一種高爐爐頂打水降溫裝置及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種高爐爐頂打水降溫裝置，該降溫裝置包括設于高爐爐頂的數個打水槍，每個打水槍包括槍體、噴頭、水氣輸入管和水氣切換閥，槍體為內部具有單一的水氣合用通道的單管式結構，霧化噴頭安裝于水氣合用通道的頭部，水氣輸入管一端與水氣合用通道尾部連通，水氣切換閥設于水氣輸入管的另一端，并且通過水氣切換閥分別與冷卻水總管和氮氣總管相連。本發明還公開了一種高爐爐頂打水降溫控制方法。由于該打水槍采用水、氣共用同一槍體通道，結構簡單、成本低，通過霧化噴頭可取得較佳的冷卻效果，并且通過自動控制，在不打水時通氮氣，不但可有效阻止粉塵進入，防止堵塞，并且還能夠減少氮氣用量，節能環保。
【專利說明】一種高爐爐頂打水降溫裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及爐頂冷卻設備，更具體地說，涉及一種高爐爐頂打水降溫裝置。
【背景技術】
[0002]正常生產條件下高爐爐頂溫度基本在100~200°C，而當高爐上料系統出現故障不能上料，導致低料線或當高爐內部煤氣流分布異常出現崩滑料、管道行程時，爐頂煤氣溫度會迅速上升，超過300°C時就要進行爐頂打水冷卻，以保護爐頂設備不被燒壞。
[0003]現有的大型高爐爐頂打水降溫裝置一般由高壓水管路、氮氣吹掃管路和打水槍組成。其中，打水槍的數量由高爐大小決定，4000m3以上的高爐打水槍10數量要達到11~12支，沿圓周方向均勻分布安裝在爐頂封罩I上(見圖1)，槍頭透過封罩I插入爐內。
[0004]請結合圖2所示，目前常見的打水槍10結構為套管式,分為內管和外管，內管和外管呈同心圓式結構。內管為水路通道，在需要打水時有高壓水通過，在不需要打水時為空管沒有水流通過。外管與內管之間為氮氣通道，長時間通有高壓氮氣。打水槍的手動閥門處于常開狀態，在爐頂需要打水時，開啟爐頂高壓水主管的閥門，此時高壓水通過打水槍10槍頭的霧化裝置充分霧化后均勻地噴灑到爐內，冷卻爐料和煤氣，打水流量160t/h，水壓16kg。由于高爐煤氣中富含粉塵，在高爐不需要打水時粉塵會進入打水通道，造成打水通道堵塞。為了在高爐不需要打水時，特別是長時間不打水時，不使粉塵堵塞打水通道，現有技術無論是在打水或不打水時，采用在外管中始終通入氮氣進行吹掃，氮氣通道的前端成錐體型向內收，使吹出的氮氣在槍頭前端形成一道錐型的氣幕，將試圖靠近槍頭的煤氣和粉塵隔離，從而避免粉塵進入槍頭堵塞打水通道，造成打水通道堵塞。
[0005]但是，采用上述打水槍存在以下諸多缺陷:
[0006]1、其結構為套管式，分為同心的內管和外管，打水槍的結構復雜，制造難度和成本都很聞;
[0007]2、在不打水時，內管中沒有水流等壓力介質，呈管口開啟的中空狀態，雖有外管氮氣封閉和吹掃，在長時間不打水時還是難免會有粉塵進入，造成內管前端堵塞，影響打水；
[0008]3、無論是打水或不打水，在外管中始終通入氮氣進行吹掃，氮氣耗費大，使用成本聞;
[0009]4、在內管通水打水時，外管吹出的封閉氣流會干擾內管的水流噴出，等缺陷。
[0010]5、現有打水槍的結構決定了其控制方法存在的局限性，所以在方法上也難以有突破性的改進。

【發明內容】

[0011]針對現有技術中存在的上述缺點，本發明的目的是提供一種高爐爐頂打水降溫裝置及其控制方法，使打水槍的結構簡化，降低打水槍的制造難度和制造成本，比現有技術更好的冷卻、防堵、節能等效果。
[0012]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:[0013]一方面，一種高爐爐頂打水降溫裝置，包括均設于高爐爐頂的數個打水槍，每個打水槍包括槍體、噴頭、水氣輸入管和水氣切換閥，槍體為內部具有單一的水氣合用通道的單管式結構，噴頭安裝于水氣合用通道的頭部，水氣輸入管一端與水氣合用通道尾部連通，水氣切換閥設于水氣輸入管的另一端，并且通過水氣切換閥分別與冷卻水總管和氮氣總管相連。
[0014]所述的槍體外殼與內部水氣合用通道之間還填充有絕熱材料。
