時(shí)間:2010-06-28 16:30:01來(lái)源:shixi
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(duì)其系統(tǒng)組成及自動(dòng)化控制部分做了簡(jiǎn)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(guò)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(dòng)引起爐頂溫度變化超過(guò)300℃時(shí),為保護(hù)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(kāi)爐以來(lái),采用了傳統(tǒng)的爐頂水冷灑水裝置。這種方式的缺點(diǎn)主要有:灑水時(shí)水量控制不準(zhǔn)確,冷卻不均勻,氮?dú)饬慷认拇?,往往造成后續(xù)煤氣用戶煤氣壓力波動(dòng)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(wèn)題,決定對(duì)其進(jìn)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(dòng)化控制系統(tǒng),中控樓內(nèi)設(shè)遠(yuǎn)程控制站及人機(jī)界面HMI,現(xiàn)場(chǎng)安裝控制柜并設(shè)模擬觸摸屏。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn):當(dāng)噴霧時(shí),噴嘴伸出;噴霧完畢,噴嘴縮進(jìn)噴槍?zhuān)苊飧邷亍⒏叻蹓m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(shí)報(bào)警;水泵與風(fēng)口高壓水管形成常用、備用關(guān)系,自動(dòng)檢測(cè)切換,滿足高爐的應(yīng)急要求;定期清洗噴嘴,防止系統(tǒng)長(zhǎng)期不動(dòng)作而導(dǎo)致閥門(mén)銹死。運(yùn)行成本低,系統(tǒng)不消耗氮?dú)狻?/p>
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(tái)工控機(jī)和S7-300PLC,硬件 CPU315一塊,307電源一塊,16點(diǎn)輸入模塊三塊,16點(diǎn)輸出模塊三塊,8點(diǎn)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(hào)通過(guò)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?zhuān)瑘D中僅例出兩條噴槍。其中4支較大流量(15m3/h)噴槍?zhuān)―型噴槍?zhuān)?支較小流量(10m3/h)噴槍?zhuān)╔型噴槍?zhuān)?,大小間隔均勻布置。K1、K2單向閥,防止系統(tǒng)在停止?fàn)顟B(tài)爐內(nèi)煤氣倒灌。為保證噴霧水的清潔,在水泵前增加過(guò)濾器;F1、F2是單條吹管過(guò)濾器。FK11、FK12流量開(kāi)關(guān)。用于檢測(cè)該回路是否通暢。電磁流量計(jì)Z10實(shí)測(cè)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(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力。M7、M8高壓?jiǎn)蜗嗉?xì)水霧自動(dòng)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(guò)濾器
(3) K1、K2為單向閥
(4) FK11、FK12為流量開(kāi)關(guān)
(5) V100、V120、V130、V140、為氣動(dòng)球閥。
(6) Z10為電磁流量計(jì)。
(7) S1—S8為手動(dòng)球閥
(8) Z01 自力式調(diào)節(jié)閥
(9) M7、M8自動(dòng)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(shí)(300℃)時(shí),傳感器將信號(hào)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)送到本控制系統(tǒng),裝置發(fā)出報(bào)警,同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)(水泵),打開(kāi)主球閥,短暫延時(shí)后水壓達(dá)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(dòng)調(diào)節(jié)),打開(kāi)預(yù)定分氣動(dòng)球閥,噴槍伸出并噴霧(噴嘴受壓力感應(yīng)自動(dòng)伸縮,僅在噴霧時(shí)伸出噴槍?zhuān)姇r(shí)噴嘴收回噴槍?zhuān)苊飧叻蹓m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(dòng)增加/減少分氣動(dòng)球閥開(kāi)啟的數(shù)量來(lái)控制噴霧量,經(jīng)過(guò)時(shí)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(shí),關(guān)閉所有球閥,停水泵。降溫完成。圖3 自動(dòng)噴霧軟件控制框圖
3.2.2吹掃原理:
系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間未曾噴霧時(shí),為防止噴嘴內(nèi)流道堵塞,程序定期以脈沖方式對(duì)噴嘴進(jìn)行吹掃,操作人員可在上位機(jī)或人機(jī)界面設(shè)定噴吹周期和脈沖時(shí)間。吹掃期間將進(jìn)行噴嘴檢查,系統(tǒng)將噴嘴堵塞情況報(bào)警,提示操作人員進(jìn)行處理。
4 自動(dòng)化控制部分
4.1 為保持與上位機(jī)PLC一致,選用西門(mén)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(yuǎn)程上位監(jiān)控操作(中控樓)與控制柜本地操作兩種(控制級(jí)別上中控樓高于控制柜本地操作)。如圖2 自動(dòng)控制框圖。
圖2 自動(dòng)控制框圖
4.2 控制方式;
4.2.1噴霧控制方式分手動(dòng)/自動(dòng)。手動(dòng)控制方式:手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)可隨時(shí)直接起停水泵、通過(guò)手動(dòng)操作氣動(dòng)球閥開(kāi)關(guān)數(shù)量來(lái)控制噴霧量。自動(dòng)控制方式:PLC程序根據(jù)上升管平均溫度的高低自動(dòng)起動(dòng)水泵及開(kāi)啟閥門(mén)(同時(shí)重力除塵器溫度檢測(cè)作為備用檢測(cè)點(diǎn))。自動(dòng)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(huà)面上設(shè)定)。圖3自動(dòng)噴霧軟件控制框圖,啟噴溫度,停噴溫度在人機(jī)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(kāi)啟的噴嘴球閥數(shù)量不同。
圖3 自動(dòng)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(dòng)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(dòng)打開(kāi)“V120”采用備用高壓水進(jìn)行噴霧降溫。
4.3.2異常高溫(如開(kāi)爐、停爐):在高爐開(kāi)爐、停爐期間,當(dāng)煤氣溫度超過(guò)600℃時(shí),可手動(dòng)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(jìn)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(bào)警。計(jì)算機(jī)將會(huì)調(diào)整噴霧模式,彌補(bǔ)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(jì),當(dāng)高爐出現(xiàn)供電停電時(shí),由備用電源供電(UPS向噴霧系統(tǒng)的控制柜、所有氣動(dòng)球閥提供電源),使噴霧系統(tǒng)自動(dòng)或手動(dòng)切換動(dòng)備用高壓水源供水進(jìn)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(wèn)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(shí),將穿過(guò)高爐邊緣強(qiáng)煤氣流,如果水霧射流動(dòng)能不足,將無(wú)法到達(dá)爐喉中心區(qū)域進(jìn)行降溫。當(dāng)爐況失常時(shí),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(xì)水霧穿透火焰或灼熱浮升氣體到達(dá)降溫目的物。必須有一個(gè)合適的水霧直徑,粒徑過(guò)小的霧滴就無(wú)法到達(dá)灼熱的降溫目的物。水霧直徑越細(xì),吸熱效率越高,本次改造選用的D型和X型噴槍?zhuān)?.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(qiáng)調(diào)降溫速率而忽視降溫?zé)峁β首詣?dòng)調(diào)節(jié)就會(huì)出現(xiàn)爐頂溫度呈現(xiàn)脈沖式變化,導(dǎo)致進(jìn)入布袋除塵器的煤氣中機(jī)械水含量波動(dòng),造成布袋板結(jié)。操作人員可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置啟噴溫度,調(diào)整對(duì)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(jì)算機(jī)控制D型噴槍?zhuān)?5m3/h)和X型噴槍?zhuān)?0m3/h)開(kāi)閉數(shù)目,用D型噴槍的穿透性和X型噴槍的更細(xì)霧化粒徑實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(yǔ)
MS高爐煤氣噴霧冷卻系統(tǒng)自2007年投入運(yùn)行以來(lái),效果良好。爐況順行,高爐產(chǎn)量明顯提高,沒(méi)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(xiàn):《MS高爐煤氣噴霧冷卻系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)》
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