三位一體真空電化學除氧器鍋爐水位控制系統(tǒng)策略分析

     三位一體真空電化學除氧器作為鍋爐上水過程中的重要環(huán)節(jié)，其工作的正常與否，關乎著機組的安全運行，而三位一體真空電化學除氧器水位是否能夠精準控制對三位一體真空電化學除氧器的正常運行也至關重要，因此，我們對三位一體真空電化學除氧器水位的監(jiān)測和控制要保證精確。
幾種常用控制方案
單沖量三位一體真空電化學除氧器水位控制系統(tǒng)
     單沖量三位一體真空電化學除氧器水位控制系統(tǒng)用于給水流量低時（機組開機或者機組低負荷運行）的工況。PID控制器通過采集來自三位一體真空電化學除氧器實時的水位信號值H，與控制器的設定值進行對比，從而得到設定值和反饋值之間的偏差值，然后根據(jù)一定的控制規(guī)則將偏差值轉換為控制指令信號輸出到執(zhí)行機構，后通過控制執(zhí)行機構來調節(jié)三位一體真空電化學除氧器水位值。電廠運行人員設置一個給定值，三位一體真空電化學除氧器實時液位值經(jīng)過三值取中值的邏輯得出一個優(yōu)選液位值，這個優(yōu)選的液位值與控制器的設定定值進行對比后，信號輸入到PID控制器，經(jīng)PID控制器計算后，輸出值到電機驅動模塊功能塊中，電機驅動模塊將值轉化為電動執(zhí)行機構的指令值輸出到電動執(zhí)行機構，通過就地執(zhí)行機構來進行調節(jié)凝結水流量，來達到控制三位一體真空電化學除氧器液位，使實際液位趨近液位給定值。如果控制效果差，我們可以通過調整PID內(nèi)的參數(shù)來優(yōu)化控制效果。如圖3-1所顯示的是單沖量三位一體真空電化學除氧器水位控制系統(tǒng)。
圖3-1單沖量變量三位一體真空電化學除氧器水位控制系統(tǒng)
單級三沖量三位一體真空電化學除氧器水位控制系統(tǒng)
     單級三沖量調節(jié)系統(tǒng)主要適用于機組給水流量大于一定值時（機組開機或者剛并網(wǎng)時），三位一體真空電化學除氧器水位只受到總給水流量信號的影響。三位一體真空電化學除氧器水位的調控采集三位一體真空電化學除氧器實時水位信號值進行比較，再加入給水流量信號值參與計算，終將計算值轉換為執(zhí)行器控制指令輸出到執(zhí)行器，控制執(zhí)行器動作來調節(jié)除氧器水位。下圖3-2所示為單級三沖量的三位一體真空電化學除氧器液位控制圖。
圖3-2三位一體真空電化學除氧器水位單級三沖量控制系統(tǒng)
     其中，G、H、N——分別為給水流量、三位一體真空電化學除氧器水位、凝結水流量；Vg、Vh、Vn——為給水流量、三位一體真空電化學除氧器水位、凝結水流量測量變送器的斜率；Ag、An——為給水流量信號與凝結水流量信號的分流系數(shù)；g、h、n——分別為輸入控制器的給水流量、三位一體真空電化學除氧器水位、凝結水流量信號。
串級三沖量三位一體真空電化學除氧器水位控制系統(tǒng)
     在給水流量大時（機組已并網(wǎng)且負荷大于30%設計高負荷）三位一體真空電化學除氧器的水位調節(jié)是一個非常經(jīng)典的串級三沖量調節(jié)系統(tǒng)。串級三沖量水位調節(jié)系統(tǒng)是通過運用兩個PID調節(jié)器來實現(xiàn)調節(jié)目標的，兩個調節(jié)器有主副之分，主調節(jié)器基本的作用就是來保證水位的變化沒有靜態(tài)偏差，主要通過PI控制調節(jié)規(guī)律來實現(xiàn)，其比較計算后的輸出指令信號值與凝結水流量信號都輸出到副調節(jié)器，而給水流量信號作為前饋信號也輸出到負調節(jié)器來保證調節(jié)。