專利名稱：高爐布料器淌水冷卻定差壓密封系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高爐布料器淌水冷卻定差壓密封系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
高爐無鐘爐頂因其布料靈活和可采用較高爐頂壓力的特點(diǎn)現(xiàn)已在煉鐵高爐上普遍使用，但其中的布料器有的運(yùn)行費(fèi)用較高，有的事故率較高。無鐘爐頂溫度一般在300℃以下，事故狀態(tài)達(dá)700℃，壓力在250kPa以下，事故狀態(tài)達(dá)320kPa以上，易引起零部件發(fā)熱受壓變形、粉塵侵入相對運(yùn)動表面、軸承潤滑不良，而布料器的運(yùn)動部件較多受力較大，常造成布料器不能正常工作。鑒于上述原因布料器內(nèi)需通水冷卻防止結(jié)構(gòu)變形和運(yùn)動副潤滑不良，充氣防止高爐內(nèi)粉塵進(jìn)入氣密箱，造成運(yùn)動副卡阻。在冷卻水未完全隔離的布料器中，還要防止因粉塵進(jìn)入氣密箱導(dǎo)致冷卻水通道堵塞、最終引起冷卻水積水水位升高，水透入爐內(nèi)。
現(xiàn)使用的布料器冷卻方式有管式穿水冷卻和表面淌水冷卻兩種。管式穿水冷卻的冷卻水是完全隔離的，水在管內(nèi)流動，水的流道不會受污染而堵塞，更不會流入爐內(nèi)，但存在冷卻效率不高、制造難度增加、管內(nèi)壁結(jié)垢和維修不便等缺點(diǎn)。表面淌水冷卻的冷卻效率高、制造也簡單，但常因爐內(nèi)粉塵侵入氣密箱而堵塞流道，冷卻效果變差，引起構(gòu)件變形，影響運(yùn)動副運(yùn)轉(zhuǎn)。一旦水的流道堵塞，不管爐頂壓力是否波動，都可造成向爐內(nèi)透水。
現(xiàn)使用布料器的密封方式主要有氮?dú)饷芊?、水密封和機(jī)械密封3種形式。氮?dú)饷芊馐峭ㄟ^布料器旋轉(zhuǎn)部位的間隙向高爐爐內(nèi)充壓力高于爐頂壓力的氮?dú)?，以阻擋爐內(nèi)煙氣和粉塵進(jìn)入氣密箱。目前還沒有對布料器充氮過程進(jìn)行自動調(diào)節(jié)和控制的設(shè)備與方法，而爐頂壓力是變化的，為保險起見，通常采用遠(yuǎn)高于高爐爐頂壓力的充氣壓力和充足氣源進(jìn)行供氣，造成氮?dú)獯罅坷速M(fèi)，運(yùn)行費(fèi)用高。目前真正實現(xiàn)了氮?dú)饷芊獾氖窃诶鋮s水完全隔離的結(jié)構(gòu)中，其氮?dú)庥休o助冷卻和隔熱的作用?，F(xiàn)采用水密封的設(shè)計同時也采用淌水冷卻，流出布料器的水或與大氣相通，或沒有與爐頂壓力相適應(yīng)的背壓，加之水的比重較輕，只要幾千帕的壓差就會破壞布料器內(nèi)的水密封，事實上也就根本沒法實現(xiàn)水密封?，F(xiàn)有的機(jī)械密封一般是在旋轉(zhuǎn)部位采用耐溫在300℃左右的橡膠進(jìn)行密封，橡膠在高溫、高粉塵的環(huán)境中要么被燒壞，要么被爐內(nèi)壓力作用下形成的積灰磨壞，實際也起不到密封的作用。
以上密封結(jié)構(gòu)的布料器在使用中主要有以下兩種缺陷一種是為了保證煙氣粉塵不泄入氣密箱中，采用大量充氣和高壓力充氣，這樣大量的氮?dú)獗粺o謂地消耗，造成運(yùn)行成本增高。而且這些氣體充入高爐后將吸收爐內(nèi)的熱能，然后又在后續(xù)高爐煤氣的處理中產(chǎn)生消耗和占用資源，并且會使高爐煤氣的發(fā)熱值也有所降低，大型高爐一般是這種情況。