摘要：本文介紹了MS煤氣噴霧冷卻系統(tǒng)在2500m3高爐上的應(yīng)用。并對其系統(tǒng)組成及自動化控制部分做了簡介。
      關(guān)鍵詞：高爐  噴霧冷卻 煤氣

The Application of Gas Spray Cooling System to 2500M3 BF
Guo Yixiang  Wang Longjiang  Fong Guoliang

Shaosteel Ironmaking Plant
      Abstract: This thesis introduces the application of MS gas spray cooling system to 2500M3 BF and also gives a brief introduction of the composition of the system especially its automatic control part.
      Key words: BF  Spray cooling  Gas

      1 前言：
      高爐在冶煉過程中，由于煤氣流的上升，爐頂溫度通常在150-300℃之間。當(dāng)爐況的波動引起爐頂溫度變化超過300℃時，為保護爐頂設(shè)備和布袋除塵器，傳統(tǒng)的方法是增設(shè)爐頂水冷灑水裝置。韶鋼2500m3高爐自2005年開爐以來，采用了傳統(tǒng)的爐頂水冷灑水裝置。這種方式的缺點主要有：灑水時水量控制不準確，冷卻不均勻，氮氣量度消耗大，往往造成后續(xù)煤氣用戶煤氣壓力波動大；水珠被帶入布袋，造成布袋粘結(jié)；爐內(nèi)壓差大，影響爐料下行，降低生鐵產(chǎn)量；噴嘴易堵塞。為解決上述問題，決定對其進行改造。

      2 改造方案
      采用MS煤氣噴霧冷卻系統(tǒng)代替原爐頂水冷灑水裝置，新增一套自動化控制系統(tǒng)，中控樓內(nèi)設(shè)遠程控制站及人機界面HMI，現(xiàn)場安裝控制柜并設(shè)模擬觸摸屏。該系統(tǒng)的優(yōu)點：當(dāng)噴霧時，噴嘴伸出；噴霧完畢，噴嘴縮進噴槍，避免高溫、高粉塵煤氣的沖刷，防止噴嘴由于高爐粉塵的附著、燒結(jié)導(dǎo)致的噴嘴堵塞；系統(tǒng)自診斷，能判斷噴嘴和水泵的工作狀態(tài)，及時報警；水泵與風(fēng)口高壓水管形成常用、備用關(guān)系，自動檢測切換，滿足高爐的應(yīng)急要求；定期清洗噴嘴，防止系統(tǒng)長期不動作而導(dǎo)致閥門銹死。運行成本低，系統(tǒng)不消耗氮氣。

      3 系統(tǒng)組成及工作原理
      3.1系統(tǒng)組成
      中控樓PLC包括一臺工控機和S7-300PLC，硬件 CPU315一塊，307電源一塊，16點輸入模塊三塊，16點輸出模塊三塊，8點模擬量輸入模塊2塊，及電氣控制系統(tǒng)。PLC控制圖中虛線連接的設(shè)備，其中上升管溫度、布袋除塵器溫度信號通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送。如圖1  MS高爐煤氣噴霧冷卻系統(tǒng)工藝流程圖，沿爐喉圓周均布8支噴槍，圖中僅例出兩條噴槍。其中4支較大流量（15m³/h）噴槍（D型噴槍），4支較小流量（10m³/h）噴槍（X型噴槍），大小間隔均勻布置。K1、K2單向閥，防止系統(tǒng)在停止狀態(tài)爐內(nèi)煤氣倒灌。為保證噴霧水的清潔，在水泵前增加過濾器；F1、F2是單條吹管過濾器。FK11、FK12流量開關(guān)。用于檢測該回路是否通暢。電磁流量計Z10實測量系統(tǒng)的總水流量。水泵與風(fēng)口高壓水管形成常用、備用關(guān)系。自力式調(diào)節(jié)閥Z01，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力。M7、M8高壓單相細水霧自動噴槍。

 
圖1  MS高爐煤氣噴霧冷卻系統(tǒng)工藝流程圖，

      （1） T1、T2、T3、T4為高爐煤氣上升管溫度，T5為重力除塵器出口溫度。
      （2） F1、F2為過濾器
      （3） K1、K2為單向閥
      （4） FK11、FK12為流量開關(guān)
      （5） V100、V120、V130、V140、為氣動球閥。
      （6） Z10為電磁流量計。
      （7） S1—S8為手動球閥
      （8） Z01 自力式調(diào)節(jié)閥
      （9） M7、M8自動噴槍

      3.2工作原理
      3.2.1噴霧原理：
      當(dāng)高爐爐頂溫度超出設(shè)定溫度時（300℃）時，傳感器將信號通過工業(yè)以太網(wǎng)送到本控制系統(tǒng)，裝置發(fā)出報警，同時啟動電機（水泵），打開主球閥，短暫延時后水壓達到一定壓力（1.5-2.2MPA系統(tǒng)壓力由自力式調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié))，打開預(yù)定分氣動球閥，噴槍伸出并噴霧（噴嘴受壓力感應(yīng)自動伸縮，僅在噴霧時伸出噴槍，停噴時噴嘴收回噴槍，避免高粉塵煤氣的沖刷造成噴嘴外流道堵塞）。隨著爐內(nèi)溫度的升/降，系統(tǒng)自動增加/減少分氣動球閥開啟的數(shù)量來控制噴霧量，經(jīng)過時間的推移，溫度逐漸下降，系統(tǒng)關(guān)閉部分噴嘴以減小噴霧量，當(dāng)溫度下降到250℃時，關(guān)閉所有球閥，停水泵。降溫完成。圖3  自動噴霧軟件控制框圖
      3.2.2吹掃原理：
      系統(tǒng)長時間未曾噴霧時，為防止噴嘴內(nèi)流道堵塞，程序定期以脈沖方式對噴嘴進行吹掃，操作人員可在上位機或人機界面設(shè)定噴吹周期和脈沖時間。吹掃期間將進行噴嘴檢查，系統(tǒng)將噴嘴堵塞情況報警，提示操作人員進行處理。

