DE1109703B

DE1109703B - Device for regulating the steam temperature in superheaters of steam boiler systems

Info

Publication number: DE1109703B
Application number: DES67337A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Arsenius Duynslaeger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-02-29
Filing date: 1960-02-29
Publication date: 1961-06-29

Description

Einrichtung zur Regelung der Dampftemperatur in Überhitzern von Dampfkesselanlagen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung der Dampftemperatur in überhitzem (Hochdruckdampf- und Zwischenüberhitzer) von Dampfkesselanlagen mittels Rauchgasrücksaugung und Zufuhr von Kühlmitteln (Dampf- oder Wassereinspritzung).Device for regulating the steam temperature in superheaters in steam boiler systems The invention relates to a device for regulating the steam temperature in superheated (high pressure steam and reheater) of steam boiler systems by means of Flue gas recirculation and supply of coolants (steam or water injection).

Bei vielen Kesselanlagen sind mehrere Heißdampfüberhitzer und Zwischenüberhitzer vorhanden. Am wirtschaftlichsten ist die Regelung mittels Rauchgasrücksaugung durchzuführen. Hierbei wird die den einzelnen überhitzern zuzuführende Rauchgasmenge so eingestellt, daß der Sollwert der Dampftemperatur erhalten bleibt. Die überhitzercharakteristik steigt gewöhnlich mit der Kessellast an, d. h. bei kleiner Kessellast liegt die Dampftemperatur im Ausgang des Kessels niedriger als bei großer Last. Der Anstieg der Charakteristik läßt sich durch die Rauchgasrücksaugung ausgleichen. Die Menge des zur Brennkammer zurückgeführten Rauchgases ist dabei bei kleiner Last am größten und nimmt mit steigender Last ab. Da die Regelung der rückgesaugten Rauchgasmenge plötzlichen Lastschwankungen infolge der Trägheit des Regelkreises nicht folgen kann, muß zusätzlich eine schneller ansprechende Regelung vorgesehen werden. Außerdem läßt sich die Dampftemperatur mittels der rückgesaugten Rauchgasmenge um so schlechter beeinflussen, je näher die Kesselbelastung der Nennlast liegt. Die Regelung im Nennlastbereich und bei plötzlichen Laststößen muß durch Einspritzen von Kühlmitteln vorgenommen werden. Die Umschaltung von dem einen auf den anderen Regelkreis konnte bisher nicht befriedigend gelöst werden.In many boiler systems there are several hot steam superheaters and reheaters available. The most economical way to regulate this is by means of flue gas recirculation. The amount of flue gas to be fed to the individual superheaters is set in such a way that that the setpoint of the steam temperature is maintained. The superheater characteristic usually increases with boiler load, d. H. with a small boiler load the Steam temperature in the exit of the boiler is lower than with heavy load. The rise the characteristic can be compensated for by the flue gas recirculation. The amount of the flue gas returned to the combustion chamber is greatest when the load is low and decreases with increasing load. As the regulation of the amount of flue gas sucked back do not follow sudden load fluctuations due to the inertia of the control loop can, a faster responding regulation must also be provided. aside from that the steam temperature can be all the worse by means of the amount of flue gas sucked back influence the closer the boiler load is to the nominal load. The regulation in the nominal load range and in the event of sudden load surges must be done by injecting coolant will. Switching from one to the other control loop has not yet been possible be solved satisfactorily.

Nach der Erfindung wird der Weg beschritten, daß beide Regler, d. h. der Regler für die rückgesaugte Rauchgasmenge und der Regler für den Kühlmittelstrom, ständig eingeschaltet sind. Daß der Regler für das Kühlmittel jedoch nur im Notfall eingreift, wird erfindungsgemäß dadurch sichergestellt, daß im Arbeitsbereich des Reglers für den rückgesaugten Rauchgasstrom der Sollwert des Reglers für das Kühlmittel heraufgesetzt ist und daß bei überschreiten des Arbeitsbereiches des Reglers für das rückgesaugte Rauchgas, z. B. mittels eines dann ansprechenden Endkontaktes, der Sollwert des Reglers für das Kühlmittel herabgesetzt wird. Im Betrieb reicht ein Unterschied des Sollwertes der Temperaturen von 5° C aus, d. h. im Arbeitbereich des Rauchgasreglers liegt der Sollwert des Kühlmittelreglers 5° C höher.According to the invention, the path is taken that both controllers, d. H. the regulator for the amount of flue gas sucked back and the regulator for the coolant flow, are constantly switched on. That the regulator for the coolant, however, only in an emergency intervenes, is ensured according to the invention that in the working area of the Regulator for the back-sucked flue gas flow, the setpoint of the regulator for the coolant is increased and that when the operating range of the controller for the back-sucked flue gas, e.g. B. by means of an end contact that is then responsive, the setpoint of the controller for the coolant is reduced. Enough in operation a difference in the setpoint of the temperatures of 5 ° C, d. H. in the work area of the flue gas regulator, the setpoint of the coolant regulator is 5 ° C higher.

