DE102013221004A1

DE102013221004A1 - Procedure for starting a turbine and power plant

Info

Publication number: DE102013221004A1
Application number: DE201310221004
Authority: DE
Inventors: Holger Hackstein; Leif Wiebking
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2015-04-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren einer Turbine (1a) in einem Kraftwerk, umfassend verschiedene Turbinenbauteile, wobei verschiedene Anfahrtsprogramme (4, 4‘, 4‘‘) unter Zuhilfenahme verschiedener Parameter berechnet werden, wobei die einzelnen Anfahrtsprogramme (4, 4‘, 4‘‘) so auswählbar sind, dass eine Minimierung des Verschleißes hinsichtlich der einzelnen Turbinenbauteile ermöglicht wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftwerk umfassend eine Turbine mit verschiedenen Turbinenbauteilen.The invention relates to a method for starting up a turbine (1a) in a power plant, comprising various turbine components, wherein different approach programs (4, 4 ', 4' ') are calculated with the aid of various parameters, wherein the individual approach programs (4, 4', 4 '') are selectable so that a minimization of the wear on the individual turbine components is made possible. Furthermore, the invention relates to a power plant comprising a turbine with various turbine components.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren einer Turbine in einem Kraftwerk, umfassend verschiedene Turbinenbauteile sowie ein Kraftwerk. The invention relates to a method for starting up a turbine in a power plant, comprising various turbine components and a power plant.

Wenn in einem elektrischen Netz, in welches Leistung von verschiedenen Kraftwerken eingespeist wird, ein erhöhter Leistungsbedarf auftritt, muss die Leistung der verfügbaren Kraftwerke erhöht werden. Gleiche Anforderungen entstehen infolge ungeplantem erzeugerseitigem Ausfalls, sind aber auch bei Netzstörungen und dergleichen denkbar. If an increased power demand occurs in an electrical network into which power from different power plants is fed, the power of the available power plants must be increased. The same requirements arise as a result of unplanned generator side failure, but are also conceivable in network disturbances and the like.

Es ist offensichtlich, dass die Leistungssteigerung oder das Anfahren der Kraftwerke bzw. deren Erzeugereinheiten mit einem möglichst großen Lastgradienten möglich sein sollte. Eine solche Leistungssteigerung kann bei jedem beliebigen Betriebszustand, beispielsweise Teillast, Volllast oder nach Abschaltung eines jeweiligen Energieerzeugers erforderlich werden. It is obvious that the increase in output or the start-up of power plants or their generator units should be possible with the greatest possible load gradient. Such an increase in performance can be required at any operating state, for example, partial load, full load or after switching off a respective power generator.

Der Begriff der Volllast ist dabei identisch mit den Begriffen der Nennleistung, also einer oberen Leistung, für welche die Anlage für den Dauerbetrieb ausgelegt ist. Unter Teillast wird dabei eine Leistung unterhalb der Nennleistung und unter Überlast eine Leistung oberhalb der Nennleistung verstanden. The concept of full load is identical to the terms of rated power, ie an upper power, for which the system is designed for continuous operation. By partial load is meant a power below the rated power and under overload a power above the rated power.

Um über eine Reserve zur schnellen Leistungserhöhung zu verfügen, ist es beispielsweise bekannt, Turbinen in einem Dampfkraftwerk angedrosselt zu betreiben. Damit werden jedoch ständig Verluste und ein erhöhter Verschleiß in Kauf genommen. To dispose of a reserve for rapid power increase, it is known, for example, to operate turbines throttled in a steam power plant. However, losses and increased wear are constantly being accepted.

Bisher wird die Anfahrt einer Turbine in der Regel basierend auf der Anfahrtszeit oder dem Lastgradienten ermöglicht. Die Anfahrzeit ist im Allgemeinen als die Zeit definiert, die vom Zünden des Heizkessels bis zu einem Zeitpunkt benötigt wird, an dem eine vorgeschriebene Last oder Ziellast, die vom Energieversorgungskontrollzentrum vorgeschrieben wird, erreicht ist. D.h. die Leittechnik setzt entweder eine bestimmte Zeitspanne oder eine vorbestimmte Lastrampe um, um die Turbine "ans Netz" zu bekommen. Dabei bedeutet eine maximale Lastrampe die maximale Steigerung der Turbinenleistung pro Zeiteinheit. So far, the approach of a turbine is usually possible based on the arrival time or the load gradient. The starting time is generally defined as the time required from the ignition of the boiler to a time when a prescribed load or target load prescribed by the power supply control center is reached. That the control technology either sets a certain period of time or a predetermined load ramp to get the turbine "on-line". A maximum load ramp means the maximum increase in turbine power per unit of time.

