专利名称：使用热回收制造水玻璃的方法和设备的制作方法
使用热回收制造水玻璃的方法和设备
本发明涉及在使用热回收的熔炉、优选槽炉中通过熔融原料并使其凝固来制备产品的方法，优选为制备玻璃、特别是水玻璃的方法，
制备水玻璃的综述可参见"Henkel-Referaten，， 34，1998，第7 13页。
在工业上根据三种方法制备水玻璃传统的槽炉中的熔融方法、回转窑中的熔融方法和水热法。
大部分工业中常见的碱金属硅酸盐由传统的熔融方法制备。用于制备固态钠水玻璃的苏打方法(Sodaverfahren)是一个高溫过程，其中沙子和苏打的混合物(混合料)在1300~1500。C的温度下在Siemens-Martin-蓄热炉类型的槽炉或在回转炉中碱性分解成水玻璃。用于燃烧的空气经通风设备和换向装置导入蓄热腔，并预热到约1200。C。
在该高温下，碱性苏打与石英砂反应形成硅酸钠。熔融的水玻璃将从熔炉中连续移出、冷却并送入仓库或直接送入溶解设备组(L6seaggregaten)。
在槽炉中的水溶性玻璃的制备参见图1。
在回转炉中进行制备时，将已经准备好的混合料加料入位于高处的炉
侧，并通过旋转圆筒形的熔炉将其从低温区域输送到高温区域。由此连续不断地形成稳定的新表面。通过齿轮传动装置、滚动传动装置或蜗轮传动装置，倾斜3-7°的熔炉围绕其轴非常缓慢的旋转。用油或气从下面的端部开始加热。玻璃熔融物(Glasschmelz)在位置较低的端部出料并送入后续加工。
由槽伊或回转炉制备的固态水玻璃不是作为固体材料，而是几乎仅作为水溶液使用，通常浓度为35%。为了进行这种制备，将从熔融过程得到的、冷却至300。C的固态玻璃块溶解在常压IO(TC和150:C之间的压力罐的水中。根据所需类型，继续加工所述溶液，即过滤、浓缩和需要时用无机添加剂或有才几添加剂改性。
在用水热法制备水玻璃时，在一个工作程序中最后进行分解和溶解过程。在该过程中，避开高温过程，在约200。C和约20巴高压的高压釜中从沙子和氢氧化钠溶液直接得到作为液态水玻璃的碱金属硅酸盐。除了钠水玻璃，还使用少量的钾水玻璃。因为硅酸钾是价格较高的产 品，所以仅在钠可能有干扰的情况下使用硅酸钾。
工业用熔炉中的熔化过程(例如玻璃和金属的熔化过程)在很高温度下
进行，因此消耗大量能量。从熔炉流出后，通常经过所谓的冷却带(Ktihlband) 导出熔融物的热量。通常这种热量的导出对于后续的加工步骤是必要的。 因此，所述熔融物的热容量表现为热损失。
在普遍的生产方法中，常常因随后的结晶作用而产生的废热根本没有 或者没有有效地在其他方面得到使用。到目前为止，还没有知道从熔炉产 生的熔化热的利用。
在常规的设备中，熔融物释放出的热量加热了冷却带的空间。这样一 来，这种高温的环境温度使熔炉附近的操作变得困难，并且损害设备操作 员的效能。
此外，在德国联邦环保局(Umweltbundesamt)2001年6月的报告"大体 积固体无机化学品，硅酸钠，，中，详细地公开了现有4支术中在制备硅酸钠 时的热回收设备。在回转炉中进行制备时，可用两种生产方案回收热量。 第一种是，通过废气即高温废空气预热在回转炉上面的端部加入的材料。 这点是可行的，因为在熔炉旋转的同时，沙子和苏打以与废气导向相反的 流向而导向。另一种是，废气从回转炉排出后，其残余热量通入同流换热 器以升温所需的燃烧空气，在同流换热器中废气从约60(TC冷却到200~250 。C。同时外部空气被升温到350~400°C，并且接着到达位于回转炉下面端部 的燃烧器(brennfackd)。
