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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Reinigungseinrichtungen an Dampferzeugern zur Stromerzeugung und Wärmenutzung, insbesondere ein Verfahren zur Steuerung des Einsatzes von dampf- und/oder wasserbetriebenen Reinigungseinrichtungen während des Betriebs des Dampferzeugers.
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Unter dampf- und/oder wasserbetriebenen Reinigungseinrichtungen im Sinne der vorliegenden Anmeldung sind insbesondere Dampfbläser bzw. Dampflanzenschraubbläser, Eco-Dampfbläser, Dampfkanonen, Wasserlanzenbläser und Wasserbläser zu verstehen.
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Mit Wasserlanzenbläser werden die Strahlungsheizflächen des Feuerraums eines Dampfkessels während des Betriebs abgereinigt, mit Dampfbläsern und ähnlichen Gerätschaften werden die Nachschaltheizflächen eines Dampfkessels gereinigt.
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Feuerungsanlagen für fossile Brennstoffe zur Stromerzeugung und Wärmenutzung, Mitverbrennungsanlagen von Reststoffen sowie Müllverbrennungsanlagen unterliegen wegen aschebildender Substanzen im Brennstoff einer zunehmenden Kesselverschmutzung. Diese Verschmutzung muss daher im laufenden Betrieb mit wasser- und/oder dampfbetriebenen Reinigungseinrichtungen abgereinigt werden. Der zur Reinigung erforderliche Dampf wird meist als Prozessdampf aus den Anlagen ausgekoppelt. Erfolgt die Reinigung nicht rechtzeitig oder deutlich zu spät, führen Aufschmelzungen oder Versinterungen der Ablagerungen zu bleibenden Verkrustungen, die den Wärmeübergang und den Wirkungsgrad der Anlagen deutlich verschlechtern.
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Je nach Art und Umfang der Ablagerungen muss eine mechanische Abreinigung während eines geplanten Stillstandes des Dampferzeugers erfolgen. Dabei entstehen teilweise erhebliche Kosten sowie Verfügbarkeitsverluste. Ein unbeabsichtigter Abwurf größerer Anbackungen beispielsweise auf den Nachschaltheizflächen kann zu mechanischen Schäden am Kessel führen.
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Eine gezielte und geeignete Reinigung während des Betriebes des Dampferzeugers ist daher unerlässlich. Dabei sollte möglichst der verschmutzte Bereich im Kessel zielgenau und bedarfsgerecht gereinigt werden, da sowohl eine unzureichende Reinigung den Zustand der Anlage verschlechtert, als auch eine übermäßige Reinigung. Eine übermäßige Reinigung geht mit einem erhöhten Verschleiß der betreffenden Anlagenteile einher, was ebenfalls nicht wünschenswert ist.
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Der für den Betrieb der Reinigungseinrichtung benötigte Dampf steht zur Stromerzeugung nicht zur Verfügung, weswegen eine solche Dampfanzapfung mit Leistungsverlusten gleichzusetzen ist.
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Der Einsatz von Wasser zur Abreinigung der Kesselwände/Strahlungsheizflächen kühlt die Kesselwände ab und entzieht dem System Wärme, die sonst der Stromerzeugung oder Wärmenutzung dienen würde, so dass auch dieser Reinigungsvorgang mit einer Leistungseinbuße gleichzusetzen ist.
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Da die genaue Bestimmung der verschmutzten Flächen im Sinne einer Abgrenzung gegenüber nichtverschmutzten Flächen mit einer gewissen Unschärfe behaftet ist, muss häufig ein größerer Bereich gereinigt werden. Dabei werden dann auch saubere Flächen mit Dampf oder Wasser bestrahlt, die dann überproportional abkühlen und die Dampfproduktion stören. Die Reinigung von sauberen Heizflächen ist verschleißträchtig und sollte möglichst vermieden werden.
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Schließlich führt der Wasser- und Dampfeinsatz häufig zum Abfall der Frischdampf- und Zwischenüberhitzertemperaturen, was wiederum Leistungseinbrüche und Wirkungsgradverluste nach sich zieht.
