基于氮气保护的硫磺粉末生产线的制作方法

本发明涉及一种固体粉碎技术领域，特别是一种易爆物品的固体粉末生产线。

背景技术：

化工生产过程中所用的固体原料，通常需要粉碎到一定粒径才能使用。例如，在大多数有固体颗粒参与的化学反应过程中，减小颗粒粒径，可增大相际接触表面，提高反应速率；在浸取操作中，减小粒径既可增大相际接触表面，又可缩短物质在颗粒内的扩散距离，提高浸取速率；在陶瓷、水泥、颜料、催化剂、农药等生产过程中，为得到均匀的固体混合物，先将各种原料磨成细粉；等等。这种对固体物料施加外力，使其分裂为尺寸更小的颗粒，属于粉体工程的单元操作。

固体粉碎领域中，常用的固体粉碎方式有撞击式和碾压式，然而不论哪种粉碎方式，都普遍存在物料在粉碎周期内热量高的缺点；特别是对于易燃易爆物品，例如硫磺的粉碎，这种常用的粉碎方式达不到安全生产的标准便无法使用。

硫磺是无机农药中的一个重要品种，具有杀虫、杀螨以及杀菌作用，可用于防止病虫害，因此可采用硫磺作用农药的组分来生产无机农药。随着运输业的发展，硫磺作为轮胎的主要硫化剂更加引人注目。然而，自然环境中的硫磺大多以大块的固体状结构存在，因此在生产农药前，必须将块状硫磺粉碎成粉末状才能使用；而硫磺属于易燃易爆的危险品，因此硫磺粉末的生产设备必须要克服安全隐患，才能保证生产的顺利进行。

现有的硫磺粉碎采用三级高速粉碎机，主要存在以下缺点。

1）稳定性差：由于粉碎机为金属结构，高转速粉碎过程与硫磺颗粒产生快速摩擦产生局部高温，细粉容易融化在粉碎机的刀片处粘到上面造成动平衡变差，需要经常维修。

2）粒度很不均匀性差。

3）易爆炸：爆炸的原因主要体现在布袋收尘过程和粉碎机中。其一：高速粉碎的过程中会造成电子的转移，因此经高速粉碎过的硫磺粉末带有大量负电荷，风机大量气流跟管道的摩擦也使硫磺粉末带有大量负电荷，这样很容易造成团聚现象，使后收尘系统非常困难，并且在布袋除尘器布袋表面，常测出静电压达10000伏，通常都保持在6000伏以上，如果天气气压变化，常在布袋内产生静电火花，最后造成静电击穿空气而使除尘布袋爆炸；几乎90%的爆炸都是静电引起的布袋收尘系统爆炸。其二：粉碎机内爆炸是硫磺颗粒带有铁质材料粉碎时产生火花才出现的，冲击磨及气流磨虽然有氮气保护不易爆炸，但在高转速粉碎过程中，随着大量静电的出现，造成后系统分离和除尘无法进行正常工作。主要表现在微小颗粒产生静电后相互团聚，造成旋风分离器分离不下粉，颗粒吸附在分离器壁和出口管上，最终造成分离不下和出口管堵塞。

上述硫磺粉碎的过程都是局限于在空气中粉碎，这种工艺生产硫磺粉末存在产品质量不稳定，在粉碎的过程中粉尘飞扬，既造成环境污染，又经常出现爆炸现象，没有安全保障，会给国家和人民造成严重的财产损失，是国家明令淘汰的工艺。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种硫磺粉末生产线，能够解决传统生产设备存在的安全隐患问题，为保证硫磺粉末的安全生产提供更可靠保证。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

基于氮气保护的硫磺粉末生产线，包括用于制备生产保护用氮气的氮气制备系统、用于对块状硫磺进行研磨的物料研磨与分级系统、用于除尘并排放氮气的排氮除尘系统、用于收集硫磺粉末的成品收集系统、用于冷却物料研磨与分级系统的冷却系统以及分别与上述各系统连接以控制其协调作业的控制系统，所述氮气制备系统的输出端通过输气管道连通物料研磨与分级系统的进气端，物料研磨与分级系统通过泄压管道连通排氮除尘系统，物料研磨与分级系统还通过物料通道连通成品收集系统。

