三位一体真空电化学除氧器锅炉水位控制系统策略分析

     三位一体真空电化学除氧器作为锅炉上水过程中的重要环节，其工作的正常与否，关乎着机组的安全运行，而三位一体真空电化学除氧器水位是否能够精准控制对三位一体真空电化学除氧器的正常运行也至关重要，因此，我们对三位一体真空电化学除氧器水位的监测和控制要保证精确。
几种常用控制方案
单冲量三位一体真空电化学除氧器水位控制系统
     单冲量三位一体真空电化学除氧器水位控制系统用于给水流量低时（机组开机或者机组低负荷运行）的工况。PID控制器通过采集来自三位一体真空电化学除氧器实时的水位信号值H，与控制器的设定值进行对比，从而得到设定值和反馈值之间的偏差值，然后根据一定的控制规则将偏差值转换为控制指令信号输出到执行机构，后通过控制执行机构来调节三位一体真空电化学除氧器水位值。电厂运行人员设置一个给定值，三位一体真空电化学除氧器实时液位值经过三值取中值的逻辑得出一个优选液位值，这个优选的液位值与控制器的设定定值进行对比后，信号输入到PID控制器，经PID控制器计算后，输出值到电机驱动模块功能块中，电机驱动模块将值转化为电动执行机构的指令值输出到电动执行机构，通过就地执行机构来进行调节凝结水流量，来达到控制三位一体真空电化学除氧器液位，使实际液位趋近液位给定值。如果控制效果差，我们可以通过调整PID内的参数来优化控制效果。如图3-1所显示的是单冲量三位一体真空电化学除氧器水位控制系统。
图3-1单冲量变量三位一体真空电化学除氧器水位控制系统
单级三冲量三位一体真空电化学除氧器水位控制系统
     单级三冲量调节系统主要适用于机组给水流量大于一定值时（机组开机或者刚并网时），三位一体真空电化学除氧器水位只受到总给水流量信号的影响。三位一体真空电化学除氧器水位的调控采集三位一体真空电化学除氧器实时水位信号值进行比较，再加入给水流量信号值参与计算，终将计算值转换为执行器控制指令输出到执行器，控制执行器动作来调节除氧器水位。下图3-2所示为单级三冲量的三位一体真空电化学除氧器液位控制图。
图3-2三位一体真空电化学除氧器水位单级三冲量控制系统
     其中，G、H、N——分别为给水流量、三位一体真空电化学除氧器水位、凝结水流量；Vg、Vh、Vn——为给水流量、三位一体真空电化学除氧器水位、凝结水流量测量变送器的斜率；Ag、An——为给水流量信号与凝结水流量信号的分流系数；g、h、n——分别为输入控制器的给水流量、三位一体真空电化学除氧器水位、凝结水流量信号。
串级三冲量三位一体真空电化学除氧器水位控制系统
     在给水流量大时（机组已并网且负荷大于30%设计高负荷）三位一体真空电化学除氧器的水位调节是一个非常经典的串级三冲量调节系统。串级三冲量水位调节系统是通过运用两个PID调节器来实现调节目标的，两个调节器有主副之分，主调节器基本的作用就是来保证水位的变化没有静态偏差，主要通过PI控制调节规律来实现，其比较计算后的输出指令信号值与凝结水流量信号都输出到副调节器，而给水流量信号作为前馈信号也输出到负调节器来保证调节。与主调节器不同，副调节器为保证调节的响应速度，一般都是用比例系数的调节器。串级调节系统的优点就是当两个变量，即凝结水流量和给水流量，任一变量发生扰动时，通过主副调节器都能消除扰动，保证三位一体真空电化学除氧器水位值得稳定。例如，当变量凝结水流量变化时，通过PID调节器内部控制回路的作用可以很快消除扰动；又比如当主变量给水流量变化时，通过PID调节器的内部回路作用到凝结水流量上，使凝结水流量跟上给水量的变化。
     从上文中表述的串级三冲量控制和单级三冲量控制这两种调节系统的比较中我们就可以看出，其两者的区别主要在于串级控制系统主回路和辅助回路在工作上基本上可以视为彼此独立的存在。尽管回路中的两个变量给水流量和凝结水流量也会影响到主回路和副回路，但是它们在整个调节系统中的作用却远远小于单级回路。所以在这整个调节系统当中，三位一体真空电化学除氧器水位的偏差主要是由主控制器来进行消除和修正，终使三位一体真空电化学除氧器的静态水位值始终等于控制器输出的给定值。