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Ein Verfahren zur Steuerung eines Wasserlanzenbläsers, welches insbesondere der Verschleißproblematik Rechnung trägt, ist beispielsweise aus der
DE 10 2006 022 627 A1 bekannt. Da mit der Reinigung der Feuerraumwände eine gewisse thermische Beanspruchung der zu reinigenden Wandbereiche einhergeht, wird in der
DE 10 2006 022 627 A1 ein Reinigungsverfahren beschrieben, bei welchen nur ein flächen- und umfangsmäßig eingegrenzter Verschlackungsbereich des Dampferzeugers gereinigt wird. Ein ähnliches Verfahren ist beispielsweise aus der
DE 281453 B5 bekannt. Ein anderes Verfahren zur Steuerung des Betriebes einer Wasserlanze für die Reinigung einer Feuerungswand ist beispielsweise aus der
DE 41 39 838 A1 bekannt.
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Bei den bekannten Verfahren zur Steuerung von Reinigungseinrichtungen ist es überwiegend das Ziel, die Kesselverfügbarkeit solange wie möglich zu gewährleisten, ohne dass ein Anlagenstillstand eintritt, der mit größeren Verfügbarkeitsverlusten verbunden ist.
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Mit der zunehmenden Einspeisung von Strom, der aus sogenannten erneuerbaren Energieträgern erzeugt wurde, ergeben sich zunehmend starke Bedarfsschwankungen auf dem Strommarkt, so dass es wünschenswert ist, eine Kesselreinigung nicht nur unter dem Gesichtspunkt der Vermeidung von Stillständen, sondern auch unter Bedarfs- und Wirkungsgradgesichtspunkten während des Betriebs des Kessels zu betreiben.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung von Reinigungseinrichtungen an Dampferzeugern bereitzustellen, welches auch während des Betriebs des Kessels sowohl eine optimale Leistungsausbeute als auch eine optimale Effektivität des Dampferzeugers gewährleistet.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung von Reinigungseinrichtungen an Dampferzeugern zur Stromerzeugung und/oder Wärmenutzung, insbesondere ein Verfahren zur Steuerung des Einsatzes von dampf- und/oder wasserbetriebenen Reinigungseinrichtungen während des Betriebes des Dampferzeugers, umfassend die Überwachung von Zustandsgrößen des Dampferzeugers, die mittelbare oder unmittelbare Rückschlüsse auf die Effektivität und/oder den Verschmutzungszustand der Heizflächen des Dampferzeugers zulassen, das Erstellen einer Effektivitätsprognose anhand der gemessenen und/oder ermittelten Zustandsgrößen, das Bestimmen eines optimalen Reinigungszeitpunkts als Funktion der Effektivitätsprognose des Dampferzeugers, das Erstellen einer Lastprognose als Funktion des Strom- und/oder Wärmebedarfs und das Verschieben oder Unterdrücken des Reinigungszeitpunkts und/oder das Verkürzen oder Verlängern eines Reinigungszyklus und/oder das Intensivieren oder Abschwächen der Reinigungsintensität als Funktion der Effektivitätsprognose, unter der Bedingung, dass eine vorgegebene Mindesteffektivität der Heizflächen nicht unterschritten und/oder eine vorgegebene maximal zulässige Verschmutzung der Heizflächen nicht überschritten wird.
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Unter einer Effektivitätsprognose im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist eine Prognose derart zu verstehen, dass ein Reinigungszeitpunkt und/oder Reinigungszyklus festgelegt wird, der unter überwiegend technischen Effektivitätsgesichtspunkten der Heizflächen optimal ist, um einen übermäßigen Materialverschleiß und/oder einen außerplanmäßigen Anlagenstillstand zu verhindern.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zusätzlich eine Lastprognose als Funktion des Strombedarfs als Kriterium für die Bestimmung eines Reinigungszeitpunkts und Reinigungszyklus hinzugezogen, derart, dass ein unter Effektivitätsgesichtspunkten im Sinne einer technischen Verfügbarkeit des Dampferzeugers ermittelte optimale Reinigungszeitpunkt und/oder gegebenenfalls eine hierzu ermittelte optimale Reinigungszeit im Sinne eines Anteils der zu reinigenden Flächen lastabhängig verschoben wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Intensität des Reinigungsvorgangs gesteigert oder abgeschwächt werden. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass bei Spitzenlastbedarf im Netz eine möglichst maximale Leistungsausbeute des Kessels wünschenswert ist, so dass in diesen Zeitfenstern ein reinigungsbedingter Lastabfall des Kessels vermieden werden soll. Die für eine Reinigung und/oder einen Reinigungszyklus verfügbaren Zeitfenster können erfindungsgemäß im Sinne einer Volllastoptimierung in Abhängigkeit vom Strombedarf verschoben bzw. optimiert werden.