Eine erste Aufgabe der Erfindung ist daher die Angabe eines Verfahrens zum Anfahren einer Turbine, welches ein Anfahren ohne ein Überschreiten maximal zulässiger mechanischer oder thermischer Materialbelastungen aufweist. Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist daher die Angabe eines Kraftwerks zum Anfahren einer Turbine, welches ein Anfahren ohne ein Überschreiten maximal zulässiger mechanischer oder thermischer Materialbelastungen aufweist. A first object of the invention is therefore to specify a method for starting up a turbine which has a start-up without exceeding maximum permissible mechanical or thermal material loads. A second object of the invention is therefore to specify a power plant for starting a turbine, which has a start without exceeding maximum permissible mechanical or thermal material loads.

Erfindungsgemäß wird die erste Aufgabe mit der Angabe eines Verfahrens zum Anfahren einer Turbine in einem Kraftwerk gelöst, umfassend verschiedene Turbinenbauteile, bei dem verschiedene Anfahrtsprogramme unter Zuhilfenahme verschiedener Parameter berechnet werden, wobei die einzelnen Anfahrtsprogramme so auswählbar sind, dass eine Minimierung des Verschleißes hinsichtlich der einzelnen Turbinenbauteile ermöglicht wird. According to the invention, the first object is achieved by specifying a method for starting a turbine in a power plant, comprising various turbine components, in which different approach programs are calculated with the aid of various parameters, the individual approach programs are so selectable that minimizing the wear on the individual Turbine components is made possible.

D.h. dass erfindungsgemäß nun mittels leittechnischer Regelungen die Anfahrt einer Turbine basierend auf einem vorgewählten Verschleiß vorgenommen wird. Der Verschleiß, den eine Turbinenanfahrt verursacht, wird dabei aufgrund von statistischen Auswertungen und Berechnungsmethoden ermittelt. Basierend darauf ist es nun möglich, eine Vorhersage zu treffen, wie viel Verschleiß eine bestimmte Anfahrt einer Turbine mit sich bringen wird. So ist es beispielsweise möglich, eine bestimmte Verschleißmenge für die nächste Anfahrt vorzugeben, aus der dann durch die Erfindung ein entsprechendes Anfahrtsprogramm ermittelt und umgesetzt wird. Damit ist nun der Anwender in der Lage, sein Verschleißpotential entsprechend seinen Randbedingungen vorzuwählen. Da die Revision bzw. der Termin einer Turbine mit dem aufgetretenen Verschleiß korreliert, kann der Anwender nun beispielsweise Verschleiß einsparen, um zu einem bestimmten Termin, bzw. nach einer bestimmten Anzahl von Starts in eine Revision zu gehen. Auch kann er zum Zwecke der finanziellen Optimierung einen höheren Verschleiß in Kauf nehmen. Darüber hinaus könnte der Anwender seine Vorgaben basierend auf Standardwerten vornehmen, etwa der Gestalt, dass er die Auswahl "Standardverschleiß +– x%" vornimmt. Hierdurch wird der Verschleiß der beteiligten Turbinenbauteile verringert, die Lebensdauer erhöht sich, und die Wartungsintervalle können verlängert werden. Durch die schonende Fahrweise verbessert sich außerdem die Verbrennung, und die Umweltbelastung durch Emissionen nimmt ab. Durch die Erfindung kann der Lebenszyklus der Hauptbauteile der Turbine in der Einsatzplanung berücksichtigt werden und die Nutzung der Anlage über ihre Lebensdauer verbessert werden. That in accordance with the invention, the starting of a turbine based on a preselected wear is now carried out by means of process control regulations. The wear caused by a turbine approach is determined on the basis of statistical evaluations and calculation methods. Based on this, it is now possible to make a prediction of how much wear a specific approach to a turbine will entail. Thus, it is possible, for example, to specify a certain amount of wear for the next approach, from which then determined by the invention, a corresponding approach program and implemented. Thus, the user is now able to preselect his wear potential according to its boundary conditions. Since the revision or the date of a turbine correlates with the wear that has occurred, the user can now, for example, save on wear in order to go to a specific date or after a certain number of starts to a revision. Also he can take for the purpose of financial optimization a higher wear in purchasing. In addition, the user could make his defaults based on defaults, such as making the selection "standard wear + - x%". As a result, the wear of the participating turbine components is reduced, the service life increases, and the maintenance intervals can be extended. Gentle driving also improves combustion and reduces the environmental impact of emissions. By the invention, the life cycle of the main components of the turbine can be taken into account in the resource planning and the use of the system over its lifetime can be improved.