上述基于氮气保护的硫磺粉末生产线，所述氮气制备系统包括通过管道依次连通的螺杆空压机、空气缓冲罐、冷冻干燥机、制氮装置和氮气储罐，所述制氮装置包括两级串联的过滤器、两个并联设置的吸附罐以及一个氮气缓冲罐，其中第一过滤器的输入端通过管道连通冷冻干燥机的输出端，第二过滤器的输出端通过管道以及开关机构分别连通两个吸附罐的进气端，两个吸附罐的出气端连通氮气缓冲罐的输入端，氮气缓冲罐的输出端连接氮气储罐的输入端。

上述基于氮气保护的硫磺粉末生产线，所述物料研磨与分级系统通过物料管道包括依次连通的料斗、研磨机以及物料分离器，所述研磨机通过轴连接的研磨电机驱动作业，研磨机的进料端以及物料分离器的底部还分别通过输气管道连通氮气制备系统的输出端，物料分离器的物料输出端通过物料管道连通成品收集系统。

所述研磨机和氮气制备系统之间的输气管道上设置有鼓风机。

所述冷却系统包括设置在研磨机上方用于向研磨机喷洒冷却水以实现降温的若干喷头以及设置在研磨机下方用于接收冷却水的循环水地槽，所述喷头通过上水管道与循环水池连通，循环水地槽通过回水管道连通循环水回收池。

所述成品收集系统包括与物料研磨与分级系统通过物料管道连通的成品收集器，成品收集器的下方设置有接收物料的成品袋。

所述排氮除尘系统包括用于收集物料研磨与分级系统中产生的烟尘的排氮收集器以及分离氮气与硫磺超细粉末的排氮除尘器，所述排氮除尘器的下方设置有用于接收硫磺超细粉末的超细粉回收袋。

所述控制系统包括dcs控制器，dcs控制器分别与设置在生产线中用于控制氮气制备系统作业的氮气制备控制子系统、用于控制物料研磨与分级系统作业的物料研磨控制子系统、用于控制排氮除尘系统作业的排氮除尘控制子系统、用于控制冷却系统作业的冷却控制子系统以及用于控制成品收集系统作业的成品收集控制子系统电连接。

所述物料研磨控制子系统包括设置在料斗下方物料管道上的第三开关阀、设置在研磨机进料端的第七压力传感器和第二温度传感器、设置在研磨机出料端的第八压力传感器和第三温度传感器以及设置在物料分离器出料端的第九压力传感器和第四温度传感器；所述dcs控制器的输入端分别连接第七压力传感器、第二温度传感器、第八压力传感器、第三温度传感器、第九压力传感器和第四温度传感器的信号端，dcs控制器的输出端分别与第三开关阀和球磨电机的受控端连接。

所述氮气制备控制子系统包括设置在空气缓冲罐上的第一压力传感器、左吸附罐上的第二压力传感器、右吸附罐上的第三压力传感器、氮气储罐上的第四压力传感器、氮气储罐与鼓风机之间输气管道上的第五压力传感器、设置在氮气缓冲罐上的第一含氧量监测仪、设置在氮气储罐与鼓风机之间输气管道上的第二含氧量监测仪以及设置在螺杆空压机和空气缓冲罐之间设置有第一开关阀，所述dcs控制器的输入端分别连接第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第一含氧量监测仪和第二含氧量监测仪的输出端，dcs控制器的输出端连接第一开关阀的受控端。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明能够在氮气的保护下实现硫磺等易燃易爆物的粉碎研磨，不仅能够解决传统生产设备存在的安全隐患问题，还为保证硫磺粉末的安全生产提供更可靠保证，而且由于在料斗旁侧设置的助磨剂添加机构，可使生产的硫磺粉末粒度均匀，满足生产需求。本发明在生产过程中，研磨机以低转速工况进行物料的研磨，能够在保证物料稳定生产的基础上，有效控制静电产生，配合设置的改性剂添加机构和冷却系统，用于改变硫磺的特性并调节硫磺粉末生产过程的物料温度，使其始终该控制在燃点以下，有效避免了爆炸等事故的发生，为硫磺粉末的安全生产提供了可靠保障。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的生产流程图；

图3为本发明控制系统中各部件的位置安装图。

其中：1.氮气制备系统，11.螺杆空压机，12.空气缓冲罐，13.冷冻干燥机，14.制氮装置，15.氮气储罐，16.鼓风机；

2.物料研磨与分级系统，21.料斗，22.研磨电机，23.研磨机，24.物料分离器；

3.排氮除尘系统，31.排氮收集器，32.排氮除尘器；

4.成品收集系统，41.成品收集器，42.成品袋，43.超细粉回收袋；

5.冷却系统，51.上水管道，52.循环水地槽，53.回水管道；

6.控制系统，61.dcs控制器，p1-p9.第一压力传感器至第九压力传感器，t1-t5.第一温度传感器至第五温度传感器，a1-a3.第一含氧量监测器至第三含氧量监测器，k1-k6.第一开关阀至第六开关阀，q1.重量传感器，l1-l2.第一信号灯至第二信号灯。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

