雾化式喷雾冷却在高炉煤气冷却中的运用

雾化式喷雾冷却在高炉煤气冷却中的运用
【摘要】喷雾冷却系统在煤气加压工艺中实现了高炉煤气温度的可控调节，避免高温煤气对设备产生的影响。

本文介绍喷雾冷却系统的构造、技术参数及操作规程，新旧冷却系统的对比。

【关键词】喷雾冷却；塔式冷却；自动化控制；技术参数
0 前言
韶钢能源管理中心煤气工段四柜区的混合煤气由高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气三种煤气先加压后配比混合，实现热值的调节。

高炉煤气有时温度很高，达到100℃以上，过高温度的高炉煤气会损坏风机的叶轮和密封结构，影响风机的使用寿命，增加了风机停机检修次数。

同时会因损坏密封系统而引起煤气泄漏，引发煤气事故，因此在高炉煤气进入加压风机前设置喷雾冷却系统，降低高炉煤气的温度，保护风机叶轮及密封结构。

1 喷雾冷却系统的介绍
新式系统采用的是美国Spraying Systems Co.，Ltd出品的AutoJet自控喷雾冷却系统，AutoJet系统采用FloMax系列微细水雾装置。

系统的基本功能是根据煤气温度的变化可自动调节喷雾水量、喷雾粒度，保证煤气出口温度维持在工艺生产要求的温度范围内。

系统的主要构成如下：
一套集成式泵站，含机械调节系统和电气控制部分，安装在泵房内；
二套喷枪，含连接软管、手阀、单向阀、压力表等附件，安装在煤气管道上；
一套分组控制箱，含连接软管等附件，安装在煤气管道上。

1.1 机械调节系统
机械调节系统主要负责系统的给水以及冷却水的雾化，它主要有以下两个部分组成：
1.1.1 水路系统
水路系统由过滤单元、调节单元、流量检测单元和相关的压力开关、压力表等组成，负责按系统需要向喷枪供水。

1）过滤单元
在压力水源与水量调节单元之间，安装并联管路过滤器，在过滤器的两端分别装有阀门，可以通过过滤器前后的阀门换向，保证系统在线清洗和更换滤芯时能够正常运行，一般过滤器过滤精度为50目。

2）调节单元
该单元主要由泵系统组成，通过执行控制系统发出的指令信号，调节喷雾水量，这也是机械调节系统的核心部分。

3）流量检测单元
采用高性能的液体流量计精确检测水流量，并与控制器和其他相关设备联接，可以达到精确的控制，相对于塔式冷却系统而言可以很好的节省水资源的消耗。

1.1.2 气路系统
供气系统由气体压力调节阀、电磁控制阀、压力检测元件等组成。

作用是按喷枪的工作条件要求向喷枪提供一定量和压力的压缩氮气，用于冷却水的微细雾化。

供气系统由自动控制回路、安全模式回路和喷枪吹扫回路等组成，由控制器控制实现回路的自动切换。

在系统停用时，可以通过低压吹扫保持喷枪内的微正压，保证含尘烟气不会进入喷枪，有效地防止喷枪的堵塞。

1.2 电气控制系统
1.2.1 自动控制部分
煤气进出口温度是冷却系统的两个基本参数，出口温度是整个系统的自动控制的基本依据，进出口温度信号由安装于带有喷枪高炉煤气管前后的热电阻转化成4～20mA的电流信号接入控制系统。

当进口温度异常升高时，系统发出信号，水路气路系统启动，实现喷水冷却。

出口温度为控制器提供控制信号，从而实现对系统的自动反馈控制。

1.2.2 控制器及软件
系统配有专为喷雾控制设计的喷雾控制器，同时配有Spraying Systems Co 公司根据气体冷却工艺和喷枪特性专门开发的SprayLog喷雾控制软件。

SprayLog软件是煤气冷却系统的核心技术，主要作用是各项参数的监控，根据喷雾冷却的控制逻辑进行水量和其他相关部分的自动调节，可靠地监控并自动调节喷枪的喷雾状态参数，从而保证出口的煤气温度在规定的范围内。

当煤气温度有波动时，控制器可以针对参数的波动进行计算并控制调节，保证煤气出口温度
稳定在要求的范围内。

1.3 通讯部分
为满足工业上位机控制的要求，喷雾冷却系统提供的专用控制器通过RS232转RS422串口由OPC server通信。

专用控制器OPC Server软件安装在控制室带有RS232串口的上位机上，用于连接通信接口和安装OPC Server软件，将喷雾冷却系统的数据上传至操作站的WINCC画面上，从而实现远程远程操作监控。

