锅炉深度余热利用技术改造后造成除氧器水位失调的解决对策

莫布林

（韶关市坪石发电厂有限公司 生产技术部，广东 韶关 512229）

锅炉深度余热利用技术具有减少锅炉排烟热损失，降低发电机组供电煤耗，提高电站效率的作用［1］，近几年来得到广泛的应用，各发电企业纷纷采用该技术进行系统改造。进行锅炉深度余热利用技术改造，可能会给原系统带来不良影响，若不解决该问题，将影响到余热利用系统投用，降低技术改造的预期经济效益，甚至影响到原系统的安全运行。

本文对因余热利用技术改造后造成除氧器水位自动调节失调的问题进行分析，针对产生问题的原因提出了3种解决方案，通过对比选择了改造自动调节系统的方案，以期能够快速、经济地解决问题。

1 改造前系统

1.1 系统组成

某厂300 MW循环流化床机组的汽机凝结水系统如图1所示。经处理装置处理过的凝结水流过轴封冷却器后分成两路：一路去8#和7#低压加热器，另外一路去锅炉冷渣器。然后两路凝结水在6#低压加热器进口管前汇合，汇合后的凝结水再流经6#和5#低压加热器后，到达除氧器。在轴封冷却器的出口和8#低压加热器的进口之间的管道上安装一台电动调节阀，用于调节到除氧器的凝结水流量，除氧器的水位主要依靠此调节阀进行调节。另外，在轴封冷却器与锅炉冷渣器之间的管道上也安装一台电动调节阀，用于调节冷渣器的冷却 水量。

图1 改造前凝结水系统

1.2 除氧器水位控制

除氧器运行时，正常水位值是400～800 mm。低于400 mm时，发出水位低报警；高于800 mm时，发出水位高报警；水位高于850 mm时，除氧器溢流阀将打开进行放水；若达到900 mm时，除氧器将解列。在运行中，相比水位低报警，除氧器更容易造成水位高报警，所以将除氧器水位维持在500 mm附近运行，即除氧器水位自动调节系统的给定值设置为500 mm［2］。

2 改造后系统

2.1 深度余热利用系统

2.1.1 余热利用装置

在引风机后、脱硫吸收塔前布置一套深度烟气余热回收装置。在余热回收装置内部，烟气与烟气换热器里的氟塑料管内的热媒水换热，将热量转移给热媒水，热媒水的热量再通过凝结水换热器转移给凝结水。流经余热利用凝结水换热器的凝结水来自轴封冷却器出口，被加热后回到6#低压加热器入口管道。余热利用装置通过将烟气的热量转移到汽机凝结水系统，实现对烟气热量的回收利用［3-4］。

2.1.2 余热利用系统的设计参数

机组在75%额定工况下，烟气温度由135℃降低至70±5℃，热媒水温度由47℃上升至95℃，所需的凝结水冷却水量为535 t/h，凝结水由38.52℃被加热至85℃。

2.2 改造后的凝结水系统

2.2.1 系统简图

改造后的凝结水系统如图2所示。

图2 改造后凝结水系统

2.2.2 调节系统

由图2看出，余热利用系统的凝结水换热器出口热媒水温度由余热利用凝结水量调节阀来调节，即通过调节凝结水水量将换热后的热媒水回水温度控制在47℃左右，而该调节阀由热媒水温度自动调节系统控制。除氧器水位还是由原来的除氧器水位调节阀来调节。

2.3 存在的问题

2.3.1 参数曲线

除氧器水位失调的相关参数曲线如图3所示。

图3 除氧器水位失调相关参数曲线

由图3可以看出，机组负荷由200 MW下降到180 MW的过程中，热媒水温度基本保持不变，余热利用凝结水量调节阀的开度也保持不变，除氧器水位调节阀已经调到最低开度（为保持系统整体效率而设定除氧器水位调节阀的一个最小10%的开度指令），除氧器水位最高上涨到712 mm，远远超过了给定值（500 mm）。

