DE102006026246B4

DE102006026246B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Rußausblasung mittels statistischer Prozesssteuerung

Info

Publication number: DE102006026246B4
Application number: DE102006026246.8A
Authority: DE
Inventors: Peter N. Francino; Xu Cheng
Original assignee: Emerson Process Management Power and Water Solutions Inc
Current assignee: Emerson Process Management Power and Water Solutions Inc
Priority date: 2005-06-06
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2026-06-07
Also published as: DE102006026246A1; GB0610955D0; CA2548211A1; GB2462214B; GB2462214A; CN1877198A; GB0916807D0; CN103075739A; US20080016647A1; US7890214B2; HK1136650A1; US20060283406A1; CN1877198B; GB2428312B; GB2428312A; CA2548211C; US7383790B2; CN103075739B

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines in einem Wärmetauscherabschnitt angeordneten Rußausblasers, beinhaltend:Betrieb des Rußausblasers entsprechend einem Betriebsablauf während eines ersten Zeitraums;Ermittlung der Wärmeabsorptionsdaten des Wärmetauscherabschnitts während des ersten Zeitraums;Ermittlung eines statistischen Wärmeabsorptionswertes anhand der Wärmeabsorptionsdaten; sowieAuswertung des statistischen Wärmeabsorptionswertes zur Bestimmung einer Veränderung eines Betriebsparameters des Betriebsablaufs.

Description

TECHNISCHER EINSATZBEREICHT
Dieses Patent bezieht sich im Allgemeinen auf Computersoftware und im Besonderen auf Computersoftware zum Einsatz bei Rußausblasevorgängen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Vielzahl industrieller und nichtindustrieller Anwendungen setzt brennstoffbetriebene Kessel ein, typischerweise für die Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie durch Verbrennung einer oder mehrerer Arten von Brennstoffen wie beispielsweise Kohle, Gas, Öl, Abfall etc. Eine beispielhafte Anwendung von brennstoffbetriebenen Kesseln findet sich in Wärme-Energieerzeugern, wobei brennstoffbetriebene Kessel eingesetzt werden, um aus Wasser, das durch eine Anzahl von Rohren und Röhren im Kessel strömt, Dampf zu erzeugen, der sodann dazu dient, in einer oder mehreren Turbinen Strom zu erzeugen. Die Ausgangsleistung eines Wärme-Energieerzeugers ist eine Funktion der in einem Kessel erzeugten Wärme, wobei die Wärmemenge von der Menge Brennstoffs, die pro Stunde verbrannt werden kann, bestimmt wird, etc. Daruber hinaus kann die Ausgangsleistung des Wärme-Energieerzeugers auch vom Wärmeubertragungswirkungsgrad des bei der Verbrennung des Brennstoffs eingesetzten Kessels abhängen.
Bei der Verbrennung bestimmter Brennstofftypen wie beispielsweise Kohle, Öl, Abfall etc. entsteht eine erhebliche Menge an Ruß, Schlacke, Asche und anderen Ablagerungen (allgemein als „Ruß“ bezeichnet) auf diversen Oberflächen in den Kesseln einschließlich der Innenwände des Kessels sowie der Außenwände der Rohre, in denen Wasser durch den Kessel strömt. Die Rußablagerungen im Kessel haben diverse nachteilige Auswirkungen auf das Maß der Wärmeübertragung vom Kessel auf das Wasser und mithin auf den Wirkungsgrad aller Systeme, die über derartige Kessel betrieben werden. Das Rußproblem in brennstoffbetriebenen Kraftwerken, die mit Kohle, Öl und anderen Ruß erzeugenden Brennstoffen arbeiten, bedarf einer Lösung, um einen gewünschten Wirkungsgrad innerhalb des Kessels aufrecht zu erhalten. Während nicht alle brennstoffbetriebenen Kessel Ruß erzeugen, wird im folgenden Text dieses Patents der Begriff „brennstoffbetriebene Kessel“ für Kessel benutzt, in denen Ruß anfällt.
Zur Lösung der Probleme auf Grund der Entstehung und des Vorhandenseins von Ruß in Kesseln brennstoffbetriebener Kessel wurden diverse Verfahren entwickelt. Ein Weg besteht in der Anwendung von Rußausblasern zur Entfernung von Rußverkrustungen von Kesseloberflächen durch mechanischen und thermischen Schock. Ein anderer Weg ist der Einsatz diverser Typen von Rußausblasern, mit denen Reinigungsmaterialien durch Düsen eingespritzt werden. Diese Düsen befinden sich auf der Gasseite der Kesselwände und/oder auf anderen Wärmetauscheroberflächen und verwenden unterschiedlichste Medien wie beispielsweise gesättigten Dampf, überhitzten Dampf, Druckluft, Wasser etc., um den Ruß aus den Kesseln zu entfernen.
Ruß beeinträchtigt den Wirkungsgrad und die Betriebskosten eines brennstoffbetriebenen Kessels. So fuhrt beispielsweise eine unzureichende Rußausblasung in einem Kessel zu übermäßigen Rußablagerungen auf den diversen dampfdurchströmten Rohren und damit zu geringerer Wärmeübertragung. In einigen Fällen kann eine unzureichende Rußausblasung zu einer „permanenten Verschmutzung“ in brennstoffbetriebenen Kesseln führen. Dies bedeutet, dass die Rußablagerungen im Kessel so stark sind, dass sie auch mit zusätzlicher Rußausblasung nicht mehr entfernt werden können. In einem derartigen Fall kann eine zwangsweise Stilllegung des Kessels erforderlich werden, um das Problem zu starker Rußablagerungen zu lösen, wobei das für den Kessel zuständige Betriebspersonal die Rußablagerungen manuell mittels Hammer und Meißel entfernen muss. Derartige zwangsweise Stillstandszeiten sind nicht nur teuer, sondern bedeuten auch Störungen der Anlagen, in denen diese brennstoffbetriebenen Kessel im Einsatz sind.
Andererseits kann übermäßiges Rußausblasen in brennstoffbetriebenen Kesseln zu erhöhten Energiekosten für den Betrieb der Rußausblaser und zu unnötigem Verbrauch von Dampf, der ansonsten zum Betrieb von Turbinen genutzt werden könnte, etc. fuhren. Weiterhin kann übermäßiges Rußausblasen auch zu einer Dickenabnahme der Rohre in den Kesselwänden und zu Rohrleckagen etc. führen, was wiederum zu zwangsweisen Stillstandszeiten des Kessels führen kann. Der Rußausblaseprozess muss daher sorgfältig gesteuert werden.
Historisch erfolgte eine Rußausblasung bei Kraftwerkskesseln überwiegend als Ad-hoc-Maßnahme und im allgemeinen nach Einschätzung des Kesselbedieners. Bei derartigen Ad-hoc-Maßnahmen erhält man sehr uneinheitliche Ergebnisse. Es ist daher wichtig, den Prozess der Rußausblasung effektiver und auf eine Art und Weise zu steuern, die eine Maximierung der Effizienz des Kesselbetrieb und eine Minimierung der mit den Rußausblasevorgängen verbundenen Kosten ermöglicht.
Ein beliebtes Verfahren zur Bestimmung der Sauberkeit eines Kesselbereichs und zur Steuerung von Rußausblasevorgängen ist ein erstes prinzipbasiertes Verfahren, für das Messungen der Rauchgastemperatur und der Dampftemperatur an den Eingangen und Ausgängen des Kesselbereichs erforderlich sind. Da jedoch direkte Messungen von Rauchgastemperaturen nicht in jedem Fall zur Verfügung stehen, werden die Rauchgastemperaturen oftmals an einer Mehrzahl von Punkten entlang des Rauchgaspfades, beginnend mit den an einem Lufterhitzerauslass gemessenen Rauchgastemperaturen, rückgerechnet. Dieses Verfahren ist relativ anfällig gegenüber Störungen und Schwankungen der Rauchgastemperaturen am Lufterhitzerauslass und führt vielfach zu falschen Ergebnissen. Zudem handelt es sich hierbei um ein statisches Verfahren, das in Verbindung mit transienten Prozessen, wie sie generell in den diversen Kesselbereichen auftreten, nicht gut funktioniert.
