流化床气流磨工艺设计.docx
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流化床气流磨工艺设计
流化床气流磨
一、流化床气流磨原理简介
流化床气流磨是压缩空气经拉瓦尔喷咀加速成超音速气流后射入粉碎区使
物料呈流态化（气流膨胀呈流态化床悬浮沸腾而互相碰撞），因此每一个颗粒具有相同的运动状态。
在粉碎区，被加速的颗粒在各喷咀交汇点相互对撞粉碎。
粉
碎后的物料被上升气流输送至分级区，由水平布置的分级轮筛选出达到粒度要求的细粉，未达到粒度要求的粗粉返回粉碎区继续粉碎。
合格细粉随气流进入高效旋风分离器得到收集，含尘气体经收尘器过滤净化后排入大气。
流化床气流磨用于各种硬度工业废弃物微粉化的研究与产品开发。
二、工艺流程介绍
流化床气流磨对压缩空气的要求在0.7—0.8MPa之间，需要保持压力稳定，即使有波动，但是频率不宜过高，否则将会影响产品的质量。
其次，对气体质量，要求洁净、干燥，应对压缩空气进行净化处理，把气体中的水份、油雾、尘埃清除，使被粉碎的矿产物料不受污染，特别对要求纯度较高的物料的粉碎要求更高，因此当需要一级、二级过滤器以及冷冻式干燥机对空气进行净化处理。
用提升机把原料提升原料仓内，然后通过输料阀把原料送入气流粉碎机的粉碎室。
原料输送机输送原料的速度采用自动控制保持粉碎室的原料和空气混合的浓度相对稳定，我们采用这样的方法可以达到粉碎时超细粉产量最佳。
粉碎室内对称安装有两对喷嘴，压缩空气通过喷嘴时形成超音速气流带起原料进行加速，在空间相互碰撞，把原料粉碎成超细粉，粉碎效果和喷嘴内径形状、距离，对称性以及原料和空气的混合浓度有关。
喷嘴内径形状决定其形成音速的最佳速度、距离以及决定原料加速路程
分级是通过高速旋转的分级轮进行，分级轮像一个圆铁桶”底部的中心固定在直连电机的主轴上，由电机驱动高速旋转，开口处和微粉收集系统的管道入口相对，且保持一定间隙也不能过大，否则未经分选的粗粉从间隙进入微粉收集系统的管道，影响产品质量，为防止此类事件发生，在间隙处进行气封处理。
分级轮的用边安装有叶片，叶片间的缝隙为分选微粉的通道。
被粉碎的微粉随气流飘起，超细粉由于粒径小便于通过叶片间的缝隙进入微粉收尘器，较大的颗粒，在
分级轮的离心力作用下，飞溅到外壁后降落，进行再次粉碎。
调整分级轮的转速，可以得到不同粒径的产品。
对于粉碎室内，原料和空气的混合浓度的控制，可以用电容式物料密度控制开关或传感器控制。
当物料和空气混合浓度增加时，随气流飘起的粉尘密度增加，撞击分级轮的粉尘增加，使驱动电机的电流增加，反之驱动电机的电流减小，利用电机电流的大小，控制输送原料的多少，可使物料和空气的混合浓度调到最佳，当驱动电流增加立即停止输料，以达到出粉和输料保持动态平衡，保证产品质量的稳定。
微粉收集系统由旋风分离器和粉尘收集组成，超细粉通过密封管道进入旋风分离器，气流在旋风分离器内旋转，把超细粉甩出降落，由排料系统排出包装即是成品。
旋风分离器可以用一级或两级，从旋风分离器飘出的气流，还有部分粉尘进入粉尘收集器，通过布袋上的粉尘，其尾气在引风机的作用下抽出，粉尘含量非常少，为防止这些粉尘排入大气中污染环境，可以增加一套粉尘过滤器，回收粉尘，尾气最后排入大气中。
整个生产过程由控制柜自动控制进行，控制柜供给整个生产用电机（不包括气源用电），还可以控制参数调整，自动启停，自动保护，故障报警及自动停机
三、主要设备
由上面的工艺流程介绍，我们可以发现，一台完整的流化床气流磨系统由表1所列出的部件所组成。
表1流化床气流磨主要设备构成
