EP2086893A1 - Verfahren und anlage zum herstellen von wasserglas mit wärmerückgewinnung - Google Patents

Verfahren und anlage zum herstellen von wasserglas mit wärmerückgewinnung

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EP2086893A1
EP2086893A1 EP07846653A EP07846653A EP2086893A1 EP 2086893 A1 EP2086893 A1 EP 2086893A1 EP 07846653 A EP07846653 A EP 07846653A EP 07846653 A EP07846653 A EP 07846653A EP 2086893 A1 EP2086893 A1 EP 2086893A1
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EP
European Patent Office
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heat
heat exchanger
glass
furnace
water
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07846653A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mehmet Altunok
Axel Franke
Bernhard Gutsche
Markus Triestram
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cognis IP Management GmbH
Original Assignee
Cognis IP Management GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cognis IP Management GmbH filed Critical Cognis IP Management GmbH
Publication of EP2086893A1 publication Critical patent/EP2086893A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B3/00—Charging the melting furnaces
    • C03B3/02—Charging the melting furnaces combined with preheating, premelting or pretreating the glass-making ingredients, pellets or cullet
    • C03B3/023—Preheating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/20—Silicates
    • C01B33/32—Alkali metal silicates
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a product by melting a feed and solidifying, preferably a method for producing glasses, in particular of water glass, in an oven, preferably in a pan furnace, with heat recovery.
  • Water glass is produced industrially by three processes, the classical melting process in the furnace, the melting process in the rotary kiln and the hydrothermal process.
  • the soda process for the production of solid soda water glasses is a high-temperature process in which a mixture (mixture) of sand and soda at temperatures of 1300-1500 0 C in furnaces of the type Siemens Martin regenerative furnace or in the rotary kiln is alkaline digested to water glass.
  • the air for combustion is fed to the regenerative chambers via fans and Um Kunststofforgane and preheated to about 1200 0 C.
  • the treated mixture When produced in a rotary kiln, the treated mixture is introduced at the higher side of the furnace and transported by turning the cylindrical furnace from the cold to the hot area. This constantly creates new surfaces.
  • the oven which is inclined by 3 - 7 °, is rotated very slowly around its axis by a tooth, roller or worm wheel drive. It is heated from the lower end with oil or gas. The glass melt is discharged at the lower Eride and fed to further processing.
  • Solid water glass from the tub or rotary kiln is not used as a solid but almost exclusively as an aqueous solution, usually in 35% strength. concentration.
  • the obtained from the melting process cooled to 300 0 C solid glass pieces are dissolved in water at temperatures between 100 0 C at atmospheric pressure and 150 0 C in the pressure vessel.
  • the solution is, depending on the requirement profile, further formulated, so filtered, concentrated and optionally modified with inorganic or organic additives.
  • alkali silicates are obtained bypassing the high-temperature process directly from sand and sodium hydroxide solution at about 200 0 C and high pressure of about 20 bar in an autoclave as liquid water glasses.
  • potash glasses are also used to a lesser extent.
  • potassium silicates are used only where sodium would interfere.
  • the melting process of z As glasses and metals in industrial furnaces takes place at very high temperatures and is therefore very energy-intensive.
  • the melt is discharged after the furnace outlet mostly via a so-called cooling belt, the heat. This heat removal is usually necessary for the subsequent process steps. This heat content of the melt occurs as heat loss.
  • the free heat of the melt heats the space at the cooling belt.
  • the hot ambient temperature thus hinders working in the vicinity of melting furnaces and affects the performance of the plant operator.
  • the residual heat of the exhaust gas is fed to a recuperator after exiting the rotary kiln to heat the required combustion air, where the exhaust gas of about 600 0 C to 200 to 250 0 C is cooled. At the same time outside air is heated to 350 to 400 0 C and then passes to the combustion torch at the bottom of the rotary kiln.
  • the invention has for its object to save energy in the process of the type mentioned at the same time, to increase the capacity of the furnace furnace to improve occupational safety and to consume less cooling water for cooling the conveyor belt for the produced molten glass.
  • the water is injected during cooling against the cooling belt and evaporates there.
  • This object is achieved in the method of the type mentioned in the present invention by using at least a portion of the heat emitted by the product produced, in particular during its solidification, for preheating the feed.
  • the invention also relates to a corresponding system according to claims 8 and 9.
  • the first heat exchanger is arranged around the continuously inclined upwardly moving cooling belt and above the cooling belt onto which the molten water glass drips or flows out of the tank furnace in order to solidify and cool there. During the return of the cooling belt obliquely down this is sprayed with water and cooled in this way.
