[发明专利]一种高精度高炉热负荷无线检测系统及其检测方法

说明书

技术领域

本发明属于高炉热负荷检测领域，特别涉及基于ZigBee协议的无线技术和高炉冷却壁热负荷检测技术的融合，主要完成高炉冷却壁热负荷信号的无线传输。

背景技术

高炉冷却系统热负荷在线检测技术的应用对高炉的长寿高产、事故隐患的避免十分重要。高炉热负荷由高炉冷却水水温差及进出水流量决定，热负荷直接反映了高炉冷却制度及炉内煤气流的分布，属于高炉状态实时监控的核心监测系统。如果能及时了解炉内各部位热负荷的变化，并能采取相应的处理措施维持合理的冷却制度（如提高水压、增加冷却水量、减少冷却壁串联块数等），就能保证将热负荷控制在允许的范围内，这对于稳定高炉冷却制度、保证高炉安全高产、强化高炉冶炼、延长高炉使用寿命以及减少高炉事故隐患具有非常重要的实际意义。高炉必须保持合理的冷却制度，使得高炉各部位的用水量与其热负荷相适应。高炉的生产和研究证实，高炉各部位的热负荷被设计确定后，当热负荷设计过大时，势必加大冷却水的供水量，也就是说会造成冷却强度过大，引起炉衬结厚等症状，从而影响高炉合理的冷却制度；如果热负荷设计太小，意味着供水量减少，会造成冷却效果差，炉内形不成渣皮，导致炉衬侵蚀加快，冷却壁过早被损坏。随着高炉冶炼的强化，炉身下部侵蚀严重，因此安装的热负荷在线检测系统，可以实时监控炉身部位的热负荷的变化、保持合理的高炉操作制度。

近几年国内炼铁高炉炉缸烧穿事故接连不断，2010年8月沙钢1#（2500M³）炉缸烧穿，重钢1200M³高炉渣口下方炉皮烧穿，2011年元月鞍钢新1#炉（3200M³）炉缸烧穿，2011年10月南钢5#炉，及马钢一铁10#炉均发生相关事故，造成难以弥补的人身、财产重大损失。究其原因均是没有完善的炉缸监测系统，无法及时发现炉缸侵蚀的部位，及时采取有效措施。高炉冷却水监测系统由水温检测、流量检测、数据处理中心、系统软件和通讯几部分组成，其中最核心的部分即为水温检测系统。水温检测系统的稳定性、精度直接决定了高炉冷却水监测系统的性能及有效性。

目前国内传统的热负荷检测系统传感器前端绝大多数采用有线测量方式，在实际使用中也有着一些难以克服的缺陷，具体分析如下：

（1）高温电缆的耗费大。由于一般高炉炉喉环境温度较高，必须使用高温电缆对测温节点进行供电和通信，传统的热负荷测量方式，每个测温节点至少要消耗三根高温电缆。据现场调研，马钢某座高炉共计有800多个冷却水温检测节点需消耗2400多根高温电缆，而现在市场上的高温电缆非常昂贵，所以传统的热负荷测量方式成本非常高，且制作高温电缆需耗费的大量的金属材料和耐高温绝缘材料，在我国现有资源紧缺的情况下，采用有线测量方式不利于产业链的延续。

（2）施工复杂。传统的热负荷测量方式，采用高温电缆进行供电和通信，而高炉冷却壁环境恶劣，人工放置高温电缆极为不便，所以传统的热负荷测量方式施工复杂，给现场施工带来极大的不便。

（3）网络管理和维护难度大。由于传统的热负荷测量方式，采用高温电缆进行供电和通信，发生故障时要耗费大量的人力、物力排查和重新铺设高温电缆，所以传统的热负荷测量方式给网络的管理和维护来极大的不便。据调研，马钢一座大型高炉的冷却水温检测每年的维保费用常常达到几十万之多，如果能够更新测温系统技术，使得通信网络能够自我维护，以整个马钢9座高炉测算，节省下的维保费用就数以百万计。

（4）网络结构单一、网络通讯可靠性低。传统的热负荷测量方式为了减少传输线路上的干扰，只能采用单一的网络拓扑结构，而在恶劣的现场环境下很难按照单一的网络拓扑来铺设高温电缆。而且传统的热负荷测量方式多采用单总线方式进行数据传输，节点与节点相互影响，一个节点出现故障，很可能影响整个通讯网络，这就降低网络通讯的可靠性。

（5）高炉出铁口处环境恶劣，温度高，高温铁水经常会溅射到周围电缆上，将电缆融化，且高炉出铁口处采用有线测量方式也不利于现场施工。如果采用无线测量方式将从根本上解决这些问题。