DE102011004263A1 - Method for operating a solar-heated waste heat steam generator and solar thermal waste heat steam generator - Google Patents

Method for operating a solar-heated waste heat steam generator and solar thermal waste heat steam generator Download PDF

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines solarbeheizten Abhitzedampferzeugers (1) mit einer Anzahl an Heizflächen (2, 4), bei dem einer Vorrichtung zum Einstellen des Speisewassermassenstroms Ṁ ein Sollwert Ṁs für den Speisewassermassenstrom Ṁ zugeführt wird, soll die Qualität einer prädiktiven Speisewasser- oder Massenstromregelung noch weiter verbessert und insbesondere bei auftretenden Laständerungen die Enthalpie des Strömungsmediums am Verdampferaustritt besonders stabil gehalten werden. Dazu wird erfindungsgemäß bei der Erstellung des Sollwerts Ṁs für den Speisewassermassenstrom Ṁ ein charakteristischer Korrekturwert KT berücksichtigt, durch den thermische Speichereffekte von ein- oder ausgespeicherter thermischer Energie in eine oder mehrere der Heizflächen (2, 4) korrigiert werden. Das Verfahren ist in besonderer Weise für den Betrieb eines solarthermischen Abhitzedampferzeugers (1) in einem Solarturm-Kraftwerk (129) mit indirekter Verdampfung angepasst.In a method for operating a solar-heated waste heat steam generator (1) with a number of heating surfaces (2, 4), in which a device for setting the feed water mass flow Ṁ a setpoint Sollwerts for the feed water mass flow Ṁ is supplied, the quality of a predictive feed water or mass flow control improved even further and, in particular, when load changes occur, the enthalpy of the flow medium at the evaporator outlet can be kept particularly stable. For this purpose, according to the invention, when creating the setpoint Ṁs for the feedwater mass flow Ṁ, a characteristic correction value KT is taken into account, through which the thermal storage effects of thermal energy stored or withdrawn in one or more of the heating surfaces (2, 4) are corrected. The method is specially adapted for the operation of a solar thermal waste heat steam generator (1) in a solar tower power plant (129) with indirect evaporation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines solarbeheizten Abhitzedampferzeugers mit einer Anzahl von Heizflächen, bei dem durch solare Wärmeeinstrahlung ein Heißgas, insbesondere Heißluft, erzeugt wird, mit dem die Heizflächen des Abhitzedampferzeugers beaufschlagt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin einen solarthermischen Abhitzedampferzeuger zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere in einem Solarturm-Kraftwerk mit indirekter Verdampfung.The invention relates to a method for operating a solar-heated heat recovery steam generator with a number of heating surfaces, in which by solar heat radiation, a hot gas, in particular hot air, is generated, with which the heating surfaces of the heat recovery steam generator are acted upon. The invention further relates to a solar thermal waste heat steam generator for carrying out the method, in particular in a solar tower power plant with indirect evaporation.

Solarthermische Kraftwerke stellen eine Alternative zur herkömmlichen Stromerzeugung dar. Zurzeit werden solarthermische Kraftwerke mit Parabolrinnenkollektoren oder Fresnel-Kollektoren ausgeführt. Eine weitere Option stellt die direkte oder indirekte Verdampfung in sogenannten Solarturm-Kraftwerken dar.Solar thermal power plants represent an alternative to conventional electricity generation. Currently, solar thermal power plants are being implemented with parabolic trough collectors or Fresnel collectors. Another option is the direct or indirect evaporation in so-called solar tower power plants.

In einer Ausführungsform dieses Turmkraftwerks wird Umgebungsluft in einem sogenannten Receiver aufgeheizt. Die auf diese Weise erzeugte Heißluft gibt ihre Energie in einem nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger (AHDE) an das vom Kondensator kommende Speisewasser ab. Der erzeugte Dampf wird einer Dampfturbine zugeführt. Dies bezeichnet man als indirekte solare Verdampfung.In one embodiment of this tower power plant ambient air is heated in a so-called receiver. The hot air generated in this way releases its energy in a downstream heat recovery steam generator (AHDE) to the feed water coming from the condenser. The generated steam is fed to a steam turbine. This is called indirect solar evaporation.

Beim offenen Luftreceiver wird anstelle des Rohrbündelabsorbers ein metallischer oder keramischer Schwamm benutzt, der auch als volumetrischer Absorber bezeichnet wird, da die Strahlung sowohl an der Oberfläche als auch im inneren eines porösen Körpers absorbiert und in Wärme umgewandelt wird. Umgebungsluft, die durch den Schwamm nach innen gesaugt wird, erhitzt sich so auf über 800°C und dient anschließend zur Dampferzeugung für ein konventionelles Dampfkraftwerk. Der Vorteil gegenüber Rohrbündelabsorbern ist, dass die Wärme nicht durch eine Wand hindurch übertragen werden muss. Dadurch sind höhere Energieflussdichten, Betriebstemperaturen und Wirkungsgrade möglich.In the open air receiver, instead of the tube bundle absorber, a metallic or ceramic sponge, also referred to as a volumetric absorber, is used because the radiation is absorbed both on the surface and in the interior of a porous body and converted to heat. Ambient air that is sucked in by the sponge heats up to over 800 ° C and then serves to generate steam for a conventional steam power plant. The advantage over tube bundle absorbers is that the heat does not have to be transmitted through a wall. As a result, higher energy flux densities, operating temperatures and efficiencies are possible.

Entsprechend der in den Absorber eingebrachten Wärmeleistung und den daraus resultierenden Heißgasparameter (Temperatur und Massenstrom des Heißgases) sowie der Wahl der AHDE-Frischdampfparameter ist ein geeigneter Speisewassermassenstrom zu gewährleisten. In sogenannten Zwangdurchlaufsystemen stellt die Sollwertführung der Speisewasserdurchflussregelung im Anfahr- und Schwachlastbetrieb, sowie im Zwangdurchlaufbetrieb die notwendigen Speisewasser Sollwerte in Abhängigkeit des Anlagenzustands bereit. Dabei muss im instationären Betrieb, z. B. bei Wolkendurchzug durch das Solarfeld der Verdampferdurchfluss möglichst synchron zum Wärmeeintrag über das Heißgas in die Heizfläche verändert werden.Corresponding to the thermal power introduced into the absorber and the resulting hot gas parameters (temperature and mass flow of the hot gas) and the choice of the AHDE live steam parameters, a suitable feedwater mass flow must be ensured. In so-called forced flow systems, the setpoint control of the feedwater flow rate control in start-up and low-load operation, as well as in forced continuous operation, provides the necessary feedwater setpoints as a function of the system status. It must be in transient operation, z. B. in cloud passage through the solar field, the evaporator flow as synchronously as possible to the heat input via the hot gas in the heating surface to be changed.

In einem solarbeheizten Durchlauf-Abhitzedampferzeuger führt die Beheizung einer Anzahl von Dampferzeugerrohren, die zusammen eine Verdampferheizfläche bilden, zu einer vollständigen Verdampfung eines Strömungsmediums in den Dampferzeugerrohren in einem Durchgang. Das Strömungsmedium – üblicherweise Wasser – wird dabei in der Regel vor seiner Verdampfung einem der Verdampferheizfläche strömungsmediumsseitig vorgeschalteten Vorwärmer, üblicherweise auch als Economizer bezeichnet, zugeführt und dort vorgewärmt.In a solar-heated continuous heat-recovery steam generator, heating a number of steam generator tubes, which together form an evaporator heating surface, results in complete vaporization of a flow medium in the steam generator tubes in one pass. The flow medium - usually water - is usually before its evaporation to the Verdampferheizfläche flow medium side upstream preheater, commonly referred to as economizer, fed and preheated there.

Abhängig vom Betriebszustand des solarbeheizten Abhitzedampferzeugers und damit zusammenhängend von der aktuellen Dampferzeugerleistung wird der Speisewassermassenstrom in die Verdampferheizfläche geregelt. Bei Laständerungen sollte der Verdampferdurchfluss möglichst synchron zum Wärmeeintrag in die Verdampferheizfläche geändert werden, weil sonst eine Abweichung der spezifischen Enthalpie des Strömungsmediums am Austritt der Verdampferheizfläche vom Sollwert nicht sicher vermieden werden kann. Eine solche unerwünschte Abweichung der spezifischen Enthalpie erschwert die Regelung der Temperatur des aus dem Dampferzeuger austretenden Frischdampfes und führt darüber hinaus zu hohen Materialbelastungen und somit zu einer reduzierten Lebensdauer des Dampferzeugers.Depending on the operating state of the solar-heated heat recovery steam generator and, consequently, on the current steam generator capacity, the feedwater mass flow is regulated in the evaporator heating surface. When load changes, the evaporator flow should be changed as synchronously as possible to the heat input into the evaporator, because otherwise a deviation of the specific enthalpy of the flow medium at the outlet of the evaporator from the target value can not be reliably avoided. Such an undesirable deviation of the specific enthalpy makes it difficult to regulate the temperature of the live steam emerging from the steam generator and moreover leads to high material loads and thus to a reduced service life of the steam generator.

Um Abweichungen der spezifischen Enthalpie vom Sollwert und daraus resultierende unerwünscht große Temperaturschwankungen in allen Betriebszuständen des Dampferzeugers, also insbesondere auch in transienten Zuständen oder bei Lastwechseln, möglichst gering zu halten, kann die Speisewasserdurchflussregelung in der Art einer so genannten prädiktiven oder vorausschauenden Auslegung ausgestaltet sein. Dabei sollen insbesondere auch bei Lastwechseln die notwendigen Speisewassersollwerte in Abhängigkeit vom aktuellen oder für die nächste Zukunft zu erwartenden Betriebszustand bereitgestellt werden.In order to minimize deviations of the specific enthalpy from the desired value and resulting undesirable large temperature fluctuations in all operating states of the steam generator, thus in particular in transient states or load changes, the feedwater flow control can be configured in the manner of a so-called predictive or predictive design. In particular, the required feedwater desired values should also be provided during load changes as a function of the current or expected future operating state.

Es besteht daher bei solarthermischen Kraftwerksanlagen der Bedarf den Ungenauigkeiten infolge z. B. Änderungen in der solaren Inzidenz (Einstrahlung) bei der Vorgabe eines insbesondere bei Änderung der Gesamtwärmeaufnahme oder bei Lastwechseln besonders bedarfsgerechten Sollwerts für den Speisewassermassenstrom effektiv zu begegnen.There is therefore in solar thermal power plants, the need for inaccuracies due to z. B. to effectively counteract changes in the solar incidence (irradiation) in the specification of a particular needs-based setpoint for the feedwater mass flow especially when changing the total heat absorption or load changes.

Gerade bei solarthermisch basierten Energieerzeugungssystemen können ausreichend stabile und eindeutig auf einen vorbestimmten, konstanten solaren Energieeintrag zurückführbare Systemeigenschaften insgesamt nicht vorausgesetzt werden. Zudem ist bei derartigen, als indirekte Verdampfersysteme ausgestalteten Anlagen eine solare Primärleistung auf den Heliostaten und damit auf dem Luftreceiver im Turm nicht im selben Maße als freier Parameter nutzbar wie bei konventionell gefeuerten Kesseln.Especially in the case of solar-thermal-based energy generation systems, it is not possible to assume sufficiently stable system properties which can clearly be attributed to a predetermined, constant solar energy input. In addition, in such, designed as an indirect evaporator systems plants is a solar Primary power on the heliostat and thus on the air receiver in the tower can not be used to the same extent as a free parameter as with conventionally fired boilers.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines solarbeheizten Abhitzedampferzeugers der oben genannten Art anzugeben, der sich vor allem bei instationärem Betrieb durch eine besonders hohe Zuverlässigkeit und der Qualität der Regelbarkeit auszeichnet. Des Weiteren soll ein für die Durchführung des Verfahrens besonders geeigneter solarthermischer Abhitzedampferzeuger angegeben werden.The invention is based on the object of specifying a method for operating a solar-heated heat recovery steam generator of the type mentioned above, which is characterized especially in transient operation by a particularly high reliability and the quality of controllability. Furthermore, it is intended to specify a solar thermal waste heat steam generator which is particularly suitable for carrying out the process.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.With regard to the method, this object is achieved according to the invention by the features of claim 1.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines solarbeheizten Abhitzedampferzeugers mit einer Anzahl von Heizflächen, bei dem durch solare Wärmeeinstrahlung ein Heißgas, insbesondere Heißluft, erzeugt wird, mit dem die Heizflächen des Abhitzedampferzeugers beaufschlagt werden. Der Abhitzedampferzeuger umfasst eine Vorrichtung zum Einstellen des Speisewassermassenstroms Ṁ, der ein Sollwert Ṁs zugeführt wird. Erfindungsgemäß wird bei der Erstellung des Sollwerts Ṁs für den Speisewassermassenstrom Ṁ ein charakteristischer Korrekturwert KT berücksichtigt, durch den thermische Speichereffekte von ein- oder ausgespeicherter thermischer Energie in eine oder mehrere der Heizflächen korrigiert werden.The invention relates to a method for operating a solar-heated heat recovery steam generator with a number of heating surfaces, in which by solar heat radiation, a hot gas, in particular hot air, is generated, with which the heating surfaces of the heat recovery steam generator are acted upon. The heat recovery steam generator comprises a device for adjusting the feedwater mass flow Ṁ, to which a desired value Ṁ s is supplied. According to the invention, a characteristic correction value K T is taken into account when creating the desired value Ṁ s for the feedwater mass flow,, by means of which thermal storage effects of stored or stored thermal energy in one or more of the heating surfaces are corrected.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, ein Konzept einer prädiktive Massenstromregelung erstmals für einen solarbeheizten Abhitzedampferzeugers hinsichtlich der Ansteuerqualität bei der Einstellung des Speisewassermassenstroms anzuwenden. Dabei werden konsequent als einschlägig erkannte Korrekturwerte bei der Ermittlung eines geeigneten Sollwerts für den Speisewassermassenstrom berücksichtigt. Gerade bei Lastwechseln oder sonstigen transienten Vorgängen beim Betrieb des solarbeheizten Abhitzedampferzeugers sollte dabei berücksichtigt werden, dass sich bei derartigen Vorgängen das spezifische Volumen des Strömungsmediums deutlich ändern kann. Aus dieser spezifischen Volumenänderung des Strömungsmediums, beispielsweise infolge von Temperaturänderungen, resultieren temporär oder vorübergehend fluid- oder strömungsmediumsseitige Ein- oder Ausspeichereffekte in bzw. aus den entsprechenden Heizflächen des solarbeheizten Abhitzedampferzeugers.The invention is based on the consideration of applying a concept of a predictive mass flow control for the first time for a solar-heated waste heat steam generator with regard to the control quality in the setting of the feedwater mass flow. In the process, corrective values recognized as relevant are taken into account when determining a suitable setpoint for the feedwater mass flow. Especially during load changes or other transient processes during operation of the solar-heated heat recovery steam generator should be taken into account that in such operations, the specific volume of the flow medium can change significantly. From this specific volume change of the flow medium, for example as a result of temperature changes, result temporarily or temporarily fluid or flow medium side injection or Ausspeichereffekte in or out of the corresponding heating surfaces of the solar-heated heat recovery steam generator.

