一种熔融水玻璃分级热回收装置及回收方法与流程

一种熔融水玻璃分级热回收装置及回收方法
1.技术领域：本发明涉及一种水玻璃生产装置，特别的是一种熔融水玻璃分级热回收装置及回收方法。
2.

背景技术：
传统水玻璃生产过程中，石英砂与纯碱在高温窑炉中反应生成的高温熔融水玻璃，直接从窑炉出料口成柱状，重力流下至下方的水淬槽里，在水淬槽中通过流动的冷水将高温熔融水玻璃直接冷却水淬成碎块状水玻璃，被加热的热水进行热能回收利用。
3.这种传统热能回收方式需大量冷却水，且只能单一回收一些低价值的低热温度热水热量，而无法回收和利用高价值的熔融水玻璃高热温度热量，这种传统水玻璃生产过程中的热回收方式是低效和落后的。
4.

技术实现要素：
本发明的目的即在于提供一种熔融水玻璃分级热回收装置及回收方法，该熔融水玻璃分级热回收装置能回收低温的热水热能，更重要的是能定向回收熔融水玻璃的高温热量并加以高效利用。
5.本发明的技术方案：本发明熔融水玻璃分级热回收装置，其特征在于：包括高温窑炉和设在高温窑炉上的窑炉出料口，所述窑炉出料口的下方竖设有用于承接熔融水玻璃的钛合金圆环夹套换热器内管，钛合金圆环夹套换热器内管的外围套设有密闭的钛合金圆环夹套换热器外环管，所述钛合金圆环夹套换热器外环管的下部连接有与其内腔连通的冷风管和与冷风管连接的变频送风机，所述钛合金圆环夹套换热器外环管的上部连接有与其内腔、高温窑炉内腔连通的出热风管和设在出热风管上的出热风电磁阀，所述出热风电磁阀与钛合金圆环夹套换热器外环管的出热风口之间设有红外热敏探头；所述钛合金圆环夹套换热器内管的下方设有冷却水槽，冷却水槽内通入有用于承接钛合金圆环夹套换热器内管落下的水玻璃的水玻璃输送槽，冷却水槽内位于水玻璃输送槽上方设有由喷淋头喷出的喷淋冷水，冷却水槽的下部连接有热水管和连接在热水管上的出热水电磁阀、变频出热水泵，所述水玻璃输送槽为环形循环的输送槽，在水玻璃输送槽的一侧下方设有用于承接冷却后的水玻璃的水玻璃储存仓。
6.进一步的，上述钛合金圆环夹套换热器内管的上端呈喇叭状，所述喷淋头具有多个，均间隔连接在冷却水管上，所述冷却水管的输入端连接进冷水电磁阀和变频进冷水泵。
7.进一步的，上述出热风管位于出热风电磁阀与钛合金圆环夹套换热器外环管的出热风口之间的径向方向上套设有不锈钢短管，在不锈钢短管上开设有开孔，所述开孔内插设有红外热敏探头，红外热敏探头测试端与钛合金圆环夹套换热器外环管外表面具有间隙，实现非接触测温。
8.进一步的，上述回收装置设有控制系统，所述控制系统包括高温定向热回收控制模块和低温定向热回收控制模块。
9.进一步的，上述高温定向热回收控制模块电性连接红外热敏微型探头、变频送风机和出热风电磁阀，红外热敏微型探头的输出端电性连接于高温定向热回收控制模块的输入端，高温定向热回收控制模块的输出端电性连接于变频送风机的输入端，出热风电磁阀电性联动于变频送风机，与变频送风机同时开启和关停，高温定向热回收控制模块对变频送风机进行自动控制，当出热风温度高于高温设置值时，加大变频风机出力，增加冷风量，反之亦然，以保持进入高温窑炉热风温度的稳定，以利于高温窑炉的生产自动控制。
10.进一步的，上述低温定向热回收控制模块电性连接温度传感器、水位传感器、进冷水电磁阀、变频进冷水泵、出热水电磁阀和变频出热水泵，位于冷却水槽中的温度传感器、水位传感器的输出端分别电性连接于低温定向热回收控制模块的输入端，低温定向热回收控制模块的输出端分别电性连接于变频进冷水泵、变频出热水泵的输入端，进冷水电磁阀电性联动于变频进冷水泵，二者同时开启和关停；出热水电磁阀电性联动于变频出热水泵，二者同时开启和关停；低温定向热回收控制模块预先设计编程的热水温度范围控制值和水位高、低范围控制值，进行自动控制生产，当出热水温度达到高温设置值时，加大变频进冷水泵出力，反之亦然；当冷却水槽水位达到高位设置值时，加大变频出热水泵出力，反之亦然。
