达到标准范围后循环送入窑炉本体的恒温区和降温区。

本发明在第一气体出口采出气体，其采出的气体氮气纯度高，并通过设置的冷却装置和除尘装置后即可实现氮气的重复利用，其氮气重复利用率达95%以上。

优选地，所述冷却和除尘过程在密闭环境中进行。

本发明需要严格保障冷却和除尘中的密闭空间，防止氧气的引入。

优选地，所述方法中保持窑炉本体内的压力≤150Pa，例如可以是150Pa、140Pa、130Pa、120Pa、110Pa、100Pa、90Pa或80Pa等。

优选地，所述冷却的终温≤200℃，例如可以是200℃、190℃、180℃、170℃、160℃、150℃或120℃等。

本发明需要先将待回收气体的温度降低至200℃以下，否则后续除尘装置的成本将大大增加。

优选地，所述标准范围为≤50ppm，例如可以是50ppm、40ppm、30ppm、20ppm或10ppm等。

优选地，所述回收的氮气经氧气浓度检测装置检测氧浓度达不到标准范围时，第一控制系统关闭第一阀门和第二阀门，并将氮气管道内的氮气经氮气另排管道排出。

优选地，所述第一控制系统先关闭第一阀门，再关闭第二阀门。

优选地，所述第二送风装置从第二气体出口抽出待脱臭气体，并送入脱臭装置进行脱臭处理。

优选地，所述第一气体出口的风压小于第二气体出口的风压。

优选地，所述第一气体出口的风压比第二气体出口的风压小1~100Pa，例如可以是1Pa、5Pa、10Pa、15Pa、20Pa、25Pa、30Pa、35Pa、40Pa、50Pa、60Pa、70Pa、80Pa、90Pa或100Pa等。

本发明的难点在于如何确保第二气体出口能将升温区全部气体采出，从而避免升温区空气引入至恒温区和降温区导致产品线无法继续生产的情况，在确保窑炉本体内压力的同时保障第二气体出口的风压微大于第一气体出口的风压，才能达到该技术指标。本发明优选控制第一气体出口的风压比第二气体出口的风压小1~100Pa，优选小5~70Pa，能够同时保障氮气的回收利用率。

优选地，所述第二控制系统监控第一气体出口的风压与第二气体出口的风压之差不在设定范围时，调节第二送风装置的功率、第一送风装置的功率或第二阀门的开度中的任意一种或至少两种的组合。

本发明增设第二控制系统能够将第一送风装置的功率、第二送风装置的功率以及第二阀门的开度进行实时调节，确保整体装置安全运行。

作为本发明优选地技术方案，所述方法包括：

窑炉本体的恒温区和降温区通入氮气。所述第一送风装置从第一气体出口抽出待回收气体，所述待回收气体依次经冷却装置进行冷却至≤200℃和除尘装置进行除尘，得到回收的氮气，所述回收的氮气经氧气浓度检测装置检测氧浓度达到≤50ppm后循环送入窑炉本体的恒温区和降温区，所述回收的氮气经氧气浓度检测装置检测氧浓度达不到≤50ppm的标准范围时，第一控制系统先关闭第一阀门，再关闭第二阀门，并将氮气管道内的氮气经氮气另排管道排出；

所述第二送风装置从第二气体出口抽出待脱臭气体，并送入脱臭装置进行脱臭处理；所述第一气体出口的风压小于第二气体出口的风压；所述第一气体出口的风压比第二气体出口的风压小5~15Pa；所述第二控制系统监控第一气体出口的风压与第二气体出口的风压之差不在设定范围时，调节第二送风装置的功率、第一送风装置的功率或第二阀门的开度中的任意一种或至少两种的组合。

本发明对上述工艺中的正极材料的生产工艺和脱臭处理的方式没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于正极材料生产和脱臭处理的方式和装置。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

（1）本发明提供的辊道窑炉氮气重复利用的装置系统能够较好在原有辊道窑炉的基础上进行改进，改造成本低，增设一套氮气重复利用的装置系统仅需20~100万元，改造周期短，仅为30~60天；而打造一套新的辊道窑炉需要6个月左右；

（2）本发明提供的辊道窑炉氮气重复利用的装置系统通过优选设置第一控制系统和第二控制系统，能够实现装置系统平稳安全运行；

（3）本发明提供的辊道窑炉氮气重复利用的方法能够实现氮气99%以上的回收利用，针对年产4500吨的正极材料可节省约310万立方米氮气，同时节省燃烧氮气所需的天然气费用，总成本约节省615万元以上。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的辊道窑炉氮气重复利用的装置系统图。

