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爐頂噴淋灑水降溫系統(tǒng)工藝流程圖1

這種爐頂灑水新裝置，不僅在正常生產降料線法停爐時運行得很好，而且在正常生產過程中也是不錯的，且節(jié)約氮氣（此裝置不需要氮氣）。常規(guī)爐頂灑水霧化效果不理想，借助氮氣來達到霧化，消耗大量的氮氣（200m3/h左右）。而且設計的水量、水壓滿足不了停爐的要求，因此需要重新改造。

3、爐頂噴淋灑水降溫系統(tǒng)工藝的優(yōu)點-- 節(jié)能減排

煤氣的回收，既節(jié)約了資源，又減少了排放，從社會效益上講，降低噪音，減少了擾民，減輕了操作工人的勞動輕度。同時節(jié)約氮氣200m3/h左右。

三、安裝爐頂灑水系統(tǒng)的可行性

1、爐頂灑水系統(tǒng)功能、安全性

本系統(tǒng)使用單流體霧化噴嘴向高爐內噴射經過霧化的、顆粒細小的水滴，與高溫煤氣結合后，迅速蒸發(fā)并且?guī)ё邿崃?，實現(xiàn)高溫煤氣的降溫，高爐正常生產時，對爐頂設備和布袋除塵設備進行保護，高爐大中修時，直接使用本系統(tǒng)進行降料線爐頂煤氣噴霧降溫，無需煤氣對大氣放散。系統(tǒng)設有安全旁路，當出現(xiàn)故障（比如水泵故障）時，系統(tǒng)會以預先設定的切換壓力切換到備用水泵回路來保障系統(tǒng)的安全運行。

2、 安裝爐頂灑水系統(tǒng)的理論依據(jù)

2.1設計基礎條件

2.1.1 高爐煤氣成分（％）：

項目	CO2	CO	O2	H2	N2
成份（％）	21	22	0.7	2.0	54.3

備注： 1、高爐爐頂煤氣含塵量：~20g/Nm3。      

2.、以上煤氣成分為設計假定值。

2.1.2高爐本體參數(shù)

高爐有效容積：3200 m3

高爐爐喉直徑：9600 mm

灑水噴槍安裝高度：～43m

2.1.3煤氣流量、壓力、溫度等參數(shù)：

煤氣流量：較大：65×104 Nm3/h；

        正常：63.5×104 Nm3/h；

        較?。?8.1×104 Nm3/h

煤氣壓力：較高0.28MPa； 正常0.25MPa；

壓力正常波動值0.10~0.25MPa；爐頂煤氣溫度: 較高故障煤氣溫度：600℃

考慮將料線要求，較高溫度600℃

煤氣溫度正常波動值：150~250℃

要求控制溫度

爐頂煤氣含塵量：16~24g/Nm3

2.1..4 規(guī)定安裝位置及灑水噴槍安裝要求：

    集成泵站安裝在爐喉大平臺上，四臺分流柜安裝在大平臺。

2.2技術方案

各模式下的降溫能力

各設計模式下的降溫能力與耗水量
模式	1		2	3	4	5	6	7	8
降溫能力 ℃	125℃		188℃	250℃	313℃	375℃	438℃	500℃	563℃
用水量 t/h	25t/h		37.5t/h	50t/h	62.5t/h	75t/h	87.5t/h	100t/h	112.5t/h
模式	9		10	11	12	13	14	15
降溫能力 ℃	625℃		688℃	750℃	813℃	875℃	938℃	1000℃
用水量 t/h	125t/h		137.5t/h	150t/h	162.5t/h	175t/h	187.5t/h	200t/h
高爐供水能力：480-960  t/h
系統(tǒng)水泵揚程 m		~110
水泵供水流量 t/h		250
高壓水供水流量t/h		-200

正常生產時，在較大煤氣流量65萬立方/小時, 上升管平均煤氣溫度600 ℃至正?？刂茰囟?00℃，理論用水量為90噸/小時，考慮到汽化效率及安保系統(tǒng)必要的安全冗余，正常生產降溫設計用水量為100噸/小時；降料線時，降溫范圍：1200℃~250℃，考慮到降料線的減風，設計水量200噸/小時，水量是可行的。

2.2.2系統(tǒng)構成:

3、 系統(tǒng)的操作性

3.1控制對象：

   水泵2臺（電機功率2*75KW）；氣動球閥16臺，線圈電壓等級為DC 24V。

3.2控制目的：

系統(tǒng)通過自動或手動方式控制噴嘴向高爐爐喉噴霧，使流經上升管的煤氣溫度控制在預定溫度范圍內。

3.3控制方式：

噴霧控制方式:分自動、手動及噴嘴吹掃三種方式。

3.4自動控制方式：

設備自帶的PLC程序根據(jù)上升管煤氣平均溫度的高低實時啟動水泵及開啟閥門，自動將上升管煤氣溫度控制在預定溫度范圍內（相關溫度參數(shù)可在監(jiān)控畫面上設定）。

3.5手動控制方式：

選擇手動控制方式（圖2）時，手動操作開關可隨時直接啟停水泵、開關氣動球型切斷閥。

手動控制方式（圖2）

3.6噴嘴吹掃控制方式：為防止噴嘴堵塞，在未噴霧期間程序定期以自動脈沖方式對噴嘴進行吹掃，吹掃的周期及吹掃脈沖時間在監(jiān)控畫面上設定（圖3）。

操作畫面顯示（圖3）

3.7監(jiān)控系統(tǒng)：

監(jiān)控系統(tǒng)上位機位于中控四樓。監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務是對整個噴霧系統(tǒng)工藝流程動畫跟蹤顯示；實現(xiàn)有關參數(shù)的設定；手動和自動操作控制。

3.8網(wǎng)絡接口：本系統(tǒng)PLC在選型上與主PLC保持一致性，配置以太網(wǎng)接口。高爐主PLC可通過以太網(wǎng)獲取本系統(tǒng)工作狀態(tài)。

4、 系統(tǒng)安裝的可行性

爐頂灑水新裝置重新安裝，須拆去原有的裝置。重新選取安裝泵的地址。最后與中南設計院武鋼分院商榷，泵的進水管利用原有的灑水管，灑水裝置利用原有爐皮外罩，更換內部的灑水機構。泵安裝在45米大平臺上。

在停爐之前的休風時，進行系統(tǒng)安裝和調試?？杀ＷC系統(tǒng)安裝的可行性。

四、新舊爐頂灑水系統(tǒng)的對比

1、系統(tǒng)觀念的突破

爐頂灑水從高爐冷卻壁采用軟水系統(tǒng)時一起引進，已運行了20多年，在此過程中，發(fā)現(xiàn)以上諸多問題，不適合現(xiàn)在時代的發(fā)展。特別是爐頂灑水的理念從低壓水加氮氣霧化改為不用氮氣，用高壓水代替氮氣霧化，用高壓水的壓力能量差推動霧化裝置進出，保證噴嘴不被堵塞的一種全新理念。攻克了高爐爐頂灑水噴嘴易堵、耗氮氣的世界級難題。

2、系統(tǒng)方式的更新

2.1灑水噴槍選擇河北思凱淋防堵霧化急冷噴槍

原系統(tǒng)的噴嘴與高爐內部煤氣、灰塵直接連通，運行一定時間過后，灰塵與水滴形成水垢，堵塞噴嘴，一代爐齡要更換幾次噴嘴。

現(xiàn)噴槍的核心是單流體噴嘴和全閉式伸縮防堵機構，噴嘴端設置有專門的封蓋機構，噴嘴工作時，封蓋自動打開，噴嘴伸出噴霧，停止工作時，噴嘴縮回，封蓋自動關閉，完全實現(xiàn)了噴嘴與粉塵的隔離，克服了噴槍的堵塞問題，無須長期使用氮氣進行吹掃，。噴嘴選用麥琴斯達設計制造的單流體霧化噴嘴，噴槍選用伸縮防堵構噴槍。其原因是：

八支雙管組合噴槍安裝在高爐爐喉，通過向噴槍提供一定壓力的水產生水霧。它需要較低的水壓才能正常工作。如果水壓力太低，霧化就不充分，霧滴較大，可能會導致水滴落到爐內的原料或爐壁上，降溫效果差，煤氣冷卻不充分。

雙管組合噴槍共八組，每組兩支噴槍，每支噴槍前設置有一個手動球閥。單流體雙管組合噴槍的外形圖請參見圖紙。

2.2水路系統(tǒng)