另一種是冷卻水流入爐內(nèi)和爐內(nèi)氣流侵入氣密箱當(dāng)高爐爐頂壓力快速升高時，因充氣量不夠，氣密箱內(nèi)壓力低于爐頂壓力，荒煤氣侵入氣密箱中而帶入粉塵，導(dǎo)致運(yùn)動副污染卡阻和冷卻水通道堵塞，最終導(dǎo)致布料器不能正常工作和冷卻水透入高爐內(nèi)；爐頂壓力快速降低時，氣密箱內(nèi)氣壓將水壓入高爐內(nèi)，造成爐涼和能耗升高；小型高爐一般是這種情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一套設(shè)計新型、實用性強(qiáng)的可實時控制氣密箱的供氣與排氣，保持氣密箱內(nèi)壓力與高爐爐頂壓力的差值恒定，可避免密封充氣氣量過大造成無謂消耗，又可防止壓力波動導(dǎo)致冷卻水透入高爐內(nèi)和粉塵透入氣密箱引起布料器故障的高爐布料器淌水冷卻定差壓密封系統(tǒng)，同時本發(fā)明還提供該系統(tǒng)的控制方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明所述的高爐布料器淌水冷卻定差壓密封系統(tǒng)由氣密箱進(jìn)氣控制部份、氣密箱排氣控制部份、氣密箱水位控制部份及氣密箱溫度控制部份組成。氣密箱進(jìn)氣控制部份有差壓傳感器、氣罐、進(jìn)氣電動閥Vg1，進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥Vg2及控制器，進(jìn)氣電動閥Vg1、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥Vg2的一端與氣罐相連，另一端連通氣密箱，它們的開啟與關(guān)閉由控制器控制。氣密箱排氣控制部份有差壓傳感器、控制器、進(jìn)氣電動閥Vg1、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥Vg2、排氣調(diào)節(jié)閥Vg3及排氣電動閥Vg4，排氣電動閥Vg4與排氣調(diào)節(jié)閥Vg3安裝在氣密箱頂上并經(jīng)訊號線與控制器相連。氣密箱水位控制部份為水位控制器，它由控制器3、液位傳感器6和水位控制閥VW3、VW4、VW5組成，水位控制器一方面可保證良好的水冷效果和避免水位過高，另一方面又可隔離大氣壓和外排水壓的影響，為實現(xiàn)水密封建立起與爐頂壓力相適應(yīng)的背壓，其量值是由實時控制系統(tǒng)決定的。液位傳感器上聯(lián)通閥、液位傳感器下聯(lián)通閥的兩端分別接連液位傳感器與氣密箱。氣密箱溫度控制部份有溫度傳感器及進(jìn)水調(diào)節(jié)閥VW1，進(jìn)水調(diào)節(jié)閥VW1的兩端頭分別聯(lián)通氣密箱與冷卻水管。溫度傳感器安裝在氣密箱內(nèi)。
采用如上技術(shù)方案提供的高爐布料器淌水冷卻定壓差密封系統(tǒng)及其控制方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，特點(diǎn)在于1、可保證氣密箱內(nèi)壓力與爐頂壓力動態(tài)一致，防止?fàn)t內(nèi)粉塵侵入氣密箱，避免因此引起的向爐內(nèi)透水和運(yùn)動部件卡阻；2、可保證氣密箱內(nèi)壓力與爐頂壓力動態(tài)一致，大大減少密封氣體的消耗；3、水位控制閥可隔離外排冷卻水與外界壓力(水壓或氣壓)間的聯(lián)系，實現(xiàn)真正水密封，大幅度提高冷卻效果，降低制造成本，保證設(shè)備安全、可靠運(yùn)行；