[0015]所述的槍體頭部設有內凹的安裝臺階，噴頭設于安裝臺階內，并通過螺紋與安裝臺階相固定。
[0016]所述的槍體外殼與內壁為不銹鋼材料。
[0017]所述的噴頭為霧化噴頭。
[0018]該打水降溫裝置還包括均勻設于爐頂的用于測量煤氣溫度的測溫裝置、外部信號輸入電路、微處理器、控制信號輸出電路和人機界面，外部信號輸入電路接收測溫裝置的檢測信號及運程控制信號并輸入微處理器，經微處理器的存儲、比較、運算處理，由控制信號輸出電路輸出控制信號至水氣切換閥，進行切換控制，人機界面與微處理器相連，用以工作狀態選擇、控制參數設置、顯示及操作。
[0019]另一方面，一種高爐爐頂打水降溫控制方法，包括如下步驟:
[0020]A.在高爐爐頂均勻設置數個打水槍，每個打水槍包括槍體、噴頭、水氣輸入管和水氣切換閥，槍體為內部具有單一的水氣合用通道的單管式結構，噴頭安裝于水氣合用通道的頭部，水氣輸入管一端與水氣合用通道尾部連通，水氣切換閥設于水氣輸入管的另一端，并且通過水氣切換閥分別與冷卻水總管和氮氣總管相連；
[0021]B.在高爐爐頂均勻設置數個測溫裝置，用以實時測量爐頂相應位置的煤氣溫度，并通過外部信號輸入電路送到微處理器；
[0022]C.通過微處理器將實測溫度與人機界面預設溫度進行比較運算，當實測溫度超過預設上限溫度時，由微處理器通過控制信號輸出電路發出打水信號，控制相應打水槍的水氣切換閥動作，以切斷氮氣總管并使冷卻水總管與打水槍連通，對爐頂內部的煤氣流進行打水降溫；
[0023]D.經降溫后，當實測溫度低于預設下限溫度時，由微處理器輸出停止打水信號，控制各打水槍的水氣切換閥動作，以切斷冷卻水總管并使氮氣總管與打水槍連通，通過吹氮對打水槍內部及噴頭進行吹掃，防止堵塞。
[0024]所述的噴頭為霧化噴頭。
[0025]在上述技術方案中，本發明的高爐爐頂打水降溫裝置及其控制方法，包括設于高爐爐頂的數個打水槍，每個打水槍包括槍體、噴頭、水氣輸入管和水氣切換閥，槍體為內部具有單一的水氣合用通道的單管式結構，霧化噴頭安裝于水氣合用通道的頭部，水氣輸入管一端與水氣合用通道尾部連通，水氣切換閥設于水氣輸入管的另一端，并且通過水氣切換閥分別與冷卻水總管和氮氣總管相連。該打水槍采用水、氣共用同一槍體通道，結構簡單、成本低，通過霧化噴頭可取得較佳的冷卻效果，并且通過自動控制，在不打水時通氮氣，不但可有效阻止粉塵進入，防止堵塞，并且由于水氣合用通道的通徑遠小于現有技術的同心圓通徑，因此還能夠減少氮氣用量，節能環保。【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是現有技術的降溫裝置的安裝俯視圖；
[0027]圖2是現有技術的打水槍的剖視圖；
[0028]圖3是本發明的降溫裝置的安裝俯視圖；
[0029]圖4是本發明的打水槍的剖視圖；
[0030]圖5是本發明的打水槍頭部的放大剖視圖；
[0031]圖6是本發明的打水槍頭部的軸向視圖；
[0032]圖7是本發明的降溫裝置的控制原理框圖；
[0033]圖8是本發明的間歇控制通氣的流程框圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖和實施例進一步說明本發明的技術方案。
[0035]請結合圖3~圖6所示，本發明的高爐爐頂打水降溫裝置與現有技術相同的是，同樣也包括均勻設于高爐爐頂的數個打水槍，與之不同之處在于，每個打水槍20包括槍體21、噴頭22、水氣輸入管23和水氣切換閥24，槍體21為單管式結構，內部設有單一的水氣合用通道25，噴頭22可采用霧化噴頭，安裝于槍體21頭部，水氣輸入管23 —端與槍體21尾部連通，水氣切換閥24設于水氣輸入管23的另一端，并且通過水氣切換閥24分別與一路高壓冷卻水管26和一路高壓氮氣管27相連。其中，采用霧化噴頭22的作用是可將進入槍體21內的高壓水形成霧化狀態，冷卻效果更好，并且該霧化噴頭22的具體可采用如下安裝方式:在槍體21頭部設置一內凹的安裝臺階，將霧化噴頭22設于安裝臺階內，并通過螺紋28與安裝臺階相旋緊固定，十分方便。
