火力發(fā)電使用的燃燒鍋爐、蒸汽輪機(jī)具有其特殊危險性。目前除了一些食品加工、資源回收焚化廠、石化工業(yè)在蒸餾過程可看到鍋爐運作外，較少工程是以高溫監(jiān)控為訴求的。但焚化廠、食品加工及石化產(chǎn)業(yè)的鍋爐溫度也只在200到300攝氏度間，而發(fā)電鍋爐因要產(chǎn)生大量蒸汽來推動汽輪機(jī)，鍋爐溫度高達(dá)1000攝氏度，是一個絕對高風(fēng)險的場所，因此它的燃燒過程與周邊區(qū)域的安全管控是值得探討的一門功課。
    　　燃燒鍋爐的結(jié)構(gòu)特性與安全特殊性
    　　我國火力發(fā)電廠以燃煤、燃重油為主。燃煤的中大型火電廠，一般采用煤粉爐。從其發(fā)電廠的結(jié)構(gòu)看，其生產(chǎn)過程是將進(jìn)廠的原煤經(jīng)碎煤機(jī)破碎后以磨煤機(jī)磨成煤粉用熱風(fēng)吹送噴入鍋爐爐膛，通過煤粉燃燒生成的高溫?zé)釟饧訜釥t膛內(nèi)的水冷壁管、加熱器管使鍋爐產(chǎn)生高壓蒸汽，然后經(jīng)過煙道內(nèi)的再熱器、脫硫、空氣預(yù)熱后進(jìn)入集塵器，清除煙氣中的飛灰之后，通過煙囪排入大氣。
    　　淡化后的海水或江河湖泊的水經(jīng)除氧處理后(純水)被吸入鍋爐爐膛內(nèi)生成飽和蒸汽，然后再加熱變成過熱蒸汽，由蒸汽管送入汽輪機(jī)，使汽輪機(jī)內(nèi)產(chǎn)生膨脹作用后運轉(zhuǎn)帶動發(fā)電。發(fā)電后水汽進(jìn)入凝汽器凝結(jié)成水，經(jīng)除氧后通過水泵、高壓加熱器再一次送入鍋爐，循環(huán)運轉(zhuǎn)進(jìn)行鍋爐燃燒發(fā)電。發(fā)電過程由于蒸汽和水的損失，還會補充由海水、江河水處理而得的純水供給鍋爐，而多余的冷卻水或直接排放入?；蚪雍矗蛟诶鋮s塔水池中與大氣進(jìn)行熱交換以循環(huán)利用(圖1)。
    　　通?；鹆Πl(fā)電廠依鍋爐蒸汽壓力分為低壓電廠、中壓電廠、高壓電廠、超高壓電廠、亞臨界壓力電廠和超臨界壓力電廠，一般的監(jiān)控系統(tǒng)無法負(fù)擔(dān)這種爐體的溫度及壓力的安全監(jiān)控要求。燃燒鍋爐若監(jiān)控管理不善，將成為火力發(fā)電廠內(nèi)最大的安全隱憂。因此必須采用特殊的燃燒鍋爐監(jiān)控設(shè)備，除熟悉的影像監(jiān)控外，還包含多項特殊的設(shè)備及爐膛監(jiān)控系統(tǒng)，以確?；鹆Πl(fā)電廠的作業(yè)安全。
    　　高溫鍋爐的安全問題有哪些?
    　　燃燒鍋爐是整個火力發(fā)電廠的核心，此處的環(huán)境結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由燃料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及控制系統(tǒng)所組成，操作上極為繁雜，很容易產(chǎn)生一些安全作業(yè)與管理問題，這些問題大概有以下幾項：
    　　1.鍋爐沒有安裝高低水位報警器和低水位連鎖保護(hù)裝置，由于水位不準(zhǔn)確，造成缺水干燒，致使鍋爐產(chǎn)生大量蒸汽，壓力驟增，爐壁不能承受壓力而爆炸;
    　　2.缺乏針對高溫鍋爐的監(jiān)控機(jī)制與設(shè)備，主控室無法掌握現(xiàn)場的運作狀態(tài);
    　　3.爐體焊縫質(zhì)量不良，使鍋爐爐膽不能承受壓力而造成爆炸;
    　　4.安全關(guān)閉功能失效，在異常狀態(tài)下無法起到安全告警或應(yīng)有的隔離作用;
    　　5.操作鍋爐人員管制不良及不法上崗，造成事故發(fā)生無法處理;
    　　6.燃燒鍋爐區(qū)安全管理不善，忽視漏油、漏氣安全管理，造成鍋爐爆炸事故。
    　　除了以上的安全作業(yè)與管理缺失問題之外，還必須注意以下在燃燒鍋爐運作過程中容易產(chǎn)生的幾個設(shè)備問題：
    　　1.燃油式燃燒不穩(wěn)時投油，產(chǎn)生負(fù)壓即退出油槍，造成燃燒滅火情況;
    　　2.鍋爐操作投油控制不良，產(chǎn)生滅火情況;
    　　3.運行給煤機(jī)要控制避免故障，防止鍋爐滅火;
    　　4.滅火后投油點火應(yīng)如何控制送風(fēng)問題;
    　　5.鍋爐滅火后減負(fù)荷的作業(yè)程序如何控制及監(jiān)控;
    　　6.低負(fù)荷運行時如何監(jiān)控鍋爐維持運行不影響安全;
