DE102011004280A1

DE102011004280A1 - Method for operating a solar thermal waste heat steam generator

Info

Publication number: DE102011004280A1
Application number: DE102011004280A
Authority: DE
Inventors: Jan Brückner; Joachim Franke; Frank Thomas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-08-23
Also published as: WO2012110330A2; WO2012110330A3

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines solarthermischen Abhitzedampferzeugers (1) mit einem Verdampfer (16), einem Economizer mit einer Anzahl von Economizerheizflächen (10, 14) und mit einer zu einer Anzahl von Economizerheizflächen (10) strömungsmediumsseitig parallel geschalteten Bypassleitung (3), soll eine höhere betriebliche Sicherheit und Zuverlässigkeit bei der Steuerung des solarthermischen Abhitzedampferzeugers ermöglichen. Dazu wird dem eine für die dem solarthermischen Abhitzedampferzeuger (1) zugeführte Wärmeenergie charakteristische Kenngröße zur Steuerung oder Regelung der Durchflussmenge der Bypassleitung (3) verwendet.A method for operating a solar thermal waste heat steam generator (1) with an evaporator (16), an economizer with a number of economizer heating surfaces (10, 14) and with a bypass line (3) connected in parallel to a number of economizer heating surfaces (10) on the flow medium side enable higher operational safety and reliability in the control of the solar thermal waste heat steam generator. For this purpose, a parameter characteristic for controlling or regulating the flow rate of the bypass line (3) is used for the thermal energy supplied to the solar thermal waste heat steam generator (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines solarthermischen Abhitzedampferzeugers mit einem Verdampfer, einem Economizer mit einer Anzahl von Economizerheizflächen und mit einer zu einer Anzahl von Economizerheizflächen strömungsmediumsseitig parallel geschalteten Bypassleitung.The invention relates to a method for operating a solar thermal waste heat steam generator with an evaporator, an economizer with a number of economizer heating surfaces and with a bypass line connected in parallel to a number of economizer heating surfaces on the flow medium side.

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. Durch die Konzentrierung des eingestrahlten Lichts in dem Absorber ist mit sehr hohen Wärmestromdichten zu rechnen.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. By concentrating the irradiated light in the absorber is expected to have very high heat flux densities.

Abhitzedampferzeuger sind anhand einer Vielzahl von Kriterien kategorisierbar: Basierend auf der Strömungsrichtung des Gasstroms können Abhitzedampferzeuger beispielsweise in vertikale und horizontale Bauarten eingeteilt werden. Weiterhin existieren Dampferzeuger mit einer Mehrzahl von Druckstufen mit unterschiedlichen thermischen Zuständen des jeweils enthaltenen Wasser-Dampf-Gemisches.Heat recovery steam generators can be categorized by a variety of criteria: based on the flow direction of the gas flow, heat recovery steam generators can be classified, for example, into vertical and horizontal types. Furthermore, there are steam generator with a plurality of pressure stages with different thermal states of the water-steam mixture contained in each case.

Zur Erhöhung des Wirkungsgrades des Abhitzedampferzeugers umfasst dieser üblicherweise einen Speisewasservorwärmer oder Economizer. Dieser besteht aus mehreren Economizerheizflächen, welche im Heißgasweg die letzten Heizflächen nach einer Anzahl von Verdampfer-, Uberhitzer- und Zwischenüberhitzerheizflächen bilden. Strömungsmediumsseitig ist der Economizer den Verdampferheizflächen und Überhitzerheizflächen vorgeschaltet und nutzt die Restwärme in den Heißgasen, um das Speisewasser vorzuwärmen. Durch die genannte Anordnung im Heißgaskanal durchströmt das Heißgas den Economizer bei relativ niedrigen Temperaturen.To increase the efficiency of the heat recovery steam generator, this usually includes a feedwater or economizer. This consists of several economizer heating surfaces, which form the last heating surfaces after a number of evaporator, superheater and reheater heating surfaces in the hot gas path. On the flow medium side, the economizer is connected upstream of the evaporator heating surfaces and superheater heating surfaces and uses the residual heat in the hot gases to preheat the feed water. Due to the arrangement in the hot gas duct, the hot gas flows through the economizer at relatively low temperatures.

Während des Betriebes eines solarthermischen Abhitzedampferzeugers ist am Verdampfereintritt grundsätzlich eine ausreichende Unterkühlung des Strömungsmediums zu gewährleisten (d. h. die Temperatur des Strömungsmediums sollte einen ausreichenden Abstand zur Sättigungstemperatur aufweisen). Dadurch wird zum einen sichergestellt, dass im Verteilsystem des Verdampfers nur einphasiges Strömungsmedium vorliegt und somit keine Entmischungsvorgänge von Wasser und Dampf am Eintritt einzelner Verdampferrohre auftreten können, zum anderen wäre durch das Vorhandensein eines Wasser-Dampf-Gemischs am Verdampfereintritt eine optimale Regelung der Verdampferaustrittsenthalpie nur noch schwer bzw. gar nicht zu realisieren, in dessen Folge die Verdampferaustrittstemperaturen unter Umständen nicht mehr beherrschbar wären.During operation of a solar thermal waste heat steam generator, sufficient subcooling of the flow medium is to be ensured at the evaporator inlet (that is, the temperature of the flow medium should have a sufficient distance from the saturation temperature). This ensures on the one hand that in the distribution system of the evaporator only single-phase flow medium is present and thus no segregation processes of water and steam at the inlet of individual evaporator tubes can occur, on the other hand would be by the presence of a water-steam mixture at the evaporator inlet optimum control of the evaporator outlet enthalpy only difficult or even impossible to realize, as a result of which the evaporator outlet temperatures might no longer be controllable.

Aus diesem Grund ist ein Abhitzedampferzeuger üblicherweise derart ausgelegt, dass bei Volllast eine ausreichende Unterkühlung am Verdampfereintritt vorliegt. Gerade bei transienten Lastvorgängen kann sich jedoch aufgrund physikalischer Gegebenheiten die mediumsseitige Unterkühlung am Verdampfereintritt mehr oder minder stark ändern.For this reason, a heat recovery steam generator is usually designed so that at full load sufficient subcooling is present at the evaporator inlet. However, due to physical conditions, the medium-side supercooling at the evaporator inlet can change more or less, especially with transient load processes.

