DE1164426B

DE1164426B - Device for steam temperature control

Info

Publication number: DE1164426B
Application number: DEC28498A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hofmeister; Dipl-Ing Wolfgang Kindermann
Original assignee: Continental Elektronidustrie AG
Current assignee: Continental Elektronidustrie AG
Priority date: 1962-11-24
Filing date: 1962-11-24
Publication date: 1964-03-05

Description

Einrichtung zur Dampftemperaturregelung Die Erfindung befaßt sich mit Einrichtungen zur Dampftemperaturregelung an Dampferzeugern vorzugsweise durch Kühlwassereinspritzung mittels eines die Dampftemperatur beeinflussenden wenigstens PI-wirkenden Dampftemperaturreglers, dessen Kennwerte getrennt einstellbar und mittels eines durch die Kesselbelastung gesteuerten Laststeuergeräts im Sinne der Optimierung der erzielten Regelgüte selbsttätig in Anpassung an das sich mit der Kesselbelastung ändernde Übertragungsverhalten der Regelstrecke verstellbar sind.Steam Temperature Control Apparatus The invention is concerned with devices for steam temperature control on steam generators, preferably through Cooling water injection by means of at least one that influences the steam temperature PI-acting steam temperature controller, whose characteristic values can be set separately and by means of a load control device controlled by the boiler load in terms of optimization the achieved control quality automatically in adaptation to the boiler load changing transmission behavior of the controlled system are adjustable.

Einrichtungen dieser Art sind bekannt. Es ist bei Anwendung von PI-Reglern üblich, wenigstens den Proportionalbereich der Regler lastabhängig in dem erwähnten Sinn zu verstellen. Die Anpassung ihrer Nachstellzeit an das sich mit der Belastung ändernde Übertragungsverhalten eines überhitzers ist dabei ebenso kritisch, da bei solchen Reglern das erzielbare Optimierungsintervall nicht sehr breit ist. Bei Anwendung von PID-Reglern ist die richtige Einstellung auch der Vorhaltzeit von größerer Bedeutung.Facilities of this type are known. It is when using PI controllers usual, at least the proportional range of the controller load-dependent in the mentioned To disguise meaning. The adjustment of their reset time to deal with the load changing transmission behavior of a superheater is just as critical, because at such controllers, the achievable optimization interval is not very wide. When applied of PID controllers, the correct setting of the derivative action time is also of greater importance.

In jedem Fall ist es .erforderlich, daß die Reglerkennwerte in einer Weise verstellbar sind, die Wechselwirkungen einer Einstellung auf die Einstellung eines anderen Kennwerts ausschließt. In Reglern, deren Zeitverhalten durch Anwendung von Rückführungen gebildet ist, treten dabei Probleme auf, die darauf zurückgehen, daß die Rückwirkungsfrei.heit der Einstellung der Reglerkennwerte untereinander an solchen Reglern stets nur in einem relativ beschränkten Einstellbereich realisierbar ist.In any case, it is necessary that the controller parameters are in a Ways are adjustable, the interactions of a setting on the setting excludes another characteristic value. In controllers whose time behavior is determined by application is formed by regressions, problems arise that go back to that the setting of the controller parameters with one another is free of feedback on such controllers can only be implemented in a relatively limited setting range is.

Es ist deshalb die Verwendung solcher Regler, deren Zeitverhalten ohne Anwendung von Gegenkopplungsmaßnahmen gebildet ist, zweckmäßiger, da dort die Reglerkennwerte in parallel geschalteten Signalpfaden wechselwirkungsfrei einstellbar sind.It is therefore the use of such controllers, their time behavior is formed without the use of negative feedback measures, more appropriate, since there the Regulator parameters can be set without interaction in signal paths connected in parallel are.

