DD234915A1

DD234915A1 - Verfahren zur verbrennungsoptimalen leistungsregelung von dampferzeugern mit rostfeuerungen

Info

Publication number: DD234915A1
Application number: DD27353785A
Authority: DD
Inventors: Rainer Engel
Original assignee: Geraete & Regler Werke Veb
Priority date: 1985-02-26
Filing date: 1985-02-26
Publication date: 1986-04-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsregelung von rostgefeuerten Dampferzeugern und stellt sich die Aufgabe, eine automatische Leistungsregelung zu schaffen, die eine ausreichende Beruecksichtigung der Verbrennungsguete einschliesst. Erreicht werden soll das dadurch, dass der Sollwert fuer die Brennkante durch den Volumenanteil eines die Verbrennung charakterisierenden Bestandteils des Rauchgases leistungsabhaengig in Form einer Kaskadenregelung gesteuert wird. Erfindungsgemaess kann der Sollwert auch aufgrund einer einmalig an einem Prototyp des jeweiligen Kesseltyps ermittelten funktionalen Abhaengigkeit der Brennkantenposition von der Kesselleistung gesteuert werden. Es hat sich gezeigt, dass als der die Verbrennung charakterisierende Bestandteil des Rauchgases vorteilhaft der Sauerstoffgehalt verwendet wird. Bei Einsatz mehrerer Rostbahnen ist es vorteilhaft, diese durch einen gemeinsamen Sollwert fuer die jeweilige Brennkantenregelung zu steuern.

Description

bestimmten Ort zur Verharrung zu bringen. Zum Zwecke der automatischen Regelung der örtlichen Lage der Brennkante wird deren Istwert, z. 8. gemäß DD-WP 262 996 aufgrund der Temperaturverteilung auf dem Rost, gesehen in Brennstofftransportrichtung, durch eine entsprechende Meßeinrichtung erfaßt. Um einen Stillstand der Schwingrostbewegung oder Schürbewegung zu vermeiden, wird besonders bei Variation der Kesselleistung über einen großen Bereich, zusätzlich in Abhängigkeit von der Kesseileistung, die Brennstoffschichtdicke durch einen Stelleingriff über den Schichthöhenschieber dem aktuellen Leistungsbedarf angepaßt. Auch bei größeren Schwankungen des Heizwertes oder des Feuchtigkeitsgehaltes des Brennstoffes ist es vorteilhaft, zusätzlich zu der Brennkantenregelung den veränderten Bedarf an Brennstoff durch eine Regelung der Brennstoffschichtdicke zu ergänzen.

Vorteilhafterweise sollte diese Regelung der Brennstoffschichtdicke zur Schonung der Stellantriebe und Steileinrichtungen in Stufen und automatisch erfolgen. Als ein geeigneter repräsentativer Istwert für die automatische Regelung kann z.B. gemäß der Patentanmeldung 271 546 des Anmelders die örtliche Ausbreitung der Verbrennungszone in Brennstofftransportrichtung genutzt werden. Dazu wird wie bei der Ermittlung der Brennkante der Temperaturverlauf in Brennstofftransportrichtung ermittelt und in dessen Maximum, das ein Maß für die Brennkante darstellt, die Krümmung dieser Funktion bestimmt. Diese Krümmung bildet einen repräsentativen Wert für die Brennstoffschichtdicke und kann als Istwert für eine automatische Schichtdickenregelung verwendet werden.

Wesentliches Merkmai der Erfindung ist, daß der Sollwert für die Brennkantenregelung einer oder mehrerer Rostbahnen eines Kessels aufgrund der geforderten Verbrennungsgüte vorgegeben wird. Die geforderte Verbrennungsgüte ist abhängig von der Kesselleistung. Diese Sollwertvorgabe kann erfolgen, in dem ein für die Verbrennungsgüte repräsentativer Bestandteil des Rauchgases, wie der Sauerstoffgehalt, durch eine entsprechende Meßeinrichtung ständig gemessen wird und diese Meßgröße zusammen mit einem von der Kesselleistung abhängigen Sollwert auf einen Führungsregler aufgeschaitet wird, dessen Ausgangssignal wiederum als Führungsgröße auf den bzw. die Brennkantenregier (Folgeregler) gegeben wird. Alternativ zu dieser Lösung kann die Sollwertvorgabe für den oder die Brennkantenregler auch aufgrund einer einmalig ermittelten funktionalen Abhängigkeit von Leistung und Brennkantenposition erfolgen. Durch die meßtechnische Bestimmung des leistungsabhängigen Volumenanteils des Sauerstoffes im Rauchgas wird an einem Prototyp des jeweiligen Kesseltyps bzw. am jeweiligen Kessel selbst die Kennlinie für einen Sollwertgeber für die Brennkante ermittelt. Der Sollwert für die Brennkantenregelung eines Kessels wird dann direkt durch einen derartigen Sollwertgeber mit der Kesselleistung (z. B. abgegebene Qampfmenge) als Eingangsgröße vorgegeben.

Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die dazugehörige Zeichnung zeigt das Schema einer automatischen Regelung der Leistung von Kesselanlagen mit Rostfeuerungen.

Wie aus dieser Zeichnung ersichtlich ist, wird der Brennstoff 3 auf einen Rost 2, oder mehreren Rostbahnen, der Verbrennungszone 4 im Feuerraum 1 zugeführt. Als ausgezeichneter Ort auf dem Rost 2 existiert die Brennkante 5, die zum Beispiel durch den Ort maximaler Temperatur in Brennstofftransportrichtung gesehen hinreichend gut repräsentiert wird. Unterhalb des Rostes 2 befinden sich im Bereich der Verbrennungszone 4 Temperaturmeßelemente 6, deren Anzahlzur Bestimmung des Maximums der Temperatur mindestens drei beträgt und die in Transportrichtung gesehen örtlich über die Verbrennungszone verteilt sind. Die Ausgänge der Meßelemente 6 sind einer Auswerteeinheit 7 zugeführt, die aufgrund der eingegebenen Temperatursignale gemäß der älteren Patentanmeldung WP 262 966 den Istwert der Brennkante ermittelt. Neben dem Istwert für die Brennkante ermittelt die Auswerteeinheit 7 gemäß der älteren Patentanmeldung WP 271 546 auch den Istwert für die Brennstoffschichtdicke auf den Rost 2.

Es wurde gefunden, daß die Krümmung des Temperaturverlaufes im Ternperaturmaximum einen repräsentativen Wert für die Schichtdicke des Brennstoffes auf dem Rost 2 darstellt. Der Istwert für die Brennkante wird dem Regler für die Brennstoffmenge 19 und der Istwert für die Brennstoffschichtdicke wird dem Schichtdickenregler 20 zugeführt. Die Rostbewegung bzw. die Schwingbewegung des Rostes wird durch den Antrieb 10 verursacht. Die Schichthöhe des Brennstoffes 3 auf dem Rost 2 wird durch die jeweilige Position des Schichthöhenschiebers 8 bestimmt. Dieser wird durch den Antrieb 9 verstellt, der zusammen mit dem Wegmeßelement 14 und dem Regler 13 einen Positionierregelkreis bildet. Als Führungsgröße wird dem Regler 13 der Ausgang des Reglers 20 aufgeschaltet. Der aktuelle Bedarf an Feuerungsleistung wird durch Verstellung der Verbrennungsluftmenge und der Brennstoffmenge (Rostgeschwindigkeit bzw. Doppelhubzahl bei Schwingrosten sowie Brennstoffschichtdicke) eingestellt.

Als Hauptregelgröße dient die Kesselleistung, z. B. Trommel- bzw. Sammelschienendruck bei vorgegebener Vorlauftemperatur. Der mittels Druckmeßelement 15 gemessene Trommel- bzw. Sammelschienendruck ist dem Regler 17 auf geschaltet, dessen Ausgangssignal als Sollwert dem Verbrennungsluftregler 18 zugeführt wird. Dieser verstellt über den Antrieb 11 die Lüfterklappen für die Verbrennungsluftmenge, die wiederum durch das Meßelement 12 gemessen und dem Regler 18 als Istwert aufgeschaltet

Gleichzeitig wirkt dieses Signal in Form einer Störgrößenaufschaltung auf die Verstellung der Rostgeschwindigkeit.