  • the also arranged obliquely and above the cooling belt hood enhances the flow of air between the hood and the cooling belt, whereby the convective portion of the heat transfer from the molten glass or the hot cooling belt to the hood, which is also the first heat exchanger is increased.
  • pipes extending parallel to the cooling belt are arranged in the hood in which the heat carrier, in particular water, flows under elevated pressure. Surprisingly, the still cold water (20 - 30 0 C) is heated to at least about 140 0 C in this way.
  • the heat transfer takes place here mainly by radiation.
  • an additional exhaust chimney in the hood which leads vertically upwards and leads to a reinforcement of the chimney effect, so that the air velocity of about 1 m / s increases to about 2 m / s.
  • a temperature increase of about 10% due to the significant improvement in heat transfer is the result.
  • the first heat exchanger so the hood works in cocurrent with the also transported from the bottom up molten water glass. But a countercurrent cooling is also possible and possibly even particularly advantageous.
  • the invention leads to z. B. Steam generation by the recovery of the heat capacity of the hot melt.
  • the generated steam via the melt transport can z. B. be used for warming up the feed. Heating the feed can save energy.
  • preheating the feed increases the capacity of the ovens, as more pro- can be made.
  • the safety is increased.
  • the invention is in particular to recover the amount of heat to be dissipated, which currently occurs as heat loss, over the cooling belt by a newly installed heat exchanger and lead back into the process for further use. With this amount of heat z. B. superheated or saturated steam can be generated.
  • All or most of the generated heat from the heat exchanger can be sold or otherwise used.
  • a portion of the steam generated in the first heat exchanger may, for. B. another suitable heat exchanger to preheat the feed. This saves energy and increases the capacity of the furnace.
  • the vapor stream leaving the second heat exchanger as condensate can be used for another process. Accordingly, if the condensate from the second heat exchanger is used directly for another process, the required energy consumption can be reduced.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the production of water glass according to the prior art
  • Figure 2 is a schematic overview of the inventive method and the inventive system according to an embodiment (without a precise representation of the area around the hood 16) and
  • FIG. Sand and soda are fed via a belt weigher 1 and a mixing screw 2 to a furnace 3, which is heated with an oil or gas burner 4. Alternatively, the heating can be done electrically or by a combination of the heating types mentioned.
  • Fresh air is introduced via a fan 5 and a regenerative chamber 6 in the furnace 3.
  • the exhaust gases 7 leave the furnace via a second regenerative chamber 8, an exhaust gas cooler 9 and an electrostatic precipitator 10.
  • the molten water glass drips onto a cooling belt 11, where it solidifies and from which it is discharged as piece glass 12. As far as the piece of glass 12 is not stored and resold, it gets into the so-called solver 13. In this container, it is dissolved under supply of water and under pressure, so that finally obtained liquid glass 14.
  • FIGS. 2 and 3 An example of the method according to the invention and the system according to the invention is shown in FIGS. 2 and 3.
  • the melt, so the molten water glass flows from the furnace 3 on the cooling belt 11, which moves in the manner of an escalator upwards.
  • On the “steps” of this "escalator” is the molten water glass 15 arrived at the top of the stairs, the solidified water glass is dropped from the stairs and collected as so-called piece glass 12.
  • the "steps" are cooled by spraying with water.
  • the cooling belt 11 is surrounded by a hood 16 which is open at the bottom and which is equipped on the inside with tubes 17 running parallel to the cooling belt.
  • Fresh water is introduced at the lower end of these tubes via a pump 18 with overpressure (about 20 bar) and heats up in the tubes due to the high temperature of the cooling belt and the melt of about 1000 0 C in the lower Area of the cooling belt, ie at the feeding point of the molten water glass.
  • the water glass and the cooling belt only have a temperature of about 300 0 C.
  • the water is recycled via a condenser 19 under pressure in the circuit. By relaxing the valve 25 to 4 bar 4-bar steam is generated.
  • saturated steam at 4 bar and 163 0 C At the upper end of the tubes 17 are obtained saturated steam at 4 bar and 163 0 C. A portion of the steam is discharged via line 20 as external steam for purposes other than for the production of water glass.
  • the other part of the generated steam is supplied via the line 21 to a second heat exchanger 22, namely a plate heat exchanger for bulk material, which preheats the feed, namely the mixture of sand and soda to a temperature of about 125 0 C.