與主調節(jié)器不同，副調節(jié)器為保證調節(jié)的響應速度，一般都是用比例系數(shù)的調節(jié)器。串級調節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)點就是當兩個變量，即凝結水流量和給水流量，任一變量發(fā)生擾動時，通過主副調節(jié)器都能消除擾動，保證三位一體真空電化學除氧器水位值得穩(wěn)定。例如，當變量凝結水流量變化時，通過PID調節(jié)器內(nèi)部控制回路的作用可以很快消除擾動；又比如當主變量給水流量變化時，通過PID調節(jié)器的內(nèi)部回路作用到凝結水流量上，使凝結水流量跟上給水量的變化。
     從上文中表述的串級三沖量控制和單級三沖量控制這兩種調節(jié)系統(tǒng)的比較中我們就可以看出，其兩者的區(qū)別主要在于串級控制系統(tǒng)主回路和輔助回路在工作上基本上可以視為彼此獨立的存在。盡管回路中的兩個變量給水流量和凝結水流量也會影響到主回路和副回路，但是它們在整個調節(jié)系統(tǒng)中的作用卻遠遠小于單級回路。所以在這整個調節(jié)系統(tǒng)當中，三位一體真空電化學除氧器水位的偏差主要是由主控制器來進行消除和修正，終使三位一體真空電化學除氧器的靜態(tài)水位值始終等于控制器輸出的給定值。
     使用串級控制的系統(tǒng)都擁有優(yōu)秀的動態(tài)調整能力和穩(wěn)態(tài)調整能力，從而使主受控對象的控制質量有保證，終達到無誤差調節(jié)。當次級回路中發(fā)生干擾時，因為回路當中次級受控對象的時間常數(shù)值T小于主受控對象的時間常數(shù)值T，所以當主受控量未因干擾而動作時，次級回路因為干擾已經(jīng)十分快速的動作，有效消除了主被控對象因為擾動而發(fā)生的變化。另外，若將干擾施加到主受控對象上，但因為有次級回路，從而使次級受控對象的時間常數(shù)T大幅度降低，十分有效的改善了系統(tǒng)的響應能力并提高了動態(tài)調整能力。
如圖3-3所示
圖3-3三位一體真空電化學除氧器水位串級三沖量控制系統(tǒng)
     其中，G、H、N——分別為給水流量、三位一體真空電化學除氧器水位、凝結水流量；Vn、Vg、Vh——為凝結水流量、給水流量、三位一體真空電化學除氧器水位測量變送器的斜率；An、Ag——為凝結水流量信號和給水流量信號的分流系數(shù)；g、h、n——分別為輸入控制器的給水流量、三位一體真空電化學除氧器水位、凝結水流量信號。
三位一體真空電化學除氧器控制方案選擇
     三位一體真空電化學除氧器水位在三位一體真空電化學除氧器水位的控制系統(tǒng)中一直是作為一個被調量，如果只有一個三位一體真空電化學除氧器水位作為反饋的話，這個調節(jié)系統(tǒng)實際上就是一個簡單的單回路調節(jié)系統(tǒng)�，F(xiàn)在應用單沖量控制水位的電廠大都是一些機組容量小的電廠，因為其在運行過程中，當負荷維持穩(wěn)定不變時，三位一體真空電化學除氧器水位處于相對穩(wěn)定的情況，三位一體真空電化學除氧器的水位信號在單沖量控制系統(tǒng)中是被調量，也就是主控制信號，且給水流量不高，因此給水變化的遲緩和虛假水位影響不大，只需要依靠單沖量控制來調節(jié)水位就能滿足生產(chǎn)需要。但是在一些中大型機組中就不能采用單沖量控制來調節(jié)水位，因為單沖量控制雖然其基礎結構簡單明了，但是其只有一個被調量就是三位一體真空電化學除氧器水位，在機組負荷升高或降低時非常容易出現(xiàn)“虛假水位”這種現(xiàn)象，這時候水位的變化不僅趕不上負荷的變化，反而可能會朝相反的方向變化，引起水位、負荷波動大，延長了調節(jié)時間，加大了調節(jié)難度，造成整個汽水系統(tǒng)的不平衡。但在一些大型機組中卻可以采用單沖量控制來調節(jié)水位，因為在大型機組的汽水系統(tǒng)中，其壓力和溫度保持穩(wěn)定不變的情況下，蒸汽和水的密度大致相等，“虛假水位”現(xiàn)象影響很小，不會影響汽水系統(tǒng)的平衡。