Damit trotz dieser Schwankungen eine ausreichende Unterkühlung vorliegt, sind im unteren Lastbereich zusätzliche Maßnahmen erforderlich. Hierfür wird üblicherweise über eine entsprechende Anordnung ein Teilstrom des Strömungsmediums um einen oder mehrere Economizerheizflächen in einer Bypassleitung herumgeführt und dann dem Hauptstrom beispielsweise am Eintritt des letzten Economizers wieder beigemischt. Durch eine derartige teilweise Vorbeileitung des Strömungsmediums am Heißgaskanal wird die Gesamtwärmeaufnahme des Speisewassers in den Economizerheizflächen reduziert und somit sichergestellt, dass eine ausreichende Unterkühlung des Strömungsmediums am Verdampfereintritt auch im unteren Lastbereich zu erreichen ist.In order to ensure sufficient subcooling despite these fluctuations, additional measures are required in the lower load range. For this purpose, a partial flow of the flow medium is usually guided around one or more economizer heating surfaces in a bypass line via an appropriate arrangement and then mixed again with the main flow, for example, at the inlet of the last economizer. Such a partial bypassing of the flow medium on the hot gas duct reduces the overall heat absorption of the feed water in the economizer heating surfaces and thus ensures that sufficient subcooling of the flow medium at the evaporator inlet can be achieved even in the lower load range.

In heutigen Anlagen wird der Teilstrom durch die Economizerbypassleitung im entsprechenden Lastbereich üblicherweise gerade so eingestellt, dass im stationären Betrieb eine Unterkühlung am Verdampfereintritt von beispielsweise mindestens 3 Kelvin (K) eingehalten wird. Dafür ist eine Temperatur- und Druckmessung am Verdampfereintritt vorgesehen, mit deren Hilfe über eine Differenzbildung die tatsächliche Unterkühlung zu jedem Zeitpunkt ermittelt werden kann. Durch einen Soll-Ist-Vergleich wird bei Unterschreiten der Mindestunterkühlung ein Ventil in der Economizerbypassleitung angesteuert. Dieses Ventil erhält einen Öffnungsimpuls von beispielsweise 1 Sekunde (s). Über die Ventilstellzeit ist mit diesem Öffnungsimpuls unmittelbar eine neue Ventilstellung verknüpft, in der dann das Ventil für beispielsweise 30 s verharrt. Für den Fall, dass die geforderte Mindestunterkühlung auch nach diesen 30 s noch nicht erreicht ist, wird der gleiche Vorgang wiederholt, bis entweder die Mindestunterkühlung erreicht bzw. überschritten wird oder aber das Ventil vollständig geöffnet ist.In today's plants, the partial flow through the economizer bypass line in the corresponding load range is usually just set so that in stationary operation, a subcooling at the evaporator inlet, for example, at least 3 Kelvin (K) is maintained. For a temperature and pressure measurement at the evaporator inlet is provided with the help of a difference formation the actual hypothermia can be determined at any time. By means of a nominal / actual comparison, a valve in the economizer bypass line is actuated when the minimum subcooling is undershot. This valve receives an opening pulse of, for example, 1 second (s). About the valve actuation time is directly linked to this opening pulse, a new valve position in which then the valve for example, 30 s remains. In the event that the required minimum subcooling is not reached even after these 30 s, the same process is repeated until either the minimum subcooling is reached or exceeded or the valve is fully open.

Ist die gemessene Unterkühlung im umgekehrten Fall beispielsweise größer als 6 K, erhält das Ventil einen Schließimpuls von beispielsweise 1 s. In der neuen Ventilstellung wird im Vergleich zum Öffnen in der Regel für einen größeren Zeitraum (beispielsweise 600 s) verharrt, bevor nach erneutem Abgleich zwischen Soll- und Istwert der gleiche Vorgang wiederholt wird, sollte die Unterkühlung am Verdampfereintritt noch größer als 6 K und das Ventil noch nicht vollständig geschlossen sein. Zwischen den einzelnen Stellimpulsen werden hier vergleichsweise große Zeitabstände gewählt, um eine Dampfbildung im Economizer zu vermeiden.If the measured subcooling in the reverse case, for example, greater than 6 K, the valve receives a closing pulse of, for example, 1 s. In the new valve position is compared to opening usually for a longer period of time (for example, 600 s) remains before the same process is repeated after re-balancing between setpoint and actual value, the subcooling at the evaporator inlet should be greater than 6 K and Valve not yet completely closed. Between the individual control pulses, comparatively large time intervals are selected here in order to avoid vapor formation in the economizer.

Gerade bei schnellen transienten Vorgängen, wie beispielsweise bei einem Wolkendurchzug durch das Solarfeld, kann unter Umständen das oben beschriebene Steuerungskonzept die geforderte Mindestunterkühlung des Fluids am Verdampfereintritt nur schwer bzw. gar nicht sicherstellen. Dadurch könnte bei diesen schnellen Laständerungen eine Dampfbildung am Verdampfereintritt nicht ausgeschlossen werden, so dass Probleme bei der Verteilung auf die einzelnen Verdampferrohre auftreten können und eine Regelung der Verdampferaustrittstemperatur unter Umständen nicht mehr möglich wäre.Especially with fast transient processes, such as in a cloud passage through the solar field, under certain circumstances, the control concept described above can only with difficulty or not at all ensure the required minimum subcooling of the fluid at the evaporator inlet. As a result, vapor formation at the evaporator inlet could not be ruled out in the case of these rapid load changes, so that problems with the distribution to the individual evaporator tubes can occur and regulation of the evaporator outlet temperature might no longer be possible.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines solarthermischen Abhitzedampferzeugers der oben genannten Art sowie einen solarthermischen Abhitzedampferzeuger anzugeben, welche eine höhere betriebliche Sicherheit und Zuverlässigkeit bei der Steuerung des solarthermischen Abhitzedampferzeugers ermöglichen.The invention is therefore based on the object to provide a method for operating a solar thermal heat recovery steam generator of the type mentioned above and a solar thermal heat recovery steam generator, which allow a higher operational safety and reliability in the control of solar thermal waste heat steam generator.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem eine für die dem solarthermischen Abhitzedampferzeuger zugeführte Wärmeenergie charakteristische Kenngröße zur Steuerung oder Regelung der Durchflussmenge der Bypassleitung verwendet wird.With regard to the method, this object is achieved according to the invention by using a characteristic variable which is characteristic of the solar thermal waste heat steam generator for controlling or regulating the flow rate of the bypass line.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass eine höhere betriebliche Sicherheit und Zuverlässigkeit bei der Steuerung des solarthermischen Abhitzedampferzeugers möglich wäre, wenn eine Bildung eines Wasser-Dampf-Gemischs am Eintritt des Verdampfers in allen Lastzuständen zuverlässig vermieden werden könnte. Dabei ist die Gefahr einer Dampfbildung insbesondere bei schnellen Lastwechseln vergleichsweise groß, da hier eine vergleichsweise schnelle Änderung der Unterkühlung am Eintritt des Verdampfers vorliegt. In diesen Fällen reagiert die bisher vorgesehene Regelung der Unterkühlung durch Beeinflussung der Economizerbypassdurchflussmenge zu langsam. Es sollte also eine schneller reagierende Steuerung oder Regelung vorgesehen werden.The invention is based on the consideration that a higher operational safety and reliability in the control of the solar thermal heat recovery steam generator would be possible if a formation of a water-steam mixture at the inlet of the evaporator could be reliably avoided in all load conditions. In this case, the risk of vapor formation is comparatively high, in particular during rapid load changes, since there is a comparatively rapid change in the subcooling at the inlet of the evaporator. In these cases, the hitherto provided regulation of subcooling by influencing the Economizerbypassdurchflussmenge reacts too slowly. So it should be provided a faster responding control or regulation.

