除氧器水位控制的節能優化策略

戴錫輝+熊輝

摘 要：本文提出了一種基于壓力自適應的除氧器水位控制的節能優化策略。凝結水流量調節閥三沖量調節除氧器水位，凝結水泵變頻控制凝結水母管壓力，凝結水流量調節閥的閥位通過PID運算自動修正凝結水壓力目標值，使凝結水流量調節閥始終處于最佳開度，同時在中高負荷段通過全開除氧器副調節閥，盡量減小調節閥的節流損失和管道阻力，達到最佳的節能效果。

關鍵詞：壓力自適應；除氧器水位；節能

中圖分類號：TK223 文獻標識碼：A

0.引言

近年來隨著國家對節能環保越來越重視，各電廠都開始在節能降耗上下功夫。目前，凝結水泵已有不少機組改造為變頻泵，凝泵變頻在各新建電廠也成了主流配置。怎樣能夠控制除氧器水位在各種工況下的穩定，同時盡量減小凝結水壓力和管道阻力，充分發揮變頻泵的節能效果，是近年來一直在研究的問題。本文提出的基于壓力自適應的除氧器水位控制的節能優化策略，通過與常規的變頻控制方案對比，優化了除氧器水位控制及凝泵變頻控制策略，進一步降低了管道阻力，進一步挖掘了凝泵變頻的優勢，達到了最佳的節能效果。

1.常規的除氧器水位控制策略

600MW超臨界直流機組一般配有兩臺100%變頻泵，正常運行時一用一備。凝結水流量調節閥設計有主副兩個調節閥，主閥100%流量調節，副閥30%流量調節。30%負荷以下時副調節閥單沖量調節除氧器水位，凝結水泵變頻調節凝結水母管壓力。30%負荷以上時切換至凝結水泵三沖量（除氧器水位、主給水流量、凝結水流量）調節除氧器水位，凝結水流量主調節閥通過PID閉環調節凝結水壓力，副調節閥慢慢關閉。上述控制方案可以滿足除氧器水位調節的要求，同時通過凝結水流量主調節閥的調節作用，可以有效地減小凝結水壓力，降低凝結水泵電流，達到一定的節能效果。其中存在的問題是，壓力設定值的整定一般是通過各個負荷段的試驗得出，并不是最佳值，當凝結水用戶用水量發生變化時，調門開度也隨之變化。在實際運行過程中發現，凝結水流量調節閥開度通常在一定范圍內（50%～100%）變化，仍然存在一定的節流損失，不能達到最佳的節能效果，存在優化的空間。

2.基于壓力自適應的除氧器水位控制策略

2.1 凝結水流量調節閥的控制

在低負荷段，仍然采用凝結水流量副調節閥單沖量調節除氧器水位，凝結水泵變頻調節凝結水母管壓力。升負荷到30%后，凝結水流量副調節閥慢慢關閉，凝結水流量主調節閥進入串級三沖量調節。主調節器保證水位的無靜態偏差調節，主調節器的輸出和給水流量、凝結水流量共同作為副調節器的輸入，副調節器的作用主要是通過內回路進行給水流量和凝結水流量的比值調節，并快速消除來自給水側的擾動。在工藝上凝結水流量調節閥比凝結水泵更靠近除氧器，因此用凝結水流量調節閥控制除氧器水位能夠更加快速地對除氧器水位變化做出響應，對除氧器水位控制的精度更高。

