CN1854314A - 高炉布料器淌水冷却定差压密封系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高炉布料器淌水冷却定差压密封系统及其控制方法，它由气密箱5的进气控制部份、排气控制部份、水位控制部份及温度控制部份构成，布料器位于高炉炉顶7上，其环形内腔是气密箱5，温度传感器1插入气密箱5内，差压传感器2经管道与气密箱5及高炉炉顶7相联，控制器3的输入端与输出端经信号线与各相关部份相联，气罐4经进气调节阀和进气电动阀联通气密箱5，冷却水经进水调节阀V_W1联通气密箱5，水位调节阀V_W3、V_W4、V_W5连接气密箱5底部，液位传感器6经联通阀与气密箱5相联。通过动态调节气密箱5的进气、排气和水位及温度，保持气密箱5的压力与高炉炉顶7的压力差值恒定及气密箱5内温度恒定，节约用气消耗、防止冷却水透入炉内和粉尘浸入气密箱5，保证布料器正常运行。

Description

高炉布料器淌水冷却定差压密封系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种高炉布料器淌水冷却定差压密封系统及其控制方法。

背景技术

高炉无钟炉顶因其布料灵活和可采用较高炉顶压力的特点现已在炼铁高炉上普遍使用，但其中的布料器有的运行费用较高，有的事故率较高。无钟炉顶温度一般在300℃以下，事故状态达700℃，压力在250kPa以下，事故状态达320kPa以上，易引起零部件发热受压变形、粉尘侵入相对运动表面、轴承润滑不良，而布料器的运动部件较多受力较大，常造成布料器不能正常工作。鉴于上述原因布料器内需通水冷却防止结构变形和运动副润滑不良，充气防止高炉内粉尘进入气密箱，造成运动副卡阻。在冷却水未完全隔离的布料器中，还要防止因粉尘进入气密箱导致冷却水通道堵塞、最终引起冷却水积水水位升高，水透入炉内。

现使用的布料器冷却方式有管式穿水冷却和表面淌水冷却两种。管式穿水冷却的冷却水是完全隔离的，水在管内流动，水的流道不会受污染而堵塞，更不会流入炉内，但存在冷却效率不高、制造难度增加、管内壁结垢和维修不便等缺点。表面淌水冷却的冷却效率高、制造也简单，但常因炉内粉尘侵入气密箱而堵塞流道，冷却效果变差，引起构件变形，影响运动副运转。一旦水的流道堵塞，不管炉顶压力是否波动，都可造成向炉内透水。

现使用布料器的密封方式主要有氮气密封、水密封和机械密封3种形式。氮气密封是通过布料器旋转部位的间隙向高炉炉内充压力高于炉顶压力的氮气，以阻挡炉内烟气和粉尘进入气密箱。目前还没有对布料器充氮过程进行自动调节和控制的设备与方法，而炉顶压力是变化的，为保险起见，通常采用远高于高炉炉顶压力的充气压力和充足气源进行供气，造成氮气大量浪费，运行费用高。目前真正实现了氮气密封的是在冷却水完全隔离的结构中，其氮气有辅助冷却和隔热的作用。现采用水密封的设计同时也采用淌水冷却，流出布料器的水或与大气相通，或没有与炉顶压力相适应的背压，加之水的比重较轻，只要几千帕的压差就会破坏布料器内的水密封，事实上也就根本没法实现水密封。现有的机械密封一般是在旋转部位采用耐温在300℃左右的橡胶进行密封，橡胶在高温、高粉尘的环境中要么被烧坏，要么被炉内压力作用下形成的积灰磨坏，实际也起不到密封的作用。