Derartige, auf Dichteänderungen des Fluids oder Strömungsmediums infolge von Temperaturveränderungen zurückgehende Speichereffekte bedingen Massenstromschwankungen am Ausgang der jeweiligen Heizflächen, so dass der von der jeweiligen Heizfläche abströmende Massenstrom nicht der gleiche wie der einströmende und insbesondere nicht der gleiche wie der von der Speisewasserpumpe geförderte Massenstrom ist. Unter derartigen Umständen laufen somit der Durchfluss durch die jeweilige Heizfläche und der von der Speisewasserpumpe geförderte Massenstrom nicht mehr synchron zueinander, so dass bei derartigen Umständen und nahezu gleichbleibender Beheizung mit an sich unerwünschten mehr oder minder starken Enthalpieschwankungen am Verdampferaustritt zu rechnen ist. Um diesen Effekten (strömungsmediumsseitige Ein- und Ausspeichervorgänge) im Sinne einer prädiktiven Massenstromregelung bei solarthermischen Kraftwerksanlagen geeignet zu begegnen, soll in der Speisewasserregelung ein zusätzlicher Korrekturterm Kf zur Kompensation berücksichtigt werden.Such storage effects due to changes in density of the fluid or flow medium due to temperature changes cause mass flow fluctuations at the exit of the respective heating surfaces, so that the mass flow flowing from the respective heating surface is not the same as the incoming and in particular not the same as the mass flow delivered by the feedwater pump. Under such circumstances, therefore, the flow through the respective heating surface and funded by the feedwater pump mass flow is no longer synchronous with each other, so that in such circumstances and almost constant heating with undesirable more or less strong Enthalpieschwankungen is expected at the evaporator outlet. In order to counteract these effects (flow-medium-side injection and withdrawal processes) in the sense of a predictive mass flow control in solar thermal power plants, an additional correction term K f for compensation should be taken into account in the feedwater control.

Darüber hinaus wird in Abhängigkeit des vorhandenen Wärmeangebots der Solarstrahlung und damit der generierten Heißgasmenge durch das Verfahren gemäß der Erfindung immer genau der erforderliche Speisewassermassenstrom durch die Verdampferheizflächen des Abhitzedampferzeugers zur Verfügung gestellt.In addition, depending on the available heat supply of the solar radiation and thus the generated hot gas amount by the method according to the invention always provided exactly the required feedwater mass flow through the evaporator heating of the heat recovery steam generator.

Wird eine derart ausgestaltete Speisewassersollwertermittlung in zwangdurchströmten Abhitzedampferzeugern eines solarbeheizten Turmkraftwerks eingesetzt, können auch für stark instationäre Betriebszustände, wie sie in solarbeheizten Kraftwerken vermehrt auftreten (z. B. Wolkendurchzug), je nach Betriebsart sowohl ein konstanter Flaschenwasserstand im LEVEL Modus als auch konstante Verdampferaustrittstemperaturen im BENSON Modus sichergestellt werden, die nach dem heutigen Stand der Technik nicht zu gewährleisten sind. Neben einer somit flexiblen Fahrweise bei sich ändernden Wetterbedingungen kann durch ein materialschonendes Konzept die Verfügbarkeit der gesamten Anlage deutlich verbessert werden.If such a configured feedwater setpoint determination is used in forced heat recovery steam generators of a solar-heated tower power plant, a constant level of bottled water in the LEVEL mode as well as constant evaporator outlet temperatures can also be used for highly unsteady operating conditions such as occur in solar-heated power plants (eg cloud passage) BENSON mode can be ensured that can not be guaranteed according to the current state of the art. In addition to a flexible driving style with changing weather conditions, the availability of the entire system can be significantly improved by a material-saving concept.

Basis für eine Vorausberechnung der Speisewassermenge bildet die heißluftseitige Wärmebilanzierung des Verdampfers, mit deren Hilfe zu jedem beliebigen Zeitpunkt die von der aufgeheizten Luft (im Folgenden Heißgas benannt) an die Verdampferheizfläche übertragene Wärmeleistung Q . bestimmt werden kann. Neben dem aktuellen Heißgasmassenstrom, der z. B. über die Blockleitebene zur Verfügung gestellt werden kann, sind für diese Wärmebilanz zusätzlich die Heißgasenthalpien am Verdampferein- und austritt zu ermitteln. Hierfür wird die Heißgastemperatur am Verdampfereintritt gemessen, minimal durch ein Zeitverzögerungsglied höherer Ordnung (PTn) verzögert und vor dem Hintergrund bekannter Gaszusammensetzung anschließend in eine zugehörige Gasenthalpie umgerechnet. Durch die Implementierung eines zusätzlichen PTn Glieds kann die zeitliche Verzögerung, mit der gasseitige Temperaturänderungen auch für das Strömungsmedium im Verdampfer spürbar werden, nachgebildet werden. Für die Messung der heißgasseitigen Temperatur ist der Gaskanal am Verdampfereintritt mit zusätzlichem Messequipment (Thermoelemente) auszustatten. Am Verdampferaustritt kann die Heißgastemperatur ebenfalls über eine separate Messung bestimmt werden (analog zum Verdampfereintritt). Hier ist es aber insbesondere für den unterkritischen Betrieb möglich, auf eine separate Messung der Heißgastemperatur zu verzichten, wodurch zusätzliche Investitionskosten minimiert werden können. Anstelle einer Messgröße ist für diesen Fall in Abhängigkeit der Sättigungstemperatur des Strömungsmediums im Verdampfer die Heißgastemperatur abzuschätzen und ebenfalls als Funktion der vorliegenden Gaszusammensetzung in eine zugehörige Gasenthalpie umzurechnen. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Heißgastemperatur am Verdampferaustritt minimal größer als die Sättigungstemperatur des Fluids im Verdampfer ist, und sich diese Temperaturdifferenz mit sinkender Last ebenfalls reduziert (lastabhängig).The basis for a preliminary calculation of the feedwater quantity is the hot air side heat balance of the evaporator, with the help of which at any given time transmitted by the heated air (hereinafter referred to as hot gas) to the Verdampferheizfläche heat output Q. can be determined. In addition to the current hot gas mass flow, the z. B. can be made available via the block management level, in addition, the Heißgasenthalpien at the evaporator inlet and outlet to determine for this heat balance. For this purpose, the hot gas temperature at the evaporator inlet is measured, minimally delayed by a time delay element of higher order (PTn) and then converted into an associated gas enthalpy against the background of known gas composition. By implementing an additional PTn member, the time delay with the gas side can be reduced Temperature changes are also noticeable for the flow medium in the evaporator, be simulated. For the measurement of the hot gas temperature, the gas channel at the evaporator inlet is to be equipped with additional measuring equipment (thermocouples). At the evaporator outlet, the hot gas temperature can also be determined via a separate measurement (analogous to the evaporator inlet). Here, however, it is possible in particular for the subcritical operation to dispense with a separate measurement of the hot gas temperature, whereby additional investment costs can be minimized. Instead of a measured variable for this case, depending on the saturation temperature of the flow medium in the evaporator to estimate the hot gas temperature and also convert as a function of the present gas composition in an associated gas enthalpy. It is assumed that the hot gas temperature at the evaporator outlet is minimally greater than the saturation temperature of the fluid in the evaporator, and this temperature difference with decreasing load also reduced (load-dependent).

Neben dieser Gesamtwärmeaufnahme des Verdampfers wird für die Ermittlung des Speisewassermassenstromes zusätzlich die Aufwärmspanne (Enthalpiedifferenz) des Strömungsmediums im Verdampfer benötigt. Diese wird gebildet aus der gemessenen Enthalpie am Verdampfereintritt (Umrechnung über die Messgrößen Druck und Temperatur) und dem Enthalpiesollwert am Verdampferaustritt. Dieser kann in Abhängigkeit der Betriebsweise über eine Umrechnung des gemessenen Abscheiderdrucks und dem gewünschten Überhitzungssollwert (Durchlaufbetrieb, im Folgenden BENSON Betrieb genannt) bzw. dem gewünschten Dampfgehaltssollwert (Betrieb mit Verdampferüberspeisung, im Folgenden LEVEL Betrieb genannt) bestimmt werden. Wird zum Abschluss das verdampferseitige Wärmeangebot durch die mediumsseitige Enthalpiedifferenz dividiert, ist zumindest für den stationären Lastbetrieb der benötigte Speisewassermassenstrom für jeden Betriebszustand bekannt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass im LEVEL Betrieb das am Verdampferaustritt überschüssige Wasser abzuscheiden ist. Optional könnte bei geeigneter maschinentechnischer Ausführung (entsprechendes Abscheiderdesign) der noch nicht verdampfte Wasseranteil mit dem Dampf in die folgenden Überhitzer weitergeleitet werden, in denen dann die Restverdampfung stattfinden könnte.In addition to this total heat absorption of the evaporator, the warm-up span (enthalpy difference) of the flow medium in the evaporator is additionally required for determining the feedwater mass flow. This is formed from the measured enthalpy at the evaporator inlet (conversion via the measured variables pressure and temperature) and the enthalpy desired value at the evaporator outlet. Depending on the mode of operation, this can be determined by converting the measured separator pressure and the desired superheat setpoint (continuous operation, hereinafter BENSON operation) or the desired desired steam content (operation with evaporator overfeed, hereinafter referred to as LEVEL operation). If, at the end, the evaporator-side heat supply is divided by the medium-side enthalpy difference, the required feedwater mass flow for each operating state is known at least for stationary load operation. It should be noted that in LEVEL mode, the excess water at the evaporator outlet must be separated. Optionally, with suitable mechanical engineering design (corresponding separator design), the portion of water that has not yet evaporated could be forwarded with the steam to the following superheaters, in which the residual evaporation could take place.

Im BENSON Betrieb ist ein für den aktuellen Anlagenzustand geeigneter Überhitzungssollwert am Verdampferaustritt festzulegen. Dieser kann beispielsweise in Anlehnung an die gewünschte Frischdampftemperatur festgelegt werden. Wird unter diesen Umständen mit der Speisewassermenge eine derartige Dampftemperatur eingestellt, bei der die Einspritzungen der Frischdampftemperaturregelung gerade noch nicht öffnen, kann der AHDE mit einem optimalen Wirkungsgrad betrieben werden. Somit liegt im Regelfall im „Benson-Kontroll-Modus” am Austritt der Verdampferheizfläche Überhitzung des Strömungsmediums vor. Es kann jedoch in diesem Modus die Überspeisung eines der Verdampferheizfläche nachgeschalteten Wasserspeichers in Kauf genommen und den nachfolgenden Heizflächen teilweise noch unverdampftes Strömungsmedium zugeführt werden, so dass erst in den nachfolgenden Heizflächen die vollständige Verdampfung des Strömungsmediums erfolgt. In einem derartigen Modus kann insbesondere als gewünschter Dampfparameter die Einstellung einer um eine vorgegebene Temperaturdifferenz von beispielsweise 35°C oberhalb der Sättigungstemperatur des Strömungsmediums liegenden Solltemperatur für das Strömungsmedium am Austritt des Verdampfers vorgegeben werden. Gerade bei einer derartigen Betriebsweise des Abhitzedampferzeugers kann es wünschenswert sein, den aktuellen Betriebszustand von der Verdampferheizfläche nachgeschalteten Überhitzerheizflächen zugeordneten Einspritzkühlern geeignet zu berücksichtigen, indem deren Kühlbedarf auf eine geeignete Mehrbespeisung des Systems mit Speisewasser verlagert wird. Dazu wird vorteilhafterweise bei der Vorgabe des Sollwerts für die Enthalpie des Strömungsmediums am Austritt der Verdampferheizfläche ein aktueller Kühlbedarf bei der Verdampferheizfläche nachgeschalteten Einspritzkühlern berücksichtigt. Die Soll-Frischdampf-Temperatur soll somit insbesondere so weit wie möglich durch eine geeignete Einstellung des Speisewasserstroms erreicht werden, so dass der zusätzliche Kühlbedarf bei den Einspritzkühlern besonders gering gehalten werden kann. Umgekehrt kann auch für den Fall, dass eine zu geringe Frischdampf-Temperatur festgestellt wird, der Enthalpie-Sollwert des Strömungsmediums am Verdampferaustritt geeignet erhöht werden, so dass eine entsprechend gering bemessene Speisewassermenge über den solchermaßen geänderten Sollwert für den Speisewassermassenstrom zugeführt wird.In BENSON mode, a superheat setpoint suitable for the current system status must be defined at the evaporator outlet. This can be determined, for example, based on the desired live steam temperature. If, under these circumstances, a steam temperature at which the injections of the live steam temperature control just do not open is set with the feed water quantity, the AHDE can be operated with optimum efficiency. Thus, as a rule, in the "Benson control mode" at the outlet of the evaporator heating surface overheating of the flow medium before. However, in this mode, the overfeeding of a water storage tank connected downstream of the evaporator heating surface can be accepted, and the subsequent heating surfaces can still be partially supplied with unevaporated flow medium, so that complete evaporation of the flow medium takes place only in the subsequent heating surfaces. In such a mode, the setting of a setpoint temperature for the flow medium at the outlet of the evaporator lying above the saturation temperature of the flow medium by a predetermined temperature difference of, for example, 35 ° C. above the saturation temperature of the flow medium can be specified in particular as the desired steam parameter. Especially with such operation of the heat recovery steam generator, it may be desirable to take into account the current operating condition of the evaporator heating surface downstream superheater heating associated injectors suitable by the cooling demand is shifted to a suitable Mehrbespeisung the system with feed water. For this purpose, when setting the desired value for the enthalpy of the flow medium at the outlet of the evaporator heating surface, a current cooling requirement in the evaporator heating surface downstream of the injection coolers is advantageously taken into account. The desired live steam temperature should therefore be achieved in particular as far as possible by a suitable adjustment of the feedwater flow, so that the additional cooling requirement in the injection coolers can be kept particularly low. Conversely, even in the event that a too low steam temperature is detected, the enthalpy setpoint of the flow medium at the evaporator outlet are suitably increased, so that a correspondingly small amount of feed water is supplied via the thus changed setpoint for the feedwater mass flow.