4、可保證氣密箱內(nèi)壓力與爐頂壓力動態(tài)一致，結(jié)構(gòu)受力小，不易引起變形；5、有助于簡化布料器冷卻水流道的設(shè)計、水道結(jié)垢影響小，降低制造成本，易于維護(hù)；6、避免了因向爐內(nèi)透水和透氣而引起的爐況不順和能耗升高；7、在條件受限制的企業(yè)也可考慮采用高爐煤氣或焦?fàn)t煤氣等無氧氣體作密封氣體，因密封氣消耗少，相應(yīng)粉塵沉降的時間較長，帶入氣密箱的粉塵也相應(yīng)減少，粉塵少量進(jìn)入氣密箱后清理也較方便。


附圖為本發(fā)明所述的一種高爐布料器淌水冷卻定差壓密封系統(tǒng)的布局示意圖，亦為本發(fā)明的說明書摘要附圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
如附圖所示，1為溫度傳感器，2為差壓傳感器，3為控制器(如PLC)，4為氣罐，5為氣密箱，6為液位傳感器，7為高爐爐頂，8為氣體輸送管，9為冷卻水輸送管，VW1為進(jìn)水調(diào)節(jié)閥，Vg1為進(jìn)氣電動閥，Vg2為進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥，Vg3為排氣調(diào)節(jié)閥，Vg4為排氣電動閥，Vg5為液位傳感器上聯(lián)通閥，VW2為液位傳感器下聯(lián)通閥，VW3、VW4、VW5為水位控制閥。
所述高爐布料器淌水冷卻定差壓密封系統(tǒng)由溫度傳感器1、差壓傳感器2、控制器3、氣罐4、進(jìn)水調(diào)節(jié)閥VW1、進(jìn)氣電動閥Vg1、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥Vg2、排氣調(diào)節(jié)閥Vg3、排氣電動閥Vg4、氣密箱5、液位傳感器6、液位傳感器上聯(lián)通閥Vg5、液壓傳感器下聯(lián)通閥VW2、水位控制閥VW3、VW4、VW5和相關(guān)管線組成。溫度傳感器1的一頭安裝在氣密箱5內(nèi)，用于測取氣密箱5內(nèi)的溫度信號，并送至控制器3處理；差壓傳感器2的一頭分別與引入氣密箱5的壓力管道和引入爐頂?shù)膲毫艿老嗦?lián)，用于測量氣密箱和爐頂?shù)牟顗?，并送至控制?處理；液位傳感器6通過上聯(lián)通閥與氣密箱密封氣相聯(lián)、下聯(lián)通閥與氣密箱內(nèi)腔底面的冷卻水積水相聯(lián)，用于測取氣密箱內(nèi)腔底部積水的液位，并送至控制器3處理；控制器3用于接收溫度傳感器1、差壓傳感器2和液位傳感器6傳送過來的信號，與相關(guān)設(shè)定值進(jìn)行比較和運(yùn)算，并根據(jù)控制策略輸出控制信號分別控制進(jìn)氣電動閥Vg1和進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥Vg2、排氣調(diào)節(jié)閥Vg3和排氣電動閥Vg4、進(jìn)水調(diào)節(jié)閥VW1、水位控制閥VW3、VW4、VW5。布料器冷卻采用全部或部分沿氣密箱腔體內(nèi)表面淌水冷卻；氣密箱5與高爐爐頂7的差壓采用差壓傳感器2直接測量，可提高測量精度，防止因測量精度不夠而引起小量冷卻水流入爐內(nèi)或布料器結(jié)構(gòu)尺寸增大；氣密箱5向大氣排氣的設(shè)計可提高定差壓調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度；水位控制閥VW3、VW4、VW5的安裝位置均低于最低冷卻水積水液面，以防止氣密箱5直接與大氣聯(lián)通造成氣密箱5卸壓。布料器位于高爐爐頂7上，其環(huán)形內(nèi)腔是氣密箱5，溫度傳感器1插在氣密箱5內(nèi)經(jīng)信號線與控制器3的輸入端相聯(lián)，差壓傳感器2的一頭分別與引入氣密箱5的壓力管道與引入高爐爐頂7的壓力管道相聯(lián)，另一頭與控制器3的輸入端相聯(lián)。