Die Erfindung ermöglicht die Anfahrt einer Turbine bzw. eines Kraftwerks nicht auf der Basis von zeitlichen oder leistungsabhängigen Vorgaben, sondern die Turbinenanfahrt mittels leittechnischer Maßnahmen auf der Basis von Verschleißwerten der Turbine oder einzelner Turbinenbauteile oder Turbinenkomponenten. The invention does not allow the approach of a turbine or a power plant on the basis of temporal or performance-dependent specifications, but the turbine approach by means of control measures on the basis of wear values of the turbine or individual turbine components or turbine components.

Bevorzugt wird die Minimierung des Verschleißes hinsichtlich mehrerer Turbinenbauteile ermöglicht. In besonderer Ausgestaltung wird die Minimierung des Verschleißes hinsichtlich aller Turbinenbauteile ermöglicht. Preferably, the minimization of wear with respect to several turbine components is made possible. In a particular embodiment, the minimization of wear is made possible with respect to all turbine components.

Bevorzugt werden zur Berechnung der verschiedenen Anfahrtsprogramme der zeitliche Verlauf und/oder die Lastrampe berücksichtigt. Diese Parameter werden nun genutzt, um mittels leittechnischer Regelungen die Anfahrt einer Turbine basierend auf einem vorgewählten Verschleiß vorzunehmen. Preferably, the time profile and / or the load ramp are taken into account for the calculation of the different travel programs. These parameters are now used to make the approach of a turbine based on a preselected wear by means of process control regulations.

Es ist ebenfalls zweckmäßig, wenn zur Berechnung der verschiedenen Anfahrtsprogramme historische Daten, insbesondere historische Daten zum Verschleiß, berücksichtigt werden, da für eine umfassende Planung der Wartung die Gesamtschau der Belastung des jeweiligen Bauteils oder Anlage wesentlich ist. It is also expedient if historical data, in particular historical data on wear, are taken into account for the calculation of the various travel programs, since the overall view of the load of the respective component or installation is essential for a comprehensive planning of the maintenance.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn zur Berechnung der verschiedenen Anfahrtsprogramme Modelle verwendet werden. Diese können mathematische Modelle sein. Furthermore, it is expedient if models are used to calculate the different travel programs. These can be mathematical models.

Vorteilhafterweise werden zur Berechnung der verschiedenen Anfahrtsprogramme sensorische Daten verwendet. Es kann ebenfalls vorteilhaft sein, wenn zur Berechnung der verschiedenen Anfahrtsprogramme Erfahrungswerte miteinfließen. In bevorzugter Ausgestaltung werden Betriebsmittel bei der Festlegung eines Anfahrtsprogramms berücksichtigt. Dies können beispielsweise die zulässigen Betriebsstunden eines Bauteils sein sowie die Kosten dieses Turbinenbauteils. Advantageously, sensory data are used to calculate the various approach programs. It may also be advantageous if empirical values are included in the calculation of the different travel programs. In a preferred embodiment, resources are taken into account in the definition of a travel program. This can be, for example, the permissible operating hours of a component as well as the costs of this turbine component.

Bevorzugt wird eine Minimierung des Verschleißes durch den Einsatz eines Betriebsstundenzählers ermöglicht. Preferably, a minimization of wear by the use of an operating hours counter is made possible.

Erfindungsgemäß wird die zweite Aufgabe mit der Angabe eines Kraftwerks umfassend eine Turbine mit verschiedenen Turbinenbauteilen, gelöst, in dem ein Betriebsstundenzähler vorgesehen ist, welcher unabhängig von Volllast oder Teillast den Verschleiß pro Stunde ermittelt, wodurch verschiedene Anfahrtsprogramme zum Anfahren der Turbine generierbar sind, welche ausgehend von den vorhandenen Randbedingungen auswählbar sind, so dass der Verschleiß hinsichtlich der einzelnen Turbinenbauteile minimierbar ist. According to the second object is achieved with the specification of a power plant comprising a turbine with different turbine components, in which an hour meter is provided, which determines the wear per hour regardless of full load or partial load, whereby various approach programs for starting the turbine can be generated, which starting can be selected from the existing boundary conditions, so that the wear on the individual turbine components can be minimized.

Dies ermöglicht die Bestimmung und Umsetzung einer durch die Leittechnik ermöglichten Turbinenanfahrt basierend auf dem Verschleiß der Turbine oder einzelner Turbinenbauteile. This enables the determination and implementation of a turbine approach made possible by the control technology based on the wear of the turbine or individual turbine components.