     使用串级控制的系统都拥有优秀的动态调整能力和稳态调整能力，从而使主受控对象的控制质量有保证，终达到无误差调节。当次级回路中发生干扰时，因为回路当中次级受控对象的时间常数值T小于主受控对象的时间常数值T，所以当主受控量未因干扰而动作时，次级回路因为干扰已经十分快速的动作，有效消除了主被控对象因为扰动而发生的变化。另外，若将干扰施加到主受控对象上，但因为有次级回路，从而使次级受控对象的时间常数T大幅度降低，十分有效的改善了系统的响应能力并提高了动态调整能力。
如图3-3所示
图3-3三位一体真空电化学除氧器水位串级三冲量控制系统
     其中，G、H、N——分别为给水流量、三位一体真空电化学除氧器水位、凝结水流量；Vn、Vg、Vh——为凝结水流量、给水流量、三位一体真空电化学除氧器水位测量变送器的斜率；An、Ag——为凝结水流量信号和给水流量信号的分流系数；g、h、n——分别为输入控制器的给水流量、三位一体真空电化学除氧器水位、凝结水流量信号。
三位一体真空电化学除氧器控制方案选择
     三位一体真空电化学除氧器水位在三位一体真空电化学除氧器水位的控制系统中一直是作为一个被调量，如果只有一个三位一体真空电化学除氧器水位作为反馈的话，这个调节系统实际上就是一个简单的单回路调节系统。现在应用单冲量控制水位的电厂大都是一些机组容量小的电厂，因为其在运行过程中，当负荷维持稳定不变时，三位一体真空电化学除氧器水位处于相对稳定的情况，三位一体真空电化学除氧器的水位信号在单冲量控制系统中是被调量，也就是主控制信号，且给水流量不高，因此给水变化的迟缓和虚假水位影响不大，只需要依靠单冲量控制来调节水位就能满足生产需要。但是在一些中大型机组中就不能采用单冲量控制来调节水位，因为单冲量控制虽然其基础结构简单明了，但是其只有一个被调量就是三位一体真空电化学除氧器水位，在机组负荷升高或降低时非常容易出现“虚假水位”这种现象，这时候水位的变化不仅赶不上负荷的变化，反而可能会朝相反的方向变化，引起水位、负荷波动大，延长了调节时间，加大了调节难度，造成整个汽水系统的不平衡。但在一些大型机组中却可以采用单冲量控制来调节水位，因为在大型机组的汽水系统中，其压力和温度保持稳定不变的情况下，蒸汽和水的密度大致相等，“虚假水位”现象影响很小，不会影响汽水系统的平衡。
     在如今机组容量小的电厂，大都是使用单冲量控制系统来调节，确保三位一体真空电化学除氧器水位维持在运行需要的水位，具体来说，就是通过调节化学精处理补水门开度和低加至三位一体真空电化学除氧器调门开度来控制水位，也有部分中小型机组是通过采用三冲量控制系统来提高控制精度。在超临界及其以上机组，都使用的是全程调控系统，即当机组负荷低于10%额定设计大负荷时，给水流量低且流量值不稳定，这时选择单冲量控制逻辑来调节水位。然而当机组负荷大于10%额定设计大负荷的时候，给水流量逐渐变大且流量值趋于稳定，这时候控制逻辑切换为三冲量控制，三冲量指的是三位一体真空电化学除氧器水位值、凝结水流量值、给水流量值三个变量。这两种控制方式经过组态逻辑切换后作用于三位一体真空电化学除氧器进水门，因此，在三位一体真空电化学除氧器水位的调控当中，使用三冲量调节系统是一种切实可行的方法。三冲量三位一体真空电化学除氧器水位调控系统当中是有两部分控制回路所构成，一个是闭合的副回路，由压力变送器压力值、给水流量值、调节模块和调节门组成；另外一个是闭合的主回路，副回路和被调量三位一体真空电化学除氧器水位组成了这个回路。因此，三冲量调控系统总结起来实际上可以说是一种反馈加上前馈的串级控制系统。
前馈-反馈串级三冲量给水控制系统
     使用串级控制的系统都拥有优秀的动态调整能力和稳态调整能力，从而使主受控对象的控制质量有保证，终达到无误差调节。当次级回路中发生干扰时，因为回路当中次级受控对象的时间常数值T小于主受控对象的时间常数值T，所以当主受控量未因干扰而动作时，次级回路因为干扰已经十分快速的动作，有效消除了主被控对象因为扰动而发生的变化。另外，若将干扰施加到主受控对象上，但因为有次级回路，从而使次级受控对象的时间常数T大幅度降低，十分有效的改善了系统的响应能力并提高了动态调整能力。
给水流量调控方法的实现