差壓傳感器2的信號線接入控制器3的輸入端內(nèi)，差壓傳感器2用于測量氣密箱5氮?dú)鈮毫εc高爐爐頂7壓力的差壓值。氣罐4的一端連接無氧氣體(如為氮?dú)?管道，另一端分兩支路連接進(jìn)氣電動閥Vg1、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥Vg2的一頭，進(jìn)氣電動閥Vg1、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥Vg2的另一頭經(jīng)氣體輸送管8與氣密箱5的頂端相聯(lián)；進(jìn)水調(diào)節(jié)閥VW3的一端連接冷卻水管，進(jìn)水調(diào)節(jié)閥VW1的另一端經(jīng)冷卻水輸送管9與氣密箱5的頂端相聯(lián)；液位傳感器6的上端經(jīng)液位傳感器上聯(lián)通閥Vg5與氣密箱5內(nèi)的密封氣相聯(lián)，液位傳感器6的下端經(jīng)液位傳感器下聯(lián)通閥VW2與氣密箱5內(nèi)腔底面的冷卻水積水相聯(lián)，使Vg2與VW2處于常開狀態(tài)，只在檢修時才關(guān)閉。水位控制閥VW3、VW4、VW5的一端經(jīng)管道聯(lián)通氣密箱5的底部，水位控制閥VW3、VW4、VW5的另一頭連通大氣；控制器3的輸出端經(jīng)控制線分別連接排氣調(diào)節(jié)閥Vg3、排氣電動閥Vg4、進(jìn)氣電動閥Vg1、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥Vg2、進(jìn)水調(diào)節(jié)閥VW3及水位控制閥VW3、VW4、VW5本發(fā)明所述的一種高爐布料器淌水冷卻定差壓密封系統(tǒng)的工作原理及其控制方法如下氣密箱進(jìn)氣差壓傳感器1給出一差壓Pd，當(dāng)Pd低于設(shè)定范圍Po(如爐頂壓力升高)時，控制器3控制排氣調(diào)節(jié)閥Vg3、排氣電動閥Vg4全部關(guān)閉，進(jìn)氣電動閥Vg1、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥Vg2開啟，氣罐4向氣密箱5供氣。當(dāng)Pd低于po1.5KPa以內(nèi)時，僅進(jìn)氣閥節(jié)閥Vg2參與調(diào)節(jié)；當(dāng)Pd低于Po超出1.5KPa時，進(jìn)氣電動閥Vg1亦參與向氣密箱5供氣；具體控制策略與Pd值及其變化速率有關(guān)。通過上述過程可控制向氣密箱5進(jìn)氣的量與速度，可保持布料器內(nèi)腔的氣密箱5的壓力與高爐爐頂7的壓力差值在設(shè)定范圍Po。當(dāng)Pd低于報警值的時間超過設(shè)定值(時間)時，其氣部分故障報警。
氣密箱排氣差壓傳感器2給出一差壓Pd，當(dāng)Pd高于設(shè)定范圍Po(如爐頂壓力降低)時，控制器3控制進(jìn)氣閥全部關(guān)閉、排氣閥開啟，氣密箱5向大氣排氣。當(dāng)Pd高于Po1.5KPa以內(nèi)時，僅排氣閥節(jié)閥Vg3參與調(diào)節(jié)；當(dāng)Pd高于Po超出1.5KPa時，排氣電動閥Vg4也參與向大氣排氣；具體控制策略與Pd值及其變化速率有關(guān)。通過上述過程可控制氣密箱5向外排氣的量與速度，可保持布料器內(nèi)腔的氣密箱5內(nèi)壓力與高爐爐頂7的壓力差值在設(shè)定范圍Po。當(dāng)Pd高于報警值的時間超過設(shè)定值(時間)時，排氣故障報警。