Alternativ kann der Abhitzedampferzeuger auch in einem so genannten „Level Control Mode” betrieben werden, bei dem der Wasserstand in einem der Verdampferheizfläche nachgeschalteten Wasserspeicher variiert und nachgeregelt wird, wobei ein Überspeisen des Wasserspeichers möglichst vermieden werden sollte. Dabei wird der Wasserstand innerhalb des Wasserspeichers soweit möglich in einem vorgegebenen Sollbereich gehalten, wobei in vorteilhafter Ausgestaltung für den Sollwert für den Speisewassermassenstrom ein Füllstands-Korrekturwert berücksichtigt wird, der die Abweichung des Iststands des Füllstands im Wasserspeicher von einem zugeordneten Sollwert charakterisiert.Alternatively, the heat recovery steam generator can also be operated in a so-called "level control mode" in which the water level is varied and readjusted in a water storage tank connected downstream of the evaporator heating surface, wherein overflow of the water storage tank should be avoided as far as possible. In this case, the water level within the water reservoir is kept as far as possible in a predetermined desired range, in an advantageous embodiment for the setpoint for the feedwater mass flow, a level correction value is taken into account, which characterizes the deviation of the actual level of the fill in the water storage of an associated setpoint.

Der mit der prädiktiven Speisewassersollwertermittlung bestimmte Verdampferdurchfluss kann (falls erforderlich) durch überlagerte Regelkreise zusätzlich korrigiert werden, so dass die geforderten Sollwerte am Verdampferaustritt auch tatsächlich dauerhaft zu erreichen sind (Füllstand in der Flasche im LEVEL Betrieb, bzw. Enthalpiesollwert im BENSON Betrieb). Zusätzlich ist mit Hilfe dieser Regelkreise ein stoßfreies Umschalten zwischen BENSON und LEVEL Betrieb möglich. Für die Korrekturregelung des vorausberechneten Speisewassermassenstroms ist allerdings zu berücksichtigen, dass dies aus Gründen der Reglerstabilität nur sehr langsam und mit geringer Reglerverstärkung durchgeführt werden kann. Starke temporäre Abweichungen zum vorgegebenen Sollwert, die sich aufgrund physikalischer Mechanismen in Folge instationärer Betriebsweise des Abhitzekessels ergeben, lassen sich durch diese Korrekturregelkreise nur unwesentlich bzw. gar nicht reduzieren. Daher ist durch zusätzliche Maßnahmen die prädiktive Speisewassersollwertermittlung dahingehend zu ertüchtigen, die temporären Abweichungen zum vorgegebenen Sollwert auch während schneller transienter Vorgänge zu minimieren. The evaporator flow rate determined with the predictive feedwater setpoint determination can (if required) be additionally corrected by higher-level control loops so that the required setpoint values at the evaporator outlet can actually be permanently achieved (fill level in the bottle in LEVEL mode or enthalpy setpoint in BENSON mode). In addition, bumpless switching between BENSON and LEVEL mode is possible with the aid of these control loops. For the correction control of the predicted feedwater mass flow, however, it must be taken into account that, for reasons of regulator stability, this can only be carried out very slowly and with a low controller gain. Strong temporary deviations from the predetermined setpoint, which result due to physical mechanisms as a result of transient operating mode of the waste heat boiler, can be reduced only insignificantly or not at all by these correction control loops. Therefore, by additional measures, the predictive determination of the feedwater setpoint value can be made to minimize the temporary deviations from the predefined setpoint even during fast transient processes.

Bei instationären Vorgängen ändern sich strömungsmediumsseitig im Verdampfer generell thermodynamische Zustandswerte wie beispielsweise die Verdampferaustrittstemperatur, der Druck (für den unterkritischen Fall somit auch die Siedetemperatur des Strömungsmediums) sowie die Verdampfereintrittstemperatur. Infolge dieser Änderungen ist auch die Materialtemperatur der Verdampferrohre nicht konstant und wird je nach Richtung größer oder kleiner. Resultierend wird thermische Energie in die Rohrwände ein- oder aus den Rohrwänden ausgespeichert. Verglichen mit der bilanzierten Heißgaswärme steht demnach für den Verdampfungsprozess des Strömungsmediums je nach Richtung der Materialtemperaturänderung temporär mehr oder weniger Wärme zur Verfügung. Bei vorgegebenem Enthalpiesollwert am Verdampferaustritt ist daher zur. Vorausberechnung des benötigten Speisewassermassenstromes dieser nicht unerhebliche Einfluss im Regelungskonzept zu berücksichtigen. Durch ein Differenzierglied erster Ordnung (DT1-Element) lässt sich dieser physikalische Effekt regelungstechnisch abbilden.In the case of unsteady processes, thermodynamic state values generally change in the evaporator, for example the evaporator outlet temperature, the pressure (for the subcritical case thus also the boiling temperature of the flow medium) and the evaporator inlet temperature. As a result of these changes, the material temperature of the evaporator tubes is not constant and is larger or smaller depending on the direction. As a result, thermal energy is stored in or out of the tube walls in the tube walls. Compared with the balanced hot gas heat is therefore for the evaporation process of the flow medium depending on the direction of the material temperature change temporarily more or less heat available. At a given Enthalpiesollwert the evaporator outlet is therefore for. Precalculation of the required feedwater mass flow to consider this not insignificant influence in the control concept. By means of a differentiating element of the first order (DT1 element), this physical effect can be reproduced in terms of control engineering.

Als Eingangssignal dieses Differenzierglieds ist vorteilhafterweise eine mittlere Materialtemperatur aller Verdampferrohre zu wählen. Die Ermittlung dieser mittleren Materialtemperatur ist auf unterschiedliche Weise möglich.As an input signal of this differentiating element is advantageously to choose a mean material temperature of all evaporator tubes. The determination of this average material temperature is possible in different ways.

Für den unterkritischen Betrieb beispielsweise wird vorausgesetzt, dass bei einer Modifizierung des Systemdrucks die zeitliche Änderung sowohl der Temperatur des Strömungsmediums (die im überwiegenden Teil des Verdampfers der Sättigungstemperatur entspricht) als auch die der Rohrwand näherungsweise identisch sind. Als Eingang des Differenzierglieds wird demnach die aus dem gemessenen Abscheiderdruck berechnete Sättigungstemperatur des Strömungsmediums verwendet.For subcritical operation, for example, it is assumed that when the system pressure is modified, the change in time of both the temperature of the flow medium (which in the majority of the evaporator corresponds to the saturation temperature) and that of the pipe wall are approximately identical. Accordingly, the saturation temperature of the flow medium calculated from the measured separator pressure is used as the input of the differentiator.

Für überkritische Systeme, für die aus physikalischen Gründen eine Sättigungstemperatur nicht mehr zu bestimmen ist, kann beispielsweise eine druckabhängige mittlere Fluid- bzw. Materialtemperatur errechnet und als Eingangssignal des Differenzierglieds verwendet werden.For supercritical systems for which a saturation temperature can no longer be determined for physical reasons, for example, a pressure-dependent average fluid or material temperature can be calculated and used as the input signal of the differentiator.

Wird der Ausgang dieses Differenzierglieds mit der Masse der gesamten Verdampferrohre und der spezifischen Wärmekapazität des Verdampfermaterials multipliziert, können die in der Rohrwand ein- bzw. ausgespeicherten Wärmemengen quantifiziert werden. Durch die Wahl einer geeigneten Zeitkonstanten dieses Differenzierglieds lässt sich das zeitliche Verhalten der beschriebenen Speichereffekte relativ genau nachbilden, so dass dieser auf instationären Vorgängen beruhende zusätzliche Effekt des Ein- bzw. Ausspeicherns von Wärme der Metallmassen direkt berechnet werden kann. Diese Vorgehensweise ist gleichermaßen für unter- wie überkritische Systeme anwendbar.If the output of this differentiating element is multiplied by the mass of the entire evaporator tubes and the specific heat capacity of the evaporator material, the amounts of heat injected into or withdrawn from the tube wall can be quantified. By choosing a suitable time constant of this differentiating element, the temporal behavior of the described memory effects can be simulated relatively accurately, so that this additional effect of the storage or removal of heat of the metal masses based on transient processes can be calculated directly. This approach is equally applicable to both subcritical and supercritical systems.

Alternativ wäre auch eine direkte Messung der Materialtemperatur an charakteristischen Stellen der Verdampferrohre denkbar. Unter diesen Umständen könnte eine Änderung der Metalltemperatur auf direktem Weg berücksichtigt werden. In diesem Fall wäre sowohl die Anzahl der Differenzierglieder als auch deren entsprechende Verstärkungsfaktoren (im Wesentlichen Masse der Verdampferrohre) der Anzahl der Metalltemperaturmessungen anzupassen. Der Vorteil dieser doch messtechnisch aufwändigeren Variante würde in einer genaueren Bestimmung der ein- bzw. ausgespeicherten Wärmemenge resultieren.Alternatively, a direct measurement of the material temperature at characteristic points of the evaporator tubes would be conceivable. Under these circumstances, a change in the metal temperature could be taken directly into account. In this case, both the number of differentiating elements and their corresponding amplification factors (essentially the mass of the evaporator tubes) would have to be adapted to the number of metal temperature measurements. The advantage of this metrologically more complex variant would result in a more accurate determination of the amount of heat stored or stored.

Die gesamte aus den Verdampferrohren ein- oder ausgespeicherte Wärmemenge entspricht hierbei nun dem Korrekturfaktor KT, der zur Bestimmung des Speisewassermassenstromsollwerts Ṁs von der bilanzierten Gesamtwärmeleistung Q . abzuziehen ist.The total amount of heat injected or discharged from the evaporator tubes now corresponds here to the correction factor K T , which is used to determine the feedwater mass flow setpoint value Ṁ s from the total heat output Q. is deducted.

Mit dem zweiten Korrekturwert KF, der direkt auf den Speisewassermassenstromsollwert Ṁs korrigierend eingreift, werden darüber hinaus weitere störende Einflüsse im Wasser-Dampfkreislauf des Abhitzedampferzeugers, die sich aufgrund eines instationären Betriebs ergeben, wirkungsvoll kompensiert. Bei transienten Vorgängen im Wasser-Dampfkreislauf ändern sich thermodynamische Zustandswerte wie z. B. Druck und Temperatur. Mit diesen Änderungen sind zwangsläufig in jeder Heizfläche des Abhitzedampferzeugers Änderungen des spezifischen Volumens bzw. der Dichte des Strömungsmediums verknüpft.With the second correction value K F , which directly corrects the feedwater mass flow set point Ṁ s , further disturbing influences in the water-steam cycle of the heat recovery steam generator, which result from a transient operation, are effectively compensated. In transient processes in the water-steam cycle thermodynamic state values change such. B. pressure and temperature. With these changes are inevitably in every heating surface of the Heat recovery steam generator associated changes in the specific volume or the density of the flow medium.