图2是本发明对比例1提供的辊道窑炉图。

图中：1-第一气体出口；2-第一送风装置；3-冷却装置；4-除尘装置；5-氧气浓度检测装置；6-窑炉本体；61-升温区；62-恒温区；63-降温区；7-第二气体出口；8-第二送风装置；9-脱臭装置。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本领域技术人员理应了解的是，本发明中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本发明的主要发明点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型进可以自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。

实施例1

本实施例提供一种辊道窑炉氮气重复利用的装置系统，如图1所示，所述装置系统包括：

在窑炉本体6的恒温区62设置的第一气体出口1；与所述第一气体出口1依次通过氮气管道相连的第一送风装置2、冷却装置3、除尘装置4和氧气浓度检测装置5；所述氧气浓度检测装置5通过氮气管道与所述窑炉本体6的氮气入口相连。

所述窑炉本体6的长度为60m，所述窑炉本体6自炉头至炉尾依次包括升温区61、恒温区62和降温区63；所述升温区61的长度占窑炉本体6长度的20%；所述恒温区62的长度占窑炉本体6长度的44%；所述降温区63的长度占窑炉本体6长度的36%；所述第一气体出口1设置在恒温区62靠近升温区61的一端；所述第一气体出口1设置有两个（未示出）；两个所述第一气体出口1与所述升温区61的距离占所述恒温区62的10%和15%。

所述第一送风装置2的内侧设置有内涂层；所述内涂层的材质为特氟龙；所述氮气管道的材质包括不锈钢管；所述氮气管道的外侧设置有保温层；所述保温层的材质为硅酸铝棉。

所述冷却装置3包括盘管风冷装置或盘管水冷装置；所述装置系统还包括设置在氧气浓度检测装置5与窑炉本体6的氮气入口之间的第一阀门；所述装置系统还包括设置在第一送风装置2与第一气体出口1之间的第二阀门；所述装置系统还包括根据所述氧气浓度检测装置5检测得到的氧气浓度值控制所述第一阀门和/或第二阀门的开闭状态的第一控制系统。

所述装置系统还包括与所述氧气浓度检测装置5相连的氮气另排管道。

所述装置系统还包括设置在第一气体出口1的第一压力检测器和设置在第二气体出口7的第二压力检测器；所述窑炉本体6的升温区61设置有第二气体出口7；所述第二气体出口7与脱臭装置9相连；在所述第二气体出口7与所述脱臭装置9之间还设置有第二送风装置8；所述装置系统还包括根据第一压力检测器和第二压力检测器检测得到的压力值控制所述第一送风装置2和/或第二送风装置8的功率的第二控制系统；在所述窑炉本体6的恒温区62和降温区63的底部设置有37个氮气入口（对应37个不同的温区）；所述升温区61设置有15个温区。

实施例2

本实施例提供一种辊道窑炉氮气重复利用的装置系统，所述装置系统包括：

在窑炉本体的恒温区设置的第一气体出口；与所述第一气体出口依次通过氮气管道相连的第一送风装置、冷却装置、除尘装置和氧气浓度检测装置；所述氧气浓度检测装置通过氮气管道与所述窑炉本体的氮气入口相连。

所述窑炉本体的长度为60m，所述窑炉本体自炉头至炉尾依次包括升温区、恒温区和降温区；所述升温区的长度占窑炉本体长度的27%；所述恒温区的长度占窑炉本体长度的46%；所述降温区的长度占窑炉本体长度的27%；所述第一气体出口设置在恒温区靠近升温区的一端；所述第一气体出口设置有两个（未示出）；两个所述第一气体出口与所述升温区的距离占所述恒温区的7.7%和10%。

所述第一送风装置的内侧设置有内涂层；所述内涂层的材质为特氟龙；所述氮气管道的材质包括不锈钢管；所述氮气管道的外侧设置有保温层；所述保温层的材质为硅酸铝棉。

所述冷却装置包括盘管风冷装置或盘管水冷装置；所述装置系统还包括设置在氧气浓度检测装置与窑炉本体的氮气入口之间的第一阀门；所述装置系统还包括设置在第一送风装置与第一气体出口之间的第二阀门；所述装置系统还包括根据所述氧气浓度检测装置检测得到的氧气浓度值控制所述第一阀门和/或第二阀门的开闭状态的第一控制系统。

