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对电厂机组除氧器水位控制的探讨

　　摘 要：无论常规火电厂还是核电厂中，除氧器水位都是机组运行的一个重要控制参数,因此除氧器水位保护系统的安全性和可靠性就成为系统设计的重要指标。本文结合作者工作实际来探讨超临界直流锅炉，除氧器除了起到给水除氧、加热和疏水汇流的作用外，还要必须保证锅炉所需给水的储备量。当机组负荷到一定时，除氧器水位对象的动态特性近似为有延迟的一阶惯性环节.通过分析某电厂超临界600 MW 机组除氧器水位控制系统SAMA 图,从而得出具体的控制过程及控制特点。
中国论文网 /2/view-12911679。htm
　　关键词：发电厂；超临界机组；除氧器水位控制;
　　1 概 述
　　火力发电厂的三大主机是锅炉、汽轮机和发电机。除氧器是汽轮机的辅助设备之一， 是1 种混合式加热器， 其在回热系统中位置见图1。它是利用汽轮机的抽汽或其它汽源将送给锅炉的给水, 加热到除氧器工作压力下的饱和温度, 这时水中的溶解氧和其它气体被析出， 防止或减缓氧气对锅炉、汽轮机及其管道的腐蚀， 延长其使用寿命, 确保电厂的安全经济运行。

　　电站热力系统中除氧器的主要用途是除去溶于水中的氧以及其它气体。除氧器还作为汽轮机回热系统中的一级混合式加热器,同时担负着加热给水以及汇集各种疏水、锅炉补水的任务。而对于超临界直流锅炉来说，除氧器作为其重要的给水储存容器，必须保证锅炉所需给水的储备量。
　　在机组正常运行时，除氧器汽源来自汽轮机抽汽阀门全开的4 段抽汽，除氧器汽源压力和流量随机组负荷变化而变化,此时被除氧水的水温、汽水接触面积与除氧器水位有直接的关系[1］。除氧器水位过高，可能造成除氧水加热不足，汽水接触面积减小和水中溶解氧逸出困难而影响除氧效果;同时，除氧器水位过高,还可能造成汽封进水，抽汽管水淹等严重事故，威胁汽轮机的安全运行。反之,若除氧器水位过低,除了影响给水泵安全运行之外，还会威胁锅炉上水是否连续，甚至造成断水事故.因此,稳定除氧器水位，将其控制在最佳的高度具有非常重要的意义。
　　2 除氧器水位控制任务及动态特性
　　2.1 控制任务
　　除氧器的水箱是为保证锅炉有一定的给水储备而设置的，超临界机组采用直流锅炉，由于没有汽包，除氧器是其唯一的储水容器，要求其容量一般应不小于锅炉额定负荷下连续运行15～20 min所需的给水量.除氧器水位过低，储水量不足有可能危及锅炉的安全运行,此外还有可能造成给水泵入口汽化。除氧器水位过高，则妨碍除氧器除氧.因此，除氧器水位应维持在允许范围内。由于热力循环中不断有工质损失,因此要向热力系统不断补充水。补充水来自化学水处理装置。补充水可直接进入除氧器，也可经凝汽器进行真空除氧后再送入除氧器.

　　2。2 除氧器水位对象动态特性
　　除氧器水箱容积较大，在补充水调节阀开度作阶跃变化时，水箱水位则不会立即变化，而表现一定的延迟和惯性.对于化学水送凝汽器的热力系统,其水位变化的延迟就更大。此外，由于水箱容积大而进水管细，水位上升或下降的速度就比较小，即被控对象的飞升速度较小[2］；当负荷一定时除氧器水位对象的动态特性近似为有延迟的一阶积分环节当除氧器水位调节阀关小时,其水位阶跃响应曲线如图1所示。

　　3除氧器水位控制方案
　　（1） 关于补充水直接进除氧器的热力系统，除氧器水位H为被调量,采用单回路控制系统，控制补充水调节阀开度,维持水位在允许范围内.
　　（2） 对于补充水进凝汽器后再入除氧器的热力系统；若凝汽器为低水位运行，可采用图2所示的三冲量控制系统。化学水进入凝汽器，凝结水流量中实际包括了补充水，而锅炉给水流量和凝结水流量的差值,反映了热力循环中的汽水损失,因此可组成除氧器水位H、凝结水流量WL、给水流量WG三冲量控制系统。
　　若凝汽器为高水位运行，则除氧器水位控制应与凝汽器水位控制一起考虑。控制方案是：采用改变凝结水流量的方式来控制除氧器水位，采用改变化学补充水量来控制凝汽器水位。