Dabei hat sich herausgestellt, dass die Reaktionszeit des bisher üblichen Steuerungskonzeptes dabei insbesondere daraus resultiert, dass als Eingangsgröße für die Steuerung die Unterkühlung, d. h. die Differenz zwischen Temperatur am Verdampfereintritt und Sättigungstemperatur im Verdampfer verwendet wird. Dies bedeutet, dass die Steuerung für die Durchflussmenge der Economizerbypassleitung erst dann eingreift, wenn bereits eine Veränderung der Unterkühlung am Verdampfereintritt erfolgt. Eine Verbesserung wäre daher möglich, wenn eine zeitlich vorgelagerte Kenngröße in der Art einer prädiktiven Steuerung oder Regelung verwendet werden könnte.It has been found that the reaction time of the hitherto conventional control concept results in particular from the fact that the sub-cooling, d. H. the difference between temperature at the evaporator inlet and saturation temperature in the evaporator is used. This means that the controller for the flow rate of the economizer bypass line intervenes only when there is already a change in the subcooling at the evaporator inlet. An improvement would therefore be possible if an upstream parameter could be used in the manner of a predictive control or regulation.

Wird daher bereits zu Beginn eines instationären Betriebsvorgangs (z. B. Wolkendurchzug durch die Heliostaten, erfasst durch ein geeignetes Messsignal) und unter Berücksichtigung der Richtung die Stellung des Bypassventils entsprechend manipuliert (zu diesem Zeitpunkt kann noch keine Abweichung der Eintrittsunterkühlung vom Sollwert gemessen werden), wird unter günstigen Bedingungen die Mindestunterkühlung am Verdampfereintritt nicht unterschritten bzw. kann unter diesen Umständen eine Dampfbildung in der letzten Economizerheizfläche vermieden werden.Therefore, the position of the bypass valve is already manipulated accordingly at the beginning of a transient operating procedure (eg cloud passage through the heliostats, detected by a suitable measurement signal) and taking into account the direction (at this time, no deviation of the inlet subcooling from the target value can be measured) , Under favorable conditions, the minimum subcooling at the evaporator inlet does not fall below or under these circumstances, a vapor formation can be avoided in the last economizer heating.

Ausgehend von der Erkenntnis, dass eine Änderung der Unterkühlung am Verdampfereintritt durch die Änderung der dem Abhitzedampferzeuger zugeführten Wärmeenergie verursacht wird, kann dies dadurch erreicht werden, indem eine für diese dem solarthermischen Abhitzedampferzeuger zugeführte Wärmeenergie charakteristische Kenngröße zur Steuerung oder Regelung der Durchflussmenge der Bypassleitung verwendet wird.On the basis of the knowledge that a change in the subcooling at the evaporator inlet is caused by the change in the heat energy supplied to the heat recovery steam generator, this can be achieved by using a characteristic characteristic variable for controlling or regulating the flow rate of the bypass line for the solar thermal waste heat steam generator ,

In vorteilhafter Ausgestaltung wird bei einer Erhöhung der Kenngröße die Durchflussmenge der Bypassleitung vermindert. Dadurch kann bereits bei einer Erhöhung der dem Abhitzedampferzeuger zugeführten Wärmeenergie und damit noch vor der Messung einer tatsächlichen Änderung der Temperatur bzw. Unterkühlung am Eintritt des Verdampfers die Durchflussmenge der Bypassleitung entsprechend angepasst werden. Erhöht sich nämlich bei heutiger Betriebsweise des solarthermischen Abhitzedampferzeugers die dem solarthermischen Abhitzedampferzeuger zugeführte Wärmemenge, so ist dies mit einer Vergrößerung weiterer thermodynamischer (Zustands-)Größen des Strömungsmediums (wie beispielsweise Speisewassermassenstrom, Druck, Mediumstemperaturen) verknüpft, was aufgrund physikalischer Gesetzmäßigkeiten unmittelbar mit einer Erhöhung der Eintrittsunterkühlung einhergeht. Daher wird in diesem Fall die Durchflussmenge der Bypassleitung verringert, so dass die Temperatur am Austritt des Economizers erhöht und so die Unterkühlung am Verdampfereintritt verringert wird.In an advantageous embodiment, the flow rate of the bypass line is reduced with an increase in the characteristic. This can already at an increase in the heat recovery steam generator supplied heat energy and thus before the measurement of an actual change of Temperature or subcooling at the inlet of the evaporator, the flow rate of the bypass line to be adjusted accordingly. Increases namely in today's operation of the solar thermal heat recovery steam generator, the solar thermal waste heat steam generator supplied heat, this is associated with an increase in other thermodynamic (state) sizes of the flow medium (such as feedwater mass flow, pressure, medium temperatures), which due to physical laws directly with an increase associated with the entry subcooling. Therefore, in this case, the flow rate of the bypass passage is reduced, so that the temperature at the outlet of the economizer increases and so the supercooling at the evaporator inlet is reduced.

