锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。它通过煤、油、天然气燃烧释放出的化学能，通过传热过程把能量传递给水，使水变成水蒸气。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活提供所需要的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。这种高压蒸汽既可以作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发过程的能源，又可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源。随着石油化学工业生产规模的不断扩大，生产过程不断强化，生产设备不断更新。为确保安全，稳定生产，锅炉设备的自动控制就显得更加重要。
锅炉设备根据用途、燃料性质、压力高低等有多种类型和称呼，工艺流程多种多样，图9-23所示为工业燃煤锅炉工艺流程图。给水经给水泵、给水控制阀、省煤器进入锅炉的锅筒，燃料和热空气按一定的比例送入燃烧室内燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds。然后经过热器形成一定气温的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为Pm的过热蒸汽，经负载设备控制供给负荷设备用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱，排到大气。
图9-23 锅炉设备主要工艺流程图
锅炉是重要的动力设备，其要求是供给合格的蒸汽，使锅炉发热量适应负荷的需要。为此，生产过程的各个主要工艺参数必须严格控制。锅炉设备的主要控制要求如下。
1）供给蒸汽量适应负荷变化需求或保持给定负荷。
2）锅炉供给用汽设备的蒸汽压力应保持在一定范围内。
3）过热蒸汽温度应保持在一定范围内。
4）锅筒水位保持在一定范围内。
5）保持锅炉燃烧的经济性和安全运行。
6）炉膛负压保持在一定范围内。
锅炉设备是一个复杂的控制对象，如图9-24所示，主要输入变量是锅炉给水量、燃料量、减温水量、送风量和引风量等；主要输出变量（被控变量）是锅筒水位、过热蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气（氧气含量等）。(www.xing528.com)
系统输入变量与输出变量之间相互关联。如果蒸汽负荷发生变化，必将引起锅筒水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等的变化。燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响锅筒水位、过热蒸汽温度、过剩空气和炉膛负压。给水量的变化不仅影响锅筒水位，而且对蒸汽压力、过热蒸汽温度等亦有影响。减温水的变化会导致过热蒸汽温度、蒸汽压力、锅筒水位等的变化等。所以锅炉设备是一个多输入、多输出且相互关联的复杂控制对象。目前工程处理上作了一些假设之后，将锅炉设备划分为若干个控制系统，主要控制系统如下：
图9-24 锅炉设备控制对象
1）锅炉锅筒水位控制（给水自动控制系统）。锅炉锅筒水位高度是确保生产和提供优质蒸汽的重要参数。特别是对现代工业生产来说，由于蒸汽量显著提高，锅筒溶剂相对减小，水位速度变化很快，稍不注意即造成锅筒满水或烧干锅，无论满水还是缺水都会造成极其严重的后果。因此，主要从锅筒内部的物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸发量，维持锅筒中的水位在工艺允许范围内。这是保证锅炉、汽轮机安全运行的必要条件之一，是锅炉正常运行的重要指标。此控制系统的被控变量是锅筒水位，操纵变量是给水流量，锅炉蒸发量（蒸汽流量）和给水流量是系统的主要干扰。主要考虑锅筒内部的物料平衡，使给水量适应蒸发量，维持锅筒中水位在工艺要求的范围之内。
2）锅炉燃烧的自动控制。蒸汽压力、烟气成分、炉膛负压为三个被控变量，分别利用燃料流量、送风流量和引风流量作为三个操纵变量。这三个被控变量和操纵变量互相关联，组成合适的燃烧系统控制方案，以满足燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要，使燃料与空气间保持一定比值，以保证最经济的燃烧（常以煤烟中的氧含量为受控变量），提高锅炉的燃烧效率，满足燃烧的完全和经济性，保持炉膛负压在一定的范围内，使锅炉安全运行。
3）过热蒸汽温度的自动控制。它是以过热蒸汽温度为被控变量，喷水量为操纵变量的温度控制系统，维持过热器出口温度在一定范围内，并保证管壁温度不超过允许的工作温度。
4）锅炉水处理系统的控制。这部分主要使锅炉给水的水性能指标达到工艺要求，一般采用离子交换树脂对水进行软化处理。
锅炉设备的主要控制系统见表9-1。
表9-1 锅炉设备的主要控制系统
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