2 主要技术参数和设备设计、制造要求
2.1 喷雾冷却系统的要求条件
2.1.1 水源
水质：工业新水
温度：≤35℃
流量：15m3/h
2.1.2 气源
质量：清洁的氮气
气量：不小于400Nm3/h（最大耗气量）（9600Nm3/d）
气压：5～6Bar
表1 喷雾冷却系统的基本工况条件
表2 喷雾冷却系统的设计参数
2.1.3 电源
电压：3X 380V AC，50Hz，三相五线制
波动：+/-10%
容量：≥7.5KV A
喷雾冷却系统要求室内放置。

自控喷雾系统要求放在非防爆区。

2.2 喷雾冷却系统的主要技术参数
2.2.1 喷雾冷却系统的基本工况条件（见表1）
2.2.2 喷雾冷却系统的设计参数（见表2）
3 喷雾冷却系统的投运操作
3.1 投运前的准备工作
3.1.1 检查气路及液路过滤器
3.1.2 关闭排干阀
3.1.3 打开手动阀气路：过滤球阀、手动阀、入/口出手动闸阀、供给喷枪的手动阀。

液路：两台泵前/后的手动阀、过滤器前/后的手动阀、供给喷枪的手动阀。

3.2 投运操作
3.2.1 检查供气及供水压力
在控制柜上按下启动电源按钮，泵选择转换开关选择泵1或泵本地/远程选择本地或远程。

3.2.2 若选择本地
在柜面键盘上按下MENU键，用2↓键或8↑键移至通用/维护模式（Usage/maintenanae），按下（回车←）键，进入通用/维护模式；用2↓键或8↑键移至系统启动/停止（System Statrt Stop），然后按下（回车←）键，系统进入系统启动/停止状态；再用2↓键或8↑键移至启动冷却系统（Start cooling system），然后按下（回车←）键，系统将进入运行状态。

3.2.3 若选择远程
在电脑画面上设定出口工作温度，按下系统启动按钮，系统将按要求工作。

若系统报警时，设定工作流量，并点击流量模式按钮，系统将按设定要求进行流量模式工作。

4 系统的日常维护
4.1 过滤器的拆卸仅能在前后的主要阀门都已经处于关闭状态。

如果需要从
管路中拆卸任何部件，在其前后的手动阀必须处于关闭位置。

如果部件重新安装回，必须保证安装正确，保证设备良好地连接，并进行密封性检测。

4.2 当本设备将暂停使用一段时间时，建议排干并且清洗所有液体管路。

4.3 当听到报警器响时，必须立即到泵站，查看屏幕显示的故障内容，进行对应记录，然后取消故障，并投入系统。

4.4 当喷雾系统不工作时，检查热电偶是否粘灰，是否处于良好的状态中。

系统启/停必须遵守正确流程。

开机时先开气，然后启动系统，最后打开水路总入口阀门；关机时先关闭水路总入口阀门，然后停止系统。

在停炉时关闭水路总入口阀门。

4.5 喷枪定期检查，是否堵塞或者磨损，确保雾化效果；检查喷头与喷杆之间是否有泄漏。

5 与塔式冷却系统相比较的优点
5.1 减少建设投资，便于施工
原三柜区采用塔式冷却方式，设置两座冷却塔，配置6个电动蝶阀，还有直通管道。

其辅助水系统包含冷水泵、热水泵，水冷却塔，而喷雾冷却系统只需将冷却水和氮气引至系统，再将管道引至安装于高炉煤气管道的喷枪上。

两者相比较，后者设备少，工艺管道简单，建设施工用地少，安装方便，大大减少建设费用和施工工期。

5.2 减少运行费用，降低维修量
喷雾冷却系统可设定系统工作条件，当煤气温度高于50℃时，系统运行，而塔式冷却系统不论高炉煤气温度高低，冷水泵电机、热水泵电机、冷却水用冷却电机都一直处于工作状态，电能消耗大。

同时设备不停工作，易损坏，无形之中增加了维修量和备件消耗。

5.3 投运操作简单便捷
塔式冷却系统投运时要启动三种水泵：冷水泵、热水泵、冷却水用水泵，调节水压、水位，开启大量阀门，且要随时注意各设备的运行情况，运行监控工作量大。

而喷雾冷却系统投运时只需将进出口相关水路、气路阀门打开，并将控制柜选择开关转至远程位置，在操作室电脑监控画面上设定工作温度，电机启动按钮即可。

所以不难看出喷雾冷却系统在减少投资、节能降耗、设备控制智能化方面比传统塔式冷却系统有着无可比拟的优势。

6 结束语
本喷雾冷却系统的投运，实现了对高炉煤气温度的可控调节，消除了煤气高温对加压风机叶轮及密封结构的破坏，延长风机的使用寿命，减少了维修次数，保障三混煤气混合工艺的正常生产，创造了良好的经济效益。

同时，喷雾冷却系统的自动化控制相对于原有的塔式冷却系统，其自动化控制系统也使得喷雾冷却系统的检修维护次数减少，降低了系统本身的设备故障维修消耗，节约了生产成本。