三位一體真空電化學(xué)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(xué)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(guān)乎著機(jī)組的安全運(yùn)行，而三位一體真空電化學(xué)除氧器水位是否能夠精準(zhǔn)控制對(duì)三位一體真空電化學(xué)除氧器的正常運(yùn)行也至關(guān)重要，因此，我們對(duì)三位一體真空電化學(xué)除氧器水位的監(jiān)測(cè)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(xué)除氧器水位控制系統(tǒng)
     單沖量三位一體真空電化學(xué)除氧器水位控制系統(tǒng)用于給水流量低時(shí)（機(jī)組開機(jī)或者機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行）的工況。PID控制器通過采集來自三位一體真空電化學(xué)除氧器實(shí)時(shí)的水位信號(hào)值H，與控制器的設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，從而得到設(shè)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(zhuǎn)換為控制指令信號(hào)輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，后通過控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)三位一體真空電化學(xué)除氧器水位值。電廠運(yùn)行人員設(shè)置一個(gè)給定值，三位一體真空電化學(xué)除氧器實(shí)時(shí)液位值經(jīng)過三值取中值的邏輯得出一個(gè)優(yōu)選液位值，這個(gè)優(yōu)選的液位值與控制器的設(shè)定定值進(jìn)行對(duì)比后，信號(hào)輸入到PID控制器，經(jīng)PID控制器計(jì)算后，輸出值到電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊功能塊中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊將值轉(zhuǎn)化為電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的指令值輸出到電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過就地執(zhí)行機(jī)構(gòu)來進(jìn)行調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量，來達(dá)到控制三位一體真空電化學(xué)除氧器液位，使實(shí)際液位趨近液位給定值。如果控制效果差，我們可以通過調(diào)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(xué)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(xué)除氧器水位控制系統(tǒng)
單級(jí)三沖量三位一體真空電化學(xué)除氧器水位控制系統(tǒng)
     單級(jí)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要適用于機(jī)組給水流量大于一定值時(shí)（機(jī)組開機(jī)或者剛并網(wǎng)時(shí)），三位一體真空電化學(xué)除氧器水位只受到總給水流量信號(hào)的影響。三位一體真空電化學(xué)除氧器水位的調(diào)控采集三位一體真空電化學(xué)除氧器實(shí)時(shí)水位信號(hào)值進(jìn)行比較，再加入給水流量信號(hào)值參與計(jì)算，終將計(jì)算值轉(zhuǎn)換為執(zhí)行器控制指令輸出到執(zhí)行器，控制執(zhí)行器動(dòng)作來調(diào)節(jié)除氧器水位。下圖3-2所示為單級(jí)三沖量的三位一體真空電化學(xué)除氧器液位控制圖。
圖3-2三位一體真空電化學(xué)除氧器水位單級(jí)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(xué)除氧器水位、凝結(jié)水流量；Vg、Vh、Vn——為給水流量、三位一體真空電化學(xué)除氧器水位、凝結(jié)水流量測(cè)量變送器的斜率；Ag、An——為給水流量信號(hào)與凝結(jié)水流量信號(hào)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(xué)除氧器水位、凝結(jié)水流量信號(hào)。
串級(jí)三沖量三位一體真空電化學(xué)除氧器水位控制系統(tǒng)
