一种预处理废旧锂电池中焙烧系统的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及新能源锂离子电池回收领域，特别涉及一种预处理废旧锂电池中焙烧系统的控制系统及方法。

背景技术

锂离子回收可以减少环境污染，同时可以实现锂等不可再生的金属资源的回收利用。传统的锂电池回收一般会经过破碎、拆解、焙烧、溶出等多个环节，每个环节之间通过传输机构进行中间料的传输，从而完成整个回收的流程。焙烧是锂电池回收的主要流程，其对拆解、预处理后的锂电池进行焙烧还原方式获取对应的金属料，如专利申请号为201010262198.2的一种从废旧锂电池回收有价金属的方法，其具体公开：,将放电后的废旧锂电池机械粉碎,高温350℃-400℃煅烧,得到含钴、铜和铝的物料,再加入含量为5％-10％的氢氧化钠溶液,反应2-3小时,对碱液过滤,洗涤,干燥得到含钴、铜的物料,对含钴、铜的物料加入一定浓度的硫酸和Na2S2O3,搅拌溶解,加入萃取剂萃取铜,对萃取铜后的溶液加入萃取剂萃取钴。本发明的方法简单、高效,回收成本低。

由此可见，焙烧是锂电池回收中的一个重要组成部分，焙烧一般处于焙烧窑中进行，对拆解、预热后的锂电池料进行充分焙烧。焙烧系统是回收的重要部分，但是考虑到焙烧所采用的温度是高温甚至于超高温，一旦生产流程中出现问题，就会造成生产安全事故，传统的焙烧系统的控制仅仅只考虑能够正常工作，但是对于误操作、安全规范控制等考虑较少一旦出现安全事故，轻则造成焙烧系统的设备损坏，重则造成安全事故，因此需要对焙烧系统的安全进行控制，保证被烧系统的安全可靠允许。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种预处理废旧锂电池中焙烧系统的控制系统及方法，通过对焙烧系统进行安全控制、启动配合控制而提高焙烧系统的安全运行。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种预处理废旧锂电池中焙烧系统的控制系统，包括预热子系统，所述预热子系统对拆解后的锂电池进行预热；所述预热子系统包括预热器、预热器链板机设备、链板机下线的输送和处理设备、抽风风机、氧含量传感器以及DCS系统，所述预热器链板机设备、链板机下线的输送和处理设备、抽风风机、氧含量传感器的输出端连接至DCS系统，所述DCS系统根据预热器链板机设备、链板机下线的输送和处理设备、抽风风机、氧含量传感器传来的状态信号来控制预热器的开启与关闭以及预热器链板机的开启与关闭；所述DCS系统输出端连接预热器出口液压阀门，用于控制液压阀门按照设定的时间开启闭合。

所述DCS系统的输出端连接至现场警铃，用于在预热器设备开启时发出报警信号。

所述控制系统还包括取风子系统，所述取风子系统包括三次风管送风风机、预热器出口风机、焙烧窑出口旋风筒、焙烧窑入口气动执行器、取风风机，所述DCS系统控制三次风管送风风机、预热器出口风机、焙烧窑出口旋风筒、焙烧窑入口气动执行器、取风风机按照设定的逻辑启动运行。

所述系统还包括破碎子系统，所述破碎子系统包括初级破碎袋收尘风机、初级破碎袋收尘回转下料器、链板输送机、链板输送机冷却风机、二级双轴撕碎机、一级双轴撕碎机，所述DCS系统依次控制初级破碎袋收尘风机、初级破碎袋收尘回转下料器、链板输送机、链板输送机冷却风机、二级双轴撕碎机、一级双轴撕碎机的启动实现对于破碎系统的启动控制。

焙烧窑入口料仓料仓袋收尘袋、焙烧窑入口料仓料袋收尘回转下料器、焙烧窑入口料仓料袋收尘风机、1#斗提机，所述DCS系统分别控制焙烧窑入口料仓料仓袋收尘袋、焙烧窑入口料仓料袋收尘回转下料器、焙烧窑入口料仓料袋收尘风机的工作并基于焙烧窑入口料仓料仓袋收尘袋、焙烧窑入口料仓料袋收尘回转下料器、焙烧窑入口料仓料袋收尘风机的工作状态来控制1#斗提机的开启。

所述控制系统还包括预热后的冷却输送系统，所述冷却输送系统包括单轴水冷螺旋运输机、双轴水冷螺旋机以及单轴水冷螺旋温度传感器，所述DCS系统的输入端连接单轴水冷螺旋温度传感器，所述DCS系统的输出端连接单轴水冷螺旋运输机、双轴水冷螺旋机以及单轴水冷螺旋温度传感器，用于根据顺控流程控制其启动工作。

