火力发电使用的燃烧锅炉、蒸汽轮机具有其特殊危险性。目前除了一些食品加工、资源回收焚化厂、石化工业在蒸馏过程可看到锅炉运作外，较少工程是以高温监控为诉求的。但焚化厂、食品加工及石化产业的锅炉温度也只在200到300摄氏度间，而发电锅炉因要产生大量蒸汽来推动汽轮机，锅炉温度高达1000摄氏度，是一个绝对高风险的场所，因此它的燃烧过程与周边区域的安全管控是值得探讨的一门功课。
燃烧锅炉的结构特性与安全特殊性
我国火力发电厂以燃煤、燃重油为主。燃煤的中大型火电厂，一般采用煤粉炉。从其发电厂的结构看，其生产过程是将进厂的原煤经碎煤机破碎后以磨煤机磨成煤粉用热风吹送喷入锅炉炉膛，通过煤粉燃烧生成的高温热气加热炉膛内的水冷壁管、加热器管使锅炉产生高压蒸汽，然后经过烟道内的再热器、脱硫、空气预热后进入集尘器，清除烟气中的飞灰之后，通过烟囱排入大气。
淡化后的海水或江河湖泊的水经除氧处理后(纯水)被吸入锅炉炉膛内生成饱和蒸汽，然后再加热变成过热蒸汽，由蒸汽管送入汽轮机，使汽轮机内产生膨胀作用后运转带动发电。发电后水汽进入凝汽器凝结成水，经除氧后通过水泵、高压加热器再一次送入锅炉，循环运转进行锅炉燃烧发电。发电过程由于蒸汽和水的损失，还会补充由海水、江河水处理而得的纯水供给锅炉，而多余的冷却水或直接排放入海或江河湖泊，或在冷却塔水池中与大气进行热交换以循环利用(图1)。
通常火力发电厂依锅炉蒸汽压力分为低压电厂、中压电厂、高压电厂、超高压电厂、亚临界压力电厂和超临界压力电厂，一般的监控系统无法负担这种炉体的温度及压力的安全监控要求。燃烧锅炉若监控管理不善，将成为火力发电厂内最大的安全隐忧。因此必须采用特殊的燃烧锅炉监控设备，除熟悉的影像监控外，还包含多项特殊的设备及炉膛监控系统，以确保火力发电厂的作业安全。
高温锅炉的安全问题有哪些?
燃烧锅炉是整个火力发电厂的核心，此处的环境结构复杂，由燃料系统、燃烧系统、汽水系统、电气系统及控制系统所组成，操作上极为繁杂，很容易产生一些安全作业与管理问题，这些问题大概有以下几项：
1.锅炉没有安装高低水位报警器和低水位连锁保护装置，由于水位不准确，造成缺水干烧，致使锅炉产生大量蒸汽，压力骤增，炉壁不能承受压力而爆炸;
2.缺乏针对高温锅炉的监控机制与设备，主控室无法掌握现场的运作状态;
3.炉体焊缝质量不良，使锅炉炉胆不能承受压力而造成爆炸;
4.安全关闭功能失效，在异常状态下无法起到安全告警或应有的隔离作用;
5.操作锅炉人员管制不良及不法上岗，造成事故发生无法处理;
6.燃烧锅炉区安全管理不善，忽视漏油、漏气安全管理，造成锅炉爆炸事故。
除了以上的安全作业与管理缺失问题之外，还必须注意以下在燃烧锅炉运作过程中容易产生的几个设备问题：
1.燃油式燃烧不稳时投油，产生负压即退出油枪，造成燃烧灭火情况;
2.锅炉操作投油控制不良，产生灭火情况;
3.运行给煤机要控制避免故障，防止锅炉灭火;
4.灭火后投油点火应如何控制送风问题;[nextpage]
5.锅炉灭火后减负荷的作业程序如何控制及监控;
6.低负荷运行时如何监控锅炉维持运行不影响安全;
7.锅炉设置防爆门的作用及监控;
8.锅炉运行中监控如何使用粉仓防止粉尘爆炸;
9.监控停止进水时如何保护省煤器维持安全;
10.监控过热器热水浸泡防止反冲洗的作用。
由以上这些专业的火力发电锅炉安全问题，可以看出单一的安全监控机制无法满足这些人员作业及设备安全的监控要求，以下我们看看有哪些解决方案与设备可以满足火力发电厂高温锅炉的安全监控需求。
燃烧锅炉区的安全监控解决方案