Ein weiteres beliebtes Verfahren zur Bestimmung der Sauberkeit eines Kesselbereichs eines brennstoffbetriebenen Kessels und zur Steuerung von Rußausblasevorgängen in einem brennstoffbetriebenen Kessel ist ein auf einem empirischen Modell basierendes Verfahren, dass auf einem empirischen Modell wie beispielsweise einem Modell eines neuronalen Netzes oder einem polynomiellen Fit-Modell etc. aufbaut. Das auf einem empirischen Modell basierende Verfahren erfordert generell eine große Menge empirischer Daten für eine Anzahl von Parametern wie beispielsweise Brennstoff-Durchströmgeschwindigkeit, Luftströmungsgeschwindigkeit, Lufttemperatur, Wasser-/Dampftemperatur, Brennerneigung etc. Auf Grund der großen Datenmenge ist der Datenerfassungsprozess bedauerlicherweise jedoch aufwändig und anfällig für eine erhebliche Anzahl von Fehlern bei der Datenerfassung.
Ein Verfahren der hier angesprochenen Art ist aus der US 4,718,376 A , der US 6,758,168 B2 , der US 6,325,025 B1 und der US 5,181,482 A bekannt.
Figurenliste
Das vorliegende Patent wird in den beigefügten Zeichnungen, die beispielhaften und nicht einschränkenden Charakter haben, dargestellt. Gleich lautende Verweise in den Zeichnungen beziehen sich hierbei auf ähnliche Elemente.

1 ist ein Blockdiagramm eines Kessel-Dampfzyklus für einen typischen Kessel;
2 ist eine Schemazeichnung eines beispielhaften Kesselbereichs mit einer Mehrzahl von Rußausblasern;
3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Programms zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken;
4A ist ein Flussdiagramm eines statistischen Prozesssteuerungsprogramms für die Rußausblasung;
4B zeigt eine Mehrzahl von Verteilungskurven von Wärmeabsorptionsdaten;
5 ist ein Flussdiagramm eines Programms zur Erkennung permanenter Verschlackung und
6 zeigt eine Mehrzahl von Wärmeabsorptionsverteilungskurven bei permanenter Verschlackung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEISPIELE
Ein statistisches Prozesssteuerungssystem verwendet einen durchgängigen Rußausblasevorgang für einen Wärmetauscherbereich beispielsweise eines brennstoffbetriebenen Kessels, erfasst Wärmeabsorptionsdaten für den Wärmetauscherbereich und analysiert die Verteilung der Wärmeabsorptionsdaten sowie diverser Parameter der Wärmeabsorptionsverteilung, um den Rußausblasevorgang anzupassen. Das statistische Prozesssteuerungssystem kann einen gewünschten unteren Grenzwert für die Wärmeabsorption sowie einen gewünschten oberen Grenzwert für die Wärmeabsorption einstellen und diese jeweils mit einem Istwert für die untere Wärmeabsorptionsgrenze und einem Istwert für die obere Wärmeabsorptionsgrenze vergleichen, um eine gegebenenfalls erforderliche Anpassung der Rußausblasepraxis festzustellen.
Allgemein gesagt, ist das hier beschriebene statistische Prozesssteuerungssystem zuverlässiger als das erste, prinzipbasierte Verfahren und das empirische modellbasierte Verfahren. Das hier beschriebene statistische Prozesssteuerungssystem ist zudem einfach zu implementieren, da zu seiner Implementierung lediglich Wärmeabsorptionsdaten erforderlich sind. Da das hier beschriebene statistische Prozesssteuerungssystem zudem Wärmeabsorptionsdaten verwendet, ist es von Störungen und Rauschen der Rauchgastemperaturen unabhängig und wird von diesen nicht generell beeinträchtigt, sodass eine gleichmäßigere Steuerung des Betriebs der Rußausblaser und eine gleichmäßigere Sauberkeit der Wärmetauscherbereiche ermöglicht werden.
Allgemein gesagt, misst eine Implementierung des statistischen Prozesssteuerungssystems die Wärmeabsorption zu mehreren Zeitpunkten zur Bestimmung von Unterschieden in der Wärmeabsorption vor und nach einem Rußausblasevorgang und berechnet diverse statistische Prozesssteuerungsmesswerte auf der Grundlage dieser Wärmeabsorptionsstatistiken zur Ermittlung der Effektivität des Rußausblasevorgangs. Das statistische Prozesssteuerungssystem veranlasst einen durchgängigen Rußausblasevorgang für den Wärmetauscherbereich eines Kessels oder anderer Maschinen und reduziert die für die Steuerung des Betriebs der Rußausblaser erforderliche Datenmenge.
Der Wärmetauscherbereich besteht vorzugsweise aus mindestens einem der folgenden Elemente: (1) einem Wasserwandabsorptionsbereich; (2) einem Überhitzungsbereich; (3) einem Wiederaufheizungs-Absorptionsbereich; (4) einem Abgasvorwärmer oder (5) einem Lufterhitzer.
1 ist ein Blockdiagramm eines Kessel-Dampfzyklus für einen typischen Kessel 100, der beispielsweise in einem Wärmekraftwerk zum Einsatz gelangen kann. Der Kessel 100 kann diverse Bereiche aufweisen, durch die Dampf oder Wasser in unterschiedlicher Form wie beispielsweise als überhitzter Dampf, Wiederaufheizungsdampf etc. strömt. Während der in 1 dargestellte Kessel 100 diverse, horizontal angeordnete Kesselbereiche aufweist, können in einer tatsächlichen Implementierung einer oder mehrere dieser Bereiche insbesondere deshalb vertikal angeordnet sein, weil die den Dampf in den diversen Kesselbereichen wie beispielsweise im Wasserwandabsorptionsbereich erhitzenden Rauchgase senkrecht aufwärts strömen.
Der Kessel 100 weist einen Wasserwandabsorptionsbereich 102, einen primären Überhitzungs-Absorptionsbereich 104, einen Überhitzungs-Absorptionsbereich 106 und einen Wiederaufheizungsbereich 108 auf. Daruber hinaus kann der Kessel 100 einen oder mehrere Enthitzer 110 und 112 sowie einen Abgasvorwärmerbereich 114 aufweisen. Der vom Kessel 100 erzeugte Hauptdampf dient zum Antrieb einer Hochdruckturbine 116, und der heiße, vom Wiederaufheizungsbereich 108 kommende Wiederaufheizungsdampf dient zum Antrieb einer Mitteldruckturbine 118. Der Kessel 100 kann typischerweise auch zum Antrieb einer in 1 nicht dargestellten Niederdruckturbine verwendet werden.
Der Wasserwandabsorptionsbereich 102, der primär für die Dampferzeugung zustandig ist, weist eine Anzahl von Rohren auf, durch die der Dampf in eine Trommel eintritt. Das in den Wasserwandabsorptionsbereich 102 eintretende Speisewasser kann durch den Abgasvorwärmebereich 114 gepumpt werden. Das Speisewasser absorbiert während seiner Verweildauer im Wasserwandabsorptionsbereich 102 große Wärmemengen. Der Wasserwandabsorptionsbereich 102 weist eine sowohl Wasser als auch Dampf enthaltende Dampftrommel auf, und der Wasserstand in der Trommel bedarf sorgfaltiger Kontrolle und Steuerung. Der im oberen Bereich der Dampftrommel gesammelte Dampf wird in den primären Überhitzungs-Absorptionsbereich 104 eingespeist und gelangt von dort zum Überhitzungs-Absorptionsbereich 106, wobei beide Bereiche zusammen die Dampftemperatur auf sehr hohe Werte erhöhen. Der Hauptdampfausgang aus dem Überhitzungs-Absorptionsbereich 106 treibt die Hochdruckturbine 116 zur Stromerzeugung an.
Sobald der Hauptdampf die Hochdruckturbine 116 antreibt, wird der Dampf zum Wiederaufheizungs-Absorptionsbereich 108 geleitet, und der heiße, vom Wiederaufheizungsbereich 108 kommende Wiederaufheizungsdampfausgang dient zum Antrieb der Mitteldruckturbine 118. Die Enthitzer 110 und 112 können zur Einstellung der endgültigen Dampftemperatur auf gewünschte Sollwerte verwendet werden. Schließlich kann der Dampf aus der Mitteldruckturbine 118 durch eine (hier nicht dargestellte) Niederdruckturbine zu einem (hier nicht dargestellten) Dampfkondensator geleitet werden, wo der Dampf zu Flüssigkeit kondensiert, wobei der Zyklus sodann erneut damit beginnt, dass diverse Kesselspeisepumpen das Speisewasser für den nachsten Zyklus fördern. Der Abgasvorwärmebereich 114 ist im Strömungspfad der den Kessel verlassenden heißen Abgase angeordnet und verwendet die heißen Gase für die Übertragung zusätzlicher Wärme in das Speisewasser, bevor dieses in den Wasserwandabsorptionsbereich 102 eintritt.