Entsprechend umgekehrt wird bei einer Verringerung der Kenngröße vorteilhafterweise die Durchflussmenge der Bypassleitung erhöht, um so die Austrittstemperatur des Economizers zielgerichtet anzupassen.Correspondingly, conversely, when the characteristic is reduced, the flow rate of the bypass line is advantageously increased so as to purposefully adapt the outlet temperature of the economizer.

In solarthermischen Abhitzedampferzeugern sind häufig nicht sämtliche Heizflächen des Economizers mit einer Bypassleitung versehen, sondern die Bypassleitung verläuft beispielsweise parallel zu einer Anzahl von Economizerheizflächen und nach der Mischstelle von Bypassleitung und Durchfluss durch diese Economizerheizflächen schließen sich eine oder mehrere weitere Economizerheizflächen an. Das bisher verwendete Temperatursignal zur Regelung der Durchflussmenge der Bypassleitung wird am Austritt der letzten Economizerheizfläche und damit am Eintritt des Verdampfers gemessen. Dementsprechend ist dieses Signal, welches die durch Änderungen der Durchflussmenge der Bypassleitung verursachte Temperaturdifferenz erfasst, verzögert mit einerseits der Zeit, die das Strömungsmedium für das Fließen durch die letzten, nicht mit einer Bypassleitung versehenen Economizerheizflächen benötigt, andererseits auch durch Einspeichervorgänge thermischer Energie in die Rohrwände dieser Heizflächen, deren Wärmekapazität ebenso zu berücksichtigen ist. Daher könnte eine weitere Verbesserung der Geschwindigkeit der Steuerung oder Regelung erfolgen, wenn vorteilhafterweise die Temperatur an der Mischstelle am Austritt der Bypassleitung zur Steuerung oder Regelung der Durchflussmenge der Bypassleitung verwendet wird. Somit ist eine noch zuverlässigere und schnellere Steuerung oder Regelung und Verhinderung einer Dampfbildung am Eintritt des Verdampfers möglich.In solar thermal heat recovery steam generators often not all heating surfaces of the economizer are provided with a bypass line, but the bypass line, for example, parallel to a number of economizer and after the mixing point of bypass line and flow through these economizer heating close to one or more other economizer heating. The previously used temperature signal for controlling the flow rate of the bypass line is measured at the outlet of the last economizer heating surface and thus at the inlet of the evaporator. Accordingly, this signal, which detects the temperature difference caused by changes in the flow rate of the bypass line, delayed on the one hand the time that the flow medium for flowing through the last, not provided with a bypass line economizer heating required on the other hand by storing thermal energy in the tube walls These heating surfaces whose heat capacity must also be taken into account. Therefore, a further improvement in the speed of the control or regulation could take place if advantageously the temperature at the mixing point at the outlet of the bypass line is used to control or regulate the flow rate of the bypass line. Thus, even more reliable and faster control or prevention of vapor formation at the inlet of the evaporator is possible.

Die Verdampfereintrittsunterkühlung wird neben Temperaturschwankungen am Austritt des Economizers weiterhin noch maßgeblich durch Schwankungen der Sättigungstemperatur im Verdampfer beeinflusst. Da die Sättigungstemperatur im Verdampfer im Wesentlichen vom Druck im Rohrsystem beeinflusst wird, kann z. B. bei schnellen Systemdruckänderungen (beispielsweise beim Auflösen einer Drosselreserve) ein starker Rückgang der Eintrittsunterkühlung auftreten. Dabei ist diese Änderung der Eintrittsunterkühlung unabhängig von der dem solarthermischen Abhitzedampferzeuger zugeführten Wärmeenergie. Um auch ein derartiges Szenario zu berücksichtigen, sollte vorteilhafterweise die Sättigungstemperatur im Verdampfer zur Steuerung oder Regelung der Durchflussmenge der Bypassleitung verwendet werden. Dadurch kann die Regelgüte für die Economizerbypassleitung im Falle einer schnellen Druckänderung im Verdampfer weiter verbessert werden.In addition to temperature fluctuations at the outlet of the economizer, the evaporator inlet subcooling is still significantly influenced by fluctuations in the saturation temperature in the evaporator. Since the saturation temperature in the evaporator is essentially influenced by the pressure in the pipe system, z. B. at rapid system pressure changes (for example, when dissolving a throttle reserve), a sharp decline in the occurrence of sub-cooling occur. This change in the inlet subcooling is independent of the thermal energy supplied to the solar thermal heat recovery steam generator. In order to also take into account such a scenario, the saturation temperature in the evaporator should advantageously be used to control or regulate the flow rate of the bypass line. As a result, the control quality for the economizer bypass line can be further improved in the event of a rapid pressure change in the evaporator.

Eine noch bessere Regelgüte der Durchflussmenge der Bypassleitung kann weiterhin erreicht werden, wenn eine noch bessere, für die dem solarthermischen Abhitzedampferzeuger zugeführte Wärmeenergie charakteristische Kenngröße bei der Steuerung oder Regelung verwendet wird. Unter Umständen kann nämlich das Leistungssignal des vorgeschalteten Luftreceivers keine ausreichende Qualität gewährleisten, da dieses Signal eventuell nicht ausreichend mit der in den solarthermischen Abhitzedampferzeuger eingebrachten Wärmemenge korreliert, andererseits steht dieses Signal in Anwendungen ohne vorgeschalteten Luftreceiver nicht zur Verfügung.An even better control quality of the flow rate of the bypass line can be further achieved if an even better, for the solar thermal heat recovery steam generator supplied heat energy characteristic parameter is used in the control or regulation. Under certain circumstances, the power signal of the upstream air receiver can not ensure sufficient quality, since this signal may not be sufficiently correlated with the amount of heat introduced into the solar thermal heat recovery steam generator, on the other hand, this signal is not available in applications without upstream air receiver.