Ein bekannter Dampftemperaturregler dieser Art mit PI-Übertragungsverhalten ist aus zwei parallel geschalteten Signalpfaden aufgebaut. Der eine Pfad überträgt die Regelabweichung der Dampftemperatur proportional, während der andere Pfad ein integrales Übertragungsverhalten aufweist. Die Summe der Signale beider Pfade verstellt über eine Stellvorrichtung, z. B. einKühlwassereinspritzmengen dosierendes Regelventil. In den beiden Signalpfaden des Reglers sind Mittel zur Verstellung seines Proportionalbereiches und seiner Nachstellzeit vorgesehen. Die Verstellung erfolgt über ein Laststeuergerät in Abhängigkeit von der Kesselbelastung, d. h. also beispielsweise in Abhängigkeit von der jeweils erzeugten Dampfmenge oder aber auch in Abhängigkeit vom Steueröldruck an einer dem Kessel nachgeschalteten Turbine. Die bekannte Einrichtung weist den Nachteil auf, da.ß sich jede Verstellung der Reglerkennwerte, insbesondere der Verstärkung, durch das Laststeuergerät, sofort mifeiner entsprechenden Änderung der Stellung des Kühlwasserd'osierventils auswirkt. So übertragen sich kurzfristige Schwankungen der Kesselbelastung unmittelbar auf die die Dampftemperatur beeinflussende Stellvorrichtung, wodurch deren Stellung proportional verändert wird. Die Stellvorrichtung wird dadurch über einen weitem Bereich ihres Verstellbereichs hin und her gesteuert, wodurch die Regelung unruhig wird. Der durch die Optimiermgsrnaßnahmen angestrebte Gewinn ist dadurch gemindert oder sogar beseitigt Der Erfindung entsprechend wird deshalb in Verbesserung der bekannten Anordnungen eine Einrichtung zur Dampftemperatuurregelung an Dampferzeugern mit einem wenigstens PI-Verhalten aufweisenden Dampftemperaturregler, der eine die Dampftemperatur beeinflussende Stellvorrichtung -z. B. ein Kühlwasserventil - verstellt, und mit einem die Kennwerte des Reglers verstellenden, durch die Kesselbelastung gesteuerten Steuergerät, bei der das Zeitverhalten des Temperaturreglers rückführungsfrei in parallel geschalteten, mit Mitteln zur Verstellung des Proportionalbereiches bzw. der Nachstellzeit durch das Laststeuergerät versehenem Signalpfaden gebildet wird und das Summensignal dieser Pfade die die Dampftemperatur beeinflussende Stellvorrichtung steuert, vorgeschlagen, die sich dadurch kennzeichnet, daß der Regler in an sich bekannter Weise eine Stellvorrichtung mixt integralem Übertragungsverhalten steuert und daß der Proportionalbereich in einem differentialübertragenden, die Nachstellzeit in einem proportionalübertragenden Signalpfad einstellbar ist. Bei der vorgeschlagenen Anordnung wird z. B. das vorgesehene Kühlwasserdosierventil bei über das Laststeuergerät eingebrachten Störungen nicht mehr proportional nach Maßgabe der Regelabweichung verstellt, sondern nach Maßgabe der Änderungsgeschwindigkeit der Regelabweichung. Da dieser Einfluß geringer ist, bleibt die Regelung ruhiger, und die Regelabweichungen bei häufigen Laständerungen bleiben kleiner.A well-known steam temperature controller of this type with PI transmission behavior is made up of two signal paths connected in parallel. The one path transmits the control deviation of the steam temperature is proportional, while the other path is one has integral transmission behavior. The sum of the signals of both paths has been adjusted via an adjusting device, e.g. B. a control valve metering cooling water injection quantities. Means for adjusting its proportional range are located in the two signal paths of the controller and its reset time. The adjustment takes place via a load control device depending on the boiler load, d. H. So, for example, depending on the amount of steam generated in each case or also as a function of the control oil pressure on a turbine downstream of the boiler. The known device has the The disadvantage is that any adjustment of the controller parameters, in particular the gain, by the load control device, immediately with a corresponding change in position of the cooling water metering valve. This is how short-term fluctuations are transmitted the boiler load directly on the adjusting device influencing the steam temperature, whereby their position is changed proportionally. The adjusting device is thereby Controlled back and forth over a wide range of their adjustment range, whereby the regulation becomes restless. The profit targeted by the optimization measures is thereby reduced or even eliminated. The invention is therefore in accordance with in an improvement of the known arrangements, a device for regulating the steam temperature on steam generators with a steam temperature controller with at least PI behavior, the one the steam temperature influencing adjusting device -z. B. a cooling water valve - adjusted, and with one that adjusts the characteristic values of the controller, due to the boiler load controlled control unit in which the time behavior of the temperature controller is feedback-free in parallel, with means for adjusting the proportional range or the reset time formed by the load control device provided signal paths and the sum signal of these paths the adjusting device influencing the steam temperature controls, proposed, which is characterized in that the controller in itself known way an adjusting device mixes integral transmission behavior controls and that the proportional band in a differential-transmitting, the reset time is adjustable in a proportionally transmitting signal path. at the proposed arrangement is z. B. the provided cooling water metering valve in the event of disturbances introduced via the load control device no longer proportionally Adjusted according to the control deviation, but according to the rate of change the control deviation. Since this influence is less, the regulation remains calmer, and the control deviations with frequent load changes remain smaller.