  • the preheating of the feed allows a higher throughput in the furnace 3, in which the preheated feed is fed.
  • the steam flows into a condenser 23.
  • the hot condensate is introduced via a pump 24 into the dissolver 13, where it serves to save externally supplied 4 bar steam.
  • the proposed concept is very suitable for. B. for the efficient use of the heat content of the melt in the production of glasses (see Fig. 2 and 3).
  • the heat content of the melt can be used according to the invention to generate steam with the aid of a suitable shell-and-tube heat exchanger.
  • heat exchangers all technical heat exchangers known to those skilled in the art can be used here.
  • the heat transfer by technical measures such. B. attachment of a hood, blower, etc. can be improved.
  • the surface properties (eg color, coating, roughness) of the pipes or of the heat exchanger the heat transfer can be increased.
  • the heat exchanger consists of tube bundles with a hood (see Fig. 2 and 3), to increase the air velocity by a chimney effect.
  • the greater part of the generated steam from the first heat exchanger (hood 16) can be sold or used in-house. At least a portion of the first heat exchanger (hood 16) generated steam is z. B. fed to another suitable heat exchanger to preheat the feed of sand and soda according to the invention. The mixture is heated to about 125 ° C. in the second heat exchanger.
  • all common types of heat exchangers can be used.
  • plate heat exchangers and especially vibrating heat exchangers are suitable for preheating solids such as e.g. As the sand used or sand and soda.
  • the humidity of the feed is not relevant to the procedure under suitable operating conditions.
  • the preheated feed increases the capacity of the oven and saves energy.
  • the vapor stream exiting the second heat exchanger 22 as condensate can be used for another process. If the condensate from the second heat exchanger 22 is used according to the invention directly for the dissolving process, the required energy consumption can accordingly be reduced.
  • the energy gained can also be used elsewhere for this or any other arbitrary process.
  • the cooling of the cooling belt 11 is carried out according to the invention mainly on the first heat exchanger 16.
  • the remaining cooling is made as before with water, which is injected from below onto the top of the returning from top to bottom band.
  • the unevaporated water can also be used for the solver.
  • the hood 16 is structurally designed so that the pipes are easy to clean from the outside.

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Abstract

Das Verfahren zum Herstellen eines Produktes durch Aufschmelzen eines Feeds und Erstarren lassen, vorzugsweise Verfahren zum Herstellen von Gläsern, insbesondere von Wasserglas, in einem Ofen, vorzugsweise in einem Wannenofen, mit Wärmerückgewinnung ist dadurch gekennzeichnet, dass man zumindest einen Teil der von dem hergestellten Produkt abgegebenen Wärme zur Vorwärmung des Feed verwendet. Damit wird gleichzeitig erreicht, Energie einzusparen, die Kapazität den Wannenofens zu erhöhen, den Arbeitsschutz zu verbessern und weniger Kühlwasser zur Kühlung des Transportbandes für das hergestellte geschmolzene Glas zu verbrauchen.

Description

Verfahren und Anlage zum Herstellen von Wasserglas mit Wärmerückqewinnunq
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Produktes durch Aufschmelzen eines Feeds und Erstarren lassen, vorzugsweise ein Verfahren zum Herstellen von Gläsern, insbesondere von Wasserglas, in einem Ofen, vorzugsweise in einem Wannenofen, mit Wärmerückgewinnung.
Ein allgemeiner Überblick über die Herstellung von Wasserglas ist in den „Henkel- Referaten" 34, 1998, Seite 7 bis 13 zu finden.
Wasserglas wird industriell nach drei Verfahren hergestellt, dem klassischen Schmelzverfahren im Wannenofen, dem Schmelzverfahren im Drehrohrofen und dem hydrothermalen Verfahren.
Der größte Teil der industriell gebräuchlichen Alkalisilikate wird im klassischen Schmelzverfahren hergestellt. Das Sodaverfahren zur Herstellung fester Natronwassergläser ist ein Hochtemperaturprozess, bei dem ein Gemisch (Gemenge) aus Sand und Soda bei Temperaturen von 1300 - 1500 0C in Wannenöfen des Typs Siemens-Martin-Regenerativofen oder im Drehrohrofen alkalisch zu Wasserglas aufgeschlossen wird. Die Luft zur Verbrennung wird den Regenerativkammern über Ventilatoren und Umsteuerorgane zugeleitet und auf etwa 1200 0C vorgeheizt.