Nimmt z. B. aufgrund eines Lastwechsels das spezifische Volumen des Strömungsmediums in der gesamten Verdampferheizfläche ab (Dichte nimmt zu), kann diese temporär mehr Fluid aufnehmen (Masse einspeichern). Schlussfolgernd ergeben sich stark unterschiedliche Massenströme am Ein- und Austritt, was bei zugehöriger Beheizung unmittelbar in einer schwankenden Verdampferaustrittsenthalpie mündet. Um diese Schwankungen zu reduzieren, sind die auftretenden Massenspeichereffekte durch die Speisewassersollwertermittlung wirkungsvoll zu kompensieren. Die Dichteverteilung im Verdampferrohr wird maßgeblich durch den Verdampfungsbeginn charakterisiert. Dieser ist sehr stark mit der Verdampfereintrittsunterkühlung verknüpft. Hat die Verdampfung im Verdampferrohr erst eingesetzt, reduziert sich stromabwärts die Gemischdichte sehr stark. Ändert sich nun aufgrund transienter Vorgänge die Eintrittsunterkühlung, verschiebt sich simultan der Verdampfungsbeginn und somit die gesamte Dichteverteilung im Rohr. Massenein- bzw. -ausspeichereffekte sind die Folge. Dabei resultieren steigende Eintrittsunterkühlungen kurzfristig in einer Erhöhung der Verdampferaustrittsenthalpie. Dies lässt sich dadurch erklären, dass sich mit steigender Eintrittsunterkühlung der Verdampfungsbeginn Richtung Verdampferaustritt schiebt (der Verdampfer wird mit kälterem Fluid bespeist). Infolge der lokalen Dichteerhöhungen (insbesondere im Bereich des Versatzes des Verdampfungsbeginns) wird verstärkt Fluid eingespeichert und reduziert im Umkehrschluss den Austrittsmassenstrom, was unmittelbar bei zugehöriger Beheizung in einer erhöhten Verdampferaustrittsenthalpie münden muss. Bei einer Verringerung der Verdampfereintrittsunterkühlung stellt sich der umgekehrte Vorgang ein.Take z. B. due to a load change, the specific volume of the flow medium in the entire evaporator from (density increases), this can temporarily absorb more fluid (mass accumulate). In conclusion, greatly differing mass flows at the inlet and outlet, resulting in associated heating directly in a fluctuating evaporator outlet enthalpy. In order to reduce these fluctuations, the occurring mass storage effects due to the determination of the feedwater setpoint value must be compensated effectively. The density distribution in the evaporator tube is significantly characterized by the beginning of the evaporation. This is very strongly linked to the evaporator inlet subcooling. Once the evaporation in the evaporator tube has been used, the mixture density is greatly reduced downstream. If the entry subcooling changes due to transient processes, the start of evaporation and thus the entire density distribution in the tube are simultaneously shifted. Bulk in and out of storage effects are the result. Increasing inlet subcooling results in the short term in an increase in the enthalpy of the evaporator. This can be explained by the fact that with rising inlet subcooling the beginning of evaporation moves towards the evaporator outlet (the evaporator is fed with colder fluid). As a result of the local density increases (in particular in the region of the offset of the beginning of evaporation) fluid is increasingly stored and conversely reduces the outlet mass flow, which must lead to an increased evaporator outlet enthalpy directly with associated heating. When the evaporator inlet subcooling is reduced, the reverse process occurs.

Wird in der Speisewassersollwertermittlung ein zusätzliches Differenzierglied erster Ordnung verwendet, lassen sich bei Wahl eines geeigneten Eingangssignals (beispielsweise die Unterkühlung- oder die Enthalpie- oder die Temperatur am Verdampfereintritt), einer dazu passenden Zeitkonstanten und einer geeigneten Verstärkung die Enthalpieschwankungen am Verdampferaustritt abermals effektiv vermindern.If an additional first order differentiator is used in the feedwater set point determination, the choice of a suitable input signal (for example, the subcooling or enthalpy or evaporator temperature), matching time constant, and suitable gain can again effectively reduce enthalpy variations at the evaporator outlet.

Auch in den Economizerheizflächen des Abhitzekessels treten im instationären Betrieb fluidseitige Ein- und Ausspeichereffekte auf. Diese werden bei einer Massenstrommessstelle am Verdampfereintritt unmittelbar berücksichtigt und bedürfen in diesem konkreten Fall keiner Gegenmaßnahme. In der Praxis erweist sich die Messung des Speisewassermassenstroms unmittelbar am Eintritt der Verdampferheizfläche jedoch als technisch sehr aufwendig und nicht in jedem Betriebszustand zuverlässig durchführbar. Stattdessen wird ersatzweise der Speisewassermassenstrom am Eintritt des Economizers gemessen und in die Berechnungen der Speisewassermenge einbezogen, der jedoch nicht in jedem Fall gleich dem Speisewassermassenstrom am Eintritt der Verdampferheizfläche ist. Konkret bedeutet dies, dass bei einer Massenstrommessstelle am Economizer Eintritt und einem Speisewasserregler, der sich auf diese Messstelle bezieht, sich die aus den Speichereffekten resultierenden Massenstromschwankungen am Economizeraustritt (bzw. Verdampfereintritt) unmittelbar auf die Verdampferaustrittsenthalpie auswirken. Unter diesen Umständen laufen Verdampferdurchfluss und Wärmeeintrag in die Heizfläche nicht mehr synchron zueinander, so dass mit mehr oder minder starken Enthalpieschwankungen am Verdampferaustritt zu rechnen ist. Durch zusätzliche Messungen von Temperatur und Druck am Eintritt der ersten bzw. am Austritt der letzten Economizerheizfläche lässt sich die Fluiddichte an diesen Stellen ermitteln. Über eine geeignete Umrechnung kann ein repräsentatives Dichtemittel bestimmt werden. Eine Änderung dieses Dichtemittels ist somit zwangsläufig ein Indikator fluidseitiger Ein- und Ausspeichereffekte, die durch ein weiteres Differenzierglied erster Ordnung quantitativ erfasst werden können. Wird eine geeignete Verstärkung (vorzugsweise das komplette Volumen der Economizer Heizflächen) und eine geeignete Zeitkonstante (vorzugsweise die halbe Durchlaufzeit des Strömungsmediums durch die Economizerheizflächen {lastabhängig}) für dieses Differenzierglied gewählt, kompensiert das so generierte Korrektursignal optimalerweise die fluidseitigen Speichereffekte im Economizer.Also in the economizer heating surfaces of the waste heat boiler, fluid-side injection and withdrawal effects occur in transient operation. These are immediately taken into account at a mass flow measuring point at the evaporator inlet and require no countermeasure in this specific case. In practice, however, the measurement of the feedwater mass flow directly at the entrance of the evaporator heating surface proves to be technically very complicated and not reliably feasible in any operating condition. Instead, the feedwater mass flow at the economizer inlet is alternatively measured and included in the feed water flow calculations, which, however, are not always equal to the feedwater mass flow at the evaporator heating surface inlet. In concrete terms, this means that in the case of a mass flow measuring point at the economizer inlet and a feed water regulator which refers to this measuring point, the mass flow fluctuations resulting from the storage effects at the economizer outlet (or evaporator inlet) have a direct effect on the evaporator outlet enthalpy. Under these circumstances, evaporator flow and heat input into the heating surface are no longer synchronized with one another, so that more or less strong enthalpy fluctuations at the evaporator outlet can be expected. By additional measurements of temperature and pressure at the entrance of the first or at the outlet of the last Economizerheizfläche the fluid density can be determined at these locations. A suitable conversion means can be used to determine a representative sealant. A change of this sealant is thus inevitably an indicator of fluid side injection and Ausspeichereffekte that can be quantitatively detected by a further differentiating element first order. If a suitable amplification (preferably the entire volume of the economizer heating surfaces) and a suitable time constant (preferably half the flow medium through the economizer heating surfaces {load-dependent}) are selected for this differentiator, the correction signal thus generated optimally compensates for the fluid-side accumulator effects in the economizer.

In vorteilhafter Ausgestaltung werden auf derartige Weise fluidseitige Ein- oder Ausspeichereffekte in einer Vorwärmerheizfläche des solarbeheizten Abhitzedampferzeugers ausgewertet. Gerade im Hinblick auf den üblicherweise vergleichsweise großen Inhalt an Wasser oder Strömungsmedium in den Vorwärmer- oder Economizerheizflächen wirken sich nämlich Dichteänderungen des dort befindlichen Strömungsmediums vergleichsweise gravierend auf den Verdampferdurchfluss und somit auf die Verdampferaustrittsenthalpie aus, so dass eine geeignete Berücksichtigung und Kompensation dieses Effekts bei der Ermittlung eines geeigneten Sollwerts für den Speisewassermassenstrom besonders günstig ist.In an advantageous embodiment, fluid-side injection or withdrawal effects in a preheater heating surface of the solar-heated waste-heat steam generator are evaluated in such a way. Especially with regard to the usually comparatively large content of water or flow medium in the preheater or economizer heating surfaces, namely, density changes of the flow medium located there have a relatively serious effect on the evaporator flow and thus on the evaporator outlet enthalpy, so that a suitable consideration and compensation of this effect in the Determining a suitable setpoint for the feedwater mass flow is particularly favorable.

Dabei wird der Korrekturwert KF (oder ein Teil davon), der bei der Ermittlung des Sollwerts für den Speisewassermassenstrom berücksichtigt werden soll, vorteilhafterweise durch Berücksichtigung von für die zeitliche Ableitung der Dichte des Strömungsmediums sowohl am Eingang als auch am Ausgang der jeweiligen Heizfläche erstellt.In this case, the correction value K F (or a part thereof), which is to be taken into account when determining the desired value for the feedwater mass flow, advantageously by taking into account for the time derivative of the density of the flow medium both at the input and at the output of the respective heating surface created.

Bezüglich des solarthermischen Abhitzedampferzeugers wird die genannte Aufgabe gelöst, durch einen solarthermischen Abhitzedampferzeuger mit einer Verdampferheizfläche und mit einer Vorrichtung zum Einstellen des Speisewassermassenstroms, die anhand eines Sollwerts für den Speisewassermassenstrom geführt ist, wobei eine zugeordnete Speisewasserdurchflussregelung zur Vorgabe des Sollwerts anhand des Verfahrens ausgelegt ist. With regard to the solar thermal heat recovery steam generator, the stated object is achieved by a solar thermal heat recovery steam generator with a Verdampferheizfläche and with a device for adjusting the feedwater mass flow, which is guided by a setpoint for the feedwater mass flow, with an associated feedwater flow control for specifying the desired value is designed by the method.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist der solarthermischer Abhitzedampferzeuger mit seiner Verdampferheizfläche in den Heißgasstrom eines Solarturm-Kraftwerk derart geschaltet, wobei die Verdampferheizfläche zur Dampferzeugung von durch solare Inzidenz erzeugtem Heißgas beaufschlagbar ist.In an advantageous embodiment of the solar thermal heat recovery steam generator is switched with its evaporator heating in the hot gas flow of a solar tower power plant such, the evaporator heating surface for generating steam generated by solar incidence hot gas can be acted upon.

Vorteilhafterweise ist das Solarturm-Kraftwerk mit einem Luftreceiver und mit einem dem Luftreceiver nachgeschalteten solarthermischen Abhitzedampferzeuger ausgestattet.Advantageously, the solar tower power plant is equipped with an air receiver and a downstream of the air receiver solar thermal heat recovery steam generator.

Das Solarturm-Kraftwerk weist in besonders vorteilhafter Ausgestaltung einen solarthermischen Abhitzedampferzeuger auf, der in den Wasser-Dampfkreislauf einer Dampfturbinenanlage geschaltet ist.The solar tower power plant has in a particularly advantageous embodiment, a solar thermal heat recovery steam generator, which is connected in the water-steam cycle of a steam turbine plant.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass während transienter Vorgänge, die mit der Ein- und Ausspeicherung von thermischer Energie bzw. mit der Einund Ausspeicherung von Strömungsmedium in den entsprechenden Rohren verknüpft sind, durch die Berücksichtigung prozessspezifischer Korrekturwerte (KT, KF) eine Korrektur des im Rahmen einer prädiktiven Massenstromregelung ermittelten Sollwerts für den Speisewassermassenstrom ermöglicht ist.The advantages achieved by the invention are in particular that during transient processes, which are linked to the injection and withdrawal of thermal energy or with the injection and withdrawal of flow medium in the corresponding tubes, by the consideration of process-specific correction values (K T , K F ) a correction of the setpoint value for the feedwater mass flow determined as part of a predictive mass flow control is made possible.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigtAn embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. It shows

1 ein Solarturm-Kraftwerk mit offenem Luftreceiver 1 a solar tower power plant with open air receiver

2 ein als volumetrischer Absorber ausgestalteter Luftreceiver 2 an air receiver designed as a volumetric absorber

3 eine solarthermische Kraftwerksanlage mit Luftreceiver und nachgeschaltetem solarthermischen Abhitzedampferzeuger 3 a solar thermal power plant with air receiver and downstream solar thermal waste heat steam generator

4 einen solarbeheizten Abhitzedampferzeuger mit zugeordneter Speisewasserdurchflussregelung. 4 a solar-heated waste heat steam generator with associated feedwater flow control.

1 zeigt eine Solarturmanlage 129. Die Solarturmanlage 129 weist einen Turm 132 auf, an dessen vertikal oberem Ende ein Luftreceiver 133 angeordnet ist. Der Luftreceiver 133 weist einen volumetrischen Absorber 135 auf. Ein Heliostatenfeld 130 ist am Boden in der Nähe des Turmes rund um den Turm 132 angeordnet. Das Heliostatenfeld 130 weist eine Vielzahl von Heliostaten 131 auf, die einzeln positionierbar bzw. ausrichtbar sind. Das gesamte Heliostatenfeld 130 ist dabei so ausgerichtet, dass die direkte Solarstrahlung Is fokussiert wird, so dass konzentrierte Solarstrahlung Ic durch optische Reflektion am Heliostatenfeld 130 entsteht, wobei die konzentrierte Solarstrahlung Ic auf den Luftreceiver 133, respektive den volumetrischen Absorber 135, gebündelt wird. Auf diese Weise wird Umgebungsluft L, die in den Luftreceiver 133 strömt, mittels des volumetrischen Absorbers 135 durch die gebündelte Solarstrahlung Ic sehr stark aufgeheizt. Die stark erhitzte oder überhitzte Luft L kann als Heizluft L' oder Heißgas L' zur Energieerzeugung in einer nicht näher dargestellten konventionellen Kraftwerksanlage genutzt werden. 1 shows a solar tower system 129 , The solar tower plant 129 has a tower 132 on, at the vertical upper end of an air receiver 133 is arranged. The air receiver 133 has a volumetric absorber 135 on. A heliostat field 130 is on the ground near the tower around the tower 132 arranged. The heliostat field 130 has a variety of heliostats 131 on, which are individually positionable or alignable. The entire heliostat field 130 is aligned so that the direct solar radiation I s is focused, so that concentrated solar radiation I c by optical reflection at the heliostat field 130 arises, with the concentrated solar radiation I c on the air receiver 133 , respectively the volumetric absorber 135 , is bundled. In this way, ambient air L, which is in the air receiver 133 flows, by means of the volumetric absorber 135 heated by the concentrated solar radiation I c very strong. The highly heated or superheated air L can be used as heating air L 'or hot gas L' for energy production in a conventional power plant, not shown.

