一种燃气加热带焦油收集的氮气氛窑炉的制作方法

1.本发明涉及一种氮气氛窑炉，具体涉及一种能在窑外清除焦油的氮气氛窑炉，属于新能源技术和窑炉制造技术领域。


背景技术：

2.锂电池负极材料煅烧时需要采取氮气氛保护措施，煅烧时不能采用燃烧机火焰热气直接对煅烧物加热而造成煅烧物受氧化，目前所采用电加热因电价较贵会增加生产能耗成本，对缺电地区及缺点企业的生产影响较大；另外，锂电池负极材料在煅烧升温过程会挥发出大量焦油，这些焦油会集中粘附在低温区的窑腔内和电热硅碳棒上，焦油中所含有碳元素具有导电性，常常引起窑腔中的电热棒发生短路，也会使窑炉的结构材料受到电击而损坏；目前针对窑炉内积聚焦油的处理只能定期停产通过空烧窑腔来清除，造成很大的能源浪费和停产损失。
3.目前也有技术采用以高温烟气或高温氮气作为传热介质，通过热辐射管对窑腔进行辐射加热，虽然采用了非电热的加热方法解决了导电沉积物所引起的窑体结构遭电击受损问题，但采用氮气氛保护的密封煅烧工艺会大幅减少废气排放量，大量焦油挥发物无法通过废气带出而积聚在窑腔内，当焦油沉积物在热辐射管表面积聚过多时会严重影响热辐射管的传热效率，需要每隔一段时间对其进行清理，会给生产带来影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种燃气加热带焦油收集的氮气氛窑炉，利用燃气燃烧机产生热量通过换热器对氮气进行隔离加热，再将高温氮气送入窑炉内对煅烧物进行循环加热，并利用回流氮气把窑腔内的焦油挥发物带出窑外收集和清理，减少焦油沉积物在窑内积聚，本发明适用于氮气氛保护的辊道窑、推板窑和箱式窑。
5.为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的，其是一种燃气加热带焦油收集的氮气氛窑炉，其特征在于包括：窑体、高温氮气进口及低温氮气出口；在所述窑体中依次设有升温段、烧成段和冷却段，所述高温氮气进口位于窑体的烧成段，所述低温氮气出口位于窑体的升温段；氮气循环加热器、氮气回流管及高温氮气管；所述氮气加热器包括氮气循环风机、热交换器和燃烧炉膛，在所述热交换器中设有氮气流道及烟气流道，所述燃烧炉膛与热交换器的烟气流道的烟气进口连通，所述热交换器的烟气流道的烟气出口与外界连通，热交换器氮气流道的氮气入口与氮气循环风机的出风口连通，所述低温氮气出口通过氮气回流管与氮气循环风机的进风口连通，热交换器的氮气流道的氮气出口通过高温氮气管与高温氮气入口连通；回流氮气焦油收集器；所述回流氮气焦油收集器设在低温氮气出口与氮气循环风机之间的氮气回流管上；燃气燃烧机及助燃风机；所述燃气燃烧机及助燃风机安装在燃烧炉膛旁，所述助
燃风机位于燃气燃烧机旁从而助燃燃气燃烧机，所述燃气燃烧机的火焰口位于燃烧炉膛中；以及废气焦油收集器，所述窑炉升温段窑顶设有废气出口，所述废气出口设于窑炉升温段的窑顶，所述废气出口与助燃风机连通，所述废气焦油收集器设在废气出口与燃气燃烧机的助燃风机之间的管道上。
6.在本技术方案中，所述热交换器是管壳式换热器或板式换热器；在本技术方案中，所述氮气循环风机为变频风机。
7.在本技术方案中，所述回流氮气焦油收集器和废气焦油收集器可以是以循环水或以空气作为冷媒的表冷器，所述回流氮气焦油收集器和废气焦油收集器设有盖板从而可方便清理内部的焦油沉积物。
8.在本技术方案中，所述回流氮气焦油收集器为一对，在所述回流氮气焦油收集器的进出口分别设有第一阀门，所述废气焦油收集器为一对，在所述废气焦油收集器的进出口分别设有第二阀门。
9.在本技术方案中，在所述氮气循环风机入口端的氮气回流管上设有氮气注入支管从而持续注入氮气使窑腔及相关管道呈微正压抵挡外部的空气进入。
10.在本技术方案中，在所述窑炉内腔的烧成段内设有多根电热棒。