[0036]上述水氣切換閥24，主要用于控制其對應打水槍20分別與高壓冷卻水管和高壓氮氣管相連，該水氣切換閥24可以使用三位二通閥，即一個位置接通水到打水槍，另一個位置接通氣到打水槍，還有一個位置水與氣和打水槍都不通。當然也可以采用水與氣單獨各使用一個閥進行切換控制的形式。
[0037]由于爐內正常生產時爐頂溫度處于100~200°C，異常狀態下瞬間溫度可能會超過500°C，但通過爐內減風和爐頂打水可迅速降溫，因此打水槍20在實際使用中不會承受很高的工作環境溫度，為此，將槍體21外殼與內壁設計為采用不銹鋼材料，并且在槍體21外殼與內壁之間還填充有諸如隔熱耐材、纖維等絕熱材料29，如此能夠提高槍體21的耐熱性能，并保證其使用壽命，當然成本也不會太高。
[0038]上述水氣切換閥24可采用手動或自動控制，當爐頂需要打水時，通過水氣切換閥24控制高壓水經水氣輸入管23進入槍體21內的水氣合用通道25，通過霧化噴頭22使噴出的高壓水成霧化狀態，對爐頂進行有效冷卻；當爐頂不打水時，通過水氣切換閥24控制氮氣進入槍體21，對水氣合用通道25進行吹掃，可有效防止粉塵進入槍體21內，高壓吹掃氮氣流經水氣合用通道25從霧化噴頭22噴出，直接吹掃水氣合用通道25和霧化噴頭22，且霧化噴頭22的出氣通徑較小，在減少吹掃氮氣流量的同時增加了出口氣體的壓力，在節氣的同時防堵效果更好。
[0039]請結合圖7所示，作為一個實施例，該降溫裝置20還包括用于自動控制的測溫裝置、外部信號輸入電路、微處理器、控制信號輸出電路和人機界面，測溫裝置均勻設于爐頂，在圖3中的測溫裝置30安裝數量為四個，分別以互成90度夾角分布在爐頂同一水平面上，用以分別檢測高爐爐頂內四個象限的煤氣溫度，當然測溫裝置的數量還可根據具體高爐情況進行增減。外部信號輸入電路接收測溫裝置的實測溫度信號及運程控制信號并輸入微處理器，其中遠程控制信號主要有各種遠程控制動作信號和故障復位信號。人機界面與微處理器相連，向微處理器送入各種控制需要的設置參數、工作狀態選擇、以及顯示和操作。微處理器接收實測溫度信號和存儲控制參數，并經過內部控制程序進行運算、處理，然后向控制信號輸出電路和人機接口輸出各種控制信息和顯示信息。控制信號輸出電路將控制信號輸出至打水槍20的水氣切換閥24及遠程控制室，分別進行水氣切換閥24的切換控制(SP打水降溫和吹掃的切換控制)及各種狀態信號和報警信號的遠程傳送。
[0040]如此，本發明的高爐爐頂打水降溫控制方法的主要步驟包括:
[0041]A.在高爐爐頂均勻設置數個打水槍，每個打水槍包括槍體、霧化噴頭、水氣輸入管和水氣切換閥，槍體為內部具有單一的水氣合用通道的單管式結構，噴頭安裝于水氣合用通道的頭部，水氣輸入管一端與水氣合用通道尾部連通，水氣切換閥設于水氣輸入管的另一端，并且通過水氣切換閥分別與冷卻水總管和氮氣總管相連；
[0042]B.在高爐爐頂均勻設置數個測溫裝置，用以實時測量爐頂相應位置的煤氣溫度，并通過外部信號輸入電路送到微處理器；
[0043]C.通過微處理器將實測溫度與人機界面預設溫度進行比較運算，當實測溫度超過預設上限溫度時，由微處理器通過控制信號輸出電路發出打水信號，控制各打水槍的水氣切換閥動作，以切斷氮氣總管并使冷卻水總管與打水槍連通，對爐頂內部的煤氣流進行打水降溫；
[0044]D.經降溫后，當實測溫度低于預設下限溫度時，由微處理器輸出停止打水信號，控制各打水槍的水氣切換閥動作，以切斷冷卻水總管的冷卻水進入打水槍，并使氮氣總管與打水槍連通，使氮氣進入打水槍，通過吹氮從噴頭前端吹出，用以對打水槍內部及噴頭進行吹掃，防止堵塞。為了節能，·所述的氮氣吹掃，可以是連續吹掃，也可以是根據情況由微處理器中預先設置的方式，通過控制水氣切換閥的動作進行間歇式節能吹掃，具體吹掃步驟可見圖8。
[0045]綜上所述，采用本發明的高爐爐頂打水降溫裝置及其控制方法，存在以下優點:
[0046]1、打水槍的結構為單管形式，打水槍內部只有一根管道，結構簡單，制造容易，設備投資及維護費用下降。
[0047]2、單一管道的打水槍，在爐頂煤氣需要降溫冷卻時管道通水，在爐頂煤氣不需要降溫冷卻時管道通氣進行防塵。在噴頭噴水時噴出的水流不受防塵氣流干擾，冷卻水流噴射范圍大，特別是在有霧化噴頭的場合，效果更為明顯，增加降溫效果。