Ein Beispiel für einen volumetrischen Absorber 135 ist in 2 dargestellt. Der volumetrische Absorber 135 weist ein Gehäuse 134 auf, welches mit einer Wärmedämmung 140 ausgestattet ist. Die Wärmedämmung 140 kann beispielsweise aus einem porösen keramischen Material oder einem Metallschaum bestehen, so dass eine gute Aufheizung des volumetrischen Absorbers 135 bei Sonneneinstrahlung gegeben ist. Der volumetrische Absorber 135 weist einen Einlass 138 sowie einen Auslass 139 auf. Der Einlass 138 und der Auslass 139 sind strömungstechnisch miteinander verbunden. Die Frontseite des volumetrischen Absorbers 135 weist ein gekrümmtes Quarzglasfenster 136 auf, welches in das Gehäuse 134 eingepasst ist. Seitlich des Quarzglasfensters 136 ist eine wassergekühlte Schutzblende 137 vorgesehen, die die Stirnseite des volumetrischen Absorbers 135 vor Überhitzung schützt und das Quarzglasfenster 136 umrahmt. Durch diese Konfiguration ist eine Einstrahlöffnung gebildet, die den Fokuspunkt für die konzentrierte Solarstrahlung Ic bildet. Im Betrieb des volumetrischen Absorbers 135, beispielsweise in einer Solarturmanlage 129 gemäß 1, wird kühle Umgebungsluft L in den volumetrischen Absorber 135 angesaugt. Die Luft L strömt in den Kanal entlang der Wärmedämmung 140 in Richtung der Frontseite des volumetrischen Absorbers vor und tritt in einen engen thermischen Wechselwirkungskontakt mit dem Absorbermaterial im volumetrischen Absorber 135. Das Absorbermaterial erhitzt sich aufgrund der intensiven und konzentrierten Solarstrahlung Ic, die durch das Quarzglasfenster 136 auf das Absorbermaterial trifft. Durch den Kontakt der Luft L mit dem stark erhitzten Absorbermaterial findet eine Aufheizung der Luft L statt, so dass eine Heißluft L' bzw. ein Heißgas L' gebildet wird, welches über den Auslass 139 den volumetrischen Absorber 135 verlässt und für nachfolgende Prozesse als Nutzwärmeträger zur Verfügung steht. In einem kontinuierlichen Betrieb wird bei Einstrahlung von konzentrierter Solarstrahlung Ic einströmende Umgebungsluft L kontinuierlich erhitzt und ein kontinuierlicher Strom aus Heizluft L' bzw. Heißgas L' steht zur Verfügung.An example of a volumetric absorber 135 is in 2 shown. The volumetric absorber 135 has a housing 134 on, which with a thermal insulation 140 Is provided. The thermal insulation 140 may for example consist of a porous ceramic material or a metal foam, so that a good heating of the volumetric absorber 135 given in sunlight. The volumetric absorber 135 has an inlet 138 as well as an outlet 139 on. The inlet 138 and the outlet 139 are fluidically interconnected. The front of the volumetric absorber 135 has a curved quartz glass window 136 on which is in the case 134 is fitted. Laterally of the quartz glass window 136 is a water-cooled protective screen 137 provided the front of the volumetric absorber 135 protects against overheating and the quartz glass window 136 framed. By this configuration, a Einstrahlöffnung is formed, which forms the focal point for the concentrated solar radiation I c . In operation of the volumetric absorber 135 , for example in a solar tower system 129 according to 1 , cool ambient air L is in the volumetric absorber 135 sucked. The air L flows into the channel along the thermal insulation 140 towards the front of the volumetric absorber and enters into close thermal interaction contact with the absorber material in the volumetric absorber 135 , The absorber material heats up due to the intense and concentrated solar radiation I c passing through the quartz glass window 136 meets the absorber material. As a result of the contact of the air L with the strongly heated absorber material, heating of the air L takes place, so that a hot air L 'or a hot gas L' is formed, which flows via the outlet 139 the volumetric absorber 135 leaves and is available for subsequent processes as a useful heat carrier. In a continuous Operation is upon irradiation of concentrated solar radiation I c incoming ambient air L continuously heated and a continuous stream of heating air L 'or hot gas L' is available.

Die Integration einer Solarturmanlage 129 zu einem vollständigen Solarturmkraftwerk zur Erzeugung elektrischer Energie ist in 3 dargestellt. Dabei zeigt 3 eine Solarkraftwerksanlage 149, die aus einem Solarteil S und einem Kraftwerksteil P besteht, die zu einer Gesamtanlage integriert ist. Der Solarteil S weist eine Solarturmanlage 129 – in analoger Weise wie in 1 beschrieben – auf. Diese umfasst ein Heliostatenfeld 130 sowie den Solarturm 132 mit dem Luftreceiver 133, der an der Turmspitze angeordnet ist und der den volumetrischen Absorber 135 enthält. Durch das Heliostatenfeld 130 wird konzentrierte Solarstrahlung Ic auf den Luftreceiver 133 fokussiert, so dass angesaugte Umgebungsluft L in dem volumetrischen Absorber 135 stark erhitzt bzw. überhitzt wird und als Heißgas L' für den Prozess im Kraftwerksteil P zur Verfügung steht. Der Kraftwerksteil P umfasst eine Dampfturbine 145 sowie einen an die Dampfturbine angekoppelten Generator 146 zur Erzeugung elektrischer Energie. Abdampfseitig ist an die Dampfturbine 145 ein Kondensator 147 angeschlossen. Eine Speisewasserpumpe 148 fördert Speisewasser in dem Wasser-Dampf-Kreislauf 150 der Dampfturbinenanlage. Zur Erzeugung von Nutzdampf mit der gewünschten Frischdampftemperatur zum Betrieb der Dampfturbine 145 ist der Heizluftstrom L' über einen Vorlauf 142 mit dem solarbeheizten Abhitzedampferzeuger 1 verbunden. Am Austritt des Abhitzedampferzeugers 1 ist eine Verbindungsleitung in Form eines Rücklaufs 141 zwischen dem Abhitzedampferzeuger 1 und dem Luftreceiver 133 des Solarturms 132 vorgesehen. Zur Förderung der Abluft aus dem Abhitzedampferzeuger 1 sind Gebläse 144 in den Rücklauf eingeschaltet. Der solarbeheizte Abhitzedampferzeuger 1 weist eine Verdampferheizfläche 4 sowie eine Überhitzerheizfläche 8 auf. So dass im Betrieb die gewünschte Frischdampftemperatur und der gewünschte Frischdampfdruck erzeugbar ist. Ein Heißgasspeicher oder Pufferbehälter 143 verbindet den Vorlauf 141 mit dem Rücklauf 142, so dass bedarfsweise Heißluft L' in den Heißgasspeicher 143 abgezweigt werden kann, die aus dem Heißgasspeicher 143 bedarfsweise aus dem Pufferbehälter 143 ausgespeichert und in den Rücklauf 141 eingespeist werden kann. Der Solarteil S und der Kraftwerksteil P sind durch diese Verschaltung zu einer Gesamtanlage integriert, wobei der solar betriebene Abhitzedampferzeuger 1 mit seinen Heizflächen in den Heißluftstrom L' des Luftreceivers 133 geschaltet ist. Somit ist eine thermodynamische Ankopplung des Heißluftstroms L' an den Wasser-Dampf-Kreislauf 150 der Dampfturbinenanlage gegeben. Im Betrieb werden die Heizflächen des Dampferzeugers 1 mit Heißgas L' beaufschlagt, so dass Frischdampf F erzeugt wird. Das Heißgas L' weist eine Temperatur von 680°C und einen Druck von 1 bar auf. Durch den Wärmeübertrag in den Heizflächen des Abhitzedampferzeugers wird Frischdampf F mit einer Temperatur von 480°C und einem Druck von 26 bar erzeugt. Mit diesem Frischdampf F wird die Dampfturbine 145 beaufschlagt, so dass sich der Frischdampf F in der Dampfturbine 145 arbeitsbringend entspannt und die Turbine antreibt. Die Dampfturbine 145 wiederum treibt den elektrischen Generator 146 an, so dass elektrische Energie erzeugt ist. Abdampfseitig kondensiert der Dampf in dem Kondensator 147 und wird wiederum über die Speisewasserpumpe 148 in die Vorwärmstrecke des Abhitzedampferzeugers 1 eingespeist.The integration of a solar tower system 129 to a complete solar tower power plant for generating electrical energy is in 3 shown. It shows 3 a solar power plant 149 , which consists of a solar part S and a power plant part P, which is integrated into an overall system. The solar part S has a solar tower system 129 In a similar way as in 1 described - on. This includes a heliostat field 130 as well as the solar tower 132 with the air receiver 133 located at the top of the tower and the volumetric absorber 135 contains. Through the heliostat field 130 is concentrated solar radiation I c on the air receiver 133 focused, so that sucked ambient air L in the volumetric absorber 135 is strongly heated or superheated and is available as a hot gas L 'for the process in the power plant part P. The power plant part P includes a steam turbine 145 and a generator coupled to the steam turbine 146 for generating electrical energy. Abdampfseitig is to the steam turbine 145 a capacitor 147 connected. A feedwater pump 148 promotes feed water in the water-steam cycle 150 the steam turbine plant. For generating useful steam at the desired steam temperature for operation of the steam turbine 145 is the heating air flow L 'via a flow 142 with the solar-heated heat recovery steam generator 1 connected. At the outlet of the heat recovery steam generator 1 is a connecting line in the form of a return 141 between the heat recovery steam generator 1 and the air receiver 133 of the solar tower 132 intended. To convey the exhaust air from the heat recovery steam generator 1 are blowers 144 turned on in the return. The solar-heated heat recovery steam generator 1 has an evaporator heating surface 4 and a superheater heating surface 8th on. So that during operation the desired live steam temperature and the desired live steam pressure can be generated. A hot gas storage or buffer tank 143 connects the flow 141 with the return 142 , so that, if necessary, hot air L 'in the hot gas storage 143 can be diverted from the hot gas storage 143 if necessary, from the buffer tank 143 Stored and in the return 141 can be fed. The solar part S and the power plant part P are integrated through this interconnection to form a complete system, wherein the solar-powered heat recovery steam generator 1 with its heating surfaces in the hot air flow L 'of the air receiver 133 is switched. Thus, a thermodynamic coupling of the hot air flow L 'to the water-steam cycle 150 the steam turbine plant given. In operation, the heating surfaces of the steam generator 1 with hot gas L 'acted upon, so that live steam F is generated. The hot gas L 'has a temperature of 680 ° C and a pressure of 1 bar. Due to the heat transfer in the heating surfaces of the heat recovery steam generator, live steam F with a temperature of 480 ° C and a pressure of 26 bar is generated. With this live steam F is the steam turbine 145 acted upon, so that the live steam F in the steam turbine 145 working relaxed and the turbine drives. The steam turbine 145 in turn drives the electric generator 146 on, so that electrical energy is generated. On the exhaust steam side, the vapor condenses in the condenser 147 and in turn via the feedwater pump 148 in the preheating section of the heat recovery steam generator 1 fed.

Eine Speisewasserregelung für die solar thermische Kraftwerksanlage 149 mit Luftreceiver 133 und nachgeschaltetem Heißluft-Abhitzedampferzeuger 1 auf Basis einer prädiktiven Speisewassersollwertermittlung ist in 4 näher erläutert.A feedwater control system for the solar thermal power plant 149 with air receiver 133 and downstream hot air heat recovery steam generator 1 based on a predictive feedwater setpoint determination is in 4 explained in more detail.

Der solarbeheizte Abhitzedampferzeuger 1 gemäß der 4 weist eine auch als Economizer bezeichnete Vorwärmerheizfläche 2 für als Strömungsmedium vorgesehenes Speisewasser auf, der sich in einem nicht näher dargestellten Gaszug befindet. Der Vorwärmerheizfläche 2 ist strömungsmediumsseitig eine Speisewasserpumpe 3 vor- und eine Verdampferheizfläche 4 nachgeschaltet. Ausgangsseitig ist die Verdampferheizfläche 4 strömungsmediumsseitig über einen Wasserspeicher 6, der insbesondere auch als Wasserabscheider oder Abscheideflasche ausgestaltet sein kann, mit einer Anzahl nachgeschalteter Überhitzerheizflächen 8, 10, 12 verbunden, die ihrerseits zur Anpassung der Dampftemperaturen und dergleichen mit Einspritzkühlern 14, 16 versehen sein können. Der solarbeheizte Abhitzedampferzeuger 1 ist als Rohrbündelabsorber ausgestaltet, wobei die Heizflächen, also insbesondere die Vorwärmerheizfläche 2, die Verdampferheizfläche 4 sowie die Überhitzerheizflächen 8, 10, 12, mit einem aus dem Luftreceiver 135 aufgeheizten Heißgas beaufschlagbar sind, so dass ein Wärmeeintrag durch Abkühlung des Heißgases an diesen Heizflächen mit geringerer Temperatur erfolgt. Die Wärmeübertragung findet hier im Wesentlichen durch Konvektion statt.The solar-heated heat recovery steam generator 1 according to the 4 has a known as economizer preheater heating 2 for intended as a flow medium feed water, which is located in a throttle cable, not shown. The preheater heating surface 2 is the flow medium side, a feedwater pump 3 upstream and an evaporator heating surface 4 downstream. On the output side is the evaporator heating surface 4 flow medium side via a water tank 6 , which may be configured in particular as a water separator or separation bottle, with a number of downstream superheater heating surfaces 8th . 10 . 12 connected, in turn, for adjusting the steam temperatures and the like with injection coolers 14 . 16 can be provided. The solar-heated heat recovery steam generator 1 is designed as a tube bundle absorber, wherein the heating surfaces, ie in particular the Vorwärmerheizfläche 2 , the evaporator heating surface 4 as well as the superheater heating surfaces 8th . 10 . 12 , with one from the air receiver 135 heated hot gas can be acted upon, so that a heat input by cooling the hot gas takes place at these heating surfaces with a lower temperature. The heat transfer takes place here essentially by convection.