Daher sollte in vorteilhafter Ausgestaltung die bilanzierte Heißgaswärme des Verdampfers als für die dem solarthermischen Abhitzedampferzeuger zugeführte Wärmeenergie charakteristische Kenngröße verwendet werden. Die bilanzierte Heißgaswärme. wird im Wesentlichen aus dem Massenstrom des Heißgases einerseits und der Enthalpiedifferenz am heißgasseitigen Eintritt und am Austritt des Verdampfers ermittelt. Dabei wird die Eintrittstemperatur gemessen und die Austrittstemperatur durch die Sättigungstemperatur des Verdampfers angenähert und beide Temperaturwerte in eine zugehörige Heißgasenthalpie umgerechnet. Dies ermöglicht praktisch eine direkte Messung des in den Verdampfer eingebrachten Wärmestroms. Im Übrigen liegt dieses Signal in Regeleinrichtungen für solarthermische Abhitzedampferzeuger häufig bereits vor, da es zur Speisewasserregelung verwendet werden kann. Durch die Verwendung dieses Signals kann die Güte der Steuerung oder Regelung weiter verbessert werden und eine ausreichende Unterkühlung am Eintritt des Verdampfers noch besser sichergestellt werden.Therefore, in an advantageous embodiment, the balanced hot gas heat of the evaporator should be used as a characteristic characteristic of the thermal energy supplied to the solar thermal heat recovery steam generator. The balanced hot gas heat. is determined essentially from the mass flow of the hot gas on the one hand and the enthalpy difference at the hot gas inlet and at the outlet of the evaporator. In this case, the inlet temperature is measured and the outlet temperature is approximated by the saturation temperature of the evaporator and converted both temperature values into an associated hot gas enthalpy. This practically allows a direct measurement of the heat flow introduced into the evaporator. Incidentally, this signal is often already present in control devices for solar thermal waste heat steam generators, since it can be used for feedwater control. By using this signal, the quality of the control or regulation can be further improved and sufficient subcooling at the inlet of the evaporator can be ensured even better.

Bezüglich des solarthermischen Abhitzedampferzeugers wird die Aufgabe gelöst durch einen solarthermischen Abhitzedampferzeuger mit einem Verdampfer, mit einem Economizer mit einer Anzahl von Economizerheizflächen, mit einer zu einer Anzahl von Economizerheizflächen strömungsmediumsseitig parallel geschalteten Bypassleitung mit einem Durchflusssteuer- oder Durchflussregelventil, mit einer Temperatur- und Druckmesseinrichtung am Verdampfereintritt und gegebenenfalls einer Temperaturmesseinrichtung an der Mischstelle am Austritt der Bypassleitung und einer mit den vorgenannten Messeinrichtungen und dem Durchflusssteuer- oder Durchflussregelventil datenseitig verbundenen Steuereinrichtung, welche zur Durchführung des genannten Verfahrens ausgelegt ist.With regard to the solar thermal waste heat steam generator, the object is achieved by a solar thermal waste heat steam generator with an evaporator, with an economizer with a number of economizer heating surfaces, with a bypass line connected in parallel to a number of economizer heating surfaces on the flow medium side a flow control or flow control valve, with a temperature and pressure measuring device at the evaporator inlet and optionally a temperature measuring device at the mixing point at the outlet of the bypass line and a data connected to the aforementioned measuring devices and the flow control or flow control valve control device which is designed to carry out said method.

Ein derartiger Abhitzedampferzeuger kommt vorteilhafterweise in einer Dampfturbinenanlage zum Einsatz.Such a heat recovery steam generator is advantageously used in a steam turbine plant.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in einem Turmkraftwerk mit integriertem Abhitzedampferzeuger auch während transienter Vorgänge die geforderte Mindestunterkühlung des Strömungsmediums am Verdampfereintrit Sichergestellt werden. Damit liegt am Verdampfereintritt grundsätzlich einphasiges Strömungsmedium vor, so dass mit Problemen der Strömungsverteilung auf die einzelnen Verdampferrohre nicht zu rechnen ist. Bei Einsatz eines entsprechenden Eco-Bypass Regelkonzeptes kann neben der Sicherstellung einer Mindestunterkühlung diese während transienter Vorgänge relativ konstant gehalten werden, so dass durch diese Maßnahme erstens eine Dampfbildung am Verdampfereintritt noch unwahrscheinlicher und zweitens die Regelgüte des Speisewasserregetkonzeptes durch die nahezu konstante Verdampfereintrittsunterkühlung positiv beeinflusst wird.By applying the method according to the invention, the required minimum subcooling of the flow medium at the evaporator inlet can be ensured in a tower power plant with integrated waste heat steam generator even during transient processes. This is basically at the evaporator inlet single-phase flow medium, so that problems with the flow distribution to the individual evaporator tubes is not expected. When using a corresponding Eco-bypass control concept can be kept relatively constant during transient processes in addition to ensuring a minimum subcooling, so that by this measure, first, a vapor formation at the evaporator inlet even less likely and secondly, the control quality of Speisewasserregetkonzeptes by the almost constant evaporator inlet subcooling is positively influenced.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to drawings. Show:

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 eine schematische Darstellung des Regelverfahrens unter Berücksichtigung der Leistung eines dem solarthermischen Abhitzedampferzeuger vorgeschalteten Luftreceivers, und 4 a schematic representation of the control method, taking into account the performance of the solar thermal Abhitzedampferzeuger upstream air receiver, and

5 eine schematische Darstellung des Regelverfahrens unter Berücksichtigung der bilanzierten Heißgaswärme des Verdampfers und der Änderung der Sättigungstemperatur im Verdampfer. 5 a schematic representation of the control method, taking into account the balanced hot gas heat of the evaporator and the change in the saturation temperature in the evaporator.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical parts are provided with the same reference numerals in all figures.

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 I_s fokussiert wird, so dass konzentrierte Solarstrahlung I_c durch optische Reflektion am Heliostatenfeld 130 entsteht, wobei die konzentrierte Solarstrahlung I_c 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 I_c 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 I_c 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 I_c, 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 I_c 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. Due to the contact of the air L with the strongly heated absorber material, a heating of the air L takes place, so that a hot air L 'or a hot gas L' is formed, which flows over the outlet 139 the volumetric absorber 135 leaves and is available for subsequent processes as a useful heat carrier. In a continuous operation, ambient air L flowing in when concentrated solar radiation I _{c is} heated continuously and a continuous flow 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 I_c 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 solarthermischen Abhitzedampferzeuger 1 verbunden. Am Austritt des solarthermischen Abhitzedampferzeugers 1 ist eine Verbindungsleitung in Form eines Rücklaufs 141 zwischen dem solarthermischen Abhitzedampferzeuger 1 und dem Luftreceiver 133 des Solarturms 132 vorgesehen. Zur Förderung der Abluft aus dem solarthermischen Abhitzedampferzeuger 1 sind Gebläse 144 in den Rücklauf eingeschaltet. Der solarthermischen 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 solarthermischen 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 solarthermischen Abhitzedampferzeugers 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 solarthermischen 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 thermal waste heat steam generator 1 connected. At the outlet of the solar thermal heat recovery steam generator 1 is a connecting line in the form of a return 141 between the solar thermal waste heat steam generator 1 and the air receiver 133 of the solar tower 132 intended. To convey the exhaust air from the solar thermal waste heat steam generator 1 are blowers 144 turned on in the return. The solar thermal waste heat 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 by this interconnection to form a complete system, the solar thermal 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 solar thermal heat recovery 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 solar thermal heat recovery steam generator 1 fed.