所述控制系统还包括用于提供热风的热风炉系统，所述DCS系统获取热风炉状态信息并确认热风炉是否处于备妥状态，并在处于备妥状态后，依次控制热风炉入口燃料执行器、热风偶燃料电磁阀，实现对于热风炉的点火启动。

所述控制系统还包括焙烧炉输出料水冷控制系统，所述焙烧炉输出料水冷控制系统包括溶出未料仓袋收尘袋、溶出未料仓袋收尘回转下料器、溶出未料仓袋收尘风机、2#斗提机、水冷螺旋运输机，所述DCS系统根据获取的启动信号来控制溶出未料仓袋收尘袋、溶出未料仓袋收尘回转下料器、溶出未料仓袋收尘风机、2#斗提机、水冷螺旋运输机按照预设的顺控模式启动。

所述热风炉高温气体通道控制子系统，其包括烟囱入口电动执行器、锅炉风机气动执行器、风炉出口风机，所述DCS系统根据接收到的通道启动信号来控制烟囱入口电动执行器、锅炉风机气动执行器、风炉出口风机按照预设模式启动工作。

一种预处理废旧锂电池中焙烧系统的控制方法，通过DCS系统根据预热器链板机设备、链板机下线的输送和处理设备、抽风风机、氧含量传感器传来的状态信号来控制预热器的开启与关闭以及预热器链板机的开启与关闭；所述DCS系统输出端连接预热器出口液压阀门，用于控制液压阀门按照设定的时间开启闭合。

本发明的优点在于：通过引入的DCS实现对于焙烧系统的各个组成部件的启动控制进行顺控和连锁控制，实现焙烧系统的启动和工作更加安全可靠，保证了系统的安全有效运行，避免认为操作造成的误操作，进而避免误操作带来的安全隐患。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明控制系统原理图；

图2为本发明预热子系统原理图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

焙烧系统一般是针对锂电池回收过程中的锂电池组件进行焙烧从而为后续的回收提供基础，一般流程是拆解成电池单元或电池单体的电池首先经过预热器及其相关部件实现预热，除去电池中的液体，对液体进行烘干预热操作，然后将干燥的锂电池进行破碎分拣后送入到焙烧炉中进行焙烧进而得到电池料，为后续的溶出提供基础。为了焙烧系统中各部件的可控有效运行，本申请通过DCS模块引入顺序控制策略，从而实现系统的有效可靠运行。具体方案如下：

如图1、2所示，一种预处理废旧锂电池中焙烧系统的控制系统，包括预热子系统，预热子系统对拆解后的锂电池进行预热；预热子系统包括预热器、预热器链板机设备、链板机下线的输送和处理设备、抽风风机、氧含量传感器以及DCS系统，所述预热器链板机设备、链板机下线的输送和处理设备、抽风风机、氧含量传感器的输出端连接至DCS系统，所述DCS系统根据预热器链板机设备、链板机下线的输送和处理设备、抽风风机、氧含量传感器传来的状态信号来控制预热器的开启与关闭以及预热器链板机的开启与关闭；DCS系统输出端连接预热器出口液压阀门，用于控制液压阀门按照设定的时间开启闭合。DCS系统的输出端连接至现场警铃，用于在预热器设备开启时发出报警信号。

废旧锂电池在预热处理过程启动时，为确保预热器中链板机设备在正常所需环境下启动，减少对设备及投入电池的损伤，同时为减少操作流程，在DCS系统中设计了一条顺控启动流程。在顺控启动的流程中，设计一条顺控启动流程，为确保预热器中链板机设备在正常所需环境下启动，流程中着重反映出与预热器链板机所相关的其他设备仪表的状态，当其他设备和仪表处于脱离、故障或者报警状态时该顺控流程便不能正常启动。

首先预热器链板机设备需处于备妥状态，链板机下线的输送和处理设备处于开启状态，同时为确保预热器内部一直处于负压状态，抽风风机需要提前开启，同时需要确保预热器舱内氧含量不超过既设报警值，当顺控所需设备参数达到满足运行条件时，该项示色会变为绿色；

其次，设备开启时现场会有警铃报警，警示现场人员有设备开启注意自身安全，预热器出口液压阀门会处于自动状态，按照既定时间开启闭合，以配合电池出料；

最后，预热器链板机开启；

同理，设备停止顺序会按照与开启顺序相反的方向进行。

实际上预热器关联设备有各运输结构及热空气输入系统，通过热空气进行预热控制，运输机构用于给料和出料的运输控制。废旧锂电池在预热处理过程中，为规范操作流程，减少生产过程中的误操作，在DCS系统中设计了一条顺控启动流程。

