除氧器水位控制

课程实验总结报告
实验名称:除氧器水位控制系统实践
课程名称:专业综合实践：大型火电机组热控系统设计及实现（3）
1 概述
1.1 除氧器工作原理
除氧器的主要作用是除去锅炉给水中的氧气和其它不凝结气体，以保证给水的品质。

若水中溶解氧气，就会使与水接触的金属被腐蚀，同时在热交换器中若有气体聚积，将使传热的热阻增加，降低设备的传热效果。

因此水中溶解有任何气体都是不利的，尤其是氧气，它将直接威胁设备的安全运行。

在火电厂采用热力除氧，除氧器本身又是给水回热系统中的一个混合式加热器，同时高压加热器的疏水、化学补水及全厂各处水质合格的高压疏水、排汽等均可汇入除氧器加以利用，减少发电厂的汽水损失。

在双鸭山600MW火电机组中使用的是旋膜式除氧器（又称膜式除氧器及水膜式除氧器），这是一种新型热力除氧器，是用汽轮机抽汽将锅炉给水加热到对应除氧器工作压力下的饱和温度，除去溶解于给水的氧及其它气体，防止和降低锅炉给水管、省煤器和其它附属设备的腐蚀。

可用于定压、滑压等方式运行，并且具有运行稳定，除氧效率高，适应性能好等特点。

适用于各类电力系统锅炉、工业锅炉给水及热电厂补给水的除氧旋膜改进型除氧器是近年来研究并推广的一种全新结构除氧器。

其设计主要是将原射流式改为旋射膜式，是集旋膜及泡沸缩合为一体的高效能新型除氧器，具有除氧效率高，换热均匀，耗气量小，运行稳定，适应性能好，对水质、水温要求不苛刻等优点，而且可超出运行。

除氧器水位过高：大量水从溢水管排出，造成工质和热量损失；造成除氧器内工作压力不稳定及设备安全；水位过高可能会淹没除氧头，影响除氧效果。

除氧器水位过低：使给水泵进口压力降低，造成给水泵汽化，严重时会造成给水泵损坏危及机组安全。

因此维持除氧器水位稳定十分重要。

1.2 定压运行滑压运行
除氧器的定压运行即运行中不管机组负荷多少，除氧器始终保持在额定的工作压力下运行。

定压运行时抽汽压力始终高于除氧器压力，用进汽调节阀节流调
节进汽量，保持除氧器额定工作压力。

除氧器加热蒸汽压力随机组负荷和抽汽压力变化而变化的运行方式，称为除氧器滑压运行。

即：启动时，除氧器保持最低恒定压力，负荷增加到额定值时，除氧器达到最高工作压力；机组负荷变化时，除氧器的工作压力随抽汽压力而变。

2 控制原理
2.1 除氧器DCS画面
经由低加加热过的凝结水输送至除氧器，在除氧器中经过被汽机抽汽进行加热后，分离出水中的氧气。

除氧后的水汇集到除氧器的水箱中，再由给水泵打出送至高加、省煤器，氧气则排出大气。

除氧器的组态画面如下图所示，低加来的凝结水流入除氧器，给水泵将除氧器水箱中的水打出，除氧器疏水阀的作用是当除氧器水位较高时紧急疏水。

图2-1 除氧器水位控制DCS画面
2.2 控制逻辑
除氧器水位控制分为旁路控制和主路控制。

旁路控制采用单回路控制策略，控制器采用PID控制器。

主路控制又分为单冲量控制（单回路控制）和三冲量控制（串级控制），单冲量和三冲量可以随时切换。

在除氧器水位主路控制回路中，控制量为除氧器水位主调节门开度，被控量为除氧器水位。

单回路控制时，除氧器水位作为过程量送入PID调节器，通过与设定值形成
偏差进行调节。

串级控制时，以除氧器水位为主调，作为过程量送入主调节器，其输出作为副调节器的设定值，副调节器的过程量为除氧器入口凝结水流量，其输出送入手操站后形成除氧器水位调节门指令，调节除氧器水位调节门开度来调节除氧器水位。

图2-2 除氧器水位控制逻辑
3 对象特性
为了得到对象的特性，在手动状态下，通过对除氧器水位调节门阀位的阶跃变化，绘制除氧器水位和凝结水流量的阶跃响应曲线，进而得到近似的对象特性。

将疏水阀阀位由72%调小到69%，得到的阶跃响应曲线如下，红色表示实际水位的变化曲线，黄色表示阀位开度变化。

除氧器的控制系统有两个回路，内回路的被控对象为除氧器水位调节门开度与除氧器入口凝结水流量关系，这是一个比例关系：
1()115G s =
外回路是除氧器入口凝结水流量与除氧器水位关系，这是一个非自衡对象：
()1()()y s W s s Ts μ== 式中，()2121205848460y T t ∆-=
==∆-⨯ 4 PID 参数整定
4.1 控制器正反作用
在一个控制回路中，为了保证回路是负反馈作用，各环节放大系数乘积必须为负，所以若控制对象为正对象，则控制器为反作用；反之若控制对象为负对象，则控制器为正作用。

副调节器：当调节阀增大时，除氧器入口凝结水流量增大，故内回路被控对象为正对象，所以副调节器作用方式为反作用方式。

主调节器：除氧器入口凝结水流量增加，除氧器水位增加，故主被控过程放
大为正对象，所以主调节器作用方式为反作用方式。

4.2 实验步骤
1.原PID参数条件下，系统投入运行后，根据系统自身的调节性能等待除氧器
水位达到稳定值。

2.在控制系统投入自动的运行工况下，除氧器水位达到稳定后，改变水位设定
值，在趋势管理界面观察并记录水位变化的数值及其过渡曲线。

3.利用试凑法或经验法调整PID控制器参数，再重复上述步骤，观察并记录此
时系统的调节响应曲线是否满足要求。

4.3 原PID参数效果
原PID参数：
内回路：比例带：δ=1；积分时间：T=0；微分增益：Td=0；
外回路：比例带：δ=1；积分时间：T=100；微分增益：Td=0；
将控制投入自动后不改变设定值，除氧器水位达到稳定后受扰动响应曲线如下：
图4-1 原PID控制效果
分析：
①加入阶跃扰动后，系统能达到稳定，但有静差；
②水位存在一定的振荡；
③阀门动作频繁。

4.4 参数整定
因为理论的整定方法过于繁琐和时间限制，我们采用试凑法对PID参数进行整定。

而对于水位振荡问题，我们通过设置控制器的PIDDB=|PV-SP|死区后，控制效果也得到了很好的改善。

经过多次试凑实验，我们终于得到了较为满意的控制器参数：
内回路：比例带：δ=1.5；积分时间：T=0；微分增益：Td=0；
外回路：比例带：δ=0.7；积分时间：T=50；微分增益：Td=0；
在该参数下，给设定值一个50mm的阶跃，系统的控制效果如下：
图4-2 新PID控制效果
显然，新的PID参数的控制效果明显优于原PID，参数优化较为成功。

5 总结
通过本次试验，我们对除氧器的工作原理和控制原理有了更加深入的理解，对除氧器的定压滑压运行有了新的认识。

1.进行对象特性试验，根据对象特性建立了对象的数学模型，根据此模型更有
利于对控制参数进行优化；
2.在整定的串级三冲量回路中更加体会到了串级控制在快速克服二次扰动的
作用；
3.值得注意的是在载入状态后，需将与除氧器有关的阀门都切换成手动状态，
以消除其对除氧器水位的影响；
4.使用死区可以有效克服阀门频繁动作这一现象。