4 zeigt ausgewählte Bauteile eines schematisch dargestellten solarthermischen Abhitzedampferzeugers 1. Strömungsmedium strömt, getrieben durch eine nicht näher dargestellte Pumpe zunächst am Eintritt 2 in den Kreislauf, wobei zunächst eine Bypassleitung 3 abzweigt. Zur Regelung des Durchflusses der Bypassleitung ist ein Durchflussregelventil 6 vorgesehen, welches durch einen Motor 7 regelbar ist. Es kann auch ein einfaches Steuerventil vorgesehen sein, jedoch ist durch ein schnell reagierendes Regelventil eine bessere Einstellung der Unterkühlung am Verdampfereintritt möglich. 4 shows selected components of a schematically illustrated solar thermal heat recovery steam generator 1 , Flow medium flows, driven by a pump, not shown, first at the inlet 2 into the circulation, whereby first a bypass line 3 branches. To regulate the flow of the bypass line is a flow control valve 6 provided by a motor 7 is controllable. It may also be a simple control valve is provided, however, a better adjustment of the subcooling at the evaporator inlet is possible by a fast-acting control valve.

Ein Teil des Strömungsmediums strömt somit abhängig von der Stellung des Durchflussregelventils 6 in die Bypassleitung 3, ein anderer Teil strömt in eine erste Economizerheizfläche 10. Es können parallel zur Bypassleitung 3 auch weitere Economizerheizflächen vorgesehen sein. Am Austritt der Economizerheizfläche 10 wird an einer Mischstelle 12 das Strömungsmedium aus der Bypassleitung 3 und der Economizerheizfläche 10 vermischt.A part of the flow medium thus flows depending on the position of the flow control valve 6 in the bypass line 3 and another part flows into a first economizer heating surface 10 , It can be parallel to the bypass line 3 also be provided more economizer heating. At the exit of the economizer heating surface 10 is at a mixing point 12 the flow medium from the bypass line 3 and the economizer heating surface 10 mixed.

Der Mischstelle 12 ist eine weitere Economizerheizfläche 14 nachgeschaltet. Nachdem das Strömungsmedium die Economizerheizfläche 14 passiert hat, tritt es in den nachgeschalteten Verdampfer 16 am Verdampfereintritt 18 ein. Dem Verdampfer 16, der ebenso aus einer Anzahl von Heizflächen bestehen kann, sind weitere Bauteile wie beispielsweise eine Wasser-Dampf-Abscheideeinrichtung und weitere Überhitzerheizflächen nachgeschaltet.The mixing point 12 is another economizer heating surface 14 downstream. After the flow medium the economizer heating surface 14 has happened, it enters the downstream evaporator 16 at the evaporator inlet 18 one. The evaporator 16 , which may also consist of a number of heating surfaces, further components such as a water-vapor separator and further superheater heating surfaces are connected downstream.

Heißgasseitig sind verschiedene Anordnungen der Economizerheizflächen 10, 14 und des Verdampfers 16 möglich. Üblicherweise sind jedoch die Economizerheizflächen 10, 14 dem Verdampfer 16 heißgasseitig nachgeschaltet, da die Economizer das vergleichsweise kälteste Strömungsmedium führen und die Restwärme im Heißgaskanal nutzen sollen. Um einen reibungslosen Betrieb des solarthermischen Abhitzedampferzeugers 1 zu gewährleisten, sollte am Verdampfereintritt 18 eine ausreichende Unterkühlung, d. h. eine ausreichende Differenz von aktueller Temperatur zur Sättigungstemperatur im Verdampfer vorliegen, so dass ausschließlich flüssiges Strömungsmedium vorliegt. Nur so kann sichergestellt werden, dass eine zuverlässige Verteilung des Strömungsmediums auf die einzelnen Verdampferrohre im Verdampfer 16 erfolgt.Hot gas side are different arrangements of economizer heating surfaces 10 . 14 and the evaporator 16 possible. Usually, however, are the economizer heating surfaces 10 . 14 the evaporator 16 downstream of the hot gas side, since the economizers lead the comparatively coldest flow medium and use the residual heat in the hot gas duct should. To ensure a smooth operation of the solar thermal heat recovery steam generator 1 should be ensured at the evaporator entry 18 a sufficient supercooling, ie, a sufficient difference between the current temperature and the saturation temperature in the evaporator, so that only liquid flow medium is present. Only then can it be ensured that a reliable distribution of the flow medium to the individual evaporator tubes in the evaporator 16 he follows.

Zur Regelung der Unterkühlung am Verdampfereintritt 18 sind an dieser Stelle eine Druckmesseinrichtung 20 sowie eine Temperaturmesseinrichtung 22 vorgesehen. Ein weiteres, schneller reagierendes Temperatursignal, welches nicht durch die Durchlaufzeit des Strömungsmediums durch die Economizerheizfläche 14 verzögert ist, wird von einer weiteren Temperaturmesseinrichtung 24 an der Mischstelle 12 bereitgestellt.For controlling the subcooling at the evaporator inlet 18 are at this point a pressure measuring device 20 and a temperature measuring device 22 intended. Another, faster-reacting temperature signal, which is not due to the flow time of the flow medium through the economizer heating surface 14 is delayed by another temperature measuring device 24 at the mixing point 12 provided.

Regelungsseitig wird zunächst ein Unterkühlungssollwert 26 am Verdampfereintritt 18 vorgegeben. Dieser kann beispielsweise 3 K betragen, d. h., die Temperatur am Verdampfereintritt 18 soll 3 K unterhalb der Sättigungstemperatur im Verdampfer 16 liegen.On the control side, a subcooling setpoint is initially set 26 at the evaporator inlet 18 specified. This may for example be 3 K, ie, the temperature at the evaporator inlet 18 should be 3 K below the saturation temperature in the evaporator 16 lie.

