马钢高炉炉顶雾化打水系统改造实践

马钢高炉炉顶雾化打水系统改造实践
摘要：本文主要通过对马钢高炉炉顶雾化打水系统进行改造，从而实现自动控制模
式下，控制程序根据上升管煤气平均温度的设定值实时开启集成泵站总管水泵或备用高压水
源气动阀门，随后随机开启分流控制柜内支管气动阀门，在冷却水压力驱动下动伸缩高温防
堵组合喷枪喷嘴伸出枪体外并开始雾化打水。

这样不仅能起到保护炉顶设备，而且也能减少
洒水量，减少对高炉的危害。

关键词：高炉；雾化打水；系统改造。

前言
马钢高炉系统主要包括高炉槽下称量及筛分系统、无料钟炉顶装料系统、热风炉系统、
煤气处理系统、高炉冷却系统、渣处理系统、喷煤系统及环境除尘系统等。

其中高炉炉顶系
统采用紧凑型串罐无料钟系统。

高炉串罐无料钟炉顶系统设备组成主要有：单点除尘器、头
轮罩、受料罐、上料闸、上密封阀、称量料罐、阀箱（含下密封阀及料流调节阀）、波纹管
装置、齿轮箱、布料溜槽及其更换装置、炉顶钢圈等组成。

在正常的生产过程，当顶温超过330℃时，要进行炉顶打水，传统的做法是靠人来操作
洒水枪，由于每个人操作经验的不同，洒水量有大有小，不能精确的控制洒水量。

因此，对
炉顶雾化打水系统进行改造显得非常重要。

本文主要阐述对马钢炉顶雾化打水系统进行改造，从而达到精确控制炉顶温度，既保护了炉顶设备，又能尽量减少洒水量对高炉的影响。

1 炉顶打水的必要性
高炉炉顶打水，其主要目的是防止因设备及操作因素引起的高炉不能正常上料致使炉顶
温度过高，从而导致炉顶框架及装布料设备变形，密封性能降低，运转电机电器短路烧坏，
等设备事故，避免不必要的损失和保障炉顶装布料设备正常运行而设置的。

事物总是一分为二的，有其有利的一面，必然会有其不利的一面，炉顶打水的出现，有
效的保护了炉顶设备及布袋除尘，炉顶打水通常可能产生的危害有以下几方面。

打水虽可保证炉顶设备不因高温而损坏,却会因蒸汽的存在和煤气中的氮硫氧化物形成
酸性液体而腐蚀损坏炉顶设备,降低炉顶设备使用寿命。

亏料打水时，炉顶打水喷射到炉衬上，造成炉衬耐火材料损坏。

连续崩料或悬料时，炉顶温度升高，打水会有一定量的水打到炉面上，崩料或坐料时，水随炉料落入高温区，由于水在高温区吸热分解为氢和氧,进入煤气会发生水煤气爆炸,导致严重的事故。

2 炉顶雾化打水系统设备组成
系统设备由
单介质自动伸缩
高温防堵组合喷
枪总成、分流柜、
控制动力柜、增
压集成泵站、现
场操作控制箱及
其过滤器组成,
如图1所示。

图1 炉顶雾化打水系统
2.1自动伸缩高温防堵组合喷枪
安装于高炉炉喉，耐热不锈钢材质（304）。

工作状况：高炉生产期间遇炉顶温度异常升高时，上升管启动温度信号达到设定值，控制系统启动水泵电机同时开启总管和随机设定的支管气动阀门（降料面期间选择远程手动控制模式），增压后的高压水流经喷枪枪体推动喷嘴伸出，打开端盖形成90度角的雾化冷却水雾向炉喉料面喷射；停止降温时，关闭气动阀门，喷枪失去高压水后喷嘴自行回缩，端盖关闭喷枪前段出水口，停止喷雾同时隔绝喷嘴与荒煤气粉尘接触，内设密封环避免喷嘴堵塞同时防止煤气倒灌。