Zur Verbesserung der Dynamik der gesamten Regelanordnung wurde eine Störgrößenaufschaltung der abgegebenen Dampfmenge, gemessen mittels Meßelement 16, auf den Verbrennungsluftregelkreis vorgenommen.

Der Brennstoffmengenregler 19, der in diesem Fall als Brennkantenregler fungiert, sorgt dafür, daß die Brennkante 5 auf dem vorgegebenen Sollwert verharrt.

Wesentlich für die Erfindung ist, daß der Soliwert für den oder die Brennkantenregler 19 aufgrund von verbrennungstechnischen Parametern leistungsabhängig vorgegeben wird. Das kann erfolgen, indem der Sauerstoff anteil im Rauchgas mittels eines Meßelementes 22 gemessen wird und dieser Wert zusammen mit dam mittels eines Sollwertgebers 24 von der.aktueilen Kesselleistung gebildeten Sollwert auf den O₂-Wert-Regler 23 aufgeschaltet wird. Der Regler 23 arbeitet als Führungsregler und gibt den Sollwert für den oder die Brennkantenregler 19 vor.

Wie mit einer gestrichelten Linie angedeutet, kann die Sollwertvorgabe für den Brennkantenregler 19 auch direkt von einem Sollwertgeber 25 in Abhängigkeit von der Kesselleistung vorgegeben werden. Dazu wird eine meßtechnische Bestimmung des leistungsabhängigen Sauerstoffgehaltes im Rauchgas an einem Prototyp des entsprechenden Kesseltyps bzw. an dem Kessel selbst durchgeführt und damit die Kennlinie für den Sollwertgeber 25 für die Abhängigkeit der Brennkantenposition von der Kesselleistung unter voller Berücksichtigung des Sauerstoffgehaites im Rauchgas ermittelt.

In beiden Fällen ist sichergestellt, daß bei der Regelung der Brennkante neben der momentanen Kesselleistung auch die Verbrennungsgüte entsprechend berücksichtigt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur verbrennungsoptimalen Leistungsregelung von Dampfkesseln mit Rostfeuerungen, bei dem ein fester Brennstoff mittels eines geeigneten Rostes in einen Feuerraum zugeführt wird und welches als wesentliche Hauptregelgrößen die Verbrennungsluftmenge und die Brennstoffmenge umfaßt, wobei die Verbrennungsluftmenge zur unmittelbaren dynamischen Ausregelung entsprechend des aktuellen Leistungsbedarfs dient und wobei die Brennstoffmengenregelung eine automatische Regelung zur Stabilisierung der Brennkante an einen durch technologische Parameter vorgegebenen Ort in Brennstofftransportrichtung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert der Brennkante entweder direkt durch den Volumenanteil eines die Verbrennung charakterisierenden Bestandteils des Rauchgases leistungsabhängig in Form einer Kaskadenregelung oder direkt aufgrund einer einmalig ermittelten funktionalen Abhängigkeit Leistung/Brennkantenposition gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als der die Verbrennung charakterisierende Bestandteil des Rauchgases der Sauerstoffgehalt dient. .
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Dynamik der Leistungsregelung die Verbrennungsluftmenge als Korrektur- bzw. Störgröße auf den Brennkantenregelkreis aufgeschaltet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Rostbahnen durch einen gemeinsamen Sollwert der jeweiligen Brennkantenregelung geführt bzw. gesteuert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der Brennkantenregelung entsprechend der aktuell abgegebenen Leistung die Brennstoffschichtdicke durch Stelleingriff über die Schichthöhenschieber entsprechend angepaßt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Schichtdicke des Brennstoffes automatisch und in Stufen erfolgt, wobei als ein repräsentativer Istwert für die Brennstoffschichtdicke die örtliche Ausbreitung der Verbrennungszone in Transportrichtung genutzt wird.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist ein Verfahren zur automatischen Regelung der Leistung und der verbrennungstechnischen Parameter, insbesondere des Sauerstoffgehaites im Rauchgas, von Dampferzeugern mit ein- oder mehrbahnigen Rostfeuerungen für feste Brennstoffe, insbesondere zerkleinerte Rohbraunkohle.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Dampferzeuger kleiner und mittlerer Leistungen sind in vielen Fällen mit Rostfeuerungen, die mit festem bzw. stückigem Brennstoff beschickt werden, ausgerüstet. Es kommen dabei Schub-, Schür- oder Wanderroste zur Anwendung. Durch die entsprechende Bewegung des Rostes wird eine kontinuierliche Brennstoffzuführung, der Brennstofftransport sowie die Brennstoffaufbereitung realisiert. Die eigentliche Verbrennung erfolgt auf einem kleinen festgelegten Ort in der Verbrennungszone, für die im folgenden als eine zu regelnde Prozeßgröße der Begriff Brennkänte verwendet wird. Aus dem DD-WP 262 996 des Anmelders ist eine Lösung zur meßtechnischen Erfassung der Brennkante bekannt, die die Temperaturverteilung in Transportrichtung des Brennstoffes verwendet und aus deren Maximum die Brennkante bestimmt.