氣密箱水位當(dāng)氣密箱5中的水位發(fā)生變化時，液位傳感器6測取氣密箱5底部冷卻水積水液面的實際液位，液位信號送到控制器3。當(dāng)氣密箱5底部冷卻水積水水位低于L1時，關(guān)閉水位控制閥VW3、VW4、VW5，水位超低報警；當(dāng)水位高于L1低于L2時，關(guān)閉水位控制閥VW3、VW4、VW5，水位低報警；當(dāng)水位高于L2低于L3時，開啟水位控制VW3、VW4、VW5中的一個進(jìn)行正常排水；當(dāng)水位高于L3低于L4時，開啟水位控制閥VW3、VW4、VW5中的兩個排水，水位高報警；當(dāng)水位高于L4低于L5時，開啟全部水位控制閥VW3、VW4、VW5排水，水位超高報警。通過上述控制氣密箱5底部積水的液位，可保持布料器內(nèi)腔的氣密箱5內(nèi)的密封氣不會從排水口泄入大氣，避免破壞氣密箱5的壓力與高爐爐頂7壓力的平衡。
氣密箱溫度當(dāng)氣密箱5的溫度發(fā)生變化時，控制器3根據(jù)氣密箱5的溫度T與設(shè)定值動態(tài)，控制進(jìn)水調(diào)節(jié)閥VW1向氣密箱5供水，使氣密箱5的溫度保持在設(shè)定值，且供水量盡可能小。當(dāng)氣密箱5的溫度T大于65℃時，溫度高報警，當(dāng)氣密箱5的溫度大于75℃時，溫度超高報警。
權(quán)利要求
1.一種高爐布料器淌水冷卻定差壓密封系統(tǒng)，布料器位于高爐爐頂(7)上，其環(huán)形內(nèi)腔是氣密箱(5)，其特征在于溫度傳感器(1)插在氣密箱(5)內(nèi)經(jīng)信號線與控制器(3)的輸入端相聯(lián)，差壓傳感器(2)的一頭分別與引入氣密箱(5)的壓力管道和引入高爐爐頂(7)的壓力管道相聯(lián)，另一頭與控制器(3)的輸入端相聯(lián)，氣罐(4)的一端連接無氧氣體管道，另一端分兩支路連接進(jìn)氣電動閥(Vg1)、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥(Vg2)的一頭，進(jìn)氣電動閥(Vg1)、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥(Vg2)的另一頭經(jīng)氣體輸送管(8)與氣密箱(5)的頂端相聯(lián)；進(jìn)水調(diào)節(jié)閥(VW1)的一端連接冷卻水管，進(jìn)水調(diào)節(jié)閥(VW1)的另一端經(jīng)冷卻水輸送管(9)與氣密箱(5)的頂端相聯(lián)；液位傳感器(6)的上端經(jīng)液位傳感器上聯(lián)通閥(Vg5)與氣密箱(5)內(nèi)的密封氣相聯(lián)，液位傳感器(6)的下端經(jīng)液位傳感器下聯(lián)通閥(VW2)與氣密箱(5)內(nèi)腔底面的冷卻水積水相聯(lián)；水位控制閥(VW3、VW4、VW5)的一端經(jīng)管道聯(lián)通氣密箱(5)的底部，水位控制閥(VW3、VW4、VW5)的另一頭連通大氣；控制器(3)的輸出端經(jīng)控制線分別連接排氣調(diào)節(jié)閥(Vg3)、排氣電動閥(Vg4)、進(jìn)氣電動閥(Vg1)、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥(Vg2)、進(jìn)水調(diào)節(jié)閥(VW1)及水位控制閥(VW3、VW4、VW5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高爐布料器淌水冷卻定差壓密封系統(tǒng)的控制方法，其特征在于差壓傳感器(1)給出一差壓Pd，當(dāng)Pd低于設(shè)定范圍Po時，控制器(3)控制排氣調(diào)