Daneben ergibt sich der Vorzug, daß plötzliche größere Regelabweichungen, die etwa beim Bruch eines als Temperaturfühler vorgesehenen Thermoelements oder aber auch nur durch vorübergehenden Ausfall anderer Regelsignale in den Regler eingeführt sind, nicht zur Folge haben, daß die die Dampftemperatur beeinflussende Stellvorrichtung sofort in eine ihrer Endlagen verstellt wird, sondern langsam durch den proportionalübertragenden Signalpfad entsprechend der eingestellten Nachstellzeit. Während dieser Laufzeit kann die Regelung z. B. selbsttätig abgeschaltet werden, ohne daß übermäßig große Regelabweichungen auftreten.In addition, there is the advantage that sudden larger control deviations, the breakage of a thermocouple provided as a temperature sensor or but also only introduced into the controller through the temporary failure of other control signals do not have the consequence that the adjusting device influencing the steam temperature is adjusted immediately to one of its end positions, but slowly by the proportional transferring Signal path according to the reset time set. During this term can the scheme z. B. be switched off automatically without being excessively large Control deviations occur.

Die Figuren erläutern die Erfindung an Hand schematischer Blockschaltbilder.The figures explain the invention using schematic block diagrams.

In F i g. 1 bezeichnet 1 eine Heißdampfleitung an einem Dampferzeuger - z. B. an einem Benson-Kessel -, in die eine Kühlwassereinspritzstation 2 eingeschaltet ist. Der Station 2 wird über die Kühlwasserleitung 3, in der ein Regelventil 4 eingeschaltet ist, in geregelter Menge Kühlwasser zugeführt, das nach Zerstäubung in den Dampfstrom eintritt. Mit 5 ist ein z. B. am Kesselaustritt gelegener überhitzer bezeichnet, der mit einer Frischdampfleitung 6 verbunden ist. Die Frischdampfleitung 6 speist beispielsweise eine Turbine.In Fig. 1 denotes 1 a superheated steam line on a steam generator - e.g. B. on a Benson boiler - in which a cooling water injection station 2 is switched on is. The station 2 is switched on via the cooling water line 3, in which a control valve 4 is supplied in a regulated amount of cooling water, which after atomization in the steam stream entry. With 5 a z. B. called superheater located at the boiler outlet, which is connected to a live steam line 6. The main steam line 6 feeds for example a turbine.

Zwecks Regelung der Dampftemperatur am Austritt des Überhitzers 5 ist dort die Dampftemperatur mittels eines Thermoelements 7 gemessen. Ein der Dampftemperatur entsprechendes elektrisches Signal ist einem elektrischen PI-Regler 8 zugeführt, der über eine entsprechende Stellvorrichtung mechanisch durch Betätigung eines Motors das Ventil 4 über ein Getriebe 9 verstellt. Die Verstellung erfolgt derart, daß die dem Kühler 2 zugeführten Wassermengen je nach Abweichung der Temperatur an der Meßstelle 7 von ihrem Sollwert entsprechend geändert werden.To regulate the steam temperature at the outlet of the superheater 5 the steam temperature is measured there by means of a thermocouple 7. One of the steam temperature the corresponding electrical signal is fed to an electrical PI controller 8, mechanically via a corresponding actuating device by actuating a motor the valve 4 is adjusted via a gear 9. The adjustment takes place in such a way that the amount of water supplied to the cooler 2 depending on the deviation in temperature at the Measuring point 7 can be changed accordingly from its setpoint.

