1.引言：
汽包液位是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标，液位过高，会使蒸汽带水过多，汽水分离差，使后续的过热器管壁结垢，传热效率下降，过热蒸汽温度下降，严重时将引起蒸汽品质下降，影响生产和安全；水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环，引起水冷壁局部过热而损坏，严重时会发生锅炉爆炸。尤其是大型锅炉，一旦控制不当，容易使汽包满水或汽包内的水全部汽化，造成重大事故。因此，在锅炉运行中，保证汽包水位在正常范围是非常重要的。
2.锅炉的传热和水循环过程原理
通常将锅炉分为锅和炉两部分。燃料在炉内燃烧使化学能变成热能，热能通过复杂的传热过程传递给盛于锅内的工质。在工业锅炉中称锅炉为将燃料放出的热量传给水产生蒸汽或热水的设备。这就是说，工业锅炉所采用的工质仅仅是水。实际上，目前在工业生产和生活中，还有不少并不以水为工质的锅炉。
燃料和空气在锅炉的炉腔里混合燃烧后，放出大量的热，然后通过辐射、对流和导热的热交换过程，把热量传给水。
2.1锅炉的传热过程原理
燃料在炉腔里燃烧放出的热量，经过一个复杂的传热
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过程后再传给锅炉里的水。在这个过程中导热、对流和辐射三种方式几乎同时发生，可以用图A、B表示。A是锅炉炉腔的传热状况，由导热、 炉水 受热面 导热
对流 辐射
炉腔 A 对流和辐射三种方式组成。第一步是炉腔里的高温烟气通过辐射和对流把热量传给管壁；第二部是管壁的导热，把热量从烟气侧传到炉水侧；第三步是管壁与炉水之间的对流换热，把热量传给炉水。
B是锅炉对流受热面的传热状况，图中所示状况为烟气温度较低处，忽略烟气的辐射放热、传热由对流和导热两种方式组成。烟气通过对流把热量传给受热面管壁，经过管壁的导热把热量从高温侧传到低温侧，然后再通过对流，管壁把热量传给炉水。
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炉水 对流 受热面 导热 对流 烟气
2.2锅炉的水循环过程原理 B 锅炉的水冷壁管与对流管束受到高温烟气的辐射和包围，大量的热量经过管壁传给炉水，使它加热升温、汽化、管壁温度介于烟气与炉水温度之间，仅比炉水温度稍高一些，这是因为炉水对金属管壁有良好的冷却作用。管壁把热量传给炉水后，在管壁上会形成小的气泡。如图C所示：
这种气泡必须及时离开，并让汽水混合物把热带走，才能保证炉水对管壁的有效冷却。如果形成的气泡停滞在管壁上，因为水蒸气与管壁之间的热交换远比水差，管壁就不能得到良好的冷却，易过热而烧坏。为了使汽水混合物及时的离开受热面，必须建立可靠的水循环。锅炉的水循环有自然循环和强制循环两种。
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炉水 受 热 面 蒸蒸汽泡 汽 C
D图中表示水循环回路由上下两个筒和两组管束组成。左边的管束受到高温烟气的加热，管中产生蒸汽，称为上升管。右边管束处于低温烟气或处于空气夹层不受加热，管内不产生蒸汽，称为下降管。由于左边管子里形成汽水混合物，重度较小。右边管子里是饱和水或接近饱和状态的水，重度较大。鉴于两边管子里流体的重度不同，左边管子内的汽水混合物就自然上升，右边的管子里的水
汽筒 烟气 上升管 下降管 水筒
就自然下降，回路中的水和汽水混合物就产生了自然循环。这种循环为自然循环。
如果在锅炉水回路中设置循环水泵，使水在外力的驱动下产生运动，这种水循环称为强制循环。
自然循环回路简D图
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3.锅炉基本工艺过程分析
4 7 8 6 5 3 2 1
工业锅炉汽水系统如图1所示。汽包及蒸发管道中贮存着蒸汽和水，贮存量的多少，是以被测量水位表征的。给水管道的水经过调节阀，进入省煤器，靠锅炉的烟气加温，然后进入汽包，汽包和上、下行管道内的水被锅炉燃烧系统产生的热量加热成饱和蒸汽，经过加热器加热成过热蒸汽，然后进入主蒸汽管道。当给水流量等于蒸汽流量时，汽包水位就恒定不变。
1-给水管； 2-调节阀； 3-省煤器； 4-汽包； 5-下行管； 6-下行管；7-过热器； 8-蒸汽管。
4.锅炉汽包水位动态特性分析
汽包水位的扰动主要有4个来源：一是给水方面的扰动，包括给水压力的变化和调节阀开度的变化，这个扰动来自给水管道和给水泵；二是蒸汽负荷的扰动，包括蒸汽管道阻力的变化和蒸汽调节阀开度的变化；三是燃料量的
图1 锅炉的汽水系统