    　　7.鍋爐設(shè)置防爆門的作用及監(jiān)控;
    　　8.鍋爐運行中監(jiān)控如何使用粉倉防止粉塵爆炸;
    　　9.監(jiān)控停止進(jìn)水時如何保護(hù)省煤器維持安全;
    　　10.監(jiān)控過熱器熱水浸泡防止反沖洗的作用。
    　　由以上這些專業(yè)的火力發(fā)電鍋爐安全問題，可以看出單一的安全監(jiān)控機(jī)制無法滿足這些人員作業(yè)及設(shè)備安全的監(jiān)控要求，以下我們看看有哪些解決方案與設(shè)備可以滿足火力發(fā)電廠高溫鍋爐的安全監(jiān)控需求。
    　　燃燒鍋爐區(qū)的安全監(jiān)控解決方案
    　　火力電廠的高溫鍋爐的安全監(jiān)控解決方案，可從人員作業(yè)安全與設(shè)備運作監(jiān)控二個方面來看，具體方案如下：
    　　影像爐膛火焰監(jiān)視系統(tǒng)
    　　影像爐膛火焰監(jiān)視系統(tǒng)(Furnace Surveillance System)是結(jié)合光學(xué)、機(jī)械、視頻、通信和計算機(jī)等技術(shù)的一種特定監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)，依據(jù)鍋爐的特殊要求而專門設(shè)計，可用于燃煤、燃油、燃?xì)獾炔煌仩t爐膛火焰的監(jiān)視，分為內(nèi)窺式、外部監(jiān)看式兩種，國內(nèi)大部分兩種都有采用，但以內(nèi)窺式為多(圖2)。耐高溫針孔鏡頭采用上下轉(zhuǎn)角設(shè)計，可以滿足全爐膛火焰的監(jiān)視的要求。內(nèi)窺式使用電動推進(jìn)裝置將耐高溫探頭伸進(jìn)爐內(nèi)，具有欠壓、超溫和停電自動退出的自我保護(hù)功能;外部監(jiān)看式采用固定安裝的方式，無自動退出功能但有報警輸出功能。通過使用上述設(shè)備，鍋爐運行人員可在電廠監(jiān)控室的監(jiān)視器上對鍋爐燃燒器點火、運行過程中火焰燃燒、滅火情況進(jìn)行遠(yuǎn)程實時監(jiān)視，實時發(fā)現(xiàn)火焰燃燒不完全等危害鍋爐的異?，F(xiàn)象，再使用實時錄像技術(shù)則更可以提供事故后的過程追蹤及事實影像判斷。
    　　爐膛火焰監(jiān)視系統(tǒng)又分為氣冷與水冷式二種(圖3)。氣冷式一般體積小，運行可靠，安裝維護(hù)也較方便。采用壓縮空氣冷卻的方式，探頭采用雙層不銹鋼材料，夾層通過壓縮空氣直接致冷，冷卻壓縮空氣在前端形成風(fēng)簾。內(nèi)層壓縮空氣通過渦旋致冷器將空氣冷卻后對攝像機(jī)及鏡頭進(jìn)行強制風(fēng)冷，同時在前端噴出形成風(fēng)簾;該系統(tǒng)可將攝像鏡頭直接伸入爐內(nèi)觀察爐內(nèi)火焰形狀、融熔物質(zhì)等狀況。水冷式也是采用雙層不銹鋼材料，夾層通過一定壓力的冰冷純水直接致冷，冷卻壓縮空氣在攝像機(jī)前端形成風(fēng)簾;內(nèi)層水流采用渦旋致冷確保在300-1000攝氏度的爐外溫度下工作;這種攝像機(jī)必須具有過濾紅外線光線的功能，確保對火焰的監(jiān)控內(nèi)容不失真。
    　　鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)
    　　鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS,Furnace Safequard Supervisory System)是一種利用PLC可程控界面與I/O 連結(jié)連動界面的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，為保證鍋爐安全運行的重要系統(tǒng)。采用獨立測量的三取二邏輯判斷方式，就是說當(dāng)有一點或有二點故障時，系統(tǒng)會自動轉(zhuǎn)為二選一或一個換一個的邏輯判斷以維持系統(tǒng)監(jiān)控的正常運作。FSSS具有防止火焰探頭燒毀、污染、失靈及爐膛壓力取樣管堵塞的安全技術(shù)措施，并遠(yuǎn)程采集鍋爐啟動、運行及停止各個階段的連續(xù)監(jiān)測參數(shù)，根據(jù)設(shè)定的防止鍋爐爆炸條件，不斷進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的邏輯演算及判斷;同時利用連動裝置讓鍋爐燃燒設(shè)備按既定程序進(jìn)行各種運作與危害偵測，并完成必要的調(diào)校與修正。