2.2喷嘴
耐热不锈钢材质（316L），安装于喷枪出水口，可拆卸件，易于安装更换。

2.3分流控制柜
安装于高炉炉喉下层平台（与集成增压泵站就近安装），用于各喷枪水量的控制、喷枪运行状态的诊断及阀门的设备的防尘、防雨保护。

2.4集成增压泵站
配置立式多级增压水泵（双泵配置,一用一备）与高炉高压供水并联形成供水管路集成泵站，提供高炉雾化打水冷却和降料面所需水源。

泵站由总管气动阀门、反冲式过滤器、压力变送器、流量计以及回水保护电动阀门等设备组成。

2.5自动控制及监控终端
用于打水雾化装置的远程监控和参数设定，由需方现有DCS系统与供方配套的动力和低压电气柜以及现场手动操作箱组成。

2.6过滤器
为防止管道安装检修的造成的焊渣及冷却水颗粒堵塞喷嘴，集成泵站设置有手动反冲洗总管过滤器，各喷枪进水口前段设置Y型过滤器。

3 炉顶雾化打水系统改造的特点
3.1控制模式
打水雾化降温系统分三种控制模式，即自动控制、手动控制和吹扫模式。

自动控制模式下，控制程序根据上升管煤气平均温度的设定值实时开启集成泵站总管水泵或备用高压水源气动阀门，随后随机开启分流控制柜内支管气动阀门，在冷却水压力驱动下动伸缩高温防堵组合喷枪喷嘴伸出枪体外并开始雾化打水。

匹配雾化水量将异常升高的上升管煤气温度控制在设定温度范围内（相关温度参数可在远程监控画面上设定）。

手动控制模式下，手动操作远程监控画面开关或现场操作手动控制箱开关即可可随时启停水泵电机、备用高压水源气动阀及分流柜内支管气动阀门，实时控制温度变化。

在降料面期间，全过程以手动模式控制。

为防止喷嘴堵塞，在未喷雾期间，程序定期以自动脉冲方式用高压水对喷嘴进行吹扫，吹扫的周期及吹扫脉冲时间可以在监控画面上设定。

3.2控制过程
系统启停控制信号是由高炉上升管实线连接4路4~20mA（对应温度范围0~1000℃）到打水雾化系统控制柜，每支上升管对应一路温度信号。

当荒煤气达到设定的启喷温度值时（可在监控画面上在线设置，可选择上升管的平均或
高点温度信号），喷雾系统水泵启动，控制系统随机开启喷枪对应气动阀门进行降温，同时
实时跟踪煤气的温度变化趋势，当煤气温度的持续升高时，系统依次逐个增加喷枪开启数量。

开启一定数量喷枪，使煤气温度在设定值范围内稳定后，将不再增加开启喷枪数量；当
煤气温度呈下降趋势时，系统逐个关闭喷枪，直至所有的喷枪全部停止工作，系统回到备用
状态。

高炉生产期间炉温异常升高或降料面期间可选择主、备增压水泵或高压水分别供水，在
使用主水泵供水期间，当出现“水泵故障”或供水压力低于设定压力导致供水不畅时，系统
将自动转换备用水泵供水方式，状态切换由控制系统通过压力变送器检测实现。

4 结论
本文通过对高炉炉顶雾化打水系统改造，得出以下结论：
（1）自动控制模式下，控制程序根据上升管煤气平均温度的设定值实时开
启集成泵站总管水泵或备用高压水源气动阀门，随后随机开启分流控制柜内支管
气动阀门，在冷却水压力驱动下动伸缩高温防堵组合喷枪喷嘴伸出枪体外并开始
雾化打水。

匹配雾化水量将异常升高的上升管煤气温度控制在设定温度范围内。

（2）手动控制模式下，手动操作远程监控画面开关或现场操作手动控制箱
开关即可可随时启停水泵电机、备用高压水源气动阀及分流柜内支管气动阀门，
实时控制温度变化。

（3）通过对马钢高炉炉顶雾化打水系统的改造，实现了精确控制打水，不
仅能保护炉顶设备，而且也能减少洒水量。