Bei diesen hohen Temperaturen reagiert die alkalische Soda mit dem Quarzsand unter Bildung von Natriumsilikat. Das geschmolzene Wasserglas wird dem Ofen kontinuierlich entnommen, abgekühlt und dem Lager oder direkt den Löseaggregaten zugeführt. Die Wasserglasherstellung im Wannenofen zeigt Figur 1.
Bei der Herstellung im Drehrohrofen wird das aufbereitete Gemenge an der höher gelegenen Ofenseite eingetragen und durch Drehen des walzenförmigen Ofens vom kalten in den heißen Bereich transportiert. Dadurch bilden sich ständig neue Oberflächen. Der um 3 - 7° geneigte Ofen wird durch Zahn-, Rollen- oder Schneckenradantrieb sehr langsam um seine Achse gedreht. Beheizt wird vom unteren Ende her mit Öl oder Gas. Die Glasschmelze wird am tiefer gelegenen Eride ausgetragen und der Weiterverarbeitung zugeführt.
Festes Wasserglas aus dem Wannen- oder Drehrohrofen wird nicht als Feststoff, sondern fast ausschließlich als wässrige Lösung angewendet, meist in 35%iger Kon- zentration. Zu deren Herstellung werden die aus dem Schmelzprozess erhaltenen, bis auf 300 0C abgekühlten Festglasstücke in Wasser bei Temperaturen zwischen 100 0C bei Normaldruck und 150 0C im Druckbehälter gelöst. Die Lösung wird, abhängig vom Anforderungsprofil, weiter konfektioniert, also filtriert, konzentriert und gegebenenfalls mit anorganischen oder organischen Zusätzen modifiziert.
Bei der Wasserglasherstellung im Hydrothermalverfahren schließlich erfolgen Auf- schluss- und Löseprozess in einem Arbeitsgang. Dabei werden Alkalisilikate unter Umgehung des Hochtemperaturprozesses direkt aus Sand und Natronlauge bei etwa 200 0C und hohem Druck von etwa 20 bar im Autoklaven als Flüssigwassergläser gewonnen.
Neben den Natron- werden in untergeordnetem Maße auch Kaliwassergläser verwendet. Als höherpreisige Produkte werden Kaliumsilikate nur dort eingesetzt, wo Natrium stören würde.
Der Schmelzprozess von z. B. Gläsern und Metallen in Industrieöfen erfolgt bei sehr hohen Temperaturen und ist daher sehr energieintensiv. Der Schmelze wird nach dem Ofenauslauf meist über ein so genanntes Kühlband die Wärme abgeführt. Diese Wärmeabführung ist meistens für die nachfolgenden Prozessschritte notwendig. Dabei tritt dieser Wärmeinhalt der Schmelze als Wärmeverlust auf.
Bei der üblichen Herstellmethode wird die Abwärme der sich häufig anschließenden Kristallisation überhaupt nicht bzw. nicht effizient anderweitig genutzt. Eine Nutzung der Schmelzwärme aus den Öfen ist bisher nicht bekannt.
In einer herkömmlichen Anlage erhitzt die Freiwärme der Schmelze den Raum am Kühlband. Die heiße Umgebungstemperatur erschwert somit das Arbeiten in der Nähe von Schmelzöfen und beeinträchtigt die Leistung der Anlagenfahrer.
In einem Bericht des Umweltbundesamtes vom Juni 2001 „Large Volume Solid Inor- ganic Chemicals, Natriumsilikat" wird unter anderem die Wärmerückgewinnung bei der Herstellung von Natriumsilikat nach dem Stand der Technik im Einzelnen beschrieben. Bei der Herstellung im Drehrohrofen kann die Wärme mit zwei Verfahrensvarianten zurückgewonnen werden. Zum einen wird das am oberen Ende des Drehrohrs eintretende Material durch das Abgas, also die heiße Abluft vorgewärmt. Dies ist möglich, weil Sand und Soda im Gegenstrom zur Abgasführung bei gleich- zeitiger Rotation des Ofens geführt werden. Zum anderen wird die Restwärme des Abgases nach dem Austritt aus dem Drehrohrofen zur Aufwärmung der erforderlichen Verbrennungsluft einem Rekuperator zugeführt, wo das Abgas von etwa 600 0C auf 200 bis 250 0C abgekühlt wird. Gleichzeitig wird Außenluft auf 350 bis 400 0C aufgewärmt und gelangt anschließend zur Brennfackel am unteren Ende des Drehrohrofens.