Der Gegenstand der Erfindung soll an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Nach diesem Beispiel ist angenommen, daß der Kessel vier überhitzerstränge, die Hochdruckdampf führenden Stränge e und f und die Zwischenüberhitzer c und d, aufweist. Der am Ende des Kessels, z. B. am Ende des zweiten Zuges, entnommene Rauchgasstrom wird über zwei Gebläse 1 und 2 in den unteren Teil der Brennkammer des Kessels zurückgeführt. Die rückgesaugte Rauchgasmenge kann durch die Stellglieder 9 und 10 der Regler 3 und 4 verändert werden. Den Reglern wird, wie durch die Bezugslinien 5 und 6 mit den Pfeilen angedeutet ist, als Eingangsgröße ein der Dampfmenge proportionaler Wert zugeführt. Der Dampfstrom aus den Überhitzern e und f wird mit dem Durchflußmesser 7 gemessen und, z. B. wie bei 8 angedeutet, in einen Widerstandswert umgesetzt, der in der Eingangsbrückenschaltung der Regler 3 und 4 liegt. Als Eingangsgröße für die Regler 3 und 4 können an Stelle des Dampfstromes auch andere lastabhängige Kesselgrößen verwendet werden. Ebenso geeignet ist beispielsweise der Frischluftstrom, der der Kesselfeuerung zuzuführen ist, da auch dieser ein Maß für den Belastungszustand des Kessels darstellt. Die Regler 3 und 4 wirken auf die Stellglieder9 und 10, welche die Drehzahl oder die Leistung der Motoren 11 und 12 für den Antrieb der Gebläse bestimmen. Statt dessen können auch Klappen in den Rauchgaskanälen vorgesehen werden, die von den Stellmotoren der Regler 3 und 4 einzustellen sind.The subject matter of the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment shown schematically in the drawing. According to this example it is assumed that the boiler has four superheater lines, the high-pressure steam lines e and f and the reheaters c and d . The at the end of the boiler, z. B. at the end of the second pass, removed flue gas flow is returned via two fans 1 and 2 in the lower part of the combustion chamber of the boiler. The amount of flue gas sucked back can be changed by the actuators 9 and 10 of the controllers 3 and 4 . As indicated by the reference lines 5 and 6 with the arrows, the controllers are supplied with a value proportional to the amount of steam as an input variable. The steam flow from the superheaters e and f is measured with the flow meter 7 and, for. B. as indicated at 8 , converted into a resistance value, which is in the input bridge circuit of controllers 3 and 4 . Instead of the steam flow, other load-dependent boiler sizes can also be used as input variables for controllers 3 and 4. For example, the fresh air flow that is to be fed to the boiler is also suitable, since this is also a measure of the load condition of the boiler. The controllers 3 and 4 act on the actuators 9 and 10, which determine the speed or the power of the motors 11 and 12 for driving the fan. Instead of this, flaps can also be provided in the flue gas ducts, which are to be set by the servomotors of the controllers 3 and 4.

Das von den Reglern 3 und 4 eingestellte Verhältnis zwischen der Kessellast und dem eingestellten rückgesaugten Rauchgasstrom wird bei der dargestellten Anlage von einem Summenwert der Dampftemperatur in den einzelnen überhitzersträngen korrigiert. Hierzu wird die Dampftemperatur an der Stelle 13 der Heißdampfüberhitzer und an den Stellen 14 und 15 der Zwischenüberhitzer gemessen. Da die Stränge c und d nicht zusammengeführt sind, sind die Thermometer an den Stellen 14 und 15 so bemessen, daß der Mittelwert der Temperaturen bestimmt wird. Der Summenwert der Temperaturen wird als Eingangsgröße einem Regler 16 zugeführt, dessen Stellmotor 17 auf einen Sollwertsteller 18 arbeitet. Dem Summenwert ist noch die Tendenz der Heißdampftemperatur an der Stelle 19 aufgeschaltet. Hierzu ist an der Stelle 19 ein Tendenzthermoelement angeordnet. Werden als Thermometer an allen Stellen Thermoelemente verwendet, so lassen sich alle Elemente in Reihe schalten. Über den Sollwertsteller 18 kann der Sollwert der Regler 3 und 4 verändert und somit die Einstellung des rückgesaugten Rauchgasstromes von der Dampftemperatur beeinflußt werden.The ratio between the boiler load and the set back-sucked flue gas flow set by controllers 3 and 4 is corrected in the system shown by a total value of the steam temperature in the individual superheater lines. For this purpose, the steam temperature is measured at point 13 of the superheater and at points 14 and 15 of the reheater. Since the strands c and d are not brought together, the thermometers at points 14 and 15 are dimensioned so that the mean value of the temperatures is determined. The total value of the temperatures is fed as an input variable to a controller 16, the servomotor 17 of which operates on a setpoint adjuster 18. The tendency of the superheated steam temperature at point 19 is added to the total value. For this purpose, a tendency thermocouple is arranged at point 19. If thermocouples are used as thermometers at all points, all elements can be connected in series. The setpoint value of the regulators 3 and 4 can be changed via the setpoint adjuster 18 and thus the setting of the back-sucked flue gas flow can be influenced by the steam temperature.