     在如今機組容量小的電廠，大都是使用單沖量控制系統(tǒng)來調節(jié)，確保三位一體真空電化學除氧器水位維持在運行需要的水位，具體來說，就是通過調節(jié)化學精處理補水門開度和低加至三位一體真空電化學除氧器調門開度來控制水位，也有部分中小型機組是通過采用三沖量控制系統(tǒng)來提高控制精度。在超臨界及其以上機組，都使用的是全程調控系統(tǒng)，即當機組負荷低于10%額定設計大負荷時，給水流量低且流量值不穩(wěn)定，這時選擇單沖量控制邏輯來調節(jié)水位。然而當機組負荷大于10%額定設計大負荷的時候，給水流量逐漸變大且流量值趨于穩(wěn)定，這時候控制邏輯切換為三沖量控制，三沖量指的是三位一體真空電化學除氧器水位值、凝結水流量值、給水流量值三個變量。這兩種控制方式經(jīng)過組態(tài)邏輯切換后作用于三位一體真空電化學除氧器進水門，因此，在三位一體真空電化學除氧器水位的調控當中，使用三沖量調節(jié)系統(tǒng)是一種切實可行的方法。三沖量三位一體真空電化學除氧器水位調控系統(tǒng)當中是有兩部分控制回路所構成，一個是閉合的副回路，由壓力變送器壓力值、給水流量值、調節(jié)模塊和調節(jié)門組成；另外一個是閉合的主回路，副回路和被調量三位一體真空電化學除氧器水位組成了這個回路。因此，三沖量調控系統(tǒng)總結起來實際上可以說是一種反饋加上前饋的串級控制系統(tǒng)。
前饋-反饋串級三沖量給水控制系統(tǒng)
     使用串級控制的系統(tǒng)都擁有優(yōu)秀的動態(tài)調整能力和穩(wěn)態(tài)調整能力，從而使主受控對象的控制質量有保證，終達到無誤差調節(jié)。當次級回路中發(fā)生干擾時，因為回路當中次級受控對象的時間常數(shù)值T小于主受控對象的時間常數(shù)值T，所以當主受控量未因干擾而動作時，次級回路因為干擾已經(jīng)十分快速的動作，有效消除了主被控對象因為擾動而發(fā)生的變化。另外，若將干擾施加到主受控對象上，但因為有次級回路，從而使次級受控對象的時間常數(shù)T大幅度降低，十分有效的改善了系統(tǒng)的響應能力并提高了動態(tài)調整能力。
給水流量調控方法的實現(xiàn)
     給水流量的控制，常用的方式有兩種，一種是通過調節(jié)給水泵出口調門的開度來調控給水流量的大小，但是這種方法經(jīng)濟性差，耗能高，調門經(jīng)常動作會引起調節(jié)精度差。另一種控制方式就是調節(jié)給水泵的轉速來控制給水流量的大小，這種方式經(jīng)濟性好，控制精度高，給水泵節(jié)流損失也小。目前，電廠大都使用二種方式來調控給水流量。
各種工況之間的互相切換與跟蹤
工況之間的切換
     我們要對機組在各負荷工況下，集散控制系統(tǒng)切換PID控制方式的過程進行跟蹤記錄。為了防止工況之間頻繁切換，導致調節(jié)難度變大，我們在各個工況之間都要加入回差來防止這個現(xiàn)象發(fā)生�；夭畹脑O定區(qū)間一般是額定負荷的2%～5%，如圖3-4。
圖3-4控制系統(tǒng)工況切換示意圖
     注：圖3-4中的顯示數(shù)字是額定負荷MC的百分比顯示。
可將工況根據(jù)負荷的高低分為以下四種情況：