以上密封结构的布料器在使用中主要有以下两种缺陷：一种是为了保证烟气粉尘不泄入气密箱中，采用大量充气和高压力充气，这样大量的氮气被无谓地消耗，造成运行成本增高。而且这些气体充入高炉后将吸收炉内的热能，然后又在后续高炉煤气的处理中产生消耗和占用资源，并且会使高炉煤气的发热值也有所降低，大型高炉一般是这种情况。另一种是冷却水流入炉内和炉内气流侵入气密箱：当高炉炉顶压力快速升高时，因充气量不够，气密箱内压力低于炉顶压力，荒煤气侵入气密箱中而带入粉尘，导致运动副污染卡阻和冷却水通道堵塞，最终导致布料器不能正常工作和冷却水透入高炉内；炉顶压力快速降低时，气密箱内气压将水压入高炉内，造成炉凉和能耗升高；小型高炉一般是这种情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一套设计新型、实用性强的可实时控制气密箱的供气与排气，保持气密箱内压力与高炉炉顶压力的差值恒定，可避免密封充气气量过大造成无谓消耗，又可防止压力波动导致冷却水透入高炉内和粉尘透入气密箱引起布料器故障的高炉布料器淌水冷却定差压密封系统，同时本发明还提供该系统的控制方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明所述的高炉布料器淌水冷却定差压密封系统由气密箱进气控制部份、气密箱排气控制部份、气密箱水位控制部份及气密箱温度控制部份组成。气密箱进气控制部份有差压传感器、气罐、进气电动阀V_g1，进气调节阀V_g2及控制器，进气电动阀V_g1、进气调节阀V_g2的一端与气罐相连，另一端连通气密箱，它们的开启与关闭由控制器控制。气密箱排气控制部份有差压传感器、控制器、进气电动阀V_g1、进气调节阀V_g2、排气调节阀V_g3及排气电动阀V_g4，排气电动阀V_g4与排气调节阀V_g3安装在气密箱顶上并经讯号线与控制器相连。气密箱水位控制部份为水位控制器，它由控制器3、液位传感器6和水位控制阀V_W3、V_W4、V_W5组成，水位控制器一方面可保证良好的水冷效果和避免水位过高，另一方面又可隔离大气压和外排水压的影响，为实现水密封建立起与炉顶压力相适应的背压，其量值是由实时控制系统决定的。液位传感器上联通阀、液位传感器下联通阀的两端分别接连液位传感器与气密箱。气密箱温度控制部份有温度传感器及进水调节阀V_W1，进水调节阀V_W1的两端头分别联通气密箱与冷却水管。温度传感器安装在气密箱内。

采用如上技术方案提供的高炉布料器淌水冷却定压差密封系统及其控制方法与现有技术相比，特点在于：

1、可保证气密箱内压力与炉顶压力动态一致，防止炉内粉尘侵入气密箱，避免因此引起的向炉内透水和运动部件卡阻；

2、可保证气密箱内压力与炉顶压力动态一致，大大减少密封气体的消耗；

3、水位控制阀可隔离外排冷却水与外界压力(水压或气压)间的联系，实现真正水密封，大幅度提高冷却效果，降低制造成本，保证设备安全、可靠运行；

4、可保证气密箱内压力与炉顶压力动态一致，结构受力小，不易引起变形；

5、有助于简化布料器冷却水流道的设计、水道结垢影响小，降低制造成本，易于维护；

6、避免了因向炉内透水和透气而引起的炉况不顺和能耗升高；

7、在条件受限制的企业也可考虑采用高炉煤气或焦炉煤气等无氧气体作密封气体，因密封气消耗少，相应粉尘沉降的时间较长，带入气密箱的粉尘也相应减少，粉尘少量进入气密箱后清理也较方便。

附图说明

附图为本发明所述的一种高炉布料器淌水冷却定差压密封系统的布局示意图，亦为本发明的说明书摘要附图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。

如附图所示，1为温度传感器，2为差压传感器，3为控制器(如PLC)，4为气罐，5为气密箱，6为液位传感器，7为高炉炉顶，8为气体输送管，9为冷却水输送管，V_W1为进水调节阀，V_g1为进气电动阀，V_g2为进气调节阀，V_g3为排气调节阀，V_g4为排气电动阀，V_g5为液位传感器上联通阀，V_W2为液位传感器下联通阀，V_W3、V_W4、V_W5为水位控制阀。