Aufgrund der unterschiedlichen Verfahrensweise beim Herstellungsprozess im Wannenofen ist, wie es ausdrücklich auf Seite 10 unten im genannten Bericht heißt, eine Gegenstromführung von Einsatzstoffen und Abgas nicht möglich. Eine Vorwärmung des Feeds wie beim Drehrohrofen wird daher im Stand der Technik nicht vorgenommen. Bekannt ist bei diesem Verfahren nur die Vorwärmung der erforderlichen Verbrennungsluft durch wechselseitige Nutzung mehrerer Rauchgaszüge. Hierbei wird das heiße Rauchgas über einen gemauerten Zug abgeleitet, wodurch sich das Mauerwerk erwärmt. Nach einer gewissen Zeit wird das Rauchgas über einen anderen Zug abgeleitet. Der erwärmte Zug wird anschließend von der noch kalten Verbrennungsluft durchströmt und diese wird dabei erwärmt. Durch regelmäßiges Umschalten der Züge wird ein quasi kontinuierlicher Betrieb erreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Verfahren der eingangs genannten Art gleichzeitig Energie einzusparen, die Kapazität des Wannenofens zu erhöhen, den Arbeitsschutz zu verbessern und weniger Kühlwasser zur Kühlung des Transportbandes für das hergestellte geschmolzene Glas zu verbrauchen. Das Wasser wird bei der Kühlung gegen das Kühlband gespritzt und verdampft dort.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass man zumindest einen Teil der von dem hergestellten Produkt, insbesondere bei dessen Erstarrung, abgegebenen Wärme zur Vorwärmung des Feeds verwendet.
Erfindungsgemäß wird der Wärmeinhalt des gerade fertig gestellten, noch schmelzflüssigen Wasserglases, also insbesondere dessen Erstarrungswärme, zumindest teilweise zurückgeführt und erneut genutzt. Die Nutzung dieser Wärme ist im Stand der Technik überhaupt nicht bekannt, auch nicht im Drehrohrverfahren. Bekannt war bisher nur die Rückgewinnung der Wärme aus dem Abgas bzw. der Abluft. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Anlage nach den Ansprüchen 8 und 9.
Der erste Wärmetauscher ist um das sich kontinuierlich schräg nach oben bewegende Kühlband und oberhalb des Kühlbandes angeordnet, auf welches das schmelzflüssige Wasserglas aus dem Wannenofen tropft beziehungsweise fließt, um dort zu erstarren und abzukühlen. Beim Rücklauf des Kühlbandes schräg nach unten wird dieses mit Wasser bespritzt und auf diese Weise gekühlt. Die ebenfalls schräg und oberhalb des Kühlbandes angeordnete Haube verstärkt die Luftströmung zwischen der Haube und dem Kühlband, wodurch der konvektive Anteil der Wärmeübertragung vom schmelzflüssigen Glas beziehungsweise dem heißen Kühlband zur Haube, welche gleichzeitig der erste Wärmeaustauscher ist, erhöht wird. Vorzugsweise sind in der Haube parallel zum Kühlband verlaufende Rohre angeordnet, in denen der Wärmeträger, insbesondere Wasser unter erhöhtem Druck strömt. Erstaunlicherweise wird auf diese Weise das beim Eintritt noch kalte Wasser (20 - 30 0C) auf mindestens etwa 140 0C erhitzt.
Die Wärmeübertragung erfolgt hier hauptsächlich durch Strahlung. Es kann jedoch in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung auch ein zusätzlicher Abluftkamin in der Haube vorgesehen sein, der lotrecht nach oben führt und zu einer Verstärkung des Kamineffektes führt, so dass die Luftgeschwindigkeit von etwa 1 m/s auf etwa 2 m/s ansteigt. Eine Temperaturerhöhung von etwa 10 % aufgrund der deutlichen Verbesserung des Wärmeübergangs ist die Folge.
Im unten beschriebenen Ausführungsbeispiel arbeitet der erste Wärmetauscher, also die Haube, im Gleichstrom mit dem ebenfalls von unten nach oben transportierten schmelzflüssigen Wasserglas. Eine Gegenstromkühlung ist aber auch möglich und eventuell sogar besonders vorteilhaft.
Die Erfindung führt zur z. B. Dampferzeugung durch die Rückgewinnung der Wärmekapazität der heißen Schmelze. Der erzeugte Dampf über den Schmelzetransport kann z. B. für das Aufwärmen des Feeds benutzt werden. Durch Erwärmung des Feeds kann zum einen Energie eingespart werden. Zum anderen wird durch die Vorwärmung des Feeds die Kapazität der Öfen erhöht, da pro Zeiteinheit mehr pro- duziert werden kann. Außerdem durch eine Abschirmung des heißen Produkts durch anzubringenden Wärmeaustauscher wird die Arbeitssicherheit erhöht.