      4 自動化控制部分
      4.1 為保持與上位機PLC一致，選用西門子S7-300作為MS噴霧冷卻系統(tǒng)的控制器；并入上位工業(yè)以太網(wǎng)。操作模式采用遠程上位監(jiān)控操作（中控樓）與控制柜本地操作兩種（控制級別上中控樓高于控制柜本地操作）。如圖2 自動控制框圖。

 
                    圖2 自動控制框圖

      4.2 控制方式；
      4.2.1噴霧控制方式分手動/自動。手動控制方式：手動操作開關(guān)可隨時直接起停水泵、通過手動操作氣動球閥開關(guān)數(shù)量來控制噴霧量。自動控制方式：PLC程序根據(jù)上升管平均溫度的高低自動起動水泵及開啟閥門（同時重力除塵器溫度檢測作為備用檢測點）。自動將上升管溫度控制在相應(yīng)范圍內(nèi)（預(yù)設(shè)溫度在監(jiān)控畫面上設(shè)定）。圖3自動噴霧軟件控制框圖，啟噴溫度，停噴溫度在人機界面可調(diào)；預(yù)設(shè)啟噴模式有降料線模式、異常高溫模式和正常降溫模式。選擇不同模式首次開啟的噴嘴球閥數(shù)量不同。

 
                 圖3  自動噴霧軟件控制框圖

      4.3噴霧異常處理
      4.3.1水泵故障：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出“起動水泵”3秒后，主管路水壓低于1.5MPa，視為水泵故障，系統(tǒng)自動打開“V120”采用備用高壓水進行噴霧降溫。
      4.3.2異常高溫（如開爐、停爐）：在高爐開爐、停爐期間，當(dāng)煤氣溫度超過600℃時，可手動選擇備用高壓水管供水。
      4.3.3噴嘴堵塞：在噴霧冷卻和噴嘴吹掃期間將進行噴嘴檢查，如出現(xiàn)噴嘴堵塞現(xiàn)象，觸摸屏及控制電腦的顯示屏顯示堵塞的噴槍位置，并提示報警。計算機將會調(diào)整噴霧模式，彌補該噴槍堵塞后噴霧量。
      4.3.4噴霧系統(tǒng)斷電應(yīng)急設(shè)計，當(dāng)高爐出現(xiàn)供電停電時，由備用電源供電（UPS向噴霧系統(tǒng)的控制柜、所有氣動球閥提供電源），使噴霧系統(tǒng)自動或手動切換動備用高壓水源供水進行噴霧降溫，避免出現(xiàn)布袋除塵器燒毀事故發(fā)生。

      5、調(diào)試中考慮的問題
      5.1 選擇合適水霧滴直徑以及提高水霧射流的穿透力是快速降溫的關(guān)鍵，大型高爐爐喉直徑在（9m）徑向布料偏析出現(xiàn)幾率較大，水霧射向中心區(qū)域時，將穿過高爐邊緣強煤氣流，如果水霧射流動能不足，將無法到達爐喉中心區(qū)域進行降溫。當(dāng)爐況失常時，煤氣從透氣性較好的料柱部分“快速竄向”爐頂，形成“管道”。造成煤氣分布不均，溫差大。要求細水霧穿透火焰或灼熱浮升氣體到達降溫目的物。必須有一個合適的水霧直徑，粒徑過小的霧滴就無法到達灼熱的降溫目的物。水霧直徑越細，吸熱效率越高，本次改造選用的D型和X型噴槍（1.8-2.2MPa壓力下）噴槍噴霧射程5-7m，噴出水霧直徑為（D32≤200μm）?？杀ＷC爐頂溫度迅速下降。
      5.2僅強調(diào)降溫速率而忽視降溫?zé)峁β首詣诱{(diào)節(jié)就會出現(xiàn)爐頂溫度呈現(xiàn)脈沖式變化，導(dǎo)致進入布袋除塵器的煤氣中機械水含量波動，造成布袋板結(jié)。操作人員可以根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置啟噴溫度，調(diào)整對爐頂溫度的響應(yīng)節(jié)律，噴霧量可在25t/h—150t/h之間平滑調(diào)整，溫度梯度可在50-100℃之間調(diào)整。由計算機控制D型噴槍（15m3/h）和X型噴槍（10m3/h）開閉數(shù)目，用D型噴槍的穿透性和X型噴槍的更細霧化粒徑實現(xiàn)整個爐喉截面均勻的水霧覆蓋。

      6、改造前后比較
      表1   改造前后比較

      7 結(jié)束語
      MS高爐煤氣噴霧冷卻系統(tǒng)自2007年投入運行以來，效果良好。爐況順行，高爐產(chǎn)量明顯提高，沒因此發(fā)生爐頂、布袋設(shè)備損壞事故。并在另一座750M3高爐及一座在建的3200M3高爐上得到推廣應(yīng)用。

       參考文獻：《MS高爐煤氣噴霧冷卻系統(tǒng)說明書》