CN210951273U - 一种超临界机组除氧器液位自动控制系统 - Google Patents

Abstract

一种超临界机组除氧器液位自动控制系统属于火力发电厂生产过程控制技术领域，包括除氧器液位设定手操器、机组有功功率变送器、三个给水流量变送器、中心控制模块、第一控制模块、第二控制模块、A凝结水泵变频器、B/C凝结水泵变频器、两个除氧器液位计和凝结水泵出口流量变送器。本实用新型将给水系统、凝结水系统及热网疏水系统看作为一个整体，其最终控制目标为除氧器液位，将除氧器液位、给水流量引入前馈环节，当机组负荷变化时，提前做出响应，解决了现有技术的冬季抽汽供热机组，部分供热蒸汽疏水由热网疏水泵直接输送至低压加热器入口管道，对除氧器液位产生一个不可控的扰动，控制效果不能满足现场需求的技术问题。

Description

一种超临界机组除氧器液位自动控制系统

技术领域

本实用新型属于火力发电厂生产过程控制技术领域，特别是涉及到一种超临界机组除氧器液位自动控制系统。

背景技术

在超临界供热机组除氧器液位自动控制方法中，通常采用串级三冲量自动控制方法，在冬季，机组处于抽汽供热工况，将采取部分供热蒸汽疏水回收，进入除氧器。由于此部分疏水量随热网负荷而变化，疏水流量无法精确得知，对除氧器液位产生一个不可控的扰动，进而影响其液位控制的准确性和稳定性。

原控制系统的串级三冲量自动控制系统，由给水流量、除氧器液位、除氧器入口流量三个变量共同进行控制，设定值为除氧器液位，主调节量为除氧器入口流量，副调节量为凝结水泵变频。在自动模式下，当液位与设定值出现偏差，需要调整除氧器入口流量，若要改变除氧器入口流量，则需调整凝结水泵变频器频率，从而逐渐消除偏差，使除氧器液位实际值与设定值相等，液位调整完毕。

供热期，当机组负荷升高时，给水流量首先变大，由于系统存在惯性，除氧器液位降低，凝结水泵变频器频率增加，除氧器入口流量无明显变化，自动控制系统随负荷变化做出响应不够积极。随着除氧器液位下降越来越明显，凝结水泵频率加大，除氧器入口流量升高，液位的下降速度会减缓，然后慢慢升高，控制系统响应较慢，超调量较大，节品质较差。

若将控制系统进行调整，把主调节量修改为凝结水泵出口流量，当机组负荷升高时，主调节器根据除氧器液位和主给水流量的变化，计算出凝结水目标流量，作用于副调节器，凝结水泵变频器迅速加大频率，凝结水泵出口流量升高，由于系统惯性的存在，这时的除氧器液位并未发生明显升高，但凝结水泵出口流量会很快会超过其目标值，副调节器作用方向立即发生反转，将减小凝结水泵频率，凝结水泵出口流量降低；导致液位偏差会越来越大，液位曲线逐渐发散，调节品质变坏，最终自动方式切换为手动方式。

因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种超临界机组除氧器液位自动控制系统用于解决现有技术的冬季抽汽供热机组，为了降低热损失，采取部分供热蒸汽疏水由热网疏水泵直接输送至低压加热器入口管道，进入除氧器，由于疏水流量波动较大，对除氧器液位产生一个不可控的扰动，控制效果不能满足现场需求的技术问题。

一种超临界机组除氧器液位自动控制系统，包括除氧器液位设定手操器、机组有功功率变送器、给水流量变送器Ⅰ、给水流量变送器Ⅱ、给水流量变送器Ⅲ、中心控制模块、第一控制模块、第二控制模块、A凝结水泵变频器、B/C凝结水泵变频器、除氧器液位计Ⅰ、除氧器液位计Ⅱ和凝结水泵出口流量变送器；所述除氧器液位设定手操器、机组有功功率变送器、给水流量变送器Ⅰ、给水流量变送器Ⅱ、给水流量变送器Ⅲ、除氧器液位计Ⅰ、除氧器液位计Ⅱ分别与中心控制模块连接；所述中心控制模块分别与第一控制模块以及第二控制模块连接，中心控制模块获得除氧器液位变化量、除氧器液位以及给水流量，并分别输出控制指令给第一控制模块和第二控制模块；所述第一控制模块与A凝结水泵变频器连接，第一控制模块接收中心控制模块发出的信息并对A凝结水泵变频器发出控制指令；所述第二控制模块与B/C凝结水泵变频器连接，第二控制模块接收中心控制模块发出的信息并对B/C凝结水泵变频器发出控制指令；所述A凝结水泵变频器和B/C凝结水泵变频器分别与凝结水泵出口流量变送器连接；所述凝结水泵出口流量变送器分别与除氧器液位计Ⅰ以及除氧器液位计Ⅱ连接。