11.本发明熔融水玻璃分级热回收装置进行热回收的方法如下：1）根据不同生产工艺要求，预先在控制系统分别进行高温定向热回收控制模块、低温定向热回收控制模块的生产控制设计编程，高温定向热回收控制模块编程包括：出热风温度范围参数自动控制程序，低温定向热回收控制模块编程包括：热水温度范围设置参数和水位高、低范围设置参数的自动控制程序；2）当高温窑炉1生产正常，窑炉出料口2开始流出熔融水玻璃时，开启所述熔融水玻璃分级热回收装置；3）熔融水玻璃3从高温定向热回收装置中钛合金圆环夹套换热器5的内管6连续柱状重力落下，产生大量高温热能；4）开启变频送风机7、出热风电磁阀10、变频进冷水泵15、进冷水电磁阀24、水玻璃输送槽13、变频出热水泵19和出热水电磁阀25；5）输入的冷风从钛合金圆环夹套换热器5外管23下部往上吹冷风，吸收大量高温热量；6）吸收大量高温热量的热风22，从钛合金圆环夹套换热器5外管23上部通过出热风电磁阀10、出热风管11，再从高温窑炉1上部进入窑炉1内；7）安装在出热风管11外壁间隔距离的红外热敏微型探头9，连续在线间接对热风22出口温度进行非接触测温；8）高温定向热回收控制模块根据预先设计编程的控制程序，进行自动控制；9）当出热风22出口温度高于高温设置值时，高温定向热回收控制模块加大变频送风机7出力，增加冷风量，反之亦然，以保持进入高温窑炉1热风22温度的相对稳定，以利于高温窑炉1的生产自动控制；10）经送风机吹风冷却后的热水玻璃12还含有大量热量，从钛合金圆环夹套换热器5内管6落下至水玻璃输送槽13中；由冷却水槽26上部四周喷淋水头16喷淋冷却水17；11）输送槽13同时缓缓前行，直至冷却水槽外，倒出冷却水玻璃12至水玻璃储存仓
20后，输送槽13圆周向下倒回至冷却水槽26内，循环使用；12）喷淋冷却水玻璃12的喷淋冷却水17，被加热后汇入冷却水槽26下部，经出热水电磁阀25，由变频出水泵19打至需要使用热水的其它工序；13）低温定向热回收控制模块根据预先设计编程的热水温度范围控制值和水位高、低范围控制值进行自动控制生产；14）当出热水温度达到高温设置值时，加大变频进冷水泵14出力，反之亦然；15）当冷却水槽26水位达到高位设置值时，加大变频出热水泵19出力，下降后，恢复正常出力；当高温窑炉1安排检修停止生产时，关停熔融水玻璃分级热回收装置。
12.本发明根据生产熔融水玻璃热窑的结构、特点和水玻璃的理化性质进行的设计研究，定向分级回收热能的装置和定向控制回收方法，本技术不但能回收低温的热水热能，更重要的是能定向回收熔融水玻璃的高温热量并加以高效利用，且节约大量冷却水，为企业节能增效，实现国家碳达标、碳中和做出贡献。
13.本技术创新点主要如下：1）研究定向回收熔融水玻璃高温热量的成套自动控制装置；2）研究定向回收熔融水玻璃低温热量的成套自动装置，并极大减少冷却水用量；3）在水玻璃热回收生产领域，创新进行核心技术，钛合金夹套高效冷却装置发明研究；4）制定熔融水玻璃变频定向分级热回收方法。
14.附图说明：图1是本发明熔融水玻璃分级热回收装置工作流程图；图2是本发明熔融水玻璃分级热回收装置a向图；图3是本发明钛合金圆环夹套换热器结构图；图4是图3的b
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b视图；图5是本发明熔融水玻璃分级热回收装置控制系统控制原理方框图；图6、7是图1的局部视图；1
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高温窑炉；2
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窑炉出料口；3
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熔融水玻璃；4
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喇叭口；5
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钛合金圆环夹套换热器；6
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钛合金圆环夹套换热器内管；7
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变频送风机；8
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冷风管；9