2 ist eine Schemazeichnung eines Kesselbereichs 200 mit einem Wärmetauscher 202 im Rauchgaspfad vom Kessel 100. Der Kesselbereich 200 kann Bestandteil jedes der oben beschriebenen diversen Wärmetauscherbereiche wie beispielsweise des primären Überhitzungs-Absorptionsbereichs 104 und des Wiederaufheizungs-Absorptionsbereichs 108 etc sein. Für den technisch Versierten ist ersichtlich, dass sich das vorliegende Beispiel des Kesselbereichs 200 zwar in einem spezifischen Teil des Kessels 100 befinden kann, dass das in diesem Patent dargestellte Verfahren zur Steuerung eines Rußausblasers jedoch auf jeden Bereich des Kessels Anwendung finden kann, in dem ein Wärmeaustausch und ein Aufbau von Ruß erfolgen können.
Der Wärmetauscher 202 beinhaltet eine Anzahl von Rohren 204 zum Transport von Dampf, der in einem Mischer 206 mit Sprühwasser vermischt wird. Der Wärmetauscher 202 kann das Gemisch aus Wasser und Dampf in überhitzen Dampf umwandeln. Die in den Wiederaufheizungsbereich 200 eingespeisten Rauchgase sind schematisch durch die Pfeile 209 dargestellt, und die aus dem Kesselbereich 200 austretenden Rauchgase sind schematisch durch die Pfeile 211 dargestellt. Der dargestellte Kesselbereich 200 weist sechs Rußausblaser 208, 210, 212, 214, 216 und 218 zur Entfernung von Ruß von der Außenfläche des Wärmetauschers 202 auf.
Der Betrieb der Rußausblaser 208, 210, 212, 214, 216 und 218 kann durch einen Bediener mittels eines Computers 250 gesteuert werden. Der Computer 250 kann so konstruiert sein, dass er eines oder mehrere Computerprogramme in einem Speicher 252 speichert, bei dem es sich um einen Direktzugriffsspeicher (RAM) oder einen Nur-Lese-Speicher (ROM) etc. handeln kann, wobei ein derartiges Programm so angepasst sein kann, dass es in einer Zentraleinheit (CPU) 254 des Computers 250 verarbeitet wird. Ein Benutzer kann über einen Ein-/Ausgabecontroller 256 mit dem Computer 250 kommunizieren. Alle der diversen Komponenten des Computers 250 können über einen internen Bus 258 miteinander kommunizieren, der auch für die Kommunikation mit einem externen Bus 260 genutzt werden kann. Der Computer 250 kann uber den externen Kommunikationsbus 260 mit jedem der diversen Rußausblaser 208, 210, 212, 214, 216 und 218 kommunizieren.
Die Rußausblaser 208 - 218 können gemäß einer bestimmten Rußausblasesequenz betrieben werden, die die Reihenfolge, in der jeder der Rußausblaser 208 - 218 einzuschalten ist, die Betriebsfrequenz der Rußausblaser 208 - 218 sowie die Einschaltdauer jedes einzelnen der Rußausblaser etc. bestimmt. Während ein gegebener Bereich eines brennstoffbetriebenen Kessels eine Anzahl verschiedener Wärmetauscherbereiche aufweisen kann, ist die für den Rußausblasevorgang zur Verfügung stehende Wasser- und Dampfversorgung begrenzt. Aus diesem Grund wird für jeden Warmetauscherbereich eine Prioritätsstufe definiert, nach der die Rußausblaser des betreffenden Wärmetauscherbereichs betrieben werden. Die Rußausblaser in einem Wärmetauscherbereich mit höherer Priorität erhalten die für den Betrieb benötigten Wasser- und Dampfmengen in vollem Umfang, während die Rußausblaser in Wärmetauscherbereichen mit niedriger Priorität nur dann betrieben werden, wenn die benötigten Wasser- und Dampfmengen verfügbar sind. Wie nachstehend ausfuhrlicher beschrieben, kann die Prioritatsstufe eines bestimmten Wärmetauscherbereichs auf der Grundlage eines Programms geändert werden, das für die Steuerung der Rußausblaser für den betreffenden Wärmetauscherbereich implementiert ist.
3 ist ein Flussdiagramm eines Programms 300 zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken, das zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken in jedem der diversen Bereiche des Kessels 100 wie beispielsweise im Kesselbereich 200 verwendet werden kann. Das Programm 300 zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken kann als Software, Firmware, Hardware oder jede Kombination hiervon realisiert werden. Wenn das Programm 300 zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken als Software implementiert ist, kann es in einem Nur-Lese-Speicher (ROM), einem Direktzugriffsspeicher (RAM) oder jeder anderen Speichervorrichtung gespeichert werden, die von einem Computer verwendet wird, um das Programm 300 zur Steuerung des Rußausblaseprozesses zu implementieren. Das Programm 300 zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken kann zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken für lediglich einen Bereich des Kessels 100 oder alternativ zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken für sämtliche Wärmetauscherbereiche im Kessel 100 verwendet werden.
Ein Programmbaustein 302 leitet die Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken ein, indem es eine erste Betriebssequenz (aktuelle betriebsmäßige Steuerungsabfolge) etabliert. Diese aktuelle betriebsmäßige Steuerungsabfolge kann durch diverse Parameter gekennzeichnet sein, die einen Zeitstrahl für den Betrieb eines jeden der Mehrzahl von Rußausblasern innerhalb eines Kesselbereichs wie beispielsweise im Kesselbereich 200 definiert. So kann beispielsweise eine Implementierung des Programms 300 zur Berechnung von Warmeabsorptionsstatistiken die Frequenz bestimmen, mit der der Rußausblaser 208 eingeschaltet wird, die Zeitdauer, während derer der Rußausblaser 208 eingeschaltet bleibt, sowie die Zeitdauer, während derer der Rußausblaser 208 zwischen zwei aufeinander folgenden Betriebszeiträumen ausgeschaltet ist.
Der Programmbaustein 302 erfasst und speichert weiterhin diverse Daten in Bezug auf den durch den Kesselbereich 200 strömenden Dampf. So kann der Programmbaustein 302 beispielsweise die Temperatur und den Druck des in den Kesselbereich 200 eintretenden Dampfes erfassen und die folgenden Parameter berechnen: die mit H1 bezeichnete Eintrittsenthalpie (die Enthalpie ist der Wärmeenergiegehalt eines Fluids, ausgedrückt in Btu/lb), die Temperatur und den Druck des den Kesselbereich 200 verlassenden Dampfes, die mit Ho bezeichnete Enthalpie bei Verlassen des Kesselbereichs 200, die Geschwindigkeit des in den Kesselbereich 200 strömenden Dampfes, ausgedrückt in F lbs/Std., etc.
Ein Programmbaustein 304 berechnet und speichert unter Verwendung der vom Programmbaustein 302 erfassten Daten die Wärmeabsorption innerhalb des Kesselbereichs 200. In unserem Fall kann die mit Q bezeichnete Wärmeabsorption im Kesselbereich 200 wie folgt berechnet werden: $Q = F * (H_{0} - H_{1})$
Alternativ kann in einigen Wärmetauscherbereichen wie beispielsweise einem Unterbereich des Wasserwandabsorptionsbereichs 102 des Kessels 100 die Warmeabsorption Q direkt mittels eines Wärmestromsensors gemessen werden.
Ein Programmbaustein 306 in 3 wertet die Anzahl der vom Programmbaustein 304 erfassten und gespeicherten Wärmeabsorptionsdaten aus. So kann ein Anwender beispielsweise die Anzahl von Messwerten vorgegeben haben, die vom Steuerungsprogramm des Rußausblaseprozesses erfasst werden mussen, woraufhin der Programmbaustein 306 die erfassten Daten mit dem vom Anwender vorgegebenen Wert vergleicht. Wenn der Programmbaustein 306 feststellt, dass mehr Daten erforderlich sind, wird die Steuerung zuruck an den Programmbaustein 302 übergeben.