     在給水流量大時(shí)（機(jī)組已并網(wǎng)且負(fù)荷大于30%設(shè)計(jì)高負(fù)荷）三位一體真空電化學(xué)除氧器的水位調(diào)節(jié)是一個(gè)非常經(jīng)典的串級(jí)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。串級(jí)三沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)是通過運(yùn)用兩個(gè)PID調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)目標(biāo)的，兩個(gè)調(diào)節(jié)器有主副之分，主調(diào)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(diào)節(jié)規(guī)律來實(shí)現(xiàn)，其比較計(jì)算后的輸出指令信號(hào)值與凝結(jié)水流量信號(hào)都輸出到副調(diào)節(jié)器，而給水流量信號(hào)作為前饋信號(hào)也輸出到負(fù)調(diào)節(jié)器來保證調(diào)節(jié)。與主調(diào)節(jié)器不同，副調(diào)節(jié)器為保證調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度，一般都是用比例系數(shù)的調(diào)節(jié)器。串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)就是當(dāng)兩個(gè)變量，即凝結(jié)水流量和給水流量，任一變量發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，通過主副調(diào)節(jié)器都能消除擾動(dòng)，保證三位一體真空電化學(xué)除氧器水位值得穩(wěn)定。例如，當(dāng)變量凝結(jié)水流量變化時(shí)，通過PID調(diào)節(jié)器內(nèi)部控制回路的作用可以很快消除擾動(dòng)；又比如當(dāng)主變量給水流量變化時(shí)，通過PID調(diào)節(jié)器的內(nèi)部回路作用到凝結(jié)水流量上，使凝結(jié)水流量跟上給水量的變化。
     從上文中表述的串級(jí)三沖量控制和單級(jí)三沖量控制這兩種調(diào)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(jí)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(dú)立的存在。盡管回路中的兩個(gè)變量給水流量和凝結(jié)水流量也會(huì)影響到主回路和副回路，但是它們?cè)谡麄�(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的作用卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于單級(jí)回路。所以在這整個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)當(dāng)中，三位一體真空電化學(xué)除氧器水位的偏差主要是由主控制器來進(jìn)行消除和修正，終使三位一體真空電化學(xué)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(jí)控制的系統(tǒng)都擁有優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)調(diào)整能力和穩(wěn)態(tài)調(diào)整能力，從而使主受控對(duì)象的控制質(zhì)量有保證，終達(dá)到無誤差調(diào)節(jié)。當(dāng)次級(jí)回路中發(fā)生干擾時(shí)，因?yàn)榛芈樊?dāng)中次級(jí)受控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)值T小于主受控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)值T，所以當(dāng)主受控量未因干擾而動(dòng)作時(shí)，次級(jí)回路因?yàn)楦蓴_已經(jīng)十分快速的動(dòng)作，有效消除了主被控對(duì)象因?yàn)閿_動(dòng)而發(fā)生的變化。另外，若將干擾施加到主受控對(duì)象上，但因?yàn)橛写渭?jí)回路，從而使次級(jí)受控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)T大幅度降低，十分有效的改善了系統(tǒng)的響應(yīng)能力并提高了動(dòng)態(tài)調(diào)整能力。
如圖3-3所示
圖3-3三位一體真空電化學(xué)除氧器水位串級(jí)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(xué)除氧器水位、凝結(jié)水流量；Vn、Vg、Vh——為凝結(jié)水流量、給水流量、三位一體真空電化學(xué)除氧器水位測(cè)量變送器的斜率；An、Ag——為凝結(jié)水流量信號(hào)和給水流量信號(hào)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(xué)除氧器水位、凝結(jié)水流量信號(hào)。
三位一體真空電化學(xué)除氧器控制方案選擇
     三位一體真空電化學(xué)除氧器水位在三位一體真空電化學(xué)除氧器水位的控制系統(tǒng)中一直是作為一個(gè)被調(diào)量，如果只有一個(gè)三位一體真空電化學(xué)除氧器水位作為反饋的話，這個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)際上就是一個(gè)簡(jiǎn)單的單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)�，F(xiàn)在應(yīng)用單沖量控制水位的電廠大都是一些機(jī)組容量小的電廠，因?yàn)槠湓谶\(yùn)行過程中，當(dāng)負(fù)荷維持穩(wěn)定不變時(shí)，三位一體真空電化學(xué)除氧器水位處于相對(duì)穩(wěn)定的情況，三位一體真空電化學(xué)除氧器的水位信號(hào)在單沖量控制系統(tǒng)中是被調(diào)量，也就是主控制信號(hào)，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(diào)節(jié)水位就能滿足生產(chǎn)需要。