由图1可知，燃料和热空气按一定比例进入燃烧室燃烧，产生的热量传给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds。然后经过热器，形成一定温度的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为Pm的过热蒸汽，经负荷设备控制阀供给生产负荷设备使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，将饱和蒸汽变成过热蒸汽后，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人大气。
锅炉设备的主要任务是根据负荷的需求，提供一定压力或温度的蒸汽，同时要使锅炉在安全、经济的条件下运行，为此生产过程的各个工艺参数必须严格控制。大型锅炉是一个复杂的被控装置，它的被控变量和操纵变量繁多且相互关联，属于一个多变量耦合对象。根据其耦合程度的疏密分为几个独立的控制区域，分别采用单变量系统（变量关联弱）或多变量耦合系统控制（变量关联强）。
燃烧控制系统是锅炉设备主要的控制系统之一。锅炉燃烧系统的控制有3个被控变量：负荷、经济燃烧指标和炉膛负压。可选用的操纵变量也有三个：燃料量、送风量和引风量。组成的燃烧系统的控制方案要满足燃烧所产生的热量，适应蒸汽负荷的需要；使燃料与空气之间保持一定的比值，保证燃烧的经济性和锅炉的安全运行；使引风量与送风量相适应，保持炉膛负压在一定范围内。
2.1 燃烧控制的任务
锅炉燃烧过程实质是将燃料中的化学能转变为蒸汽热能的能量转换过程。燃烧过程控制的根本任务是使燃料所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，并保证锅炉安全经济运行。燃烧过程控制的具体任务及其控制策略因燃料种类、燃烧方式以及机炉运行方式不同而有所区别。燃烧控制系统的基本任务可归纳为以下几个方面。
（1）维持蒸汽出口压力稳定
锅炉蒸汽出口压力作为表征锅炉运行状态的重要参数，不仅直接关系到锅炉设备的安全运行，而且它是否稳定还反映了燃烧过程中的能量供求关系。在单元机组中，锅炉主汽压控制与汽轮机负荷控制是相关联的，锅炉燃烧控制系统的任务是及时调整锅炉燃料量，使锅炉的能量输出与汽轮机为适应对外界负荷的需求的能量输入相适应，其标志是主汽压的稳定。
（2）保证燃烧过程的经济性
保证燃烧过程的经济性是提高锅炉效率的重要方面，一般可通过维持进入炉膛的燃料量与送风量之间的最佳比值来实现，即在有足够风量使燃料得以充分燃烧的同时，尽可能减少排烟造成的热损失。
燃烧控制还有一项非常重要的任务是维持炉膛压力稳定，关于此项任务的控制在本文中不涉及。
（3）保证锅炉安全运行
在安全保护系统上应该考虑燃烧嘴背压过高而脱火，不但会污染环境更严重的是燃烧室内积存大量燃料气与空气的混合物，会有爆炸危险；燃烧嘴背压过低又可能回火，会危及燃料气罐发生燃烧和爆炸。因此，必须设法加以防止。
2.2 燃烧控制的特点
燃烧过程的控制系统有三个被控变量和三个操纵变量。锅炉的运行实践表明，对燃烧过程的三个被控变量的控制存在着明显的相互影响。这主要是由于对象内部存在相互作用，即其中每个被控变量都同时受到几个操纵变量的影响，而每个操纵变量的改变又能同时影响几个被控变量。
燃烧过程中，主汽压是锅炉燃烧产生的发热量与汽轮机需要能量是否平衡的标志；烟气含氧量是燃料量和送风量是否保持适当比例的指标；炉膛压力是送风量和引风量是否平衡的指标。因此，虽然对象是几个操纵变量对几个被控变量都有严重影响，但如果在锅炉运行过程中，严格保持燃料量、送风量和引风量这三个操纵变量的比例，就能保持汽压、烟气氧含量和炉膛压力基本不变。也就是说，当锅炉的负荷要求变化时，燃烧控制系统应使三个操纵变量同时按比例地快速改变，以适应外界负荷的需要；当锅炉的负荷要求不变时，燃烧过程的控制系统应能迅速消除各自的内扰，保持各自的操纵变量稳定不变。
3 燃烧控制系统设计方案