Wenn der Programmbaustein 306 feststellt, dass ausreichend Wärmeabsorptionsdaten erfasst wurden, stellt ein Programmbaustein 308 fest, ob die erfassten Daten einer Normalverteilung entsprechen. Ein Anwender kann das Konfidenzniveau vorgeben, auf dessen Grundlage das Programm 300 zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken bestimmen muss, ob die Warmeabsorptionsdaten normal verteilt sind oder nicht. So kann ein Anwender beispielsweise vorgeben, dass die Wärmeabsorptionsdaten mit einem Konfidenzniveau von 95 % etc. normal verteilt sein müssen. Wenn der Programmbaustein 308 feststellt, dass die Wärmeabsorptionsdaten bei dem vorgegebenen Konfidenzniveau nicht normal verteilt sind, was zu einer erratischen Ablaufsteuerung von Rußausblaseprozessen führen konnte, verändert ein Programmbaustein 309 die aktuelle betriebsmäßige Steuerungsabfolge für den Betrieb der Rußausblaser innerhalb des Kesselbereichs 200 dergestalt, dass die betriebsmäßige Abfolge konsistenter wird. Im Anschluss daran wird die Steuerung wieder an den Programmbaustein 302 übergeben, und es werden weitere Daten erfasst, um mehr Messwerte von Wärmeabsorptionsdaten zu erhalten.
Wenn der Programmbaustein 308 feststellt, dass die Wärmeabsorptionsdaten normal verteilt sind, berechnet ein Programmbaustein 310 eine Mehrzahl statistischer Wärmeabsorptionsdaten für den Kesselbereich 200. So kann der Programmbaustein 310 beispielsweise einen Mittelwert, einen Median, eine Varianz, eine Standardabweichung und eine Schiefe der Wärmeabsorption etc. berechnen.
Im Anschluss daran wertet ein Programmbaustein 312 die vom Programmbaustein 310 berechneten statistischen Wärmeabsorptionsdaten aus. Insbesondere kann der Programmbaustein 312 die statistischen Wärmeabsorptionsdaten gegenüber einer Anzahl von Werten, die von einem Anwender des Programms 300 zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken vorgegeben wurden, oder gegenüber einer Anzahl von in der Industrie üblichen Durchschnittswerten etc. auswerten.
In einer Implementierung des Programms 300 zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken kann der Programmbaustein 312 mit einer unteren Soll-Steuergrenze und einer oberen Soll-Steuergrenze versehen werden, gegenüber denen die Ist-Wärmeabsorption des Kesselbereichs ausgewertet wird. Alternativ kann das Programm 300 zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken die untere Soll-Steuergrenze und die obere Soll-Steuergrenze mittels vom Programmbaustein 310 berechneter langfristiger statistischer Wärmeabsorptionsdaten berechnen. So kann beispielsweise eine Implementierung des Programms 300 zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken mittels des Wärmeabsorptions-Mittelwerts und der Wärmeabsorptions-Standardabweichung eine untere Soll-Steuergrenze und eine obere Soll-Steuergrenze berechnen.
Nach Auswertung der Warmeabsorptionsstatistik im Programmbaustein 312 stellt ein Programmbaustein 314 fest, ob es erforderlich ist, die aktuelle betriebsmäßige Steuerungsabfolge der Rußausblaser zu verändern. So kann der Programmbaustein 314 beispielsweise feststellen, dass es erforderlich ist, mindestens einen der folgenden Parameter zu verändern: die Frequenzen, mit denen die Rußausblaser eingeschaltet werden, die Zeitdauer, während derer die Rußausblaser eingeschaltet bleiben, die Zeitdauer, während derer die Rußausblaser zwischen zwei aufeinander folgenden Zeiträumen ausgeschaltet sind, etc. In einer Implementierung des Programms 300 zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken kann der Programmbaustein 314 feststellen, dass es in dem Fall, dass der Ist-Wärmeabsorptionsmittelwert niedriger ist als die untere Soll-Steuergrenze, erforderlich ist, einen oder mehrere der Betriebsparameter der aktuellen betriebsmäßigen Steuerungsabfolge zu verändern.
Wenn der Programmbaustein 314 feststellt, dass es erforderlich ist, die aktuelle betriebsmäßige Steuerungsabfolge der Rußausblaser zu verändern, berechnet ein Programmbaustein 316 eine Veränderung, die für jeden der diversen Parameter der aktuellen betriebsmäßigen Steuerungsabfolge vorzunehmen ist. Der Programmbaustein 316 kann diverse vom Programmbaustein 310 berechnete Wärmeabsorptionsstatistiken benutzen, um die Veränderung zu berechnen, die für jeden der diversen Parameter der aktuellen betriebsmäßigen Steuerungsabfolge vorzunehmen ist. So kann beispielsweise in einer Implementierung des Programms 300 zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken der Programmbaustein 314 feststellen, dass die für die Zeitdauer, während derer die Rußausblaser eingeschaltet zu halten sind, vorzunehmende Veränderung eine Funktion der Differenz zwischen dem Ist-Wärmeabsorptionsmittelwert und der unteren Soll-Steuergrenze sein sollte. Der Programmbaustein 314 kann jedoch auch feststellen, dass der Rußausblasevorgang effizient abläuft und dass es nicht erforderlich ist, die aktuelle betriebsmäßige Steuerungsabfolge für die Rußausblaser zu verändern, woraufhin die Steuerung auf den Programmbaustein 302 ubergehen kann, um eine kontinuierliche Überwachung des Rußausblaseprozesses ohne jede Veränderung durchzuführen.
Das Programm 300 zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken ist im Voranstehenden zwar in Bezug auf den Kesselbereich 200 in 2 dargestellt und beschrieben, jedoch kann das Programm 300 zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken auch für jeden anderen Wärmetauscherbereich des Kessels 100 eingesetzt werden. Während die von den Programmbausteinen 312 - 316 ausgeführten Funktionen im Rahmen des Programms 300 zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken darüber hinaus so dargestellt sind, dass sie von drei verschiedenen Programmbausteinen ausgeführt werden, können diese Funktionen in einer alternativen Implementierung von einem einzigen Programmbaustein oder von einem gesonderten Programm ausgeführt werden.
4A ist ein Flussdiagramm einer Implementierung eines statistischen Prozesssteuerungsprogramms 350, das die Funktionen der Programmbausteine 312 - 316 ausführen kann. Ein Programmbaustein 352 kann die Kennwerte einer gewünschten Verteilung der Wärmeabsorptionswerte für einen bestimmten Wärmetauscherbereich ermitteln. Die Ermittlung dieser Kennwerte kann die Auswahl einer unteren Soll-Steuergrenze QLCL, einer oberen Soll-Steuergrenze QUCL und weiterer Kennwerte der gewünschten Verteilung für den betreffenden Wärmetauscherbereich beinhalten. Im Anschluss daran kann ein Programmbaustein 354 einen Wärmeabsorptions-Mittelwert Q_mittel nach der folgenden Gleichung berechnen: $Q_{m i t t e l} = \frac{1}{N} \sum_{i = 1}^{N} Q_{1}$
wobei N die Zahl der Wärmeabsorptionsmesswerte in einer gegebenen Stichprobe und Q₁ der Wärmeabsorptionswert der i. Messung ist. Ein Programmbaustein 356 kann eine Standardabweichung Qo für die Wärmeabsorption nach der folgenden Gleichung berechnen: $Q_{σ} = {[\frac{1}{N} \sum_{i = 1}^{n} {(Q_{1} - Q_{m i t t e l})}^{2}]}^{\frac{1}{2}}$
Im Anschluss daran kann ein Programmbaustein 358 einen unteren Ist-Grenzwert Qm-3σ und einen oberen Ist-Grenzwert Qm+3σ auf einer Verteilungskurve diverser Warmeabsorptionswerte bestimmen. Während in der vorliegenden Implementierung des statistischen Prozesssteuerungsprogramms 350 der untere Ist-Grenzwert Qm-3σ und der obere Ist-Grenzwert Qm+3σ lediglich Funktionen des Wärmeabsorptionsmittelwerts Q_mittel und der Standardabweichung Qσ der Wärmeabsorption sind, können in einer alternativen Implementierung andere statistische Werte wie beispielsweise die Varianz verwendet werden, um einen alternativen unseren Ist-Grenzwert und einen alternativen oberen Ist-Grenzwert zu berechnen. Während darüber hinaus im vorliegenden Beispiel der untere Ist-Grenzwert Qm-3σ und der obere Ist-Grenzwert Qm+3σ als Werte bestimmt sind, die 3 Sigma-Punkte (3σ) vom Wärmeabsorptions-Mittelwert Q_mittel entfernt sind, können in der Praxis auch ein alternativer unterer Ist-Grenzwert Qm-xσ und ein alternativer oberer Ist-Grenzwert Qm+xσ in einem Abstand von x Sigma-Punkten (wobei x eine vom Anwender des statistischen Prozesssteuerungsprogramms 350 wahlbare Zahl ist) vom Wärmeabsorptions-Mittelwert Q_mittel entfernt verwendet werden. Bei x kann es sich um einen ganzzahligen Wert oder jede beliebige reale Zahl handeln.