如在上述报告的第10页下半部分中所说明的，基于不同的槽炉中制备 过程的方法，投料和废气是不可能有对流流向的。因此，在现有技术中还 不存在如在回转炉中对原料的预热。在这种方法中已知的仅是，通过交替 使用更多的烟气通道(Rauchgasziige)对需要的燃烧空气进行预热。此处，热 烟气经砌起的通道排出，这样砌砖体得到了加热。在一定时间以后，该烟 气经另一通道排出。接着，仍然冷的燃烧空气流经被加热的通道，加热了 燃烧空气。通过各通道的有规律转换实现了准连续操作。
本发明目的在于，在本文开始时所述的方法中，同时实现节约能量、 提高槽炉的生产能力、改善劳动保护并且对于生产出的熔融玻璃消耗更少 的用以冷却传送带的冷却水。这里，所述水在冷却时喷洒在冷却带上并蒸发。
根据本发明，本文开始时所述方法中的目的通过下列方法得以实现 所制备产物(特别是在其凝固时)释放出的热量中的至少 一部分用于原料的预热。
根据本发明，至少部分地回收并重新利用刚制备出的仍熔融的水玻璃 的热容量，特别是其固化热。在现有技术中完全未知这种热量的利用，同 时在回转炉工艺中也没有这种利用。到目前已知的仅仅是回收来自废气或
废空气的热量。
在从属权利要求中提及了与本发明相关的有利设计方案。
本发明还涉及权利要求8和9的相关设备。
所述第一换热器设置在连续倾斜地向上运动的冷却带的周围和在冷却 带上方，其中熔融的水玻璃从槽炉滴到或流到冷却带上，从而在冷却带上 固化并冷却。在冷却带向底部倾斜地返回时，用水喷洒冷却带并以这种方 式冷却。同样倾斜并设置在冷却带上方的外壳加强了外壳与冷却带之间的 空气流，从而提高了从熔融玻璃或高温冷却带到外壳(同时是第一换热器) 的传热的对流部分。优选在外壳中设置平行于冷却带走向的(verlaufende)管 道，其中在高压下流动着热载体，特别是水。令人吃惊的是，以这种方式 将流入时的冷水(20 30 °C )力d热到至少约140 °C 。
此处，传热主要通过辐射进行。然而在本发明一个有利的设计方案中， 还可以通过在外壳上设置的附加废气烟自，其垂直向上引出并导致抽吸作 用增强，从而使气流速度从约lm/s增加到约2m/s。结果是，由于明显改善 了传热，温度提高约10%。
在下面所述的实施例中，所述第一换热器，即外壳，在与同样从下部 向上部输送的熔融水玻璃的同向流中工作。但是也可以是对流冷却，这甚 至也许是特别有利的。
通过回收高温熔融物的热容量，本发明导致例如蒸汽的产生。经熔融 物运输所产生的蒸汽可以用来例如加热原料。 一方面通过加热原料可以节 省能量。另一方面可以通过预热原料提高熔炉的生产能力，因为每单位时 间可以生产更多。除此之外，因为安装换热器以屏蔽高温产品，所以工作 安全性得到了提高。
此外，本发明还具有下列优点 通过预热原料节省能量
通过将高温冷凝物用于溶解过程而节省能量
进一步利用能量用于例如产生蒸汽
通过预热原料增加生产能力
改善了运行时的工作条件，这是因为环境温度的降低 提高了工作安全性
特别地，本发明在于，经冷却带通过新安装的换热器而回收目前作为 热量损失而散失的热量，并且回流继续用于加工。可使用该热量产生例如 过热的或饱和的蒸汽。
由换热器所产生的全部蒸汽或大部分蒸汽可以出售或用于其它方面。 一部分在第 一换热器中产生的蒸汽可以通入例如另 一个合适的换热器中以 预热原料。由此，节省了能量并增加了熔炉的生产能力。
从第二换热器流出的作为冷凝物的蒸汽流能用于另外的过程。当该从 第二换热器中出来的冷凝物直接用于其他过程时，可以相应地减少必需的 能量消耗。
以下结合附图详细说明本发明的实施例，也结合
现有技术。 图1根据现有技术制备水玻璃的示意图，
图2根据实施例的本发明方法和本发明设备的示意图(没有精确示出外 壳16周围的区域)，和
