八鋼1#COREX爐頂煤氣噴霧降溫系統特點

薛忠林

（寶鋼集團八鋼公司煉鐵分公司）

寶鋼羅涇1#COREX-3000爐搬遷至新疆八鋼。于2012年5月破土動工，2014年7月30日完成COREX工程建設，預計年產鐵量可達135萬t。COREX具有環保、使用焦炭少、操作靈活、投資少等特點，在一定的條件下替代高爐生產鐵水。

八鋼根據COREX工藝特點，在保持原設計基礎上對工藝流程進行優化，最終設計完成適應新疆氣候條件的COREX工藝技術流程。在設計優化項目中，八鋼1#COREX將豎爐頂煤氣濕法除塵改為布袋干式除塵器，將塔架結構簡化，并配套設置大容量TRT發電機組，充分利用COREX頂煤氣余壓發電，進一步降低COREX煉鐵成本。為保證頂煤氣干法布袋除塵器的布袋壽命，在豎爐爐頂及重力除塵器設置噴霧降溫裝置，以滿足COREX豎爐頂煤氣降溫需求。

1 八鋼1#COREX煤氣系統工藝流程

八鋼1#COREX爐發生煤氣從熔融氣化爐爐頂四個發生煤氣管道出來，溫度為980℃～1050℃，在進入熱旋風分離器之前，來自冷煤氣加壓站的75℃的冷煤氣摻入從熔融氣化爐產生的煤氣，將其溫度降至850℃。經熱旋風分離器除去煤氣中的粉塵后，大部分送入豎爐。另一小部分大約占總煤氣量的20%的煤氣經冷煤氣填料洗滌器洗滌之后，一部分經過剩煤氣經文氏洗滌器洗滌除塵后作為輸出煤氣送走，另一部分作為冷卻煤氣經文氏洗滌器精洗滌除塵，再經除霧器除濕后送冷煤氣加壓站加壓，打入到發生煤氣中去冷卻發生煤氣至850℃。

進入豎爐的還原煤氣通過對爐料加熱及還原后經兩根頂煤氣管道輸出，經過重力除塵器粗除塵后至干法布袋除塵器進一步過濾粉塵，并與過剩煤氣匯合后作為輸出煤氣至TRT進行發電，后并入能源管網輸送至下游用戶。八鋼1#COREX爐煤氣工藝流程如圖1所示。

圖1 八鋼1#COREX爐煤氣工藝流程

2 COREX噴霧降溫裝置設計工藝條件

在工程中采用干法除塵煤氣凈化工藝代替原有的COREX豎爐煤氣濕法除塵工藝，豎爐爐頂正常工作溫度波動范圍150～350℃，周期性波動，周期約8～10 min，平均約250℃，異常工況條件下可達到600℃。為保護爐頂及布袋除塵設備，需要在豎爐爐頂及重力除塵設置噴霧降溫設施，將煤氣溫度控制在≤250℃。COREX豎爐頂煤氣成分見表1。

表1 COREX豎爐頂煤氣成分

COREX豎爐噴霧降溫裝置噴霧介質和氮氣氣源條件：噴霧用工業循環水取用COREX區域空壓站供水，壓力為0.3～0.32MPa（相對標高±0m：地面），水量≥100t/h。氮氣氣源壓力為0.6 MPa，最大瞬時流量60Nm3/h，儀表用氣，間歇使用。

3 COREX爐頂煤氣噴霧技術要求

3.1 COREX頂煤氣噴霧系統工藝流程

八鋼COREX頂煤氣噴霧系統采用水單介質霧化，在豎爐爐頂及重力除塵器噴霧系統分別配置一套集成泵站，每套泵站設置兩臺增壓泵及相關的流量、壓力檢測設備。其中豎爐噴霧系統設置八臺可伸縮防堵噴槍，總水量64 t/h，每臺噴槍均可單獨控制，配置兩臺分流柜、一臺PLC控制柜，噴槍安裝在豎爐爐頂75m標高處。重力除塵噴霧降溫系統設置四臺可伸縮防堵噴槍，每臺噴槍均可單獨控制，配置一臺分流柜、一臺PLC控制柜，噴槍安裝在COREX重力除塵本體27m標高處。塔上集成泵站安裝位置為塔體26m平臺泵站小房內。

在每套系統設計中，取用工業新水總管水源，經塔體增壓泵站增壓后進入兩套系統分流柜。并在系統中設置相應溫度、壓力、流量監測點信號，通過PLC控制系統對分流柜內電動閥門進行開關量控制，從而實現對豎爐頂煤氣溫度的調節。COREX噴霧降溫裝置工藝流程見圖2。