Ein in die Leittechnik integrierter neuartiger Betriebsstundenzähler, der pro Turbinenbauteil oder Turbine nicht nur die Volllaststunden hochzählt, sondern ein Betriebsstunden-Äquivalent ermittelt, in welchem der Verschleiß berücksichtigt ist, gibt dem Anlagenfahrer die Möglichkeit, die Anlage so zu fahren, dass man ohne "Reserve" zur nächsten Revision gelangt und dabei die Verschleißreserven (zu Gunsten der Dynamik) vollständig aufbraucht. Alternativ kann man auch durch schonende Fahrweise Wartungsintervalle strecken. A novel operating hours counter integrated into the control system, which not only counts up the full-load hours per turbine component or turbine, but also calculates an operating-hour equivalent in which the wear is taken into account, gives the system driver the option of driving the system so that it can operate without "reserve "to the next revision and thereby completely exhausted the wear reserves (in favor of the dynamics). Alternatively, you can extend maintenance intervals by gentle driving.

Erfindungsgemäß werden somit für jedes relevante Turbinenbauteil oder die gesamte Turbine solche Betriebsstunden äquivalent ermittelt. Das verbleibende Verschleißkontingent kann mit Hilfe der Kraftwerksleittechnik beispielsweise auch grafisch angezeigt werden. According to the invention, such operating hours are thus determined equivalently for each relevant turbine component or the entire turbine. The remaining wear contingent can also be displayed graphically using the power plant control system, for example.

Bevorzugt sind die Anfahrtsprogramme unter Zuhilfenahme verschiedener Parameter berechenbar. Einer der Parameter kann dabei der zeitliche Verlauf und/oder die Lastrampe und/oder vorhandene Erfahrungswerte und/oder sensorische Daten sein. Preferably, the travel programs can be calculated with the aid of various parameters. One of the parameters may be the time profile and / or the load ramp and / or existing empirical values and / or sensory data.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Figur. Darin zeigt schematisch: Further features, properties and advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying figure. In it shows schematically:

1: das erfindungsgemäße Verfahren. 1 : the method according to the invention.

1 zeigt eine Turbine 1 im Stillstand oder Teillast. Bisher wird die Anfahrt einer Turbine 1a in der Regel basierend auf der Anfahrtszeit oder dem Lastgradienten ermöglicht. D.h. die Leittechnik setzt entweder eine bestimmte Zeitspanne oder eine vorbestimmte Lastrampe um, um die Turbine "ans Netz" zu bekommen. Erfindungsgemäß sind nun verschiedene Anfahrtsprogramme 4, 4‘, 4‘‘ vorgesehen, welche ausgehend von den vorhandenen Randbedingungen auswählbar sind, so dass eine Minimierung des Verschleißes hinsichtlich der einzelnen Turbinenbauteile ermöglicht wird. Selbstverständlich ist die Anzahl der verschiedenen Anfahrtsprogramme 4, 4‘, 4‘‘ nicht auf drei festgelegt. 1 shows a turbine 1 at standstill or partial load. So far, the approach of a turbine 1a usually based on the arrival time or the Lastgradienten allows. This means that the control technology either sets a certain period of time or a predetermined load ramp in order to get the turbine "connected to the grid". According to the invention are now various approach programs 4 . 4 ' . 4 '' provided, which are selectable starting from the existing boundary conditions, so that a minimization of wear is made possible with respect to the individual turbine components. Of course, the number of different travel programs 4 . 4 ' . 4 '' not set to three.

Aufgrund von statistischen Auswertungen und Berechnungsmethoden wird der Verschleiß, den eine Turbinenanfahrt verursacht, ermittelt. Basierend darauf, ist es möglich eine Vorhersage zu machen, wie viel Verschleiß eine bestimmte Anfahrt einer Turbine 1a in Stillstand oder Teillast auf eine Turbine 1b in Volllast oder Teillast mit sich bringen wird. Based on statistical evaluations and calculation methods, the wear caused by a turbine approach is determined. Based on this, it is possible to make a prediction of how much wear a particular turbine approach 1a at standstill or partial load on a turbine 1b in full load or partial load.