Mit 20, 21 sind zwei Regler für das Kühlmittel bezeichnet, die mit ihren Stellmotoren 22, 23 und 24 den Kühlmittelzustrom an den Stellen 25, 26 bzw. 27, 28 einstellen. Der Regler 20 ist im Beispiel mit zwei Stellmotoren ausgerüstet, da hier als Kühlmittel über die Leitung 29 Dampf und über die Leitung 30 Wasser zugeführt wird. Der Regler 21 dagegen arbeitet mit seinem Stellmotor 24 ausschließlich auf das Ventil 31 in einer Kühlwasser führenden Leitung 32. Der Regler 20 nimmt als Eingangsgröße die Temperatur an der Stelle 13 und den Tendenzwert der Heißdampftemperatur an der Stelle 33 auf. Dem Regler 21 wird in entsprechender Weise die Temperatur an den Stellen 14 und 15 zugeführt. Beide Regler erhalten außerdem über einen Dampfdruckgeber 34 noch einen Vorhaltimpuls, d. h. bei einer Änderung des Dampfdruckes wird ein der Änderungsgeschwindigkeit proportionaler Impuls in den Eingang der Regler 20 und 21 geführt, der abklingt, sobald der Dampfdruck wieder einen konstanten Wert erreicht hat.With 20, 21 two regulators for the coolant are designated, which adjust the coolant inflow at the points 25, 26 and 27, 28 with their servomotors 22, 23 and 24. In the example, the controller 20 is equipped with two servomotors, since here steam is supplied as coolant via line 29 and water is supplied via line 30. The controller 21, on the other hand, works with its servomotor 24 exclusively on the valve 31 in a line 32 carrying cooling water. The controller 20 receives the temperature at the point 13 and the tendency value of the superheated steam temperature at the point 33 as an input variable. The temperature at points 14 and 15 is fed to controller 21 in a corresponding manner. Both controllers also receive a lead pulse via a steam pressure transmitter 34, ie when the steam pressure changes, a pulse proportional to the rate of change is fed into the input of controllers 20 and 21, which decays as soon as the steam pressure has reached a constant value again.

Der Sollwert der Einspritzregler 20 und 21 wird gemäß der Erfindung im Ausführungsbeispiel durch einen Grenzkontakt 39 des Durchflußmessers 7 beeinflußt. Dieser Einfluß ist durch die Linien 35 und 36 angedeutet. Wenn als lastabhängige Größe die der Kesselfeuerung zuzuführende Luftmenge verwendet ist, wird dieser Grenzkontakt am Luftmengenmesser angebracht. Wird der rückgesaugte Rauchgasstrom durch Klappen in den Rauchgaskanälen eingestellt, so können die den Sollwert beeinflussenden Kontakteinrichtungen auch an den Klappen angeordnet sein. Sobald die Klappen in ihre Endstellung gelangen, d. h. vollständig schließen, wird der Sollwert der Einspritzregler herabgesetzt. Eine ähnliche Kontakteinrichtung kann auch mit den Stellgliedern 9 und 10 verbunden sein, die anspricht, sobald die Stellglieder ihre Endstellung erreichen.The target value of the injection controllers 20 and 21 is according to the invention influenced by a limit contact 39 of the flow meter 7 in the exemplary embodiment. This influence is indicated by lines 35 and 36. If as load-dependent This limit contact becomes the size of the amount of air to be supplied to the boiler attached to the air flow meter. Is the back-sucked flue gas flow through flaps set in the flue gas ducts, the contact devices influencing the setpoint can also be arranged on the flaps. As soon as the flaps reach their end position, d. H. close completely, the setpoint of the injection controller is reduced. A similar contact device can also be connected to the actuators 9 and 10 be that responds as soon as the actuators reach their end positions.