所述装置系统还包括与所述氧气浓度检测装置相连的氮气另排管道。

所述装置系统还包括设置在第一气体出口的第一压力检测器和设置在第二气体出口的第二压力检测器；所述窑炉本体的升温区设置有第二气体出口；所述第二气体出口与脱臭装置相连；在所述第二气体出口与所述脱臭装置之间还设置有第二送风装置；所述装置系统还包括根据第一压力检测器和第二压力检测器检测得到的压力值调控所述第一送风装置、第二送风装置的功率或第二阀门的开度中任意一种或至少两种的第二控制系统；在所述窑炉本体的恒温区和降温区的底部设置有30个氮气入口（对应30个不同的温区）；所述降温区设置有25个温区。

实施例3

本实施例提供一种辊道窑炉氮气重复利用的装置系统，所述装置系统包括：

在窑炉本体的恒温区设置的第一气体出口；与所述第一气体出口依次通过氮气管道相连的第一送风装置、冷却装置、除尘装置和氧气浓度检测装置；所述氧气浓度检测装置通过氮气管道与所述窑炉本体的氮气入口相连。

所述窑炉本体的长度为80m，所述窑炉本体自炉头至炉尾依次包括升温区、恒温区和降温区；所述升温区的长度占窑炉本体长度的18%；所述恒温区的长度占窑炉本体长度的46%；所述降温区的长度占窑炉本体长度的36%；所述第一气体出口设置在恒温区靠近升温区的一端；所述第一气体出口设置有两个（未示出）；两个所述第一气体出口与所述升温区的距离占所述恒温区的15%和20%。

所述第一送风装置的内侧设置有内涂层；所述内涂层的材质为特氟龙；所述氮气管道的材质包括不锈钢管；所述氮气管道的外侧设置有保温层；所述保温层的材质为硅酸铝棉。

所述冷却装置包括盘管风冷装置或盘管水冷装置；所述装置系统还包括设置在氧气浓度检测装置与窑炉本体的氮气入口之间的第一阀门；所述装置系统还包括设置在第一送风装置与第一气体出口之间的第二阀门；所述装置系统还包括根据所述氧气浓度检测装置检测得到的氧气浓度值控制所述第一阀门和/或第二阀门的开闭状态的第一控制系统。

所述装置系统还包括与所述氧气浓度检测装置相连的氮气另排管道。

所述装置系统还包括设置在第一气体出口的第一压力检测器和设置在第二气体出口的第二压力检测器；所述窑炉本体的升温区设置有第二气体出口；所述第二气体出口与脱臭装置相连；在所述第二气体出口与所述脱臭装置之间还设置有第二送风装置；所述装置系统还包括根据第一压力检测器和第二压力检测器检测得到的压力值调控所述第一送风装置、第二送风装置的功率或第二阀门的开度中任意一种或至少两种的第二控制系统；在所述窑炉本体的恒温区和降温区的底部设置有42个氮气入口（对应42个不同的温区）；所述降温区设置有18个温区。

实施例4

本实施例提供一种辊道窑炉氮气重复利用的装置系统，所述装置系统除两个所述第一气体出口与所述升温区的距离占所述恒温区的5%和15%外，其余均与实施例1相同。

实施例5

本实施例提供一种辊道窑炉氮气重复利用的装置系统，所述装置系统除仅设置一个第一气体出口，且所述第一气体出口与所述升温区的距离占所述恒温区的25%外，其余均与实施例1相同。

实施例6

本实施例提供一种辊道窑炉氮气重复利用的装置系统，所述装置系统除所述第一气体出口仅设置一个，即所述第一气体出口与所述升温区的距离占所述恒温区的10%处外，其余均与实施例1相同。

应用例1

本应用例提供一种辊道窑炉氮气重复利用的方法，所述方法采用实施例1提供的辊道窑炉氮气重复利用的装置系统进行，所述方法包括：

窑炉本体的恒温区和降温区通入氮气；所述第一送风装置从第一气体出口抽出待回收气体，所述待回收气体依次经冷却装置进行冷却至≤200℃和除尘装置进行除尘，得到回收的氮气，所述回收的氮气经氧气浓度检测装置检测氧浓度达到≤50ppm后循环送入窑炉本体的恒温区和降温区，所述回收的氮气经氧气浓度检测装置检测氧浓度达不到≤50ppm的标准范围时，第一控制系统先关闭第一阀门，再关闭第二阀门，并将氮气管道内的氮气经氮气另排管道排出；

所述第二送风装置从第二气体出口抽出待脱臭气体，并送入脱臭装置进行脱臭处理；所述第一气体出口的风压小于第二气体出口的风压；所述第一气体出口的风压比第二气体出口的风压小8Pa；所述第二控制系统监控第一气体出口的风压与第二气体出口的风压之差不在设定范围时，调节第二送风装置的功率、第一送风装置的功率或第二阀门的开度中的任意一种或至少两种的组合。