圖2 COREX噴霧降溫裝置工藝流程圖

3.2 COREX噴霧降溫裝置主要技術要求

3.2.1 噴霧降溫裝置冷卻要求

（1）豎爐爐頂霧化降溫系統。噴霧量8～64t/h，霧化粒度D50≤150μm，D90≤200μm；噴槍角度88°，單只噴槍的噴霧射程4.5～5m。系統降溫能力≥250℃（正常煤氣量）。

（2）重力除塵器霧化降溫系統：噴霧量8.5～34t/h，霧化粒度D50≤50μm，D90≤60μm。重力除塵噴槍角度105°～120°，單只噴槍的噴霧射程2.7～3.1m。系統降溫能力≥150℃（正常煤氣量）。

3.2.2 COREX噴霧降溫系統控制

豎爐爐頂及重力除塵噴霧降溫設備分別獨立控制，重力除塵噴霧降溫及豎爐爐頂噴霧降溫供水泵（即塔上加壓泵）各兩臺，一用一備，故障狀態可實現自動切換。噴霧降溫裝置工藝控制流程見圖3。

兩套系統均可實現遠程系統手動操作、遠程自動操作、現場機旁手動操作。畫面中自動、手動方式需人工手動選擇。遠程自動控制方式選擇有溫度控制方式、時間控制方式、流量控制方式，三種方式手動進行選擇。

3.2.3 COREX噴霧降溫系統控制及顯示要求

COREX噴霧降溫系統設置觸摸顯示屏（HMI）、工控上位機不但可以對系統參數進行設置，還可以顯示相關的參數，包括水的壓力、水的流量、導出管煤氣冷卻后溫度、煤氣冷卻后平均溫度、噴槍開啟數量、相關參數的歷史記錄、故障報警等。并實現通過以太網與COREX爐主控制系統實現數據傳輸，并通過COREX爐爐頂主控制系統上位工控機監控實現噴霧設備參數設置和遠程監控。

圖3 COREX噴霧降溫裝置工藝控制流程圖

3.3 COREX噴霧降溫設備制造技術要求

噴霧降溫系統對水泵本體的技術參數及使用壽命見表2。

表2 水泵本體的技術參數及使用年限要求

4 噴霧降溫系統的控制及主要技術指標

豎爐爐頂噴霧系統煤氣啟停溫度控制信號由上升管煤氣溫度經COREX本體PLC柜輸送4～20mA信號（對應溫度范圍0～1000℃）到噴霧系統控制柜，每個上升管對應一路。重力除塵器噴霧系統煤氣啟停溫度控制信號由安裝在重力除塵器進出口管上的耐磨熱電阻溫度計采集4～20mA信號（對應溫度范圍0～600℃）到噴霧系統控制柜，進行觸發控制。荒煤氣實際平均溫度T e大于啟噴溫度時系統控制按照啟動模式控制溫度(150℃≤Te≤250℃)，動態控制煤氣溫度穩定在設定的范圍內，避免過噴和欠噴。

在噴嘴吹掃和噴霧冷卻期間將對噴嘴進行自檢,各噴嘴每隔8～300小時依次吹掃一次，每次每個噴嘴吹掃3～5秒。正常情況下采用水泵供水進行噴嘴吹掃，每十個吹掃動作后進行一次備用高壓水供水的噴嘴吹掃。如出現噴嘴堵塞現象，監控畫面將顯示堵塞的噴槍位置，并進行聲光報警，便于及時排查。同時,計算機將會調整噴霧模式，暫時切出故障噴槍，但程序自動彌補該噴槍堵塞后的噴霧量。

系統定期自檢，發生電氣、閥門、噴槍等故障系統自動發出報警，發生水壓不足或嚴重失壓、煤氣溫度過高時，系統自動發出“重故障”聲光報警，重故障報警須在操作計算機畫面彈出對話框，人工確定。八鋼1#COREX爐噴霧降溫系統主要技術指標見表3。

表3 COREX噴霧降溫系統主要技術指標

5 結語

八鋼1#COREX爐結合新疆的氣候特點及八鋼高爐布袋除塵器應用的實績，對頂煤氣除塵系統控制進行了優化。特別是頂煤氣噴霧降溫裝置在頂煤氣改造過程中的應用符合COREX爐頂煤氣干式除塵的設計構想，在一定程度上解決了高溫煤氣進行干式除塵的技術難題，為COREX爐頂煤氣的控制提供了可行的操作依據。在運行過程中可以降低濕法除塵冬季運行設備故障率高的風險，節省原有沉淀池的一次性投資及運行成本。最大程度降低COREX爐的運行成本，有效利用高溫、高壓頂煤氣的能量用來發電，提高COREX輸出煤氣發電量，為COREX煉鐵成本的降低奠定了基礎。