图3外壳16周围的区域
在所有附图中相同的符号具有相同的含义，因此如有可能只解释一次。 图1中示意性展示了根据现有技术的制备。经过带秤1和螺旋式混合 器2(Misch-Schnecke)将沙子和苏打送入熔炉3,用油燃烧器或气燃烧器4加 热熔炉3。或者可用电或结合使用所述加热方法进行加热。新鲜空气经鼓风 机5和蓄热腔6导入熔炉3。废气7从熔炉出来经第二蓄热腔8、废气冷却 器9和电过滤器(Elektrofilter)lO。
熔融的水玻璃滴到冷却带11上，在这里凝固并从这里作为块状玻璃12 送出。只要不贮存和出售块状玻璃12，其将到达所谓的溶解器13。在该容 器中，所述块状玻璃12在通入水和加压的情况下溶解，这样最终得到了液态玻璃14。
本发明方法和本方明设备的一个实例展示在图2和3中。炼熔炉料， 也即熔融的水玻璃从熔炉3流到冷却带11上，冷却带11依照自动楼梯的 方式向上运动。熔融的水玻璃15位于这种"自动楼梯"的"台阶"上。当 抵达楼梯上面时，凝固的水玻璃^f皮从台阶上抛出，并且作为所谓的块状玻 璃124皮收集。在台阶A人上面向下面回行时，通过在下面用水喷洒而冷却所 述"台阶"。
根据本发明，冷却带11 一皮A人底部开口的外壳16包围，在外壳16的内 侧设置有平行于冷却带走向的管道17。新鲜水经泵18用过压(约20巴)导 入管道的下面端部，并因冷却带的高温和冷却带下方区域(也是熔融水玻璃 的进料处)的约100(TC的熔融物而在管道里升温。在出口 ，也即冷却带上方， 水玻璃和冷却带仅还有约300。C的温度。水经冷凝器19在过压下循环回流。 通过在阀25处减压到4巴产生了 4巴的蒸汽。在管道17的上方端部得到 了 4巴和163。C的饱和蒸汽。蒸汽的一部分经管20作为外部蒸汽送出用于 其他目的，而不用于生产水玻璃。另一部分所产生的蒸汽经管21流入第二 换热器22，即用于松散材料(Schiittgut)的平板换热器，其将原料即沙子和苏 打的混合物预热到约125°C。原料的预热在熔炉3中实现了更高的生产量， 其中预热的原料被送入熔炉3。在排出热量后，蒸汽流入冷凝器23。高温 的冷凝物经泵24导入溶解器13,在溶解器13中冷^t物起到减少从外部输 入的4巴蒸汽的作用。
所建议的方法非常适合于例如在制备玻璃时(见图2和3)有效利用熔融 物的热容量。根据本发明，借助合适的管式换热器(Rohrbiindelwarme-austauscher)，熔融物的热容量可用来产生蒸汽。可以使用所有本领域技术 人员已知的热交换器作为在本发明中的换热器。此外，可通过技术措施， 如安装外壳、鼓风机等改善传热。另外，可以通过最佳化管道或换热器的 表面属性(如颜色、涂层、粗糙度)来提高传热。
产生0.4吨的4巴蒸汽。所述换热器由管束组成且带有外壳(见图2和3), 以通过抽吸作用以提高空气流速。这种结构本身具有下列优点
改善对流传质
通过排出热空气降低环境温度 通过屏蔽高温熔融物，提高了工作安全性
从第 一换热器(外壳16)产生的蒸汽的大部分可以出售或用于工厂内部。
至少 一部分在第 一换热器(外壳16)中产生的蒸汽流入例如另 一个合适的换 热器中，以根据本发明预热由沙子和苏打组成的原料。该混合物在第二换 热器中加热到约125。C。此处基本上可以使用所有通用构型的换热器。平板 换热器和特别是震动换热器特别适于预热固体材料，如所使用的沙子或沙 子和苏打。在合适的运行条件下，原料的湿度与方法无关。
因预热的原料，熔炉的生产能力得到了提高，可以节省能量。作为冷 凝物离开第二换热器22的蒸汽流，可以用于另外的过程。根据本发明，当 所述来自第二换热器22的冷凝物直接用于溶解过程时，可相应地减少必需 的能量消耗。
