DE19619836B4 - Einrichtung zur Speisewasser-Vorsteuerung eines Kühllufttemperaturreglers für einen Kühlluftkühler - Google Patents

Abstract

Einrichtung zur Speisewassermengen-Vorsteuerung eines Kühllufttemperaturreglers (1) für einen Einrohrkühlluftkühler (2) bei Kraftwerksanlagen, wobei im Kühlluftkühler (2) verdichtete Luft (K) aus dem Verdichter (32) abgekühlt und Speisewasser (W) erhitzt und verdampft wird, und ein Luftmengenmessorgan mit Signalgeber (5) und ein erstes Temperaturmessorgan mit Signalgeber (6) vor dem Eintritt der Luft (K) in den Kühlluftkühler (2) und ein zweites Temperaturmessorgan mit Signalgeber (7), dessen Ausgang dem Regler (1) zusätzlich zur Luftaustritts-Solltemperatur (Θ_aSoll) aufgeschaltet ist, nach dem Austritt der Luft (K) aus dem Kühlluftkühler (2) angeordnet sind, sowie ein Frischdampfdruckmessorgan mit Signalgeber (8) am Austritt des Kühlluftkühlers (2) und ein drittes Temperaturmessorgan mit Signalgeber (9) für das Speisewasser am Eintritt in den Kühlluftkühler (2) angeordnet sind und auf den Speisewasserkreis in einem dem Kühllufttemperaturregler (1) nachgeschalteten ersten Additionspunkt (10) ein dem Sollwert des Speisewassermengenstromes (ṁ_soll) entsprechendes Signal als Vorsteuerung wirkt, dadurch gekennzeichnet,
– dass die Einrichtung aus einem Funktionselement (3) besteht, welches...

