УСТАНОВКА ПО ПРОИЗВОДСТВУ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО ЦЕМЕНТА
PLANT TO PRODUCE HIGH-QUALITY CEMENT

Изобретение относится к области строительства и криогенной техники, предназначено для производства высокомарочных и быстротвердеющих марок цементов на основе технологии криопомола.
Известно устройство для измельчения материалов с использованием глубокого охлаждения, содержащее загрузочный бункер, измельчитель, механизм подачи материала в зону измельчения, средство глубокого охлаждения измельченного материала, разгрузочный узел и систему возврата паров хладагента в загрузочный бункер с помощью циркулярционного вентилятора (Авторское свидетельство СССР №1346244, опубл. 23.10.1987). Однако данное техническое устройство нельзя использовать для приготовления цемента.
Известно устройство установки криоизмельчения, содержащей охлаждающий бункер, шнековый питатель, подводящий патрубок, измельчитель с циркуляционным вентилятором, отводящий патрубок, устройства отделения продукта и возврата паров криоагента в охлаждающий бункер и устройство подачи криоагента, объединенные в общем термозвукоизолирующем кожухе (Патент РФ №2029622, опубл. 27.02.1995). Однако в данном устройстве отсутствует система производства и хранения криоагента, что предопределяет значительные затраты на закупку и доставку криогенной жидкости.
Известно устройство установки для получения высококачественного цемента на основе криопомола в среде криогенной жидкости, включающее в себя криогенную барабанную мельницу циклического действия, выполненную в виде вращающегося теплоизолированного помольного криостата, имеющего съемную крышку и патрубки для заливки и выпара азота, расположенного между двух продольных роликов, один из которых, приводной, связан с электродвигателем (Криогенная технология. / Под ред. Б.И. Веркина. Киев.: "Наук. думка", 1985., стр. 160-163). Однако в данном техническом решение не рассматривается вопрос получения, регенерации или доставки жидкого азота на место производства высококачественного цемента.
Известно устройство теплоизолированных емкостей, предназначенных для хранения криогенных жидкостей (Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. / Учеб. пос.для вузов. - 2-е изд., М.:"Энергоиздат", 1981. стр. 202).
Известны технические решения с применением насосов высокого давления для подачи криогенных жидкостей (Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.:"Иностр. литература", М., 1961, стр. 287-288).
Известно устройство криогенной машины Стирлинга, используемой для сжижения атмосферного воздуха и включающей полости сжатия и расширения, картер, рабочий поршень, вытеснитель, регенератор, теплообменник нагрузки и холодильник, через который проходит система охлаждения криогенной машины (Новотельнов В.Н. Суслов А.Д. Полтараус В.Д. Криогенные машины. Санкт-Петербург: Политехника, 1991, с. 258).
Известно устройство установки по производству высококачественного цемента, включающее в себя криогенную барабанную мельницу циклического действия, выполненную в виде вращающегося теплоизолированного помольного криостата, имеющего съемную крышку и патрубки для заливки и выпара криогенной жидкости с запорными клапанами, расположенного между двух продольных роликов, один из которых, приводной, связан с электродвигателем, криогенную машину Стирлинга, в состав которой входит конденсатор, емкость для хранения криогенной жидкости с насосом высокого давления, расположенным в емкости, линию слива криогенной жидкости из конденсатора криогенной машины в емкость для хранения криогенной жидкости, линию подачи криогенной жидкости из емкости для ее хранения в помольный криостат, линию выпара криогенной жидкости с механическим фильтром (Патент РФ №2191632, опубл. 27.10.2002). Однако в данном техническом решении в качестве криогенной жидкости используется жидкий азот, который имеет высокую стоимость и требует постоянной доставки к месту производства высококачественного цемента на технологии криопомола.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в снижении стоимости производства высококачественного цемента на основе криопомола за счет замены жидкого азота жидким воздухом и исключения транспортных расходов на доставку жидкого азота, а также повышение надежности и длительности работы установки за счет предотвращения образования инея и льда в конденсаторе криогенной машины Стирлинга путем использования низкого холодильного потенциала выпара криогенной жидкости и криогенной жидкости для вымораживания влаги и углекислого газа.
Для достижения этого технического результата в установке по производству высококачественного цемента, включающей в себя криогенную барабанную мельницу циклического действия, выполненную в виде вращающегося теплоизолированного помольного криостата, имеющего съемную крышку и патрубки для заливки и выпара криогенной жидкости с запорными клапанами, расположенного между двух продольных роликов, один из которых, приводной, связан с электродвигателем, криогенную машину Стирлинга, в состав которой входит конденсатор, емкость для хранения криогенной жидкости с насосом высокого давления, расположенным в емкости, линию слива криогенной жидкости из конденсатора криогенной машины в емкость для хранения криогенной жидкости, линию подачи криогенной жидкости из емкости для ее хранения в помольный криостат, линию выпара криогенной жидкости, согласно изобретению в качестве криогенной жидкости для криопомола применяют жидкий воздух, а установка снабжена линией подачи атмосферного воздуха с охладителем и вымораживателем влаги и углекислого газа, при этом на линии выпара криогенной жидкости размещен теплоизолированный ресивер, через охладитель проходит линия выпара криогенной жидкости, а через вымораживатель проходит линия слива криогенной жидкости из конденсатора криогенной машины в емкость для хранения криогенной жидкости.