但是在一些中大型機(jī)組中就不能采用單沖量控制來調(diào)節(jié)水位，因?yàn)閱螞_量控制雖然其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，但是其只有一個(gè)被調(diào)量就是三位一體真空電化學(xué)除氧器水位，在機(jī)組負(fù)荷升高或降低時(shí)非常容易出現(xiàn)“虛假水位”這種現(xiàn)象，這時(shí)候水位的變化不僅趕不上負(fù)荷的變化，反而可能會(huì)朝相反的方向變化，引起水位、負(fù)荷波動(dòng)大，延長(zhǎng)了調(diào)節(jié)時(shí)間，加大了調(diào)節(jié)難度，造成整個(gè)汽水系統(tǒng)的不平衡。但在一些大型機(jī)組中卻可以采用單沖量控制來調(diào)節(jié)水位，因?yàn)樵诖笮蜋C(jī)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(huì)影響汽水系統(tǒng)的平衡。
     在如今機(jī)組容量小的電廠，大都是使用單沖量控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)，確保三位一體真空電化學(xué)除氧器水位維持在運(yùn)行需要的水位，具體來說，就是通過調(diào)節(jié)化學(xué)精處理補(bǔ)水門開度和低加至三位一體真空電化學(xué)除氧器調(diào)門開度來控制水位，也有部分中小型機(jī)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(jī)組，都使用的是全程調(diào)控系統(tǒng)，即當(dāng)機(jī)組負(fù)荷低于10%額定設(shè)計(jì)大負(fù)荷時(shí)，給水流量低且流量值不穩(wěn)定，這時(shí)選擇單沖量控制邏輯來調(diào)節(jié)水位。然而當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于10%額定設(shè)計(jì)大負(fù)荷的時(shí)候，給水流量逐漸變大且流量值趨于穩(wěn)定，這時(shí)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(xué)除氧器水位值、凝結(jié)水流量值、給水流量值三個(gè)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(xué)除氧器進(jìn)水門，因此，在三位一體真空電化學(xué)除氧器水位的調(diào)控當(dāng)中，使用三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一種切實(shí)可行的方法。三沖量三位一體真空電化學(xué)除氧器水位調(diào)控系統(tǒng)當(dāng)中是有兩部分控制回路所構(gòu)成，一個(gè)是閉合的副回路，由壓力變送器壓力值、給水流量值、調(diào)節(jié)模塊和調(diào)節(jié)門組成；另外一個(gè)是閉合的主回路，副回路和被調(diào)量三位一體真空電化學(xué)除氧器水位組成了這個(gè)回路。因此，三沖量調(diào)控系統(tǒng)總結(jié)起來實(shí)際上可以說是一種反饋加上前饋的串級(jí)控制系統(tǒng)。
前饋-反饋串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)
     使用串級(jí)控制的系統(tǒng)都擁有優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)調(diào)整能力和穩(wěn)態(tài)調(diào)整能力，從而使主受控對(duì)象的控制質(zhì)量有保證，終達(dá)到無誤差調(diào)節(jié)。當(dāng)次級(jí)回路中發(fā)生干擾時(shí)，因?yàn)榛芈樊?dāng)中次級(jí)受控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)值T小于主受控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)值T，所以當(dāng)主受控量未因干擾而動(dòng)作時(shí)，次級(jí)回路因?yàn)楦蓴_已經(jīng)十分快速的動(dòng)作，有效消除了主被控對(duì)象因?yàn)閿_動(dòng)而發(fā)生的變化。另外，若將干擾施加到主受控對(duì)象上，但因?yàn)橛写渭?jí)回路，從而使次級(jí)受控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)T大幅度降低，十分有效的改善了系統(tǒng)的響應(yīng)能力并提高了動(dòng)態(tài)調(diào)整能力。
給水流量調(diào)控方法的實(shí)現(xiàn)
     給水流量的控制，常用的方式有兩種，一種是通過調(diào)節(jié)給水泵出口調(diào)門的開度來調(diào)控給水流量的大小，但是這種方法經(jīng)濟(jì)性差，耗能高，調(diào)門經(jīng)常動(dòng)作會(huì)引起調(diào)節(jié)精度差。另一種控制方式就是調(diào)節(jié)給水泵的轉(zhuǎn)速來控制給水流量的大小，這種方式經(jīng)濟(jì)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(diào)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(duì)機(jī)組在各負(fù)荷工況下，集散控制系統(tǒng)切換PID控制方式的過程進(jìn)行跟蹤記錄。為了防止工況之間頻繁切換，導(dǎo)致調(diào)節(jié)難度變大，我們?cè)诟鱾�(gè)工況之間都要加入回差來防止這個(gè)現(xiàn)象發(fā)生�；夭畹脑O(shè)定區(qū)間一般是額定負(fù)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(fù)荷MC的百分比顯示。