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kraftwerkstechnik. Sie betrifft eine Einrichtung zur Speisewassermengen-Vorsteuerung eines Kühllufttemperaturreglers für einen Kühlluftkühler, insbesondere Einrohrkühlluftkühler, welcher in Kraftwerksanlagen (Kombianlagen oder Gasturbinen mit einfachem Zyklus) eingesetzt wird.
• Bei Gasturbinen mit einfachem Zyklus ist es bisher üblich, die vom Verdichter entnommene verdichtete oder vorverdichtete Luft mittels Wassereinspritzung oder externer Kühlung zu kühlen, bevor diese als Kühlluft dem Kühlsystem der Turbine zugeführt wird.
• Aus EP 0 519 304 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine bekannt, bei dem die Kühlluft zur Erzeugung von Dampf verwendet und dabei selbst vor Eintritt in die Gasturbine abgekühlt wird. Dazu ist ein Wärmetauscher primärseitig in eine den Luftverdichter und die Gasturbine verbindende Kühlluftleitung und sekundärseitig in eine Flüssigkeits-Dampf-Leitung geschaltet.
• Bei Kombikraftwerksanlagen wird bekanntermassen eine Wasserkühlung der Luft in einem Luft/Wasser-Wärmetauscher durchgeführt und die anfallende Wärme aus der Kühluft-Kühlung in der Kraftwerksanlage wieder nutzbar gemacht. Als Kühler werden sogenannte "Once Through Gasturbine Cooler", also Einrohrzwangdurchlaufkühler, verwendet, in denen das Wasser in Rohren von unten nach oben oder von oben nach unten strömt, dabei erhitzt und je nach den Temperaturverhältnissen verdampft wird und die Kühlluft (verdichtete oder vorverdichtete Luft, die sich auf Grund der Verdichtung erwärmt hat) in Gegenstromrichtung zum Wasser aussen an den Rohren entlangströmt und dabei abgekühlt wird.
• Bei bisher bekannten Einrichtungen zur Kühllufttemperaturregelung derartiger Kühlluftkühler für Kraftwerksanlagen wird die Speisewassermenge lastabhängig geregelt. Dazu ist in der Speisewasserleitung des Kühlluftkühlers ein Speisewassermengenmessorgan angeordnet, das über einen PID-Regler die Speisewassermenge einstellt, beispielsweise durch Verstellen der Drehzahl der Speisepumpe oder durch Verstellen eines in die Speisewasserleitung eingebauten Ventils (s. z.B. DE-OS 1 526 208 ).
• Geregelt wird die Kühllufttemperatur, die mit einem Temperaturmessorgan erfasst wird und zusammen mit einem entsprechenden Temperatursollwert ebenfalls auf den PID-Regler geschaltet ist. Anstelle der Kühllufttemperatur kann auch die Enthalpie geregelt werden. Schliesslich wirkt auf den Speiseregelkreis als Vorsteuerung ein lastabhängiges Signal, das von einem Funktionsgeber kommt, in dem die Beziehung zwischen dem Speisewassermengenstrom und der Last (z.B. zuzuführende Brennstoffmenge oder zuzuführende Wärme) festgelegt ist. Dabei ist zwischen dem Funktionsgeber und dem Speiseregelkreis ein verstellbares Glied eingeschaltet, in dem eine dynamische Verformung des lastabhängigen Signals stattfindet ("Lead Lag"-Element).
• Auf Grund der beschränkten Wirksamkeit des klassischen PID-Reglers muss die so gebildete Vorsteuerung den komplizierten zeitlichen Verlauf der Speisewassermenge auf wenige Prozente genau festlegen, so dass der Regler selbst nur eine Feinkorrektur vornehmen muss. Mit einen solchen Aufbau wird die erzielbare Regelgüte weitgehend durch die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Vorsteuerung bestimmt. Die Einstellung des Funktionsgebers und des Gliedes zur dynamischen Verformung erfordern deshalb einen hohen Aufwand, insbesondere eine langwierige Inbetriebsetzung. Da die Vorsteuerung iterativ erfolgen muss, ergibt sich als weiterer Nachteil, dass sie relativ ungenau ist.
• Darstellung der Erfindung