首先，锂电池投料设备需处于备妥状态，需要预热器链板机、预热器出口风机、1#取风风机、2#取风风机处于运行状态；预热器入口气动阀门处于开启状态、热器入口电动执行器处于非关闭状态、1#预热器入口闸板阀、2#预热器入口闸板阀、3#预热器入口闸板阀都在自动状态且调整为自动模式；预热器推料小车处于开限位态且调整为自动模式；热器舱内氧含量不超过既设报警值；预热器具有入料口、出料口以及气体进入口等。

其次；由现场手动按下打开按钮后开启1#预热器入口闸板阀、3#预热器入口闸板阀投入废旧锂电池，确保电池已经完全投入之后，由现场手动按下关闭按钮关闭1#预热器入口闸板阀、3#预热器入口闸板阀；

接着，在确认1#预热器入口闸板阀、3#预热器入口闸板阀已经完全关闭状态后，处于2#预热器入口闸板阀(1SG03)自动打开，预热器推料小车自动完成一次进退的推料操作，再次处于开限位状态后2#预热器入口闸板阀自动关闭，完成一次锂电池投料操作。

废旧锂电池在预热处理前，需要引入自水泥窑窑尾高温气体，用于废旧锂电池预处理和回转窑焙烧，为规范操作流程，减少生产过程中的误操作，在DCS系统中设计了一条顺控启动流程。包括三次风管送风风机、预热器出口风机、焙烧窑出口旋风筒、焙烧窑入口气动执行器、取风风机，所述DCS系统控制三次风管送风风机、预热器出口风机、焙烧窑出口旋风筒、焙烧窑入口气动执行器、取风风机按照设定的逻辑启动运行。在顺控启动的流程中，为确保整套引风系统可以正常开启，确保在开启引风过程中其他相关配合设备处于正常状态，设置连锁控制当其他设备和仪表处于脱离、故障或者报警状态时该顺控流程便不能正常启动，同时可以避免设备误操作。

首先，所需开启设备需进入远程备妥状态，预热器出口气动执行器处于开启状态，预热器入口电动执行器处于关闭状态，1#取风旋风筒中的温度检测设备没有发出高温报警指示，便已经具备开启设备条件。

其次，点击一键启动按钮，现场警铃报警，提醒现场人员设备已经进入开启流程，三次风管送风风机电动执行器需处于关闭状态，三次风管送风风机启动，接着预热器出口风机焙烧窑出口旋风筒进入自动模式，随后自行开启。

接着预热器出口风机开始运行预热器入口气动执行器进入自动模式并开启；焙烧窑出口旋风筒回转阀关闭，焙烧窑出口旋风筒进入自动模式，随后开启，焙烧窑入口气动执行器同步开启。

然后，水泥厂2#取风风机电动执行器关闭，水泥厂2#取风风机进入自动模式随后开启，在水泥厂高温袋收尘风机出口电动执行器开度小于5％的情况下开启高温袋收尘系统。

最后开启1#取风风机，完成取风流程。

废旧锂电池在预热处理之后，需要通过一次初级的破碎系统，将已经蒸发完成电解液的废旧锂电池进行破碎，仪表更好的分离锂电池中的物质。为规范操作流程，减少生产过程中的误操作，在DCS系统中设计了一条顺控启动流程。破碎子系统包括初级破碎袋收尘风机、初级破碎袋收尘回转下料器、链板输送机、链板输送机冷却风机、二级双轴撕碎机、一级双轴撕碎机，所述DCS系统依次控制初级破碎袋收尘风机、初级破碎袋收尘回转下料器、链板输送机、链板输送机冷却风机、二级双轴撕碎机、一级双轴撕碎机的启动实现对于破碎系统的启动控制。

在顺控启动的流程中，为确保整套破碎系统可以正常开启，确保在初级破碎过程中其他相关配合设备处于正常状态，设置连锁控制当其他设备和仪表处于脱离、故障或者报警状态时该顺控流程便不能正常启动，同时可以避免设备误操作。

首先，开启之前需要确认破碎后的原料仓的重量和温度均在高报警值以下，初级破碎袋收尘风机电动执行器开度小于5％。

其次，一键启动后，现场警铃报警，提醒现场人员设备已经进入开启流程，初级破碎袋收尘、初级破碎袋收尘风机、初级破碎袋收尘回转下料器同时开启，链板输送机进入自动模式。

接着，链板输送机、链板输送机冷却风机、破碎机液压站、二级双轴撕碎机、一级双轴撕碎机依次启动，完成设备开启。

焙烧窑入口料仓料仓袋收尘袋、焙烧窑入口料仓料袋收尘回转下料器、焙烧窑入口料仓料袋收尘风机、1#斗提机DCS系统分别控制焙烧窑入口料仓料仓袋收尘袋、焙烧窑入口料仓料袋收尘回转下料器、焙烧窑入口料仓料袋收尘风机的工作并基于焙烧窑入口料仓料仓袋收尘袋、焙烧窑入口料仓料袋收尘回转下料器、焙烧窑入口料仓料袋收尘风机的工作状态来控制1#斗提机的开启。

