运行中对锅炉水位的监视，原则上应以装在汽包上的一次水位计为准。对于大中型锅炉。由于采用给水自动调节系统，装在仪表盘上的二次水位计的准确和可靠性已能满足运行的要求，而且装的数量又多，还有高低水位报警器。因此，除锅炉启停过程中须有专人监视一次水位计外，在正常运行时主要监视二次水位计。为确保二次水位计的指示正确无误，采取的措施是每班必须对一、二次水位计的指示值进行对比。用水位计监视汽包水位时，还需时刻注意蒸汽流量、给水流量和减温水量，看它们的数值之差是否在正常范围内，否则应进行分析和检查。

（一）影响汽包水位的主要因素

影响汽包水位H的主要因素有给水量W、蒸汽流量D和燃料量B三个主要因素。

1.给水量对汽包水位的影响

如果把汽包及其水循环系统看作一个单容水槽，那么水位的给水阶跃扰动响应曲线应该为图719中的曲线H1。但考虑到给水的温度低于汽包内饱和的水温度，当它进入汽包后吸收了原有的饱和水中的一部分热量使得锅炉内部的蒸汽产量下降，水面以下的汽泡的总体积V也就会相应地减小，从而导致水位下降如图719中曲线H2所示。水位的实际响应曲线应是曲线H1和H2之和，如图719中曲线H所示。从图中可以看出该响应过程有一段延迟时间，即它是一个具有延迟时间的积分环节，水的过冷度越大则响应延迟时间就会越长。

图719　给水扰动响应曲线

图720　蒸汽流量扰动响应曲线

2.蒸汽流量对汽包水位的影响

当锅炉负载耗汽量D突然作阶跃增加时，一方面改变了汽包内的物质平衡状态，使汽包内液体蒸发量变大从而使水位下降，如图720中曲线H1所示，另一方面由于锅炉负载耗汽量D的突然增加，将迫使锅炉内汽泡增多，同时由于燃料量维持不变，汽包压力下降，会导致水面以下蒸汽泡膨胀，总体积V增大，从而导致汽包水位上升，如图720中曲线H2所示。水位的实际响应曲线应该是曲线H1和H2之和，如图720中曲线H所示。对于大中型锅炉来说，后者的影响要大于前者，因此负荷作阶跃增加后的一段时间内会出现水位不但没有下降反而明显升高的现象，这种反常现象通常被称为“假水位现象”。

3.燃料量扰动的影响

当燃料增加时，炉膛热负荷随着增加，水循环系统内的汽水混合物的汽泡比例增加，形成水位升高的虚假现象，如图721中H1曲线所示。如果负荷设备的进汽阀不加调节，则汽包饱和压力升高，蒸汽流出量增加，蒸发量大于给水量，水位应该下降。随着汽包压力的升高，汽水混合物中汽泡的比例将减小，又使得汽水总容积下降，如图720中H2曲线所示。水位的实际响应曲线应该是曲线H1和H2之和，如图721中曲线H所示。由图知在燃料量扰动下，汽包水位也会因汽包容积的增加水位先上升，因此也会出现“虚假水位”现象，至蒸发量与燃料量相适应时，水位才开始下降，即经过了Tm时间后水位开始下降。但由于汽包水循环系统中有大量的水，汽包和水冷壁管道也会存储大量的热量，因此具有一定的热惯性。燃料量的增大只能使蒸汽量缓慢增大，而且同时汽压也会缓慢上升，它将使汽泡体积减小，因此燃料量扰动下的“假水位现象”比负荷扰动下要缓和得多。

图721　燃料量扰动响应曲线

图722　单冲量水位控制系统

由以上分析可知道给水量扰动下的水位响应有迟滞性，负荷扰动下的水位响应有“假水位现象”。这些特性使得汽包水位的变化受到多种因素影响，因而对它的控制变得比较复杂和困难。

（二）单冲量水位控制系统(www.daowen.com)

单冲量水位控制系统是以汽包水位测量信号为唯一的控制信号，即水位测量信号经变送器送到水位调节器，调节器根据汽包水位测量值与给定值的偏差去控制给水调节阀，改变给水量以保持汽包水位在允许范围内。单冲量水位控制系统，是汽包水位控制系统中最简单最基本的一种形式。

单冲量变量水位控制系统如图722所示。单冲量即只有一个变量：汽包水位。单冲量水位控制系统是最简单、最基本的控制系统。这种控制结构的特点主要有：①结构简单，投资少；②适用于汽包容量较大，虚假水位不严重，负荷较平稳的场合；③为安全运行，可设置水位报警和连锁控制系统。