Die Rauchgasrücksaugung ist bei dem Ausführungsbeispiel bei etwa 85 % der maximalen Kesselleistung ausgesteuert, d. h. bei Erreichen von etwa 85 % der Nennlast sind die Rauchgasklappen geschlossen oder die Gebläse 1 und 2 stillgesetzt. In diesem Fall sprechen die Grenzkontakte 39 im Dampfmengenmesser oder bei anderer Ausführung der Schaltung die an den früher erwähnten Stellen angeordneten Grenzkontakte an.The flue gas recirculation is at about 85 in the exemplary embodiment % of the maximum boiler output controlled, d. H. when reaching about 85% of the Rated load, the flue gas flaps are closed or fans 1 and 2 are shut down. In this case, the limit contacts 39 speak in the steam flow meter or another Execution of the circuit the limit contacts arranged at the points mentioned earlier at.

Nimmt man für ein Ausführungsbeispiel an, daß die Dampftemperatur auf 540°C konstant gehalten werden soll, so wird dieser Temperaturwert als Sollwert in dem Regler 16 eingestellt. Da dieser Regler den Summenwert der Temperatur in den verschiedenen Überhitzern mißt, muß sein Sollwert auf den Wert zweimal 540°C eingestellt sein. Der Sollwert der Regler 20 und 21 dagegen liegt bei 545= C. Im unteren Teil des Kessellastbereiches arbeiten somit nur die Regler 16, 3 und 4 und stellen den rückgesaugten Rauchgasstrom mit Hilfe der Gebläse 1 und 2 oder entsprechender Klappen in den Rauchgaskanälen so ein, daß der Sollwert der Dampftemperatur in den Überhitzern (Summenwert) gehalten wird. Treten Laststöße auf, welche die vorgenannten Regler infolge der Trägheit ihrer Regelkreise nicht beherrschen können, so machen sich diese in Druckschwankungen des Kesseldampfdruckes bemerkbar, und der Dampfdruckgeber 34 gibt entsprechende Impulse an die Regler 20 und 21, welche vorübergehend eingreifen, bis die Druckschwankungen abgeklungen sind. Sobald die Kessellast den Wert von etwa 85% der Nennlast erreicht, sprechen die früher erwähnten Grenzkontakte an, im Ausführungsbeispiel der Grenzkontakt 39, und der Sollwert der Regler 20 und 21 wird auf 540e C eingestellt, so daß diese Regler nunmehr die Einstellung der Dampftemperatur übernehmen.If one assumes for an embodiment that the steam temperature should be kept constant at 540 ° C, this temperature value is used as the setpoint set in the controller 16. Since this controller shows the total value of the temperature in measures the various superheaters, its setpoint must be twice 540 ° C be set. The setpoint of controllers 20 and 21, on the other hand, is 545 = C. Im In the lower part of the boiler load range, only controllers 16, 3 and 4 and are working set the back-sucked flue gas flow with the help of fans 1 and 2 or equivalent Fold in the flue gas ducts so that the setpoint of the steam temperature in the Superheating (total value) is maintained. If load surges occur, which the aforementioned Due to the inertia of their control loops, controllers cannot control them, so do so This is noticeable in pressure fluctuations in the boiler steam pressure, and the steam pressure transmitter 34 gives corresponding impulses to the controllers 20 and 21, which intervene temporarily, until the pressure fluctuations have subsided. As soon as the boiler load has reached the value of about 85% of the nominal load is reached, the limit contacts mentioned earlier respond, in the exemplary embodiment the limit contact 39, and the setpoint of the controllers 20 and 21 is set to 540e C, so that these controllers now take over the setting of the steam temperature.

Claims

CLAIMS: 1. A device for regulating the steam temperature in superheaters (high-pressure steam and the reheater) of steam boiler plants using Rauchgasrücksaugung and supply of cooling means (steam or water injection), data carried in that in the working area of the controller for the rear sucked flue gas stream of the setpoint of the controller for the coolant is increased and that when the operating range of the controller is exceeded for the back-sucked flue gas, z. B. by means of a then responsive end contact, the setpoint of the controller for the coolant is reduced.

2. Device according to claim 1, characterized in that that a load-dependent variable is applied to the regulator for the back-sucked flue gas flow, z. B. the steam output or the air supply of the furnace, as a controlled variable and the steam temperature or if there are more than one superheated unit, a sum of the steam temperatures of the individual units superheaters act as a disturbance variable.

3. Device according to claim 2, characterized in that that the controller for the back-sucked flue gas also the tendency of the steam temperature is switched on in a superheater.

4. Device according to claim 1 to 3 for several superheaters of a boiler, characterized in that a controller with the sum of the steam temperatures of the individual superheaters and trend values the steam temperature as the control variable the setpoint of several controllers for the back-sucked Adjusts the flue gas flow.

5. Device according to claim 1 to 4, characterized in that that the controller for the coolant supply a lead pulse, z. B. the tendency of Steam pressure is switched on.