2.2 凝結水泵的壓力自適應控制

凝結水泵閉環調節凝結水母管壓力，其中凝結水流量主副調節閥開度的函數作為凝結水泵轉速的前饋信號，加快凝泵的響應速度。凝結水母管壓力設定值為負荷對應的函數，該函數可通過試驗或查詢歷史曲線得出。在壓力設定值回路中加入了一路壓力修正回路，壓力修正回路通過一個閉環的PID調節器實現。通過凝結水主調節閥的閥位與設定的最佳閥位比較，自動計算出壓力修正值，使凝結水母管壓力自動適應工況的變化，最終控制凝結水主調節閥的開度穩定在最佳開度附近。經試驗，汕尾電廠2號機組凝結水主調節閥最佳開度約為88%。即當凝結水主調節閥開度小于88%時，壓力修正值減小，凝結水母管壓力降低，為了維持除氧器水位，凝結水主調節閥開大；當凝結水主調節閥開度大于88%時，壓力修正值增大，凝結水母管壓力升高，為了維持除氧器水位，凝結水主調節閥減小。調節閥的閥位始終控制在目標值88%附近。由于凝結水流量調節閥開度、凝結水母管壓力、除氧器水位相互影響，為了防止調節作用相互耦合發生振蕩，壓力修正回路的PID調節作用要盡量減弱。由于壓力設定值可以根據調節閥開度自動修正，因此壓力設定值函數不需要整定得太精確，減小了函數整定的難度。此外，在壓力修正值回路中引入了凝結水主調節閥開度的函數作為前饋信號，當凝結水主調節閥開度大于95%時迅速提高凝結水母管壓力，彌補凝結水主調節閥接近全開時調節裕量不足的缺陷。當高加退出、凝結水用量突然增大等異常工況時，該前饋信號可以迅速提高凝結水母管壓力，維持除氧器水位不發生大的波動。

3.除氧器副調節閥的有效利用

在原控制策略中，30%負荷以上時，除氧器副調節閥全關，完全由除氧器主調門調整除氧器水位。經過試驗調整發現在機組高負荷運行時，開大除氧器副調閥能有效降低除氧器調節閥節流損失，降低管道阻力，從而降低凝泵電耗。根據試驗情況，當機組負荷450MW以上時，同樣的一臺凝泵，電流能降低10A以上，節能效果非常明顯。在保證機組安全穩定運行的前提下，初步設定機組大于60%負荷時，開啟除氧器副調節閥，具體邏輯條件如下：

（1）各機組凝泵變頻投入運行，機組負荷大于450MW、除氧器主調門開度大于80%且凝泵出口壓力大于1.6MPa時，除氧器副調閥自動緩慢開啟至全開。

（2）凝泵工頻運行時該項節能措施不起作用，所以有任一凝結水泵工頻運行、凝泵工頻試運、凝泵定期切換時需要自動關閉除氧器副調閥。

（3）機組負荷小于400MW、除氧器主調門開度小于60%或凝泵出口壓力低于1.6MPa時，除氧器副調閥自動緩慢關閉。

（4）除氧器副調閥開關速率根據運行人員要求，可由熱控人員設定調節速率。

（5）優化后除氧器副調閥不影響除氧器主調和變頻自動控制，不影響機組低負荷時（約120MW）除氧器主副調控制自動切換。

4.實際應用效果

上述控制策略在汕尾電廠1、2號機組進行了實際應用。在升負荷過程中，凝結水流量調節閥迅速全開，凝結水母管壓力在負荷函數及調節閥函數的雙重作用下快速增大，整個過程中除氧器水位波動不超過20mm。變負荷結束后，在凝結水壓力設定值修正回路PID的調節作用下，經過一段時間調整，凝結水母管壓力自動調整到最佳的目標值，凝結水流量調節閥逐漸穩定在設定值88%附近。

與常規控制策略相比，該方案既能滿足機組在各種工況下除氧器水位、凝結水母管壓力的穩定調節，同時由于凝結水流量調節閥始終處于最佳開度，凝結水母管壓力在各個負荷段可降低0.2MPa～0.5MPa，單臺凝結水泵電流降低20A～40A，進一步挖掘了凝泵變頻的節能效果。

結語

本文提出了一種基于壓力自適應的除氧器水位控制節能優化策略，當負荷大于30%時，凝結水流量調節閥的串級三沖量調節保證了除氧器水位控制的穩定，凝結水壓力的自適應控制使調節閥處于最佳開度，實現了最佳的節能效果，同時調節閥對壓力設定值的前饋作用滿足了在高加退出、凝結水用量突然增大等異常工況下的控制要求。并且，在60%負荷以上時，通過全開除氧器副調節閥，有效降低管道阻力，進一步降低凝泵電流10A左右。綜上所述，采用該技術實現了除氧器水位的穩定調節和凝結水泵最佳的節能效果。

參考文獻

[1]陳世和，朱亞清，張曦.基于壓力自適應能力的凝結水節能控制技術研究與應用[J].中國電力，2011，44（11）：43-45.