11.本发明与现有技术相比的优点为：利用燃气隔离循环加热的高温氮气对窑腔加热，可避免将含氧烟气直接作用于煅烧物产生氧化作用；通过管道不断往窑腔内注入加热后的高温氮气使窑腔内呈正压抵挡外部空气的进入，高温氮气的进入不会对窑腔内的温度场造成扰动，利用天然气对氮气的加热可大幅减少电热补充而节约能耗成本，同时大幅减少了已有技术中在窑腔内大量安装电热棒或热辐射管所带来的繁重工作，更降低了成本，也避免了已有技术中热辐射管受物料碰撞或应力作用而破损所带来的停炉检修工作；氮气在作为传热介质的同时，在循环过程也同时把窑腔内产生的大量焦油挥发物带出，利用设于窑外的冷凝器对焦油进行收集及清理，大幅减少了焦油沉积物积聚在窑内。通过废气焦油收集器把焦油挥发物冷凝收集，可减少废气中的污染成分，也减少了焦油对后续管道和设备的污染。
附图说明
12.图1是本发明实施例1的主视示意图；图2是本发明实施例1的侧视示意图；图3是本发明实施例1的俯视示意图；图4是本发明实施例2的主视示意图；图5是本发明实施例2的俯视示意图；图6是本发明实施例3的主视示意图；图7是本发明实施例3的俯视示意图。
具体实施方式
13.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述
的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
14.在本发明描述中,术语
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上”及“下”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而不是要求本发明必须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。
15.实施例1如图1、图2及图3所示，其是一种燃气加热带焦油收集的氮气氛窑炉，其特征在于包括：窑体1、高温氮气进口2及低温氮气出口3；在所述窑体1中依次设有升温段11、烧成段12和冷却段13，所述高温氮气进口2位于窑体1的烧成段12，所述低温氮气出口2位于窑体1的升温段11；氮气循环加热器4、氮气回流管61及高温氮气管62；所述氮气加热器4包括氮气循环风机48、热交换器40和燃烧炉膛45，在所述热交换器40中设有氮气流道42及烟气流道46，所述燃烧炉膛45与热交换器40的烟气流道46的烟气进口连通，所述热交换器40的烟气流道46的烟气出口47与外界连通，热交换器40氮气流道42的氮气入口41与氮气循环风机48的出风口连通，所述低温氮气出口3通过氮气回流管61与氮气循环风机48的进风口连通，热交换器40的氮气流道42的氮气出口43通过高温氮气管62与高温氮气入口2连通；回流氮气焦油收集器6；所述回流氮气焦油收集器6设在低温氮气出口3与氮气循环风机48之间的氮气回流管61上；以及燃气燃烧机44及助燃风机5；所述燃气燃烧机44及助燃风机5安装在燃烧炉膛45旁，所述助燃风机5位于燃气燃烧机44旁从而助燃燃气燃烧机44，所述燃气燃烧机44的火焰口位于燃烧炉膛45中。
16.在本技术方案中，所述的热交换器40是管壳式换热器，热交换器40的管程流道用作烟气流道46，热交换器40的壳程流道用作氮气流道42。
17.在本技术方案中，所述氮气循环风机48为变频风机。
18.在本技术方案中，还包括废气焦油收集器7；所述窑炉1升温段11窑顶设有废气出口14，所述废气出口14设于窑炉1升温段11的窑顶，所述废气出口14与助燃风机5连通，所述废气焦油收集器7设在废气出口14与燃气燃烧机44的助燃风机5之间的管道上。
19.在本技术方案中，所述回流氮气焦油收集器6和废气焦油收集器7是以作为冷媒的表冷器，具有将气体中的焦油挥发物从气态或雾状冷凝成液态并收集，所述回流氮气焦油收集器6和废气焦油收集器7设有盖板可方便清理内部的焦油沉积物。
20.在本技术方案中，所述回流氮气焦油收集器6为一对，在所述回流氮气焦油收集器6的进出口分别设有第一阀门60，所述废气焦油收集器7为一对，在所述废气焦油收集器7的进出口分别设有第二阀门70。使用时，回流氮气焦油收集器6和废气焦油收集器7可通过切换对应的阀门，使其中一个冷凝器工作而对另一个冷凝器进行清理检修而不影响窑炉的连续生产。