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红外热敏探头；10
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出热风电磁阀；11
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出热风管；12
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水玻璃；13
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水玻璃输送槽；14
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变频进冷水泵；15
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冷却水管；16
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喷淋头；17
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喷淋冷水；18
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热水管；19
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变频出热水泵；20
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水玻璃储存仓；21
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窑炉观察窗；22
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热风；23
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钛合金圆环夹套换热器外环管；24
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进冷水电磁阀；25
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出热水电磁阀；26
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冷却水槽。
15.具体实施方式：本发明熔融水玻璃分级热回收装置包括高温窑炉1和设在高温窑炉1上的窑炉出料口2，所述窑炉出料口2的下方竖设有用于承接熔融水玻璃的钛合金圆环夹套换热器内管6，钛合金圆环夹套换热器内管6的外围套设有密闭的钛合金圆环夹套换热器外环管23。
16.钛合金圆环夹套换热器外环管23与内管之间的上下端部密封，内管走熔融水玻璃流程，夹套外环管走换热空气流程，内管上部开有喇叭口状，承接由高温窑炉熔融水玻璃出料口流下的高温熔融水玻璃，且其内管内径比高温窑炉熔融水玻璃出料口直径略大一些，
这种设计既能保证熔融水玻璃重力落下而不造成粘结堵塞夹套内管，同时又有利于更多回收高温热能。
17.所述钛合金圆环夹套换热器外环管的下部连接有与其内腔连通的冷风管8和与冷风管连接的变频送风机7，所述钛合金圆环夹套换热器外环管的上部连接有与其内腔、高温窑炉内腔连通的出热风管11和设在出热风管上的出热风电磁阀10，所述出热风电磁阀10与钛合金圆环夹套换热器外环管23的出热风口之间设有红外热敏探头9；所述钛合金圆环夹套换热器内管的下方设有冷却水槽26，冷却水槽26内通入有用于承接钛合金圆环夹套换热器内管落下的水玻璃的水玻璃输送槽13，冷却水槽内位于水玻璃输送槽上方设有由喷淋头16喷出的喷淋冷水17，冷却水槽的下部连接有热水管18和连接在热水管上的出热水电磁阀25、变频出热水泵19，所述水玻璃输送槽为环形循环的输送槽，在水玻璃输送槽的一侧下方设有用于承接冷却后的水玻璃12的水玻璃储存仓20；所述喷淋头具有多个，均间隔连接在冷却水管上，所述冷却水管的输入端连接进冷水电磁阀24和变频进冷水泵14。