Durch die Erfindung ergeben sich also folgende Vorteile:
• Energieeinsparung durch Vorwärmen des Feeds
• Energieeinsparung durch Nutzung des heißen Kondensats für den Löseprozess
• Weitere Nutzung der Energie für z.B. Dampferzeugung
• Kapazitätssteigerung durch den vorgewärmten Feed
• Verbesserung der Arbeitsbedingungen im Betrieb, da Senkung der Raumtemperatur
• Erhöhung der Arbeitssicherheit.
Die Erfindung beruht besteht insbesondere darin, die abzuführende Wärmemenge, die derzeit als Wärmeverlust auftritt, über dem Kühlband durch einen neu angebrachten Wärmeaustauscher zurück zu gewinnen und für eine weitere Nutzung in den Prozess zurück zu führen. Mit dieser Wärmemenge kann z. B. überhitzter oder Satt-Dampf erzeugt werden.
Der gesamte oder größere Teil des erzeugten Dampfes aus dem Wärmeaustauscher kann verkauft oder anderweitig verwendet werden. Ein Teil des im ersten Wärmeaustauscher erzeugten Dampfes kann z. B. einem anderen geeigneten Wärmeaustauscher zugeführt werden, um den Feed vorzuwärmen. Dadurch wird Energie eingespart und die Kapazität des Ofens erhöht.
Der Dampfstrom, der den zweiten Wärmeaustauscher als Kondensat verlässt, kann für einen anderen Prozess eingesetzt werden. Wenn das Kondensat aus dem zweiten Wärmeaustauscher direkt für einen weiteren Prozess verwendet wird, kann dementsprechend der nötige Energieverbrauch reduziert werden.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben, wobei auch der Stand der Technik anhand einer Zeichnung dargestellt wird. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung der Herstellung von Wasserglas nach dem Stand der Technik, Figur 2 eine schematische Übersicht über das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage nach einem Ausführungsbeispiel (ohne genaue Darstellung des Bereiches um die Haube 16) und
Figur 3 den Bereich um die Haube 16.
In allen Zeichnungen haben gleiche Bezugszeichen die gleiche Bedeutung und werden daher gegebenenfalls nur einmal erläutert.
Die Herstellung nach dem Stand der Technik ist in Figur 1 schematisch dargestellt. Sand und Soda werden über eine Bandwaage 1 und eine Misch-Schnecke 2 einem Ofen 3 zugeführt, der mit einem Öl- oder Gas-Brenner 4 erhitzt wird. Alternativ kann die Beheizung elektrisch oder durch eine Kombination der genannten Beheizungsarten erfolgen. Frischluft wird über ein Gebläse 5 und eine Regenerativkammer 6 in den Ofen 3 eingeleitet. Die Abgase 7 verlassen den Ofen über eine zweite Regenerativkammer 8, einen Abgaskühler 9 und einen Elektrofilter 10.
Das geschmolzene Wasserglas tropft auf ein Abkühlband 11 , wo es erstarrt und von dem es als Stückenglas 12 abgegeben wird. Soweit das Stückenglas 12 nicht gelagert und weiterverkauft wird, gelangt es in den so genannten Löser 13. In diesem Behälter wird es unter Zufuhr von Wasser und unter Druck gelöst, so dass man schließlich Flüssigglas 14 erhält.
Ein Bespiel für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage ist in den Figuren 2 und 3 dargestellt. Das Schmelzgut, also das schmelzflüssige Wasserglas fließt aus dem Schmelzofen 3 auf das Kühlband 11 , welches sich nach Art einer Rolltreppe nach oben bewegt. Auf den „Stufen" dieser „Rolltreppe" liegt das schmelzflüssige Wasserglas 15. Oben an der Treppe angekommen, wird das erstarrte Wasserglas von der Treppe abgeworfen und als so genanntes Stückenglas 12 gesammelt. Beim Rücklauf der Treppe von oben nach unten auf der Unterseite werden die „Stufen" durch Bespritzen mit Wasser gekühlt.