In diese Vorhersagen fließen unter anderem die Lastrampe 5, und der zeitlicher Verlauf 6 mit ein. Auch können Erfahrungswerte 7, historische Daten zum Verschleiß 8, sensorische Daten 9, sowie Daten von vorhandenen Betriebsmitteln 10 mit ein fließen. Erfindungsgemäß werden diese Parameter genutzt, um mittels leittechnischer Regelungen die Turbinenanfahrt, basierend auf einem vorgewählten Verschleiß, vorzunehmen. So ist es beispielsweise möglich, eine bestimmte Verschleißmenge für die nächste Anfahrt vorzugeben, aus der dann durch die Leittechnik ein entsprechendes Anfahrtsprogramm 4, 4‘, 4‘‘ ermittelt und umgesetzt wird. Darüber hinaus könnte der Anwender seine Vorgaben basierend auf Standardwerten vornehmen, etwa der Gestalt, dass er die Auswahl "Standardverschleiß +– x%" vornimmt. Damit ist der Anwender in der Lage, sein Verschleißpotential entsprechend seiner Randbedingungen vorzuwählen. Da der kumulierte Verschleiß der einzelnen Turbinenkomponenten eine Aussage über die nächste Revision macht, kann der Anwender entweder Verschleiß einsparen, um zu einem bestimmten Termin, bzw. nach einer bestimmten Anzahl von Starts in eine Revision zu gehen oder, wenn der Anwender in der Vergangenheit Verschleiß "einsparen" konnte, so kann er zum Zwecke der finanziellen Optimierung einen höheren Verschleiß in Kauf nehmen. These predictions include the load ramp 5 , and the time course 6 with a. Also, experience values 7 , historical data on wear 8th , sensory data 9 , as well as data from existing resources 10 with a flow. According to the invention, these parameters are used to make the turbine approach based on a preselected wear by means of process control regulations. So it is possible, for example, to specify a certain amount of wear for the next approach, from then through the control technology a corresponding route program 4 . 4 ' . 4 '' determined and implemented. In addition, the user could make his defaults based on defaults, such as making the selection "standard wear + - x%". Thus, the user is able to preselect his wear potential according to its boundary conditions. Since the cumulative wear of the individual turbine components makes a statement about the next revision, the user can either save on wear to go to a certain date, or after a certain number of starts in a revision or, if the user in the past wear could "save", so he can take for the purpose of financial optimization, a higher wear and tear.

Die verschiedene Anfahrtsprogramme zum Anfahren der Turbine 1a, welche ausgehend von den vorhandenen Randbedingungen auswählbar sind, werden mit Hilfe eines in die Leittechnik integrierten Betriebsstundenzählers, der pro Turbinenbauteil oder Turbine 1a nicht nur die Volllaststunden hochzählt, sondern ein Betriebsstunden-Äquivalent ermittelt, in welchem der Verschleiß berücksichtigt ist, generiert. Dies gibt dem Anlagenfahrer die Möglichkeit, die Anlage verschleißminimierend zu fahren. The various approach programs for starting the turbine 1a , which can be selected on the basis of the existing boundary conditions, with the help of an integrated into the control system hour meter, per turbine component or turbine 1a not only counts up the full load hours, but generates an operating hours equivalent, in which the wear is taken into account. This gives the system operator the option of driving the system to minimize wear.

Claims

Method for starting up a turbine ( 1a ) in a power plant comprising various turbine components, characterized in that different travel programs ( 4 . 4 ' . 4 '' ) are calculated using a variety of parameters, with the individual access 4 . 4 ' . 4 '') be selected so that a minimization of wear is made possible with respect to the individual turbine components.

A method according to claim 1, characterized in that the minimization of wear is made possible with respect to a plurality of turbine components.

A method according to claim 1, characterized in that the minimization of wear is made possible with respect to all turbine components.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the calculation of the different travel programs ( 4 . 4 ' . 4 '' ) the time course ( 5 ) and / or the load ramp ( 6 ) is taken into account.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the calculation of the different travel programs ( 4 . 4 ' . 4 '' ) historical data, in particular historical data ( 8th ) to wear, be taken into account.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the calculation of the different travel programs ( 4 . 4 ' ) different models are taken into account.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the calculation of the different travel programs ( 4 . 4 ' ) sensory data ( 9 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the calculation of the different travel programs ( 4 . 4 ' ) Empirical values ( 7 ).

Method according to one of the preceding claims, wherein the existing resources ( 10 ) when defining an access program ( 4 . 4 ' ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a minimization of wear by the use of an operating hours counter is made possible.

Power plant comprising a turbine ( 1a ) with various turbine components, characterized in that an operating hours counter is provided, which determines the wear per hour, regardless of full load or partial load, whereby various approach programs ( 4 . 4 ' ) for starting the turbine ( 1a ) can be generated, which are so selectable that a wear on the individual turbine components can be minimized.

Power plant according to claim 11, characterized in that the travel programs ( 4 . 4 ' . 4 '' ) can be calculated with the aid of various parameters.

Power plant according to claim 12, characterized in that a parameter of the time course ( 5 ) and / or the load ramp ( 6 ) and / or existing empirical values ( 7 ) and / or sensory data ( 9 ).