Mit 10 ist eine in der Rohrleitung 6 angeordnete Durchflußmeßstelle bezeichnet. Ein der gemessenen Dampfmenge proportionales Signal steuert über die Leitung 11 ein Laststeuergerät 12, das über ein mechanisches Getriebe 13 in den PI-Regler 8 zwecks Verstellung seines Proportionalbereiches und seiner Nachstellzeit eingreift. Beide Reglerkennwerte sind' derart verstellt, da.ß das Übertragungsverhalten des Reglers 8 laufend an das sich mit der Belastung des Dampferzeugers ändernde Übertragungsverhalten der Regelstrecke 2, 5, 7 angepaßt ist. Hierdurch erfolgt eine Optimierung der erzielbaren Regelgüte in der Weise, daß die Schwankungen der Dampftemperatur an der Meßstelle 7 klein bleiben.With a 10 arranged in the pipeline 6 throughflow measuring point is designated. A signal proportional to the measured amount of steam controls via line 11 a load control device 12 which, via a mechanical gear 13, intervenes in PI controller 8 for the purpose of adjusting its proportional range and its reset time. Both control parameters are adjusted in such a way that the transfer behavior of the controller 8 is continuously adapted to the transfer behavior of the controlled system 2, 5, 7, which changes with the load on the steam generator. This optimizes the control quality that can be achieved in such a way that the fluctuations in the steam temperature at the measuring point 7 remain small.

F i g. 2 erläutert die erfindungsgemäße Ausbildung des PI-Reglers B.F i g. 2 explains the design of the PI controller according to the invention B.

Über die Leitung 20 ist der Temperaturmeßwert an der Meßstelle 7 einer Vergleichsvorrichtung 21 zugeführt, in welcher der Istwert der Dampftemperatur mit einem durch die Vorrichtung 22 vorgebba-ren Sollwert verglichen ist. Das resultierende Differenzsignal, die Regelabweichung, ist über den Pfad 23 den beiden Signalpfaden 24 und 25 zugeführt. Der Signalpfad 24 enthält ein Zeitglied 26, z. B. eine Kombination aus Kondensatoren und Widerständen in Verbindung mit Verstärkern, so daß der Pfad'24 differentiales Übertragungsverhalten aufweist. @jas Signal auf der Leitung 27 entspricht deshalb im wesentlichen dem zeitlichen Differentialquotienten des Signals der Leitung 23. Der Pfad 25 überträgt sein Eingangssignal mit proportionaler Wirkung. Er enthält einen Gleichspannungsverstärker 28.Via the line 20, the measured temperature value at the measuring point 7 is a Comparison device 21 supplied, in which the actual value of the steam temperature with is compared to a setpoint value which can be predetermined by the device 22. The resulting The difference signal, the control deviation, is via the path 23 of the two signal paths 24 and 25 supplied. The signal path 24 includes a timing element 26, e.g. B. a combination of capacitors and resistors in connection with amplifiers, so that the path'24 has differential transmission behavior. @ Yes signal on line 27 corresponds therefore essentially the time differential quotient of the signal on the line 23. Path 25 carries its input signal with proportional effect. It contains a DC voltage amplifier 28.