所述除氧器液位设定手操器采用和利时MACSV系统MAN控制模块，除氧器液位设定手操器用于设置液位，并显示实时液位。

所述中心控制模块采用SM203主控制卡。

所述第一控制模块采用MCS01模拟量控制卡。

所述第二控制模块采用MCS02模拟量控制卡。

通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：

本实用新型将给水系统、凝结水系统及热网疏水系统看作为一个整体，其最终控制目标为除氧器液位，将除氧器液位、给水流量引入前馈环节，当机组负荷变化时，提前做出响应。通过搭建控制算法，建立以除氧器液位变化量和给水流量变化量为先导量的数学模型，当除氧器液位变化较大，数学模型输出值变大，凝结水泵变频器动作较快，当除氧器液位变化较小，数学模型输出值变小，凝结水泵变频器动作较慢，而当除氧器液位等于设定值时，数学模型输出为零，达到被调量偏差与变频器频率的增减速率呈线性关系；同理，应用于给水流量的变化，最终实现被调量偏差的动态修正。这样，不仅大大提高了控制系统的响应速度，减小超调量，而且缩短了系统恢复平衡的时间，改善了系统的抗干扰能力，调节品质大幅提升。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明：

图1为本实用新型一种超临界机组除氧器液位自动控制系统的结构框图。

图中1-除氧器液位设定手操器、2-机组有功功率变送器、3-给水流量变送器Ⅰ、4-给水流量变送器Ⅱ、5-给水流量变送器Ⅲ、6-中心控制模块、7-第一控制模块、8-第二控制模块、9-A凝结水泵变频器、10-B/C凝结水泵变频器、11-除氧器液位计Ⅰ、12-除氧器液位计Ⅱ、13-凝结水泵出口流量变送器。

具体实施方式

如图1所示，一种超临界供热机组除氧器液位自动控制系统，该系统包括除氧器液位设定手操器1、机组有功功率变送器2、给水流量变送器Ⅰ3、给水流量变送器Ⅱ4、给水流量变送器Ⅲ5、中心控制模块6、第一控制模块7、第二控制模块8、A凝结水泵变频器9、B/C凝结水泵变频器10、除氧器液位计Ⅰ11、除氧器液位计Ⅱ12、凝结水泵出口流量变送器13；除氧器液位设定手操器1、机组有功功率变送器2、给水流量变送器Ⅰ3、给水流量变送器Ⅱ4、给水流量变送器Ⅲ5、除氧器液位计Ⅰ11、除氧器液位计Ⅱ12均与中心控制模块6连接；中心控制模块6分别与第一控制模块7、第二控制模块连接8；第一控制模块7与A凝结水泵变频器9连接；第二控制模块8与B/C凝结水泵变频器10连接；A凝结水泵变频器9和B/C凝结水泵变频器10与凝结水泵出口流量变送器13连接；凝结水泵出口流量变送器13分别于除氧器液位计Ⅰ11、除氧器液位计Ⅱ12连接。

一种超临界供热机组除氧器液位自动控制方法，其包括以下步骤：

第一步，在除氧器液位设定手操器1输入除氧器液位设定值，机组有功功率变送器2检测机组有功功率，给水流量变送器Ⅰ3检测给水流量Ⅰ，给水流量变送器Ⅱ4检测给水流量Ⅱ，给水流量变送器Ⅲ5检测给水流量Ⅲ，除氧器液位计Ⅰ11检测除氧器液位Ⅰ，除氧器液位计Ⅱ12检测除氧器液位Ⅱ，且分别将除氧器液位设定值、机组有功功率、给水流量Ⅰ、给水流量Ⅱ、给水流量Ⅲ、除氧器液位Ⅰ和除氧器液位Ⅱ发送给中心控制模块6，中心控制模块6负责接收以上参数，且分别对应输入给第一控制模块7和第二控制模块8；

第二步，中心控制模块6根据内部函数关系：除氧器液位变化量＝(给水流量－热网疏水流量－凝结水泵出口流量)/除氧器横截面积+给水流量*Ka，除氧器液位变化量＝除氧器液位设定值－除氧器液位，除氧器液位＝(除氧器液位Ⅰ+除氧器液位Ⅱ)/2，给水流量＝(给水流量Ⅰ+给水流量Ⅱ+给水流量Ⅲ)/3，并输出控制指令分别给第一控制模块7和第二控制模块8；其中，Ka为给水流量增益；

