一种水玻璃固体溶解乏汽回收工艺

技术领域

本发明涉及一种乏汽回收工艺，具体涉及一种水玻璃固体溶解过程中的乏汽回收工艺。

背景技术

水玻璃是一种很重要的无机化工原料，是生产各种水玻璃繁衍物的原料，被用来制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、五水偏硅酸钠、硅溶胶、层硅及速溶粉状硅酸钠、硅酸钾钠等各种硅酸盐类产品。在水玻璃溶液的制备过程中，会释放大量夹杂细小水玻璃溶液雾滴和少量细小固体杂质颗粒物的水蒸汽，如果直接排放，不仅会造成大量的热量损失，也会造成一部分水玻璃原料的损失，还会对现场环境造成污染。因此，需要对热量和蒸汽冷凝水进行回收。

如申请号CN201922283285.5，名称为“水玻璃生产废气余热回收装置”的实用新型专利，将高温尾气先在旋风分离器中进行气液分离，然后气体再经过散热管在纯水罐中进行换热操作。又如申请号CN201811291368.2，名称为“一种固体水玻璃溶解的余热回收系统”的发明专利申请，将水玻璃及高温蒸汽通入放置在换热箱的气液分离器，从气液分离器出来的气体进入换热箱进行热量交换。

虽然上述结构都是对水玻璃生产中的废气进行热量回收，但都存在一些问题，对于“水玻璃生产废气余热回收装置”来说，旋风分离器并不能完全将废气中的水玻璃溶液的雾滴与水蒸汽气体分离并使其从旋风分离器的出液口流出，也即从旋风分离器的出气口流出的气体中依然会夹杂有水玻璃溶液的雾滴，当进入散热管后，气体中夹杂的水玻璃和固体颗粒物会在散热管内部结垢，进而逐渐造成进热管道堵塞且很难清理，因此无法再进行热量交换回收。对于“一种固体水玻璃溶解的余热回收系统” 来说，首先，由于水玻璃生产时的高温蒸汽的排放并不是匀速排放，当水玻璃高温液体从溶解设备中排放出来时，起始液体压力高、温度高，瞬间产生的膨胀蒸汽流量很大，此时，极有可能将气液分离器的上盖冲开，热气逸出无法回收热量，现场水汽跑冒，严重影响作业环境，这是申请人在之前的生产中经常被困扰的问题；其次，换热箱的具体结构并未公开，如果换热箱的换热能力按满足瞬间大量排放的膨胀蒸汽冷凝来做设计的话，换热设备会做得很大，那么，膨胀蒸汽流量小时，冷凝液流动会很慢，夹带的水玻璃和固体颗粒物极易造成换热箱管道结垢。因此，换热箱管道堵塞的问题很可能难以避免。可见，上述结构都存在乏汽难以完全回收造成设备现场汽水跑冒以及换热设备无法长期有效稳定使用的突出问题。

发明内容

本发明针对当前水玻璃固体溶解过程中乏汽的热量回收设备现场汽水跑冒以及换热设备无法长期稳定使用的问题，提出了一种水玻璃固体溶解乏汽回收工艺，能够长期稳定地将乏汽中的热量稳定回收，且整个工艺过程的操作和维护均简单方便，设备没有震动和汽水跑冒，现场干净整洁。

本发明为解决上述问题所采用的技术手段为：一种水玻璃固体溶解乏汽回收工艺，首先将静压釜送至缓冲罐的高温水玻璃液体膨胀产生的乏汽通入冷凝水罐，高温乏汽遇到冷凝水罐中的水后冷凝，混合升温成高温水；同时向冷凝水罐中连续加入水以将高温水和水中杂质冲出冷凝水罐，然后从冷凝水罐流出的高温水进入换热器与常温清水进行液-液热量交换后得到低温水和工艺热水，工艺热水送往其它生产工序使用，低温水再进入沉降回收池进行固体悬浮物沉降分离。

进一步地，冷凝水罐的水罐出水口设置在侧壁上靠近冷凝水罐底部的位置，而冷凝水罐的水位通过采用将水罐出水管向上弯折的方式控制在冷凝水罐靠近顶部的位置，使罐内高温水持续由罐底引至高位点流出以恒定冷凝水罐的液位，而且高温水由罐底流出时，能持续不断地夹带出冷凝水罐内的固体颗粒杂质。