Введение в состав установки по производству высококачественного цемента линии подачи атмосферного воздуха с охладителем и вымораживателем влаги и углекислого газа с проходящих через них, соответственно, линии выпара криогенной жидкости и линии слива криогенной жидкости из конденсатора криогенной машины в емкость для ее хранения, а также использование в качестве криогенной жидкости для криопомола жидкого воздуха позволяет получить новое свойство, заключающееся в производстве криогенной жидкости из атмосферного воздуха на месте расположения установки, что позволяет снизить затраты на приобретение и доставку криогенной жидкости для криопомола цемента, уменьшить массогабаритные размеры установки за счет исключения механического фильтра для очистки выпара криогенной жидкости, а также повысить надежность и длительность работы установки за счет исключения образования инея и льда в конденсаторе криогенной машины Стирлинга путем использования низкого холодильного потенциала выпара криогенной жидкости и криогенной жидкости для вымораживания влаги и углекислого газа в вымораживателе.
На рис. 1 изображена установка по производству высококачественного цемента.
В состав установки по производству высококачественного цемента входит криогенная машина Стирлинга 1 с конденсатором 2, емкость для хранения жидкого воздуха 3, линия слива жидкого воздуха 4 из конденсатора 2 в емкость 3, линия подачи жидкого воздуха 5 с насосом высокого давления 6, расположенным в емкости 3, криогенная мельница, состоящая из помольного криостата 7, расположенного между двух продольных роликов, один из которых является приводным роликом 8, связанным с электродвигателем 9, линия подачи выпара жидкого воздуха 10 из криостата 7, проходящего через охладитель 11, который расположен на линии подачи атмосферного воздуха 12. Помольный криостат 7 снабжен патрубком 13 для периодического подсоединения с линией подачи жидкого воздуха 5 и патрубком 14 для периодического подсоединения с линией выпара жидкого воздуха 10 и съемной крышкой 15. На патрубках 13 и 14 установлены соответственно запорные клапаны 16 и 17.
Линия подачи атмосферного воздуха 12 также снабжена вымораживателем влаги и углекислого газа 18, через который проходит линия слива жидкого воздуха 4 из конденсатора 2 криогенной машины Стирлинга 1 в емкость для хранения жидкого воздуха 3. На линии подачи выпара жидкого воздуха 10 установлен теплоизолированный ресивер 19.
Установка по производству высококачественного цемента работает следующим образом.
Предварительно перед началом работ в емкости 3 запасается необходимое количество жидкого воздуха. Для этого в конденсатор 2 криогенной машины Стирлинга 1 по линии подачи атмосферного воздуха 12 подается воздух из окружающей среды. Перед поступлением в конденсатор 2 атмосферный воздух охлаждается в охладителе 11 за счет теплообмена с выпаром жидкого воздуха, а затем очищается путем вымораживания влаги и углекислого газа в вымораживателе 18 за счет теплообмена с жидким воздухом, проходящим по линии слива жидкого воздуха 4 из конденсатора 2.
Сжиженный в конденсаторе 2 за счет работы криогенной машины Стирлинга 1 атмосферный воздух самотеком сливается в емкость для хранения жидкого воздуха 3 по линии слива 4, через вымораживатель 18, откуда с помощью насоса 6, по линии подачи жидкого воздуха 5, через патрубок 13 поступает в помольный криостат 7. В криостат 7, предварительно, через съемную крышку 15, загружаются измельчающиеся тела и шихта. После заправки криостата 7 жидким воздухом закрывается клапан 16 и линия 5 отсоединяется от криостата 7. Включается электродвигатель 9, который через приводной ролик 8 вращает криостат 7 необходимый промежуток времени для получения высококачественного цемента, при этом жидкий воздух испаряется и давление в криостате повышается. После остановки криостата 7 к нему через патрубок 14 и закрытый запорный клапан 17 подсоединяется линия выпара 10. Клапан 17 открывается и выпар жидкого воздуха под повышенном давлении поступает по линии 10 в теплоизолированный ресивер 19. Из теплоизолированного ресивера 19 холодный выпар жидкого воздуха подается в охладитель 11.
Для охлаждения атмосферного воздуха, поступающего по линии 12 в конденсатор 2, воздух сначала подают в охладитель 11, где он охлаждается за счет теплообмена с выпаром жидкого воздуха, а затем направляют в вымораживатель 18, где из атмосферного воздуха вымораживаются влага и углекислый газ. Образовавшийся пар жидкого воздуха в линии 4 поступает в газовую полость емкости 3 и периодически переожижается в конденсаторе 2 за счет возвратно-поступательного движения по линии 4.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1346244, опубл. 23.10.1987
2. Патент РФ №2029622, опубл. 27.02.1995.
3. Криогенная технология. / Под ред. Б.И. Веркина. Киев.:"Наук. думка", 1985., стр. 160-163
4. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. / Учеб. пос.для вузов. - 2-е изд., М.:"Энергоиздат", 1981. стр. 202.
5. Вопросы глубокого охлаждения. /Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова/. Изд.:"Иностр. литература", М., 1961, стр. 287-288.
6. Новотельнов В.Н. Суслов А.Д. Полтараус В.Д. Криогенные машины. Санкт-Петербург: Политехника, 1991, с. 258.
7. Патент РФ №2191632, опубл. 27.10.2002 - прототип.