应用例1中装置系统能够平稳安全的运行，第一气体出口抽出的氮气纯度高，经过冷却和除尘后氧含量能够达到≤50ppm的标准，恒温区和降温区中氮气的回收利用率高达90%，针对年产4500吨正极材料的设备，年节省氮气可达310万m³，年节省费用高达651万元，经济效益明显，且减少了氮气进入脱臭炉的排放。

应用例2~6

应用例2~6分别提供一种辊道窑炉氮气重复利用的方法，所述方法除分别采用实施例2~6提供的辊道窑炉氮气重复利用的装置系统进行外，其余均与应用例1相同。

应用例2和应用例3中能够取得与应用例1中类似的技术效果，如表1所示，综合应用例1~3可以看出，针对年产4500吨正极材料的设备，能够年节省费用615万元以上。

对比应用例4~5和应用例1可以看出，第一气体出口的设置位置十分关键，其中应用例4中将第一气体出口设置在仅距升温区5%的位置处，导致在运行过程中，操作参数控制困难，容易出现将降温区的气体抽入第一气体出口的情况，最终导致氮气回收的运行成本增加，针对年产4500吨正极材料的设备，年节省费用约仅为525万元。而应用例5中由于第一气体出口设置在恒温区较为中间的位置，导致恒温区前段的氮气损失严重，氮气的利用率仅为73%，年节省氮气量仅为251万m³，最终导致年节省费用仅为527.1万元，由此表明，本发明通过将第一气体出口的位置设置在合适位置，能够更好地节省成本提高氮气回收利用率。

对比应用例6和应用例1可以看出，应用例1中设置两个第一气体出口，相较于应用例6中仅设置一个第一气体出口而言，应用例1中年节省费用高达651万元，而应用例6中由于辊道窑内压力以及第一气体出口和第二气体出口的风压控制较为困难，导致装置系统运行成本增加，经常出现第二阀门关闭的情况，导致氮气的整体回收率下降至78%，年节省费用仅为564万元，由此表明，本发明优选将第一气体出口设置为至少两个，更有利于提高整体的氮气回收利用率。

应用例7

本应用例提供一种辊道窑炉氮气重复利用的方法，所述方法除所述第一气体出口的风压比第二气体出口的风压小0.2Pa外，其余均与应用例1相同。

应用例8

本应用例提供一种辊道窑炉氮气重复利用的方法，所述方法除所述第一气体出口的风压比第二气体出口的风压小120Pa外，其余均与应用例1相同。

对比应用例1和应用例7~8可知，应用例7中第一气体出口的风压仅比第二气体出口的风压小0.2Pa，在运行过程中容易出现压力偏移的情况导致容易将升温区的气体抽入第一气体出口，氮气回收的纯度降低，难以较好的循环利用，系统难以连续安全运行；应用例8中由于第一气体出口的风压比第二气体出口的风压小太多，导致难以从第一气体出口抽出足够的氮气，氮气的回收利用率仅为10%，由此表明，本发明优选在运行中控制第一气体出口的风压和第二气体出口的风压差值，更有利于装置系统的平稳运行以及提高氮气的回收利用率。

应用例9

本应用例提供一种辊道窑炉氮气重复利用的方法，所述方法除“所述回收的氮气经氧气浓度检测装置检测氧浓度达不到≤50ppm的标准范围时，第一控制系统先关闭第二阀门，再关闭第一阀门”外，其余均与应用例1相同。

应用例1在应对氧浓度超标的情况时先关闭第一阀门，相较于应用例8在应对紧急情况时先关闭第二阀门而言，应用例1能够更好地保护辊道窑内正极材料生产的产品不受影响，最大程度降低损失。

对比例1

本对比例提供一种辊道窑炉的装置系统，如图2所示，所述装置系统除未设置第一气体出口1、第一送风装置2、冷却装置3、除尘装置4和氧气浓度检测装置5及其相关连接外，其余均与实施例1相同。

具体地，所述装置系统包括窑炉本体6，所述窑炉本体6的长度为60m，所述窑炉本体6自炉头至炉尾依次包括升温区61、恒温区62和降温区63；所述升温区61的长度占窑炉本体6长度的20%；所述恒温区62的长度占窑炉本体6长度的44%，所述降温区63的长度占窑炉本体6长度的36%。

