一种高炉炉身上部漏水冷却壁通气保压操作方法与流程

本发明涉及高炉炼铁设备维护与运行控制，具体为一种高炉炉身上部漏水冷却壁通气保压操作方法。

背景技术：

1、高炉生产过程中，炉身上部冷却壁长期受高温热震及炉料磨损，易发生破损漏水，冷却壁漏水后，若继续通水会导致炉内温度波动并引发生产故障，因此行业内通常采取控水并向漏水冷却壁内部通入气体进行保压冷却的维持操作。

2、在现有的冷却壁通气保压操作中，气体的通入量通常依赖操作人员的经验设定为固定参数，在高炉由休风转复风以及稳态生产阶段，现有操作方式无法根据高炉实际入炉风量的变化进行气流的动态随动控制，也缺乏结合高炉气流分布模型与风气转换系数来精确测算目标流量的定量分配机制，这种非定量的通气方式容易导致冷却壁内部保压流量与高炉实际工况不匹配，不仅造成气源浪费，也难以有效阻止炉内高温煤气反窜。

3、现有的保压冷却手段多采用单一气体或静态配比的气体供给，未充分考虑通入气体自身冷却能力的变化，在实际运行中，现有技术缺乏对通入气体温度与冷却壁内表面温度的双重实时监测机制，当通入的气体出现超温或自身冷量不足时，无法及时依据温度反馈进行自适应的热交换调节与氮气冷源补充，这会导致漏水冷却壁本体受到二次热应力破坏，进而缩短其剩余使用寿命。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种高炉炉身上部漏水冷却壁通气保压操作方法，解决了非定量的通气方式容易导致冷却壁内部保压流量与高炉实际工况不匹配，造成气源浪费的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高炉炉身上部漏水冷却壁通气保压操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、步骤一：在检测到漏水后，对漏水冷却壁进行控水处理与煤气溢出监测，并收集溢出的气体进行成分检测；

4、步骤二：在确认所述气体中的一氧化碳含量满足设定条件后，控制高炉进入休风状态，封堵所述漏水冷却壁的出水端，将净煤气管路内的高压净煤气与氮气管路内的高压氮气对接到所述漏水冷却壁的进水端；

5、步骤三：在高炉转为复风状态的过程中，实时监测入炉风量，并根据所述入炉风量的变化梯次调节所述净煤气管路上的净煤气阀门和所述氮气管路上的氮气阀门的开度进行保压冷却；

6、步骤四：当所述入炉风量达到正常生产期间的入炉全风风量数值时，测算单块所述漏水冷却壁的净煤气目标流量，依据该净煤气目标流量调节对应的净煤气流量与最终氮气目标流量；

7、步骤五：在满风稳态运行状态下，实时监测通入所述漏水冷却壁的净煤气温度数值及所述漏水冷却壁的内表面温度数值，依据温度反馈数值自适应调节所述净煤气阀门和所述氮气阀门的开度。

8、优选的，所述步骤一中，对漏水冷却壁进行控水处理与煤气溢出监测，并收集溢出的气体进行成分检测，具体包括：以每次5%的开度幅度逐步关小所述漏水冷却壁原有进水管道上的进水阀门的开度，并实时监测排水管路排出的气体浓度；

9、当煤气报警装置的显示浓度数值超过160ppm时，开启气体收集袋进气口处的收集袋阀门，继续关小所述进水阀门直至所述煤气报警装置的检测数值超过量程上限，保持所述进水阀门的当前开度状态2至3分钟以收集气体；

10、如果在逐步关小所述进水阀门开度的操作过程中所述煤气报警装置未发出报警信号，则停止关小所述进水阀门，并控制所述进水阀门的开度保持在20%及以上；获取容量为0.2立方米至0.3立方米的所述气体收集袋内收集气体中的一氧化碳实际含量。

11、优选的，所述步骤二中，在确认所述气体中的一氧化碳含量满足设定条件后，控制高炉进入休风状态，封堵所述漏水冷却壁的出水端，将净煤气管路内的高压净煤气与氮气管路内的高压氮气对接到所述漏水冷却壁的进水端，具体包括：当收集气体中的一氧化碳含量处于25%至30%区间时，判定所述漏水冷却壁所在区域处于间接还原反应状态，确认所述气体中的一氧化碳含量满足设定条件；