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D. h., dass beispielsweise ein optimaler Reinigungszeitpunkt, wenn er in eine Phase des Spitzenlastbedarfs fällt, gegebenenfalls so verschoben werden kann, dass dieser in eine Phase geringerer Lastanforderungen fällt, in der naturgemäß dann auch der Strompreis, der nachfrageabhängig ist, niedriger ist.
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Erfindungsgemäß wird also die bedarfsorientierte Reinigung und die daraus resultierende Minderleistung des Dampferzeugers an den aktuellen Strombedarf und den daraus resultierenden Strompreis oder an den aktuellen Wärmebedarf gekoppelt.
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Dabei soll gewährleistet werden, dass einerseits die Verschmutzung den Prozess nicht nachhaltig verschlechtert und andererseits der Einsatz so erfolgt, dass die zu erwartenden Leistungseinbußen des Dampferzeugers bedingt durch die Reinigung in Phasen eines geringeren Strombedarfs fallen.
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Dabei soll eine gewisse maximal zulässige Verschmutzung nicht überschritten werden, damit ein außerplanmäßiger Stillstand des Kessels vermieden wird.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere zur Anwendung an mit Braunkohle befeuerten Kesseln bzw. Dampferzeugern, da Braunkohle je nach Beschaffenheit hohe Anteile an schlackebildenden Substanzen enthält und bei solchen Dampferzeugern ein wirkungsgradoptimierter Betrieb besonders wichtig ist.
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Als Zustandsgrößen des Dampferzeugers werden wenigstens die Heizflächentemperaturen und/oder die Frischdampftemperatur des Dampferzeugers und/oder die Zwischenüberhitzertemperaturen des Dampferzeugers erfasst und/oder gemessen. Die Heizflächentemperaturen können beispielsweise zur Ermittlung des Verschmutzungszustandes der Heizflächen herangezogen werden, diese können beispielsweise mittels der bekannten Wärmebildverfahren ermittelt werden. Die Wandtemperatur des Feuerraums kann als Indikator für den Verschmutzungszustand des Feuerraums dienen. Die Temperatur der Heizflächen kann beispielsweise allerdings auch mit geeigneten Temperatursensoren gemessen werden.
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Verfahren zur Ermittlung und Überwachung der Feuerraumtemperaturen sind beispielsweise in der
DE 10 2006 022 627 A1 und in der
DE 10 2007 039 945 A1 beschrieben. Darüber hinaus ist in letzterer Druckschrift auch ein Verfahren zur Ermittlung der Heizflächeneffektivität beschrieben.
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Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lastprognose des Dampferzeugers als Funktion von meteorologischen Vorhersagedaten erstellt wird. Es ist grundsätzlich bekannt, dass bei bestimmten Wetterlagen weniger Strom aus regenerativen Energieträgern in das Netz eingespeist wird, so dass sich eine durchaus zuverlässige Lastprognose über einen Zeitraum von mehreren Tagen erstellen lässt. Im Falle der Wärmebereitstellung durch den Dampferzeuger erfolgt die Lastprognose in Abhängigkeit eines prognostizierten Wärmebedarfs. Eine Lastprognose muss nicht notwendigerweise aufgrund meteorologischer Vorhersagen erstellt werden, beispielsweise kann auch die Lastprognose aufgrund der geplanten Zu- oder Abschaltung industrieller Strom- und/oder Wärmeabnehmer erfolgen. Beispielsweise bei Anfahren einer Produktionsanlage für die Herstellung von Aluminium werden erhebliche Mengen an Strom benötigt, so dass das Hochfahren einer solchen Anlage einen prognostizierbaren Lastfall darstellt.
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Bei zu erwartender maximaler Last ist zweckmäßigerweise vorgesehen, den Reinigungszeitpunkt als Funktion der Effektivitätsprognose zu unterdrücken oder zu verzögern. Bei zu erwartender Schwachlast ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass der zu erwartende Reinigungszeitpunkt als Funktion der Effektivitätsprognose vorgezogen wird.
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Zu einem bestimmten Reinigungszeitpunkt wird ein bestimmter Reinigungszyklus durchfahren, wobei gegebenenfalls auch vorgesehen sein kann, den Reinigungszeitpunkt nicht zu verschieben, aber den Reinigungsumfang im Sinne von zu reinigenden Flächen einzuschränken oder auszuweiten. Gegebenenfalls kann die Reinigungsintensität verringert oder erhöht werden, beispielsweise über die Steuerung des Wasserdrucks bei der Verwendung von Wasserlanzenbläsern.