2.3.2 问题描述

系统投用后，在机组负荷升高的情况下，除氧器水位不会出现失调现象，但在降负荷的时候，经常出现因除氧器水位自动调节失调导致水位高报警的现象。此时，运行人员不得不提前退出余热利用热媒水温度自动调节方式和除氧器水位自动调节方式，进行手动调节，以防止除氧器水位超过允许值。在机组变负荷的时候，需监视的参数和操作的设备多，此时又增加了运行人员的工作量，容易出现兼顾不过来或操作不及时的情况，造成参数失调，影响到了机组的安全运行。

3 原因分析

3.1 动作过程分析

如图3所示，在机组降负荷的时候，由于锅炉给水量减少导致除氧器水位上升，除氧器水位自动调节系统检测到除氧器水位升高后，开始关小除氧器水位调节阀，一直关到10%最小开度，并一直保持这个开度，此时除氧器水位仍然继续上涨。与此同时，由于余热利用系统的烟气换热器里的烟气温度还没有下降，在一定时间内维持原值不变，余热利用凝结水量调节阀的开度也不变，因此到余热利用系统的凝结水量也基本不变。在余热利用热媒水温度自动调节和除氧器水位自动调节动作正常的情况下，出现了水位失调的现象。

3.2 系统结构分析

从图2看出，余热利用系统的凝结水管路与进7#和8#低压加热器的凝结水的管路是并联结构。机组在75%的额定工况下，凝结水总量大约是600 t/h，而此时余热利用系统所需的凝结水量是535 t/h。除氧器水位调节阀能够调节的水量是经过7#和8#低压加热器的凝结水量，而经过余热利用系统的凝结水换热器的凝结水量不受除氧器水位调节阀控制。对于除氧器水位自动调节系统而言，有近90%的凝结水量不受控制，所以造成了除氧器水位的失调。

从图1看出，经过锅炉冷渣器的凝结水管路也是和经过7#、8#低压加热器的凝结水管路并联的，但是在75%的额定工况下冷渣器的凝结水量大约是100 t/h，占总凝结水量的比例较少，所以在余热利用系统改造前没有出现除氧器水位失调的情况。

综上所述，余热利用系统所需的凝结水流量占总凝结水量的比例大，且不受除氧器水位调节阀控制，这是造成除氧器水位失调的主要原因，而这又与余热利用系统的设计不合理、不完善有关。

4 解决方法

4.1 解决方案

系统改造后，由于系统结构不合理，造成大部分的凝结水不受除氧器水位调节阀控制的问题，提出3种解决方案。

方案一：在轴封冷却器出口的凝结水总管上增加一台电动调节阀作为除氧器水位调节阀，原有的除氧器水位调节阀作为7#和8#低压加热器的凝结水量调节阀，使得全部的凝结水均受到除氧器水位调节阀的控制，则不会造成除氧器水位失调的问题。

方案二：将凝结水泵的调节方式改造为变频调节［5］，通过调节凝结水泵的转速来控制除氧器水位，原有的除氧器水位调节阀作为7#和8#低压加热器的凝结水量调节阀。凝结水泵变频控制能够调节全部的凝结水量，也可以解决问题。

方案三：改造余热利用的自动调节系统（热媒水温度自动调节系统），增加除氧器水位关联条件，让其在一定条件下参与除氧器水位的调节，不再单独控制凝汽器换热器出口热媒水温度，这也是一种解决问题的途径。

4.2 方案对比

从设备投资、改造工作量和节能效果等方面对以上3种方案进行对比，如表1所示。

表1 方案对比表

在表1中，改造工作量影响到进行改造所用的时间或影响到系统投用的时间，节能效果是指方案对原系统的节能效果。对于除氧器水位调节而言，变频调节方式的节能效果优于阀门节流调节方式。

从设备的投资和影响系统的投用两方面指标看，方案三具有较大的优势。此外，方案三的实施无需大、小修的调停机会，只需对自动调节逻辑进行改造，找到合适的控制方式和参数即可以解决问题，因此选择方案三。