Der solarthermische Abhitzedampferzeuger 1 ist für eine geregelte Beaufschlagung mit Speisewasser ausgelegt. Dazu ist der Speisewasserpumpe 3 ein von einem Stellmotor 20 angesteuertes Drosselventil 22 nachgeschaltet, so dass über geeignete Ansteuerung des Drosselventils 22 die von der Speisewasserpumpe 3 in Richtung des Vorwärmers 2 geförderte Speisewassermenge oder der Speisewassermassenstrom einstellbar ist. Zur Ermittlung eines aktuellen Kennwerts für den zugeführten Speisewassermassenstrom ist dem Drosselventil 22 eine Messeinrichtung 24 zur Ermittlung des Speisewassermassenstroms Ṁ durch die Speisewasserleitung nachgeschaltet. Der Stellmotor 20 ist über ein Regelelement 28 angesteuert, das eingangsseitig mit einem über eine Datenleitung 30 zugeführten Sollwert Ṁs für den Speisewassermassenstrom Ṁ und mit dem über eine Messeinrichtung 24 ermittelten aktuellen Istwert des Speisewassermassenstroms Ṁ beaufschlagt ist. Durch Differenzbildung zwischen diesen beiden Signalen wird an den Regler 28 ein Nachführungsbedarf übermittelt, so dass bei einer Abweichung des Ist- vom Sollwert eine entsprechende Nachführung des Drosselventils 22 über die Ansteuerung des Motors 20 erfolgt.The solar thermal waste heat steam generator 1 is designed for a controlled supply of feed water. This is the feedwater pump 3 one from a servomotor 20 controlled throttle valve 22 downstream, so that via suitable control of the throttle valve 22 that of the feedwater pump 3 in the direction of the preheater 2 subsidized feedwater quantity or the feedwater mass flow is adjustable. To determine a current characteristic value for the supplied feedwater mass flow is the throttle valve 22 a measuring device 24 to determine the Feedwater mass flow Ṁ downstream through the feedwater line. The servomotor 20 is about a rule element 28 controlled, the input side with a via a data line 30 supplied setpoint Ṁ s for the feedwater mass flow Ṁ and with a via a measuring device 24 ascertained current actual value of the feedwater mass flow Ṁ acted upon. By difference between these two signals is to the controller 28 transmits a Nachführungsbedarf, so that in case of a deviation of the actual from the desired value, a corresponding tracking of the throttle valve 22 via the control of the motor 20 he follows.

Zur Ermittlung eines besonders bedarfsgerechten Sollwerts Ṁs für den Speisewassermassenstrom Ṁ in der Art einer prädiktiven, vorausschauenden oder am zukünftigen oder aktuellen Bedarf orientierten Einstellung des Speisewassermassenstroms ist die Datenleitung 30 eingangsseitig mit einer zur Vorgabe des Sollwerts Ṁs für den Speisewassermassenstrom Ṁ ausgelegten Speisewasserdurchflussregelung 32 verbunden. Diese ist dafür ausgelegt, den Sollwert Ṁs für den Speisewassermassenstrom Ṁ anhand einer Wärmestrombilanz in der Verdampferheizfläche 4 zu ermitteln, wobei der Sollwert Ṁs für den Speisewassermassenstrom Ṁ anhand des Verhältnisses aus dem aktuell in der Verdampferheizfläche 4 vom Heißgas auf das Strömungsmedium übertragenen Wärmestrom einerseits und einer im Hinblick auf den gewünschten Frischdampfzustand vorgegebenen Soll-Enthalpieerhöhung des Strömungsmediums in der Verdampferheizfläche 4 andererseits vorgegeben wird. Eine Nutzung eines derartigen Konzepts der Bereitstellung eines Sollwerts für den Speisewassermassenstrom auf der Grundlage einer Wärmebilanz selbst für einen solarbeheizten Abhitzedampferzeuger 1 in Bauweise als Rohrbündelabsorber in einem Solarturm-Kraftwerk ist im Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch erreicht, dass der durch die konzentrierte Sonneneinstrahlung auf das Strömungsmedium übertragene Wärmestrom unter Berücksichtigung eines für die aktuelle Temperatur am Verdampfereintritt charakteristischen Temperaturkennwerts und eines für den aktuellen Massenstrom des Heißgases charakteristischen Massenstromkennwerts ermittelt wird.To determine a particular need-based setpoint s Ṁ for the feed-water mass flow Ṁ in the way of predictive, forward-looking or the future or current demand-oriented adjustment of the feed water mass flow is the data line 30 on the input side with a feedwater flow rate control designed to specify the setpoint value Ṁ s for the feedwater mass flow Ṁ 32 connected. This is designed to set the setpoint Ṁ s for the feedwater mass flow Ṁ based on a heat flow balance in the evaporator heating surface 4 to determine, with the setpoint Ṁ s for the feedwater mass flow Ṁ based on the ratio of the currently in the evaporator heating 4 from the hot gas transferred to the flow medium heat flow on the one hand and a predetermined in view of the desired live steam condition desired enthalpy increase of the flow medium in the evaporator heating 4 on the other hand is given. A use of such a concept of providing a set point for the feedwater mass flow based on a heat balance even for a solar heated waste heat steam generator 1 in construction as a tube bundle absorber in a solar tower power plant is achieved in particular by the fact that the transferred by the concentrated solar radiation heat flow to the flow taking into account a characteristic of the current temperature at the evaporator inlet temperature characteristic and a characteristic of the current mass flow of the hot gas mass flow characteristic is determined ,

Dazu weist die Speisewasserdurchflussregelung 32 ein Dividierglied 34 auf, dem als Zähler ein geeigneter Kennwert für den aktuell in der Verdampferheizfläche 4 vom Heißgas auf das Strömungsmedium übertragenen Wärmestrom und als Nenner ein im Hinblick auf den gewünschten Frischdampfzustand geeignet vorgegebener Kennwert für die gewünschte Soll-Enthalpieerhöhung des Strömungsmediums in der Verdampferheizfläche 4 zugeführt wird. Zählerseitig ist das Dividierglied 34 dabei eingangsseitig mit einem Funktionsmodul 36 verbunden, das anhand eines zugeführten, für die aktuelle Temperatur des Heißgases am Verdampfereintritt charakteristischen Temperaturkennwerts als Ausgangswert einen Wert für die Enthalpie des Heißgases am Verdampfereintritt ausgibt. Im Ausführungsbeispiel ist dabei die Zuführung eines für die aktuelle Temperatur des Heißgases am Verdampfereintritt charakteristischen Messwerts als Temperaturkennwert vorgesehen. Der für die Enthalpie des Heißgases am Verdampfereinlass charakteristische Kennwert wird auf ein Subtrahierglied 38 ausgegeben, wo von diesem Kennwert ein von einem Funktionsmodul 40 gelieferter Kennwert für die Enthalpie des Gases am Verdampferauslass abgezogen wird.For this purpose, the feedwater flow control 32 a divider 34 on, as a counter a suitable characteristic value for the currently in the evaporator heating surface 4 from the hot gas transferred to the flow medium heat flow and denominator as a suitable with regard to the desired steam condition predetermined characteristic value for the desired target enthalpy increase of the flow medium in the evaporator heating 4 is supplied. Counter is the divider 34 on the input side with a function module 36 connected, which outputs based on a supplied, characteristic of the current temperature of the hot gas at the evaporator inlet temperature characteristic value as the output value for the enthalpy of the hot gas at the evaporator inlet. In the exemplary embodiment, the supply of a measured value characteristic of the current temperature of the hot gas at the evaporator inlet is provided as a temperature characteristic value. The characteristic value for the enthalpy of the hot gas at the evaporator inlet is applied to a subtractor 38 where from this characteristic one of a functional module 40 supplied value for the enthalpy of the gas is withdrawn at the evaporator outlet.

Zur Ermittlung der Enthalpie des Heißgases am Verdampferauslass wird dem Funktionsglied 40 eingangsseitig die von einem Summierglied 42 gebildete Summe zweier Temperaturwerte zugeführt. Dabei wird einerseits die über ein Funktionsglied 44, das eingangsseitig mit einem Drucksensor 46 verbunden ist, anhand des Drucks des Strömungsmediums beim Verdampfereintritt ermittelte Sättigungstemperatur des Strömungsmediums berücksichtigt. Andererseits wird über ein Funktionsglied 48, dem seinerseits eingangsseitig über ein weiteres Funktionsglied 50 ein für den aktuellen Massenstrom des Heißgases charakteristischer Massenstromkennwert zugeführt wird, der so genannte „Pinchpoint”, nämlich die aus dem Massenstrom des Heißgases ermittelte Temperaturdifferenz der Heißgastemperatur am Verdampferaustritt minus der Siedetemperatur des Strömungsmediums am Verdampfereintritt, berücksichtigt. Aus diesen beiden über das Summierglied 42 addierten Temperaturbeiträgen wird vom Funktionsbaustein 40 somit die Enthalpie des Heißgases am Verdampferaustritt, gegebenenfalls unter Rückgriff auf geeignete Tabellen, Diagramme oder dergleichen, bereitgestellt. Ausgangsseitig liefert das Subtrahierglied 38 somit die Enthalpiedifferenz oder -bilanz des Heißgases, also die Differenz aus Heißgasenthalpie am Verdampfereintritt und Heißgasenthalpie am Verdampferaustritt.To determine the enthalpy of the hot gas at the evaporator outlet is the functional element 40 on the input side of a summing 42 supplied sum of two temperature values. On the one hand, the one via a functional element 44 , the input side with a pressure sensor 46 is taken into account, based on the pressure of the flow medium at the evaporator inlet detected saturation temperature of the flow medium. On the other hand, via a functional element 48 , which in turn on the input side via another functional element 50 a characteristic for the current mass flow of the hot gas mass flow characteristic is supplied, the so-called "pinpoint", namely the determined from the mass flow of the hot gas temperature difference of the hot gas temperature at the evaporator outlet minus the boiling temperature of the flow medium at the evaporator inlet, taken into account. From these two about the summator 42 added temperature contributions is from the function block 40 Thus, the enthalpy of the hot gas at the evaporator outlet, optionally with recourse to suitable tables, diagrams or the like provided. On the output side, the subtractor delivers 38 thus the enthalpy difference or balance of the hot gas, ie the difference between hot gas enthalpy at the evaporator inlet and hot gas enthalpy at the evaporator outlet.

Diese Enthalpiedifferenz wird an ein Multiplizierglied 52 weitergegeben, dem der charakteristische Massenstromkennwert, der im Übrigen als aktuell erfasster Messwert vorliegen kann, ebenfalls zugeführt wird. Ausgangsseitig liefert das Multiplizierglied 52 somit einen Kennwert für die vom Heißgas an die Verdampferheizfläche 4 abgegebene Wärmeleistung.This enthalpy difference is sent to a multiplier 52 passed, the characteristic mass flow characteristic, which may be present as the currently measured value, is also supplied. On the output side, the multiplier delivers 52 Thus, a characteristic of the hot gas to the evaporator heating 4 delivered heat output.

Um anhand dieser vom Heißgas abgegebenen Wärmeleistung den tatsächlich auf das Strömungsmedium übertragenen Wärmestrom ermitteln zu können, ist zunächst noch eine Korrektur um Wärmeein- und/oder -ausspeichereffekte in die Komponenten der Verdampferheizfläche 4, insbesondere in die Metallmassen, vorgesehen. Dazu wird der genannte Kennwert für die vom Heißgas abgegebene Wärmeleistung zunächst einem Subtrahierglied 54 zugeführt, wo ein für die Wärmeein- oder -ausspeicherung in die Verdampferbauteile charakteristischer Korrekturwert KT abgezogen wird. Dieser wird von einem Funktionsglied 56 bereitgestellt. Dieses ist eingangsseitig seinerseits mit dem Ausgangswert eines weiteren Funktionsgliedes 58 beaufschlagt, indem ein mittlerer Temperaturwert für die Metallmassen der Verdampferheizfläche 4 ermittelt wird. Dazu ist das weitere Funktionsglied 58 eingangsseitig mit einem im Wasserspeicher 6 angeordneten Druckgeber 60 verbunden, so dass das weitere Funktionsglied 58 die mittlere Temperatur der Metallmassen anhand des Drucks des Strömungsmediums, z. B. durch Gleichsetzung mit der zu diesem Druck gehörigen Siedetemperatur, im Wasserspeicher 6 ermitteln kann.In order to be able to determine the actual heat flow transferred to the flow medium on the basis of this heat output by the hot gas, a correction is first of all to heat in and / or -ausspeichereffekte in the components of the evaporator 4 , in particular in the metal masses provided. For this purpose, the said characteristic value for the hot gas delivered heat output first a subtractor 54 supplied, where a characteristic of the heat input or -aussticherung in the evaporator components correction value K T is subtracted. This one is from a function member 56 provided. This is the input side in turn with the output value of another functional element 58 subjected to an average temperature value for the metal masses of the evaporator heating surface 4 is determined. This is the other functional element 58 on the input side with one in the water tank 6 arranged pressure transducer 60 connected so that the more functional member 58 the average temperature of the metal masses based on the pressure of the flow medium, z. B. by equating with the boiling temperature associated with this pressure in the water tank 6 can determine.

Ausgangsseitig übergibt das Subtrahierglied 54 somit einen für die vom Heißgas abgegebene Wärmeleistung, vermindert um. die in das Metall der Verdampferheizfläche 4 eingespeicherte Wärmeleistung, und somit einen für die an das Strömungsmedium abzugebende Wärmeleistung charakteristischen Kennwert.On the output side, the subtractor transfers 54 thus one for the output of the hot gas heat output, reduced by. into the metal of the evaporator heating surface 4 stored thermal power, and thus a characteristic of the heat to be delivered to the flow medium characteristic value.

