鍋爐是化工、煉油、發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的重要動力設(shè)備。常見的鍋爐設(shè)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(chǎn)的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽Ds。然后經(jīng)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(jīng)控制供給負(fù)荷設(shè)備用。與此同時，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，除將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送往煙囪，排人大氣。

　　鍋爐是工廠重要的動力設(shè)備，其要求是供給合格的蒸汽，使鍋爐發(fā)汽量適應(yīng)負(fù)荷的需要。為此，生產(chǎn)過程的各個主要工藝參數(shù)必須嚴(yán)格控制。鍋爐設(shè)備是一個復(fù)雜的被控對象，主要參數(shù)變量是負(fù)荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風(fēng)和引風(fēng)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(fù)壓、過剩空氣(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(guān)聯(lián)。如果蒸汽負(fù)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、過剩空氣和爐膛負(fù)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(dǎo)致過熱蒸汽溫度、蒸汽壓力、汽包水位等的變化。所以鍋爐設(shè)備是一個參數(shù)且相互關(guān)聯(lián)的被控對象，? 目前鍋爐的安全生產(chǎn)將鍋爐設(shè)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(nèi)部的物料平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸汽量，維持汽包中水位在工藝允許的范圍內(nèi)。維持汽包水位在給定范圍內(nèi)是保證鍋爐、汽輪機(jī)安全運(yùn)行的必要條件之一，是鍋爐正常運(yùn)行的重要指標(biāo)。

　　(2)鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制? 其控制目的是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)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(jīng)濟(jì)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(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，以保持爐膛負(fù)壓在一定的范圍內(nèi)。為了達(dá)到上述三個控制目的，控制手段也有三個，即燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)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(nèi)，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(yùn)行的主要指標(biāo)。如果水位過低，則由于汽包內(nèi)的水量較少，而負(fù)荷卻很大，水的汽化速度又快，因而汽包內(nèi)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(dǎo)致鍋爐燒壞和爆炸；水位過高會影響汽包的汽水分離，產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象，會使過熱器管壁結(jié)垢導(dǎo)致破壞，同時過熱蒸汽溫度急劇下降，該蒸汽作為汽輪機(jī)動力的話，還會損壞汽輪機(jī)葉片，影響運(yùn)行的安全與經(jīng)濟(jì)性。汽包水位過高過低的后果極為嚴(yán)重，所以必須嚴(yán)格加以控制。

　　1.汽包水位的動態(tài)特性

　　(1)蒸汽負(fù)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(dǎo)致汽包壓力下降，汽包內(nèi)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(yīng)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(dāng)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(shí)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(yīng)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(guān)，例如一般100一300t／h的中高壓鍋爐，當(dāng)負(fù)荷突然變化10％時，假水位可達(dá)30—40mm。對于這種假水位現(xiàn)象，在設(shè)計控制方案時必須注意。

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