锂电池行业导热油供热系统应用及研究

锂电池行业导热油供热系统应用及研究

陈刘悦  丁翔  项赵成

武汉东研智慧设计研究院有限公司

摘要：介绍导热油系统在锂电池行业中的应用，详细叙述导热油系统对比传统蒸汽系统在节能、经济性等方面的优势，并畅想导热油在未来锂电池行业中的应用。

关键词： 锂电池行业；导热油；系统优势

1、概述

近些年来，我国新能源汽车产业发展迅速，动力电池的需求也在逐年增长。与此同时，

新能源行业的快速发展，促使储能锂电池的需求也不断扩大。锂电池生产企业面临技术革新、成本偏高等诸多问题，其中锂电池正负极材料涂布烘干过程中，热负荷大、能耗高，企业对生产过程的节能减排、降本增效、安全生产等方面尤为关注。因此，作为锂电池企业 “安全节能、降本增效”的重要环节，导热油加热替代传统的蒸汽加热，在锂电池行业得到广泛的应用。

2、导热油在电池工厂应用介绍

2.1 导热油系统简介及系统组成

导热油属于间接加热系统，系统主要由热油循环系统、安全控制系统、锅炉燃烧及烟风系统等组成，主要设备有：导热油炉本体、鼓风机、空预器、循环油泵、注油泵、油气分离器、高位膨胀罐、低位储油罐及各类仪表阀门等。

2.2 典型的工艺流程

导热油系统：注油泵将槽车内的导热油输送到高位膨胀罐内，导热油通过高位膨胀罐的液位差注入系统，导热油注满后，循环泵启动使导热油在整个系统内循环，部分导热油溢流进入储油罐。启动导热油炉的燃烧系统，加热系统内的导热油，逐步使导热油的供油温度升高到涂布烘箱的需求温度。导热油在涂布烘干段内释放热量后，经热油循环泵加压后送入导热油炉内再加热，如此循环。

3、导热油供热系统的优势

传统的间接传热方式是用蒸汽作为传热介质，蒸汽具有良好的热力学特性，但也存在一些自身的弱点，使供热系统节能管理和维护方面较为复杂。

蒸汽系统在启动、停汽、给水品质、冷凝水回收、冷凝水污染及管线堵塞、疏水器失效、设备及管线腐蚀、冬季管线防冻、炉水化学处理和工作压力高等方面存在一定问题。而导热油系统是避免上述蒸汽系统存在问题的理想替代传热介质；相对于传统的蒸汽供热，导热油具有以下优点：

3.1 热损失少、节约能源、降低能耗

导热油作为传热介质，最主要的优点是提高了加热炉及供热系统的综合热效率，可以取得显著的节能效果，给用户带来较大的经济效益。统计数据显示，在供热能力和运行条件相同的情况下，导热油系统与蒸汽系统相比，综合热效率可以提高20%以上。

导热油系统较蒸汽系统节能，主要在于传热介质及其物理特性不同，系统设计条件和运行方式不同造成两种系统的热损失差别较大。

(1)在冷态启动条件下，导热油加热炉较蒸汽锅炉升温时间更短，减少了加热设备自身的热能损失。

(2)在蒸汽系统中，为了降低炉水中的含盐量，需要通过连续排污不断排出含盐量较高

的炉水，连续排污过程中造成的系统热损失平均为3%～5%。而导热油炉在正常操作条件下不会产生这个问题，从而可以获得更高的热效率。      

(3)对于蒸汽系统的冷凝水回收，而涂布烘箱内温度一般要求不低于120℃，造成凝结水温度及压力也相对较高，而且凝结水背压不稳定，很难实现闭式凝结水的可靠回收。因此目前电池工厂普遍使用开式回收系统，凝结水回水温度较高，二次闪蒸汽量较大，一般会产生涂布工序蒸汽耗量8~10%左右的闪蒸气，造成凝结水浪费及热量损失。

蒸汽系统正常运行时在疏水过程中会泄漏出少量蒸汽；而导热油系统为闭式循环，除事故泄漏和系统表面散热外基本无排放和其他热损失，其综合热效率可达90%以上,因此导热油系统在节能方面有较大优越性。