火力电厂的高温锅炉的安全监控解决方案，可从人员作业安全与设备运作监控二个方面来看，具体方案如下：
影像炉膛火焰监视系统
影像炉膛火焰监视系统(Furnace Surveillance System)是结合光学、机械、视频、通信和计算机等技术的一种特定监视监控系统，依据锅炉的特殊要求而专门设计，可用于燃煤、燃油、燃气等不同锅炉炉膛火焰的监视，分为内窥式、外部监看式两种，国内大部分两种都有采用，但以内窥式为多(图2)。耐高温针孔镜头采用上下转角设计，可以满足全炉膛火焰的监视的要求。内窥式使用电动推进装置将耐高温探头伸进炉内，具有欠压、超温和停电自动退出的自我保护功能;外部监看式采用固定安装的方式，无自动退出功能但有报警输出功能。通过使用上述设备，锅炉运行人员可在电厂监控室的监视器上对锅炉燃烧器点火、运行过程中火焰燃烧、灭火情况进行远程实时监视，实时发现火焰燃烧不完全等危害锅炉的异常现象，再使用实时录像技术则更可以提供事故后的过程追踪及事实影像判断。
炉膛火焰监视系统又分为气冷与水冷式二种(图3)。气冷式一般体积小，运行可靠，安装维护也较方便。采用压缩空气冷却的方式，探头采用双层不锈钢材料，夹层通过压缩空气直接致冷，冷却压缩空气在前端形成风帘。内层压缩空气通过涡旋致冷器将空气冷却后对摄像机及镜头进行强制风冷，同时在前端喷出形成风帘;该系统可将摄像镜头直接伸入炉内观察炉内火焰形状、融熔物质等状况。水冷式也是采用双层不锈钢材料，夹层通过一定压力的冰冷纯水直接致冷，冷却压缩空气在摄像机前端形成风帘;内层水流采用涡旋致冷确保在300-1000摄氏度的炉外温度下工作;这种摄像机必须具有过滤红外线光线的功能，确保对火焰的监控内容不失真。
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锅炉炉膛安全监控系统
锅炉炉膛安全监控系统(FSSS,Furnace Safequard Supervisory System)是一种利用PLC可程控界面与I/O 连结连动界面的设备监控系统，为保证锅炉安全运行的重要系统。采用独立测量的三取二逻辑判断方式，就是说当有一点或有二点故障时，系统会自动转为二选一或一个换一个的逻辑判断以维持系统监控的正常运作。FSSS具有防止火焰探头烧毁、污染、失灵及炉膛压力取样管堵塞的安全技术措施，并远程采集锅炉启动、运行及停止各个阶段的连续监测参数，根据设定的防止锅炉爆炸条件，不断进行采集数据的逻辑演算及判断;同时利用连动装置让锅炉燃烧设备按既定程序进行各种运作与危害侦测，并完成必要的调校与修正。[nextpage]
FSSS可以避免可燃爆气体、煤、油在炉膛累积，在锅炉发生事故时，切断炉膛的燃料供应，防止炉膛爆炸的发生。同时FSSS还具有安全监控系统的控制器配置，可依设定定期进行系统自我切换侦测，另外还有炉膛压力高/低保护/汽包水位高、低保护和直流炉给水中断保护功能。此外FSSS通过影像监视与DCS/PLC2远程监控(图4)，具有防止锅炉炉膛燃烧熄火时爆炸和自动切投燃烧器的控制功能，包括燃料安全系统和燃烧器控制的远程监控操作。
同时FSSS内还有：(1)自动切投燃烧器的控制系统，燃烧器控制系统BCS( Burner Control System);(2)燃料安全系统 FSS(Fuel Safety System) ，利用PLC及远程侦测装置，可以在炉膛燃烧熄火时，监控并启动遥控机制保护炉膛不爆炸的监视和控制装置。这是依据我国电力工业部1996-03-04及1996-06-01标准实施的。 FSSS还可以做到：(1)快速减负荷RB(Run Back)，针对发电锅炉机组故障时采取的保护措施;(2)火焰检测器(Flame Detector)，用以侦测火焰信号强弱，并输出可用锅炉燃烧程度数据给数据收集器。