可將工況根據(jù)負(fù)荷的高低分為以下四種情況：
     一區(qū)間工況：額定負(fù)荷（MCR）在0%到10%～15%區(qū)間，因?yàn)樗�位調(diào)節(jié)還處在單沖量控制的環(huán)節(jié)，給水旁路調(diào)整門的開度被用來調(diào)節(jié)水位，確保汽動(dòng)給水泵A以恒定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。汽動(dòng)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(hù)值。汽動(dòng)給水泵B不運(yùn)行。
     二區(qū)間工況：額定負(fù)荷（MCR）在(10-16)%到(25-31)%區(qū)間，因?yàn)樗�位調(diào)節(jié)仍處在單沖量控制的環(huán)節(jié)，但是調(diào)速系統(tǒng)切換至遙控模式，運(yùn)用變頻器來改變轉(zhuǎn)速調(diào)整水位，給水旁路調(diào)整門的開度被用來調(diào)節(jié)汽動(dòng)給水泵A出口壓力，當(dāng)給水流量大于145t/h汽動(dòng)給水泵A再循環(huán)電動(dòng)門和調(diào)門將聯(lián)鎖關(guān)閉。汽動(dòng)給水泵B不運(yùn)行。
     三區(qū)間工況：額定負(fù)荷（MCR）在(26-32)%到(45-50)%區(qū)間，在這個(gè)區(qū)間，水位控制由單沖量控制切換至三沖量控制。這時(shí)，給水旁路調(diào)整門滿足不了調(diào)整需要，主給水調(diào)整門開始參與調(diào)節(jié)汽動(dòng)給水泵A出口壓力。因此時(shí)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(dòng)關(guān)閉。B汽泵不工作。
     四區(qū)間工況：額定負(fù)荷（MCR）在(45-50)%到100%區(qū)間，水位控制的方式在這個(gè)區(qū)間是從單沖量控制模式轉(zhuǎn)換至三沖量控制模式，汽動(dòng)給水泵B也已運(yùn)行，與汽動(dòng)給水泵A通過改變各自的主給水調(diào)整門開度來共同參與調(diào)節(jié)出口壓力。
系統(tǒng)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)
     新機(jī)組或著剛檢修完的機(jī)組，在沒起機(jī)之前，都需要進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)來優(yōu)化組態(tài)邏輯和系統(tǒng)，調(diào)試整個(gè)機(jī)組。三位一體真空電化學(xué)除氧器水位的實(shí)驗(yàn)有以下三部分組成。
三位一體真空電化學(xué)除氧器水位測(cè)量系統(tǒng)檢查
     1、檢查水位測(cè)量平衡緩沖容器的規(guī)格參數(shù)是否匹配要求，實(shí)際安裝是不是符合工藝要求。
     2、確認(rèn)水位測(cè)量差壓變送器的正負(fù)壓側(cè)，水位的變化對(duì)應(yīng)差壓的變化。水位變大，差壓變大。反之，差壓變小。
     3、根據(jù)計(jì)算書的條件，強(qiáng)制水位信號(hào)值和三位一體真空電化學(xué)除氧器壓力值，來對(duì)比計(jì)算書的計(jì)算值和實(shí)際值是否一致，滿足要求。
信號(hào)流程檢查
     1、調(diào)試給水調(diào)門的特性，強(qiáng)制給水調(diào)門的水位的輸入信號(hào)，觀察閥門動(dòng)作的方向和速度；水位的變化對(duì)應(yīng)閥門開度的變化，水位由高到低，閥門開度應(yīng)該有小到大，反之，閥門開度應(yīng)該有大到小。
     2、強(qiáng)制給水調(diào)門的給水流量的輸入信號(hào)，觀察閥門動(dòng)作的方向和速度；流量的變化對(duì)應(yīng)閥門開度的變化，給水流量由高變低，閥門開度應(yīng)該有小到大，反之，閥門開度應(yīng)該有大到小。
     3、強(qiáng)制給水調(diào)門的凝結(jié)水流量的輸入信號(hào)，觀察閥門動(dòng)作的方向和速度；凝結(jié)水流量的變化對(duì)應(yīng)閥門開度的變化，凝結(jié)水流量由高變低，閥門開度應(yīng)該有大到小，反之，閥門開度應(yīng)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(dòng)、自動(dòng)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(cè)量值優(yōu)選和壞點(diǎn)判斷的功能
     6、壓力和溫度對(duì)水位、流量測(cè)量補(bǔ)償?shù)墓δ?BR style="FONT-FAMILY: ">     闡述了三位一體真空電化學(xué)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(xué)除氧器水位控制方式，比較了這幾種方式的優(yōu)缺點(diǎn)；然后根據(jù)實(shí)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(xué)除氧器水位在不同負(fù)荷階段的切換和跟蹤情況；通過靜態(tài)試驗(yàn)對(duì)機(jī)組起機(jī)的參數(shù)進(jìn)行檢查分析。