Im Anschluss daran vergleicht ein Programmbaustein 360 den unteren Ist-Grenzwert Qm-3σ mit einem oberen Soll-Grenzwert QLCL und den oberen Ist-Grenzwert Qm+3σ mit dem oberen Soll-Grenzwert QUCL. Der Programmbaustein 360 kann eine Reihe von Regeln beinhalten, die für die Durchführung des Vergleichs verwendet werden; auf der Grundlage des Vergleichs kann der Programmbaustein 360 eine Entscheidung bezüglich einer Veränderung, die an einem oder mehreren Parametern der aktuellen betriebsmäßigen Steuerungsabfolge vorgenommen werden müssen, treffen.
Die Auswertung des unteren Ist-Grenzwerts Qm-3σ und des oberen Ist-Grenzwerts Qm+3σ für einen bestimmten Wärmetauscherbereich liefert Informationen bezuglich der tatsächlichen Verteilung der Wärmeabsorptionswerte für den betreffenden Wärmetauscherbereich. Durch Vergleich des unteren Ist-Grenzwerts Qm-3σ mit einer unteren Soll-Steuergrenze QLCL und des oberen Ist-Grenzwerts Q m+3σ mit der oberen Soll-Steuergrenze QUCL bestimmt der Programmbaustein 360 des statistischen Prozesssteuerungsprogramms 350, ob die tatsächliche Verteilung der über einen bestimmten Zeitraum gemessenen Warmeabsorptionswerte annähernd gleich der gewünschten Verteilung der Wärmeabsorptionswerte ist oder nicht.
Wenn der Programmbaustein 360 feststellt, dass der untere Ist-Grenzwert Qm-3σ etwa gleich der unteren Soll-Steuergrenze QLCL ist und dass der obere Ist-Grenzwert Qm+3σ annahernd gleich der oberen Soll-Steuergrenze QUCL ist, ist die tatsachliche Verteilung der Warmeabsorptionswerte annahernd gleich der gewünschten Verteilung der Wärmeabsorptionswerte. In diesem Fall kann der Programmbaustein 360 entscheiden, dass die für den Betrieb der Rußausblaser verwendete aktuelle betriebsmäßige Steuerungsabfolge ordnungsgemäß arbeitet bzw. dass die gewünschte Steuerung des Rußausblasebetriebs erfolgreich realisiert wurde. Dies bedeutet, dass keine Änderung irgendwelcher Betriebsparameter der aktuellen betriebsmäßigen Steuerungsabfolge erforderlich ist, und die Steuerung wird, wie durch Pfad A in 4A dargestellt, an den Programmbaustein 354 zurückgegeben.
In einigen Situationen kann der Programmbaustein 360 feststellen, dass die untere Soll-Steuergrenze höher ist als der untere Ist-Grenzwert (QLCL > Qm-3σ) und dass die obere Soll-Steuergrenze ebenfalls höher ist als die obere Ist-Steuergrenze (QUCL > Qm+3σ). Dieses Ergebnis (Pfad B in 4A) zeigt, dass die tatsächliche Verteilung der Wärmeabsorptionsmesswerten links von der gewünschten Verteilung liegt, wie dies durch eine Verteilung 380 in 4B veranschaulicht wird. In dieser Situation kann ein Programmbaustein 362 (der durch den Programmbaustein 316 in 3 implementiert werden kann) die Totzeit zwischen zwei aufeinander folgenden Rußausblasevorgängen in der aktuellen betriebsmäßigen Steuerungsabfolge verkürzen oder die Rußausblasepriorität des Warmetauscherbereichs erhöhen, um die tatsächliche Verteilung der Wärmeabsorptionsmesswerte nach rechts zu verschieben. Die kürzere Totzteit bzw. die höhere Ausblasepriorität bewirkt häufigere Rußausblasevorgänge und damit die Entfernung größerer Mengen von Rußablagerungen, was zu einer engeren Verteilung der Wärmeabsorptionsdaten bis hin zu einem gewünschten Maß führt, das durch die untere Soll-Steuergrenze QLCL und die obere Soll-Steuergrenze QUCL definiert ist. Das Maß der Veränderung der Totzteit und der Ausblasepriorität kann von einem Benutzer des Kessels 100 empirisch bestimmt werden.
In einer anderen Situation kann der Programmbaustein 360 feststellen, dass die untere Soll-Steuergrenze niedriger ist als der untere Ist-Grenzwert (QLCL < Qm-3σ) und dass die obere Soll-Steuergrenze ebenfalls niedriger ist als die obere Ist-Steuergrenze (QUCL < Qm+3σ). Dieses Ergebnis (Pfad C in 4A) zeigt, dass die tatsächliche Verteilung der Wärmeabsorptionsmesswerte rechts von der gewünschten Verteilung liegt, wie dies durch eine Verteilung 382 in 4B veranschaulicht wird. Diese Situation kann generell auf übermaßiges Rußausblasen hinweisen. In dieser Situation kann ein Programmbaustein 364 die Totzteit zwischen zwei aufeinander folgenden Rußausblasevorgängen in der aktuellen betriebsmäßigen Steuerungsabfolge verlängern oder die Rußausblaseprioritat des Wärmetauscherbereichs verringern, um die tatsächliche Verteilung der Wärmeabsorptionsmesswerte nach links zu verschieben. Die längere Totzteit bzw. die niedrigere Ausblasepriorität bewirkt weniger häufige Rußausblasevorgänge und damit die Entfernung geringerer Mengen von Rußablagerungen, was zu einer breiteren Verteilung der Wärmeabsorptionsdaten bis hin zu einem gewünschten Maß führt, das durch die untere Soll-Steuergrenze QLCL und die obere Soll-Steuergrenze QUCL definiert ist. Das Maß der Veränderung der Totzteit und der Ausblasepriorität kann von einem Benutzer des Kessels 100 empirisch bestimmt werden.
Alternativ kann der Programmbaustein 360 feststellen, dass die untere Soll-Steuergrenze hoher ist als der untere Ist-Grenzwert (QLCL > Qm-3σ) und dass die obere Soll-Steuergrenze niedriger ist als die obere Ist-Steuergrenze (QUCL < Qm+3σ). Dieses Ergebnis (Ergebnis D in 4A) zeigt, dass die tatsächliche Verteilung der Wärmeabsorptionsmesswerte breiter als die gewünschte Verteilung ist, wie dies durch eine Verteilung 384 in 4B veranschaulicht wird. In dieser Situation vergleicht ein Programmbaustein 366 die aktuelle Ist-Wärmeabsorption Q_ist mit der mittleren Wärmeabsorption Q_mittel. Wenn der Programmbaustein 366 feststellt, dass Q_ist < Q_mittel, verkürzt ein Programmbaustein 368 die Totzteit zwischen aufeinander folgenden Rußausblasevorgängen oder erhöht die Rußausblasepriorität des Wärmetauscherbereichs. Die kürzere Totzteit bzw. die höhere Rußausblasepriorität führt zu häufigeren Rußausblasevorgängen und daher zur Entfernung größerer Mengen von Rußablagerungen, was dazu führt, dass die untere Ist-Steuergrenze Qm-3σ in Richtung auf die gewünschte untere Soll-Steuergrenze QLCL verschoben wird. Das Maß der Veränderung der Totzteit und der Ausblasepriorität kann von einem Benutzer des Kessels 100 empirisch bestimmt werden.
Wenn andererseits der Programmbaustein 366 feststellt, dass Q_ist > Q_mittel, verlängert ein Programmbaustein 370 die Totzteit zwischen aufeinander folgenden Rußausblasevorgängen oder verringert die Rußausblasepriorität des Wärmetauscherbereichs. Die längere Totzteit bzw. die niedrigere Rußausblasepriorität führt zu weniger häufigen Rußausblasevorgangen und daher zur Entfernung geringerer Mengen von Rußablagerungen, was dazu führt, dass die obere Ist-Steuergrenze Qm+3σ in Richtung auf die gewünschte obere Soll-Steuergrenze QUCL verschoben wird. Das Maß der Veränderung der Totzteit und der Ausblasepriorität kann von einem Benutzer des Kessels 100 empirisch bestimmt werden.