• Die Erfindung versucht, alle diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Speisewasser-Vorsteuerung eines Kühllufttemperaturreglers für einen Kühlluftkühler, welcher in Kraftwerksanlagen eingesetzt wird, zu entwickeln, die sehr genau arbeitet und eine zielsichere Inbetriebsetzung ohne Iteration ermöglicht.
• Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass bei einer Einrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 als Vorsteuerelement ein Funktionselement eingesetzt wird, welches als Eingänge die der Luftaustritts-Solltemperatur, der Lufteintrittstemperatur, dem Luftmengenstrom, dem Frischdampfdruck und der Wassereintrittstemperatur entsprechenden Signale aufweist und als Ausgänge den angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom und die Reglerverstärkung. Dabei ist das Signal der Luftaustritts-Solltemperatur in einem ersten Eingang einem Vergleichspunkt aufgeschaltet, welcher in einem zweiten Eingang mit dem Ausgang eines ersten Temperaturmessorgans für die Lufteintrittstemperatur in Verbindung steht und dessen Ausgang auf den ersten Ein gang eines ersten Multiplikationsorganes geschaltet ist, wobei ferner der Ausgang des ersten Temperaturmessorgans mit dem Eingang eines ersten Funktionsgebers verbunden ist, in welchem die Beziehung zwischen der Lufteintrittstemperatur und der spezifischen Wärmekapazität festgelegt ist, und der Ausgang des ersten Funktionsgebers auf den ersten Eingang eines weiteres Multiplikationsorgan geschaltet ist, wobei ferner der Ausgang des ersten Temperaturmessorgans sowie der Ausgang des Frischdampfdruckmessorganes mit dem Eingang eines zweiten Funktionsgebers verbunden sind, in welchem die Beziehungen zwischen der Lufteintrittstemperatur, dem Frischdampfdruck und der Dampfaustrittsenthalpie festgelegt sind, und der Ausgang des zweiten Funktionsgebers als ein erster Eingang auf einen weiteren Vergleichspunkt geschaltet ist, wobei ferner der Ausgang eines weiteren Temperaturmessorgans für die Wassereintrittstemperatur sowie der Ausgang des Frischdampfdruckmessorganes mit dem Eingang eines dritten Funktionsgebers verbunden sind, in welchem die Beziehungen zwischen der Speisewassereintrittstemperatur, dem Frischdampfdruck und der Wassereintrittsenthalpie festgelegt sind, und der Ausgang des dritten Funktionsgebers als ein zweiter Eingang auf den zweiten Vergleichspunkt geschaltet ist, wobei ferner der Ausgang des zweiten Vergleichspunktes auf den Eingang eines Maximum-Auswahlorganes geschaltet ist, auf den als weiterer Eingang ein Signal für die auf eine minimale Enthalpie begrenzte Enthalpiedifferenz geschaltet ist und der Ausgang des Maximum-Auswahlorganes als erster Eingang auf ein Divisionsorgan geschaltet ist und der Ausgang des Luftmengenmessorganes als zweiter Eingang auf das Divisionsorgan geschaltet ist, wobei der Ausgang des Divisionsorganes als zweiter Eingang auf das zweite Multiplikationsorgan geschaltet ist und der Ausgang des zweiten Multiplikationsorganes einerseits auf den Eingang eines dynamischen Verzögerungsgliedes geschaltet ist, dessen Ausgang die Reglerverstärkung für den Kühllufttemperaturregler liefert, und an dererseits als zweiter Eingang auf das erste Multiplikationsorgan geschaltet ist, dessen Ausgang das Signal für den angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom liefert, welches einen dem Regler nachgeschalteten Additionspunkt geleitet wird.
• Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem im Wegfall des bisher üblichen "Lead Lag"-Elements zu sehen. Dadurch kann die Vorsteuerung des Speisewassers wesentlich genauer erfolgen. Die Inbetriebsetzung erfolgt ohne Iteration. Vor allem im Teillastbetrieb, d.h. bei Temperatursättigung, ist mit der oben beschriebenen erfindungsgemässen Lösung eine exakte Vorsteuerung des Speisewassers möglich.