第三步，第一控制模块7接收中心控制模块6发出的信息，对A凝结水泵变频器9发出控制指令，第二控制模块8接收中心控制模块6发出的信息，对B/C凝结水泵变频器10发出控制指令，其指令分别作用于A凝结水泵变频器9和B/C凝结水泵变频器10；其中，中心控制模块6内部参数为给水流量增益Ka＝0.07，第一控制模块7和第二控制模块8内部参数为比例带200，积分时间120s；

第四步，由A凝结水泵变频器9和B/C凝结水泵变频器10共同控制凝结水泵出口流量；

第五步，通过改变凝结水泵出口流量，从而调节除氧器液位Ⅰ和除氧器液位Ⅱ，使其达到除氧器液位设定值，形成闭环回路，构成控制整体。

本方案是除氧器液位设定值、机组有功功率、给水流量Ⅰ、给水流量Ⅱ、给水流量Ⅲ、A凝结水泵变频器频率、B/C凝结水泵变频器频率、除氧器液位Ⅰ、除氧器液位Ⅱ、凝结水泵出口流量作为控制变量，结合中心控制模块6中预设的控制模型：除氧器液位变化量＝(给水流量+热网疏水流量－凝结水泵出口流量)/除氧器横截面积，除氧器液位变化量＝除氧器液位设定值－除氧器液位，除氧器液位＝(除氧器液位Ⅰ+除氧器液位Ⅱ)/2，给水流量＝(给水流量Ⅰ+给水流量Ⅱ+给水流量Ⅲ)/3，实现了对除氧器液位的实时精确调节，自动控制系统在快速性、准确性、稳定性均有提升，设备运行参数更加稳定，降低厂用电率，对于供热机组余热回收后除氧器的液位控制，有一定的参考借鉴意义。

当机组有功功率指令升高时，给水流量变送器Ⅰ3、给水流量变送器Ⅱ4、给水流量变送器Ⅲ5分别检测到给水流量Ⅰ、给水流量Ⅱ、给水流量Ⅲ升高，除氧器液位计Ⅰ11和除氧器液位计Ⅱ12检测到除氧器液位降低，中心控制模块6由给水流量变化量、除氧器液位变化量做差可以计算出热网疏水流量，中心控制模块6通过储存的数学模型计算出凝结水泵出口流量目标值，并发送给第一控制模块7和第二控制模块8，第一控制模块7和第二控制模块8再分别将凝结水泵变频器频率指令发送到A凝结水泵变频器9和B/C凝结水泵变频器10，从而加大频率，提高凝结水泵出口流量。

当机组有功功率指令降低时，给水流量变送器Ⅰ3、给水流量变送器Ⅱ4、给水流量变送器Ⅲ5分别检测到给水流量Ⅰ、给水流量Ⅱ、给水流量Ⅲ降低，除氧器液位计Ⅰ11和除氧器液位计Ⅱ12检测到除氧器液位升高，中心控制模块6由给水流量变化量、除氧器液位变化量做差可以计算出热网疏水流量，中心控制模块6通过储存的数学模型计算出凝结水泵出口流量目标值，并发送给第一控制模块7和第二控制模块8，第一控制模块7和第二控制模块8再分别将凝结水泵变频器频率指令发送到A凝结水泵变频器9和B/C凝结水泵变频器10，从而减小频率，提高凝结水泵出口流量。

在中心控制模块6中建立以除氧器液位变化量和给水流量变化量为先导量的数学模型，当除氧器液位变化较大，数学模型输出值变大，A凝结水泵变频器9和B/C凝结水泵变频器10动作较快，当除氧器液位变化较小，数学模型输出值变小，A凝结水泵变频器9和B/C凝结水泵变频器10动作较慢，而当除氧器液位等于设定值时，数学模型输出为零，达到被调量偏差与变频器频率的增减速率呈线性关系；同理，应用于给水流量的变化，最终实现被调量偏差的动态修正。这样，不仅大大提高了控制系统的响应速度，减小超调量，而且缩短了系统恢复平衡的时间，改善了系统的抗干扰能力，调节品质大幅提升。

除氧器液位设定手操器1为和利时MACSV系统MAN控制模块，能够准确设置液位，并显示出液位的实时变化，可以更加直观的显示出控制效果。

给水流量共三套，分布于锅炉省煤器入口管道，每一套都由一台变送器和公用流量孔板构成。流量孔板为哈尔滨锅炉厂有限责任公司制造，变送器为罗斯蒙特3051差压型号，它们不仅结构简单、稳定可靠，而且反应迅速、准确度很高。