控制系统与软
变频器、PLC、接触器、空开以及］
6
件
\
i
热继电器等。
J
7
其他
\
配套
\
四、控制要求
4.1需要控制的参量
1氮气浓度
此系统内含一套高精度氧含量检测装置和自动补氮装置，其功能是在线实时
控制。
将系统内的氧气含量检测出来，然后根据检测的结果来决定是否需要进行补氮。
如果系统中氧含量超标，则系统自动地启动补氮阀，高纯氮自动向系统补充。
当系统达到所需的氮气纯度时，补氮阀自动关闭。
在系统粉碎易燃物料时，该设备配套防火装置。
系统氧含量超标且不能及时补充纯氮时，系统会自动切断闭环系统的通路，以防止系统中火源进入过滤器和压机。
2分级机的转速
在分级轮的离心力作用下，飞溅到外壁后降落，进行再次粉碎。
调整分级轮
的转速，可以得到不同粒径的产品。
3气流磨喷嘴加速距离
喷嘴出口到碰撞面的距离越短，颗粒的碰撞速度越高，从而粉碎产生的颗粒
越细。
4给料量
磨机内颗粒浓度是影响颗粒碰撞几率和颗粒所携平均动能的重要因素之一。
在气流磨中给料量的大小与其中的颗粒浓度极为相关。
当给料量大时，颗粒相互碰撞的几率较大，同时颗粒所携平均动能也较低。
在给料量较低的情况下，气流
粉碎过程受颗粒所携平均动能的影响比颗粒碰撞几率的影响更大，粉碎产生的细颗粒也越多。
5气流磨的工作压力
气流磨的工作压力是影响喷射气流速度的重要因素，往往工作压力越大，喷
射气流速度越高。
在气流平稳、颗粒随流性较好的情况下，喷射气流的速度越高，往往被加速的颗粒其碰撞速度越高，因而粉碎程度越大，产品粒度越小，然而，当工作压力过高时，喷射气流速度随工作压力提高而增加缓慢，颗粒的粒径下降已不明显，而能耗急剧增大，因此一
般采取的压力不宜过高；喷嘴入口压力与出口压力必须满足一定的条件才能使出口气流速度达到设计的值（音速或一定马赫数）当提高入口压力无法获得相应的高产量和足够的细度时，必须考虑能耗、成本及磨机的效率等问题。
6速度影响
相应的气流粉碎工作时，其高速的气流能够带动物料，通过高速的转动将动能转化为对物料颗粒的粉碎能力，不过喷嘴的气流速度下降比较快，如果物料的粒度越小,那么其被加速达到的速度就会越大，其最大速度需要的加速距离也就越短:
如果粒度越大，其需要的被加速达最大速度也就越小，则其加速的距离也相对越长。
所以，对于流化床气流磨的喷嘴的速度调整的合适与否。
直接影响着物料的
最终粉碎效果。
其喷嘴的加速距离和颗粒的密度，进料的粒度，物料的气固浓度以及产品的力度存在着较为紧密的关系。
7原料和空气混合的浓度
当物料和空气混合浓度增加时，随气流飘起的粉尘密度增加，撞击分级轮的粉尘增加。
4.2生产工艺对控制系统的要求
图2为流化床式气流磨超细粉生产线设备示意图。
物料由下料仓1经双翻板蝶阀2送入喂料机构3,再由喂料机构送入磨室7。
磨室内设有四个对喷的喷嘴，物料被喷嘴喷出的高压高速气流旋起，在磨室内物料颗粒在高速气流所孕育的巨大动能的作用下被加速，在喷嘴8交汇处发生相互冲击碰撞，从而达到粉碎目的。
被粉碎的物料随上升气流到达到分级区，分级区内的涡轮式超微分选器6分选出所需细度的物料经过出料筒被高效旋风分离器9收集。
粉体的粉碎和分级在同一腔体内同时进行，大大提高了粉体的粉碎和分级的功效，未被分选器分选的粗料又返回到对撞粉碎区继续粉碎。
这样连续加料，在磨腔内按上述循环周而复始，连续出料生产。
输出的细料经高效旋风分离器出料口10收集产品，物料分离后
的气流经过过滤器12过滤、净化后通过滤清粉单向阀13可反复循环使用。
图2流化床式气流磨生产设备示意图
