一种除氧器加热蒸汽调节阀自动控制系统及方法

技术领域

本发明属于火力发电厂的自动控制领域，涉及锅炉的除氧器加热控制系统。具体涉及一种基于温度、压力状态控制加热蒸汽流量实现除氧器加热蒸汽调节阀自动控制的系统及方法。

背景技术

除氧器是火力发电厂的一种核心的热力设备，除氧器运行稳定性直接影响蒸汽的品质以及发电厂的经济效益。除氧器的主要功能是除去供水之中的氧气和别的不凝结的气体，确保供水的质量，减小腐蚀，提升传导热的效率。同时除氧器也是给水回热加热系统中的一个混合式加热器，起了加热给水、提高给水温度的作用。

图1为火力发电厂典型的除氧器加热系统结构示意图。

含氧水经过除氧器上水阀门7进入除氧器脱气塔1后到达除氧器贮水箱2。加热蒸汽经过除氧器加热蒸汽调节阀6进入除氧器脱气塔1对除氧器贮水箱2内的给水除去氧气和别的不凝结的气体，同时加热给水、提高给水温度。除氧器贮水箱2内为蒸汽、含氧水、除氧水的混合物。压力表3用于测量除氧器蒸汽的压力Ps。温度表4用于测量除氧器贮水箱水温Tw。水位计5用于测量除氧器贮水箱的水位Lw。除氧器贮水箱2底部出口的给水泵8将除氧水输送至锅炉给水系统。

除氧器上水阀门7控制对象为水位计5测量的除氧器贮水箱的水位。从除氧器贮水箱2底部出来的除氧水直接进入锅炉给水泵8，其流量大小受锅炉用水量控制。为便于析出氧的排出，顶部的除氧器排气阀9应对空常开，不纳入自动控制。除氧器上水阀门7、锅炉给水泵8、顶部的除氧器排气阀9的控制都较为成熟，本专利主要解决除氧器加热蒸汽调节阀6的控制。

除氧器加热蒸汽调节阀6通常以除氧器贮水箱内水的温度Tw为被控对象进行控制，但由于除氧器贮水箱水的温度变化较为缓慢，以温度为控制参数时，常出现水箱内水温达到了饱和温度，减小蒸汽量后，除氧器压力过低，不仅造成大量的水汽化，而且不利于析出氧的顺利排出，直接影响除氧效果。即以除氧器贮水箱内水的温度为被控对象进行控制无法保证除氧器蒸汽压力的稳定，另外控制过程中还可能造成除氧器贮水箱内水的温度Tw变化过快，对除氧器金属管到造成热冲击。

在大气压力下把水加热到沸腾时，水的饱和温度就等于汽水界面上的大气压力，水中氧及其他不溶解成分的分压力即等于零。此时，氧气在水中的溶解度急剧下降，因而从水中逸出，这就是热力除氧的原理。为了使除氧器内的气体能够顺利排到大气中，除氧器内保持着比大气压力稍高的压力。一般除氧器内压力比大气压高0.01～0.05MPa，而此压力下的水的沸腾温度为102～110℃，即应保证除氧器贮水箱水温Tw及除氧器蒸汽的压力Ps的稳定。也有部分火力发电机组控制系统将除氧器加热蒸汽调节阀6设计为控制除氧器蒸汽的压力Ps。但是控制除氧器压力过程中，由于水箱是微压运行，无法达到压力的精确控制，致使操作蒸汽阀门非常频繁，同时除氧器温度内的水温波动过大，对除氧器金属管到造成热冲击。

目前的常规控制系统及控制方法无法实现此控制目标，除氧器贮水箱水温Tw波动过大会造成除氧器金属管壁的热冲击，电厂运行人员经常将除氧器加热蒸汽调节阀切为手动控制，频繁人为干预。

