CH673697A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Speisewassermenge einer mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeugeranlage, die eine in einer Speisewasserleitung angeordnete Speisewasserpumpe, einen der Speisewasserpumpe nachgeschalteten Verdampfer, einen dem Verdampfer nachgeschalteten Wasserabscheider, Steuermittel zur Steuerung der Speisewassermenge und ein Umschaltorgan enthält, das bei niedriger Dampferzeugerlast mit Nassdampf ein vom Wasserstand im Wasserabscheider ausgelöstes, erstes Signal und bei hoher Dampferzeugerlast mit Trockendampf ein von der

Dampftemperatur stromunterhalb des Wasserabscheiders ausgelöstes, zweites Signal auf die Steuermittel einwirken lässt.

Aus der CH-PS 517 266 ist ein solches Verfahren bekannt, bei dem das Umschaltorgan vom Druck des Speisewassers an s einer Druckmessstelle zwischen der Speisewasserpumpe und dem Verdampfer gesteuert wird. Das bekannte Verfahren funktioniert zufriedenstellend für eindeutig niedrige Lasten mit Nassdampf und eindeutig hohe Lasten mit Trockendampf. Bei Lasten um 45%, d.h. in der Nähe des Übergangs von Nass- auf io Trockendampf und umgekehrt, hat sich das bekannte Verfahren jedoch nicht bewährt, weil das Umschaltorgan zum zyklischen Schwanken zwischen den beiden Steuerungsarten neigt.

Darüberhinaus wird der Druck in der Speisewasserleitung von verschiedenen Faktoren beeinflusst, wie z.B. vom Verls schmutzungsgrad der stromunterhalb der Druckmessstelle angeordneten Wasser- bzw. Dampfleitungen; diese Faktoren führen zu unerwünschten Abweichungen in der Regelung und verschlimmern insbesondere die Problematik im Zusammenhang mit dem kritischen Lastbereich um 45% Last zusätzlich. 2o Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Steuerung des Umschaltorgans so zu verbessern, dass sie bei allen Lasten zuverlässig arbeitet und von Störungen in der Dampferzeugeranlage weitgehend unbeeinflusst bleibt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Differenz AT 25 zwischen der Dampftemperatur am Eintritt des Wasserabscheiders und der Sättigungstemperatur des Dampfes beim zugehörigen Wasserabscheiderdruck gebildet wird, dass diese Temperaturdifferenz AT mit einer ausgewählten Grenzwert-Temperatur G> 0°C verglichen wird und dass das Umschaltorgan so ge-3o steuert wird, dass bei Temperaturdifferenzen AT kleiner oder gleich Null das erste Signal auf die Steuermittel einwirkt, bei Temperaturdifferenzen AT grösser als die Grenzwert-Temperatur G das zweite Signal auf die Steuermittel einwirkt und bei Temperaturdifferenzen AT grösser als Null, aber kleiner als die 35 oder gleich der Grenzwert-Temperatur G das zeitlich davor zuletzt wirkende, erste oder zweite Signal weiter auf die Steuermittel einwirkt.

Durch den Vergleich der Dampftemperatur am Eintritt des Wasserabscheiders mit der Sättigungstemperatur des Dampfes 4o beim zugehörigen Wasserabscheiderdruck wird der Wassergehalt des in dem Wasserabscheider eintretenden Dampfes eindeutig und unbeeinflusst von Störfaktoren festgestellt. Ferner wird durch die Auswahl der Grenzwert-Temperatur im kritischen Lastbereich ein unkontrolliertes Hin- und Herschwanken 45 der Speisewassermenge verhindert; die Auswahl oder Festlegung der Grenzwert-Temperatur erfolgt für jede Anlage experimentell so, dass die eingangs geschilderten zyklischen Schwankungen des Umschaltorgans verhindert werden.

Die Ansprüche 2 bis 5 kennzeichnen besonders vorteilhafte so Varianten des erfindungsgemässen Verfahrens.