Aus dem an der Druckmesseinrichtung 20 ermittelten Druck wird dazu zunächst die Sättigungstemperatur 28 im Verdampfer 16 ermittelt, da diese eine direkte Funktion des im Verdampfer 16 herrschenden Drucks ist. Diese Sättigungstemperatur 28 wird dann in einem Addierglied 30 zum negativen Unterkühlungssollwert 26 addiert. In einem weiteren Addierglied 32 wird darauf die an der Temperaturmesseinrichtung 22 gemessene Temperatur am Verdampfereintritt 18 abgezogen. Dadurch ergibt sich nun ein geeigneter Regelwert für eine Steuerung des Durchflussregelventils 6.From the at the pressure measuring device 20 determined pressure is initially the saturation temperature 28 in the evaporator 16 determined, as this is a direct function of the evaporator 16 prevailing pressure. This saturation temperature 28 is then in an adder 30 to the negative subcooling setpoint 26 added. In another adder 32 it will be on the temperature measuring device 22 measured temperature at the evaporator inlet 18 deducted. This now results in a suitable control value for a control of the flow control valve 6 ,

Bei schnellen Änderungen der dem solarthermischen Abhitzedampferzeuger 1 zugeführten Wärmemenge kann unter Umständen die Regelung der Durchflussmenge der Bypassleitung 3 zu langsam erfolgen, so dass eine ausreichende Unterkühlung am Verdampfereintritt 18 nicht mehr gewährleistet ist. Um eine prädiktive Regelung zu ermöglichen, wird daher die Leistung 34 des dem Abhitzedampferzeuger solarthermischen vorgeschalteten Luftreceivers als Eingangssignal verwendet. Die Leistung 34 dient als Eingangssignal für ein Differenzierglied erster Ordnung(DT1-Glied) 36, welches bei Änderungen der Leistung 34 ein entsprechend skaliertes Ausgangssignal erzeugt. Dieses Ausgangssignal wird in einem weiteren Addierglied 38 zur gemessenen Abweichung der Unterkühlung am Verdampfereintritt zum Sollwert addiert. Dadurch kann bereits zu Beginn einer Laständerung des Luftreceivers entsprechend reagiert werden und ein Stellimpuls für das Durchflussregelventil 6 erzeugt werden (es muss nicht erst eine gemessene Unter- oder Überschreitung der Mindestunterkühlung abgewartet werden). Je nach Konfiguration der beteiligten Komponenten kann so auch bei schnellen Laständerungen mit Hilfe dieses zusätzlichen Vorsteuersignals eine ausreichende Mindestunterkühlung am Verdampfereintritt 18 sichergestellt werden.For rapid changes in the solar thermal heat recovery steam generator 1 amount of heat supplied may be the regulation of the flow rate of the bypass line 3 take place too slowly, so that sufficient subcooling at the evaporator inlet 18 is no longer guaranteed. To enable a predictive control, therefore, the performance 34 of the waste heat steam generator solar thermal upstream air receiver used as an input signal. The performance 34 serves as an input signal for a differentiating element of the first order (DT1 element) 36 which changes performance 34 generates a correspondingly scaled output signal. This output signal is in a further adder 38 added to the measured deviation of the subcooling at the evaporator inlet to the setpoint. As a result, it is possible to react appropriately at the beginning of a load change of the air receiver and an actuating pulse for the flow control valve 6 (it is not necessary to wait until the measured minimum or minimum overcooling is exceeded). Depending on the configuration of the components involved, even with rapid load changes with the aid of this additional pilot control signal, a sufficient minimum subcooling at the evaporator inlet can take place 18 be ensured.

Obwohl mit dieser zusätzlichen Maßnahme in den meisten Fällen vermutlich die gewünschte Mindestunterkühlung am Verdampfereintritt 18 gewährleistet werden kann, muss aufgrund des trägen Zeitverhaltens der Steuerung mit entsprechenden Schwankungen der Verdampfereintrittsunterkühlung gerechnet werden, was sich nachteilig auf die Speisewasserdurchflussregelung auswirkt und daher in mehr oder minder starken Temperaturschwankungen am Verdampferaustritt mündet.Although with this additional measure, in most cases, the desired minimum subcooling at the evaporator presumably occurs 18 can be ensured, due to the sluggish time behavior of the controller must be expected with corresponding fluctuations in the evaporator inlet subcooling, which adversely affects the feedwater flow control and therefore opens into more or less severe temperature fluctuations at the evaporator outlet.

Abhilfe schafft hier die zusätzliche Temperaturmesseinrichtung 24 nach der Mischstelle 12. Ändert sich aufgrund eines Regeleingriffs der Teilstrom durch die Bypassleitung 3, werden die damit auftretenden Temperaturänderungen des Strömungsmediums bereits an der Mischstelle 12, d. h. vor dem Eintritt in die weitere Economizerheizfläche 14 erfasst, was im Fall von nur einer Temperaturmesseinrichtung 22 am Verdampfereintritt 18 bzw. Austritt der Economizerheizfläche 14 in Folge der Durchlaufzeit durch die Economizerheizfläche 14 nur entsprechend zeitverzögert erfolgen könnte. Diese Messinformation wird auf den negativen Regelwert in einem Addierglied 44 addiert.Remedy here is the additional temperature measuring device 24 after the mixing point 12 , Changes due to a control intervention of the partial flow through the bypass line 3 , The resulting temperature changes of the flow medium already at the mixing point 12 ie before entering the additional economizer heating surface 14 detected, which in the case of only one temperature measuring device 22 at the evaporator inlet 18 or exit of the economizer heating surface 14 as a result of the cycle time through the economizer heating surface 14 could only be done with a time delay. This measurement information is based on the negative control value in an adder 44 added.