所述高炉布料器淌水冷却定差压密封系统由温度传感器1、差压传感器2、控制器3、气罐4、进水调节阀V_W1、进气电动阀V_g1、进气调节阀V_g2、排气调节阀V_g3、排气电动阀V_g4、气密箱5、液位传感器6、液位传感器上联通阀V_g5、液压传感器下联通阀V_W2、水位控制阀V_W3、V_W4、V_W5和相关管线组成。温度传感器1的一头安装在气密箱5内，用于测取气密箱5内的温度信号，并送至控制器3处理；差压传感器2的一头分别与引入气密箱5的压力管道和引入炉顶的压力管道相联，用于测量气密箱和炉顶的差压，并送至控制器3处理；液位传感器6通过上联通阀与气密箱密封气相联、下联通阀与气密箱内腔底面的冷却水积水相联，用于测取气密箱内腔底部积水的液位，并送至控制器3处理；控制器3用于接收温度传感器1、差压传感器2和液位传感器6传送过来的信号，与相关设定值进行比较和运算，并根据控制策略输出控制信号分别控制进气电动阀V_g1和进气调节阀V_g2、排气调节阀V_g3和排气电动阀V_g4、进水调节阀V_W1、水位控制阀V_W3、V_W4、V_W5。布料器冷却采用全部或部分沿气密箱腔体内表面淌水冷却；气密箱5与高炉炉顶7的差压采用差压传感器2直接测量，可提高测量精度，防止因测量精度不够而引起小量冷却水流入炉内或布料器结构尺寸增大；气密箱5向大气排气的设计可提高定差压调节的响应速度；水位控制阀V_W3、V_W4、V_W5的安装位置均低于最低冷却水积水液面，以防止气密箱5直接与大气联通造成气密箱5卸压。布料器位于高炉炉顶7上，其环形内腔是气密箱5，温度传感器1插在气密箱5内经信号线与控制器3的输入端相联，差压传感器2的一头分别与引入气密箱5的压力管道与引入高炉炉顶7的压力管道相联，另一头与控制器3的输入端相联。差压传感器2的信号线接入控制器3的输入端内，差压传感器2用于测量气密箱5氮气压力与高炉炉顶7压力的差压值。气罐4的一端连接无氧气体(如为氮气)管道，另一端分两支路连接进气电动阀V_g1、进气调节阀V_g2的一头，进气电动阀V_g1、进气调节阀V_g2的另一头经气体输送管8与气密箱5的顶端相联；进水调节阀V_W3的一端连接冷却水管，进水调节阀V_W1的另一端经冷却水输送管9与气密箱5的顶端相联；液位传感器6的上端经液位传感器上联通阀V_g5与气密箱5内的密封气相联，液位传感器6的下端经液位传感器下联通阀V_W2与气密箱5内腔底面的冷却水积水相联，使V_g2与V_W2处于常开状态，只在检修时才关闭。水位控制阀V_W3、V_W4、V_W5的一端经管道联通气密箱5的底部，水位控制阀V_W3、V_W4、V_W5的另一头连通大气；控制器3的输出端经控制线分别连接排气调节阀V_g3、排气电动阀V_g4、进气电动阀V_g1、进气调节阀V_g2、进水调节阀V_W3及水位控制阀V_W3、V_W4、V_W5

本发明所述的一种高炉布料器淌水冷却定差压密封系统的工作原理及其控制方法如下：

气密箱进气：差压传感器1给出一差压P_d，当P_d低于设定范围Po(如炉顶压力升高)时，控制器3控制排气调节阀V_g3、排气电动阀V_g4全部关闭，进气电动阀V_g1、进气调节阀V_g2开启，气罐4向气密箱5供气。当P_d低于po1.5KPa以内时，仅进气阀节阀V_g2参与调节；当P_d低于Po超出1.5KPa时，进气电动阀V_g1亦参与向气密箱5供气；具体控制策略与P_d值及其变化速率有关。通过上述过程可控制向气密箱5进气的量与速度，可保持布料器内腔的气密箱5的压力与高炉炉顶7的压力差值在设定范围Po。当P_d低于报警值的时间超过设定值(时间)时，其气部分故障报警。

气密箱排气：差压传感器2给出一差压P_d，当P_d高于设定范围Po(如炉顶压力降低)时，控制器3控制进气阀全部关闭、排气阀开启，气密箱5向大气排气。当P_d高于Po1.5KPa以内时，仅排气阀节阀V_g3参与调节；当P_d高于Po超出1.5KPa时，排气电动阀V_g4也参与向大气排气；具体控制策略与P_d值及其变化速率有关。通过上述过程可控制气密箱5向外排气的量与速度，可保持布料器内腔的气密箱5内压力与高炉炉顶7的压力差值在设定范围Po。当P_d高于报警值的时间超过设定值(时间)时，排气故障报警。

气密箱水位：当气密箱5中的水位发生变化时，液位传感器6测取气密箱5底部冷却水积水液面的实际液位，液位信号送到控制器3。当气密箱5底部冷却水积水水位低于L₁时，关闭水位控制阀V_W3、V_W4、V_W5，水位超低报警；当水位高于L₁低于L₂时，关闭水位控制阀V_W3、V_W4、V_W5，水位低报警；当水位高于L₂低于L₃时，开启水位控制V_W3、V_W4、V_W5中的一个进行正常排水；当水位高于L₃低于L₄时，开启水位控制阀V_W3、V_W4、V_W5中的两个排水，水位高报警；当水位高于L₄低于L₅时，开启全部水位控制阀V_W3、V_W4、V_W5排水，水位超高报警。通过上述控制气密箱5底部积水的液位，可保持布料器内腔的气密箱5内的密封气不会从排水口泄入大气，避免破坏气密箱5的压力与高炉炉顶7压力的平衡。