进一步地，接入冷凝水罐中的乏汽管道的乏汽出口设置在冷凝水罐内靠近水罐出水口高度处的位置。当乏汽流出时对冷凝水罐中的水进行搅动，将水中杂质剧烈翻动防止冷凝水罐内发生杂质堆积和结垢。

进一步地，乏汽出口设有多个，均匀布设在冷凝水罐内。

进一步地，多个乏汽出口呈圆环形分布在冷凝水罐内的底部处。

进一步地，多个乏汽出口呈两个以上的圆环分布，并且每一环线上的乏汽出口角度相互均匀错开。

进一步地，冷凝水罐内位于其出水管水位的上方处设有溢流口，并兼作气压平衡口，以杜绝冷凝水罐出水时因虹吸作用抽空冷凝水罐的情况。

进一步地，换热器采用将多个独立换热片置于可敞口式水箱中的结构，且从冷凝水罐中流出的高温水流经水箱内，用于吸热的冷却水流经换热片内。

进一步地，水箱采用敞口式结构。

进一步地，敞口式水箱顶部设有可拆装式活动盖板。

进一步地，一个换热片为一个独立的冷却水通道，且换热片的冷却水通道沿竖直方向呈“几”字型结构，相邻换热片之间间隔一定的距离作为高温水通道。

进一步地，水箱中高温水的水箱入水口设置在靠近水箱一端的顶部处，换热后低温水的水箱出水口设置在与水箱入水口相对一侧的底端处。

进一步地，换热器采用相连通的两组以上，前一组换热器水箱中的水从底端流出并向上溢流入下一组换热器的水箱，且每组水箱底部都设有水箱排污口。

进一步地，沉降回收池内分设沉降池和清水池，沉降池内的低温水溢流至清水池。

进一步地，清水池设有循环管道连接至冷凝水罐。

本发明的有益效果是：

1. 本发明通过先将乏汽与水混合冷凝后再进行液-液换热交换，且将冷凝水罐的出水口设置在冷凝水罐内底部处的位置，能够较容易地将水罐中沉降下来的杂质冲出冷凝水罐；而换热时采用冷却水从换热片内穿过、而高温水从水箱中流过的方式，能够避免乏汽夹带的杂质在换热片内结垢堵塞。

2. 本发明通过采用高温水从顶部设置开口的敞口式水箱中流过，且使相邻换热板片之间间隔一定距离，当杂质聚集沉积在换热板片表面时，可以用刷子等工具及时清理干净，保证换热效果。

3. 本发明通过冷凝水罐恒定液位，通过低温水持续循环加入冷凝水罐的方式，很简单而且非常可靠地保证了冷凝水罐保持足够的乏汽冷凝能力，使得冷凝水罐内的水即使在乏汽脉冲流量很大的冲击下，也不会达到沸点，从而杜绝了冷凝水罐顶部出现汽水跑冒的情况，确保了现场作业环境安全清洁。

附图说明

图1为实施例一乏汽回收工艺示意图；

图2为实施例一冷凝水罐结构示意图；

图3为实施例一换热器结构示意图；

图4为实施例一沉降回收池结构示意图；

图中：1.静压釜，2.缓冲罐，3.冷凝水罐，31.乏汽出口，32.水罐出水口，33.溢流口，34.乏汽管道，35.水罐液位计，36.水罐出水管，37.溢流管，4.换热器，41.换热片，411.冷却水进水管，412.冷却水出水管，42.水箱，421.水箱入水口，422.水箱出水口，43.温度计，44.隔板，5.沉降回收池，51.沉底池，52.清水池，521.清水液位计，522.清水阀，523.清水管，53.挡板，54.真空水罐，55.循环泵，6.循环管道，7.静压釜加水管，8.排污管，81.排污口，82.排污阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例一

一种水玻璃固体溶解乏汽回收工艺，如图1所示，水玻璃生产过程中的乏汽从静压釜1或者溶解滚筒出来经过缓冲罐2缓冲处理后进入冷凝水罐3，冷凝水罐3中本身有较高水位的水，如装满常温软化水，高温乏汽通过乏汽管道34进入冷凝水罐3后遇到冷凝水罐3中的水而冷凝，混合升温形成高温水，并流入换热器4中进行热量交换，换热器4中的热量交换以液-液方式进行，冷却水换热升温后可以用于其他生产操作中，而高温水换热降温后变成低温水，然后流入沉降回收池5进行沉降净化后可以送入冷凝水罐3循环使用，或者当作水玻璃生产用水循环使用。

