工業(yè)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，它的作用是生產(chǎn)出高溫高壓的蒸汽，給后續(xù)工段提供作功活加熱用的原料。大中型鍋爐的控制是相當(dāng)?shù)湫偷囊粋€控制系統(tǒng)，它包括汽包液位控制、燃燒過程控制、蒸汽壓力控制等多個控制回路，屬于比較復(fù)雜的控制對象，而其中的汽包液位控制由于對象特性特殊，控制方法有效成為經(jīng)典的控制系統(tǒng)實例。

常見的鍋爐設(shè)備的主要工藝流程如圖所示。由圖可知，燃料和熱空氣按一定比例送入燃燒室燃燒，生產(chǎn)的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽 D_S 。飽和蒸汽經(jīng)過熱器后形成一定氣溫的過熱蒸汽 D ，匯集至蒸汽母管。壓力為 p _m的過熱蒸汽，經(jīng)負(fù)荷設(shè)備控制供給負(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，還分別經(jīng)過省煤器和空氣預(yù)熱器對鍋爐給水和燃燒用空氣進行預(yù)熱，以充分利用熱能，最后經(jīng)引風(fēng)機送往煙囪，排入大氣。

從鍋爐的生產(chǎn)過程和設(shè)備情況看，它是一個比較復(fù)雜的被控對象，其輸入變量主要有：負(fù)荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風(fēng)和引風(fēng)等；輸出變量主要有：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。如果將鍋爐等效為一個黑匣子，那么就可以用如圖所示的簡圖表達(dá)它的輸入輸出變量之間的關(guān)系。由圖可以看出，這些輸入輸出變量之間并非簡單的一一對應(yīng)的關(guān)系，而是相互關(guān)聯(lián)的，具有一定的耦合特性，所以鍋爐設(shè)備是一個多輸入、多輸出且相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜被控對象。假設(shè)其外部設(shè)備的用汽負(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；而燃料量的變化不僅影響蒸汽壓力，同時還會影響到汽包水位、過熱蒸汽溫度、過剩空氣和爐膛負(fù)壓等參數(shù)；給水量的變化將直接影響汽包水位，同時還對蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度等產(chǎn)生間接影響。所以，要想精確地對鍋爐的所有輸出量進行控制是一個比較困難的事。在目前控制系統(tǒng)中，大多數(shù)情況是對鍋爐進行適當(dāng)?shù)募僭O(shè)后，將鍋爐設(shè)備控制劃為若干獨立個子系統(tǒng)，通過各個子系統(tǒng)的分別對相應(yīng)的變量進行控制，一般不需考慮變量之間的相互影響，從而是鍋爐控制變得比較簡單。本節(jié)僅就其中汽包的液位檢測與控制作相應(yīng)的討論。

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