一种基于氮气保护的硫磺粉末生产线，其结构如图1至图3所示，包括氮气制备系统、物料研磨与分级系统、排氮除尘系统、成品收集系统、冷却系统以及控制系统，其中氮气制备系统的输出端通过输气管道连通物料研磨与分级系统的进气端，物料研磨与分级系统通过泄压管道连通排氮除尘系统，物料研磨与分级系统还通过物料通道连通成品收集系统。

控制系统用于控制其他系统协调作业，包括dcs控制器61、氮气制备控制子系统、物料研磨控制子系统、排氮除尘控制子系统、冷却控制子系统以及成品收集控制子系统电连接，上述各子系统分别设置在硫磺粉末生产线中相应的系统中，各子系统分别与dcs控制器61连接，dcs控制器通过各子系统对相应设备的工作状态进行监视与控制，从而保证生产线的安全稳定运行。其中，氮气制备控制子系统用于在dcs控制器的指令下控制氮气制备系统作业，物料研磨控制子系统用于在dcs控制器的指令下控制物料研磨与分级系统作业，排氮除尘控制子系统用于在dcs控制器的指令下控制排氮除尘系统作业，冷却控制子系统用于在dcs控制器的指令下控制冷却系统作业，成品收集控制子系统用于在dcs控制器的指令下控制成品收集系统作业。

氮气制备系统用于制备生产保护用氮气，包括通过管道依次连通的螺杆空压机11、空气缓冲罐12、冷冻干燥机13、制氮装置14、氮气储罐15和鼓风机16；其中，制氮装置14包括两级串联的过滤器、两个并联设置的吸附罐以及一个氮气缓冲罐，第一过滤器的输入端通过管道连通冷冻干燥机的输出端，第二过滤器的输出端通过管道以及开关机构分别连通两个吸附罐的进气端，两个吸附罐的出气端连通氮气缓冲罐的输入端，氮气缓冲罐的输出端连接氮气储罐15的输入端，氮气储罐15与鼓风机16之间通过管道连通。

氮气制备控制子系统包括第一压力传感器p1至第五压力传感器p5、第一含氧量监测仪a1至第二含氧量监测仪a2以及第一开关阀k1，dcs控制器的输入端分别连接第一压力传感器p1、第二压力传感器p2、第三压力传感器p3、第四压力传感器p4、第五压力传感器p5、第一含氧量监测仪a1和第二含氧量监测仪a2的输出端，dcs控制器的输出端连接第一开关阀k1的受控端。

其中，第一压力传感器p1设置在空气缓冲罐上，用于监测空气缓冲罐的气体压力，当然空气缓冲罐上还设置有气体排放阀，当第一压力传感器p1检测到的压力值大于设定值时，dcs控制器会关闭第一开关阀并打开空气缓冲罐上的气体排放阀保证空气缓冲罐的安全运行；第二压力传感器p2设置在左吸附罐上，第三压力传感器p3设置在右吸附罐上，第四压力传感器p4设置在氮气储罐上、第五压力传感器p5设置在氮气储罐与鼓风机之间的输气管道上，第二压力传感器p2至第四压力传感器分别用于测量与之相应的设备的压力值，同样相应的设备上也设置有气体排放阀，当压力值大于设定值时，同样关闭第一开关阀并打开气体排放阀。第一含氧量监测仪a1设置在氮气缓冲罐上、第二含氧量监测仪a2设置在氮气储罐与鼓风机之间的输气管道上，分别用于监测相应设备中氮气的含氧量，进一步通过dcs控制器来调节氮气制备系统中各设备的工作状态，以保证氮气中的氧含量控制在安全值范围内。

本发明中，在鼓风机16的进气口还设置了第六压力传感器p6和第一温度传感器t1，分别用于控制鼓风机进风口的氮气压力和温度，在鼓风机与氮气储罐之间管道上的第二开关阀k2；当超出设定值时，dcs控制器发出报警，同时关闭第二开关阀k2停止向鼓风机送入氮气。

