一种用于锂电池负极材料的预碳化装置的制作方法

1.本实用新型属于负极材料预碳化技术领域，更具体地说，涉及一种用于锂电池负极材料的预碳化装置。


背景技术：

2.传统的负极材料预碳化装置主要有辊道窑、推板窑等。辊道窑以辊棒为传动介质、通过电机带动辊棒在原地转动，和匣钵或移进板产生摩擦力使和匣钵或移进板往前移动。推板窑以推板为传动介质，在推板上放置匣钵或坩埚，通过液压站的推力推动推板使物料向前移动。这两种窑产量低、能耗高、占地面积大，皆不如外热式回转窑高温加热预碳化负极材料技术。
3.现有的回转窑高温预碳化负极材料装置产量高、能耗较低，但存在进料量波动大、原料损耗高、与挥发分接触的设备及管道容易堵塞、余热回收利用率不足等缺陷，不仅增加了能耗，而且很难长时间稳定运行。
4.经检索，中国专利申请号为202210316063.2，公开日为2022.07.22的申请案，公开了一种锂离子电池石墨类负极材料炭化处理系统及其炭化处理工艺，包括一高温炭化回转窑，高温炭化回转窑包括可转动的筒体；筒体包括预热段、高温加热段以及冷却段；在预热段与高温加热段的外部设有加热体对筒体进行加热。炭化处理工艺如下：使高温炭化回转窑达到可工作状态；将经过包覆后的石墨类负极材料原料送入到高温炭化回转窑中；石墨类负极材料原料在高温炭化回转窑的筒体内部依次经过预热段、高温加热段后，再冷却降温后即到炭化的石墨类负极材料。该申请案采用回转窑进行高温炭化，解决了传统炭化方式导致能耗高、产能低、匣钵容器消耗量大的问题。但针对挥发分容易堵塞管道、余热回收利用率不足等缺陷，并未得到有效解决。


