新型的控制方式—除氧器与凝汽器水位联合控制在300MW机组上的应用

除氧器、凝汽器水位联合控制在300MW机组上的应用

国电宣威发电有限责任公司 常龙

摘要：本文以具体的应用实例，分析了常规除氧器、凝汽器水位调节和采用新设计方案实现的除氧器、凝汽器水位联合控制的优缺点，提供了一种除氧器、凝汽器水位联合控制设计，以供热控人员设计和应用参考。 1、概述

在火电机组控制系统设计应用中，通常把除氧器和凝汽器水位调节作为独立的系统，而未考虑它们之间的相互影响因素，故在投用除氧器和凝汽器水位调节系统时往往得不到满意的控制效果。在云南新近投产的宣威电厂五期工程2×300MW机组上，设计采用除氧器、凝汽器水位联合控制系统，起得了较好的投用效果。

2、系统构成及控制方式 2.1 工艺系统

宣威电厂五期工程 2×300MW机组，锅炉为武汉锅厂生产，汽机为东方汽轮机厂生产。主控系统DCS采用美国MCS公司的MAX1000+PLUS系统，DEH采用ABB公司的INFI-90系统。

凝结水系统流程简图如图1所示。正常运行的凝汽器水量主要通过汽机排汽凝结水供给，另还需补充水箱来水补给，此外还受至除氧器水量和回至补充水箱水量的影响。在机组启动前凝汽器水量也可通过化学补给水电动门从化学补给水直接得到。2台凝补水泵在正常工况时不需运行，仅在凝汽器需大流量补给水时启动。除氧器水位主要靠高、低负荷除氧器水位调门调节，使除氧器补水量与锅炉给水量平衡。凝汽器水位补、排水调门，除氧器水位调门及凝结水再循环流量调门均设有旁路电动门，以在调门故障或事故工况时备用。凝结水补充水箱水位通过其补水调门控制化学补给水，因化学补给水泵是人工控制启停，故凝结水补充水箱水位受人为影响较大，其调门仅在化学补给水泵运行时才起作用。建议在以后的设计中应考虑化水程控与主控制系统的综合控制，使化学补给水泵在补充水箱低水位时能自动启动。

补充水箱补水调门化学补给水来M补充水箱汽机凝补水泵除氧器MM凝汽器M凝汽器补水调门低加给水泵凝泵最小流量调门凝泵除氧器高、低负荷调门MMM凝汽器排水调门至高加M轴封加热器凝结水精处理装置M

图1：凝结水系统流程简图

2.2 常规控制方案

若按常规设计，其控制系统为：除氧器水位单回路调节，其被控量为除氧器水位，设定值为人工定值，控制输出为除氧器水位高、低负荷调门；凝汽器水位单回路调节，其被控量为凝汽器水位，设定值为人工定值，控制输出为凝汽器水位补、排水调门；凝泵最小流量控制，设计有凝结水流量小于最小值时强制打开凝泵最小流量调门保护逻辑。

上述设计可画出其闭环控制回路框图如图2所示，为耦合的双输入双输出单回路控制系统，其存在以下问题：（1）无论在机组负荷稳定状态还是在负荷变动过程，除氧器水位调节对凝汽器水位有较大的影响，使凝汽器水位调节过程加长，稳定性较差。（2）凝汽器水位设计为补、排水调门调节，则存在同时补水和排水的情况，消耗无谓的能源，同时存在凝结水补充水箱满水的可能性。（3）调节参数整定的难度较大：除氧器水位调节参数的变动将影响凝汽器水位调节参数，凝汽器水位补水调节参数将因凝汽器水位排水调门自动投入与否而不同。

r1+x1y1—除氧器水位-Gc1(S)G11(S)G12(S)r2+Gc2(S)x1G21(S)+-y2—凝汽器水位r1:除氧器水位设定值；r2:凝汽器水位设定值；Gc1(S)：除氧器水位调节器；Gc2(S)：凝汽器水位调节器；G11(S)：除氧器调节输出对除氧器水位传函；G12(S)：除氧器调节输出对凝汽器水位传函；G21(S)：凝汽器调节输出对凝汽器水位传函； 图2：耦合的除氧器、凝汽器水位单回路控制 2.3 联合控制方案