18.其中外环管下部安装有进冷风口，进冷风口与变频送风机的出风管连接，外环管上部安装有出热风管，出热风管连接高温窑炉上部，将经回收热量的稳定温度热风输入窑炉内，出热风管上安装有出热风电磁阀。
19.出热风口与电磁阀之间的出热风管外壁径向方向上还安装一不锈钢短管，出热风管外壁与此不锈钢短管之间没有开孔，在此不锈钢管内安装有红外热敏微型探头9，红外热敏微型探头与出热风管外壁保持一段适合距离，非接触的对出热风管外壁进行测温，钛合金圆环夹套换热器外壁，以及进冷风管、出热风管、出热风电磁阀、红外热敏微型探头不锈钢短管保护罩等外部四周，均严密保温，由于钛合金圆环夹套换热器就安装在高温窑炉近旁，输送高热热风距离短，高热量回收利用效率高，装置所用风管均为304不锈钢（或其它耐高温、耐腐蚀材料）材料制作。
20.高温定向热回收控制模块根据预先设计编程的出热风温度控制程序，对变频送风机进行自动控制，当出热风温度高于高温设置值时，加大变频风机出力，增加冷风量，反之亦然，以保持进入高温窑炉热风温度的稳定，以利于高温窑炉的生产自动控制；红外热敏微型探头的输出端电性连接于高温定向热回收控制模块的输入端，高温定向热回收控制模块的输出端电性连接于变频送风机的输入端，出热风电磁阀电性联动于变频送风机，与变频送风机同时开启和关停。
21.为了控制合理，上述回收装置设有控制系统，所述控制系统包括高温定向热回收控制模块和低温定向热回收控制模块。
22.上述高温定向热回收控制模块电性连接红外热敏微型探头9、变频送风机7和出热风电磁阀10，红外热敏微型探头的输出端电性连接于高温定向热回收控制模块的输入端，高温定向热回收控制模块的输出端电性连接于变频送风机的输入端，出热风电磁阀电性联动于变频送风机，与变频送风机同时开启和关停，高温定向热回收控制模块对变频送风机进行自动控制，当出热风温度高于高温设置值时，加大变频风机出力，增加冷风量，反之亦然，以保持进入高温窑炉热风温度的稳定，以利于高温窑炉的生产自动控制。
23.上述低温定向热回收控制模块电性连接温度传感器、水位传感器、进冷水电磁阀24、变频进冷水泵14、出热水电磁阀25和变频出热水泵19，位于冷却水槽中的温度传感器、水位传感器的输出端分别电性连接于低温定向热回收控制模块的输入端，低温定向热回收
控制模块的输出端分别电性连接于变频进冷水泵、变频出热水泵的输入端，进冷水电磁阀电性联动于变频进冷水泵，二者同时开启和关停；出热水电磁阀电性联动于变频出热水泵，二者同时开启和关停；低温定向热回收控制模块预先设计编程的热水温度范围控制值和水位高、低范围控制值，进行自动控制生产，当出热水温度达到高温设置值时，加大变频进冷水泵出力，反之亦然；当冷却水槽水位达到高位设置值时，加大变频出热水泵出力，反之亦然。
24.水玻璃输送槽安装在冷却水槽中部，并穿过冷却水槽中部两端；冷却水管沿冷却水槽上部四周布置安装，冷却水管一端封闭，另一端通过变频进冷水泵出口电磁阀连接于变频进冷水泵出口，冷却水管上均匀间隔安装有多个朝向水玻璃输送槽方向的喷淋头，经送风机吹风冷却后的热水玻璃还有很高温度，从钛合金圆环夹套换热器内管落下至水玻璃输送槽中，由冷却水槽上部四周喷淋水喷淋冷却，输送槽同时缓缓前行，直至冷却水槽外，倒出冷却水玻璃至水玻璃储存仓后，输送槽圆周向下倒回至冷却水槽内循环使用，喷淋冷却水喷淋水玻璃，被加热后的热水汇入冷却水槽下部，经出热水电磁阀，由变频出水泵打至需要使用热水的其它工序，温度传感器安装在冷却水槽下部出热水口与出热水电磁阀之间。
25.低温定向热回收控制模块根据预先设计编程的热水温度范围控制值和水位高、低范围控制值，进行自动控制生产，当出热水温度达到高温设置值时，加大变频进冷水泵出力，反之亦然；当冷却水槽水位达到高位设置值时，加大变频出热水泵出力，反之亦然；温度传感器、水位传感器的输出端分别电性连接于低温定向热回收控制模块的输入端，低温定向热回收控制模块的输出端分别电性连接于变频进冷水泵、变频出热水泵的输入端，进冷水电磁阀电性联动于变频进冷水泵；二者同时开启和关停；出热水电磁阀电性联动于变频出热水泵，二者同时开启和关停。