技术实现要素：

5.1、要解决的问题
6.针对以上现有技术中存在的至少一些问题，本实用新型提供了一种用于锂电池负极材料的预碳化装置。采用本实用新型的技术方案不仅可以对余热进行循环利用，减少能耗，提高产量；还可以有效防止挥发分对设备及管道造成堵塞。
7.2、技术方案
8.为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
9.本实用新型的一种用于锂电池负极材料的预碳化装置，包括外热式回转窑，所述外热式回转窑的烟气进口连接烟气发生系统，烟气出口连接烟气循环系统；所述烟气循环系统的出口分为两路，一路与烟气发生系统相连通，另一路与热解气净化系统的伴热管道相连通，该伴热管道用于对热解气净化系统进行伴热；所述的热解气净化系统一端与外热式回转窑的出料口相连通，另一端与烟气发生系统相连通。
10.进一步地，所述的烟气循环系统包括相互连通的换热器和烟气风机，其中，烟气风
机的进口与外热式回转窑的烟气出口相连接，换热器位于烟气发生系统的助燃空气输送管路上。
11.进一步地，所述的热解气净化系统包括相互连通的热解气风机和净化器，其中，净化器与外热式回转窑的出料口相连接，热解气风机与热风炉相连通。
12.进一步地，所述的烟气发生系统包括相互连通的助燃风机和热风炉，该助燃风机用于输送助燃空气，热风炉与外热式回转窑的烟气进口相连通。
13.进一步地，所述外热式回转窑的窑尾端连接有冷却风机。
14.进一步地，所述的外热式回转窑连接有进料系统，该进料系统包括依次连接的原料仓、中间料仓、定量给料机以及回转窑给料机，其中，回转窑给料机的出料口与外热式回转窑的进料口相连接。
15.进一步地，所述的外热式回转窑还连接有出料系统，该出料系统包括依次连接的冷却窑给料机、冷却窑、管链输送机以及成品料仓，其中，冷却窑给料机的进料口与外热式回转窑的出料口相连接。
16.进一步地，所述的定量给料机为螺旋式定量给料机，且该螺旋式定量给料机的出料口高于进料口。
17.3、有益效果
18.相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：
19.(1)本实用新型的一种用于锂电池负极材料的预碳化装置，所述烟气循环系统的出口分为两路，一路与烟气发生系统相连通，另一路与热解气净化系统的伴热管道相连通；这样设计，使得与负极材料换热后的烟气一部分进入换热器预热助燃空气，提高助燃空气温度的同时，提高能量了利用率；另一部进入伴热管道，对净化器、热解气风机、挥发分管道进行伴热，防止挥发分遇冷析出大量的焦油，粘结净化器、堵塞管道，使装置运行更加稳定。
20.(2)本实用新型的一种用于锂电池负极材料的预碳化装置，热解气净化系统包括相互连通的热解气风机和净化器，热解气风机将窑尾抽至负压，负极材料受热产生的挥发分源源不断从窑尾进入净化器，将挥发分中的负极材料过滤，再送入热风炉内燃烧，避免负极材料的损耗。
21.(3)本实用新型的一种用于锂电池负极材料的预碳化装置，进料系统选用螺旋式定量给料机，进料控制更加稳定均匀，减少装置运行中工况出现较大波动，有效避免瞬间出现较大下料量的情况；另外，螺旋式定量给料机整体具有一定的倾斜角度，可保证物料输送的连续性，还能起到一定的密封效果。
22.(4)本实用新型的一种用于锂电池负极材料的预碳化装置，冷却窑出口设置管链输送机，将物料提升并输送至成品料仓内，解决了空间上的限制，后续可选择多种接料方式；另外，采用管链输送机进行输送，可以避免采用气力输送方式输送介质对冷却窑系统的压力影响。
附图说明
23.图1为本实用新型的预碳化装置的各部件连接示意图。
24.图中：1、助燃风机；2、原料仓；3、中间料仓；4、定量给料机；5、回转窑给料机；6、换热器；7、烟气风机；8、外热式回转窑；9、热解气风机；10、净化器；11、热风炉；12、冷却窑给料
机；13、冷却窑；14、管链输送机；15、成品料仓；16、冷却风机；17、伴热管道。
具体实施方式
25.下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。
26.实施例1
27.本实施例的一种用于锂电池负极材料的预碳化装置，利用外热式回转窑8对负极材料进行加热，通过带倾斜角度筒体的回转运动，带动负极材料在筒体内做翻转式螺旋运动，热烟气对筒体内的物料进行加热。原料负极材料在高温受热运行过程中挥发分不断释放，得到合格的负极材料产品。
28.如图1所示，本实施的整套装置包括进料系统、烟气发生系统、热解气净化系统、烟气循环系统以及出料系统。其中，所述外热式回转窑8的进料口连接进料系统，出料口连接出料系统。外热式回转窑8的烟气进口连接烟气发生系统，烟气出口连接烟气循环系统；所述烟气循环系统的出口分为两路，一路与烟气发生系统相连通，另一路与热解气净化系统的伴热管道17相连通，该伴热管道17用于对热解气净化系统进行伴热；所述的热解气净化系统一端与外热式回转窑8的出料口相连通，另一端与烟气发生系统相连通。
29.具体地，所述的烟气发生系统包括相互连通的助燃风机1和热风炉11，该热风炉11与外热式回转窑8的烟气进口相连通。天然气燃料以及助燃空气经热风炉11燃烧后产生高温烟气，进入外热式回转窑8为筒体内的负极材料进行预炭化处理。其中，负极材料加热后产生的挥发分又重新进入热风炉11进行燃烧，产生热量。
30.所述的烟气循环系统包括相互连通的换热器6和烟气风机7，其中，烟气风机7的进口与外热式回转窑8的烟气出口相连接。与负极材料换热后的烟气依然具有较高的温度，烟气风机7将换然后的烟气一部分用于对助燃空气进行预热。这样，在提高助燃空气温度的同时，还提高能量了利用率。
31.具体到本实施例中，助燃空气通过助燃风机1进入热风炉11，通过在助燃空气进入热风炉11之前的管路上设置换热器6，换然后的烟气经过换热器6与助燃空气进行换热，从而实现对助燃空气的预热处理。
32.所述的热解气净化系统包括相互连通的热解气风机9和净化器10，其中，净化器10与外热式回转窑8的出料口相连接，热解气风机9与热风炉11相连通。负极材料在加热过程中产生的挥发分，在外热式回转窑8的尾部被热解气风机9抽入净化器10内，经净化器10过滤掉负极材料后，挥发分进入热风炉11内参与燃烧，过滤得到物料进入出料系统，从而减少了负极材料的消耗，提高原料回收率。
33.为了防止挥发分在热解气净化系统中发生冷凝现象，所述的热解气风机9、净化器10以及挥发分流通管道上均包覆有伴热管道17。烟气风机7将换然后的烟气另一部分进入伴热管道17，对净化器10、热解气风机9以及挥发分管道进行伴热，防止挥发分遇冷析出大量的焦油，粘结净化器、堵塞管道，从而保证了装置运行的稳定性。伴热后的烟气回到烟气风机进口。
34.所述的外热式回转窑8连接有进料系统，该进料系统包括依次连接的原料仓2、中间料仓3、定量给料机4以及回转窑给料机5。其中，回转窑给料机5的出料口与外热式回转窑8的进料口相连接。
35.负极材料先进入原料仓2，再进入中间料仓3，两仓中间设置阀门，原料仓2进料过程中阀门关闭，中间料仓3设置称重装置。负极材料从中间料仓3进入定量给料机4连续、均匀的进入外热式回转窑8。
36.该进料系统采用双料仓组合的进料形式，避免负压输送上料装置的抽负压能力对回转窑内的压力影响。同时，选用螺旋式定量给料机，进料控制更加稳定均匀，减少装置运行中工况出现较大波动，有效避免瞬间出现较大下料量的情况。另外，螺旋式定量给料机的出料口高于进料口，该螺旋式定量给料机的整体倾角≥15
°
，可保证物料输送的连续性，还能起到一定的密封效果。
37.所述的外热式回转窑8还连接有出料系统，该出料系统包括依次连接的冷却窑给料机12、冷却窑13、管链输送机14以及成品料仓15。其中，冷却窑给料机12的进料口与外热式回转窑8的出料口相连接。冷却窑13出口设置管链输送机14，将物料提升并输送至成品料仓15内，解决了空间上的限制，后续可选择多种接料方式。同时，采用管链输送机14进行输送，可以避免采用气力输送方式输送介质对冷却窑系统的压力影响。
38.另外，所述外热式回转窑8的窑尾端连接有冷却风机16。该冷却风机16用于窑尾托辊与滚圈降温，有利于延长设备的使用寿命。
39.本实施的一种用于锂电池负极材料的预碳化装置，主要工艺流程如下：负极材料通过进料系统定量、均匀、连续且稳定的进入加热窑；烟气发生系统主要是燃料(天然气)、助燃空气及负极材料预碳化产生的挥发分在热风炉11内燃烧产生高温热烟气，该高温烟气对窑体内的负极材料进行预炭化处理，预炭化后的物料经出料系统冷却后输送至成品料仓15中。
40.预炭化过程中产生的挥发分经热解气净化系统进行固气分离，挥发分进入热风炉11内燃烧，过滤的固体物料进入出料系统。其中，与负极材料换热后的烟气一部分进入换热器6对助燃空气进行预热，一分部进入伴热管道17对热解气风机9、净化器10以及挥发分管道进行伴热。
41.以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。