3.2 低压运行，可供高温，安全可靠 

对锂电池涂布烘干工序，为保证NMP的蒸发速率及效率，蒸汽供热时温度一般要求不低于170℃，导热油供热的一般供油温度为220~250℃。

导热油供热系统中，通过导热油液相强制循环传递热量，输送压力一般可控制在0.5MPa~0.7MPa之间，其供热温度可达300℃以上；而蒸汽锅炉供热温度在170℃时，供汽压力已达0.8MPa，若要进一步提高温度，供汽压力需相应上升，造成整个系统的压力等级提高，不但工程造价更高，而且不安全因素也很大。

3.3 温度稳定、精准度高           

导热油供热系统可根据不同用户的需求实现自控，具有不同供热需求的工艺热用户均可在导热油系统中得到满足，每一个热用户可通过独立的温度控制系统实现对设备的精确温控，保证温度波动范围达到±1℃；且热惰性较强，在锅炉事故停炉情况下，可以保持供热温度不会快速降低。而蒸汽系统供热影响因素多，不易控制，温度波动范围较大。

3.4 系统简单，设备投资更低

导热油供热系统减少了蒸汽系统的给水、炉水及回水处理系统，操作简单，节约水资源。

通过以上对比可以看出，导热油在高温换热条件下相比蒸汽的优势比较明显，相信以后在锂电池工厂使用会越来越普遍。

4、工程应用

     综合上述分析，通过工程案例对导热油供热系统与蒸汽供热系统在节能和经济性方面进行分项量化比较，并对综合热效率进行评价。

4.1 节能与经济性对比

(1) 导热油锅炉热效率一般为90%~94%；冷凝蒸汽锅炉热效率可达到100%以上。

(2) 蒸汽锅炉连续排污热损失平均为3%～5%，因水质问题导致锅炉受热面结垢造成的热损失平均为5%～10%；两项热损失之和可考虑8%～10%。

(3) 根据涂布烘箱的用热温度，蒸汽凝结水二次闪蒸汽损失可能达到8%~10%。

(4) 疏水器泄漏造成的热损失，估算为 3%左右。

综上所述，导热油系统与蒸汽系统相比，系统综合热效率可以提高20%以上。

4.2 实际工程案例

某年产3GWH锂电池项目，电芯车间涂布烘干工序主要原辅材料消耗情况如下：

表1   主要原辅材料需求量

表2  主要物料的理化性能

涂布烘干工序的温度设计要求：初始温度20℃，烘干温度130℃。

根据比热容法进行耗热量计算，本项目正负极浆料在涂布机中进行烘干，年用热量Q1计算如下：

Q1=c1m1△t1+ c2m2△t1+ c3m3△t1+ c4m4△t1+ c5m5△t1+λ1m4 +λ1m5

=13933643000kJ=13934GJ

考虑涂布机实际运行的热效率为70%（保温需热、余热回收等折入热效率），则总需热量：Q2=13934/70%=19906GJ。

结合系统综合热效率，采用导热油系统比蒸汽系统预计每年可节省4000GJ的热量，折

算约11万m³天然气；根据当地4元/m3的气价，每年可节省约44万元，经济效益明显。

5、应用前景

    导热油供热系统比蒸汽系统有着明显优势，在锂电池行业将会有更加广阔的应用前景

在以下方面可能有更多应用：

（1）导热油系统在锂电池生产中主要用于涂布段加热，而电池生产对环境需求特别是空气湿度要求较为苛刻，故锂电池企业另一个用热大户为除湿机。除湿机再生热源一般采用蒸汽，若能采用导热油供热，既能简化系统，也能体现导热油系统的优势；一些厂商已做了研究及实践。

（2）目前国家低碳减排政策在不断深化、加强，绿电、储能的应用越来越广泛。电加热导热油锅炉或许会在今后许多工程项目中得以应用，配套绿电、储能等多种方式，既能满足国家低碳要求，也符合节能减排的形势。

参  考  文  献：

[1]  陈南岭， 导热油加热与蒸汽加热在节能方面的比较

[2]  齐鲁山，孙惠山  油化工行业大型液相导热油供热系统设计

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