Die Variante nach Anspruch 6 sichert eine rasche Anpassung der Speisewassermenge an Änderungen der Feuerung, wobei Anspruch 7 eine bevorzugte Anwendungsform der Variante nach Anspruch 6 darstellt, nach der eine Wirkung des dritten 55 Signals bei Nassdampf am Eintritt des Wasserabscheiders verhindert wird. In diesem Betriebszustand würde nämlich das dritte Signal normalerweise dem gewünschten Regelverlauf entgegenwirken, da z.B. bei einer Lasterhöhung durch Vergrössern der Brennstoffmenge das dritte Signal eine parallele Zunahme 60 der Speisewassermenge bewirken würde, wodurch weniger Dampf erzeugt würde und somit eine unerwünschte Erwärmung der dem Wasserabscheider nachgeschalteten Dampfleitungen einträte.

Aufgrund der Zeichnung werden nun die Erfindung und die 65 damit verbundenen Vorteile näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt schematisch die wesentlichen Teile einer Dampferzeugeranlage. Eine in einer Speisewasserleitung 1 angeordnete Speisewasserpumpe 2, ein dieser Pumpe 2 nachgeschal

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teter Verdampfer 3, ein diesem nachgeschalteter Wasserabscheider 4 sowie Steuermittel 6 zur Steuerung der Speisewassermenge und ein in einer Steuereinheit 71 angeordnetes Umschaltorgan 7 sind zusammen mit einer fossilen Brennstoff verbrennenden Feuerung die Hauptkomponenten der Dampferzeugeranlage. Das Umschaltorgan 7 lässt bei niedriger Last mit Nassdampf ein vom Wasserstand im Wasserabscheider 4 ausgelöstes, erstes Signal und bei hoher Last, mit Trockendampf, ein von einer Dampftemperatur stromunterhalb des Wasserabscheiders 4 ausgelöstes, zweites Signal auf die Steuermittel 6 einwirken. Zwischen der Speisewasserpumpe 2 und dem Verdampfer 3 ist ein ebenfalls von der Feuerung 3' erwärmter Ekonomizer 8 angeordnet. Dampfseitig sind dem Wasserabscheider 4 ein erster und ein zweiter Dampfüberhitzer 5 bzw. 5' in Serie nachgeschaltet. Eine Umwälzpumpe 9 dient der Umwälzung des im Wasserabscheider 4 anfallenden Wassers durch eine Wasseraustrittleitung 14, den Ekonomizer 8, den Verdampfer 3 und zurück zum Abscheider 4.

In der Wasseraustrittsleitung 14 ist ein in Umwälzrichtung durchströmtes Rückschlagventil 15 vorgesehen, das verhindert, dass Wasser aus der Speisewasserleitung 1 über die Leitung 14 in den Abscheider 4 strömt. Eine Leitung 12 verbindet den Ausgang des Verdampfers 3 mit dem Eintritt des Abscheiders 4; in ihr ist ein erstes Temperaturmessgerät 16 vorgesehen. Eine dampfseitige Verbindung des Abscheiders 4 mit dem ersten Überhitzer 5 erfolgt über eine Dampfaustrittsleitung 13, in der ein Durchflussmesser 25 angeordnet ist.

Der Austritt des zweiten Überhitzers 5' ist über eine Turbinendampfleitung 18 mit einer Dampfturbine 10 verbunden, die einen Generator 11 antreibt. Der Austritt der Dampfturbine 10 ist über in der Zeichnung nicht gezeigte Rohrleitungen an die Speisewasserleitung 1 angeschlossen.