　　4 除氧器水位故障原因与处理
　　4. 1 除氧器水位升高的原因
　　补给水阀开度过大; 凝汽器管子泄漏; 给水泵故障跳闸或锅炉给水系统阀门误关； 水位自动调节阀失灵； 机组负荷突然降低等都有可能使水位升高。
　　4. 2 处理措施
　　首先， 应校对各水位计， 确认水位是否真实升高， 如果发现水位高出正常规定范围时， 应将水位调节阀手动关小, 并停止其它补水; 如调节阀失灵， 应隔绝调节阀, 开启旁路阀进行调节; 如因给水泵跳闸, 锅炉给水系统阀门误关引起水位升高, 应将水位调节阀改为手动调节， 并查明原因， 采取相应措施;如水位升高超过溢流水位而溢流阀未动作， 则应改用手动， 必要时， 开启除氧器至凝汽器放水阀或至疏水箱放水阀放水, 并密切注意除氧器水位; 如水位仍然继续升高， 则应关闭抽汽逆止阀和抽汽电动隔离阀， 并检查连锁动作是否良好。
　　4. 3 除氧器水位降低原因
　　水位自动调节阀失灵； 补水量太少； 除氧器底部放水阀、除氧器至凝汽器放水阀或机组事故放水阀误开或不严； 给水系统阀门误开或给水系统、锅炉省煤器等管子泄漏; 机组负荷突然增加; 凝结水泵故障； 凝结水系统阀门误关或阀芯脱落; 锅炉给水流量突然增大等都有可能使水位降低。
　　4。 4 处理措施
　　首先校对各水位计， 确认水位真实降低; 发现水位低于正常规定范围时， 应将水位调节阀手动打开，手控无效时可开启调节阀的旁路阀； 若给水系统阀门误开或管子泄漏时, 应立即纠正或采取相应措施; 如因凝结水系统故障, 应根据实际情况， 迅速恢复通水， 如短时无法恢复， 则应采取停机措施。
　　除氧器发生故障时, 应根据表针指示和故障现象, 分析故障原因, 迅速采取正确措施.
　　5 超临界机组除氧器水位控制特性及控制过程分析
　　以下（图3）是某电厂超临界600 MW 机组除氧器水位控制系统的SAMA图,由图可知：
　　①除氧器水位调节在启动及低负荷阶段采用单冲量控制，正常负荷采用三冲量控制；
　　②除氧器水位自动调节系统为三冲量调节系统结构形式,即主调节器作为除氧器水位调节的校正器，副调节器在接受水位校正信号的同时，还接受给水流量及凝结水流量测量信号，用来实现给水流量和凝结水流量之间的平衡，以此提高整个系统的变负荷适应能力。给水流量作为除氧器水位三冲量调节的前馈信号.凝结水流量作为三冲量副调节器的过程量.其控制方案类似于串级三冲量汽包水位控制。单冲量和三冲量控制系统之间可手动和自动无扰切换。
　　（3) 除氧器水位高时将引起除氧器辅助上水阀强制关闭。当凝汽器水位高或低时将发出打开或关闭凝汽器再循环门调节阀的信号。

　　6 结 论
　　（1) 超临界机组由于采用直流锅炉,所以不存在给水存储量极大的汽包，高负荷时汽水分离器处于纯直流干态运行,也不能够储存给水，那么除氧器就成为唯一给水储存容器,对于锅炉安全运行起着很重要作用.
　　（2) 当除氧器补水调门阶跃变化时，除氧器水位会表现一定的延迟和惯性.且被控对象的飞升速度较小，除氧器水位对象的动态特性近似为有延迟的一阶惯性环节.
　　(3) 对于补充水直接进除氧器的热力系统，可以采用单回路控制系统来维持其水位.而对于补充水进凝汽器后再入除氧器的热力系统；若凝汽器为低水位运行，采用三冲量控制系统实现水位控制.若凝汽器为高水位运行,则除氧器水位控制应与凝汽器水位控制一起考虑。
　　参 考 文 献
　　［1］ 马海林, 刘军。 用协调控制策略解决除氧器水位自动调节系统投入难问题［J］. 中国电力, 2001, 34（6）： 15～16。
　　［2] 谢建育, 黄卫剑. 热力除氧机理及除氧器水位控制系统的调整策略[J]。 广东电力, 2006, 19（12）： 42～43.

　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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