Wesentlich für die Automatisierung von Dampferzeugern ist die Realisierung einer automatischen Belastungsregelung, deren Aufgabe es ist, daß bei variablem Leistungsbedarf durch den oder die Verbraucher (variable Dampfmengenabnahme bzw. Änderung der Vorlauftemperatur) der Dampfdruck in der Trommel bzw. Sammelschiene konstant gehalten wird. Bei rostgefeuerten Dampferzeugern, insbesondere bei Schwingrostfeuerungen, macht es sich darüber hinaus für die Gewährleistung der verbrennungstechnischen Parameter erforderlich, daß die Verbrennung des zugeführten festen Brennstoffes auf einem bestimmten festgelegten Ort (Brennkante) erfolgt. Aufgabe der gesamten Belastungs- bzw. Leistungsregelung ist es deshalb, neben der dem Leistungsbedarf entsprechend geregelten Verbrennung, bestimmte verbrennungstechnische Parameter, die z. B. als Bestandteile des abgegebenen Rauchgases meßtechnisch erfaßbar sind, zu gewährleisten bzw. automatisch zu regeln. Aus dem DD-WP 159 665 ist eine automatische Leistungsregelung bekannt, bei der die Verbrennungsluft in Abhängigkeit vom Sammelschienendruck geregelt wird und bei der dem Brennstoffmengenregler die Verbrennungsluft als Sollwert, der Sauerstoffgehalt und die mittlere Rostgeschwindigkeit als dynamische Korrekturgröße aufgeschaltet werden. Nachteilig bei dieser Lösung ist insbesondere, daß diese Leistungsregelung keine Berücksichtigung der Verbrennungsgüte vorsieht, da die die Verbrennungsgüte repräsentierende Größe „Sauerstoffgehalt des Rauchgases" nur als dynamische Korrekturgröße verwendet wird. Des weiteren ist durch die Vielzahl der zumeist vermaschten Regelkreise der Aufwand dieser Anordnung sehr hoch und deren Beherrschung kompliziert und unübersichtlich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Regelungsverfahren für Dampferzeuger zu schaffen, welches eine weniger komplizierte und besser beherrschbare Leistungsregelung bei einem verringerten apparativen Aufwand ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische Leistungsregelung für Dampferzeuger mit Rostfeuerungen zu schaffen, die eine ausreichende Berücksichtigung der Verbrennungsgüte gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Sollwert der Brennkante entweder direkt durch den Volumenanteil eines die Verbrennung charakterisierenden Bestandteils des Rauchgases leistungsabhängig in Form einer Kaskadenregelung oder direkt aufgrund einer für einen Prototyp einmalig ermittelten Abhängigkeit Leistung/Brennkantenposition erfolgt. Als ein geeigneter die Verbrennungsgüte charakterisierender Bestandteil des Rauchgases hat sich der Sauerstoffgehalt erwiesen.

Bei Rostfeuerungen mit mehreren Rostbahnen ist es vorteilhaft, diese durch einen gemeinsamen Sollwert für die jeweiligen Brennkantenregelungen zu führen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt somit entsprechend der Anzahl von Rostbahnen je Kessel durch eine oder mehrere Brennkantenregler ein Stelleingriff in den Brennstoffstrom (Doppelhubzahl bei Schwingrosten) um die Brennkante je Rostbahn auf einen durch die Kesselleistung, durch verbrennungstechnische Parameter (Sauerstoffgehalt im Rauchgas) und konstruktive Größen