[0048]3、在不打水時，防塵氣體從噴頭噴出，與噴水采用同一通道，沒有開啟的空間，長時間不打水也不會有粉塵進入和積聚。
[0049]4、在不打水時，防塵氣體從噴頭噴出，噴頭出口通徑較小，氮氣耗費量因此也減少，使用成本降低。由于噴頭出口通徑較小，在同等進氣壓力下，氣體噴射壓力和流速增大，有利于提聞防止積塵效果。
[0050]5、根據打水槍不同狀態和槍體容易不容易粘灰的情況需要，進行不同的間歇控制
通氣控制方法，更是在很大程度上節約了大量的氮氣耗費量。[0051]6、由于采用了不同以往的方法和裝置結構，決定了本發明的控制方法在以往的技術上有突破性的改進和效果。
[0052]本【技術領域】中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發明，而并非用作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神范圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發明的權利要求書范圍內 。
【權利要求】
1.一種高爐爐頂打水降溫裝置，包括均設于高爐爐頂的數個打水槍，其特征在于: 每個打水槍包括槍體、噴頭、水氣輸入管和水氣切換閥，槍體為內部具有單一的水氣合用通道的單管式結構，噴頭安裝于水氣合用通道的頭部，水氣輸入管一端與水氣合用通道尾部連通，水氣切換閥設于水氣輸入管的另一端，并且通過水氣切換閥分別與冷卻水總管和氮氣總管相連。
2.如權利要求1所述的高爐爐頂打水降溫裝置，其特征在于: 所述的槍體外殼與內部水氣合用通道之間還填充有絕熱材料。
3.如權利要求1所述的高爐爐頂打水降溫裝置，其特征在于: 所述的槍體頭部設有內凹的安裝臺階，噴頭設于安裝臺階內，并通過螺紋與安裝臺階相固定。
4.如權利要求1所述的高爐爐頂打水降溫裝置，其特征在于: 所述的槍體外殼與內壁為不銹鋼材料。
5.如權利要求1所述的高爐爐頂打水降溫裝置，其特征在于: 所述的嗔頭為霧化嗔頭。
6.如權利要求1所述的高爐爐頂打水降溫裝置，其特征在于: 該打水降溫裝置還包括均勻設于 爐頂的用于測量煤氣溫度的測溫裝置、外部信號輸入電路、微處理器、控制信號輸出電路和人機界面，外部信號輸入電路接收測溫裝置的檢測信號及運程控制信號并輸入微處理器，經微處理器的存儲、比較、運算處理，由控制信號輸出電路輸出控制信號至水氣切換閥，進行切換控制，人機界面與微處理器相連，用以工作狀態選擇、控制參數設置、顯示及操作。
7.一種高爐爐頂打水降溫控制方法，其特征在于: 包括如下步驟: A.在高爐爐頂均勻設置數個打水槍，每個打水槍包括槍體、噴頭、水氣輸入管和水氣切換閥，槍體為內部具有單一的水氣合用通道的單管式結構，噴頭安裝于水氣合用通道的頭部，水氣輸入管一端與水氣合用通道尾部連通，水氣切換閥設于水氣輸入管的另一端，并且通過水氣切換閥分別與冷卻水總管和氮氣總管相連； B.在高爐爐頂均勻設置數個測溫裝置，用以實時測量爐頂相應位置的煤氣溫度，并通過外部信號輸入電路送到微處理器； C.通過微處理器將實測溫度與人機界面預設溫度進行比較運算，當實測溫度超過預設上限溫度時，由微處理器通過控制信號輸出電路發出打水信號，控制各打水槍的水氣切換閥動作，以切斷氮氣總管并使冷卻水總管與打水槍連通，對爐頂內部的煤氣流進行打水降溫； D.經降溫后，當實測溫度低于預設下限溫度時，由微處理器輸出停止打水信號，控制各打水槍的水氣切換閥動作，以切斷冷卻水總管并使氮氣總管與打水槍連通，通過吹氮對打水槍內部及噴頭進行吹掃，防止堵塞。
8.如權利要求7所述的高爐爐頂打水降溫控制方法，其特征在于: 所述的嗔頭為霧化嗔頭。
【文檔編號】C21B7/10GK103571990SQ201210254325
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月23日 優先權日:2012年7月23日
【發明者】梁利生, 韓明明, 王麟 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司