气密箱温度：当气密箱5的温度发生变化时，控制器3根据气密箱5的温度T与设定值动态，控制进水调节阀V_W1向气密箱5供水，使气密箱5的温度保持在设定值，且供水量尽可能小。当气密箱5的温度T大于65℃时，温度高报警，当气密箱5的温度大于75℃时，温度超高报警。

Claims (2)

1、一种高炉布料器淌水冷却定差压密封系统，布料器位于高炉炉顶(7)上，其环形内腔是气密箱(5)，其特征在于：温度传感器(1)插在气密箱(5)内经信号线与控制器(3)的输入端相联，差压传感器(2)的一头分别与引入气密箱(5)的压力管道和引入高炉炉顶(7)的压力管道相联，另一头与控制器(3)的输入端相联，气罐(4)的一端连接无氧气体管道，另一端分两支路连接进气电动阀(V_g1)、进气调节阀(V_g2)的一头，进气电动阀(V_g1)、进气调节阀(V_g2)的另一头经气体输送管(8)与气密箱(5)的顶端相联；进水调节阀(V_W1)的一端连接冷却水管，进水调节阀(V_W1)的另一端经冷却水输送管(9)与气密箱(5)的顶端相联；液位传感器(6)的上端经液位传感器上联通阀(V_g5)与气密箱(5)内的密封气相联，液位传感器(6)的下端经液位传感器下联通阀(V_W2)与气密箱(5)内腔底面的冷却水积水相联；水位控制阀(V_W3、V_W4、V_W5)的一端经管道联通气密箱(5)的底部，水位控制阀(V_W3、V_W4、V_W5)的另一头连通大气；控制器(3)的输出端经控制线分别连接排气调节阀(V_g3)、排气电动阀(V_g4)、进气电动阀(V_g1)、进气调节阀(V_g2)、进水调节阀(V_W1)及水位控制阀(V_W3、V_W4、V_W5)。

2、根据权利要求1所述的一种高炉布料器淌水冷却定差压密封系统的控制方法，其特征在于：差压传感器(1)给出一差压P_d，当P_d低于设定范围Po时，控制器(3)控制排气调节阀(V_g3)、排气电动阀(V_g4)全部关阀，进气电动阀(V_g1)、进气调节阀(V_g2)开启，气罐(4)向气密箱(5)供气；当P_d低于Po1.5KPa以内时，仅进气调节阀(V_g2)参与调节；当P_d低于Po超出1.5KPa时，进气电动阀(V_g1)亦参与向气密箱(5)供气，当P_d低于报警值的时间超过设立值时，供气部分故障报警；

差压传感器(2)传给一差压P_d，当P_d高于设定范围Po时，控制器(3)控制进气阀全部关闭、排气阀开启，气密箱(5)向大气排气；当P_d高于Po1.5KPa以内时，仅排气调节阀(V_g3)参与调节；当P_d高于Po超出1.5KPa时，排气电动阀(V_g4)也参与向大气排气；当P_d高于报警值的时间超过设定值时，排气故障报警；

当气密箱(5)中的水位发生变化时，液位传感器(6)测取气密箱(5)底部冷却水积水液面的实际液位，液位信号送到控制器(3)，当气密箱(5)底部冷却水积水位低于L₁时，关闭水位控制阀(V_W3、V_W4、V_W5)，水位报警；当水位高于L₁而低于L₂时，关闭水位控制阀(V_W3、V_W4、V_W5)，水位低报警，当水位高于L₂而低于L₃时，开启水位控制阀(V_W3、V_W4、V_W5)中的一个进行正常排水；当水位高于L₃而低于L₄时，开启水位控制阀(V_W3、V_W4、V_W5)中的两个排水，水位高报警，当水位高于L₄而低于L₅时，开启全部水位控制阀(V_W3、V_W4、V_W5)排水，水位超高报警；

当气密箱(5)的温度发生变化时，控制器(3)根据气密箱(5)的温度T与设立值的差值动态，控制进水调节阀(V_W1)向气密箱(5)供水，使气密箱(5)的温度保持在设定值，当气密箱(5)的温度T大于65℃时，温度故障报警，当气密箱(5)的温度T大于75℃时，温度超高报警。

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