12、控制高炉系统进入休风状态，对所述漏水冷却壁的出水端进行严格封堵；将高炉炉顶回收的净煤气从布袋除尘装置后的管路引入所述净煤气管路内，设定加压后的净煤气压力大于高炉正常生产期间入炉风压100千帕以上；

13、将高压氮气引入所述氮气管路内，并将加压后的所述净煤气管路与高压状态的所述氮气管路经由进水三通阀门共同对接到所述漏水冷却壁的进水端。

14、优选的，所述步骤三中，在高炉转为复风状态的过程中，实时监测入炉风量，并根据所述入炉风量的变化梯次调节所述净煤气管路上的净煤气阀门和所述氮气管路上的氮气阀门的开度进行保压冷却，具体包括：在高炉风口未通入热风的阶段，开启所述氮气阀门，控制进入所述漏水冷却壁内部空腔的氮气压力大于500千帕进行保压冷却；

15、当所述入炉风量增加至正常生产期间的入炉全风风量数值的20%时，启动高炉的引煤气作业；

16、当所述入炉风量达到正常生产期间的入炉全风风量数值的50%，或者入炉风量达到每分钟1000立方米以上且炉内炉料产生向下移动时，向所述漏水冷却壁内部通入净煤气，控制所述净煤气阀门的开度从零逐步开大至20%，同时控制所述氮气阀门的开度从全开状态逐步关小至20%。

17、优选的，所述步骤四中，测算单块所述漏水冷却壁的净煤气目标流量，依据该净煤气目标流量调节对应的净煤气流量与最终氮气目标流量，具体包括：获取高炉本体的运行参数与气流分布模型参数，具体为获取正常生产期间的入炉全风风量数值以及风气转换系数，将所述正常生产期间的入炉全风风量数值与所述风气转换系数相乘，计算得到高炉上部煤气流总量；

18、获取高炉气流分布模型中的高炉中修气流指数以及边缘气流分配权重，将获取的所述高炉中修气流指数与所述边缘气流分配权重相加得出总气流权重系数；将获取的所述高炉上部煤气流总量乘以所述边缘气流分配权重，并除以所述总气流权重系数，计算得到高炉边沿区域的煤气流总量；

19、获取高炉炉身圆周单圈布置的冷却壁总块数，将计算得到的所述高炉边沿区域的煤气流总量除以所述高炉炉身圆周单圈布置的冷却壁总块数，测算得到单块所述漏水冷却壁所需分配的净煤气目标流量；基于高炉净煤气中自然氮气含量占比约为百分之五十的物理基准，调节所述氮气阀门开度，将通入所述漏水冷却壁的最终氮气目标流量调节至与所述净煤气目标流量相同的数值水平。

20、优选的，所述步骤五中，依据温度反馈数值自适应调节所述净煤气阀门和所述氮气阀门的开度，在针对煤气超温状态进行调节时，具体包括：设定净煤气的正常运行温度区间为100摄氏度至250摄氏度，当监测获取的所述净煤气温度数值大于200摄氏度时，判定通入所述漏水冷却壁内部的净煤气自身冷量不足；

21、依据温度补偿关系测算需要调整的目标氮气流量，所述目标氮气流量等于净煤气流量数值加上补偿流量，所述补偿流量为所述净煤气流量数值与温度系数的乘积，且所述温度系数通过将实时监测的所述净煤气温度数值减去200计算差值，并将该差值除以设定的冷却壁最高安全温度限值得出，设定该冷却壁最高安全温度限值为150；

22、控制开大所述氮气阀门，将温度为20摄氏度的实际通入氮气流量调节至测算获取的所述目标氮气流量数值。

23、优选的，所述步骤五中，依据温度反馈数值自适应调节所述净煤气阀门和所述氮气阀门的开度，在针对冷却壁内表温升状态进行调节时，具体包括：设定冷却壁最高安全温度限值为150摄氏度；

24、当所述漏水冷却壁的内表面温度数值大于150摄氏度，且所述净煤气温度数值小于或等于150摄氏度时，控制开大所述净煤气阀门的开度以增加净煤气流量；

25、当所述漏水冷却壁的内表面温度数值大于150摄氏度，且所述净煤气温度数值大于150摄氏度时，禁止增加净煤气的通入量，仅控制开大所述氮气阀门的开度以增加氮气流量。