Dieser Kennwert wird im Dividierglied 34 als Zähler verwendet, der dort durch einen Nenner geteilt wird, der einer im Hinblick auf den gewünschten Frischdampfzustand vorgegebenen Soll-Enthalpieerhöhung des Strömungsmediums in der Verdampferheizfläche 4 entspricht, so dass aus dieser Division oder diesem Verhältnis der Sollwert Ṁs für den Speisewassermassenstrom Ṁ gebildet werden kann. Zur Bereitstellung des Nenners, also des Kennwerts für die gewünschte Soll-Enthalpieerhöhung auf der Wasser-Dampf- oder Strömungsmediumsseite, ist das Dividierglied 34 eingangsseitig mit einem Subtrahierglied 70 verbunden. Dieses ist eingangsseitig mit einem von einem Funktionsglied 72 bereitgestellten Kennwert für den gewünschten Sollwert für die Enthalpie des Strömungsmediums am Verdampferaustritt beaufschlagt. Des Weiteren ist das Subtrahierglied 70 eingangsseitig mit einem von einem Funktionsmodul 74 bereitgestellten Kennwert oder Istwert für die aktuelle Enthalpie des Strömungsmediums am Verdampfereintritt beaufschlagt, der im Subtrahierglied 70 vom genannten Kennwert für den Sollwert der Enthalpie am Verdampferaustritt abgezogen wird. Eingangsseitig ist das Funktionsmodul 74 dabei zur Bildung des genannten Kennwerts für die Ist-Enthalpie am Verdampfereintritt mit dem Drucksensor 46 und mit einem Temperatursensor 76 verbunden. Durch die Differenzbildung im Subtrahierglied 70 wird somit die in Abhängigkeit vom gewünschten Frischdampfzustand in das Strömungsmedium in der Verdampferheizfläche 4 einzubringende Enthalpieerhöhung ermittelt, die als Nenner im Dividierglied 34 verwendet werden kann.This characteristic value is in the divider 34 used as a counter, which is divided there by a denominator, the one given in view of the desired live steam condition desired enthalpy increase of the flow medium in the evaporator heating 4 corresponds, so that from this division or this ratio, the setpoint Ṁ s for the feedwater mass flow Ṁ can be formed. To provide the denominator, so the characteristic value for the desired desired enthalpy increase on the water-steam or flow medium side, is the divider 34 on the input side with a subtractor 70 connected. This is the input side with one of a functional element 72 supplied characteristic value for the desired setpoint for the enthalpy of the flow medium at the evaporator outlet acted upon. Furthermore, the subtractor 70 on the input side with one of a functional module 74 provided parameter or actual value for the current enthalpy of the flow medium at the evaporator inlet, which acts in the subtractor 70 is deducted from said characteristic value for the desired value of the enthalpy at the evaporator outlet. On the input side is the function module 74 thereby forming the said characteristic value for the actual enthalpy at the evaporator inlet with the pressure sensor 46 and with a temperature sensor 76 connected. By subtraction in the subtractor 70 Thus, depending on the desired live steam condition in the flow medium in the evaporator heating 4 enthalpy increase to be introduced, the denominator in the divider 34 can be used.

Der solarbeheizte Abhitzedampferzeuger 1 könnte für einen Betrieb im so genannten „Level Control Mode” ausgelegt sein, bei dem der Wasserstand im Wasserspeicher 6 geregelt wird, wobei an die dem der Verdampferheizfläche 4 nachgeschalteten Überhitzerheizflächen 8, 10, 12 ausschließlich Dampf weitergegeben wird, und das verdampferaustrittsseitig noch mitgeführte Wasser im Wasserspeicher 6 abgeschieden wird. Im Ausführungsbeispiel ist der solarbeheizte Abhitzedampferzeuger 1 aber für einen Betrieb im so genannten „Benson Control Modus” ausgelegt, bei dem eine Überspeisung des auch als Wasserabscheider vorgesehenen Wasserspeichers 6 und die vollständige Verdampfung des Strömungsmediums erst in den nachfolgenden Überhitzerheizflächen 8, 10, 12 möglich ist. Bei dieser Betriebsvariante wird das Funktionsglied 72, über das der Sollwert für die Enthalpie des Strömungsmediums am Verdampferaustritt ausgegeben werden soll, eingangsseitig einerseits mit dem vom Drucksensor 60 ermittelten Istwert für den Druck im Wasserabscheider 6 beaufschlagt. Weiterhin ist dem Funktionsmodul 72 eingangsseitig ein weiteres Funktionsmodul 90 vorgeschaltet, das anhand des vom Drucksensor 60 ermittelten Ist-Drucks im Wasserspeicher 6 anhand einer hinterlegten Funktionalität oder des gewünschten Frischdampfzustands einen geeigneten Sollwert für die Temperatur des Strömungsmediums im Wasserspeicher 6 ermittelt. Beispielsweise könnte für einen Betrieb der Anlage im „Benson Control Modus” als Sollwert für die Temperatur hierbei ein Temperaturwert hinterlegt sein, der der Sättigungstemperatur des Strömungsmediums beim ermittelten Druck zuzüglich einer vorgesehenen Mindestüberhitzung von beispielsweise 35°C entspricht. Das Funktionsmodul 72 ermittelt aus diesem Sollwert für die Temperatur unter Berücksichtigung des aktuellen Druckwerts den genannten Sollwert für die Enthalpie des Strömungsmediums am Verdampferaustritt.The solar-heated heat recovery steam generator 1 could be designed for operation in the so-called "Level Control Mode", in which the water level in the water tank 6 is regulated, wherein to the evaporator heating surface 4 downstream superheater heating surfaces 8th . 10 . 12 only steam is passed, and the evaporator outlet still entrained water in the water tank 6 is deposited. In the embodiment, the solar-heated heat recovery steam generator 1 but designed for operation in the so-called "Benson Control Mode", in which an overfeed of water also provided as a water separator 6 and the complete evaporation of the flow medium only in the subsequent superheater heating surfaces 8th . 10 . 12 is possible. In this operating variant, the functional element 72 , via which the setpoint for the enthalpy of the flow medium is to be output at the evaporator outlet, on the input side, on the one hand, with that of the pressure sensor 60 determined actual value for the pressure in the water separator 6 applied. Furthermore, the functional module 72 on the input side, another functional module 90 upstream, based on the pressure sensor 60 determined actual pressure in the water tank 6 based on a stored functionality or the desired live steam condition a suitable setpoint for the temperature of the flow medium in the water tank 6 determined. For example, for operation of the system in "Benson Control Mode", a temperature value may be stored as the setpoint for the temperature, which corresponds to the saturation temperature of the flow medium at the determined pressure plus a predetermined minimum superheat of, for example, 35 ° C. The functional module 72 determined from this setpoint for the temperature taking into account the current pressure value, the said setpoint for the enthalpy of the flow medium at the evaporator outlet.

Im Ausführungsbeispiel wird dieser vom Funktionsmodul 72 bereitgestellte Sollwert, der im Wesentlichen an den Eigenschaften des Strömungsmediums als solches orientiert ist, anschließend in einem nachgeschalteten Addierglied 92 noch um einen weiteren Korrekturwert KTrimm verändert. Dieser von einem Funktionsmodul 94 gelieferte weitere Korrekturwert KTrimm berücksichtigt im Wesentlichen in der Art einer Trimmfunktion die Abweichung der aktuell festgestellten Frischdampftemperatur von der im Hinblick auf den gewünschten Frischdampfzustand eigentlich gewünschten Frischdampftemperatur. Eine derartige Abweichung kann sich insbesondere dadurch bemerkbar machen, dass bei zu hoher Frischdampftemperatur in den Einspritzkühlern 14, 16 Kühlbedarf entsteht und somit die Beaufschlagung der Einspritzkühler 14, 16 mit Kühlmedium erforderlich ist. Falls ein derartiger Massenstrom zu den Einspritzkühlern 14, 16 festgestellt wird, ist es Auslegungsziel des Funktionsmoduls 94, diesen Kühlbedarf von den Einspritzkühlern 14, 16 weg und hin zu einer erhöhten Speisewasserzufuhr zu verlagern. Bei einem dementsprechend festgestellten Kühlbedarf in den Einspritzkühlern 14, 16 wird dementsprechend im Funktionsmodul 94 die gewünschte Enthalpie des Strömungsmediums am Verdampferaustritt abgesenkt, um den Kühlbedarf zu minimieren. Andernfalls, also wenn eine zu niedrige Frischdampftemperatur festgestellt wird, wird über den vom Funktionsmodul 94 bereitgestellten Korrekturwert KTrimm und dessen Addition im Addiermodul 92 der Enthalpie-Sollwert erhöht.In the exemplary embodiment, this is the function module 72 provided setpoint, which is oriented substantially to the properties of the flow medium as such, then in a downstream adder 92 yet another correction value K trim changed. This one from a functional module 94 delivered further correction value K trim takes into account substantially in the manner of a trim function, the deviation of the currently detected steam temperature from the actually desired with respect to the desired steam condition steam temperature. Such a deviation can be made noticeable in particular by the fact that, if the live steam temperature in the injection coolers is too high 14 . 16 Cooling demand arises and thus the admission of the injection coolers 14 . 16 with cooling medium is required. If such a mass flow to the injection coolers 14 . 16 is determined, it is design target of the functional module 94 , this cooling requirement of the Desuperheater 14 . 16 away and towards an increased feedwater supply. With a correspondingly determined cooling demand in the injection coolers 14 . 16 is accordingly in the function module 94 lowered the desired enthalpy of the flow medium at the evaporator outlet to minimize the cooling demand. Otherwise, if a too low steam temperature is detected, is over that of the function module 94 provided correction value K trim and its addition in the adder module 92 the enthalpy setpoint increases.

Zur Absicherung umfasst die Speisewasserdurchflussregelung 32 des solarbeheizten Abhitzedampferzeugers 1 noch eine nachgelagerte direkte Regelschleife, bei der in einem Funktionsmodul 100 anhand der Messwerte im Wasserspeicher 6 ein Istwert für die Enthalpie des Strömungsmediums am Verdampferaustritt ermittelt und in einem Differenziermodul 102 mit der gewünschten Enthalpie, also mit dem Soll-Enthalpiewert, verglichen wird. Durch die Differenzbildung im Differenziermodul 102 wird dabei die Soll-Ist-Abweichung festgestellt, die über einen nachgeschalteten Regler 104 in einem Addierglied 106 dem vom Dividierglied 34 bereitgestellten Sollwert für den Speisewassermassenstrom überlagert wird. Diese Überlagerung geschieht geeignet zeitlich verzögert und gedämpft, so dass dieser Regeleingriff lediglich im Bedarfsfall, also bei zu grober Regelabweichung, eingreift.The feedwater flow control system includes protection 32 of the solar-heated heat recovery steam generator 1 nor a downstream direct control loop, in which in a functional module 100 based on the measured values in the water reservoir 6 an actual value for the enthalpy of the flow medium at the evaporator outlet is determined and in a differentiation module 102 is compared with the desired enthalpy, ie with the desired enthalpy value. By the difference in the differentiation module 102 In this case, the target-actual deviation is detected, which via a downstream controller 104 in an adder 106 from the divider 34 provided setpoint for the feedwater mass flow is superimposed. This superimposition is suitably delayed in time and damped, so that this control intervention only in case of need, so too rough control deviation, intervenes.

Zur noch weiteren Verbesserung der Regelungsqualität bei der prädiktiven Massenstromregelung des solarbeheizten Abhitzedampferzeugers 1 ist bei der Erstellung des Sollwerts Ṁs für den Speisewassermassenstrom Ṁ zudem noch die Berücksichtigung eines Korrekturwerts KF vorgesehen, der die zeitliche Ableitung von Enthalpie- und Dichtewerten des Strömungsmediums an geeigneten Messstellen repräsentiert. Dazu wird der vom Addierglied 106 ausgegebene Zwischenwert einem weiteren Addierglied 108 zugeführt, wo ihm der Korrekturwert KF überlagert wird.To further improve the control quality of the predictive mass flow control of the solar-heated heat recovery steam generator 1 When calculating the setpoint value Ṁ s for the feedwater mass flow Ṁ, the consideration of a correction value K F is also provided, which represents the time derivative of enthalpy and density values of the flow medium at suitable measuring points. This is done by the adder 106 output intermediate value to another adder 108 supplied, where the correction value K F is superimposed.

Zur Ermittlung der Beiträge oder Summanden für den Korrekturwert KF ist dabei einerseits ein zur Ermittlung eines Dichtekennwerts für das Strömungsmedium am Eintritt der Vorwärmerheizfläche 2 vorgesehenes Funktionsmodul 110 eingangsseitig mit einem im Eintrittsbereich der Vorwärmerheizfläche 2 angeordneten Drucksensor 112 und einem ebenfalls im Eintrittsbereich der Vorwärmerheizfläche 2 angeordneten Temperatursensor 114 verbunden. Anhand der von diesen Sensoren gelieferten Messwerte ermittelt das Funktionsmodul 110 einen Kennwert für die Dichte des Fluids oder Strömungsmediums im Eintrittsbereich der Vorwärmerheizfläche 2, der an ein nachgeschaltetes Addierglied 116 ausgegeben wird. Ein weiteres Funktionsmodul 118 ist seinerseits eingangsseitig mit dem Drucksensor 46 und dem Temperatursensor 76 verbunden und ermittelt aus den von diesen gelieferten Messwerten einen Dichtekennwert für das Fluid oder Strömungsmedium austrittsseitig der Vorwärmerheizfläche 2. Dieser weitere Dichtekennwert wird vom Funktionsmodul 118 ebenfalls an das Addierglied 116 ausgegeben.To determine the contributions or summands for the correction value K F is on the one hand to determine a density characteristic value for the flow medium at the inlet of Vorwärmerheizfläche 2 provided functional module 110 on the input side with a in the inlet region of the preheater heating surface 2 arranged pressure sensor 112 and also in the inlet area of the preheater heating surface 2 arranged temperature sensor 114 connected. Based on the measured values supplied by these sensors, the function module determines 110 a characteristic value for the density of the fluid or flow medium in the inlet region of the preheater heating surface 2 , which is connected to a downstream adder 116 is issued. Another functional module 118 is in turn the input side with the pressure sensor 46 and the temperature sensor 76 connected and determined from the measured values supplied by these a density characteristic for the fluid or flow medium on the outlet side of the preheater heating surface 2 , This additional density characteristic value is determined by the function module 118 also to the adder 116 output.