Diese Leitungen enthalten Wärmeübertrager, einen Kondensator und eventuell eine Wasseraufbereitungsanlage sowie einen Speisewassertank mit Frischwasseranschluss. Bei Bedarf können auch Zwischenüberhitzer für die Dampfturbine 10 in der Dampferzeugeranlage vorgesehen werden. Der Wasserabscheider 4 weist einen Wasserstandsmesser 20 auf. Eine Verbindungsleitung zwischen dem ersten und dem zweiten Überhitzer 5 bzw. 5' enthält ein zweites Temperaturmessgerät 30. Eine die Feuerung 3' speisende Brennstoffzufuhrleitung 3' ' enthält einen Durchflussmesser 35 für die zur Feuerung strömende Brennstoffmenge riiB.

Das erste Temperaturmessgerät 16 erzeugt ein der Dampftemperatur Te am Eintritt des Wasserabscheiders 4 proportionales Signal. In einem ersten Vergleichsorgan 171 wird die Differenz AT zwischen dieser Temperatur Te und der Sättigungstemperatur 50 des Dampfes beim zugehörigen Wasserabscheiderdruck gebildet, der durch einen Messfühler 51 gemessen und einem Gerät 52 zugeführt wird, in dem die zugehörige Sättigungstemperatur 50 ermittelt wird. Diese Temperaturdifferenz AT wird über eine Signalleitung 19 einem Steuerorgan 70 zugeführt, das über eine weitere Signalleitung 19' auf das Umschaltorgan 7 auf eine weiter unten beschriebene Weise einwirkt.

Der Wasserstandsmesser 20 sendet ein dem Wasserstand im Abscheider 4 proportionales Signal über eine Signalleitung 29, zu einem zweiten Vergleichsorgan 172, in dem dieses Signal mit einem Wasserstandssollwert 21 verglichen wird. Die Differenz der beiden Signale wird einem PID-Regler 22 und von diesem einem dritten Vergleichsorgan 173 zugeführt. Diesem dritten Vergleichsorgan 173 fliesst ausserdem ein dem Dampfstrom riiD in der Dampfaustrittsleitung 13 proportionales, vom Durchflussmesser 25 erzeugtes Signal zu, das über eine ein Glied 26 zur Abschwächung der Signalstärke enthaltende Signalleitung 39 übertragen wird. Durch Summierung der aus dem Wasserstandsmesser 20 und dem Durchflussmesser 25 stammenden Signale wird im dritten Vergleichsorgan 173 das — als «erstes Signal» bezeichnete — Signal 101 gebildet, das über eine Signalleitung 49, zu einem ersten Kontakt 27 des Umschaltorgans 7 weitergeleitet wird.

Das Temperaturmessgerät 30 sendet ein der Dampftempera-5 tur Ta zwischen dem ersten und dem zweiten Überhitzer 5 bzw. 5' proportionales Signal über eine Signalleitung 59 zu einem vierten Vergleichsorgan 174, in dem die Differenz zwischen dieser Temperatur und einem Temperatursollwert 31 gebildet wird. Diese Differenz wird einem weiteren PID-Regler 32 zugeführt, io der ein — als «zweites Sginal» bezeichnetes — Signal 102 bildet und auf einen zweiten Kontakt 37 des Umschaltorgans 7 einwirken lässt.

Über eine Signalleitung 69 verbindet das Umschaltorgan 7 — gesteuert von der Temperaturdifferenz AT — einen der bei-i5 den Kontakte 27 und 37 mit einem fünften Vergleichsorgan 175 und überträgt so mit Hilfe der Steuereinheit 71 das « erste»

oder das «zweite Signal» auf dieses Vergleichsorgan.