在不同情况下，燃烧过程控制系统的设计方案是不同的，本文是以燃气蒸汽锅炉为设计对象。
3.1 蒸汽压力控制和燃料空气比值控制
蒸汽压力的主要扰动是蒸汽负荷的变化与燃料量的波动。当蒸汽负荷及燃料量波动较小时，可以采用蒸汽压力来控制燃料量的单回路控制系统；而当燃料量波动较大时，可以来用蒸汽压力对燃料量的串级控制系统。
3.1.1 基本控制方案
燃料流量是随蒸汽负荷而变化的，作为主流量与空气流量（副流量）组成单闭环比值控制系统，使燃料与空气保持一定比例，是燃料燃烧良好的基本保证。
图2是以蒸汽压力控制器的输出作为燃料量单闭环控制回路和空气流量单闭环控制回路共同的设定值，燃料量的输出跟随蒸汽压力。由于燃料量控制器的给定值是蒸汽压力，蒸汽压力又是空气流量控制器的给定值，不难理解通过控制器的设定可以保证燃料量和空气流量的合适比例关系，且可以克服蒸汽压力变化时燃料量和空气流量控制不同步的问题。
3.1.2 改进控制方案
在生产过程中，有时工艺上不但要求物料量成一定的比例，而且要求在负荷变化时，它们的提、降量有一定的先后次序。所谓逻辑规律，就是指工艺上对主、副流量提降时的先后要求而言。所以具有逻辑规律的比值控制也称为逻辑提量。在锅炉燃烧系统中，希望燃料量与空气量成一定的比例，而燃料量取决于蒸汽量（负荷）的需要，通常用蒸汽压力来反映。当蒸汽量要求增加（提量）时，即蒸汽压力降低，燃料量也要增加，为了保证燃烧完全，应先加大空气量，后加大燃料量。反之在降量时，应先减燃料量，后减空气量，以保证燃料的完全燃烧。图4为改进的具有上述逻辑规律的比值控制系统。
3.2 防脱火回火选择性控制系统
3.2.1 防脱火选择性控制系统
蒸汽锅炉所用的燃料为天然气或其他燃料气。在正常情况下，根据产汽压力采控制燃料气量。当用户所需蒸汽量增加时，蒸汽压力就会下跌，为了维持蒸汽压力，必须在增加供水量（供水量另有其他控制系统进行控制，这里暂不研究）的同时，相应地燃料气量也要增加。当用户所需蒸汽器减少时，蒸汽压力就会上升，这时要减小燃料气量。关于燃料气压力对燃烧过程的影响，经过研究发现：当燃料气压力过高时，会将燃烧喷嘴的火焰吹灭，产生脱火现象。一旦脱火现象发生，大量燃料气就会因末燃烧而导致烟囱冒黑烟。这不但会污染环境，更严重的是燃烧室内积存大量燃料气与空气的混合物，会有爆炸的危险。为了防止脱火现象的产生，在锅炉燃烧系统中采用了如图5所示的蒸汽压力与燃料气压力选择性控制方案。图5中采用了一只低选器，通过它选择蒸汽压力控制器与燃料气压力控制器两者之一的输出送往设置在燃料管线上的控制阀。
3.2.2 防脱火回火混合型选择性控制系统
锅炉燃烧控制系统除了要考虑“脱火”保护以外，还要考虑“回火”的保护问题，因此可以设计一个混合型选择性控制系统来进行解决。
当燃料压力不足时，燃料气管线的压力有可能低于燃烧室压力，这样就会出现危险的“回火”现象，这会危及燃料气罐发生燃烧和爆炸。因此，必须设法加以防止。为此，可在图5所示的蒸汽压力与燃料气压力连续型选择性控制系统的基础上，增加一个燃料气压力过低的开关型选择内容，如图6所示。
脱火回火混合型选择性控制系统方块图如图7所示。图7中：
Gc1(s)、Gc2(s)、Gc3(s)——分别为控制器PC1、PC2、PC3传递函数；
Go1(s)——蒸汽压力对象传递函数；
Go2(s)——燃料气压力对象传递函数；
Gm1(s)、Gm2(s)、Gm2(s)——分别为蒸汽压力、燃料气上限和下限压力变送器传递函数。
3.3 燃烧控制总体方案
综合上述蒸汽压力控制和燃料空气比值控制的串级和比值控制组合的系统与防脱火回火的混合型选择性控制系统，变构成了如图8所示燃烧控制总体方案。该控制方案既具有逻辑提量功能，即当蒸汽量提量时，燃料量也要增加，为了保证燃烧完全，先加大空气量，后加大燃料量；反之在降量时，先减燃料量后减空气量，保证燃料的完全燃烧。又具有防脱火回火的保护功能。
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