Die Signale der Leitungen 27 und 29 werden an der Stelle 30 addiert. Dieses erfolgt zum Beispiel am Eingang eines elektrischen Gegentaktverstärkers dem ausgangsseitig eine Wechselspannung entnehmbar ist, deren Phasenwinkel mit dem Vorzeichen der Regelabweichung auf der Leitung 23 um 180° springt. IhreAmplitude entspricht dabei entsprechend dem gewählten Zeitverhalten dem Betrag der Regelabweichung. Das Wechselspannungssignal ist einem Leistungsverstärker 31 zugeführt, dem ausgangsseitig eine Stellvorrichtung 32 nachgeschaltet ist. Die Stellvorrichtung 32 verstellt über ein Getriebe 33 das in der Kühlwasserlekung 3 angeordnete Dosiezventil 4. Die Stellvorrichtung 32 enthält einen in seiner Drehzahl steuerbaren Elektromotor, z. B. einen Ferrarismotor, der gegebenenfalls unter zusätzlicher Verwendung hydraulischer Hilfsverstärker das Ventil 4 verstellt.The signals on lines 27 and 29 are added at point 30. This is done, for example, at the input of an electrical push-pull amplifier on the output side an alternating voltage can be taken, the phase angle of which with the sign the deviation on line 23 jumps by 180 °. Their amplitude corresponds depending on the selected time behavior, the amount of control deviation. That AC voltage signal is fed to a power amplifier 31 on the output side an adjusting device 32 is connected downstream. The adjusting device 32 adjusted over a gear 33, the dosing valve 4 arranged in the cooling water duct 3. The adjusting device 32 contains an electric motor whose speed can be controlled, e.g. B. a Ferrari engine, which, if necessary, with the additional use of hydraulic auxiliary boosters Valve 4 adjusted.

In die beiden Signalpfade des PI-Reglers sind Einstellmittel, z. B. in Form von Potentiometern 40 und 41, eingeschaltet, die es gestatten, das Übertragungsverhalten beider Kanäle zu verändern. Wegen der Hinfiereinanderschaltung der differentialübertragenden Vorrichtung 26 und der integralübertragenden Vorrichtung 31, 32 ist im Pfad 24 der Proportionalbereich des Reglers einstellbar, während im Pfad 25 über die Vorrichtung 41 die Nachstellzeit des Reglers einstellbar ist. Beide Einstellvorrichtungen sind mechanisch über die Getriebe 42 und 43 durch das Laststeuergerät 12 verstellbar, wobei die Veränderung der Reglerkennwerte in Abhängigkeit von der Kessellast B nach empirisch ermittelten Funktionen erfolgt.In the two signal paths of the PI controller, setting means, e.g. B. in the form of potentiometers 40 and 41, switched on, which allow the transmission behavior to change both channels. Because of the interconnection of the differential transmitting Device 26 and the integrally transmitting device 31, 32 is in path 24 of the Proportional range of the controller adjustable, while in path 25 via the device 41 the reset time of the controller can be set. Both adjusters are mechanically adjustable via the gears 42 and 43 by the load control device 12, where the change in the controller parameters as a function of the boiler load B. empirically determined functions takes place.

Es sei abschließend bemerkt, daß die Erfindung nicht auf den Fall beschränkt ist, daß die Dampftemperaturregelung durch Wassereinspritzung erfolgt. Vielmehr kann hierzu auch eine Rauchgasumleitung erfolgen, oder es können andere, die Beheizung des Überhitzers beeinflussende Maßnahmen getroffen sein.In conclusion, it should be noted that the invention does not apply to the case is limited that the steam temperature control is done by water injection. Rather, flue gas can also be diverted for this purpose, or other, measures influencing the heating of the superheater must be taken.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, an Stelle eines PI-Reglers einen solchen mit PID-Übertragungsverhalten zu benutzen.It is within the scope of the invention to use a PI controller instead of a PI controller to use those with PID transmission behavior.

Claims

Claim: Device for regulating steam temperature on steam generators with a steam temperature controller having at least PI behavior, which has a device influencing the steam temperature - z. B. a cooling water metering valve -adjusted, and a control device that adjusts the parameters of the controller and is controlled by the boiler load, in which the time behavior of the temperature controller is formed without feedback in signal paths of the controller connected in parallel and provided with means for adjusting the proportional range or the reset time by the load control device and the Sumrn @ nsignal of these paths controls the adjusting device influencing the steam temperature, characterized in that the controller controls an adjusting device with integral transmission behavior in a manner known per se and that the proportional range can be set in a differential-transmitting signal path, the reset time in a proportional-transmitting signal path . Publications considered: German Auslegeschriften No. 1 075 123, 1106336.