Diesem Vergleichsorgan 175 wird ausserdem von einem Maximalwertglied 40 ein Signal 43 additiv aufgegeben, das ein 20 «drittes Signal» bildet. Das Maximalglied 40 empfängt ein Signal 41, das eine vorgewählte Minimallast — vorzugsweise diejenige, bei der der Übergang von Nassdampf auf Trockendampf und umgekehrt stattfindet — wiederspiegelt, und ein vom Durchflussmesser 35 ausgelöstes Signal 42, das der die 25 Last des Dampferzeugers bestimmenden Brennstoffmenge riiB proportional ist und das in einem dynamischen Glied 42' für einen Vergleich mit dem Minimallastsignal 41 umgeformt wurde. Das Maximalwertglied 40 wählt dann das dem grösseren der beiden Signale 41 und 42 entsprechende dritte Signal 43 aus. 30 Dieses wird, wie bereits erwähnt, dem Vergleichsorgan 175 zugeführt. Die Summe aus dem von der Steuereinheit 71 her stammenden Signal und dem Signal 43 wird in die Steuermittel 6 eingegeben, die auf die Speisewassermenge einwirken.

Bei den Steuermitteln 6 handelt es sich um eine übliche Aus-35 führung, die sowohl auf die Drehzahl der Speisewasserpumpe 2 als auch auf ein Ventil in der Speisewasserleitung 1 oder auf beides einwirken kann. Da diese Mittel an sich bekannt und nicht erfindungswesentlich sind, wird hier nicht näher darauf eingegangen.

40 Die Dampferzeugeranlage nach der Zeichnung arbeitet wie folgt:

Die Speisewasserpumpe 2 fördert Speisewasser über die Speisewasserleitung 1 in den Ekonomizer 8, in dem es von der Feuerung 3' vorgewärmt wird; vom Ekonomizer 8 gelangt das 45 vorgewärmte Wasser in den Verdampfer 3. Hier wird es verdampft und tritt entweder als Nass- oder als Trockendampf über die Leitung 12 in den Wasserabscheider 4 ein. Der Wasserabscheider 4 trennt die flüssige und die dampfförmige Phase des eintretenden Dampfes voneinander, wonach die flüssige so Phase mit Hilfe der Umwälzpumpe 9 über die Wasseraustrittsleitung 14 und das Rückschlagventil 15 in die Speisewasserleitung 1 zurückgeführt wird, während die dampfförmige Phase über die Dampfaustrittsleitung 13 den Überhitzern 5, 5' zu-fliesst. Der überhitzte Dampf wird über die Turbinendampflei-55 tung 18 zur Dampfturbine 10 geleitet, in der er expandiert und Arbeit zur Erzeugung von elektrischem Strom im Generator 11 leistet.

Die im ersten Vergleichsorgan 171 festgestellte Temperaturdifferenz AT wird im Steuerorgan 70 ausgewertet. Dieses gibt 60 jeweils eines der drei folgenden Befehlssignale «S» aus:

— S = —1, wenn die Temperaturdifferenz kleiner oder gleich Null ist,

— S = +1, wenn die Temperaturdifferenz grösser als ein Grenzwert G ist, und

65 — S = 0, wenn die Temperaturdifferenz grösser als Null, aber kleiner als der oder gleich dem Grenzwert G ist.

Bei S = —1 hegt das Umschaltorgan 7 am ersten Kontakt 27 an und gibt das «erste Signal» über das Vergleichsorgan 175 an

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die Steuermittel 6 weiter. Ist dagegen das Befehlssignal S = +1, so liegt das Umschaltorgan 7 am zweiten Kontakt 37 an und leitet das «zweite Signal» weiter. Bei einem Befehl S = 0 bleibt das Umschaltorgan 7 in einer neutralen Stellung, wobei das zeitlich davor zuletzt dem fünften Vergleichsorgan 175 zugeführte erste oder zweite Signal mit Hilfe der Steuereinheit 71 festgehalten und dem fünften Vergleichsorgan 175 weiterhin zugeleitet wird.

Der Grenzwert G>0°C wird dabei für die Dampferzeugeranlage empirisch so niedrig wie möglich festgelegt, aber doch derart, dass im kritischen Lastbereich um 45% Last, in dem der Übergang Nass- zu Trockendampf und umgekehrt stattfindet, der Befehl S = 0 das Umschaltorgan 7 erreicht, um ein unkontrolliertes Hin- und Herschwanken der Speisewassermenge zu verhindern. In der Praxis wird G vorzugsweise unterhalb 30°C festgelegt, wobei in den meisten Fällen erfahrungsgemäss G =

0°C gesetzt werden kann, ohne dass derartige Schwankungen auftreten.