废旧锂电池在初级破碎处理之后，需要通过一套水冷输送系统，将破碎后的锂电池原料输送至下一阶段进行更详细的破碎分选。为规范操作流程，减少生产过程中的误操作，在DCS系统中设计了一条顺控启动流程。预热后的冷却输送系统包括单轴水冷螺旋运输机、双轴水冷螺旋机以及单轴水冷螺旋温度传感器，DCS系统的输入端连接单轴水冷螺旋温度传感器，DCS系统的输出端连接单轴水冷螺旋运输机、双轴水冷螺旋机以及单轴水冷螺旋温度传感器，用于根据顺控流程控制其启动工作。首先，使所需开启的设备均保持在中控控制状态，提前开启1#带式输送机，确认单轴水冷螺旋温度低于预设报警值，通过一键启动，开启响铃提醒现场人员输送机启动流程开启。接着，单轴水冷螺旋以6HZ频率启动，而后双轴水冷螺旋以2HZ频率启动，完成输送系统的启动流程。

废旧锂电池处理系统中有一套热风炉设备，用于给回转窑和预热器进行加热和保温，在启动之前需要打开通向厂区外部的烟囱通道。为规范操作流程，减少生产过程中的误操作，在DCS系统中设计了一条顺控启动流程。DCS系统获取热风炉状态信息并确认热风炉是否处于备妥状态，并在处于备妥状态后，依次控制热风炉入口燃料执行器、热风偶燃料电磁阀，实现对于热风炉的点火启动。

首先，使所需开启的设备均保持在中控控制状态，按下一键启动之后，现场响铃开始报警，警示现场人员烟道开启流程已经开始，做好自身防范。

当选择了开启通向烟囱的热风风道后烟囱入口电动执行器会完全开启，接着关闭通向AQC锅炉风机气动执行器完成通向烟囱的热风通道的开启。完成热风通道的开启过程。

最后热风炉出后风机和热风炉出口风机切换到自动模式，随机依次自动开启，完成开机流程。

废旧锂电池在经过破碎分选过后，得到了需要进行下一步焙烧操作的混合物，需要进行存储定量送入焙烧窑进行焙烧试验。为规范操作流程，减少生产过程中的误操作，在DCS系统中设计了一条顺控启动流程。首先，使所需开启的设备均保持在中控控制状态，确认溶出喂料仓重量未达到预设的报警值，可以进行操作。

一键启动后，现场警铃报警，提醒现场人员设备已经进入开启流程，焙烧窑入口料仓料仓袋收尘、焙烧窑入口料仓料袋收尘回转下料器、焙烧窑入口料仓料袋收尘风机同时开启，1#斗提机进入自动模式。最后，1#斗提机开启，完成输送系统的启动流程。

在废旧锂电池处理系统中有一套热风炉设备，作用是为了给处理系统中的预热器和回转窑设备提供高温气体。该套设备可产生上千度的高温气体，属于特种设备，启动时需要多出设备共同配合相互作用。为规范操作流程，减少生产过程中的误操作，在DCS系统中设计了一条顺控启动流程。

热风炉高温气体通道控制子系统，其包括烟囱入口电动执行器、锅炉风机气动执行器、风炉出口风机，所述DCS系统根据接收到的通道启动信号来控制烟囱入口电动执行器、锅炉风机气动执行器、风炉出口风机按照预设模式启动工作。首先，使所需开启的设备均保持在中控控制状态，周边设备和环境检测设备均不存在报警和故障状态。

设备开启前需要确认热风炉入口所有阀门均处于关闭状态，通往AQC锅炉高温烟道处于畅通状态，提前开启热风炉出口风机和热风炉入口风机，热风炉内部温度和压力并不处于报警状态，热风炉出口管道压力小于-50Pa，此时整套热风炉设备才正式处于备妥状态，可以启动。

一键启动后，现场警铃报警，提醒现场人员设备已经进入开启流程，开启热风炉助燃风机启动，向热风炉内部吹入空气，保证炉内没有残留天然气。在规定时间后依次开启1#热风炉入口燃料气动执行器和3#热风炉入口燃料气动执行器完成炉内点火工作，在确认已经完成点火工作后开启2#热风炉入口燃料气动执行器和热风炉入口燃料电磁阀给进更多燃料，完成热风炉设备的启动工作。

本申请还提供一种预处理废旧锂电池中焙烧系统的控制方法，通过DCS系统根据预热器链板机设备、链板机下线的输送和处理设备、抽风风机、氧含量传感器传来的状态信号来控制预热器的开启与关闭以及预热器链板机的开启与关闭；所述DCS系统输出端连接预热器出口液压阀门，用于控制液压阀门按照设定的时间开启闭合。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。