发明内容

鉴于以上现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于温度、压力状态控制加热蒸汽流量实现除氧器加热蒸汽调节阀自动控制的系统及方法，实现除氧器贮水箱水温Tw、除氧器蒸汽的压力Ps的稳定控制，避免除氧器贮水箱水温Tw波动过大引起的金属管壁的热冲击。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种除氧器加热蒸汽调节阀自动控制系统，包括除氧器加热蒸汽调节阀控制模块10，除氧器加热蒸汽调节阀控制模块10的输入端连接设置在除氧器贮水箱2上的除氧器蒸汽压力表3和除氧器贮水箱温度表4，除氧器加热蒸汽调节阀控制模块10的输出端连接设置在与除氧器脱气塔1连接的蒸汽管道上的除氧器加热蒸汽调节阀6，除氧器加热蒸汽调节阀控制模块10通过除氧器蒸汽的压力和除氧器贮水箱水温控制除氧器加热蒸汽调节阀6的开度，维持除氧器蒸汽的压力与除氧器贮水箱水温的稳定。

除氧器加热蒸汽调节阀控制模块10根据据除氧器蒸汽压力表3测量得到的除氧器蒸汽的压力及除氧器贮水箱温度表4测量得到的除氧器贮水箱水温，计算出除氧器贮水箱温度目标值及除氧器贮水箱温度变化率目标值，显著减小除氧器加热过程中的温度波动幅度，同时提高除氧器蒸汽压力的稳定性，增加除氧器温度和压力的匹配度，改善除氧效果。

除氧器贮水箱2上设置有除氧器贮水箱水位计，除氧器贮水箱2底部设置给水泵8连接锅炉给水系统。

除氧器脱气塔1通过除氧器上水阀门7与含氧水管道连通，除氧器脱气塔1顶部设置除氧器排气阀9，除氧器排气阀9对空常开。

所述的除氧器加热蒸汽调节阀自动控制系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：根据除氧器蒸汽压力表3测量得到的除氧器蒸汽的压力Ps得到当前除氧器蒸汽的饱和温度Tws，Tws为除氧器加热蒸汽调节阀控制模块10控制的温度目标值基准值，操作员在一定范围内对除氧器蒸汽的饱和温度Tws进行修正，得到除氧器加热蒸汽调节阀控制模块10控制的除氧器贮水箱水温目标值Tsp；根据除氧器贮水箱温度表4测量得到的除氧器贮水箱水温Tw，计算得出除氧器贮水箱水温实际变化率DTw；比较除氧器贮水箱水温目标值Tsp与除氧器贮水箱水温Tw，由除氧器贮水箱水温Tw与温度目标值Tsp的差值△Tw得出温度变化率目标值DTws；

步骤2：由除氧器贮水箱水温实际变化率DTw与温度变化率目标值DTws的差值△DTw，得出除氧器加热蒸汽调节阀的开度指令AO；具体为，当△DTw在-0.02～0.02时，保持当前除氧器加热蒸汽调节阀的开度指令AO不变；当△DTw>0.02时，以一定速率缓慢增加除氧器加热蒸汽调节阀的开度指令AO，且指令增加速率为△DTw的函数；当△DTw<-0.02时，以一定速率缓慢减少除氧器加热蒸汽调节阀的开度指令AO，且指令减少的速率为△DTw的函数。

所述的控制方法，当除氧器贮水箱水温Tw低于除氧器贮水箱水温目标值Tsp时，能实现除氧器贮水箱水温Tw以设定的温度变化率目标值DTws缓慢升高至除氧器贮水箱水温目标值Tsp；当除氧器贮水箱水温Tw高于除氧器贮水箱水温目标值Tsp时，实现除氧器贮水箱水温Tw以设定的温度变化率目标值DTws缓慢降低至除氧器贮水箱水温目标值Tsp；当除氧器贮水箱水温Tw与除氧器贮水箱水温目标值Tsp一致，控制温度变化率DTw为0℃/min，即维持当前除氧器贮水箱水温Tw。

所述的控制方法，在整个控制过程中除氧器加热蒸汽调节阀的开度指令AO会以-0.1～0.1％/s的速率缓慢开大或缓慢关小，实现除氧器贮水箱水的温度以-1～1℃/min的温度变化率达到目标温度，整个过程实现除氧器贮水箱水温Tw、除氧器蒸汽的压力Ps的稳定控制，避免除氧器贮水箱水温Tw波动过大引起的金属管壁的热冲击。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：1、在除氧器加热过程中，目标温度与当前温度相差较大时，常规控制方法无法精确控制除氧器加热过程中温度变化率。本发明方法能实现除氧器加热过程中除氧器温度升温率控制在小于1℃/min以内，以避免除氧器贮水箱水温快速变化引起的金属管壁的热冲击。