所述装置系统还包括设置在第二气体出口7的第二压力检测器；所述窑炉本体6的升温区61设置有第二气体出口7；所述第二气体出口7与脱臭装置9相连；在所述第二气体出口7与所述脱臭装置9之间还设置有第二送风装置8；在所述窑炉本体6的恒温区62和降温区63的底部设置有37个氮气入口（对应37个不同的温区）；所述升温区61设置有15个温区。

本对比例中没有设置第一气体出口、第一送风装置、冷却装置和除尘装置，恒温区和降温区的氮气无法回收利用，整体成本高。

利用循环返回的氮气流量除以总共进入窑炉本体中恒温区和降温区的氮气流量记为氮气回收利用率，并统计年产4500吨正极材料的氮气节省量，并根据自产氮气的制氮能耗与运营管理费用之和减去上述氮气循环利用的运营费用，按照每立方米2.1元的单价计算节省的氮气费用，应用例1~3的结果如表1所示。

表1

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种辊道窑炉氮气重复利用的装置系统，其特征在于，所述装置系统包括：

在窑炉本体的恒温区设置的第一气体出口；

与所述第一气体出口依次通过氮气管道相连的第一送风装置、冷却装置、除尘装置和氧气浓度检测装置；

所述氧气浓度检测装置通过氮气管道与所述窑炉本体的氮气入口相连。

2.根据权利要求1所述的装置系统，其特征在于，所述装置系统还包括设置在氧气浓度检测装置与窑炉本体的氮气入口之间的第一阀门；

所述装置系统还包括设置在第一送风装置与第一气体出口之间的第二阀门；

所述装置系统还包括根据所述氧气浓度检测装置检测得到的氧气浓度值控制所述第一阀门和/或第二阀门的开闭状态的第一控制系统。

3.根据权利要求1或2所述的装置系统，其特征在于，所述第一气体出口设置在恒温区靠近升温区的一端；

所述第一气体出口与所述升温区的距离占所述恒温区的7.7~23%。

4.根据权利要求2所述的装置系统，其特征在于，所述窑炉本体的升温区设置有第二气体出口；

所述第二气体出口与脱臭装置相连；

在所述第二气体出口与所述脱臭装置之间还设置有第二送风装置；

所述装置系统还包括设置在第一气体出口的第一压力检测器和设置在第二气体出口的第二压力检测器；

所述装置系统还包括根据第一压力检测器和第二压力检测器检测得到的压力值调控所述第一送风装置的功率、第二送风装置的功率或第二阀门的开度中任意一种或至少两种的第二控制系统。

5.一种辊道窑炉氮气重复利用的方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1~4任一项所述的辊道窑炉氮气重复利用的装置系统进行。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括：窑炉本体的恒温区和降温区通入氮气；所述第一送风装置从第一气体出口抽出待回收气体，所述待回收气体依次经冷却装置进行冷却和除尘装置进行除尘，得到回收的氮气，所述回收的氮气经氧气浓度检测装置检测氧浓度达到标准范围后循环送入窑炉本体的恒温区和降温区。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述回收的氮气经氧气浓度检测装置检测氧浓度达不到标准范围时，第一控制系统关闭第一阀门和第二阀门，并将氮气管道内的氮气经氮气另排管道排出。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述第二控制系统监控第一气体出口的风压与第二气体出口的风压之差不在设定范围时，调节第二送风装置的功率、第一送风装置的功率或第二阀门的开度中的任意一种或至少两种的组合。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一气体出口的风压小于第二气体出口的风压；

所述第一气体出口的风压比第二气体出口的风压小1~100Pa。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

窑炉本体的恒温区和降温区通入氮气；所述第一送风装置从第一气体出口抽出待回收气体，所述待回收气体依次经冷却装置进行冷却至≤200℃和除尘装置进行除尘，得到回收的氮气，所述回收的氮气经氧气浓度检测装置检测氧浓度达到≤50ppm后循环送入窑炉本体的恒温区和降温区，所述回收的氮气经氧气浓度检测装置检测氧浓度达不到≤50ppm的标准范围时，第一控制系统先关闭第一阀门，再关闭第二阀门，并将氮气管道内的氮气经氮气另排管道排出；

所述第二送风装置从第二气体出口抽出待脱臭气体，并送入脱臭装置进行脱臭处理；所述第一气体出口的风压小于第二气体出口的风压；所述第一气体出口的风压比第二气体出口的风压小5~15Pa；所述第二控制系统监控第一气体出口的风压与第二气体出口的风压之差不在设定范围时，调节第二送风装置的功率、第一送风装置的功率或第二阀门的开度中的任意一种或至少两种的组合。

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