• Es ist besonders zweckmässig, wenn beim Betrieb der Anlage im ungesättigten Temperaturbereich der oben beschriebenen Einrichtung zusätzlich dem ersten Multiplikationsorgan ein Additionspunkt nachgeschaltet ist, in welchem dem Signal für den angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom ein Korrektursignal zugeführt wird.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen dazu sind in den letzten beiden Unteransprüchen enthalten. Mit diesen Varianten ist es möglich, auch bei einem ungesättigten Betrieb eine genaue Vorsteuerung zu erzielen, weil die Vorsteuergrösse bzw. die Korrekturgrösse selbst entsprechend korrigiert wird.
• Kurze Beschreibung der Zeichnung
• In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
• Es zeigen:
• 1 als Übersicht eine schematische Darstellung einer Gasturbinenanlage mit einem in eine Kühlluftleitung geschalteten Kühlluftkühler;
• 2 einen Einrohrdurchlaufkühlluftkühler mit einer Kühllufttemperaturregeleinrichtung, welche mit einer Speisewasser-Vorsteuerung arbeitet;
• 3 die Abhängigkeit der Luftaustrittstemperatur von der Last und dem Speisewassermengenstrom;
• 4 die Abhängigkeit der Luftaustrittstemperatur bei konstanter Last von der Umgebungstemperatur und dem Speisewassermengenstrom;
• 5 einen Einrohrdurchlaufkühlluftkühler mit einer Kühllufttemperaturregeleinrichtung, welche mit einer korrigierten Speisewasser-Vorsteuerung arbeitet;
• 6 einen Einrohrdurchlaufkühlluftkühler mit einer Kühllufttemperaturregeleinrichtung, welche mit einer weiteren Ausführungsvariante einer korrigierten Speisewasser-Vorsteuerung arbeitet.
• Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen bezeichnet.
• Weg zur Ausführung der Erfindung
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der 1 bis 6 näher erläutert.
• 1 zeigt als Übersicht eine schematische Darstellung einer Gasturbinenanlage. Diese Gasturbinenanlage umfasst eine Gasturbine 30 mit einem vorgeschalteten, auf einer gemeinsamen Welle 31 angeordneten Verdichter 32 sowie eine zwischen dem Verdichter 32 und der Turbine 30 in einer vom Verdichter 32 kommenden Frischluftleitung 33 angeordneten Brennkammer 34. Die Turbine 30 treibt einen auf der Welle 31 sitzenden Generator 35 an. Von der Frischluftleitung 33 zweigt eine Kühlluftleitung 36 ab, die in die Gasturbine 30 mündet. In die Kühlluftleitung 36 ist primärseitig ein Kühlluftkühler 2, welcher ein Einrohrzwangdurchlaufkühler ist, der Gasturbine 30 vorgeschaltet. Sekundärseitig ist der Kühlluftkühler 2 in eine Flüssigkeits-Dampf-Leitung 37 geschaltet, in die beispielsweise ein hier nicht dargestellter Dampferzeuger sekundärseitig geschaltet ist, der primärseitig in die hier nicht dargestellte Abgasleitung der Gasturbine 30 geschaltet ist. Der Dampf D kann dann beispielsweise in ein Heiznetz zur Nutzung gespeist werden. Eine andere Möglichkeit (nicht dargestellt), die bei der Kühlung der Kühlluft K anfallende Wärme zu nutzen, besteht z.B. darin, dass der erzeugte Dampf D zum Betrieb einer Dampfturbinenanlage verwendet wird. Dazu wird der Kühlluftkühler 2 sekundärseitig z.B. als Vorwärmer in den nicht dargestellten Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbinenanlage geschaltet.