Weiterhin kann der Programmbaustein 360 feststellen, dass die untere Soll-Steuergrenze niedriger ist als der untere Ist-Grenzwert (QLCL < Qm-3σ) und dass die obere Soll-Steuergrenze höher ist als die obere Ist-Steuergrenze (QUCL > Qm+3σ). Dieses Ergebnis (Pfad E in 4A) zeigt, dass die tatsächliche Verteilung der Wärmeabsorptionsmesswerte enger als die gewünschte Verteilung ist, wie dies durch eine Verteilung 386 in 4B veranschaulicht wird. In dieser Situation vergleicht ein Programmbaustein 372 die aktuelle Ist-Wärmeabsorption Q1st mit der mittleren Wärmeabsorption Q_mittel. Wenn der Programmbaustein 372 feststellt, dass Q_1st < Q_mittel, verlängert ein Programmbaustein 374 die Totzeit zwischen aufeinander folgenden Rußausblasevorgängen oder verringert die Rußausblasepriorität des Warmetauscherbereichs. Die längere Totzeit bzw. die niedrigere Rußausblasepriorität führt zu weniger häufigen Rußausblasevorgängen und daher zur Entfernung geringerer Mengen von Rußablagerungen, was dazu fuhrt, dass die obere Ist-Steuergrenze Qm+3σ in Richtung auf die gewünschte obere Soll-Steuergrenze QUCL verschoben wird. Das Maß der Veränderung der Totzeit und der Ausblasepriorität kann von einem Benutzer des Kessels 100 empirisch bestimmt werden.
Wenn andererseits der Programmbaustein 372 feststellt, dass Q_1st > Q_mittel verkürzt ein Programmbaustein 376 die Totzeit zwischen aufeinander folgenden Rußausblasevorgängen oder erhöht die Rußausblasepriorität des Wärmetauscherbereichs. Die kürzere Totzeit bzw. die höhere Rußausblaseprioritat führt zu häufigeren Rußausblasevorgängen und daher zur Entfernung größerer Mengen von Rußablagerungen, was dazu führt, dass die untere Ist-Steuergrenze Qm-3σ in Richtung auf die gewünschte untere Soll-Steuergrenze QLCL verschoben wird. Das Maß der Veränderung der Totzeit und der Ausblasepriorität kann von einem Benutzer des Kessels 100 empirisch bestimmt werden.
Im Anschluss daran bewertet ein Programmbaustein 378 die Effizienz des von den Programmbausteinen 354 - 376 durchgeführten Prozesses um festzustellen, ob die aktuelle Wahl der oberen Soll-Steuergrenze QUCL und der unteren Soll-Steuergrenze QLCL den Betrieb der Rußausblaser für den betreffenden Warmetauscherbereich effizient steuert. Der Programmbaustein 378 kann diverse statistische Daten bezüglich der Verschiebung der Verteilungskurven 380 - 386 über mehrere Betriebszyklen der Programmbausteine 354 - 376 erfassen. Wenn der Programmbaustein 378 am Ende dieser mehreren Zyklen feststellt, dass sich die Verteilungskurven 380 - 386 signifikant in eine neue Position wie beispielsweise in eine von der Verteilungskurve 384 (in 4B) dargestellte Position verschoben haben, kann der Programmbaustein 378 entscheiden, dass der von den Programmbausteinen 354 - 376 ausgeführte Prozess eine Verschlackung im Wärmetauscherbereich nicht wirksam verhindert hat, und daher die Steuerung an den Programmbaustein 352 zurückgeben und den Benutzer des statistischen Prozesssteuerungsprogramms 350 auffordern, neue Werte für die obere Soll-Steuergrenze QUCL und für die untere Soll-Steuergrenze QLCL zu wählen.
Eine breite Verteilung der Wärmeabsorptionswerte in der durch die Kurve 380 veranschaulichten Form kann bedeuten, dass es, während sich der durchschnittliche Wirkungsgrad der Wärmeübertragung des Wärmetauscherbereichs über die Zeit nicht geändert hat, wahrscheinlicher 1st, dass einzelne Messwerte des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung vom durchschnittlichen Wirkungsgrad der Wärmeübertragung abweichen. Andererseits kann eine enge Verteilung der Wärmeabsorptionswerte in der durch die Kurve 382 veranschaulichten Form bedeuten, dass es, während sich der durchschnittliche Wirkungsgrad der Wärmeübertragung des Wärmetauscherbereichs über die Zeit nicht geändert hat, weniger wahrscheinlicher ist, dass einzelne Messwerte des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung vom durchschnittlichen Wirkungsgrad der Wärmeübertragung abweichen.
Die Verschiebung der Verteilung der Wärmeabsorptionswerte nach links, wie durch die Verteilungskurve 384 dargestellt, kann auf einen Gesamtrückgang des Wirkungsgrades im Wärmetauscherbereich auf Grund eines größeren Ausmaßes von Rußablagerungen (Verschlackung) im Wärmetauscherbereich hinweisen. Auf der anderen Seite kann die Verschiebung der Verteilung der Wärmeabsorptionswerte nach rechts, wie durch die Verteilungskurve 386 dargestellt, auf eine Gesamtzunahme des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung im Wärmetauscherbereich hinweisen. Ein dergestalt erhöhter Wirkungsgrad kann zu einem größeren Rußausblaserate als erforderlich führen und Schäden an diversen Wasser- und Dampfrohren im Wärmetauscherbereich verursachen.
Wahrend 4A und 4B eine Implementierung des statistischen Prozesssteuerungsprogramms 350 zeigen, zeigt 5 ein anderes statistisches Prozesssteuerungsprogramm, das zur Feststellung einer permanenten Verschlackung innerhalb eines Wärmetauscherbereichs des Kessels 100 eingesetzt werden kann. Insbesondere zeigt 5 ein Programm 400 zur Feststellung von Verschlackung, das die Verteilungsdaten der Veränderungen der Wärmeabsorption als Folge des Rußausblasens und die Korrelation zwischen einer mittleren Veränderung der Wärmeabsorption ΔQ_mittel und einer Rußausblasefrequenz in einem bestimmten Wärmetauscherbereich auswertet, um eine eventuelle permanente Verschlackung in dem betreffenden Wärmetauscherbereich festzustellen.
Diese Situation wird weiterhin durch eine Reihe von Verteilungskurven 450 - 454 in 6 veranschaulicht, wobei jede der Kurven 450 - 454 eine Verteilung von Wärmeabsorptions-Veranderungswerten ΔQ für einen bestimmten Wärmetauscherbereich über einen bestimmten Zeitraum repräsentiert und ΔQ definiert werden kann als: $Δ Q = Q_{n a c h_R u β a u s b l a s u n g} - Q_{r o r_R u β a u s b l a s u n g}$
So kann beispielsweise die Kurve 450 eine gewünschte Verteilung von Wärmeabsorptions-Veränderungswerten für den betreffenden Wärmetauscherbereich repräsentieren. Im Idealfall kann die mittlere Veränderung der Wärmeabsorption ΔQ_mittel einen Wert von annähernd 100 einnehmen, wie dies in 6 dargestellt ist. Auf Grund permanenter Verschlackung (d.h. auf Grund nicht mehr wirksamer Rußausblasung) kann sich die Kurve 450 in eine Position verschoben haben, die durch die Kurve 452 dargestellt wird, wobei die tatsächliche Absorptionsänderung ΔQ_mittel einen Wert von annähernd 80 oder sogar noch weniger erreichen kann. Das Programm 400 zur Feststellung von Verschlackung kann zur Feststellung dieser Verschlackung in einem Wärmetauscherbereich verwendet werden.
Der Betrieb der Programmbausteine 402 - 409 des Programms 400 zur Feststellung von Verschlackung verläuft ähnlich dem der Programmbausteine 302 - 309 des Programms 300 zur Berechnung von Wärmeabsorptionsstatistiken, jedoch mit dem Unterschied, dass, wahrend die Programmbausteine 302 - 309 diverse statistische Werte bezüglich der Warmeabsorption Q für einen bestimmten Wärmetauscherbereich berechnen, die Programmbausteine 402 - 409 diverse statistische Werte bezüglich Veranderungen der Wärmeabsorption ΔQ für einen bestimmten Wärmetauscherbereich berechnen. Im Anschluss daran teilt ein Programmbaustein 410 die Warmeabsorptionsdaten auf diverse Zeitabschnitte auf. Wenn beispielsweise das Programm 400 zur Feststellung von Verschlackung Wärmeabsorptionsdaten für beispielsweise einen Betriebsmonat des Wärmetauscherbereichs enthält, kann der Programmbaustein 410 diese Wärmeabsorptionsdaten zeitlich in mehrere Datensätze aufteilen. Alternativ kann der Programmbaustein 410 die letzte bestimmte Anzahl von Datenzeitraumen auf rollierender Grundlage dergestalt speichern, dass lediglich die Daten des letzten Monats analysiert und alle Daten früherer Zeiträume verworfen werden.