4.3 自动调节系统改造

4.3.1 控制方式

由于需要余热利用热媒水温度自动调节系统参与除氧器水位的调节，即需根据除氧器水位高、低情况来控制余热利用系统的凝结水量，为此，需将原来的恒值控制系统（给定值不变）改为随动控制系统（给定值变化），即由除氧器水位作为条件来改变余热利用热媒水温度自动的给定值。当除氧器水位高于某一值时，提高余热利用热媒水温度自动系统的给定值，则余热利用凝结水量调节阀将会关小，减少了通过余热利用凝结水换热器的凝结水量，除氧器水位将会降低；当除氧器水位低于某一值时，余热利用热媒水温度自动退出除氧器水位的调节，恢复控制热媒水温度。

4.3.2 参数整定

先整定好除氧器正常水位下的余热利用热媒水温度自动和除氧器水位自动的适合调节阀开关速度、阀门流量特点等系统特性的PID参数［6］，在满足各自自动调节的基础上，再试验出余热利用热媒水温度自动参与除氧器水位调节的水位定值。为了保障余热利用系统有较高的回收烟气热量效率，应当优先使用除氧器水位调节阀来调节水位，即参与调节的水位定值应高于除氧器水位自动的给定值（500 mm）。当调节不过来时，余热利用热媒水温度自动再参与水位的调节，以减少除氧器水位对余热利用系统回收热量效率的影响。经过多种工况下的试验，从保障除氧器水位的安全和系统的效率等方面考虑，试验出余热利用热媒水温度自动参与除氧器水位调节的合理水位值是550 mm，即高于550 mm时参与水位调节，低于550 mm时退出水位调节。另外，为了防止余热利用凝结水换热器里的凝结水断水造成设备损坏，将余热利用热媒水温度自动输出的最小阀门指令设置为10%，使得余热利用凝结水量调节阀的开度均在10%以上。

4.3.3 自动调节逻辑

改造后的余热利用热媒水温度自动逻辑的给定值如图4所示，其他部分与原来的自动逻辑相同。

图4 改造后的余热利用热媒水温度自动逻辑的给定值

由图4可以看出，当除氧器水位高于550 mm时，自动的给定值按水位的比例增或减。水位越高，给定值越大，余热利用凝结水量调节阀关得越快，适应了除氧器水位的控制要求。当水位等于或低于550 mm时，给定值恢复为设定值，退出除氧器水位的控制。另外，给定值被限定在大于40℃小于70℃的合理范围内。

5 改造效果

5.1 自动调节曲线

经过对自动调节逻辑的改造后，投用的某一时段相关参数曲线如图5所示。

图5 改造后参数曲线

在机组负荷从204 MW下降到184 MW的过程中，除氧器水位呈升高趋势。在降负荷的初始阶段，除氧器水位是515 mm，已经高于给定值500 mm，所以除氧器水位调节阀逐渐关小，此时热媒水温度稍低于给定值，余热利用凝结水量调节阀关小，直到热媒水温度等于设定值后保持17%的开度不变；当除氧器水位上升超过550 mm时，余热利用热媒水温度自动控制系统开始参与到除氧器水位调节中，余热利用凝结水量调节阀开度从17%开始下降，一直到15%，除氧器水位低于550 mm，又恢复热媒水温度的控制。从机组降负荷过程结束到稳定在新的负荷上，除氧器水位最高上升到570 mm，然后又恢复到设定值500 mm附近，整个变负荷过程中水位被控制在正常的范围内。

5.2 投用效果

自动投用后，经过长期观察，在各种工况下除氧器水位被控制在425 mm至650 mm之间，负荷平稳时能够维持在500 mm附近，不用手动干预。这说明该方案能满足除氧器水位控制的需求，且能尽量减少对热媒水温度调节的影响，但该方案在降负荷过程中会造成部分烟气热量的损失。

6 结论

通过将余热利用热媒水温度自动调节系统由恒值控制系统改造为随动控制系统，解决了因锅炉深度余热利用技术改造后造成的除氧器水位失调问题，又兼顾了烟气热量回收效率。该方案投资少，实施时间短，使得余热利用系统能够快速投入运行，是一种短期可行的办法。