2、本发明以除氧器贮水箱温度变化率为被控对象，可显著减小除氧器加热过程中的波动幅度，同时提高除氧器蒸汽压力的稳定性，增加除氧器温度和压力的匹配度，改善除氧效果。

3、本发明采用单调开启或关闭阀门开度的方法，当除氧器温度接近设定值时控制除氧器温度变化率也接近于0。该种方式相比常规PID控制策略，可有效避免调节过程中出现的除氧器阀门波动及系统超调等问题，增强控制系统的整体稳定性。

附图说明

图1为火力发电厂典型的除氧器加热系统示意图。

图2为除氧器加热系统与本发明控制系统连接示意图。

图3为本发明控制方法原理图。

附图标记说明：

1为除氧器脱气塔，2为除氧器贮水箱，3为除氧器蒸汽压力表，4为除氧器贮水箱温度表，5为除氧器贮水箱水位计，6为除氧器加热蒸汽调节阀，7为除氧器上水阀门，8为给水泵，9为除氧器排气阀，10为除氧器加热蒸汽调节阀控制模块。

具体实施方式

如图2所示，含氧水经过除氧器上水阀门7进入除氧器脱气塔1后到达除氧器贮水箱2。加热蒸汽经过除氧器加热蒸汽调节阀6进入除氧器脱气塔1对除氧器贮水箱2内的给水除去氧气和别的不凝结的气体，同时加热给水、提高给水温度。除氧器贮水箱2内为蒸汽、含氧水、除氧水的混合物。除氧器蒸汽压力表3用于测量除氧器蒸汽的压力Ps。除氧器贮水箱温度表4用于测量除氧器贮水箱水温Tw。除氧器贮水箱水位计5用于测量除氧器贮水箱的水位Lw。除氧器贮水箱2底部出口的给水泵8将除氧水输送至锅炉给水系统。

压力表3测量得到的除氧器蒸汽的压力Ps与温度表4测量得到的除氧器贮水箱水温Tw接入除氧器加热蒸汽调节阀控制模块10，除氧器加热蒸汽调节阀控制模块10输出控制指令至除氧器加热蒸汽调节阀6。

除氧器蒸汽压力表3测量得到的除氧器蒸汽的压力Ps与除氧器贮水箱温度表4测量得到的除氧器贮水箱水温Tw接入除氧器加热蒸汽调节阀控制模块10，除氧器加热蒸汽调节阀控制模块10输出指令控制除氧器加热蒸汽调节阀的开度指令AO，用于控制除氧器加热蒸汽调节阀6的开度，维持除氧器蒸汽的压力Ps与除氧器贮水箱水温Tw的稳定。

根据除氧器蒸汽压力表3测量得到的除氧器蒸汽的压力Ps得到当前除氧器蒸汽的饱和温度Tws。除氧器蒸汽的饱和温度Tws为除氧器加热蒸汽调节阀控制模块10控制的温度目标值基准值，操作员可在一定范围内对除氧器蒸汽的饱和温度Tws进行修正，如在-20～+20℃范围内进行修正，得到为除氧器加热蒸汽调节阀控制模块10控制的除氧器贮水箱水温目标值Tsp，根据除氧器贮水箱温度表4测量得到的除氧器贮水箱水温Tw，计算得出除氧器贮水箱水温实际变化率DTw，比较除氧器贮水箱水温目标值Tsp与除氧器贮水箱水温Tw，由除氧器贮水箱水温Tw与温度目标值Tsp的差值△Tw(△Tw＝Tw-Tsp)得出温度变化率目标值DTws。

由除氧器贮水箱水温实际变化率DTw与温度变化率目标值DTws的差值△DTw(△DTw＝DTw-DTws)，得出除氧器加热蒸汽调节阀的开度指令AO。具体为，当△DTw在-0.02～0.02时，保持当前除氧器加热蒸汽调节阀的开度指令AO不变；当△DTw>0.02时，以一定速率缓慢增加除氧器加热蒸汽调节阀的开度指令AO，且指令增加速率为△DTw的函数；当△DTw<-0.02时，以一定速率缓慢减少除氧器加热蒸汽调节阀的开度指令AO，且指令减少的速率为△DTw的函数。