Ein Programmbaustein 412 berechnet die Mittelwerte der diversen vom Programmbaustein 410 gelieferten Datengruppen. So kann beispielsweise ein Programmbaustein 412 die Mittelwerte für die Veränderung der Wärmeabsorption für jeden Tag des vorigen Monats berechnen. Im Anschluss daran analysiert ein Programmbaustein 414 diese Mittelwerte um festzustellen, ob diese Daten einen Trend aufweisen. Insbesondere stellt der Programmbaustein 414 fest, ob die Mittelwerte eine allmähliche Abnahme oder Zunahme über die Zeit aufweisen. Eine allmähliche Abnahme der Mittelwerte kann darauf hinweisen, dass der Wärmetauscherbereich einen Trend in Richtung auf eine permanente Verschlackung aufweist und dass eine Änderung der aktuellen Rußausblasepraxis erforderlich ist. Wenn eine Verschiebung der mittleren Absorptionsveränderung festgestellt wird, kann eine Korrelationsanalyse durchgeführt werden.
Ein Programmbaustein 418 dient der Berechnung und Auswertung der mit Corrm,f bezeichneten Korrelation zwischen der mittleren Wärmeabsorptionsveränderung ΔQ_mittel für einen bestimmten Wärmetauscherbereich und der Frequenz des Rußausbla- sens in dem betreffenden Wärmetauscherbereich. Ein Programmbaustein 420 kann feststellen, ob der Korrelationswert Corrm,f größer als ein gegebener Schwellenwert bei einem bestimmten Konfidenzniveau ist. Wenn der Korrelationswert Corrm,f größer ist als der gegebene Schwellenwert, was auf eine Verschiebung des Wertes der mittleren Wärmeabsorptionsveränderung ΔQ_mittel nach links hindeutet, die eine signifikante Korrelation mit der Frequenz des Rußausblasens aufweist, kann der Programmbaustein 420 die Steuerung an den Programmbaustein 402 zurückgeben, damit dieser den Betrieb des Programms 400 zur Feststellung von Verschlackung in dessen Normalbetrieb fortsetzt. Wenn der Programmbaustein 418 indessen feststellt, dass die Korrelation nicht größer als der Schwellenwert ist, benachrichtigt der Programmbaustein 420 den Anwender, dass ein potenziell permanenter Verschlackungszustand im Wärmetauscherbereich ausgewertet wird. Wahrend die vorstehend beschriebene Implementierung des Programms 400 zur Verschlackung die Korrelation zwischen der mittleren Veränderung der Wärmeabsorption ΔQ_mittel und der Frequenz des Rußausblasens verwendet, kann in einer alternativen Implementierung auch die Korrelation zwischen der mittleren Veränderung der Wärmeabsorption ΔQ_mittel, und der Zeitdauer, während derer die Rußausblaser während jeder Sequenz in Betrieb sind, oder ein anderer Parameter der aktuellen betriebsmäßigen Steuerungsabfolge verwendet werden.
Auch wenn der obige Text eine detaillierte Beschreibung mehrerer unterschiedlicher Ausprägungen der Erfindung enthalt, so sei darauf hingewiesen, dass der Umfang der Erfindung durch die Beschreibung der Ansprüche am Ende dieses Patents definiert wird. Die detaillierte Beschreibung ist lediglich beispielhaft zu verstehen und beschreibt nicht jede mögliche Ausprägung der Erfindung, da eine Beschreibung jeder möglichen Auspragung nicht mit realistischem Aufwand möglich, wenn nicht sogar vollkommen unmöglich, wäre. Es könnten unter Einsatz aktueller Technologien oder unter Einsatz von Technologien, die erst nach dem Tage der Einreichung dieses Patents entwickelt werden, zahlreiche alternative Ausprägungen realisiert werden, die nach wie vor von den die Erfindung beschreibenden Ansprüchen abgedeckt wären.
Es können mithin zahlreiche Modifikationen und Abwandlungen der hier beschriebenen und dargestellten Techniken und Strukturen vorgenommen werden, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Entsprechend wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich veranschaulichende Funktion haben und den Umfang der Erfindung nicht einschränken.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines in einem Wärmetauscherabschnitt angeordneten Rußausblasers, beinhaltend: Betrieb des Rußausblasers entsprechend einem Betriebsablauf während eines ersten Zeitraums; Ermittlung der Wärmeabsorptionsdaten des Wärmetauscherabschnitts während des ersten Zeitraums; Ermittlung eines statistischen Wärmeabsorptionswertes anhand der Wärmeabsorptionsdaten; sowie Auswertung des statistischen Wärmeabsorptionswertes zur Bestimmung einer Veränderung eines Betriebsparameters des Betriebsablaufs.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Betrieb des Rußausblasers weiterhin den Betrieb einer Mehrzahl von im Wärmetauscherabschnitt angeordneten Rußausblasern beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Ermittlung des statistischen Wärmeabsorptionswertes weiterhin die Ermittlung einer Mehrzahl statistischer Wärmeabsorptionswerte beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die Ermittlung der Mehrzahl statistischer Wärmeabsorptionswerte die Ermittlung von mindestens zwei oder mehr der folgenden Werte beinhaltet: (1) einem Mittelwert der Wärmeabsorption; (2) einer Standard-abweichung für die Wärmeabsorption; (3) einem unteren Grenzwert für die Wärmeabsorption sowie (4) einem oberen Grenzwert für die Wärmeabsorption.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Ermittlung eines statistischen Wärmeabsorptionswertes die Ermittlung eines unteren Grenzwerts für die Wärme-absorption, der gleich dem Mittelwert der Wärmeabsorption minus einem Vielfachen der Standardabweichung für die Wärmeabsorption ist, sowie die Ermittlung eines oberen Grenzwerts für die Wärmeabsorption, der gleich dem Mittelwert der Wärmeabsorption plus dem Vielfachen der Standardabweichung für die Wärmeabsorption ist, beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Auswertung des statistischen Wärmeabsorptionswertes beinhaltet: den Vergleich des oberen Grenzwerts für die Wärmeabsorption mit einer oberen Soll-Steuergrenze sowie den Vergleich des unteren Grenzwerts für die Wärmeabsorption mit einer unteren Soll-Steuergrenze.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Auswertung des statistischen Wärmeabsorptionswertes zur Feststellung der Veränderung der Betriebsparameter des Betriebsablaufs mindestens eine der folgenden Maßnahmen beinhaltet: (1) Verkürzung des Betriebsintervalls oder Erhöhen einer Betriebsprioritätstufe, mit der der Rußausblaser betrieben wird, wenn: (a) die untere Soll-Steuergrenze höher ist als der untere Grenzwert für die Wärmeabsorption und die obere Soll-Steuergrenze niedriger ist als der obere Grenzwert für die Wärmeabsorption oder (b) die untere Soll-Steuergrenze höher ist als der untere Grenzwert für die Wärmeabsorption und die obere Soll-Steuergrenze niedriger ist als der obere Grenzwert für die Wärmeabsorption und ein aktueller Wärmeabsorptionswert niedriger ist als der Mittelwert der Wärmeabsorption oder (c) die untere Soll-Steuergrenze niedriger ist als der untere Grenzwert für die Wärmeabsorption, die obere Soll-Steuergrenze niedriger ist als der obere Grenzwert für die Wärmeabsorption und der aktuelle Wärmeabsorptionswert höher ist als der Mittelwert der Wärmeabsorption; oder (2) Verlängerung des Betriebsintervalls oder Reduzierung der Betriebsprioritätstufe, wenn: (a) die untere Soll-Steuergrenze höher ist als der untere Grenzwert für die Wärmeabsorption und die obere Soll-Steuergrenze höher ist als der obere Grenzwert für die Wärmeabsorption oder (b) die untere Soll-Steuergrenze höher ist als der untere Grenzwert für die Wärmeabsorption und die obere Soll-Steuergrenze höher ist als der obere Grenzwert für die Wärmeabsorption und der aktuelle Wärmeabsorptionswert höher ist als der Mittelwert der Wärmeabsorption oder (c) die untere Soll-Steuergrenze niedriger ist als der untere Grenzwert für die Wärmeabsorption, die obere Soll-Steuergrenze niedriger ist als der obere Grenzwert für die Wärmeabsorption und der aktuelle Wärmeabsorptionswert niedriger ist als der Mittelwert der Wärmeabsorption.