八钢1#COREX炉顶煤气喷雾降温系统特点

薛忠林

（宝钢集团八钢公司炼铁分公司）

宝钢罗泾1#COREX-3000炉搬迁至新疆八钢。于2012年5月破土动工，2014年7月30日完成COREX工程建设，预计年产铁量可达135万t。COREX具有环保、使用焦炭少、操作灵活、投资少等特点，在一定的条件下替代高炉生产铁水。

八钢根据COREX工艺特点，在保持原设计基础上对工艺流程进行优化，最终设计完成适应新疆气候条件的COREX工艺技术流程。在设计优化项目中，八钢1#COREX将竖炉顶煤气湿法除尘改为布袋干式除尘器，将塔架结构简化，并配套设置大容量TRT发电机组，充分利用COREX顶煤气余压发电，进一步降低COREX炼铁成本。为保证顶煤气干法布袋除尘器的布袋寿命，在竖炉炉顶及重力除尘器设置喷雾降温装置，以满足COREX竖炉顶煤气降温需求。

1 八钢1#COREX煤气系统工艺流程

八钢1#COREX炉发生煤气从熔融气化炉炉顶四个发生煤气管道出来，温度为980℃～1050℃，在进入热旋风分离器之前，来自冷煤气加压站的75℃的冷煤气掺入从熔融气化炉产生的煤气，将其温度降至850℃。经热旋风分离器除去煤气中的粉尘后，大部分送入竖炉。另一小部分大约占总煤气量的20%的煤气经冷煤气填料洗涤器洗涤之后，一部分经过剩煤气经文氏洗涤器洗涤除尘后作为输出煤气送走，另一部分作为冷却煤气经文氏洗涤器精洗涤除尘，再经除雾器除湿后送冷煤气加压站加压，打入到发生煤气中去冷却发生煤气至850℃。

进入竖炉的还原煤气通过对炉料加热及还原后经两根顶煤气管道输出，经过重力除尘器粗除尘后至干法布袋除尘器进一步过滤粉尘，并与过剩煤气汇合后作为输出煤气至TRT进行发电，后并入能源管网输送至下游用户。八钢1#COREX炉煤气工艺流程如图1所示。

图1 八钢1#COREX炉煤气工艺流程

2 COREX喷雾降温装置设计工艺条件

在工程中采用干法除尘煤气净化工艺代替原有的COREX竖炉煤气湿法除尘工艺，竖炉炉顶正常工作温度波动范围150～350℃，周期性波动，周期约8～10 min，平均约250℃，异常工况条件下可达到600℃。为保护炉顶及布袋除尘设备，需要在竖炉炉顶及重力除尘设置喷雾降温设施，将煤气温度控制在≤250℃。COREX竖炉顶煤气成分见表1。

表1 COREX竖炉顶煤气成分

COREX竖炉喷雾降温装置喷雾介质和氮气气源条件：喷雾用工业循环水取用COREX区域空压站供水，压力为0.3～0.32MPa（相对标高±0m：地面），水量≥100t/h。氮气气源压力为0.6 MPa，最大瞬时流量60Nm3/h，仪表用气，间歇使用。

3 COREX炉顶煤气喷雾技术要求

3.1 COREX顶煤气喷雾系统工艺流程

八钢COREX顶煤气喷雾系统采用水单介质雾化，在竖炉炉顶及重力除尘器喷雾系统分别配置一套集成泵站，每套泵站设置两台增压泵及相关的流量、压力检测设备。其中竖炉喷雾系统设置八台可伸缩防堵喷枪，总水量64 t/h，每台喷枪均可单独控制，配置两台分流柜、一台PLC控制柜，喷枪安装在竖炉炉顶75m标高处。重力除尘喷雾降温系统设置四台可伸缩防堵喷枪，每台喷枪均可单独控制，配置一台分流柜、一台PLC控制柜，喷枪安装在COREX重力除尘本体27m标高处。塔上集成泵站安装位置为塔体26m平台泵站小房内。

在每套系统设计中，取用工业新水总管水源，经塔体增压泵站增压后进入两套系统分流柜。并在系统中设置相应温度、压力、流量监测点信号，通过PLC控制系统对分流柜内电动阀门进行开关量控制，从而实现对竖炉顶煤气温度的调节。COREX喷雾降温装置工艺流程见图2。

