真空除氧器、凝汽器水位自动控制策略改造 

       真空除氧器、凝汽器水位自动控制策略改造，真空除氧器和凝汽器是火力发电厂的两个重要设备，其水位是否能够在机组进行大幅度负荷变化时保持在较小的范围内变化，关系着机组运行的安全性和经济性，因此火力发电厂对真空除氧器和凝汽器水位的控制有着较为严格的要求。姚孟电厂#3机组始建于上个世纪七十年代，由于当时还没有DCS控制系统，受制于当时的技术条件其控制策略也采用就地就近的控制原则，其水位控制一直不能满足机组大幅度变负荷的要求。#3机组进行DCS控制升级改造后，对原有的控制策略进行改进和优化使其能够满足当前的工况要求。
1概述
1.1#3机组主设备简介
      锅炉采用盘旋管锅炉，该锅炉的型号为CMI923.76/183.9/543-859.46/39.8/543亚临界直流锅炉。过热蒸汽压力18.39Mpa，过热汽温543℃,一次中间再热，再热汽温543℃。锅炉本体塔式布置。
汽轮机生产的冲动式汽轮机，型号为T2A300.30.2F1044。主汽压力17.75，主汽温度540℃,再热汽温540℃。
1.2热控系统简介
      机组采用单元制运行方式，炉、机、电集中控制。锅炉、汽机、除氧给水、发电机主要系统在集控室控制。其他辅助系统如化水处理、循环水泵、灰浆泵等分别在各车间就地控制。本机组控制系统原来采用立盘式按钮控制，后改造生产的DCS控制系统，2013年大修时将原系统升级为新的霍尼韦尔PKS系统，系统功能设计基本能满足运行要求。包含以下子系统：BMS（燃烧器管理系统）——具有主燃料跳闸、火焰监视、炉膛吹扫、燃烧器控制、油系统投退等功能。MCS（模拟量控制系统）——系统设计包括协调、汽温、负压、给水等自动调节系统。SCS（顺序控制系统）——对机炉的主要辅机，制粉系统的启停，设备的联锁保护功能。ECS（电气控制系统）——实现对电气设备如同期、励磁等设备的远方操作功能。
1.3改造前真空除氧器、凝汽器水位控制系统简介
      下图所示为#3机组凝结水系统的热力系统图。原调节系统由控制阀MW402（凝汽器补水阀）、LW414（真空除氧器上水调节阀）、LW435（凝结水放水阀）、LW437（凝泵再循环阀）和凝结水泵变频调节组成。
图1原系统流程图
      注：凝结水流量测点，修改到低加出口位置，能更加直观的反映凝结水流量。
1.4改造前真空除氧器水位调节存在问题
      由于原真空除氧器水位调节系统由MW402（凝汽器补水阀）和LW435（凝结水放水阀）共同控制，通过调节凝结水补水阀门MW402的开度，调节控制凝汽器水位，从而间接控制真空除氧器水位，该控制策略存在水位调节滞后，易发生耦合摆动以及超调等调节问题。并且根据历史趋势发现在实际运行过程中MW402（凝汽器补水阀）和LW435（凝结水放水阀）以一小时为周期交替全开全关，对阀门磨损较大，缩短了阀门的使用寿命，增加了维护成本。并且造成了对内部水循环的扰动，降低了热经济性。另外，在机组进行大幅度的增减负荷时，由于水位调节的滞后性，使真空除氧器水位大幅度的波动，给生产运行的经济性和安全性造成威胁。
1.5改造前凝汽器水位调节系统存在问题
      原凝汽器水位调节由LW414、LW437和凝汽器变频控制，由于该三种调节方案全部是控制凝汽器流出流量，没有控制流入凝汽器流量的手段，所以在凝汽器和真空除氧器水位同时低时没有有效的调节手段，只能等待汽轮机的凝结水补充，调节滞后且容易造成大范围的超调，尤其在负荷较低的情况下，凝汽器在较长的时间段内处于低水位运行，不利于汽轮机的安全运行。因此利用大修的机会对其控制逻辑进行优化和调整。
2改造优化目的
      1）通过真空除氧器水位调节优化，提高真空除氧器水位控制的快速性和调节的稳定性。（2）通过凝汽器水位调节优化，提高凝汽器水位控制的快速性和调节的稳定性。（3）使LW414基本处于全开状态，减少节流损失，LW435和MW402处于全关位置，减少外部对系统的扰动，增强凝泵变频器的调节功能，充分发挥凝泵变频器的作用节省厂用电，提高机组的经济性能和安全性能。同时减少各个阀门调节的次数和频率，降低磨损程度增加阀门的使用寿命。
