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1、煤气喷雾冷却系统在2500m3高炉上的应用shixi导语：本文介绍了MS煤气喷雾冷却系统在2500m3高炉上的应用。摘要：本文介绍了MS煤气喷雾冷却系统在2500m3高炉上的应用。并对其系统组成及自动化控制部分做了简介。关键词：高炉喷雾冷却煤气TheApplicationofGasSprayCoolingSystemto2500M3BFGuoYixiangWangLongjiangFongGuoliangShaosteelIronmakingPlantAbstract:ThisthesisintroducestheapplicationofMSgasspraycoolingsystemto25
2、00M3BFandalsogivesabriefintroductionofthecompositionofthesystemespeciallyitsautomaticcontrolpart.Keywords:BFSpraycoolingGas1前言：高炉在冶炼经过中，由于煤气流的上升，炉顶温度通常在150-300之间。当炉况的波动引起炉顶温度变化超过300时，为保护炉顶设备和布袋除尘器，传统的方法是增设炉顶水冷洒水装置。韶钢2500m3高炉自2005年开炉以来，采用了传统的炉顶水冷洒水装置。这种方式的缺点主要有：洒水时水量控制不准确，冷却不均匀，氮气量度消耗大，往往造成后续煤气用户煤气压力
3、波动大；水珠被带入布袋，造成布袋粘结；炉内压差大，影响炉料下行，降低生铁产量；喷嘴易堵塞。为解决上述问题，决定对其进行改造。2改造方案采用MS煤气喷雾冷却系统代替原炉顶水冷洒水装置，新增一套自动化控制系统，中控楼内设远程控制站及人机界面HMI，现场安装控制柜并设模拟触摸屏。该系统的优点：当喷雾时，喷嘴伸出；喷雾完毕，喷嘴缩进喷枪，避免高温、高粉尘煤气的冲刷，防止喷嘴由于高炉粉尘的附着、烧结导致的喷嘴堵塞；系统自诊断，能判定喷嘴和水泵的工作状态，及时报警；水泵与风口高压水管构成常用、备用关系，自动检测切换，知足高炉的应急要求；定期清洗喷嘴，防止系统长期不动作而导致阀门锈死。运行成本低，系统不消耗
4、氮气。3系统组成及工作原理3.1系统组成中控楼PLC包括一台工控机和S7-300PLC，硬件CPU315一块，307电源一块，16点输入模块三块，16点输出模块三块，8点模拟量输入模块2块，及电气控制系统。PLC控制图中虚线连接的设备，其中上升管温度、布袋除尘器温度信号通过工业以太网传送。如图1MS高炉煤气喷雾冷却系统工艺流程图，沿炉喉圆周均布8支喷枪，图中仅例出两条喷枪。其中4支较大流量15m3/h喷枪D型喷枪，4支较小流量10m3/h喷枪X型喷枪，大小间隔均匀布置。K1、K2单向阀，防止系统在停止状态炉内煤气倒灌。为保证喷雾水的清洁，在水泵前增加过滤器；F1、F2是单条吹管过滤器。FK11
5、、FK12流量开关。用于检测该回路能否通畅。电磁流量计Z10实测量系统的总水流量。水泵与风口高压水管构成常用、备用关系。自力式调节阀Z01，自动调节系统压力。M7、M8高压单相细水雾自动喷枪。图1MS高炉煤气喷雾冷却系统工艺流程图，1T1、T2、T3、T4为高炉煤气上升管温度，T5为重力除尘器出口温度。2F1、F2为过滤器3K1、K2为单向阀4FK11、FK12为流量开关5V100、V120、V130、V140、为气动球阀。6Z10为电磁流量计。7S1S8为手动球阀8Z01自力式调节阀9M7、M8自动喷枪3.2工作原理3.2.1喷雾原理：当高炉炉顶温度超出设定温度时300时，传感器将信号通过工