然而，在停留时间较短，负荷变化较大时，采用单冲量水位控制系统就不能适用。这是由于：①负荷变化时产生的“虚假水位”将使调节器反向错误动作，即负荷增大时调节器不但不能开大给水调节阀的开度增加给水量，反而会关小给水调节阀，一到闪急汽化平息下来，将使水位严重下降，波动厉害，动态品质很差，严重时甚至会使汽包水位降到危险程度，以致发生事故；②负荷变化时，控制作用缓慢。即使“虚假水位”现象不严重，从负荷变化到水位下降要有一个过程，再有水位变化到阀动作已滞后一段时间。如果水位过程时间常数很小，偏差必然相当显著。

因此，对于停留时间短，负荷变动较大的情况，这样的系统不适合，水位不能保证。然而对于小型锅炉，由于汽包停留时间较长，在蒸汽负荷变化时假水位的现象并不显著，配上一些连锁报警装置，也可以保证安全操作，故采用这种单冲量控制系统尚能满足生产的要求。

（三）双冲量水位控制系统

图723　双冲量控制系统

双冲量水位控制系统是在单冲量水位控制系统的基础上加入了以蒸汽流量信号为前馈信号的锅炉汽包水位控制系统，如图723所示。由于引入了蒸汽流量前馈信号，当蒸汽量变化时，就有一个与蒸汽量同方向变化的给水流量信号，可以减少或抵消由于“虚假液位”现象而使给水量与蒸汽量相反方向变化的错误动作，使调节阀一开始就向正确的方向动作。因而能极大地减小给水量和水位的波动，缩短过渡过程时间。

在给水流量比较平稳时，采用双冲量控制是能够达到控制要求的。双冲量水位控制系统存在的问题是：控制作用不能及时地反映给水方面的扰动，当给水量发生扰动时，要等到汽包水位变化时才通过调节器作用执行器进行调节，滞后时间长，水位波动较大。因此，如果给水母管压力经常有波动，给水调节阀前后压差不能保持正常时，不宜采用双冲量控制。

（四）三冲量水位控制系统

双冲量控制系统还有两个主要弱点：控制阀的工作特性不一定是线性的，要做到静态补偿比较困难；对于给定系统的干扰仍不能克服。所以，可再引入给水流量信号，构成三冲量控制系统。为进一步改善控制品质，引入给水流量信号，构成三冲量控制系统，如图724所示。所谓三冲量，指的是引入了三个测量信号：汽包液位、给水流量和蒸汽流量。三冲量控制本质上是前馈—串级复合控制系统：主回路实现液位调节，副回路使给水流量能适应负荷和液位要求。

在稳定状态下，液位测量信号为给定值，液位调节器的输出，蒸汽流量及给水流量三个信号通过加法器得到输出电流。若在某一时刻，蒸汽负荷突然增加，蒸汽流量变送器的输出电流增加，加法器的输出电流减少，从而会开大给水调节阀，与此同时出现了虚假液位现象，液位调节器输出电流将增大。由于进入加法器的两个信号相反，蒸汽流量变送器的输出电流会抵消一部分虚假液位输出电流，所以虚假液位所带来的影响将局部或全部被抵消。待虚假液位过去，液位开始下降，液位调节器输出电流开始减小，此时它与蒸汽流量信号变化的方向相反，因此加法器的输出电流减小，此时要求增加给水量以适应新的负荷需要并补充液位的不足。调节过程进行到液面重新稳定在给定值，给水量和蒸发量达到新的平衡为止。当蒸汽负荷不变，给水量本身因压力波动而变化时，加法器的输出相应变化，调节阀门开度直至给水量恢复到所需的数值为止。由于引进了蒸汽流量和给水流量两个辅助冲量，起到了“超前信号”的作用，使给水阀一开始就向正确的方向移动，因而可减小液位的波动幅度，抵消虚假液位的影响，并可缩短过渡过程时间。图724为三冲量液位调节示意图。三冲量调节系统能及时克服负荷（蒸汽量）和给水流量的干扰作用，调节精度较高，适用于汽包容积较小，负荷和给水干扰较大的场合。

图724　三冲量水位控制系统

现代工业锅炉都向着大容量高参数的方向发展，一般锅炉容量越大，汽包的容水量就相对越小，允许波动的蓄水量就更少。如果给水中断，可能在很短的时间内就会发生危险水位；如果仅是给水量和蒸汽量不相适应，也可能在几分钟内出现缺水和满水事故，这样对汽包水位要求就更高了。三冲量控制系统，采用蒸汽流量信号对给水流量进行前馈控制，当蒸汽负荷忽然变化时，蒸汽流量信号使给水调节阀一开始就向正确方向移动，即蒸汽流量增加，给水调节阀开大，抵消了“虚假水位”引起的反向动作，因而减小了水位和给水流量的波动幅度。当由于水压干扰使给水流量改变时，调节器能迅速消除干扰。如给水流量减少，调节器立即根据给水流量减小的信号，开大给水阀门，使给水流量保持不变。这样，就能够有效地维持汽包水位在工艺允许的范围内，也有效地克服了系统中存在的虚假水位现象。