3优化项目
      1）真空除氧器水位调节系统。
      2）凝汽器水位调节系统。
      3）凝泵变频调节系统。
      4）真空除氧器、凝汽器水位保护系统。
      5）凝结水、给水连锁保护系统。
4优化措施
4.1优化逻辑部分
      1）原凝结水补水阀MW402调节策略修改为：调节凝汽器水位，提高凝汽器水位调节的快速性。
      2）原凝泵变频调节修改为真空除氧器水位和凝汽器水位共同调节，由原来的单冲量控制优化修改为单冲量和三冲量在不同负荷时切换调节控制，原单冲量控制增加供热回水流量、凝结水流量和LW435阀门开度指令作为前馈。新增三冲量控制增加凝结水流量二级PID闭环和给水流量前馈。
      3）原LW435放水阀，修改为真空除氧器水位和凝汽器水位联合调整阀；其水位设定值比凝汽器正常水位设定值略高，具体数值由运行在操作员站设定，并且加入凝汽器水位和LW414阀门开度指令为前馈加快阀门的动作速度，缩短响应时间。该阀门主要参与保护调节，防止凝汽器水位过高。
      4）原LW414调节阀，修改为当凝泵变频控制投入自动时，LW414自动调节凝结水母管压力；当变频调节处于手动状态时调节真空除氧器水位和凝汽器水位。并且在水位控制时设置有根据负荷自动切换的单冲量和三冲量调节模式。
      5）原LW437调节阀，调节逻辑不变，不设置PID调节回路，其阀门开度指令根据凝泵变频器反馈和LW414阀门开度设置对应开度曲线，用于凝泵小流量控制保护凝泵。
      6）修改各水位设定值区间和保护动作参数。
      7）大修期间调整各阀门，保证阀门的流量特性和阀门死区要求。
4.2优化流量测点部分
      增加一个凝结水流量变送器，提高水位调节可靠性；同时改变流量测点的安装位置，由凝泵出口移至#4低加出口，保证未来供热系统运行，系统抽水回水后，凝结水流量测量的准确性。
5改造后效果
5.1水位调节品质明显改善
      改造后水位调节品质见下图，图2为逻辑修改后的真空除氧器水位曲线，取24小时的曲线。改造前真空除氧器水位波动幅度大，水位不稳定。改造后水位控制不仅在负荷稳定时控制的很好，而且在负荷改变时，也能够快速稳定，维持在给定值的±50mm上下，调节效果良好。图3为逻辑修改后的凝汽器水位曲线（两个水位测点）。
      从图中可以看出，改造前凝汽器水位摆动快，造成LW414、LW437阀门也在频繁调节，常造成机械损坏，调节阀卡涩、磨损、漏流，执行机构开关操作失灵等故障；改造后水位控制稳定，控制阀门调节减缓。
5.2凝汽器补给水流量大幅降低，节能效果显著
      由于原调节系统通过调节凝结水补水阀MW402的开度，控制凝汽器水位，间接控制真空除氧器水位，存在水位调节滞后，使MW402经常开关，所以补水流量也在大幅变化，不停对系统补水；同时又由于水位调节滞后使凝结水放水阀LW435为维持真空除氧器水位，也在不停开关对系统放水，造成水源的极大浪费。改造后，不仅真空除氧器水位、凝汽器水位能保持稳定，凝汽器补水阀MW402自动状态下通常也不再开启，补水流量基本为零，按凝结水流量大值750t/h的一半计算，改造后每天可节省化学来的补给水大约9000吨，节能效果显著。
      经过试验以及参数调整，现MW402、LW414、凝泵变频、LW435、LW437全部投入自动正常。并且能保证凝汽器和真空除氧器水位在正常控制范围内，凝泵变频控制在85%左右，LW414开度控制在30%左右控制凝结水压力，MW402、LW437全关、LW435在35%开度。MW402和LW435避免了周期性的全开全关，凝泵变频器实现了稳定控制，基本实现了预期目标。
图3逻辑修改后的凝汽器水位曲线
      经过反复的试验和调试，以及对不同工况下的参数的调整，终使真空除氧器和凝汽器的水位调节获得了比较满意的结果，给机组的安全稳定运行提供了有力的保障。降低了运行人员的劳动强度，提高了设备的经济效益。