Das Addierglied 116 gibt seinerseits die aus den eingehenden Dichtekennwerten gebildete Summe an ein nachgeschaltetes Dividierglied 120 aus, in dem die genannte Summe durch den Faktor 2 als Nenner dividiert wird. Ausgangsseitig stellt das Dividierglied 120 somit einen für die mittlere Fluid- oder Speisewasserdichte in der Vorwärmerheizfläche 2 charakteristischen Kennwert bereit. Dieser wird einem nachgeschalteten Differenzierglied 122 zugeführt.The adder 116 in turn gives the sum formed from the incoming density characteristics to a downstream divider 120 in which the sum mentioned by the factor 2 is divided as a denominator. On the output side, the divider represents 120 thus one for the average fluid or feedwater density in the preheater heating surface 2 characteristic characteristic. This is a downstream differentiator 122 fed.

Das Differenzierglied 122 ist als so genanntes „Derivative-Element” oder „DT1-Glied” ausgestaltet und liefert als Ausgangswert einen für die zeitliche Ableitung des vom Dividierglied 120 gelieferten Dichtekennwerts des Fluids oder Strömungsmediums charakteristischen Kennwert, der an ein nachgeschaltetes Subtrahierglied 124 ausgegeben wird.The differentiator 122 is designed as a so-called "derivative element" or "DT1 element" and provides as an output value for the time derivative of the divider 120 supplied density characteristic of the fluid or flow characteristic characteristic value, which is connected to a downstream subtractor 124 is issued.

Zusätzlich ist ein weiteres Differenzierglied 126 vorgesehen, das eingangsseitig mit dem vom Funktionsmodul 74 erzeugten für die Ist-Enthalpie am Verdampfereintritt charakteristischen Kennwert beaufschlagt wird. Das Differenzierglied 126, das seinerseits ebenfalls als so genanntes „Derivative-Element” oder „DT1-Glied” ausgeführt ist, liefert somit einen für die zeitliche Ableitung der Enthalpie am Eingang der Verdampferheizfläche 4 charakteristischen Kennwert.In addition, another differentiator 126 provided on the input side with the function module 74 produced characteristic for the actual enthalpy at the evaporator inlet characteristic value is applied. The differentiator 126 , which in turn is also designed as a so-called "derivative element" or "DT1 member", thus provides one for the time derivative of the enthalpy at the entrance of the evaporator heating 4 characteristic characteristic value.

Im Subtrahierglied 124 wird dieser Kennwert vom Differenzierglied 122 gelieferten, für die zeitliche Ableitung der Dichtewerte des Strömungsmediums charakteristischen Kennwert abgezogen. Damit liefert das Subtrahierglied 124 einen Ausgangswert, der linear aus Beiträgen für die zeitliche Ableitung der Dichte des Strömungsmediums am Eintritt der Vorwärmheizfläche 2, der zeitlichen Ableitung der Dichte des Strömungsmediums am Austritt der Vorwärmerheizfläche 2 und der zeitlichen Ableitung der Enthalpie des Strömungsmediums am Eingang der Verdampferheizfläche 4 zusammengesetzt ist. In diesem aus den genannten Anteilen gebildeten Korrekturwert KF sind somit über die genannten zeitlichen Ableitungen fluidseitige Ein- oder Ausspeichereffekte in der Vorwärmerheizfläche 2 und/oder in der Verdampferheizfläche 4 bei transienten Vorgängen oder Laständerungen berücksichtigt. Dieser Korrekturwert KF wird im Addierglied 108 dem Sollwert Ṁs für die Speisewassermassenstromdichte überlagert.In the subtractor 124 this characteristic value is derived from the differentiator 122 deducted, characteristic of the time derivative of the density values of the flow medium characteristic value subtracted. This is what the subtractor delivers 124 an output value which is linearly derived from contributions for the time derivative of the density of the flow medium at the entrance of the preheat heating surface 2 , the time derivation of the density of the flow medium at the outlet of the Vorwärmerheizfläche 2 and the time derivative of the enthalpy of the flow medium at the entrance of the evaporator heating surface 4 is composed. In this correction value K F , which is formed from the stated proportions, there are therefore fluid-side injection or withdrawal effects in the preheater heating surface via the time derivatives mentioned 2 and / or in the evaporator heating surface 4 considered during transient processes or load changes. This correction value K F is in the adder 108 superimposed on the setpoint Ṁ s for the feedwater mass flow density.

Durch das Verfahren gemäß der Erfindung und den solarbeheizten Abhitzedampferzeuger wird in Abhängigkeit des vorhandenen Wärmeangebots der Solarstrahlung immer genau der erforderliche Speisewassermassenstrom durch die Verdampferheizfläche zur Verfügung gestellt, um den geforderten/gewünschten Fluidzustand am Austritt des Abhitzedampferzeugers (Frischdampftemperatur) auch während instationärer Vorgänge insbesondere bei Wolkendurchzug durch das Solarfeld zu gewährleisten. Durch die konzeptionelle Berücksichtigung entsprechender physikalischer Mechanismen kann dieser Austrittszustand mit geringstmöglicher Schwankungsbreite auch ohne zusätzliche Einspritzeinrichtungen sichergestellt werden.By the method according to the invention and the solar-heated heat recovery steam generator is always provided depending on the available heat supply of solar radiation exactly the required feedwater mass flow through the evaporator to provide the required / desired fluid state at the outlet of the heat recovery steam generator (live steam temperature) even during transient processes, especially in cloud passage through the solar field. Due to the conceptual consideration of corresponding physical mechanisms, this outlet state can be ensured with the least possible fluctuation range even without additional injection devices.

Claims (12)

Verfahren zum Betreiben eines solarbeheizten Abhitzedampferzeugers (1) mit einer Anzahl von Heizflächen (2, 4), bei dem durch solare Wärmeeinstrahlung ein Heißgas, insbesondere Heißluft, erzeugt wird, mit dem die Heizflächen (2, 4) des Abhitzedampferzeugers (1) beaufschlagt werden, und bei dem einer Vorrichtung zum Einstellen des Speisewassermassenstroms Ṁ ein Sollwert Ṁs für den Speisewassermassenstrom Ṁ zugeführt wird, wobei bei der Erstellung des Sollwerts Ṁs für den Speisewassermassenstrom Ṁ ein charakteristischer Korrekturwert KT berücksichtigt wird, durch den thermische Speichereffekte von ein- oder ausgespeicherter thermischer Energie in eine oder mehrere der Heizflächen (2, 4) korrigiert werden.Method for operating a solar-heated waste-heat steam generator ( 1 ) with a number of heating surfaces ( 2 . 4 ), in which by solar heat radiation, a hot gas, in particular hot air, is generated, with which the heating surfaces ( 2 . 4 ) of the heat recovery steam generator ( 1 ), in which a setpoint value Ṁ s for the feedwater mass flow Ṁ is supplied to a device for adjusting the feedwater mass flow wobei, wherein a characteristic correction value K T is taken into account in the preparation of the setpoint value Ṁ s for the feedwater mass flow,, by the thermal storage effects of stored or stored thermal energy in one or more of the heating surfaces ( 2 . 4 ) Getting corrected. Verfahren nach Anspruch 1, wobei durch den Korrekturwert KT thermische Speichereffekte von ein- oder ausgespeicherter thermischer Energie in die Rohrwände der Verdampferheizfläche (4) des Abhitzedampferzeugers (1) korrigiert werden.The method of claim 1, wherein thermal by the correction value K T memory effects of on or off-stored thermal energy (in the tube walls of the evaporator 4 ) of the heat recovery steam generator ( 1 ) Getting corrected. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei bei der Einstellung des Sollwerts Ṁs die an die Verdampferheizfläche (4) des Abhitzedampferzeugers (1) übertragene Gesamtwärmeleistung Q . berücksichtigt wird, die ermittelt wird aus dem Produkt aus – der Enthalpiedifferenz zwischen der Enthalpie des Heißgases am Eintritt der Verdampferheizfläche (4) des Abhitzedampferzeugers (1) und der Enthalpie des Heißgases am Austritt der Verdampferheizfläche (4) des Abhitzedampferzeugers (1) und – dem gemessenen Massenstrom des Heißgases vor dem Eintritt der Verdampferheizfläche (4) des Abhitzedampferzeugers (1).Method according to one of claims 1 or 2, wherein in the setting of the setpoint Ṁ s to the evaporator ( 4 ) of the heat recovery steam generator ( 1 ) transferred total heat output Q. which is determined from the product of - the enthalpy difference between the enthalpy of the hot gas at the entrance of the evaporator heating surface ( 4 ) of the heat recovery steam generator ( 1 ) and the enthalpy of the hot gas at the exit of the evaporator heating surface ( 4 ) of the heat recovery steam generator ( 1 ) and - the measured mass flow of the hot gas before the entry of the evaporator heating surface ( 4 ) of the heat recovery steam generator ( 1 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei bei der Einstellung des Sollwerts Ṁs weiterhin ein Korrekturwert KF berücksichtigt wird, wobei durch den Korrekturwert KF die in die Verdampferheizfläche (4) des Abhitzedampferzeugers (1) ein- oder ausgespeicherten Speisewassermengen korrigiert werden.Method according to one of claims 1 to 3, wherein in the setting of the setpoint Ṁ s further a correction value K F is taken into account, wherein by the correction value K F in the evaporator ( 4 ) of the heat recovery steam generator ( 1 ) are corrected in or out of stored feedwater quantities. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Korrekturwert KF bestimmt wird unter Nutzung der Speisewasser-Unterkühlung- oder der Speisewasser-Enthalpie- oder der Speisewassertemperatur am Verdampfereintritt.The method of claim 4, wherein the correction value K F is determined using the feedwater supercooling or feedwater enthalpy or feedwater temperature at the evaporator inlet. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei durch den Korrekturwert KF weiterhin die in den Economizerheizflächen (2) des Abhitzedampferzeugers (1) ein- oder ausgespeicherten Speisewassermengen korrigiert werden.A method according to claim 4 or 5, wherein by the correction value K F further in the economizer heating surfaces ( 2 ) of the heat recovery steam generator ( 1 ) are corrected in or out of stored feedwater quantities. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Korrekturwert KF bestimmt wird unter Nutzung der Speisewasserdichten am Eintritt der Economizerheizflächen (2) und am Austritt der Economizerheizflächen (2).Method according to claim 6, wherein the correction value K F is determined by using the feed water densities at the inlet of the economizer heating surfaces ( 2 ) and at the outlet of the economizer heating surfaces ( 2 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das bei einem Solarturm-Kraftwerk (129) durchgeführt wird, wobei als Strömungsmedium Speisewasser in der Verdampferheizfläche (4) durch indirekten solaren Wärmeeintrag erwärmt und verdampft wird.Method according to one of the preceding claims, which is in a solar tower power plant ( 129 ) is carried out, wherein as the flow medium feed water in the Verdampferheizfläche ( 4 ) is heated by indirect solar heat input and evaporated. Solarthermischer Abhitzedampferzeuger (1) mit einer Verdampferheizfläche (4) und mit einer Vorrichtung zum Einstellen des Speisewassermassenstroms (Ṁ), die anhand eines Sollwerts (Ṁs) für den Speisewassermassenstrom (Ṁ) geführt ist, wobei eine zugeordnete Speisewasserdurchflussregelung (32) zur Vorgabe des Sollwerts (Ṁs) anhand des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgelegt ist.Solar thermal waste heat steam generator ( 1 ) with an evaporator heating surface ( 4 ) and with a device for adjusting the feedwater mass flow (Ṁ), which is based on a setpoint (Ṁ s ) for the feedwater mass flow (Ṁ), with an associated feedwater flow control ( 32 ) is designed to specify the desired value (Ṁ s ) using the method according to one of claims 1 to 8. Solarthermischer Abhitzedampferzeuger (1) nach Anspruch 9, dessen Heizflächen (2, 4) in den Heißgasstrom eines Solarturm-Kraftwerk geschaltet sind, wobei die Heizflächen (2, 4) zur Dampferzeugung von durch solare Inzidenz erzeugtem Heißgas beaufschlagbar sind.Solar thermal waste heat steam generator ( 1 ) according to claim 9, whose heating surfaces ( 2 . 4 ) are connected in the hot gas flow of a solar tower power plant, wherein the heating surfaces ( 2 . 4 ) can be acted upon to generate steam generated by solar incidence hot gas. Solarturm-Kraftwerk (129) mit einem Luftreceiver (133) und mit einem dem Luftreceiver (133) nachgeschalteten solarthermischen Abhitzedampferzeuger (1).Solar tower power plant ( 129 ) with an air receiver ( 133 ) and with the air receiver ( 133 ) downstream solar thermal heat recovery steam generator ( 1 ). Solarturm-Kraftwerk (129) nach Anspruch 11, mit einem solarthermischen Abhitzedampferzeuger (1), der in den Wasser-Dampfkreislauf (150) einer Dampfturbinenanlage (146) geschaltet ist.Solar tower power plant ( 129 ) according to claim 11, with a solar thermal waste heat steam generator ( 1 ) entering the water-steam cycle ( 150 ) of a steam turbine plant ( 146 ) is switched.
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