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Veränderung der Betriebsparameter des Betriebsablaufs eine Funktion einer Differenz zwischen dem unteren Grenzwert für die Wärmeabsorption und der unteren Soll-Steuergrenze oder einer Differenz zwischen dem oberen Grenzwert für die Wärmeabsorption und der oberen Soll-Steuer-grenze ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, weiterhin beinhaltend die Auswertung der Effizienz der Veränderung der Betriebsparameter bezüglich der Sauberkeit des Wärmetauscherabschnitts zur Anpassung der Veränderung der Betriebsparameter.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Effizienz der Veränderung der Betriebsparameter des Betriebsablaufs durch Messung einer Verschiebung der Verteilung der Wärmeabsorptionsdaten ausgewertet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Ermittlung des statistischen Wärmeabsorptionswerts die Ermittlung eines Mittelwerts der Wärmeabsorptionsänderung beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Ermittlung des statistischen Wärmeabsorptionswerts die Ermittlung einer Mehrzahl von Mittelwerten der Wärmeabsorptionsänderung beinhaltet sowie weiterhin die Ermittlung eines Frequenzkorrelationswertes aufweist, der eine Korrelation zwischen der Mehrzahl der Mittelwerte der Veränderung der Wärmeabsorption und einer Mehrzahl der Betriebsfrequenzen der Rußausblaser repräsentiert.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Ermittlung des statistischen Wärmeabsorptionswerts die Ermittlung einer Mehrzahl von Mittelwerten der Wärmeabsorptionsänderung beinhaltet sowie weiterhin die Ermittlung eines Zeitraumkorrelationswertes aufweist, der eine Korrelation zwischen der Mehrzahl der Mittelwerte der Veränderung der Wärmeabsorption und einer Mehrzahl der Betriebszeiträume der Rußausblaser repräsentiert.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Betriebsparameter des Betriebsablaufs einer der folgenden Parameter ist: (1) eine Betriebsfrequenz; (2) ein Betriebsintervall; (3) eine Betriebsprioritätsstufe, mit der der Rußausblaser betrieben wird; oder (4) eine Betriebsdauer.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Bestimmung der Wärmeabsorptionsdaten beinhaltet: die Bestimmung der Enthalpie bei Eintritt in den Wärmetauscherbereich; die Bestimmung der Enthalpie bei Austritt aus dem Wärmetauscherbereich; die Berechnung einer Enthalpiedifferenz als Differenz zwischen der Enthalpie bei Austritt und der Enthalpie bei Eintritt sowie die Multiplikation der Enthalpiedifferenz mit einer Dampfströmungsgeschwindigkeit im Wärmetauscherbereich, um die Wärmeabsorptionsdaten des Wärmetauscherbereichs zu erhalten.
Verfahren gemäß Anspruch 1, weiterhin beinhaltend die Analyse einer Verteilung der Wärmeabsorptionsdaten zum Zwecke der Feststellung, ob die Verteilung der Wärmeabsorptionsdatei einer Normalverteilung entspricht.
Verfahren zur Erkennung einer permanenten Verschlackung im Wärmetauscherbereich, wobei der Wärmetauscherbereich einen Rußausblaser aufweist und das Verfahren die folgenden Merkmale besitzt: Betrieb des Rußausblasers entsprechend einer Mehrzahl von Betriebsabläufen, wobei jede der Mehrzahl von Betriebsabläufen durch eine Mehrzahl von Betriebsparametern charakterisiert ist; Ermittlung einer Mehrzahl von Veränderungen der Wärmeabsorptionsrate innerhalb des Wärmetauscherbereichs als Ergebnis des Betriebs des Rußausblasers entsprechend jeder der Mehrzahl von Betriebsabläufen; Ermittlung einer Mehrzahl von Mittelwerten, wobei jeder der Mehrzahl von Mittelwerten einen Mittelwert einer Veränderung der Wärmeabsorptionsrate innerhalb des Wärmetauscherbereichs als Ergebnis des Betriebs des Rußausblasers entsprechend jeder der Mehrzahl von Betriebsabläufen repräsentiert; Ermittlung eines Korrelationswertes, der eine Korrelation zwischen der Mehrzahl der Mittelwerte und der Mehrzahl der Betriebsparameter repräsentiert; sowie Verwendung des Korrelationswertes zur Erkennung einer permanenten Verschlackung.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die Mehrzahl von Betriebsparametern eine Mehrzahl von Rußausblaser-Betriebsfrequenzen oder eine Mehrzahl von Ruß-ausblaser-Betriebszeiträume beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die Verwendung des Korrelationswertes einen Vergleich des Korrelationswertes mit einem Schwellenwert beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 19, weiterhin beinhaltend die Erzeugung einer auf permanente Verschlackung hinweisenden Mitteilung, wenn der Korrelationswert niedriger ist als der Schwellenwert.
Prozesssteuerungssystem für den Rußausblaseprozess zur Steuerung eines in einem Wärmetauscherbereich angeordneten Rußausblasers, wobei die Prozesssteuerung folgendes beinhaltet: einen Computerprozessor, der kommunikativ mit dem Rußausblaser verbunden ist; einen computerlesbaren Speicher, eine erste Routine, die im computerlesbaren Speicher gespeichert und so angepasst ist, dass sie im Computerprozessor ausgeführt wird, um den Rußausblaser entsprechend einem Betriebsablauf für einen ersten Zeitraum zu betreiben; eine zweite Routine, die im computerlesbaren Speicher gespeichert und so angepasst ist, dass sie im Computerprozessor ausgeführt wird, um die Wärmeabsorptionsdaten des Wärmetauscherbereichs während des ersten Zeitraums zu ermitteln; eine dritte Routine, die im computerlesbaren Speicher gespeichert und so angepasst ist, dass sie im Computerprozessor ausgeführt wird, um aus den Wärmeabsorptionsdaten einen statistischen Wärmeabsorptionswert zu ermitteln; sowie eine vierte Routine, die im computerlesbaren Speicher gespeichert und so angepasst ist, dass sie im Computerprozessor ausgeführt wird, um durch Auswertung des statistischen Wärmeabsorptionswertes eine Veränderung der Betriebsparameter des Betriebsablaufs zu ermitteln.
System gemäß Anspruch 21, wobei die erste Routine weiter so angepasst ist, dass sie eine Mehrzahl von im Wärmetauscherbereich angeordneten Rußausblasern betreibt.
System gemäß Anspruch 21, wobei die dritte Routine weiter so angepasst ist, dass sie eine Mehrzahl statistischer Wärmeabsorptionswerte ermittelt.
System gemäß Anspruch 23, wobei die Mehrzahl der statistischen Wärmeabsorptionswerte einen der folgenden Parameter beinhaltet: (1) einen Mittelwert der Wärmeabsorption; (2) eine Standardabweichung für die Wärmeabsorption; (3) einen unteren Grenzwert für die Wärmeabsorption oder (4) einen oberen Grenzwert für die Wärmeabsorption.
System gemäß Anspruch 24, wobei die vierte Routine weiter angepasst ist, um (1) den oberen Grenzwert für die Wärmeabsorption mit einer oberen Soll-Steuer-grenze zu vergleichen und (2) den unteren Grenzwert für die Wärmeabsorption mit einer unteren Soll-Steuergrenze zu vergleichen.
System gemäß Anspruch 23, wobei die dritte Routine weiter so angepasst ist, dass sie eine Mehrzahl von Mittelwerten für die Veränderung der Wärmeabsorption ermittelt.
System gemäß Anspruch 26, wobei die dritte Routine weiter so angepasst ist, dass sie einen Frequenzkorrelationswert ermittelt, der eine Korrelation zwischen der Mehrzahl von Mittelwerten für die Veränderung der Wärmeabsorption und einer Mehrzahl von Rußausblaser-Betriebsfrequenzen repräsentiert.
System gemäß Anspruch 26, wobei die dritte Routine weiter so angepasst ist, dass sie einen Zeitraumkorrelationswert ermittelt, der eine Korrelation zwischen der Mehrzahl von Mittelwerten für die Veränderung der Wärmeabsorption und einer Mehrzahl von Rußausblaser-Betriebszeiträumen repräsentiert.