Es bleibt allerdings zu beachten, dass das zeitliche Verzögerungsverhalten der Economizerheizfläche 14 berücksichtigt werden muss, damit auf bereits durchgeführte Regeloperationen (ausgelöst durch die Änderung der Strömungsregelungstemperatur am Eintritt der Economizerheizfläche 14) nicht ein weiterer Regeleingriff erfolgt (nachdem die Temperaturänderung am Austritt der Economizerheizfläche 14 angekommen ist). Dazu wird das Temperatursignal der Temperaturmesseinrichtung 24 nach der Addition in einem PTn-Glied 40 verarbeitet, welches das zeitliche Verzögerungsverhalten der Economizerheizfläche 14 simuliert. Das erhaltene Ausgangssignal wird in einem weiteren Addierglied 42 auf den bisherigen Regelwert addiert und gleicht eine Doppeltberücksichtigung somit wieder aus.However, it should be noted that the time delay behavior of the economizer heating surface 14 must be taken into account, so that already carried out control operations (triggered by the change in the flow control temperature at the entrance of the Economizerheizfläche 14 ) does not take another control action (after the temperature change at the outlet of the Economizerheizfläche 14 has arrived). For this purpose, the temperature signal of the temperature measuring device 24 after addition in a PTn member 40 processes the time delay behavior of the economizer heating surface 14 simulated. The obtained output signal is in a further adder 42 adds to the previous control value and thus compensates for a double consideration again.

Der so ermittelte Regelwert wird an einen Regler 46 weitergeleitet, welcher den Motor 7 des Durchflussregelventils 6 der Bypassleitung 3 ansteuert.The thus determined control value is sent to a controller 46 forwarded to the engine 7 of the flow control valve 6 the bypass line 3 controls.

5 zeigt eine schematische Darstellung einer Variante des Regelkreises aus . Im Unterschied zur 4 wird hier anstatt der Leistung 34 des Luftreceivers 133 die bilanzierte Heißgaswärme 48 als Eingangssignal für das DT1-Glied 36 verwendet. Die bilanzierte Heißgaswärme 48 wird ermittelt aus der Differenz der Heißgasenthalpie am Verdampfereintritt 18 und der Heißgasenthalpie am Verdampferaustritt (siehe Beschreibung weiter vorn) sowie durch den Heißgasmassenstrom. Somit ist die bilanzierte Heißgaswärme 48 ein direkterer Indikator für die dem solarthermischen Abhitzedampferzeuger 1 zugeführte Wärmemenge als die Heißgas-Leistung 34 des vorgeschalteten Luftreceivers 133. Somit ist eine noch bessere Regelung der Temperatur am Verdampfereintritt 18 möglich. 5 shows a schematic representation of a variant of the control loop , In contrast to 4 will be here instead of the performance 34 of the air receiver 133 the balanced hot gas heat 48 as input signal for the DT1 element 36 used. The balanced hot gas heat 48 is determined from the difference of the hot gas enthalpy at the evaporator inlet 18 and the hot gas enthalpy at the evaporator outlet (see description above) and by the hot gas mass flow. Thus, the accounted hot gas heat 48 a more direct indicator of the solar thermal heat recovery steam generator 1 amount of heat supplied as the hot gas power 34 of the upstream air receiver 133 , Thus, an even better control of the temperature at the evaporator inlet 18 possible.

Weiterhin zeigt 5 ein weiteres DT1-Glied 50, welches ein Ausgangssignal bei Änderungen der Sättigungstemperatur im Verdampfer 16 erzeugt. Dieses Ausgangssignal wird im Addierglied 38 dem Regelkreis zugeführt. Dadurch kann auch bei einer stationären Wärmezufuhr in den solarthermischen Abhitzedampferzeuger 1 bei einer schnellen Änderung des Drucks und damit der Sättigungstemperatur 28 im Verdampfer 16 eine ausreichende Unterkühlung am Verdampfereintritt 18 sichergestellt werden.Further shows 5 another DT1 link 50 , which is an output signal with changes in the saturation temperature in the evaporator 16 generated. This output signal is in the adder 38 supplied to the control loop. As a result, even with a stationary heat input into the solar thermal heat recovery steam generator 1 with a rapid change in pressure and thus the saturation temperature 28 in the evaporator 16 sufficient subcooling at the evaporator inlet 18 be ensured.

Insgesamt ist durch das dargestellte Regelkonzept ein wesentlich sicherer und zuverlässigerer Betrieb des solarthermischen Abhitzedampferzeugers 1 möglich.Overall, by the illustrated control concept a much safer and more reliable operation of the solar thermal heat recovery steam generator 1 possible.

Claims

Method for operating a solar thermal heat recovery steam generator ( 1 ), comprising an evaporator ( 16 ), an economizer with a number of economizer heating surfaces ( 10 . 14 ) and one to the number of economizer heating surfaces ( 10 ) flow medium side parallel bypass line ( 3 ), in which one of the heat recovery steam generator ( 1 ) supplied heat energy characteristic parameter for controlling or regulating the flow rate of the bypass line ( 3 ) is used.

Method according to Claim 1, in which, as the parameter is increased, the flow rate of the bypass line ( 3 ) is reduced.

Method according to Claim 1 or 2, in which, when the parameter is reduced, the flow rate of the bypass line ( 3 ) is increased.

Method according to one of claims 1 to 3, wherein the temperature at the mixing point ( 12 ) at the outlet of the bypass line ( 3 ) for controlling or regulating the flow rate of the bypass line ( 3 ) is used.

Method according to one of claims 1 to 4, wherein the saturation temperature ( 28 ) in the evaporator ( 16 ) for controlling or regulating the flow rate of the bypass line ( 3 ) is used.

Method according to one of claims 1 to 5, wherein the balanced hot gas heat ( 48 ) of the evaporator ( 16 ) than for the solar thermal waste heat steam generator ( 1 ) supplied heat energy characteristic parameter is used.

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 into the evaporator ( 16 ) is heated by indirect solar heat input and evaporated.

Solar thermal waste heat steam generator ( 1 ) with an evaporator ( 16 ), an economizer with a number of economizer heating surfaces ( 10 . 14 ), with one to a number of economizer heating surfaces ( 10 ) flow medium side parallel bypass line ( 3 ) with a flow control or flow control valve ( 6 ), with a temperature and pressure measuring device ( 24 ) at the evaporator inlet ( 18 ) and optionally a temperature measuring device ( 24 ) at the mixing point ( 12 ) at the outlet of the bypass line ( 3 ) and one with the aforementioned measuring devices ( 24 ) and the flow control or flow control valve ( 6 ) on the data side connected control device, which is designed for carrying out the method according to one of claims 1 to (7).

Steam turbine plant with a solar thermal waste heat steam generator ( 1 ) according to claim 8.