26、优选的，所述步骤五之后，还包括：在温度超过安全限度时启动高炉边缘布料干预操作或极端保护操作，具体包括：当所述氮气阀门处于百分之百全开状态，且所述漏水冷却壁的内表面温度数值仍大于150摄氏度时，判定漏水冷却壁所在区域的炉内边缘气流异常发展，控制高炉布料系统按照增加0.5圈至1圈的模式增加边缘矿石布料圈数；

27、持续追踪炉料向下移动的距离，从首批增加边缘矿石布料圈数的炉料开始计算，当首批炉料向下移动的距离到达所述漏水冷却壁的物理标高位置时，恢复原有的布料制度；

28、当所述漏水冷却壁的内表面温度快速升高至摄氏度及以上时，执行极端保护操作，立即关闭所述净煤气阀门切断净煤气输入，并同步控制所述氮气阀门持续向所述漏水冷却壁内部通入高压氮气。

29、优选的，所述步骤一中的漏水冷却壁为处于中温区段或低温区段的冷却壁，其在所述高炉本体上的具体位置标高范围包括：高炉的炉腰区域、炉身下部区域以及炉身上部区域。

30、一种高炉炉身上部漏水冷却壁通气保压系统，包括：气体监测与控水模块，包括设置于所述漏水冷却壁原有进水管道上的进水阀门、排水管路上的煤气报警装置，以及进气口处设有收集袋阀门的气体收集袋；

31、用于在检测到漏水后，执行控水处理与煤气溢出监测，并收集溢出气体；气路重构执行模块，包括设置于所述漏水冷却壁出水管处的三通接口、进水端处的进水三通阀门，以及分别连接所述进水三通阀门的净煤气管路和氮气管路；

32、用于在休风状态下，对所述漏水冷却壁的出水端进行封堵，并将所述净煤气管路内的高压净煤气与所述氮气管路内的高压氮气对接到所述漏水冷却壁的进水端；

33、阀门随动控制模块，用于在高炉转为复风状态的过程中，根据实时监测的入炉风量变化，梯次调节所述净煤气管路上的净煤气阀门和所述氮气管路上的氮气阀门的开度；

34、目标流量测算模块，用于在入炉风量达到正常生产期间的入炉全风风量数值时，测算单块所述漏水冷却壁的净煤气目标流量，并依据该净煤气目标流量调节对应的净煤气流量与最终氮气目标流量；

35、温度监测与自适应调节模块，包括设置于所述净煤气管路上的煤气温度传感器和安装于所述漏水冷却壁靠近炉皮内表面处的冷却壁温度传感器；

36、用于依据温度反馈数值自适应调节所述净煤气阀门和所述氮气阀门的开度，并在温度超过安全限度时触发布料系统执行干预操作或启动极端保护操作。

37、本发明提供了一种高炉炉身上部漏水冷却壁通气保压操作方法。具备以下有益效果：

38、1、本发明通过构建多源气流随动控制与目标流量测算机制，实现了漏水冷却壁保压冷却的精确适配，在高炉复风阶段，方法根据入炉风量节点梯次调节净煤气与氮气阀门开度；在满风稳态下，结合高炉气流分布模型参数与风气转换系数，测算单块冷却壁的净煤气与氮气目标流量，这种基于实际运行工况的动态调控与定量分配，避免了传统依靠经验盲目通气导致的冷却不足或气源浪费问题，在有效阻止炉内煤气反窜的同时，保障了冷却壁内部压力的稳定。

39、2、本发明引入了基于多点温度监测的自适应热交换调节逻辑，有效延长了漏水冷却壁的使用寿命，通过同步采集通入冷却壁的净煤气温度与冷却壁内表面温度，当监测到煤气超温或冷却壁内表温升异常时，依据设定的温度补偿关系测算目标氮气流量，定向增加常温高压氮气的输入配比，该机制能够迅速弥补净煤气自身冷量不足的缺陷，防止高温气体对冷却壁本体造成二次热应力破坏，维持冷却壁在设定安全温度限值内运行。

40、3、本发明建立了一套跨系统的边缘布料干预与极端保护策略，从源头抑制了高炉边缘气流的异常发展，当氮气阀门全开而冷却壁内表面温度仍超出安全限值时，方法直接联动高炉布料系统增加边缘矿石布料圈数，利用炉料向下移动的物理阻挡作用压制边缘高温气流；且在内表面温度快速升高至300摄氏度以上的极端工况下，强制切断可燃净煤气输入并进入纯氮气应急冷却模式，这不仅提升了漏水冷却壁在恶劣工况下的生存能力，也大幅提高了高炉整体生产的安全性。