     给水流量的控制，常用的方式有两种，一种是通过调节给水泵出口调门的开度来调控给水流量的大小，但是这种方法经济性差，耗能高，调门经常动作会引起调节精度差。另一种控制方式就是调节给水泵的转速来控制给水流量的大小，这种方式经济性好，控制精度高，给水泵节流损失也小。目前，电厂大都使用二种方式来调控给水流量。
各种工况之间的互相切换与跟踪
工况之间的切换
     我们要对机组在各负荷工况下，集散控制系统切换PID控制方式的过程进行跟踪记录。为了防止工况之间频繁切换，导致调节难度变大，我们在各个工况之间都要加入回差来防止这个现象发生。回差的设定区间一般是额定负荷的2%～5%，如图3-4。
图3-4控制系统工况切换示意图
     注：图3-4中的显示数字是额定负荷MC的百分比显示。
可将工况根据负荷的高低分为以下四种情况：
     一区间工况：额定负荷（MCR）在0%到10%～15%区间，因为水位调节还处在单冲量控制的环节，给水旁路调整门的开度被用来调节水位，确保汽动给水泵A以恒定的转速运行。汽动给水泵A的流量再循环系统保证了给水流量大于流量保护值。汽动给水泵B不运行。
     二区间工况：额定负荷（MCR）在(10-16)%到(25-31)%区间，因为水位调节仍处在单冲量控制的环节，但是调速系统切换至遥控模式，运用变频器来改变转速调整水位，给水旁路调整门的开度被用来调节汽动给水泵A出口压力，当给水流量大于145t/h汽动给水泵A再循环电动门和调门将联锁关闭。汽动给水泵B不运行。
     三区间工况：额定负荷（MCR）在(26-32)%到(45-50)%区间，在这个区间，水位控制由单冲量控制切换至三冲量控制。这时，给水旁路调整门满足不了调整需要，主给水调整门开始参与调节汽动给水泵A出口压力。因此时的流量大于额定流量的32%，A汽泵小流量控制系统将自动关闭。B汽泵不工作。
     四区间工况：额定负荷（MCR）在(45-50)%到100%区间，水位控制的方式在这个区间是从单冲量控制模式转换至三冲量控制模式，汽动给水泵B也已运行，与汽动给水泵A通过改变各自的主给水调整门开度来共同参与调节出口压力。
系统静态实验
     新机组或着刚检修完的机组，在没起机之前，都需要进行静态试验，通过实验来优化组态逻辑和系统，调试整个机组。三位一体真空电化学除氧器水位的实验有以下三部分组成。
三位一体真空电化学除氧器水位测量系统检查
     1、检查水位测量平衡缓冲容器的规格参数是否匹配要求，实际安装是不是符合工艺要求。
     2、确认水位测量差压变送器的正负压侧，水位的变化对应差压的变化。水位变大，差压变大。反之，差压变小。
     3、根据计算书的条件，强制水位信号值和三位一体真空电化学除氧器压力值，来对比计算书的计算值和实际值是否一致，满足要求。
信号流程检查
     1、调试给水调门的特性，强制给水调门的水位的输入信号，观察阀门动作的方向和速度；水位的变化对应阀门开度的变化，水位由高到低，阀门开度应该有小到大，反之，阀门开度应该有大到小。
     2、强制给水调门的给水流量的输入信号，观察阀门动作的方向和速度；流量的变化对应阀门开度的变化，给水流量由高变低，阀门开度应该有小到大，反之，阀门开度应该有大到小。
     3、强制给水调门的凝结水流量的输入信号，观察阀门动作的方向和速度；凝结水流量的变化对应阀门开度的变化，凝结水流量由高变低，阀门开度应该有大到小，反之，阀门开度应该有小到大。
其它一些控制功能检查
     1、PID参数整定的功能
     2、组态逻辑的功能
     3、给水泵手动、自动和遥控切换的功能
     4、单冲量控制与三冲量控制切换的功能
     5、水位、流量测量值优选和坏点判断的功能
     6、压力和温度对水位、流量测量补偿的功能
     阐述了三位一体真空电化学除氧器水位的控制方式策略。先展示了常用的几种三位一体真空电化学除氧器水位控制方式，比较了这几种方式的优缺点；然后根据实际生产情况需求，选定适合的控制方案；其次，分析了三位一体真空电化学除氧器水位在不同负荷阶段的切换和跟踪情况；通过静态试验对机组起机的参数进行检查分析。