本实施例中，空气缓冲罐内、左吸附罐以及右吸附罐中的压力均控制在0~0.7mpa，氮气储罐和氮气储罐与鼓风机之间输气管道中的压力均控制在0~0.5mpa。氮气缓冲罐氮气储罐与鼓风机之间输气管道中的氮气含氧量控制在5%~7%。鼓风机进风口的氮气压力控制在100~1500pa，氮气温度控制在55~65℃。

物料研磨与分级系统用于对块状硫磺进行研磨，包括依次连通的料斗21、研磨机23以及物料分离器24；其中，料斗用于盛装待研磨的硫磺，研磨机用于将硫磺研磨成粉末状，物料分离器用于对研磨机输出的研磨后的物料进行分级处理，析出符合目数要求的硫磺粉末，不符合目数要求的硫磺颗粒则返回到研磨机中继续研磨。本发明中，研磨机通过轴连接的研磨电机22驱动作业；研磨机23的进料端以及物料分离器24的底部还分别通过输气管道连通氮气制备系统的输出端，也即，研磨机和物料分离器是在充斥着氮气保护的状态进行研磨和分级处理；物料分离器24的物料输出端通过物料管道连通成品收集系统，用于将符合目数要求的输送到成品收集系统中进行称重打包处理。

物料研磨控制子系统包括第三开关阀k3、第七压力传感器p7、第二温度传感器t2、第八压力传感器p8、第三温度传感器t3、第九压力传感器p9和第四温度传感器t4，dcs控制器的输入端分别连接第七压力传感器p7、第二温度传感器t2、第八压力传感器p8、第三温度传感器t3、第九压力传感器p9和第四温度传感器t4的信号端，dcs控制器的输出端分别与第三开关阀k3和球磨电机的受控端连接。

其中，第三开关阀k3设置在料斗下方物料管道上，用于在dcs控制器的指令下执行送料作业，以保证进入研磨机的物料恒定；第七压力传感器p7和第二温度传感器t2设置在研磨机的进料端，分别用于测量研磨机进料端的压力和温度，当压力超出设定值或者温度高于设定值时发出报警提醒、当高于超限制值时则直接通过控制研磨电机停机来使研磨机停止作业；第八压力传感器p8和第三温度传感器t3设置在研磨机的出料端，分别用于测量研磨机出料端的压力和温度，同样，当压力超出设定值或者温度高于设定值时发出报警提醒、当高于超限制值时则直接通过控制研磨电机停机来使研磨机停止作业；第九压力传感器p9和第四温度传感器t4设置在物料分离器的出料端，分别用于检测物料分离器出料口的压力和温度，同样，当压力超出设定值或者温度高于设定值时发出报警提醒。本发明在接收到温度报警信息时，可通过dcs控制器控制冷却系统对物料研磨及分级系统进行降温处理；在接收到压力报警信息时，可通过dcs控制器控制排氮除尘系统进行降压处理。

本发明中，还可在料斗下方的物料管道中设置红外传感器以及第一信号灯l1，用于在物料管道中有物料输送至研磨机时，红外传感器检测到信息发送给dcs控制器，dcs控制器则控制第一信号灯l1点亮，表明物料管道正在送料，便于远方监控；同理，在研磨机至物料分离器之间的物料管道中也可设置红外传感器以及第二信号灯l2，用于在物料管道中有物料输送至物料分离器时，红外传感器检测到信息发送给dcs控制器，dcs控制器则控制第二信号灯l2点亮，表明物料管道正在出料。

本实施例中，研磨机进料端和出料端的压力均控制在0~4000pa，研磨机进料端和出料端的温度均控制在70℃以内；物料分离器出料端的温度控制在70℃以内，压力控制在800~4000pa。

为保证硫磺粉碎过程中的安全性能，本发明在物料研磨以及分级系统中设置了改性剂添加机构，包括改性剂料斗和改性剂添加开关阀。其中，改性剂料斗通过第一旁侧管道与物料管道连通，改性剂添加开关阀设置在第一旁侧管道上，改性剂添加开关阀的受控端连接dcs控制器的输出端，用于在dcs控制器的指令下控制开关角度进一步控制改性剂的添加量。

为能够提高生产效率和保持硫磺粉末产品细度的稳定性，本发明在物料研磨以及分级系统中设置了助磨剂添加机构，包括助磨剂料斗和助磨剂添加开关阀。其中，助磨剂料斗通过第二旁侧管道连通物料管道，助磨剂添加开关阀设置在第二旁侧管道上，助磨剂添加开关阀的受控端连接dcs控制器的输出端，用于在dcs控制器的指令下控制开关角度进一步控制助磨剂的添加量。