21.在本技术方案中，所述的氮气循环风机48入口端的氮气回流管61上设有氮气注入支管63并持续注入氮气使窑腔及相关管道呈微正压抵挡外部的空气进入。
22.实施例1将氮气循环加热器4加热后的氮气通过氮气循环风机48驱动通过高温氮气入口2送入窑腔内，对煅烧物进行加热，可通过控制氮气循环加热器4的燃烧炉膛45温度
和氮气循环风机48的频率控制氮气的温度和流量，释放热量后的氮气从低温氮气出口3进入氮气回流管61所连接的回流氮气焦油收集器6对氮气中所带有的焦油挥发物进行冷凝析出，避免焦油进入后续的管道，对氮气循环风机48及氮气循环加热器4内造成堵塞，用户只需要定期清理回流氮气焦油收集器6内所粘附的焦油即可。通过从氮气补充管道63不断往窑腔内注入加热后的高温氮气使窑腔内呈正压避免外部空气的进入对煅烧物造成氧化，高温氮气的进入不会对窑腔内的温度场造成扰动。由于窑炉1加热采用氮气作为传热介质，已释放热量的氮气从低温氮气出口3流出后必须通过氮气循环加热重新加热才能进行下一轮对窑炉1的循环加热，氮气在氮气循环加热器4加热时必须防止含氧空气混入其中，所以必须采取氮气与炉膛及其烟气完全隔离的加热措施，通过管式换热器的功能可以实现上述的加热要求，管式换热器除了具有将烟气和氮气隔离换热的作用外，还具有较大的热交换面积实现高效换热，让高温烟气的热量大比例转移给氮气以实现节能。
23.窑炉1升温段产生的有害气体通过废气焦油收集器7清除焦油后再引入燃烧炉膛45焚烧得以净化，在其中通过废气焦油收集器7把焦油挥发物冷凝收集，可减少废气中的污染成分，也减少了焦油对后续管道和设备的污染，由于窑炉废气出口14与助燃风机5连接，只要助燃风机5在生产过程中一直运行就始终对产生形成抽力，就不会出现外部空气从废气出口倒灌进入窑腔内的情况发生。
24.实施例2如图4及图5所示，其是一种燃气加热带焦油收集的氮气氛窑炉，其特征在于包括：窑体1、高温氮气进口2及低温氮气出口3；在所述窑体1中依次设有升温段11、烧成段12和冷却段13，所述高温氮气进口2位于窑体1的烧成段12，所述低温氮气出口2位于窑体1的升温段11；氮气循环加热器4、氮气回流管61及高温氮气管62；所述氮气加热器4包括氮气循环风机48、热交换器40和燃烧炉膛45，在所述热交换器40中设有氮气流道42及烟气流道46，所述燃烧炉膛45与热交换器40的烟气流道46的烟气进口连通，所述热交换器40的烟气流道46的烟气出口47与外界连通，热交换器40氮气流道42的氮气入口41与氮气循环风机48的出风口连通，所述低温氮气出口3通过氮气回流管61与氮气循环风机48的进风口连通，热交换器40的氮气流道42的氮气出口43通过高温氮气管62与高温氮气入口2连通；回流氮气焦油收集器6；所述回流氮气焦油收集器6设在低温氮气出口3与氮气循环风机48之间的氮气回流管61上；以及燃气燃烧机44及助燃风机5；所述燃气燃烧机44及助燃风机5安装在燃烧炉膛45旁，所述助燃风机5位于燃气燃烧机44旁从而助燃燃气燃烧机44，所述燃气燃烧机44的火焰口位于燃烧炉膛45中。
25.在本技术方案中，所述的热交换器40是管壳式换热器，热交换器40的管程流道用作烟气流道46，热交换器40的壳程流道用作氮气流道42。
26.在本技术方案中，所述氮气循环风机48为变频风机。
27.在本技术方案中，还包括废气焦油收集器7；所述窑炉1升温段11窑顶设有废气出口14，所述废气出口14设于窑炉1升温段11的窑顶，所述废气出口14与助燃风机5连通，所述废气焦油收集器7设在废气出口14与燃气燃烧机44的助燃风机5之间的管道上。
28.在本技术方案中，所述回流氮气焦油收集器6和废气焦油收集器7是以作为冷媒的
表冷器，具有将气体中的焦油挥发物从气态或雾状冷凝成液态并收集，所述回流氮气焦油收集器6和废气焦油收集器7设有盖板可方便清理内部的焦油沉积物。
29.在本技术方案中，所述回流氮气焦油收集器6为一对，在所述回流氮气焦油收集器6的进出口分别设有第一阀门60，所述废气焦油收集器7为一对，在所述废气焦油收集器7的进出口分别设有第二阀门70。使用时，回流氮气焦油收集器6和废气焦油收集器7可通过切换对应的阀门，使其中一个冷凝器工作而对另一个冷凝器进行清理检修而不影响窑炉的连续生产。
