鍋爐是化工、煉油、發(fā)電等工業(yè)生產過程中必不可少的重要動力設備。常見的鍋爐設備的主要工藝流程如圖18—1所示。由圖可知，燃料和熱空氣按一定比例送入燃料室燃燒，生產的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產生飽和蒸汽Ds。然后經過熱器，形成一定氣溫的過熱蒸汽D，匯集至蒸汽母管。壓力為戶M的過熱蒸汽經控制供給負荷設備用。與此同時，燃燒過程中產生的煙氣，除將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，最后經引風機送往煙囪，排人大氣。

　　鍋爐是工廠重要的動力設備，其要求是供給合格的蒸汽，使鍋爐發(fā)汽量適應負荷的需要。為此，生產過程的各個主要工藝參數(shù)必須嚴格控制。鍋爐設備是一個復雜的被控對象，主要參數(shù)變量是負荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風和引風等。主要輸出參數(shù)變量是汽包水位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度、爐膛負壓、過?？諝?煙氣含氧量)等。鍋爐對象簡圖如圖18—2所示。

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　　這些參數(shù)變量之間相互關聯(lián)。如果蒸汽負荷發(fā)生變化，必將會引起汽包水位、蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度等的變化。燃料量的變化不僅影響蒸汽壓力，同時還會影響汽包水位、過熱蒸汽溫度、過?？諝夂蜖t膛負壓；給水量的變化不僅影響汽包水位，而且對蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度等亦有影響；減溫水的變化會導致過熱蒸汽溫度、蒸汽壓力、汽包水位等的變化。所以鍋爐設備是一個參數(shù)且相互關聯(lián)的被控對象，? 目前鍋爐的安全生產將鍋爐設備控制劃為若干個安全控制系統(tǒng)。主要控制系統(tǒng)如下。

　　(1)鍋爐汽包水位的控制? 被控變量是汽包水位，操縱變量是給水流量。它主要考慮汽包內部的物料平衡，使給水量適應鍋爐的蒸汽量，維持汽包中水位在工藝允許的范圍內。維持汽包水位在給定范圍內是保證鍋爐、汽輪機安全運行的必要條件之一，是鍋爐正常運行的重要指標。

　　(2)鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制? 其控制目的是使燃料燃燒所產生的熱量適應蒸汽負荷的需要(常以蒸汽壓力為被控變量)；使燃料與空氣量之間保持一定的比值，以保證最經濟燃燒(常以煙氣成分為被控變量)，提高鍋爐的燃燒效率；使引風量與送風量相適應，以保持爐膛負壓在一定的范圍內。為了達到上述三個控制目的，控制手段也有三個，即燃料量、送風量和引風量。

　　(3)過熱蒸汽系統(tǒng)的控制? 維持過熱器出口溫度在允許范圍內，并保證管壁溫度不超過允許的工作溫度。被控變量一般是過熱器出口溫度，操縱變量是減溫器的噴水量。

　　一、? 汽包水位的控制

　　汽包水位是鍋爐運行的主要指標。如果水位過低，則由于汽包內的水量較少，而負荷卻很大，水的汽化速度又快，因而汽包內的水量變化速度很快，如不及時控制，就會使汽包的水全部汽化，導致鍋爐燒壞和爆炸；水位過高會影響汽包的汽水分離，產生蒸汽帶液現(xiàn)象，會使過熱器管壁結垢導致破壞，同時過熱蒸汽溫度急劇下降，該蒸汽作為汽輪機動力的話，還會損壞汽輪機葉片，影響運行的安全與經濟性。汽包水位過高過低的后果極為嚴重，所以必須嚴格加以控制。

　　1.汽包水位的動態(tài)特性

　　(1)蒸汽負荷(蒸汽流量)對水位的影響，即干擾通道的動態(tài)特性? 在燃料量不變的情況下，蒸汽用量突然增加，瞬時間必然導致汽包壓力下降，汽包內水的沸騰突然加劇，水中氣泡迅速增加，將整個水位抬高，形成虛假的水位上升現(xiàn)象，即所謂假水位現(xiàn)象。

　　在蒸汽流量振動下，水位變化的階躍響應曲線如圖18—3所示。蒸汽流量突然增加時，由于假水位現(xiàn)象，在開始階段水位不僅不會下降，反而先上升，然后下降(反之，當蒸汽流量突然減少時，則水位先下降，然后上升)。蒸汽流量突然增加時，實際水位的變化H，是不考慮水面下氣泡容積變化時的水位變化H1，與只考慮水面下氣泡容積變化所引起水位變化H2的疊加，即

　　H＝H1+H2

　　用傳遞函數(shù)來描述可以表示為

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　　式中，εt為蒸汽流量的作用下，階躍響應曲線的飛升速度；K2，T2分別為只考慮水面下氣泡容積變化所引起的水位變化H2的放大倍數(shù)和時間常數(shù)。

　　假水位變化的大小與鍋爐的工作壓力和蒸發(fā)量等有關，例如一般100一300t／h的中高壓鍋爐，當負荷突然變化10％時，假水位可達30—40mm。對于這種假水位現(xiàn)象，在設計控制方案時必須注意。

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