除氧器液位计Ⅰ11和除氧器液位计Ⅱ12安装于除氧器液位连通管内，均为MAGNETROL-7MS型号，能够快速、直接地反应出除氧器液位的变化。

凝结水泵出口流量变送器13安装于凝结水泵出口管道处，由变送器和流量孔板构成。流量孔板为哈尔滨锅炉厂有限责任公司制造，变送器为罗斯蒙特3051差压型号，结构简单、稳定可靠，能够准确测量出管道内流量。

A凝结水泵变频器9和B/C凝结水泵变频器10位于凝结水泵变频室内，均为上海通用广电工程有限生产，产品型号Reliability Plus 6/6-560，该设备可靠性高，调节线性好，可以有效降低耗电量。

中心控制模块6具有随机组有功功率指令、机组有功功率、热网疏水流量变化，而对下级控制模块发出修正指令的能力。因为它可以将给水流量、除氧器液位凝集水泵出口流量其内部预置控制算法及函数，一同进行运算处理，保证了最终作用对象动作的准确性和快速性。

应用该控制系统和控制方法取得的经济效益：

在夏季处于纯凝工况时，机组负荷发生变化时，若除氧器液位设定值为2050mm，新自动控制系统较原控制系统液位变化由±35mm降至±12mm，超调量由1.71％降至0.59％，凝结水泵变频器运行频率范围由±3Hz降至±2Hz，厂用电率由0.08％降至0.07％。

在冬季供热抽汽工况时，机组负荷发生变化时，若除氧器液位设定值为2050mm，新自动控制系统较原控制系统液位变化由±70mm降至±17mm，超调量由3.41％降至0.83％，凝结水泵变频器运行频率范围由±5Hz降至±3Hz，厂用电率由0.08％降至0.06％。

机组在冬季运行时，负荷升高70MW，若除氧器液位设定值为2050mm，其液位变化量仅为±30mm，超调量为1.46％，凝结水泵变频器运行频率由32Hz平稳升至38Hz，自动控制系统稳定性较好。

Claims (5)

1.一种超临界机组除氧器液位自动控制系统，其特征是：包括除氧器液位设定手操器(1)、机组有功功率变送器(2)、给水流量变送器Ⅰ(3)、给水流量变送器Ⅱ(4)、给水流量变送器Ⅲ(5)、中心控制模块(6)、第一控制模块(7)、第二控制模块(8)、A凝结水泵变频器(9)、B/C凝结水泵变频器(10)、除氧器液位计Ⅰ(11)、除氧器液位计Ⅱ(12)和凝结水泵出口流量变送器(13)；所述除氧器液位设定手操器(1)、机组有功功率变送器(2)、给水流量变送器Ⅰ(3)、给水流量变送器Ⅱ(4)、给水流量变送器Ⅲ(5)、除氧器液位计Ⅰ(11)、除氧器液位计Ⅱ(12)分别与中心控制模块(6)连接；所述中心控制模块(6)分别与第一控制模块(7)以及第二控制模块(8)连接，中心控制模块(6)获得除氧器液位变化量、除氧器液位以及给水流量，并分别输出控制指令给第一控制模块(7)和第二控制模块(8)；所述第一控制模块(7)与A凝结水泵变频器(9)连接，第一控制模块(7)接收中心控制模块(6)发出的信息并对A凝结水泵变频器(9)发出控制指令；所述第二控制模块(8)与B/C凝结水泵变频器(10)连接，第二控制模块(8)接收中心控制模块(6)发出的信息并对B/C凝结水泵变频器(10)发出控制指令；所述A凝结水泵变频器(9)和B/C凝结水泵变频器(10)分别与凝结水泵出口流量变送器(13)连接；所述凝结水泵出口流量变送器(13)分别与除氧器液位计Ⅰ(11)以及除氧器液位计Ⅱ(12)连接。

2.根据权利要求1所述的一种超临界机组除氧器液位自动控制系统，其特征是：所述除氧器液位设定手操器(1)采用和利时MACSV系统MAN控制模块，除氧器液位设定手操器(1)用于设置液位，并显示实时液位。

3.根据权利要求1所述的一种超临界机组除氧器液位自动控制系统，其特征是：所述中心控制模块(6)采用SM203主控制卡。

4.根据权利要求1所述的一种超临界机组除氧器液位自动控制系统，其特征是：所述第一控制模块(7)采用MCS01模拟量控制卡。

5.根据权利要求1所述的一种超临界机组除氧器液位自动控制系统，其特征是：所述第二控制模块(8)采用MCS02模拟量控制卡。

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