排氮除尘系统用于在物料研磨与分级系统工作过程中压力大于设定值时对物料研磨与分级系统进行泄压处理，同时在泄压过程中进行除尘并将分离出来的氮气排放到大气中；包括排氮收集器31、排氮除尘器32和超细粉回收袋43，超细粉回收袋43设置在排氮除尘器32的下方，用于接收硫磺超细粉末。排氮收集器31用于收集物料研磨和分离过程中产生的烟尘，排氮收集器31的进料端通过管道连通物料分离器，排氮收集器31的出料端通过管道连通排氮除尘器32的进口，排氮除尘器32用于对含有粉尘颗粒的氮气进行除尘处理，并将分离出来的硫磺超细粉末送入超细粉回收袋，将氮气排放到大气中。

排氮除尘控制子系统包括第三含氧量监测器a3、第五温度传感器t5、第五开关阀k5以及第六开关阀k6，dcs控制器的输入端分别连接第三含氧量监测器a3和第五温度传感器t5的输出端，dcs控制器的输出端分别连接第五开关阀k5以及第六开关阀k6的受控端。

其中，第三含氧量监测器a3设置在排氮收集器31的顶端，用于监测氮气中的氧含量；第五温度传感器t5设置在排氮除尘器32的物料输出端，用于监测物料的温度值；第五开关阀k5设置在排氮收集器与物料研磨与分级系统连通的管路中，用于在dcs控制下进行泄压与保压的转换；第六开关阀k6设置在排氮除尘器的气体输出端，用于控制氮气的排放。当接收到泄压指令时，第六开关阀打开，排氮除尘系统开始进行泄压、除尘、气固分离处理，同时打开第五开关阀向大气中排放氮气；当氮气的含氧量超出设定值或者排氮除尘器的出料温度超出设定值时，发出报警信息，dcs控制器控制相关设备运行以降低含氧量或/和温度。

成品收集系统用于收集由物料分离器输送出来的硫磺粉末，并进行称重打包处理，包括成品收集器41和成品袋42，成品收集器41与物料分离器的出料端通过物料管道连通。为提高效率，可在成品收集器下方通过多根并列的管道下方分别设置一成品袋。

成品收集控制子系统用于控制成品袋42中物料的重量，保证每个成品袋中的重量满足盛装要求；包括设置在成品收集器下方管道上的第四开关阀k4和设置在成品袋下方的称重传感器q1，称重传感器q1的输出端连接dcs控制器的输入端，dcs控制器的输出端连接第四开关阀k4的受控端。称重传感器实时监测成品袋中的物料量，当达到盛装要求时，dcs控制器控制第四开关阀k4关闭。

冷却系统用于冷却物料研磨与分级系统中的研磨机在工作过程中对其进行降温处理，以保证研磨机出料端的物料温度满足工作指标要求。冷却系统包括若干喷头和一个循环水地槽52；喷头成排设置在研磨机上方，喷头通过上水管道与循环水池连通，用于向研磨机喷洒冷却水以实现降温；循环水地槽52设置在研磨机下方，用于接收冷却水，循环水地槽通过回水管道连通循环水回收池，实现冷却水的循环利用。

本发明的工作原理为：首先将待研磨的硫磺装入料斗，用电葫芦提升至上料平台，然后开启氮气制备系统，并打开第二开关阀，当系统中的氮气含氧量控制在安全标准范围内时，启动鼓风机和物料研磨与分级系统；物料自料斗缓慢进入研磨机，在氮气保护下，利用钢球对其进行研磨，研磨后的成品粉从研磨机尾部出来进入物料分离器，不合格的半成品硫磺返回至研磨机继续研磨，合格的粉末随氮气流入成品收集系统，自成品收集系统出来的氮气则进入鼓风机入口继续循环利用。物料研磨与分级系统产生的粉尘经排氮除尘系统进行气固分离后，超细粉流入超细粉回收袋回收利用，洁净的氮气则直接排放到大气中。在物料研磨与分级系统作业过程中，dcs控制系统控制冷却系统对其进行冷却处理，以保证系统中的物料温度满足安全标准的要求。

本发明在硫磺粉末的制备过程中，任何一个超过极限的数值都会触发连锁停机，例如：鼓风机入口的表压、研磨机内的氧含量、研磨机密封填料的温度、鼓风机密封填料的温度等等，都应该保持在工艺要求范围内，当多次调整仍然不能达到工艺要求时，就会触发连锁停机，以保证生产的安全。