根据生产工艺的要求，控制系统的动作描述如下：
（1）开控制柜电源、开
冷却水开关、系统进入初始化模块，在完成初始化操作后，进行低压补、排气操
作。
（2）在低、高压罐压力到达额定值后，PLC若处于远程控制下，压缩机运行按钮有效时，打开压缩机进气口阀，启动压缩机运行，并对压缩机的出口压力进行调节。
（3）在压缩机出口压力满足要求后，当开研磨阀按钮有效时，打开研磨阀，对研磨阀出口压力进行调节。
（4）在研磨阀出口压力满足要求后，根据操作时序，依次完成下料、喂料、分离、过滤等操作。
（5）系统在
（1）到（4）之间循环，当停机按钮或急停有效时，系统退出循环。
五、控制策略
5.1系统软件组成
系统的控制软件按生产工艺的要求，划分为功能相对独立的模块，每一模块独立完成一项特定的功能最后由主控模块将它们按逻辑进行组装。
采用模块化设计，使程序的结构简单明了，易于调试。
本次控制系统共包含6个大的控制模块，每个大的模块内可能含若干个完全独立的小模块。
如表1所示：
表1控制系统软件功能模块
序号
模块名称
功能描述
模块执行条件
包含的子模块
1
初始化模块
对系统中的阀、标志位和变量赋初值
系统上电
无
2
气路调节监控模块
对系统的气路进行调节，以满足系统对气体压力的
要求
初始化模块结束
后
高、低压罐气路调节子模块、压缩机气路调节模块、研磨阀气路调节模块、PID调节模块、气压
监控模块
3
送料模块
完成系统的送料操作
气路调节有效
下料操作模块、喂料操作模块
4
粉料加工模块
完成粉料的加工
气路调节有效
磨室监控模块、旋风分离器控制
模块
5
过滤模块
完成对气体的过滤操作
气路调节有效
过滤器监控模块、过滤器清洗
模块
6
停机处理模块
执行关机或紧急关机操作
正常停机或紧急停机信号有效
正常关机模块、紧急关机模块
5.2料位控制
磨室内料位的控制是提高磨机效率和粉碎产品质量的重要因素之一，是气流
磨自控系统中的关键技术。
由于物料在磨室内是流动的，而且在空间的分布密度受压力、流速变化的影响很大，因此所谓的料位控制，实际上是物流量的控制。
本系统采用料位闭环变频调速控制方式，实现料位的闭环控制，其控制框图如图3所示。
GLJG
[LWFK]
ImlzlfkI
图3料位闭环变频调速控制框图
XLC-下料仓；FBJG-翻板机构；BPQ-变频器；GLJG-给料机构；MS磨室；LWFK-
料位反馈；MLZLFK-磨室重量反馈
物料由下料仓经翻板机构进入到由变频器控制电机拖动的螺杆推进式给料
机构中，再由给料机构将物料送入磨室中。
其中翻板机构中蝶阀的开度受磨室重量信号的控制，当磨室重量由下限值（磨室空载）向上限值（磨室满载）变化时，蝶阀的开度相应的由大向小变化，下料仓通过蝶阀进入给料机构中的物料由多变少，当到达上限值时，蝶阀完全闭合，此时下料仓就停止向给料机构供料，直到磨室的重量下降到某一设定值，蝶阀开启恢复供料。
同时给料机构中的螺杆推进速度受料位信号的控制，当上限料位信号有效时，变频器输出零赫兹频率，给料电机停转，螺杆就停止往磨室送料。
当下限料位信号有效时，变频器输出设定的
满赫兹频率，给料电机以设定的最高速旋转，推动螺杆以设定的最高速给磨室供料。
当料位在上、下限之间连续变化时，变频器的输出频率在零到设定的最大值之间连续变化，导致螺杆的推料速度也在相应的零到设定的最大值之间连续变化。
通过以上两级闭环控制，就可以使磨室内物料量适中、稳定，始终处于最
佳研磨状态。
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