УСТАНОВКА ПО ПРОИЗВОДСТВУ ВЫСОКОМАРОЧНЫХ И БЫСТРОТВЕРДЕЮЩИХ ЦЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ КРИОПОМОЛА
PLANT TO PRODUCE HIGH-GRADE AND QUICK-SETTING CEMENTS BASED ON CRYOMILLING

Изобретение относится к области строительства и криогенной техники, предназначено для производства высокомарочных и быстротвердеющих марок цементов на основе технологии криопомола.
Известно, что новым технологическим приемом получения высокомарочных и быстротвердеющих цементов на основе рядовых клинкеров является криоизмельчение в среде криогенной жидкости (Криогенная технология / Под ред. Б.И. Веркина. Киев: "Наук. думка", 1985, стр. 160).
Известно устройство эжектора, содержащего коническое сопло для подачи первой текучей среды, сообщенного с соплом и расположенного в его зоне входного патрубка для ввода в эжектор второй текучей среды (Полезная модель РФ №141430, опубл. 10.06.2014, Бюл. №16).
Известно устройство криогенной машины Стирлинга, 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 теплоизолированных емкостей, предназначенных для хранения криогенных жидкостей, в том числе и жидкого азота (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 высокоэффективной газовой холодильной машины фирмы "Филипс", работающей по циклу Стирлинга (криогенная машина Стирлинга), и ее применение для сжижения различных технических газов (например, атмосферного воздуха) (Вопросы глубокого охлаждения / Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова / Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 35-41). Однако данная установка ранее не применялась в строительном деле для производства высококачественных бетонов на основе криопомола.
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 повышении эффективности установки за счет снижения расхода энергии на привод криогенной машины и увеличения производительности по сжижению воздуха, снижении затрат на приобретение и доставку криогенной жидкости для криопомола цемента, а также повышении надежности и длительности работы установки за счет исключения образования инея и льда в конденсаторе криогенной машины Стирлинга.
Для достижения этого технического результата установка по производству высокомарочных и быстротвердеющих цементов на основе криопомола, включающая 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 фильтром, снабжена системой охлаждения криогенной машины Стирлинга, проходящей через холодильник криогенной машины и состоящей из последовательно соединенных циркуляционного насоса, теплообменника охлаждающей внешней среды и теплообменника, через который проходит линия выпара криогенной жидкости, линией подачи атмосферного воздуха с эжектором и вымораживателем влаги и углекислоты, через который проходит линия слива криогенной жидкости из конденсатора криогенной машины в емкость для хранения криогенной жидкости, линией паров криогенной жидкости, соединяющей газовую полость емкости для хранения криогенной жидкости и эжектор, при этом в качестве криогенной жидкости для криопомола используется жидкий воздух.
Введение в состав установки по производству высокомарочных и быстротвердеющих цементов на основе криопомола системы охлаждения криогенной машины Стирлинга, проходящей через холодильник криогенной машины и состоящей из последовательно соединенных циркуляционного насоса, теплообменника охлаждающей внешней среды и теплообменника, через который проходит линия выпара криогенной жидкости, линии подачи атмосферного воздуха с эжектором и вымораживателем влаги и углекислоты, через который проходит линия слива криогенной жидкости из конденсатора криогенной машины в емкость для хранения криогенной жидкости, линии паров криогенной жидкости, соединяющей газовую полость емкости для хранения криогенной жидкости и эжектор, а также использование в качестве криогенной жидкости для криопомола жидкого воздуха, позволяет получить новое свойство, заключающееся в повышении эффективности установки за счет снижения расхода энергии на привод криогенной машины и увеличения производительности по сжижению воздуха путем охлаждения жидкости системы охлаждения криогенной машины ниже уровня окружающей среды, снижении затраты на приобретение и доставку криогенной жидкости для криопомола цемента за счет производства криогенной жидкости из атмосферного воздуха на месте расположения установки, а также повышении надежности и длительности работы установки за счет исключения образования инея и льда в конденсаторе криогенной машины Стирлинга путем вымораживания влаги и углекислого газа в вымораживателе.
На фиг. 1 изображена установка по производству высокомарочных и быстротвердеющих цементов на основе криопомола.
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, проходящей через фильтр 11 и теплообменник 12 системы охлаждения криогенной машины Стирлинга 1. 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 клапана 16 и 17.
Линия подачи атмосферного воздуха 18 также снабжена эжектором 19 и вымораживателем влаги и углекислого газа 20, через который проходит линия слива жидкого воздуха 4 из конденсатора 2 криогенной машины Стирлинга 1 в емкость для хранения жидкого воздуха 3. Линия паров жидкого воздуха 21 соединяет газовую полость емкости для хранения жидкого воздуха 3 и эжектор 19.
Система охлаждения криогенной машины Стирлинга 1 проходит через холодильник 22 и состоит из последовательно соединенных циркуляционного насоса 23, теплообменника охлаждающей внешней среды 24 и теплообменника 12, через который проходит линия выпара криогенной жидкости 10.
Установка по производству высокомарочных и быстротвердеющих цементов на основе криопомола 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 18 подается воздух из окружающей среды. Перед поступлением в конденсатор 2 атмосферный воздух, проходя через эжектор 19, охлаждается за счет смешения с парами жидкого воздуха, поступающими по линии 21 из газовой полости криогенной емкости 3, а затем очищается путем вымораживания влаги и углекислого газа в вымораживателе 20 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 20, 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 повышенным давлением поступает по линии 10 в механический фильтр 11, где очищается от твердых частиц, и теплообменник 12 системы охлаждения криогенной машины Стирлинга 1, где происходит теплообмен между выпаром жидкого воздуха и жидкостью системы охлаждения криогенной машины Стирлинга 1. При этом жидкость системы охлаждения криогенной машины Стирлинга 1 охлаждается ниже температуры окружающей среды.
Система охлаждения криогенной машины Стирлинга 1 проходит через холодильник 22, встроенный в криогенную машину Стирлинга 1, откуда охлаждающая жидкость циркуляционным насосом 23 подается в теплообменник 24, где охлаждающая жидкость криогенной машины охлаждается до температуры окружающей среды за счет теплообмена с внешней средой (например, атмосферным воздухом). Далее охлаждающая жидкость криогенной машины поступает в теплообменник 12, где за счет теплообмена с выпаром жидкого воздуха охлаждается ниже температуры окружающей среды.
В теплообменнике 22 охлаждающая жидкость с температурой ниже температуры окружающей среды охлаждает рабочее тело (гелий или водород) криогенной машины Стирлинга 1 до более низкой температуры, чем температура окружающей среды, что позволяет значительно повысить эффективность криогенной машины за счет снижения расхода энергии на ее привод и увеличения производительности по сжижению воздуха.
Источники информации
1. Криогенная технология / Под ред. Б.И. Веркина. Киев: "Наук. думка", 1985, стр. 160.
2. Полезная модель РФ №141430, опубл. 10.06.2014, Бюл. №16.
3. Новотельнов В.Н., Суслов А.Д., Полтараус В.Д. Криогенные машины. Санкт-Петербург: Политехника, 1991, с. 258.
4. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения / Учеб. Пособие 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. Вопросы глубокого охлаждения / Сб. статей под ред. проф. М.П. Малкова / Изд.: "Иностр. литература", М., 1961, стр. 35-41.
7. Патент РФ №2191632, опубл. 27.10.2002 - прототип.