Erfindungsgemäß ist das Kühlband 11 von einer unten offenen Haube 16 umgeben, welche an der Innenseite mit parallel zum Kühlband verlaufenen Rohren 17 ausgestattet ist. Frischwasser wird am unteren Ende dieser Rohre über eine Pumpe 18 mit Überdruck (ca. 20 bar) eingeleitet und erwärmt sich in den Rohren aufgrund der hohen Temperatur des Kühlbandes und der Schmelze von etwa 1000 0C im unteren Bereich des Kühlbandes, also an der Aufgabestelle des schmelzflüssigen Wasserglases. Beim Austritt, also oben am Kühlband haben das Wasserglas und das Abkühlband nur noch eine Temperatur von etwa 300 0C. Das Wasser wird über einen Kondensator 19 unter Überdruck im Kreis zurückgeführt. Durch Entspannen am Ventil 25 auf 4 bar wird 4-bar-Dampf erzeugt. Am oberen Ende der Rohre 17 erhält man Sattdampf mit 4 bar und 163 0C. Ein Teil des Dampfes wird über die Leitung 20 als externer Dampf für andere Zwecke als zur Produktion von Wasserglas abgegeben. Der andere Teil des erzeugten Dampfes wird über die Leitung 21 einem zweiten Wärmetauscher 22, nämlich einem Plattenwärmetauscher für Schüttgut zugeführt, welcher das Feed, nämlich das Gemisch aus Sand und Soda auf eine Temperatur von etwa 125 0C vorwärmt. Die Vorwärmung des Feed ermöglicht einen höheren Durchsatz im Schmelzofen 3, in welchem das vorgewärmte Feed eingespeist wird. Nach Abgabe der Wärme strömt der Dampf in einen Kondensator 23. Das heiße Kondensat wird über eine Pumpe 24 in den Löser 13 eingeleitet, wo er zum Einsparen von extern zugeführtem 4 bar-Dampf dient.
Das vorgeschlagene Konzept eignet sich sehr gut z. B. für die effiziente Nutzung des Wärmeinhalts der Schmelze bei der Herstellung von Gläsern (vgl. Fig. 2 und 3). Der Wärmeinhalt der Schmelze kann erfindungsgemäß dazu verwendet werden, um mit Hilfe eines geeigneten Rohrbündelwärmeaustauschers Dampf zu erzeugen. Als Wärmetauscher können hier alle dem Fachmann bekannten technischen Wärmeaustauscher eingesetzt werden. Zudem kann der Wärmeübergang durch technische Maßnahmen wie z. B. Anbringung von einer Haube, Gebläse, etc. verbessert werden. Zusätzlich kann durch Optimierung der Oberflächeneigenschaften (z. B. Farbe, Beschichtung, Rauhigkeit) der Rohre bzw. des Wärmeaustauschers der Wärmeübergang erhöht werden.
Über dem Kühlband kann unter geeigneten Transport- und Betriebsbedingungen in einem Wärmeaustauscher 0,4 Tonnen 4 bar Dampf pro Tonne Produkt in der Stunde erzeugt werden. Der Wärmeaustauscher besteht aus Rohrbündeln mit einer Haube (vgl. Fig. 2 und 3), um durch einen Kamineffekt die Luftgeschwindigkeit zu erhöhen. Diese Konstruktion bringt folgende Vorteile mit sich:
• Der konvektive Stoffaustausch wird verbessert
• Die Umgebungstemperatur durch den Abzug der heißen Luft sinkt ab.
• Durch eine Umhausung der heißen Schmelze wird die Arbeitssicherheit erhöht. Der größere Teil des erzeugten Dampfes aus dem ersten Wärmetauscher (Haube 16) kann verkauft oder betriebsintern verwendet werden. Zumindest ein Teil des im ersten Wärmetauscher (Haube 16) erzeugten Dampfes wird z. B. einem anderen geeigneten Wärmeaustauscher zugeführt, um erfindungsgemäß den Feed aus Sand und Soda vorzuwärmen. Das Gemisch wird im zweiten Wärmetauscher auf etwa 125 0C erwärmt. Hierbei können prinzipiell alle gängigen Bauarten von Wärmeaustauschern genutzt werden. Insbesondere eignen sich Plattenwärmeaustauscher und ganz besonders vibrierende Wärmeaustauscher zum Vorwärmen von Feststoffen wie z. B. dem eingesetzten Sand oder Sand und Soda. Die Feuchtigkeit des Feeds ist für das Verfahren unter geeigneten Betriebsbedingungen nicht relevant.
