霧化式噴霧冷卻在高爐煤氣冷卻中的運用

龍澍韜 李 熙

（寶鋼集團有限公司 廣東韶關鋼鐵有限公司，廣東 韶關 512123）

0 前言

韶鋼能源管理中心煤氣工段四柜區的混合煤氣由高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣三種煤氣先加壓后配比混合，實現熱值的調節。高爐煤氣有時溫度很高，達到100℃以上，過高溫度的高爐煤氣會損壞風機的葉輪和密封結構，影響風機的使用壽命，增加了風機停機檢修次數。同時會因損壞密封系統而引起煤氣泄漏，引發煤氣事故，因此在高爐煤氣進入加壓風機前設置噴霧冷卻系統，降低高爐煤氣的溫度，保護風機葉輪及密封結構。

1 噴霧冷卻系統的介紹

新式系統采用的是美國Spraying Systems Co.,Ltd出品的AutoJet自控噴霧冷卻系統，AutoJet系統采用FloMax系列微細水霧裝置。系統的基本功能是根據煤氣溫度的變化可自動調節噴霧水量、噴霧粒度，保證煤氣出口溫度維持在工藝生產要求的溫度范圍內。

系統的主要構成如下：

一套集成式泵站，含機械調節系統和電氣控制部分，安裝在泵房內；

二套噴槍，含連接軟管、手閥、單向閥、壓力表等附件，安裝在煤氣管道上；

一套分組控制箱，含連接軟管等附件，安裝在煤氣管道上。

1.1 機械調節系統

機械調節系統主要負責系統的給水以及冷卻水的霧化，它主要有以下兩個部分組成：

1.1.1 水路系統

水路系統由過濾單元、調節單元、流量檢測單元和相關的壓力開關、壓力表等組成，負責按系統需要向噴槍供水。

1）過濾單元

在壓力水源與水量調節單元之間，安裝并聯管路過濾器，在過濾器的兩端分別裝有閥門,可以通過過濾器前后的閥門換向，保證系統在線清洗和更換濾芯時能夠正常運行，一般過濾器過濾精度為50目。

2）調節單元

該單元主要由泵系統組成，通過執行控制系統發出的指令信號，調節噴霧水量，這也是機械調節系統的核心部分。

3）流量檢測單元

采用高性能的液體流量計精確檢測水流量，并與控制器和其他相關設備聯接，可以達到精確的控制，相對于塔式冷卻系統而言可以很好的節省水資源的消耗。

1.1.2 氣路系統

供氣系統由氣體壓力調節閥、電磁控制閥、壓力檢測元件等組成。作用是按噴槍的工作條件要求向噴槍提供一定量和壓力的壓縮氮氣，用于冷卻水的微細霧化。

供氣系統由自動控制回路、安全模式回路和噴槍吹掃回路等組成，由控制器控制實現回路的自動切換。在系統停用時，可以通過低壓吹掃保持噴槍內的微正壓，保證含塵煙氣不會進入噴槍，有效地防止噴槍的堵塞。

1.2 電氣控制系統

1.2.1 自動控制部分

煤氣進出口溫度是冷卻系統的兩個基本參數,出口溫度是整個系統的自動控制的基本依據，進出口溫度信號由安裝于帶有噴槍高爐煤氣管前后的熱電阻轉化成4～20mA的電流信號接入控制系統。當進口溫度異常升高時，系統發出信號，水路氣路系統啟動，實現噴水冷卻。出口溫度為控制器提供控制信號，從而實現對系統的自動反饋控制。

1.2.2 控制器及軟件

系統配有專為噴霧控制設計的噴霧控制器，同時配有Spraying Systems Co公司根據氣體冷卻工藝和噴槍特性專門開發的SprayLog噴霧控制軟件。SprayLog軟件是煤氣冷卻系統的核心技術，主要作用是各項參數的監控，根據噴霧冷卻的控制邏輯進行水量和其他相關部分的自動調節，可靠地監控并自動調節噴槍的噴霧狀態參數，從而保證出口的煤氣溫度在規定的范圍內。當煤氣溫度有波動時，控制器可以針對參數的波動進行計算并控制調節，保證煤氣出口溫度穩定在要求的范圍內。

1.3 通訊部分

為滿足工業上位機控制的要求，噴霧冷卻系統提供的專用控制器通過RS232轉RS422串口由OPC server通信。專用控制器OPC Server軟件安裝在控制室帶有RS232串口的上位機上，用于連接通信接口和安裝OPC Server軟件，將噴霧冷卻系統的數據上傳至操作站的WINCC畫面上，從而實現遠程遠程操作監控。