如图2所示，冷凝水罐3的水罐出水口32设置在冷凝水罐3侧壁靠近其底端的位置处，而水罐出水管36从水罐出水口32处连接后呈“几”字型弯折，将冷凝水罐3的水位A保持在一个较高的位置，以使乏汽进入冷凝水罐3后较高水位的水能够吸收更多的热量，避免冷凝水罐3内温度过高而将冷凝水罐3的顶部冲开而使热量流失、同时乏汽还将乏汽内的杂质从顶部处带到冷凝水罐3外。此外，在冷凝水罐3最高水位A的上方处还设有溢流口33，通过溢流管37连接至水罐出水管36，当水罐出水口32处被杂质堵塞时，高温水能够从溢流口33处流出，避免冷凝水罐3内的高温水无法流出而使冷凝水罐3受损。此溢流口33还兼作气压平衡口，用以杜绝在水罐出水管36发生虹吸抽空冷凝水罐3的情况。在冷凝水罐3还设有水罐液位计35，通过水罐液位计35的读数可以判断水罐出水口32处是否堵塞。同时，在水罐出水口32处还设有排污阀82连通至与其同水位处的水罐出水管36，当水罐出水口32处被杂质堵塞时可以将排污阀82打开，以使杂质流出。在这个结构中，最好是冷凝水罐3设置的高度大于后续换热器4的高度，以避免水罐出水管36在其他部位需要向上弯曲而在弯曲处被堵塞；也可以在冷凝水罐3和换热器4之间设置一个较大的中转结构，杂质在此中转结构底部聚集，而高温水可以流过，在此中转结构设置排污口和排污阀与排污管8连接，当杂质聚集到一定量时再打开排污阀使杂质流出。可见，此冷凝水罐3采用的是用进水挤推出水的方式使高温水被动流出，当水持续被灌进冷凝水罐3时，就可以保证冷凝水罐3内的高温水能够持续流出，保证整个工艺持续进行。

同时，乏汽管道34连接至冷凝水罐3内以后，乏汽出口31采用开口朝向底部的蒸汽分布器，且多个开口均匀分布在高度接近水罐出水口32高度的位置处，这样，但乏汽进入冷凝水罐3内部时，能够搅动冷凝水罐3内的水，配合外部水的加入，将底部的杂质与升温后的高温水一起从水罐出水口32流出，避免杂质大量在冷凝水罐3内部沉降聚集。且所有乏汽出口31中心点在冷凝水罐3下部呈圆环形分布（根据冷凝水罐3大小，采用两环或多环设计），合理保证相邻两环之间乏汽出口31的间距，并且每一环线上的乏汽出口31的角度相互均匀错开，使相邻乏汽出口31中流出来的乏汽喷向从不同的点喷出，确保了乏汽喷出时在冷凝水罐3内横截面上的均匀分布。保证了乏汽的高效充分冷凝，且有效消除了乏汽进入冷凝水罐3内部时产生的冲击和震动。

如图3所示，换热器4采用将多个独立的换热片41放置在敞口式水箱42中的结构，一个换热片41为一个独立的冷却水通道，且每个冷却水通道均沿竖直方向呈“几”字型结构，冷却水进水管411和冷却水出水管412分别将所有换热片41的两端连接成整体，每个换热片41在其外壁通过膜式薄壁板连接成一个换热板片，而两个相邻换热片41之间间隔一定距离，换热时，冷却水在换热片41内部流动，而从冷凝水罐3流出的高温水在换热片41之间流动，这是因为在换热过程中，高温水内杂质预冷会加快聚集，如果从换热片41内部流动的话容易使管道堵塞，而从换热片41外部流动时，就算在管道表面结垢，由于是采用将换热片41放置在开口式水箱中的结构，可以随时对换热片41外部进行清洁除垢。当然，相邻换热片41之间必须间隔一定距离，如保证钢丝刷能够伸进去并刷动的距离。此时，换热片41两端分别连接有冷却水进水管411和冷却水出水管412，而水箱42两端分别连接有水箱入水口421和水箱出水口422，并且水箱入水口421设置在水箱42靠近顶部的位置处，水箱出水口422设置在水箱42靠近底部的位置处，使高温水能够顺畅地流入到水箱42内，低温水能够顺畅地流入沉降回收池5，而且在水箱42内的换热片41与水箱出水口422之间设有双层隔板44，换热后的低温水经过所述隔板44处从下往上溢流至水箱出水口422，保证热量的交换效果。同时，在水箱入水口421处、水箱出水口422处、冷却水出水管412都设有温度计43，根据各处温度调节冷凝水罐3水的进水量以及冷却水的进水量。