6、业以太网送到本控制系统，装置发出报警，同时启动电机水泵，打开主球阀，短暂延时后水压到达一定压力1.5-2.2MPA系统压力由自力式调节阀自动调节)，打开预定分气动球阀，喷枪伸出并喷雾喷嘴受压力感应自动伸缩，仅在喷雾时伸出喷枪，停喷时喷嘴收回喷枪，避免高粉尘煤气的冲刷造成喷嘴外流道堵塞。随着炉内温度的升/降，系统自动增加/减少分气动球阀开启的数量来控制喷雾量，经过时间的推移，温度逐步下降，系统关闭部分喷嘴以减小喷雾量，当温度下降到250时，关闭所有球阀，停水泵。降温完成。图3自动喷雾软件控制框图3.2.2吹扫原理：系统长时间未曾喷雾时，为防止喷嘴内流道堵塞，程序定期以脉冲方式对喷嘴进行吹扫，操作
7、人员可在上位机或人机界面设定喷吹周期和脉冲时间。吹扫期间将进行喷嘴检查，系统将喷嘴堵塞情况报警，提示操作人员进行处理。4自动化控制部分4.1为保持与上位机PLC一致，选用西门子S7-300作为MS喷雾冷却系统的控制器；并入上位工业以太网。操作形式采用远程上位监控操作中控楼与控制柜本地操作两种控制级别上中控楼高于控制柜本地操作。如图2自动控制框图。图2自动控制框图4.2控制方式；4.2.1喷雾控制方式分手动/自动。手动控制方式：手动操作开关可随时直接起停水泵、通过手动操作气动球阀开关数量来控制喷雾量。自动控制方式：PLC程序根据上升管平均温度的高低自动起动水泵及开启阀门同时重力除尘器温度检测作为
8、备用检测点。自动将上升管温度控制在相应范围内预设温度在监控画面上设定。图3自动喷雾软件控制框图，启喷温度，停喷温度在人机界面可调；预设启喷形式有降料线形式、异常高温形式和正常降温形式。选择不同形式初次开启的喷嘴球阀数量不同。图3自动喷雾软件控制框图4.3喷雾异常处理4.3.1水泵故障：当系统发出“起动水泵3秒后，主管路水压低于1.5MPa，视为水泵故障，系统自动打开“V120采用备用高压水进行喷雾降温。4.3.2异常高温如开炉、停炉：在高炉开炉、停炉期间，当煤气温度超过600时，可手动选择备用高压水管供水。4.3.3喷嘴堵塞：在喷雾冷却和喷嘴吹扫期间将进行喷嘴检查，如出现喷嘴堵塞现象，触摸屏及
9、控制电脑的显示屏显示堵塞的喷枪位置，并提示报警。计算机将会调整喷雾形式，弥补该喷枪堵塞后喷雾量。4.3.4喷雾系统断电应急设计，当高炉出现供电停电时，由备用电源供电UPS向喷雾系统的控制柜、所有气动球阀提供电源，使喷雾系统自动或手动切换动备用高压水源供水进行喷雾降温，避免出现布袋除尘器烧毁事故发生。5、调试中考虑的问题5.1选择适宜水雾滴直径以及提高水雾射流的穿透力是快速降温的关键，大型高炉炉喉直径在9m径向布料偏析出现几率较大，水雾射向中心区域时，将穿过高炉边缘强煤气流，假如水雾射流动能缺乏，将无法到达炉喉中心区域进行降温。当炉况失常时，煤气从透气性较好的料柱部分“快速窜向炉顶，构成“管道。
10、造成煤气分布不均，温差大。要求细水雾穿透火焰或灼热浮升气体到达降温目的物。必须有一个适宜的水雾直径，粒径过小的雾滴就无法到达灼热的降温目的物。水雾直径越细，吸热效率越高，本次改造选用的D型和X型喷枪1.8-2.2MPa压力下喷枪喷雾射程5-7m，喷出水雾直径为D32200m。可保证炉顶温度迅速下降。5.2仅强调降温速率而忽视降温热功率自动调节就会出现炉顶温度呈现脉冲式变化，导致进入布袋除尘器的煤气中机械水含量波动，造成布袋板结。操作人员能够根据经历设置启喷温度，调整对炉顶温度的响应节律，喷雾量可在25t/h150t/h之间平滑调整，温度梯度可在50-100之间调整。由计算机控制D型喷枪15m3/h和X型喷枪10m3/h开闭数目，用D型喷枪的穿透性和X型喷枪的更细雾化粒径实现整个炉喉截面均匀的水雾覆盖。6、改造前后比拟表1改造前后比拟7结束语MS高炉煤气喷雾冷却系统自2007年投入运行以来，效果良好。炉况顺行，高炉产量明显提高，没因而发生炉顶、布袋设备损坏事故。并在另一座750M3高炉及一座在建的3200M3高炉上得到推广应用。参考文献：（MS高炉煤气喷雾冷却系统讲明书）0