• Beim Betrieb der Gasturbinenanlage wird der Brennkammer 34 Brennstoff B zugeführt, der mit der vom Verdichter 32 kommenden verdichteten Frischluft F in der Brennkammer 34 verbrannt wird. Das bei der Verbrennung entstehende Heissgas H wird in die Turbine 30 geleitet, entspannt sich dort und treibt dabei die Turbine 30 an, welche wiederum den Verdichter 32 und den Generator 35 antreibt. Da das Heissgas H beim Eintritt in die Turbine 30 eine sehr hohe Temperatur aufweist, ist ein Kühlung der Turbine 30 notwendig. Dazu wird ein Teil der verdichteten Frischluft F als Kühlluft K über die Kühlluftleitung 36 der Gasturbine 30 zugeführt. Die Frischluft F wird im Verdichter 32 aufgrund der Kompression erwärmt, so dass sie zwecks Verwendung als Kühlluft K gekühlt werden muss. Die Kühlluft K wird deshalb vor der Zufuhr zur Turbine 30 zuerst im Kühlluftkühler 2 abgekühlt. Sie strömt gemäss 1 von oben nach unten und steht mit dem durch die Rohre des Kühlers 2 von unten nach oben strömenden flüssigen Medium, welches vorzugsweise Speisewasser W ist, im Wärmetausch. Das Speisewasser W wird über die Flüssigkeits-Dampf-Leitung 37 und über eine in der Leitung 37 angeordnete Pumpe 38 in den Kühlluftkühler 2 gebracht, nimmt Wärme von der durch den Kühler 2 strömenden Luft K auf und kühlt auf diese Weise die Kühlluft K. Dabei wird, eine ausreichende Wärmeübertragung vorausgesetzt, das Speisewasser W zu Dampf D verdampft. Der Frischdampf D gelangt über die Leitung 37 und gegebenenfalls über hier nicht dargestellte weitere Aggregate zu einem ebenfalls nicht dargestellten Verbraucher, beispielsweise einer Dampfturbine.
• Um unter den verschiedenen Betriebsbedingungen die oben beschriebene Anlage optimal betreiben zu können, ist u.a. eine Kühllufttemperaturregelung notwendig. Diese Regeleinrichtung 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in 1 integriert.
• 2 zeigt den oben beschriebenen Einrohrzwangdurchlaufkühlluftkühler 2 mit einem Kühllufttemperaturregler 1, der beispielsweise ein PI- oder ein PID-Regler sein kann, welcher mit einer erfindungsgemässen Speisewasser-Vorsteuerung arbeitet, indem er mit dem Funktionselement 3 in Wikverbindung steht, welches als Eingänge die Luftaustritts-Solltemperatur Θ_aSoll, die Lufteintrittstemperatur Θ_e, den Luftmengenstrom Ṁ, den Frischdampfdruck p und die Wassereintrittstemperatur ϑ_e aufweist und als Ausgänge den angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom ṁ_FFo und die Reglerverstärkung VR aufweist.
• Gemäss 2 sind in der Kühlluftleitung 36 vor dem Eintritt des Kühlluftkühler 2 ein Luftmengenstrommessorgan mit Signalgeber 5 und ein Temperaturmessorgan mit Signalgeber 6 angeordnet, mit denen die Lufteintrittstemperatur Θ_e und der Luftmengenstrom Ṁ gemessen und in entsprechende Signale transformiert werden. Am Austritt des Kühlluftkühlers 2 ist in der Kühlluftleitung 36 ein zweites Temperaturmessorgan mit Signalgeber 7 angeordnet, mit dem die Austrittstemperatur Θ_a der Kühlluft K gemessen und ein entsprechendes Signal erzeugt wird.
• In der Flüssigkeits-Dampf-Leitung 37 ist stromauf des Kühlluftkühlers 2 ein Wassermengenstrommessorgan 4 und ein Temperaturmessorgan mit Signalgeber 9 für das Speisewasser W angeordnet, mit dem der Speisewassermengenstrom m und die Speisewassereintrittstemperatur ϑ_e ermittelt und in entsprechende Signale umgewandelt werden, während stromab des Kühlers 2 in der Leitung 37 ein Frischdampfdruckmessorgan mit Signalgeber 8 angeordnet ist, in welchem der Druck p des Frischdampfes D gemessen und in ein entsprechendes Signal umgewandelt wird.