Durch den vorgewärmten Feed wird die Kapazität des Ofens erhöht und kann Energie eingespart werden. Der Dampfstrom, der den zweiten Wärmetauscher 22 als Kondensat verlässt, kann für einen anderen Prozess eingesetzt werden. Wenn das Kondensat aus dem zweiten Wärmetauscher 22 erfindungsgemäß direkt für den Löseprozess verwendet wird, kann dementsprechend der nötige Energieverbrauch reduziert werden.
Die gewonnene Energie kann aber auch anderweitig für diesen oder auch jeden anderen beliebigen Prozess genutzt werden.
Das vorgenannte neue Konzept bringt für diese Anwendung folgende Vorteile mit sich:
Erzeugung von 4-bar Dampf
Gemengevorwärmung
4-bar-Dampf-Ersparnis beim Löseprozess
Kapazitätserhöhung der Öfen
Erhöhung der Arbeitssicherheit und angenehmere Arbeitsbedingungen
Senkung des Energieverbrauchs für den Löseprozess
Die Kühlung des Abkühlbandes 11 erfolgt erfindungsgemäß hauptsächlich über den ersten Wärmetauscher 16. Die Restkühlung wird wie bisher mit Wasser vorgenommen, welches von unten auf die Oberseite des von oben nach unten zurücklaufenden Bandes gespritzt wird. Das dabei nicht verdampfte Wasser kann ebenfalls für den Löser verwendet werden. Die Haube 16 ist konstruktiv so ausgestaltet, dass die Rohre gut von außen zu reinigen sind.
Bezugszeichenliste
Bandwaage
Misch-Schnecke
Ofen
Brenner Öl/Gas
Gebläse
Regenerativkammer
Abgase
Regenerativkammer
Abgaskühler
Elektrofilter
Abkühlband
Stückenglas
Löser
Flüssigglas, wässrig schmelzflüssiges Wasserglas
Haube, erster Wärmetauscher
Rohre
Pumpe
Kondensator
Rohrleitung
Rohrleitung zweiter Wärmetauscher, Plattenwärmetauscher
Kondensator
Pumpe
Ventil

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Produktes durch Aufschmelzen eines Feeds und Erstarren lassen, vorzugsweise Verfahren zum Herstellen von Gläsern, insbesondere von Wasserglas, in einem Ofen, vorzugsweise in einem Wannenofen, mit Wärmerückgewinnung, dadurch gekennzeichnet, dass man zumindest einen Teil der von dem hergestellten Produkt, insbesondere bei dessen Erstarrung, abgegebenen Wärme zur Vorwärmung des Feed verwendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hergestellte Glas seine Wärme an einen ersten Wärmetauscher (16) abgibt, der die Wärme an einen zweiten Wärmetauscher (22) gibt, welcher das Feed vorwärmt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (16) als eine Haube (16) ausgebildet ist, die um ein, und insbesondere oberhalb eines, mit dem hergestellten Glas belade- nen Abkühlband(s) (11 ) angeordnet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauscher (22) als ein Plattenwärmetauscher für Schüttgut ausgebildet ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man zumindest einen Teil der von dem hergestellten Glas bei dessen Erstarrung abgegebenen Wärme zur Wärmezufuhr beim Lösen des erstarrten Glases (Festglases) (12) in Wasser einsetzt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Wärmeträger für die Aufnahme der vom hergestellten Festglas (12) abgegebenen Wärme Wasser verwendet und zumindest einen Teil dieses erhitzten Wärmeträgers in den zum Lösen des Festglases verwendeten Behälter (Löser) (13) einleitet.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man das vom zweiten Wärmetauscher (22) abgegebene Kondensat in den Löser (13) einleitet.
8. Anlage zum Herstellen von Gläsern, insbesondere von Wasserglas, mit einem Ofen, insbesondere einem Wannenofen (3), mit einer Kϋhleinrichtung (11) für das hergestellte, noch geschmolzene Glas, dadurch gekennzeichnet, dass eine als erster Wärmetauscher ausgebildete Haube (16) um die, und vorzugsweise nur oberhalb der, Kühleinrichtung (11) angeordnet ist, dass ein zweiter Wärmetauscher (22) zum Vorwärmen des Feed vorgesehen ist und der zweite Wärmetauscher (22) von dem vom ersten Wärmetauscher (16) abgegebenen erhitzten Wärmeträger gespeist wird.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behälter (Löser) (13) zum Lösen des Festglases (12) in Wasser vorgesehen ist und dass ein Einlass des Lösers (13) mit dem Kondensataus- lass des zweiten Wärmetauschers (22) verbunden ist.
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