基于上述问题，通过把除氧器、凝汽器作为整体考虑来解耦，设计除氧器、凝汽器水位联合控制系统：凝汽器补水调门调节除氧器与凝汽器总水量，除氧器水位调门调节除氧器与凝汽器水量间的平衡。这样，在机组负荷稳定时，此时除氧器与凝汽器水位折算的总水量可认为不变，除氧器水位的调节不会影响凝汽器水位的调节；在机组变负荷时，锅炉给水流量变化首先使除氧器水位随着变化，凝汽器水位较除氧器水位变化迟延一定时间，除氧器调节回路输出按使两水位变化在折算水量平衡的位置动作。负荷变化开始时凝汽器水位尚未变，除氧器水位调节朝减小偏差的方向动作，但其调节不会到达除氧器水位偏差为零的程度，而是到达两容器水量变化相同的位置即止，这样就兼顾凝汽器水位，两水位的动态偏差因此均比较小。系统调节的稳态结果控制了除氧器和凝汽器水位在设定值。此设计已容入人的高级控制思维，可算是一种带人工智能的控制。

凝汽器水位排水调门则设计为保护控制，即当凝汽器水位高于高一值时自动

打开，低于高一值时自动关闭。 3、应用实例 3.1 回路设计

其水位联合控制系统SAMA如图3所示，根据凝汽器补水调门调节除氧器与凝汽器总水量，除氧器水位调门调节除氧器与凝汽器水量间的平衡的原则，有：

除氧器水位调节PID偏差△=（y1－r1）*s1－（y2－r2）×s2；

凝汽器水位调节PID入口偏差△=（y1－r1）×s1+（y2－r2）×s2。 S1—除氧器设定水位点面积； S2—凝汽器设定水位点面积；

除氧器、凝汽器水位联合控制系统在DCS中的具体应用为如下：

（1）除氧器水位PID：被控量PV=y1－y2×KS；

设定值SP=r1－r2×KS；

控制输出—分配输出至除氧器水位高、低负荷调门。 经测量计算，分配系数=除氧器水位高负荷调阀面积/除氧器水位低负荷调阀面积=2.2。系数KS=1.45。

（2）凝汽器水位PID：被控量PV=y1+y2×KS；

设定值SP=r1+r2×KS；

控制输出—凝汽器水位补水调门。

y1y2*Ks++++r1r2*Ks++++++PIDPIDparticipationZ1Z2Z3r1、r2、y1、y2:同图2；Z1、Z2：除氧器高、低负荷调门；Z3：凝汽补水调门；Ks:系数，凝汽器设定水位点面积/除氧器设定 水位点面积； 图3：除氧器、凝汽水位联合控制SAMA 3.2 应用效果

图2为机组在引风机50%RB试验中，除氧器、凝汽器水位调节趋势曲线图，其中除氧器水位设定值为2150mm，凝汽器水位设定值为850mm。从图中可看出机组在大负荷率变化过程中，除氧器水位调门随负荷成同一趋势变化，而凝汽器水位调门因调节相对补给水量，其变化较为平缓。表1记录的试验数据表明，除氧器、凝汽器水位联合控制系统达到较为满意的调节品质。 参数名称 试验前 最高值 最低值 稳定值 负荷（MW） 300.5781 301.25 160.7031 161.3516 除氧器水位（mm） 2120.25 2193.875 2105.875 2175.25 凝汽器水位（mm） 859.1563 861.9063 820.9688 852.7188

除氧器水位偏差（mm） 凝汽器水位偏差（mm） 实际RB负荷平均变化率 +43.875，-44.125 +11.9063，-29.0312 3.33 %ECR/min 表1：机组50%RB试验数据 图2：50%RB时除氧器、凝汽器水位调节趋势图

4、结论

宣威电厂五期工程2×300MW机组，从投产至今，无论是带固定负荷，还是在负荷变动中，除氧器、凝汽器水位联合自动控制系统，能长期、稳定投用，其控制达到较为满意的调节品质。

本文介绍的除氧器、凝汽器水位联合自动控制系统方案，该方案设计和投用简单，可应用于不同等级的火电机组，其控制能达到较为满意的效果，且参数的整定较为简单，对调门的维护量也较小。