• Eine Signalleitung 39, welche vom Temperaturmessorgan 7 für die Luftaustrittstemperatur Θ_a zum Regler 1 führt, ist als erster Eingang auf den Regler 1 geschaltet, während als zweiter Eingang das der Sollaustrittstemperatur Θ_{a Soll} der Kühlluft K aus dem Kühlluftkühler 2 entsprechende Signal dient. Dieses Signal wird ausserdem über eine Signalleitung 40 einem Vergleichspunkt 11 zugeführt und dort mit dem über eine Signalleitung 41 zugeführten Signal der Eintrittstemperatur Θ_e der Kühlluft K verglichen. Der Ausgang des Vergleichspunktes 11 ist als erster Eingang eines Multiplikationsorganes 12 geschaltet.
• Das der Lufteintrittstemperatur Θ_e entsprechende Signal wird ausserdem über die Signalleitung 41 als Eingang einem Funktionsgeber 13 aufgeschaltet, in dem die Beziehung zwischen der spezifischen Wärmekapazität c_p und der Temperatur Θ_e festgelegt ist. Über eine Signalleitung 42 wird das der spezifischen Wärmekapazität c_p entsprechende Signal als erster Eingang einem zweiten Multiplikationsorgan 14 aufgeschaltet.
• Schliesslich ist das der Lufteintrittstemperatur Θ_e entsprechende Signal auch über die Signalleitung 41 als erster Eingang einem weiteren Funktionsgeber 15 aufgeschaltet, wobei als zweiter Eingang das dem Frischdampfdruck p entsprechende und über die Signalleitung 43 herangeführte Signal dem Funktionsgeber 15 aufgeschaltet ist. In dem Funktionsgeber 15 sind die Beziehungen zwischen der Lufteintrittstemperatur Θ_e, dem Frischdampfdruck p und der Dampfaustrittsenthalpie h_a festgelegt. Über die Signalleitung 44 wird das der Dampfaustrittsenthalpie h_a entsprechende Signal einem Vergleichspunkt 16 zugeführt. Der zweite Eingang dieses Vergleichspunktes 16 ist das der Wassereintrittsenthalpie h_e entsprechende Signal, welches über ein Leitung 45 zugeführt wird, welche am Ausgang eines weiteren Funktionsgebers 17 beginnt. Im Funktionsgeber 17 sind die Beziehungen zwischen dem Frischdampf p, der Wassereintrittstemperatur ϑ_e und der Wassereintrittsenthalpie h_e festgelegt. Die Eingänge des Funktionsgebers 17 sind das dem Frischdampfdruck p entsprechende, über die Leitung 43 zugeführte Signal und das der Wassereintrittstemperatur ϑ_e entsprechende, über eine Signalleitung 46 zugeführte Signal.
• Der Ausgang des Vergleichspunktes 16 ist über ein Signalleitung 47 auf den Eingang eines Maximum-Auswahlorganes 18 geschaltet, auf den als weiterer Eingang ein Signal für die auf eine minimale Enthalpie begrenzte Enthalpiedifferenz Δh_min geschaltet ist. Im Organ 18 wird das grössere der jeweiligen Eingangssignale ausgewählt. Der Ausgang des Maximum-Auswahlorganes 18 ist über eine Leitung 48 dem ersten Eingang eines Divisionsorgan 19 aufgeschaltet, dem als zweiter Eingang das dem Luftmengenstrom Ṁ entsprechende, über eine Leitung 49 vom Luftmengenstrommessorgan 5 zugeführte Signal aufgeschaltet ist. Der Ausgang des Divisionsorganes 19 ist über eine Leitung 50 als zweiter Eingang auf das Multiplikationsorgan 14 geschaltet. Der Ausgang des Multiplikationsorganes 14 ist einerseits über eine Leitung 51 auf den Eingang eines dynamischen Verzögerungsgliedes 20 geschaltet ist, dessen Ausgang die Reglerverstärkung VR für den Kühllufttemperaturregler 1 liefert, und andererseits als zweiter Eingang auf das Multiplikationsorgan 12 geschalten ist, dessen Ausgang das Signal für den angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom ṁ_FFo liefert, welches über eine Signalleitung 52 in einen Additionspunkt 10 geleitet wird. Der Additionspunkt 10 ist in einer vom Ausgang des Reglers 1 kommenden Signalleitung 53 angeordnet. In der vom Ausgang des Additionspunktes 10 führenden Leitung 54 ist nunmehr das erfindungsgemässe vorgesteuerte Signal für den Speisewassermengenstrom-Sollwert vorhanden.
• Die Beziehungen zwischen den einzelnen Grössen, die durch obiges Funktionsglied 3 realisiert werden, lassen sich mathematisch durch folgende Gleichung darstellen:

  
• Diese erfindungsgemässe Regelung der Speisewasser-Vor steuerung gilt exakt nur bei Teillastbetrieb, d.h. nur im Bereich der Temperatursättigung. Dies wird besonders deutlich bei Betrachtung von 3.
• In 3 ist die Abhängigkeit der Kühlluftaustrittstemperatur Θ_a vom Speisewassermengenstrom m für verschiedene Lasten dargestellt. Man sieht, dass nur im Temperatursätti gungsgebiet der angenäherte vorgesteuerte Speisewassermengenstrom ṁ_FFo gleich dem effektiven Speisewassermengenstrom ṁ_eff ist. Bei 100% Last ist dagegen eine relativ grosse Differenz zwischen diesen beiden Werten vorhanden. Es existiert eine Abweichung Δṁ_FF des angenäherten Vorsteuersignales von ṁ_FFo zum effektiven Vorsteuersignal ṁ_eff. Deshalb wird erfindungsgemäss für solche Betriebsbedingungen, die nicht im Temperatursättigungsbereich liegen, die Erfindung durch Einführung einer Korrektur für das Speisewasser-Vorsteuersignal weiter präzisiert (s. 5 und 6).
• Die Korrektursignale sind die Last L und die Umgebungstemperatur T_U, die ebenfalls einen Einfluss auf das Vorsteuersignal hat. Dies ist in 4 verdeutlicht.
• 4 zeigt die Abhängigkeit der Kühlluftaustrittstemperatur Θ_a vom Speisewassermengenstrom m und von der Umgebungstemperatur T_U für eine Last von 100. Man sieht, dass beispielsweise die Differenz Δṁ_FF bei T_U = –15°C wesentlich kleiner ist als diese Differenz bei T_U = 12°C.
• In 5 ist eine entsprechende Einrichtung abgebildet, bei welcher des Speisewasser-Vorsteuersignal noch korrigiert wird. Das Funktionselement 3 ist hier ebenso wie in 2 dargestellt und oben beschrieben, ausgebildet, so dass auf eine nochmalige Beschreibung und Darstellung der Details des Funktionselementes 3 verzichtet wird. In der Signalleitung 52 ist zusätzlich zu der Ausführungsvariante nach 2 ein Additionspunkt 21 angeordnet, auf den als erster Eingang das Signal für den angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom ṁ_FFo geschaltet ist und als zweiter Eingang das über eine Leitung 54 zugeführte Signal für die Differenz Δṁ_FF zwischen dem effektiven Speisewassermengenstrom ṁ_eff bei Θ_a = Θ_aSoll und dem angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom ṁ_FFo. Das Signal für Δṁ_FF wird in einem in der Leitung 55 angeordneten Multiplikationsorgan 22 gebildet, dessen Eingangsgrössen die Ausgangssignale zweier Funktionsgeber 23 und 24 sind. Im Funktionsgeber 23 ist die Beziehung zwischen der Differenz Δṁ_FF und der Last L festgelegt. So gilt z.B. der Wert Null für Lasten, welche innerhalb des Temperatursättigungsbereiches (L ≤ L_x) liegen, weil in diesen Fällen das Vorsteuersignal gar nicht korrigiert werden muss, während der Wert 1 für eine Last von 100% (grösste Korrektur notwendig) gilt. Im Funktionsgeber 23 ist die Beziehung zwischen der Differenz Δṁ_FF und der Umgebungstemperatur T_U festgelegt.
• Mit Hilfe der eben beschrieben Einrichtung wird eine genauere Vorsteuerung des Speisestromes im ungesättigten Temperaturbereich erzielt, da das Signal für den angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom ṁ_FFo den jeweiligen Last- und Temperaturverhältnissen angepasst wird.
• 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Die in 6 abgebildete Regeleinrichtung arbeitet im ungesättigten Betrieb des Kühlluftkühlers besonders exakt, da hier ein genaueres Korrektursignal geliefert wird. Die Einrichtung ist folgendermassen aufgebaut: Das Funktionselement 3 ist wie in 2 beschrieben aufgebaut, es hat also fünf Eingänge, und zwar die Signale für die Luftaustritts-Solltemperatur Θ_aSoll, die jeweilige Lufteintrittstemperatur Θ_e, den Luftmengenstrom Ṁ, die Wassereintrittstemperatur ϑ_e und den Frischdampfdruck p, und zwei Ausgänge, und zwar die Signale für den angenäherten Speisewassermengenstrom ṁ_FFo und die Reglerverstärkung VR. Von der Signalleitung 52 für den angenäherten Speisewassermengenstrom ṁ_FFo zweigt eine Leitung 56 ab, die in einem Vergleichspunkt 26 endet. Zum Vergleichspunkt 26 führt auch eine Signalleitung 57 vom Speisewassermengenstrommessorgan mit Signalgeber 4. Das Differenzsignal wird über ein Verzögerungsglied 27 einem Funk tionsgeber 25 zugeführt, in welchem Δṁ_FF in Abhängigkeit von der Last L und der Umgebungstemperatur T_U abgelegt sind. Ein Vergleich mit der aktuellen Last und Umgebungs temperatur liefert als Ausgang ein Signal für die Korrekturgrösse Δṁ_FF, welches über die Signalleitung 55 dem in der Leitung 52 angeordneten Additionspunkt 21 zugeführt wird. Der zweite Eingang des Additionspunktes 21 ist das Signal für den angenäherten Speisewassermengenstrom ṁ_FFo. Der Ausgang des Additionspunktes 21 liefert das korrigierte Vorsteuersignal ṁ_FF, welches dem Additionspunkt 10 aufgeschaltet ist.