30.在本技术方案中，所述的氮气循环风机48入口端的氮气回流管61上设有氮气注入支管63并持续注入氮气使窑腔及相关管道呈微正压抵挡外部的空气进入。
31.在本技术方案中，所述的窑炉1内腔的烧成段12内设有多根电热棒8。
32.实施例2与实施例1的主要区别在窑腔的烧成段设有多根电热棒8，适用于超过1000℃以上的煅烧工艺要求。由于氮气循环加热器4的燃烧炉膛45的燃烧温度过高时会产生大量氮氧化物而需增加尾气治理的成本，所以通常情况下燃烧炉膛45的温度控制在1100℃以下比较环保和符合经济性，通过管壳式换热的氮气温度要低于燃烧炉膛45温度，如果需要更高的煅烧温度，将通过电热棒8补充热量来实现，并可通过电热棒8进行精确的窑腔温度控制。由电热棒8补充的热量占总加热能耗的比例较低，对能耗成本影响不大。另外，硅碳棒8只需要安装在窑腔烧成段12，而高温区域是极少腐蚀性气体和焦油积聚物产生，该处的硅碳棒8上基本没有焦油粘附，不会出现被侵蚀、短路和电击的情况。
33.由于焦油的露点较高，采用常温空气作冷媒的废气焦油收集器7足可大比例将焦油冷凝析出收集，实施例2采用以空气作为冷媒的废气焦油收集器7更可将冷凝换热后的高温空气用作氮气循环加热器4的燃烧机助燃风可节约燃气。
34.实施例3如图6及图7所示，其是一种燃气加热带焦油收集的氮气氛窑炉，其特征在于包括：窑体1、高温氮气进口2及低温氮气出口3；在所述窑体1中依次设有升温段11、烧成段12和冷却段13，所述高温氮气进口2位于窑体1的烧成段12，所述低温氮气出口2位于窑体1的升温段11；氮气循环加热器4、氮气回流管61及高温氮气管62；所述氮气加热器4包括氮气循环风机48、热交换器40和燃烧炉膛45，在所述热交换器40中设有氮气流道42及烟气流道46，所述燃烧炉膛45与热交换器40的烟气流道46的烟气进口连通，所述热交换器40的烟气流道46的烟气出口47与外界连通，热交换器40氮气流道42的氮气入口41与氮气循环风机48的出风口连通，所述低温氮气出口3通过氮气回流管61与氮气循环风机48的进风口连通，热交换器40的氮气流道42的氮气出口43通过高温氮气管62与高温氮气入口2连通；回流氮气焦油收集器6；所述回流氮气焦油收集器6设在低温氮气出口3与氮气循环风机48之间的氮气回流管61上；以及燃气燃烧机44及助燃风机5；所述燃气燃烧机44及助燃风机5安装在燃烧炉膛45旁，所述助燃风机5位于燃气燃烧机44旁从而助燃燃气燃烧机44，所述燃气燃烧机44的火焰口位于燃烧炉膛45中。
35.在本技术方案中，所述的热交换器40是管壳式换热器，热交换器40的管程流道用作烟气流道46，热交换器40的壳程流道用作氮气流道42。
36.在本技术方案中，所述氮气循环风机48为变频风机。
37.在本技术方案中，所述回流氮气焦油收集器6是以作为冷媒的表冷器，具有将气体中的焦油挥发物从气态或雾状冷凝成液态并收集，所述回流氮气焦油收集器6设有盖板可方便清理内部的焦油沉积物。
38.在本技术方案中，所述回流氮气焦油收集器6为一对，在所述回流氮气焦油收集器6的进出口分别设有第一阀门60。使用时，回流氮气焦油收集器6可通过切换对应的阀门，使其中一个冷凝器工作而对另一个冷凝器进行清理检修而不影响窑炉的连续生产。
39.在本技术方案中，所述的氮气循环风机48入口端的氮气回流管61上设有氮气注入支管63并持续注入氮气使窑腔及相关管道呈微正压抵挡外部的空气进入。
40.在本技术方案中，所述的窑炉1内腔的烧成段12内设有多根电热棒8。
41.实施例3与实施例2的主要差别别在于，实施例3取消了设于窑腔顶部的废气出口和废气焦油收集器以及相关管道，这样煅烧过程所产生的焦油挥发物全部通过回流氮气收集器收集，取消了废气出口后，窑炉的气密性更高，可减少维持窑腔正压所需的氮气注入量而节约运行费用。
42.以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本发明的保护范围内。