Я не понял из вашего вопроса, если у вас нет доступа к файлу app.config из-за вашей собственной реализации проекта или вы просто не смогли сохранить файл конфигурации, так что вот фрагмент кода, который позволяет изменить и сохранить раздел appSettings в файле конфигурации во время выполнения:
Configuration config = ConfigurationManager.OpenExeConfiguration(ConfigurationUserLevel.None);
KeyValueConfigurationCollection settings = config.AppSettings.Settings;
// update SaveBeforeExit
settings[-keyname-].Value = "newkeyvalue";
...
//save the file
config.Save(ConfigurationSaveMode.Modified);
//relaod the section you modified
ConfigurationManager.RefreshSection(config.AppSettings.SectionInformation.Name);
P.S. код не сохранит файл app.config, который вы видите в редакторе решений, он обновит файл "program_name.exe.config" в операции forlder.