本实施例一种基于温度、压力状态控制加热蒸汽流量实现除氧器加热蒸汽调节阀自动控制系统及方法，如图3所示，具体为：

1.根据除氧器蒸汽压力表3测量得到的除氧器蒸汽的压力Ps得到除氧器蒸汽的饱和温度Tws，单位℃。即除氧器蒸汽的饱和温度Tws为除氧器蒸汽的压力Ps的函数关系，Tws＝F

表1

2.除氧器蒸汽的饱和温度Tws为除氧器加热蒸汽调节阀控制模块10控制的温度目标值基准值。操作员可在一定范围内对Tws进行修正，如在-20～+20℃范围内进行修正，得到为除氧器加热蒸汽调节阀控制模块10控制的除氧器贮水箱水温目标值Tsp，单位℃。

3.根据除氧器贮水箱温度表4测量得到的除氧器贮水箱水温Tw，计算得出除氧器贮水箱水温实际变化率DTw，单位℃/min。

4.由除氧器贮水箱水温Tw与除氧器贮水箱水温目标值Tsp的差值△Tw(△Tw＝Tw-Tsp)得出温度变化率目标值DTws，单位℃/min。即温度变化率目标值DTws为温度差值△Tw的函数关系，DTws＝F

表2

即若除氧器贮水箱水温Tw与除氧器贮水箱水温目标值Tsp的差值△Tw越大，温度变化率目标值DTws越小；△Tw越小，温度变化率目标值DTws越大，且温度变化率目标值DTws在-1～1℃/min范围内。

5.由除氧器贮水箱水温实际变化率DTw与温度变化率目标值DTws的差值△DTw(△DTw＝DTw-DTws)，得出除氧器加热蒸汽调节阀的开度指令的变化率dO。即除氧器加热蒸汽调节阀的开度指令的变化率dO为温度变化率差值△DTw的函数关系，dO＝F

表3

6.基于上表，当△DTw在-0.02～0.02时，保持当前除氧器加热蒸汽调节阀的开度指令AO不变；当△DTw>0.02时，以dO(％/s)的速率缓慢增加除氧器加热蒸汽调节阀的开度指令AO；当△DTw<-0.02时，以dO(％/s)的速率缓慢减少除氧器加热蒸汽调节阀的开度指令AO。除氧器加热蒸汽调节阀的开度指令AO的变化率dO控制在-0.1～0.1％/s之间。即在整个控制过程除氧器加热蒸汽调节阀的开度指令开度指令AO在0～100％范围内缓慢开大或缓慢关小。

本发明提供的一种基于温度、压力状态控制加热蒸汽流量实现除氧器加热蒸汽调节阀自动控制的系统及方法，当除氧器贮水箱水温Tw低于除氧器贮水箱水温目标值Tsp时，能实现除氧器贮水箱水温Tw以设定的温度变化率DTws缓慢升高至除氧器贮水箱水温目标值Tsp。当除氧器贮水箱水温Tw高于除氧器贮水箱水温目标值Tsp时，实现除氧器贮水箱水温Tw以设定的温度变化率DTws缓慢降低至除氧器贮水箱水温目标值Tsp。当除氧器贮水箱水温Tw与除氧器贮水箱水温目标值Tsp一致，控制温度变化率DTw为0℃/min，即维持当前除氧器贮水箱水温Tw。

本发明提供的一种基于温度、压力状态控制加热蒸汽流量实现除氧器加热蒸汽调节阀自动控制的系统及方法，在整个控制过程中除氧器加热蒸汽调节阀的开度指令会以-0.1～0.1％/s的速率缓慢开大或缓慢关小。实现除氧器贮水箱水的温度以-1～1℃/min的温度变化率达到目标温度，整个过程实现除氧器贮水箱水温Tw、除氧器蒸汽的压力Ps的稳定控制，避免除氧器贮水箱水温Tw波动过大引起的金属管壁的热冲击。