DE1075123B - Einrichtung zur Regelung der Fnschdampftemperatur von Dampferzeugern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der Frischdampftemperatur von Dampferzeugern. Die Erfindung hat besondere Bedeutung für Dampfkraftanlagen mit stark schwankender Belastung. Bei Dampfkraftanlagen mit hohen Dampftemperaturen ist eine genaue Einhaltung der Frischdampftemperatur wichtig. Man strebt daher eine möglichst optimale Einstellung der Einspritzregelung an.

Eine Schwierigkeit bei der Regelung der Frischdampftemperatur durch Einspritzung besteht darin, daß die Eigenschaften der Regelstrecke sich mit den unterschiedlichen Betriebszuständen des Kessels ändern. In Abhängigkeit der Kesselbelastung ändern sich die Kenngrößen, wie die Totzeit und die Anlaufzeit der Regelstrecke, wobei ein Verhältnis von 1 : 2 oft noch überschritten wird.

Wenn man die Regeleinrichtung so auslegt, daß die Einstellung bei Vollast ihren optimalen Wert aufweist, so würde man unter Umständen bei Teillast an die Stabilitätsgrenze der Regelung kommen. Man ist also gezwungen, z. B. bei einem PI-Regler, proportional-integralwirkender Regler, die Nachstellzeit relativ groß zu wählen. Dadurch wird aber die Regelung bei Vollast schlecht. Gerade bei Vollast wird aber eine hochwertige Regelung gebraucht, weil mit Rücksieht auf die Turbine die Frischdampftemperaturen genau einzuhalten sind. Bei Vollast stellen nämlich für die Turbine Laständerungen an sich schon eine hohe Beanspruchung dar, welche nicht noch durch Frischdampftemperaturänderungen erhöht werden dürfen.

Bei einer bekannten Anordnung zur Frischdampftemperaturregelung soll die Frischdampftemperatur unabhängig von Belastungsschwankungen des Kessels konstant gehalten werden. Zu diesem Zweck wird --. die Dampfkühlung zusätzlich in Abhängigkeit vom Differentialquotienten einer oder mehrerer auf die Dampftemperatur einwirkender Störgrößen (z. B. Dampf menge, Brennstoffmenge, Luftmenge) mittelbar oder unmittelbar beeinflußt. Diese Regelung hat den Zweck, neben den Regelgrößen zusätzlich Störgrößen zu erfassen, um auf diese Weise eine genauere Regelung der Frischdampftemperatur zu erzielen. Es handelt sich also hier um eine Erfassung zusätzlicher Größen für die Regelung der Frischdampftemperatur.

Es ist weiterhin bekannt, den Regler für die Frischdampftemperatur nicht nur temperaturabhängig, sondern auch lastabhängig zu beeinflussen. Dabei soll die Menge des Einspritzwassers in Abhängigkeit von der Temperatur und der Last verändert werden, um zu ': verhindern, daß der Betrieb der Regelung entweder bei Teillast unstabil oder bei Vollast zu träge wird.

Bei dieser Anlage soll also die Regelung nicht nur in Abhängigkeit einer Betriebsgröße, nämlich der Einrichtung zur Regelung

der Frischdampfteniperatur

von Dampferzeugern

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Herbert Zwetz, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

Temperatur, sondern auch abhängig von der Belastung des Kessels geregelt werden.

Es ist weiterhin bekannt, die Rückführung eines Reglers mit einer Zeitverzögerung zu versehen, damit der Regelvorgang in gewünschter Weise verläuft.

Bei dem Gegenstand der Erfindung geht es nicht um eine von dem Druck oder der Menge des Dampfes bewirkte Sollwertänderung bzw. Störgrößenaufschaltung der Dampfmenge auf den Regler. Vielmehr wird das Zeitverhalten der Kenngröße des Reglers dem sich lastabhängig ändernden Zeitverhalten der Regelstrecke angepaßt, um z. B. die Nachstell zeit eines PI-Reglers zu ändern.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, eine genaue Regelung der Frischdampftemperatur von Dampferzeugern entsprechend dem lastabhängig sich ändernden Zeitverhalten der Regelstrecke zu erreichen. Gemäß der Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, daß der Regler abhängig von der Dampfmenge — oder einer anderen der Last proportionalen Größe —■ selbsttätig verstellbar ist, um das Zeitverhalten seiner Kenngrößen dem sich lastabhängig ändernden Zeitverhalten der Regelstrecke anzupassen.

Eine solche selbsttätige Verstellung des Reglers entsprechend dem Zeitverhalten der Regelstrecke ermöglicht eine genaue Regelung der Frischdampf temperatur von Dampferzeugern.

Bei den bisher verwendeten Regeleinrichtungen hat man sich damit begnügt, die Nachstellzeit auf einen geschätzten Wert einzustellen. Eine so eingestellte Regeleinrichtung kann aber den heutigen Anforderungen an die Regelung der Frischdampftemperatur

909729/177

nicht gerecht werden. Vielmehr ist es erforderlich, die Kenngrößen des Reglers kontinuierlich dem jeweiligen Zeitverhalten der Regelstrecke anzupassen. Die Erfindung erfüllt diese Forderung in der vorgeschlagenen Einrichtung und stellt damit eine Verbesserung der bisher bekannten Regeleinrichtungen dar.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dar.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild in vereinfachter schematischer Darstellung; ip

Fig. 2 zeigt den Frequenzgang einer Frischdampf-Rohrleitung in komplexer graphischer Darstellung.