原系統(tǒng)非常簡單，一個流量調節(jié)閥控制8支噴嘴，無單獨和組合噴水，8支全部噴水或不噴。一個環(huán)管連接8支噴嘴即可。

2.2.1現(xiàn)水路系統(tǒng)包括：

現(xiàn)水路系統(tǒng)分4個分流柜，分別控制4個區(qū)域。每個噴槍內部有2個噴嘴，共有16支噴嘴，比原先水嘴多出一倍。

2.3控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)是通過向高爐內噴霧來調節(jié)出高爐爐頂?shù)拿簹鉁囟鹊?，本系統(tǒng)配備了一套電氣控制柜，主要是PLC控制器＋AD/DA轉換模塊，所有的參數(shù)都通過工控上位機直接設定。控制柜內還包括信號隔離模塊和低壓電氣元器件等其它元件。

本系統(tǒng)可以單獨和任意組合噴水，可以自動，也可以手動，整個控制系統(tǒng)接入高爐主控室PLC畫面進行操作或自動控制（如圖）4。

如果系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，絕大部分錯誤都可以由控制器檢測到并顯示出來，系統(tǒng)會采取一定措施繼續(xù)工作。

PLC操作畫面（圖4）

3、系統(tǒng)效果的顯現(xiàn)

3.1、由于降料線前期高壓、富氧，消耗了大量中心及爐缸焦炭。打開爐殼后，中心焦堆高度約與風口下直管平齊（即6段冷卻壁中下部位置），爐缸焦炭大約兩天時間清理完畢，較之前我廠停爐中心焦堆要小得多。

3.2、爐頂霧化打水應用非常成功，有效的控制住了各個方向的頂溫；在停爐過程中，避免了大量水與高溫料面直接接觸，從而避免了打水造成的爆震，停爐過程中，風壓基本上一直平穩(wěn)，波動很小，直至休風。

3.3、放散后，煤氣系統(tǒng)水封能承受的較高壓力不允許超過0.03MPa，因此放散后風量較高只能達到2800m3/min，延長了降料面時間，如果眼鏡閥能正常使用，上升管壓力可以提到0.040MPa以下，可以加快空料線及渣鐵排放過程。

五、經濟效益可視性

1、經濟效益計算：

此次停爐回收煤氣300萬m3,則取得的效益如下：

300×104×3.4×10-3×36.2 =36.9萬元

如果安裝此系統(tǒng)每年節(jié)約氮氣：

每立方米氮氣0.6元/m3，爐頂灑水耗量：200m3/h。每年每座高爐節(jié)約氮氣

200*24*365*0.6=105萬元

2、 社會效益

減少大氣污染，降低pm2.5，還社會一個藍天。杜絕噪音，減少了擾民，同時減輕了操作工人的勞動輕度。

六、存在總結的地方

1、如果不需要焊補爐皮、更換風口，探尺提前裝好了，打水裝置也正常，只查水，爐頂可以不趕煤氣，小休風時間可以盡量縮短，小休風之前料線降至4m，又可以節(jié)約一定的時間。

2、小休風安裝的26m探尺在料線降至20m時便已失效，雷達探尺的量程則只有22m，所以料線降至22m以后，只能根據(jù)經驗及煤氣成分判斷料面情況，以后停爐降料面，雷達探尺的量程應與廠家協(xié)商調至27m以上，機械探尺也應確保正常，以對降料面情況有一個清晰的判斷。

3、爐頂灑水系統(tǒng)安裝時減少人為耽誤，施工時，管道密集，困難重重，廢除的氮氣管道未說明送入氮氣，管道焊接質量以及爐皮保護罩與灑水管道法蘭連接密封不嚴，造成休風時間的拖延。送風后富氧閥門故障O2沒有及時送上來，均拖延了空料線過程，如果一切順利，估算時間可以縮短到13小時以下 。

4、技術進一步完善。爐頂灑水系統(tǒng)噴嘴的長度與爐皮加內襯長度不一致，會造成停爐打水不安全性，施工完畢后，又休風重新返工。

七、結束語

此次，通過6高爐試驗，取得了非常好的效果，此系統(tǒng)安全可靠，節(jié)能降耗，值得鋼廠高爐推廣。