但是，所得能量也可用于本过程以及其它任意的过程。 本文所述的新颖的方法对于这种应用具有下列优点
产生4巴的蒸汽
混合料预热
在溶解过程时节省4巴蒸汽
熔炉生产能力的提高
工作安全性的提高和更舒适的工作条件
溶解过程能量消耗的降低
根据本发明，冷却带11主要经第一换热器16而冷却。如到目前为止， 用水进行其余冷却，其中水从底部喷洒到从上向下运回的带上面。由此没
有被汽化的水同样也可以用于溶解器。
外壳16在结构上的设置要使得可以从外部良好地清洁管道。相关符号列表
1 带秤
2 螺旋混合器
3 熔炉
4 油/气燃烧器
5 鼓风机
6 蓄热腔
7 废气
8 蓄热腔
9 废气冷却器
10 电滤器
11 冷却带
12 块状玻璃
13 溶解器
14 液态玻璃，含水的
15 炫融的水3皮璃
16 外壳，第一换热器
17 管道
18 泵
19 冷凝器
20 输送管
21 输送管
22 第二换热器，平板换热器
23 冷凝器
24 泵
25 阀
权利要求
1.在使用热回收的熔炉、优选槽炉中通过熔融原料并使其凝固来制备产品的方法，优选为制备玻璃特别是水玻璃的方法，其特征在于，将至少一部分来自所制备产品的热量，特别是在其凝固时所产生的热量用于原料的预热。
2. 根据权利要求l的方法，其特征为，所制备的玻璃在第一换热器(16)上释放热量，所述第一换热器(16)将热 量传给第二换热器(22)，所述第二换热器(22)预热原料。
3. 根据权利要求2的方法，其特征为，所述第一换热器(16)构建成外壳(16)，其安装在载有所制备玻璃的一个 或多个冷却带(ll)周围，特别是安装在其上面。
4. 根据权利要求2或3的方法，其特征为， 所述第二换热器(22)构建成用于松散材料的平板换热器。
5. 根据前述权利要求中任一项的方法，其特征为， 将所制备玻璃在其凝固时释放出的至少一部分热量用于所述凝固的玻璃(固态玻璃)(12)溶于水中时的供热。
6. 根据权利要求5的方法，其特征为，使用水作为接收来自所制备的固态玻璃(12)释放出的热量的热载体，并 且将至少一部分这种经加热的热载体导入用以熔解所述固态玻璃的容器(溶 解器)(13)中。
7. 根据权利要求6的方法，其特征为， 所述从第二换热器(22)释放出的冷凝物导入溶解器(13)中。
8. 制备玻璃特别是水玻璃的设备，其包括熔炉、特别是槽炉(3)，并设 有用于所制备的仍熔融的玻璃的冷却装置(ll),其特征为，将作为第一换热器构建的外壳(16)设置在冷却装置(11)的周围，优选仅 设置在冷却装置(ll)的上面，并设置第二换热器(22)用以预热原料，并且向 所述第二换热器(22)供应从第一换热器(16)释放出的经加热的热载体。
9. 根据权利要求8的设备，其特征为，设有将固态玻璃(12)溶解于水中的容器(溶解器)(13),并且溶解器(13) 的入口与第二换热器(22)的冷凝物出口相连接。
全文摘要
本发明提供了在使用热回收的熔炉、优选槽炉中通过熔融原料并使其凝固来制备产品的方法，优选为制备玻璃特别是水玻璃的方法，其特征在于，至少将一部分来自所制备的产品的热量用于原料的预热。由此可同时实现节约能量、提高槽炉的生产能力、改善劳动保护并且对于生产出的熔融玻璃消耗更少的用以冷却传送带的冷却水。
文档编号C03B3/02GK101541692SQ200780044076
公开日2009年9月23日 申请日期2007年11月17日 优先权日2006年11月27日
发明者伯恩哈德·古奇, 梅米特·阿尔藤奥克, 阿克塞尔·弗兰克, 马库斯·特里斯特拉姆 申请人:考格尼斯知识产权管理有限责任公司