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Unter dem Reinigungszeitpunkt im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist der Beginn eines Reinigungszyklus zu verstehen.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Effektivitätsprognose und/oder die Lastprognose mittels neuronaler Modelle erstellt werden.
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Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn wenigstens die Effektivitätsprognose und die Lastprognose als Eingangsgrößen in einem Fuzzyregler verwendet werden, über welchen die Reinigungszyklen ausgelöst und/oder freigegeben werden.
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Ein zu erwartender reinigungsbedingter Verschleiß der Heizflächen in Abhängigkeit von der Dauer und dem flächigen Ausmaß eines Reinigungsvorgangs können ebenfalls als Eingangsgröße in den Fuzzyregler verwendet werden.
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Vorzugsweise wird die Lastprognose als Strompreisprognose dargestellt, wobei die Strompreisprognose als Eingangsgröße in dem Fuzzyregler verwendet wird. Mit Diagnosesystemen, wie beispielsweise heizflächeneffektivitätsorientierten Rußblas-Management-Systemen oder beispielsweise infrarotkamerageführten Reinigungssystemen, wird der technische Reinigungsbedarf sowie der technisch optimierte Reinigungszeitpunkt bestimmt und an die Leittechnik zur Steuerung der Reinigungseinrichtungen weitergegeben. Der technische Reinigungsbedarf ist der Reinigungsbedarf resultierend aus der Effektivitätsprognose, wie vorstehend bereits erläutert.
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Alternativ kann die Lastprognose als Wärmebedarfsprognose beispielsweise jahreszeitlich oder in Abhängigkeit von der Zu- und Abschaltung von industriellen Abnehmern erstellt werden.
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Erfindungsgemäß werden Last-, Reinigungs- und Einsatzplanung in einem Dampferzeuger (Kraftwerksblock) durch einen Optimierer beurteilt und automatisiert. Als Optimierer kann beispielsweise eine Einrichtung zur elektronischen Datenverarbeitung mit entsprechender Software vorgesehen sein.
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Im Optimierer wird der zeitliche und technische Handlungsspielraum bestimmt und beispielsweise mit der Preisentwicklung und dem Bedarf am Strommarkt gekoppelt. Hieraus resultiert dann ein preisoptimierter und bedarfsoptimierter Reinigungsplan, der dann, zu Zeiten mit Hochpreisen am Strommarkt, möglichst keine Minderlasten zulässt und die Reinigungseinrichtungen in Niedrigpreisphasen ansteuert. Hierdurch wird dem aktuellen Strom- und Wärmebedarf optimal Rechnung getragen. In diese Optimierung kann auch die Brennstoffdisposition einbezogen werden.
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Die aus dem Strommarkt bzw. Wärmebedarf resultierenden Erlöse/Preise werden abgeschätzt, die vertretbaren Reinigungszyklen ermittelt und ein Optimum beider Kriterien gesucht und angesteuert. Die Ansteuerung der Reinigungssysteme kann dann automatisch durch die Diagnosesysteme und/oder Leittechnik erfolgen, oder als Empfehlung an die Betriebsmannschaft weitergeleitet werden, die dann die Ansteuerung vornimmt.
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Der prinzipielle Aufbau des Optimierers ist in der beigefügten Zeichnungsfigur dargestellt.
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In der Figur steht die Abkürzung EP für Einsatzplanung, LT für Leittechnik, Proper (production and performance) für ein elektronisches Informationssystem für Plan- und Ist-Produktionszahlen, Eff für Heizflächeneffektivitäten, T für Temperatur, D für Druck, Kennz für Kennzahlen, t für Zeit, PIT Stop für einen geplanten Kurzstillstand, RBM für ein Rußblas-Management, RB für Rußbläser und WLB für Wasserlanzenbläser.
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Die Eingangswerte in Form von Messwerten und Sollwerten kommen aus der Leittechnik, die Effektivitäten, Gütegrade, Wirkungsgrade und Anlagenkenngrößen sowie Verbräuche kommen aus den Diagnosesystemen. Darüber hinaus werden als Eingangswerte für den Optimierer Bedarfsprognosen, Preise und Einsatzpläne sowie die Marktentwicklungen verwendet. Neuronale Prognosen werden für alle kurzzeitigen Optimierungen genutzt, die dann über einen Fuzzy-Regler wieder in der Leittechnik oder in der Steuerung der Reinigungssysteme oder direkt für die Anlagensteuerung genutzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006022627 A1 [0011, 0011, 0024]
- DE 281453 B5 [0011]
- DE 4139838 A1 [0011]
- DE 102007039945 A1 [0024]
