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之间存在许多交叉的影响。例如，当锅炉负荷变化时，不仅会影响蒸汽压力和蒸汽流量，同时也会引起汽包水位、蒸汽温度、炉膛压力以及烟气中的含氧量发生变化。根据现场经验和分析可知，许多关联十分强，如果不考虑这些关联，就难以获得良好的控制方法。 （3）具有非线性特性。锅炉系统中有许多物理特性是非线性的，他的不少物理参数也不是常数，例如介质的比热，就不是常数。随着温度的升高，在不同的温度下，每升高十度，所需要的热量大小是不同的。另外，锅炉设备中有些参数是分散。例如锅炉内的温度，在炉膛里面各处的温度是不同的。
（4）随机扰动因素多。锅炉系统出了较多内部关联外，还受到一些外部扰动的影响。如燃烧品质，管路阻力，运行状况，火焰中心移动及锅炉受热面结垢等，均属于外部随机扰动因素。
（5）锅炉对象的动态特性。此受控对象不仅有较大的时间参数，而且还存在严重的纯滞后。这是由于风、煤、水等在运行过程中的够需要一定的时间。例如，在减温水流量扰动下，由于扰动地点与测量蒸汽温度的地点之间有着较大的距离，因此存在纯滞后，且滞后时间较大。这里既包含传递滞后，也包括由于过热器管壁储热量和表面传热阻力造成的容量滞后。
综上所述，锅炉是一个具有多输入、多输出、多回路、内部关联强、随机扰动因随频繁，具有明显的时间滞后和非线性的受控对象，要把它控制好，具有较强难度。
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第3章 锅炉汽包水位系统的动静态特性分析
3.1.1锅炉汽包水位系统的动态方程式
在蒸汽发生过程中，汽包内部可以看成是由蒸汽空间的蒸汽容积VD，蒸发面以下的汽水容积，即汽容积VS和水容积VW三部分组成。由于在汽包内要进行水和蒸汽两相物质的交换，考虑到燃料量对汽包影响有较大的滞后，影响十分缓慢，可以忽略不计，对于汽包压力的变化往往是由于蒸汽负荷变化引起的，压力的变化可以归并到蒸汽负荷中去，所以，压力的变化对于水位的影响也可以忽略不计。这样汽包水位调节对象的动态特性方程式，经推倒和简化可以写成：
duwdudd2hdhTT?T?(T?KU)?(T?KDUD) 121wWWDdtdtdtdt式中：
Tw:给水流量项时间常数； Td:蒸汽流量项时间常数； Kw,Kd分别为各有关项的放大系数； Uw,Ud分别为给水流量和蒸汽流量的指标； T1，T2分别为水位的时间常数。
WD(S)?TwS?KwTS?KDHH Ww(S)?? ?DDT1S(T2S?1)WT1S(T2S?1)WD（S）,WW（S）为蒸汽，给水气压对水位扰动的传递函数。
影响锅炉汽包水位的扰动主要有两个来源：一是给水方面的扰动，包括给水压力的变化和给水阀门开度的变化，这个扰动来自给水管道和给水泵；二是蒸汽负荷的变化，包括蒸汽管道阻力的变化和主蒸汽调节阀开度的变化，这个扰动主要来自汽轮发电机组的功率变化。
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3.1.2 汽包水位在给水流量作用下的动态特性
图3.1所示是给水流量作用下, 水位的阶跃响应曲线。把汽包和给水看作单容量无自衡过程,水位阶跃响应曲线如图中H1 线。
图3.1锅炉给水系统
1--给水母管 2—给水调节阀 3—省煤器 4—汽包 5—下降管 6—上升管 7—过热器 8—蒸汽母管
图3-2给水流量扰动下阶跃响应曲线
但是由于给水温度比汽包内饱和水的温度低, 所以给水流量增加后, 从原有饱水中吸
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取部分热量。这使得水位下汽包容积有所减少, 使水位下降, 单考虑这个因数, 水位的变化如图中曲线H 2, 相当于一个惯性环节,实际上水位H 的响应为H 1 与H 2 的和。当水位下汽包容积的变化过程逐渐平衡时, 水位变化就完全反映了由于汽包中储水量的增加升最后当水位下汽包容积不再变化时, 水位变化就完全反映了由于水量的增加而直线上升。因此, 实际水位曲线如图2中H 线。即当给水量作阶跃变化后, 汽包水位一开始不立即增加, 而是呈现出一段起始惯性段。用传递函数来描述时, 它近似于一个积分环节和时滞环节的串联。可表示为:
G(S)?H(S)k0?W(S)?Seis 式中：k0—响应速度，即给水流量变化单位流量时，水位的变化速度，（?--时滞，秒
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mm/s）/(t/h)
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3.1.3 包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性
图3.3 汽包水位在蒸汽流量扰动作用下的阶跃响应曲线
蒸汽流量扰动主要来自气轮机的负荷变化,这是一个经常发生的扰动, 属于调节系统的外扰。在蒸汽流量D 扰动作用下, 水位的阶跃响应曲线如图3.3所示。当蒸汽流量D 突然增加时, 从锅炉的物料平衡关系来看, 蒸汽量D 大于给水量W,水位应下降, 如图中直线H 1 所示。但实际情况并非这样, 由于蒸汽用量的增加, 瞬间必然导致汽包压力的下降。汽包内的水沸腾突然加剧, 水中汽包迅速增加, 由于汽包容积增加而使水位变化的曲线如图3.3中H 2 所示。而实际显示的水位响应曲线H 为H 1 +H 2。从图上可以看出, 当蒸汽负荷增加时, 虽然锅炉的给水量小于蒸发量, 但在一开始时,水位不仅不下降, 反而迅速上升, 然后在下降(反之, 蒸汽流量突然减少时, 则水位先下降,然后上升)这种现象称之为",虚假水位",。应该指出: 当负荷变化时, 水位下汽包容积变化而引起水位的变化速度是很快的, 图中H 2 的时间常数只有10~ 20 s。蒸汽流量扰动时, 水位变化的动态特性可用函数表示为:
kfk2H(s)H1(s)H2(s) ?????D(s)D(s)D(s)sT2S?1式中: kf 响应速度, 即蒸汽流量变化单位流量时水位的变化速度, ( mm / s) / ( t /h); k2 响应曲线H 2 的放大系数;
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