本实施例中，采用相连接的两套换热器4串联使用，两个水箱之间也设置有双层隔板44，且隔板44的高度小于水箱入水口421的高度，当有多套换热器4串联使用时，前两个水箱42之间隔板44的高度大于后两个水箱42之间隔板44的高度，以保证高温水在各水箱42之间顺畅流动。当然，在各水箱42底部还设有排污口81，通过排污阀82连接至排污管8。

可见，先将高温乏汽通入冷凝水罐3将冷凝水罐3内的水升温成高温水，在换热器4内采用液-液换热方式，才能采用开口式水箱42，方便对换热片41随时进行清洁除垢。同时，在敞口式水箱42顶部还可设置方便拆装的活动盖板，在水箱42周围和盖板均可采用保温隔热措施，可尽量减少换热过程中热量的流失，当需要对换热片41进行清洁时再将盖板打开，清洁后再及时关闭，将热量最大程度地利用上。而如果是采用汽-液换热方式，则必须是密封水箱才可以换热，否则高温乏汽会逃逸无法完成热量交换，而密封水箱又无法随时清洁。

如图4所示，沉降回收池5包括沉降池51和清水池52两个部分，二者之间通过挡板53隔开，从换热器4流出的低温水和从排污管8流出的水渣混合物都可以流入沉降池51内，沉降后的上清液从挡板53处溢流到清水池52。清水池52还连接有循环管道6将清水运送至冷凝水罐3以循环使用，清水池52还连接有静压釜加水管7将清水运送至水玻璃生产工艺的其他位置。当然，在循环管道6和静压釜加水管7都设有循环泵55以将清水泵送至高处，而且在循环泵55与清水池52之间设有真空水罐54，当循环泵55将真空水罐54中的水抽走后，清水池52的水能够被自动吸至真空水罐54内，保证供水的稳定性。本实施例中，循环管道6和静压釜加水管7上的循环泵55都设有两个，其中一个以做备用。同时，在清水池52还设有清水液位计521和由清水液位计521控制的清水阀522，当清水池52内储水量不够时，清水液位计521读数低，控制清水阀522打开，外部自来水通过清水管523流入清水池内，保证整个回收工艺自动持续进行。

由于在水玻璃的生产工艺过程中，静压釜送料膨胀产生的乏汽是间歇的，流量也是不稳定的，是典型的脉冲式的热源。本发明采用冷凝水罐恒定水量（液位始终稳定）并通过持续输出热水到换热器进行热交换并把经过换热降温并充分沉降杂质后的水连续循环注入冷凝水罐，确保冷凝水罐接受乏汽冷凝后，短时间水温升到比较高的温度时，紧接着又能把水温通过循环冷却降下来，使得冷凝水罐内的温度始终保持在合理的温度区间，比如50-80℃。就是说，通过循环冷却和液位恒定的设计（液位恒定设计避开了采用自动排放调节阀，省去了自控仪表的投资和运行维护），使冷凝水罐始终保持了一定的热容能力，达到了：无论什么时候有大量乏汽送到冷凝水罐，都能完全冷凝，完全不会出现冷凝水罐内的水达到沸点而发生现场有大量汽水跑冒的恶劣工况。同时，通过将乏汽出口均匀布置在冷凝水罐底部处的设计，达到无死角翻动罐底液体，使冷凝水罐内的固体颗粒杂质不会沉积和结垢，及时被热水带出冷凝水罐；且换热器片能做到在线清理使换热器，从而长期保持连续有效换热。设置沉降池使水中的杂质能充分沉降分离，使整个装置系统能保持长期不发生堵塞的情况。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。