26.高温定向热回收控制模块根据预先设计编程的出热风温度控制程序，对变频送风机进行自动控制，当出热风温度高于高温设置值时，加大变频风机出力，增加冷风量，反之亦然，以保持进入高温窑炉热风温度的相对稳定，以利于高温窑炉的生产自动控制。红外热敏微型探头的输出端电性连接于高温定向热回收控制模块的输入端，高温定向热回收控制模块的输出端电性连接于变频送风机的输入端，出热风电磁阀电性联动于变频送风机，与变频送风机同时开启和关停。在低温定向热回收装置中，低温定向热回收控制模块根据预先设计编程的热水温度范围控制值和水位高、低范围控制值进行自动控制生产，当出热水温度达到高温设置值时，加大变频进冷水泵出力，反之亦然；当冷却水槽水位达到高位设置值时，加大变频出热水泵出力，反之亦然,始终自动控制出水温度的相对稳定，以利于有关后续工序的生产。温度传感器、水位传感器的输出端分别电性连接于低温定向热回收控制模块的输入端，低温定向热回收控制模块的输出端分别电性连接于变频进冷水泵、变频出热水泵的输入端。进冷水电磁阀电性联动于变频进冷水泵，二者同时开启和关停；出热水电磁阀电性联动于变频出热水泵，二者同时开启和关停。
27.本发明熔融水玻璃分级热回收装置进行热回收的方法如下：1）根据不同生产工艺要求，预先在控制系统分别进行高温定向热回收控制模块、低温定向热回收控制模块的生产控制设计编程，高温定向热回收控制模块编程包括：出热风温度范围参数自动控制程序，低温定向热回收控制模块编程包括：热水温度范围设置参
数和水位高、低范围设置参数的自动控制程序；2）当高温窑炉1生产正常，窑炉出料口2开始流出熔融水玻璃时，开启所述熔融水玻璃分级热回收装置；3）熔融水玻璃3从高温定向热回收装置中钛合金圆环夹套换热器5的内管6连续柱状重力落下，产生大量高温热能；4）开启变频送风机7、出热风电磁阀10、变频进冷水泵15、进冷水电磁阀24、水玻璃输送槽13、变频出热水泵19和出热水电磁阀25；5）输入的冷风从钛合金圆环夹套换热器5外管23下部往上吹冷风，吸收大量高温热量；6）吸收大量高温热量的热风22，从钛合金圆环夹套换热器5外管23上部通过出热风电磁阀10、出热风管11，再从高温窑炉1上部进入窑炉1内；7）安装在出热风管11外壁间隔距离的红外热敏微型探头9，连续在线间接对热风22出口温度进行非接触测温；8）高温定向热回收控制模块根据预先设计编程的控制程序，进行自动控制；9）当出热风22出口温度高于高温设置值时，高温定向热回收控制模块加大变频送风机7出力，增加冷风量，反之亦然，以保持进入高温窑炉1热风22温度的相对稳定，以利于高温窑炉1的生产自动控制；10）经送风机吹风冷却后的热水玻璃12还含有大量热量，从钛合金圆环夹套换热器5内管6落下至水玻璃输送槽13中；由冷却水槽26上部四周喷淋水头16喷淋冷却水17；11）输送槽13同时缓缓前行，直至冷却水槽外，倒出冷却水玻璃12至水玻璃储存仓20后，输送槽13圆周向下倒回至冷却水槽26内，循环使用；12）喷淋冷却水玻璃12的喷淋冷却水17，被加热后汇入冷却水槽26下部，经出热水电磁阀25，由变频出水泵19打至需要使用热水的其它工序；13）低温定向热回收控制模块根据预先设计编程的热水温度范围控制值和水位高、低范围控制值进行自动控制生产；14）当出热水温度达到高温设置值时，加大变频进冷水泵14出力，反之亦然；15）当冷却水槽26水位达到高位设置值时，加大变频出热水泵19出力，下降后，恢复正常出力；16）当高温窑炉1安排检修停止生产时，关停熔融水玻璃分级热回收装置。
28.17）本发明根据生产熔融水玻璃热窑的结构、特点和水玻璃的理化性质进行的设计研究，定向分级回收热能的装置和定向控制回收方法，本技术不但能回收低温的热水热能，更重要的是能定向回收熔融水玻璃的高温热量并加以高效利用，且节约大量冷却水，为企业节能增效，实现国家碳达标、碳中和做出贡献。
29.试验发现，外管内径是内管外径的2.5
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3.5倍满足散热效果较佳的情况下变频送风机耗费的功率较低；控制喷淋冷水的温度为常温25摄氏度以下，有利于保证水玻璃质量。
30.本技术创新点主要如下：1）研究定向回收熔融水玻璃高温热量的成套自动控制装置；2）研究定向回收熔融水玻璃低温热量的成套自动装置，并极大减少冷却水用量；3）在水玻璃热回收生产领域，创新进行核心技术，钛合金夹套高效冷却装置发明
研究；制定熔融水玻璃变频定向分级热回收方法。