     一區(qū)間工況：額定負荷（MCR）在0%到10%～15%區(qū)間，因為水位調節(jié)還處在單沖量控制的環(huán)節(jié)，給水旁路調整門的開度被用來調節(jié)水位，確保汽動給水泵A以恒定的轉速運行。汽動給水泵A的流量再循環(huán)系統(tǒng)保證了給水流量大于流量保護值。汽動給水泵B不運行。
     二區(qū)間工況：額定負荷（MCR）在(10-16)%到(25-31)%區(qū)間，因為水位調節(jié)仍處在單沖量控制的環(huán)節(jié)，但是調速系統(tǒng)切換至遙控模式，運用變頻器來改變轉速調整水位，給水旁路調整門的開度被用來調節(jié)汽動給水泵A出口壓力，當給水流量大于145t/h汽動給水泵A再循環(huán)電動門和調門將聯(lián)鎖關閉。汽動給水泵B不運行。
     三區(qū)間工況：額定負荷（MCR）在(26-32)%到(45-50)%區(qū)間，在這個區(qū)間，水位控制由單沖量控制切換至三沖量控制。這時，給水旁路調整門滿足不了調整需要，主給水調整門開始參與調節(jié)汽動給水泵A出口壓力。因此時的流量大于額定流量的32%，A汽泵小流量控制系統(tǒng)將自動關閉。B汽泵不工作。
     四區(qū)間工況：額定負荷（MCR）在(45-50)%到100%區(qū)間，水位控制的方式在這個區(qū)間是從單沖量控制模式轉換至三沖量控制模式，汽動給水泵B也已運行，與汽動給水泵A通過改變各自的主給水調整門開度來共同參與調節(jié)出口壓力。
系統(tǒng)靜態(tài)實驗
     新機組或著剛檢修完的機組，在沒起機之前，都需要進行靜態(tài)試驗，通過實驗來優(yōu)化組態(tài)邏輯和系統(tǒng)，調試整個機組。三位一體真空電化學除氧器水位的實驗有以下三部分組成。
三位一體真空電化學除氧器水位測量系統(tǒng)檢查
     1、檢查水位測量平衡緩沖容器的規(guī)格參數(shù)是否匹配要求，實際安裝是不是符合工藝要求。
     2、確認水位測量差壓變送器的正負壓側，水位的變化對應差壓的變化。水位變大，差壓變大。反之，差壓變小。
     3、根據(jù)計算書的條件，強制水位信號值和三位一體真空電化學除氧器壓力值，來對比計算書的計算值和實際值是否一致，滿足要求。
信號流程檢查
     1、調試給水調門的特性，強制給水調門的水位的輸入信號，觀察閥門動作的方向和速度；水位的變化對應閥門開度的變化，水位由高到低，閥門開度應該有小到大，反之，閥門開度應該有大到小。
     2、強制給水調門的給水流量的輸入信號，觀察閥門動作的方向和速度；流量的變化對應閥門開度的變化，給水流量由高變低，閥門開度應該有小到大，反之，閥門開度應該有大到小。
     3、強制給水調門的凝結水流量的輸入信號，觀察閥門動作的方向和速度；凝結水流量的變化對應閥門開度的變化，凝結水流量由高變低，閥門開度應該有大到小，反之，閥門開度應該有小到大。
其它一些控制功能檢查
     1、PID參數(shù)整定的功能
     2、組態(tài)邏輯的功能
     3、給水泵手動、自動和遙控切換的功能
     4、單沖量控制與三沖量控制切換的功能
     5、水位、流量測量值優(yōu)選和壞點判斷的功能
     6、壓力和溫度對水位、流量測量補償?shù)墓δ?BR style="FONT-FAMILY: ">     闡述了三位一體真空電化學除氧器水位的控制方式策略。先展示了常用的幾種三位一體真空電化學除氧器水位控制方式，比較了這幾種方式的優(yōu)缺點；然后根據(jù)實際生產(chǎn)情況需求，選定適合的控制方案；其次，分析了三位一體真空電化學除氧器水位在不同負荷階段的切換和跟蹤情況；通過靜態(tài)試驗對機組起機的參數(shù)進行檢查分析。