節(jié)閥(Vg3)、排氣電動閥(Vg4)全部關(guān)閥，進(jìn)氣電動閥(Vg1)、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥(Vg2)開啟，氣罐(4)向氣密箱(5)供氣；當(dāng)Pd低于Po1.5KPa以內(nèi)時，僅進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥(Vg2)參與調(diào)節(jié)；當(dāng)Pd低于Po超出1.5KPa時，進(jìn)氣電動閥(Vg1)亦參與向氣密箱(5)供氣，當(dāng)Pd低于報警值的時間超過設(shè)立值時，供氣部分故障報警；差壓傳感器(2)傳給一差壓Pd，當(dāng)Pd高于設(shè)定范圍Po時，控制器(3)控制進(jìn)氣閥全部關(guān)閉、排氣閥開啟，氣密箱(5)向大氣排氣；當(dāng)Pd高于Po1.5KPa以內(nèi)時，僅排氣調(diào)節(jié)閥(Vg3)參與調(diào)節(jié)；當(dāng)Pd高于Po超出1.5KPa時，排氣電動閥(Vg4)也參與向大氣排氣；當(dāng)Pd高于報警值的時間超過設(shè)定值時，排氣故障報警；當(dāng)氣密箱(5)中的水位發(fā)生變化時，液位傳感器(6)測取氣密箱(5)底部冷卻水積水液面的實際液位，液位信號送到控制器(3)，當(dāng)氣密箱(5)底部冷卻水積水位低于L1時，關(guān)閉水位控制閥(VW3、VW4、VW5)，水位報警；當(dāng)水位高于L1而低于L2時，關(guān)閉水位控制閥(VW3、VW4、VW5)，水位低報警，當(dāng)水位高于L2而低于L3時，開啟水位控制閥(VW3、VW4、VW5)中的一個進(jìn)行正常排水；當(dāng)水位高于L3而低于L4時，開啟水位控制閥(VW3、VW4、VW5)中的兩個排水，水位高報警，當(dāng)水位高于L4而低于L5時，開啟全部水位控制閥(VW3、VW4、VW5)排水，水位超高報警；當(dāng)氣密箱(5)的溫度發(fā)生變化時，控制器(3)根據(jù)氣密箱(5)的溫度T與設(shè)立值的差值動態(tài)，控制進(jìn)水調(diào)節(jié)閥(VW1)向氣密箱(5)供水，使氣密箱(5)的溫度保持在設(shè)定值，當(dāng)氣密箱(5)的溫度T大于65℃時，溫度故障報警，當(dāng)氣密箱(5)的溫度T大于75℃時，溫度超高報警。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高爐布料器淌水冷卻定差壓密封系統(tǒng)及其控制方法，它由氣密箱5的進(jìn)氣控制部份、排氣控制部份、水位控制部份及溫度控制部份構(gòu)成，布料器位于高爐爐頂7上，其環(huán)形內(nèi)腔是氣密箱5，溫度傳感器1插入氣密箱5內(nèi)，差壓傳感器2經(jīng)管道與氣密箱5及高爐爐頂7相聯(lián)，控制器3的輸入端與輸出端經(jīng)信號線與各相關(guān)部份相聯(lián)，氣罐4經(jīng)進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥和進(jìn)氣電動閥聯(lián)通氣密箱5，冷卻水經(jīng)進(jìn)水調(diào)節(jié)閥V
文檔編號G05D9/00GK1854314SQ20051003148
公開日2006年11月1日 申請日期2005年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月21日
發(fā)明者劉繼清, 李忠平, 劉建群 申請人:劉繼清, 劉建群, 李忠平