图2 COREX喷雾降温装置工艺流程图

3.2 COREX喷雾降温装置主要技术要求

3.2.1 喷雾降温装置冷却要求

（1）竖炉炉顶雾化降温系统。喷雾量8～64t/h，雾化粒度D50≤150μm，D90≤200μm；喷枪角度88°，单只喷枪的喷雾射程4.5～5m。系统降温能力≥250℃（正常煤气量）。

（2）重力除尘器雾化降温系统：喷雾量8.5～34t/h，雾化粒度D50≤50μm，D90≤60μm。重力除尘喷枪角度105°～120°，单只喷枪的喷雾射程2.7～3.1m。系统降温能力≥150℃（正常煤气量）。

3.2.2 COREX喷雾降温系统控制

竖炉炉顶及重力除尘喷雾降温设备分别独立控制，重力除尘喷雾降温及竖炉炉顶喷雾降温供水泵（即塔上加压泵）各两台，一用一备，故障状态可实现自动切换。喷雾降温装置工艺控制流程见图3。

两套系统均可实现远程系统手动操作、远程自动操作、现场机旁手动操作。画面中自动、手动方式需人工手动选择。远程自动控制方式选择有温度控制方式、时间控制方式、流量控制方式，三种方式手动进行选择。

3.2.3 COREX喷雾降温系统控制及显示要求

COREX喷雾降温系统设置触摸显示屏（HMI）、工控上位机不但可以对系统参数进行设置，还可以显示相关的参数，包括水的压力、水的流量、导出管煤气冷却后温度、煤气冷却后平均温度、喷枪开启数量、相关参数的历史记录、故障报警等。并实现通过以太网与COREX炉主控制系统实现数据传输，并通过COREX炉炉顶主控制系统上位工控机监控实现喷雾设备参数设置和远程监控。

图3 COREX喷雾降温装置工艺控制流程图

3.3 COREX喷雾降温设备制造技术要求

喷雾降温系统对水泵本体的技术参数及使用寿命见表2。

表2 水泵本体的技术参数及使用年限要求

4 喷雾降温系统的控制及主要技术指标

竖炉炉顶喷雾系统煤气启停温度控制信号由上升管煤气温度经COREX本体PLC柜输送4～20mA信号（对应温度范围0～1000℃）到喷雾系统控制柜，每个上升管对应一路。重力除尘器喷雾系统煤气启停温度控制信号由安装在重力除尘器进出口管上的耐磨热电阻温度计采集4～20mA信号（对应温度范围0～600℃）到喷雾系统控制柜，进行触发控制。荒煤气实际平均温度T e大于启喷温度时系统控制按照启动模式控制温度(150℃≤Te≤250℃)，动态控制煤气温度稳定在设定的范围内，避免过喷和欠喷。

在喷嘴吹扫和喷雾冷却期间将对喷嘴进行自检,各喷嘴每隔8～300小时依次吹扫一次，每次每个喷嘴吹扫3～5秒。正常情况下采用水泵供水进行喷嘴吹扫，每十个吹扫动作后进行一次备用高压水供水的喷嘴吹扫。如出现喷嘴堵塞现象，监控画面将显示堵塞的喷枪位置，并进行声光报警，便于及时排查。同时,计算机将会调整喷雾模式，暂时切出故障喷枪，但程序自动弥补该喷枪堵塞后的喷雾量。

系统定期自检，发生电气、阀门、喷枪等故障系统自动发出报警，发生水压不足或严重失压、煤气温度过高时，系统自动发出“重故障”声光报警，重故障报警须在操作计算机画面弹出对话框，人工确定。八钢1#COREX炉喷雾降温系统主要技术指标见表3。

表3 COREX喷雾降温系统主要技术指标

5 结语

八钢1#COREX炉结合新疆的气候特点及八钢高炉布袋除尘器应用的实绩，对顶煤气除尘系统控制进行了优化。特别是顶煤气喷雾降温装置在顶煤气改造过程中的应用符合COREX炉顶煤气干式除尘的设计构想，在一定程度上解决了高温煤气进行干式除尘的技术难题，为COREX炉顶煤气的控制提供了可行的操作依据。在运行过程中可以降低湿法除尘冬季运行设备故障率高的风险，节省原有沉淀池的一次性投资及运行成本。最大程度降低COREX炉的运行成本，有效利用高温、高压顶煤气的能量用来发电，提高COREX输出煤气发电量，为COREX炼铁成本的降低奠定了基础。