In Fig. 1 ist mit 1 der Verdampfer oder Überhitzer eines Kessels bezeichnet. Die Emspritzstelle 2 liegt vor dem Endüberhitzer 3, wobei das Einspritzwasser in Richtung des Pfeiles 4 über das Ventil 5 zugeführt wird. Die Betätigung des Ventiles 5 erfolgt mittels eines Stellgliedes 6, das an den Regler 7 angeschlossen ist. Der Temperaturimpuls wird durch die Temperaturmeßeinrichtung 8 gewonnen. Dabei wird die Temperatur am Austritt des Überhitzers 3 gemessen. Die Rohrleitung 9 verbindet den Endüberhitzer 3 mit dem Hochdruckteil der Turbine 10.

Der Regler 7 ist bei dem Ausführungsbeispiel als PI-Regler ausgebildet. Die Rückführung 11 dieses Reglers enthält ein i?C-Glied mit einem Widerstand 12 und einem Kondensator 13. Es wird hier angenommen, daß es sich um einen elektrischen Regler handelt. Es wäre ebenso gut möglich, eine entsprechend arbeitende mechanische, hydraulische oder auch andere Einrichtung für sich allein oder in Kombination vorzusehen. Die Zeitkonstante des J?C-Gliedes wird in Abhängigkeit von der Dampfmenge und dem Dampfdruck beeinflußt. Eine Meßeinrichtung 14, die auf Dampfmenge und -druck anspricht, verstellt einen Ringrohrwiderstand, so daß auf diese Weise der die Zeitkonstante bestimmende Widerstandswert unter dem Einfluß von Dampfmenge und -druck entsprechend schwankt. Gegebenenfalls können für Dampfmenge und -druck zwei getrennte Ringrohrwiderstände verwendet werden. Weiterhin wäre es auch möglich, die Kapazität des i?C-Gliedes zur Beeinflussung der Zeitkonstante durch die Dampfmenge zu verändern.

Bei anderen Rückführungen, die auf thermischem oder elektromotorischem Wege arbeiten, ist die Beeinflussung der Nachstellzeit in ähnlicher Weise möglich. Soweit das Verhältnis von Totzeit zu Anlaufzeit im wesentlichen konstant bleibt, wird man auf eine Änderung der Verstärkung in Abhängigkeit von Dampfdruck und -menge im allgemeinen verzichten können.

Einen besonderen Einfluß auf die Frischdampftemperatur vor der Turbine hat auch die Rohrleitung. Dies muß bei der Einstellung der Überhitzerregelung auch beachtet werden. Daß dieser Einfluß nicht zu vernachlässigen ist, zeigt Fig. 2, welche den Frequenzgang einer Rohrleitung veranschaulicht. Der Darstellung sind dabei Werte zugrunde gelegt, wie sie bei einem derzeit gebräuchlichen Hochdruckkessel auftreten. Man kann aus der Darstellung erkennen, daß bei einer Temperaturschwingung am Kesselaustritt mit einer Frequenz von ω = 0,04 nur etwa 25 % der Schwingungsamplitude bei der Turbine ankommen. Wird die Frequenz durch nicht optimale Einstellung, also z. B. durch zu große Nachstellzeit auf 0,01 verringert, so verschluckt die Rohrleitung statt 75 %> nur noch 2O^fl/o der Amplitude. Dies bedeutet, daß die Temperatur z. B. statt um 2,5 um 8° C schwankt.

Die Darstellung läßt erkennen, daß man mit Rücksicht auf das Übertragungsverhalten der Rohrleitung vom Kessel zur Turbine die Einstellung des Reglers zweckmäßig so vornimmt, daß die Kreisfrequenz der Regelschwingung möglichst groß wird. Die Dämpfung des Regelvorganges spielt nur eine untergeordnete Rolle, wenn die Kreisfrequenz genügend groß ist.

Sowohl Dampfmenge als auch Dampfdruck können unter Umständen besonders raschen Änderungen unterworfen sein. Dadurch kann die Dynamik der Regelung ungünstig beeinflußt werden. In bestimmten Fällen kann es deshalb erforderlich sein, den mengen- und druckabhängigen Einfluß über geeignete Verzögerungsglieder in die Regelung einzuführen. Dabei ist auch eine Kombination mit einer Störgrößenaufschaltung denkbar.

Claims (7)

PATENTANSPKÜCHE:

1. Einrichtung zur Regelung der Frischdampftemperatur von Dampferzeugern mit stark schwankender Belastung mittels Wassereinspritzung vor dem Endüberhitzer oder innerhalb desselben, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler abhängig von der Dampfmenge — oder einer anderen der Last proportionalen Größe — selbsttätig verstellbar ist, um das Zeitverhalten seiner Kenngrößen dem sich lastabhängig ändernden Zeitverhalten der Regelstrecke anzupassen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit PI-Regler, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Reglers seine Nachstellzeit beeinflußt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit Regler mit D-Einfluß, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Reglers seine Vorhaltzeit beeinflußt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Einstellung des Reglers, die eine möglichst hohe Kreisfrequenz der Regelschwingung bewirkt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4 mit Schrittregler, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastzyklus zusätzlich oder für sich allein verstellbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch verzögerte Verstellung der Kenngrößen.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung der Kenngrößen mit an sich bekannten Störgrößenaufschaltungen kombiniert ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift S 27515 Ia/13 d (bekanntgemacht am 22. 3. 1956) ;

schweizerische Patentschriften Nr. 153 921, 237851;

W. Oppelt, »Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge«, 2. Auflage, 1956, S. 210, Abschnitt 27;

Leonhard, »Die selbsttätige Regelung«, 1957, S.367;

Zeitschrift »Hansa«, 1956, S. 1745, linke Spalte, Abs. 2/3;

Sonderdruck »Transactions of Instruments and Measurements Conference«, Stockholm, 1954,
Abb. 12/13.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 909 729/177 2.