2 主要技術參數和設備設計、制造要求

2.1 噴霧冷卻系統的要求條件

2.1.1 水源

水質：工業新水

溫度：≤35℃

流量：15m3/h

2.1.2 氣源

質量：清潔的氮氣

氣量：不小于 400Nm3/h（最大耗氣量）（9600Nm3/d）

氣壓：5～6Bar

表1 噴霧冷卻系統的基本工況條件

表2 噴霧冷卻系統的設計參數

2.1.3 電源

電壓：3X 380VAC，50Hz，三相五線制

波動：+/-10%

容量：≥7.5KVA

噴霧冷卻系統要求室內放置。

自控噴霧系統要求放在非防爆區。

2.2 噴霧冷卻系統的主要技術參數

2.2.1 噴霧冷卻系統的基本工況條件（見表1）

2.2.2 噴霧冷卻系統的設計參數（見表2）

3 噴霧冷卻系統的投運操作

3.1 投運前的準備工作

3.1.1 檢查氣路及液路過濾器

3.1.2 關閉排干閥

3.1.3 打開手動閥

氣路：過濾球閥、手動閥、入/口出手動閘閥、供給噴槍的手動閥。

液路：兩臺泵前/后的手動閥、過濾器前/后的手動閥、供給噴槍的手動閥。

3.2 投運操作

3.2.1 檢查供氣及供水壓力

在控制柜上按下啟動電源按鈕，泵選擇轉換開關選擇泵1或泵本地/遠程選擇本地或遠程。

3.2.2 若選擇本地

在柜面鍵盤上按下MENU鍵，用2↓鍵或8↑鍵移至通用/維護模式（Usage/maintenanae），按下（回車←）鍵，進入通用/維護模式；用 2↓鍵或8↑鍵移至系統啟動/停止（System Statrt Stop），然后按下（回車←）鍵，系統進入系統啟動/停止狀態；再用2↓鍵或8↑鍵移至啟動冷卻系統（Start cooling system），然后按下（回車←）鍵，系統將進入運行狀態。

3.2.3 若選擇遠程

在電腦畫面上設定出口工作溫度，按下系統啟動按鈕，系統將按要求工作。若系統報警時，設定工作流量，并點擊流量模式按鈕，系統將按設定要求進行流量模式工作。

4 系統的日常維護

4.1 過濾器的拆卸僅能在前后的主要閥門都已經處于關閉狀態。如果需要從管路中拆卸任何部件，在其前后的手動閥必須處于關閉位置。如果部件重新安裝回，必須保證安裝正確，保證設備良好地連接，并進行密封性檢測。

4.2 當本設備將暫停使用一段時間時，建議排干并且清洗所有液體管路。

4.3 當聽到報警器響時，必須立即到泵站，查看屏幕顯示的故障內容，進行對應記錄，然后取消故障，并投入系統。

4.4 當噴霧系統不工作時，檢查熱電偶是否粘灰，是否處于良好的狀態中。

系統啟/停必須遵守正確流程。開機時先開氣，然后啟動系統，最后打開水路總入口閥門；關機時先關閉水路總入口閥門，然后停止系統。在停爐時關閉水路總入口閥門。

4.5 噴槍定期檢查，是否堵塞或者磨損，確保霧化效果；檢查噴頭與噴桿之間是否有泄漏。

5 與塔式冷卻系統相比較的優點

5.1 減少建設投資，便于施工

原三柜區采用塔式冷卻方式，設置兩座冷卻塔，配置6個電動蝶閥，還有直通管道。其輔助水系統包含冷水泵、熱水泵，水冷卻塔，而噴霧冷卻系統只需將冷卻水和氮氣引至系統，再將管道引至安裝于高爐煤氣管道的噴槍上。兩者相比較，后者設備少，工藝管道簡單，建設施工用地少，安裝方便，大大減少建設費用和施工工期。

5.2 減少運行費用，降低維修量

噴霧冷卻系統可設定系統工作條件，當煤氣溫度高于50℃時，系統運行，而塔式冷卻系統不論高爐煤氣溫度高低，冷水泵電機、熱水泵電機、冷卻水用冷卻電機都一直處于工作狀態，電能消耗大。同時設備不停工作，易損壞，無形之中增加了維修量和備件消耗。

5.3 投運操作簡單便捷

塔式冷卻系統投運時要啟動三種水泵：冷水泵、熱水泵、冷卻水用水泵，調節水壓、水位，開啟大量閥門，且要隨時注意各設備的運行情況，運行監控工作量大。而噴霧冷卻系統投運時只需將進出口相關水路、氣路閥門打開，并將控制柜選擇開關轉至遠程位置，在操作室電腦監控畫面上設定工作溫度，電機啟動按鈕即可。

所以不難看出噴霧冷卻系統在減少投資、節能降耗、設備控制智能化方面比傳統塔式冷卻系統有著無可比擬的優勢。

6 結束語

本噴霧冷卻系統的投運，實現了對高爐煤氣溫度的可控調節，消除了煤氣高溫對加壓風機葉輪及密封結構的破壞，延長風機的使用壽命，減少了維修次數，保障三混煤氣混合工藝的正常生產，創造了良好的經濟效益。同時，噴霧冷卻系統的自動化控制相對于原有的塔式冷卻系統，其自動化控制系統也使得噴霧冷卻系統的檢修維護次數減少，降低了系統本身的設備故障維修消耗，節約了生產成本。