Es ist beim Umschalten des Umschaltorgans 7 wichtig, dass der Übergang von einem Signal auf das andere stossfrei ge-5 schieht, was z.B. durch entsprechende Festsetzung des I-Anteils der PID-Regler 22 und 32 und mit Hilfe der Steuereinheit 71 möglich ist.

Im fünften Vergleichsorgan 175 werden das aus dem Umschaltorgan 7 kommende erste bzw. zweite Signal zum «dritten io Signal» addiert und zur Steuerung der Speisewassermenge den Steuermitteln 6 zugeführt, so dass neben der Änderung des Wasserstands im Wasserabscheider 4 bzw. der Dampftemperatur Ta stromunterhalb des Wasserabscheiders 4, auch die zur Feuerung 3' strömende Brennstoffmenge .ms, die für die jeweili-15 ge Last des Dampferzeugers massgebend ist, in der Regelung berücksichtigt wird.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

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1. Verfahren zur Regelung der Speisewassermenge einer mit fossilen Brennstoffen befeuerten Dampferzeugeranlage, die eine in einer Speisewasserleitung angeordnete Speisewasserpumpe, einen der Speisewasserpumpe nachgeschalteten Verdampfer, einen dem Verdampfer nachgeschalteten Wasserabscheider, Steuermittel zur Steuerung der Speisewassermenge und ein Umschaltorgan enthält, das bei niedriger Dampferzeugerlast mit Nassdampf ein vom Wasserstand im Wasserabscheider ausgelöstes, erstes Signal und bei hoher Dampferzeugerlast mit Trockendampf ein von der Dampftemperatur stromunterhalb des Wasserabscheiders ausgelöstes, zweites Signal auf die Steuermittel einwirken lässt, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz AT zwischen der Dampftemperatur am Eintritt des Wasserabscheiders und der Sättigungstemperatur des Dampfes beim zugehörigen Wasserabscheiderdruck gebildet wird, dass diese Temperaturdifferenz AT mit einer ausgewählten Grenzwert-Temperatur G >0°C verglichen wird und dass das Umschaltorgan so gesteuert wird, dass bei Temperaturdifferenzen AT kleiner oder gleich Null (AT <0) das erste Signal auf die Steuermittel einwirkt,

bei Temperaturdifferenzen PT grösser als die Grenzwert-Temperatur G (AT>G) das zweite Signal auf die Steuermittel einwirkt und bei Temperaturdifferenzen AT grösser als Null, aber kleiner als die oder gleich der Grenzwert-Temperatur G (0 < AT < G) das zeitlich davor zuletzt wirkende, erste oder zweite Signal weiter auf die Steuermittel einwirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Signal über je einen Regler auf die Steuermittel einwirken.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Regler PID-Regler eingesetzt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei dem Wasserabscheider dampfseitig mindestens ein Dampfüberhitzer nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampftemperatur für das zweite Signal stromunterhalb des Dampfüberhitzers gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei mindestens zwei nacheinander geschaltete Dampfüberhitzer vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampftemperatur für das zweite Signal in einer Verbindungsleitung zwischen zwei Dampfüberhitzern gemessen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei auf die Steuermittel eine Summe, gebildet aus dem ersten oder aus dem zweiten Signal und einem die der Dampferzeugeranlage zuströmende Brennstoffmenge repräsentierenden dritten Signal, einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Signal nur dann wirksam wird, wenn die Dampferzeugeranlage eine vorgewählte Minimallast überschritten hat.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

dass als Minimallast diejenige gewählt wird, bei der der Übergang von Nass- auf Trockendampf und umgekehrt stattfindet.