炉膛燃烧状况监控系统
炉膛燃烧状况监控系统(BM-FSSS)属于遥控遥测的一部分，包括火焰与点火的状态监控及炉膛保护监控两部分。炉膛火焰监控：可以实时监控炉膛内各燃烧器的火焰，显示火焰强度，并通过数据收集及影像显示火焰燃烧状况，当火焰熄灭时，会产生灯闪与报警音，此系统可监控炉膛内多个燃烧器熄火时总燃料阀的自动关闭状态及点火系统推进器、速断阀、点火器的运作状态。炉膛安全保护系统：监控点火前对炉膛的吹扫执行状态，有效掌握炉膛烟井及烟道中可能积聚的可燃物情况，这个炉膛保护吹扫必须在送风机运行、引风机运行、汽包压力正常、燃气压力正常下且是无火状态下才可执行;这些状态必需通过监控系统来监控，吹扫完成后才可以进入点火程序。炉膛吹扫过程中若发现送风机及引风机和汽包的水位过低、汽包压力过高或燃气压力过低及过高时，都会自动通过系统执行炉膛安全保护措施，以确保发电厂正常运行。
炉膛压力保护系统
炉膛压力保护系统(Furnace Pressure Supervisory System)是锅炉安全监控系统中重要的监控点，使用炉膛压力保护系统，取原有压力开关信号至FSSS控制主机或者由DCS输出至FSSS控制主机，是防止炉膛灭火和爆炸最简单的手段之一，为锅炉炉膛安全监控提供监控、保护手段。用炉膛压力高或炉膛压力低信号辅助判断燃烧器的燃烧状况是否安全可靠。如果炉膛压力变化不大，则可判断锅炉不存在大面积燃烧器灭火，锅炉的燃烧稳定。
锅炉汽包水位/压力保护系统
锅炉内汽包满水或缺水是造成火力发电厂锅炉爆炸的主因。若锅炉内满水将使锅炉蒸汽严重带水，使蒸汽温度下降，蒸汽管道发生出水状况，此情况会损害蒸汽轮机及发电机组。若锅炉汽包内缺水则不能维持锅炉的正常水循环回路，使内部蒸汽温度急剧上升，冷却水的管壁过热，严重情况会造成锅炉设备的严重损坏。所以锅炉汽包水位必须时刻监测保护，DCS保护系统可以监测防止锅炉内满水和缺水的状态发生，这也火力发电厂锅炉启动的必要条件。目前锅炉水位保护系统存在较大的问题是：锅炉汽包水位的侦测量不准确及保护的可靠度不足。这可通过PLC/DCS并设置各种BM-C水位以及温度前端探测器的运用，实现对锅炉水汽包状态的监控达到保护高温锅炉运行及维护操作人员的安全。
现阶段问题与未来展望
锅炉安全监控是火力发电厂安全运行的关键，所有火力发电过程的设备监控与运作资料采集判断反应等都应纳入安全监控的范围进行规划，这样才是一个完整的安全解决方案。
总体而言，火力发电厂的安防监控有较多的特殊需求，包括：重点地区实时视频，要能掌握电力系统各类设备、仪表、开关、主变压器等的运行情况;实时掌控周界和厂内外报警信号、门禁系统状态、环境温度湿度等。但目前普遍存在的问题是，上述的各系统大部分无法将原建置到现阶段的模拟及数字系统完全集成为一体化应用(高度兼容的综合平台)，只能让各系统单独应用。
但随着电力监控需求及网络带宽的不断提升，目前已有许多新产品、新技术不断涌现，尤其是影像高清技术及视频智能分析技术。高清监控将会加速发电厂监控系统与其他设备子系统的整合;而视频智能分析可做到预警、实时处理、事件采证，并加入视频智能检测功能，如烟火检测、周界入侵检测、物品移动、遗留物、徘徊停留和自动追踪等，也为发电厂的安全监视监控带来广阔的发展。
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