1

Kühllufttemperaturregler

2

Kühlluftkühler

3

Funktionselement

4

Speisewassermengenstrommessorgan mit Signalgeber

5

Luftmengenstrommessorgan mit Signalgeber

6

erstes Temperaturmessorgan mit Signalgeber

7

zweites Temperaturmessorgan mit Signalgeber

8

Frischdampfdruckmessorgan mit Signalgeber

9

drittes Temperaturmessorgan mit Signalgeber

10

erster Additionspunkt

11

erster Vergleichspunkt

12

erstes Multiplikationsorgan

13

erster Funktionsgeber

14

zweites Multiplikationsorgan

15

zweiter Funktionsgeber

16

zweiter Vergleichspunkt

17

dritter Funktionsgeber

18

Maximum-Auswahlorgan

19

Divisionsorgan

20

erstes Verzögerungsglied

21

zweiter Additionspunkt

22

drittes Multiplikationsorgan

23

vierter Funktionsgeber

24

fünfter Funktionsgeber

25

sechster Funktionsgeber

26

dritter Vergleichspunkt

27

zweites Verzögerungsglied

28

Brennstoffleitung

29

Heissgasleitung

30

Gasturbine

31

Welle

32

Verdichter

33

Frischluftleitung

34

Brennkammer

35

Generator

36

Kühlluftleitung

37

Flüssigkeits-Dampf-Leitung

38

Speisepumpe

39

Signalleitung für Θ_a

40

Signalleitung für Θ_aSoll

41

Signalleitung für Θ_e

42

Signalleitung für c_p

43

Signalleitung für p

44

Signalleitung für h_a

45

Signalleitung für h_e

46

Signalleitung für ϑ_e

47

Signalleitung aus Pos. 16

48

Signalleitung aus Pos. 18

49

Signalleitung für M

50

Signalleitung aus Pos. 19

51

Signalleitung aus Pos. 14

52

Signalleitung aus Pos. 12 für ṁ_FFo bzw. für ṁ_FF

53

Signalleitung aus Pos. 1

54

Signalleitung aus Pos. 10

55

Signalleitung für Δṁ_FF

56

Signalleitung für ṁ_FFo

57

Signalleitung für m

Θ_e

Lufteintrittstemperatur

Θ_a

Luftaustrittstemperatur

Θ_{a Soll}

Luftaustritts-Solltemperatur

Ṁ

Luftmengenstrom (Ist-Wert)

ϑ_e

Speisewassereintrittstemperatur

ϑ_a

Speisewasseraustritts-/Frischdampftemperaturm

ṁ

Speisewassermengenstrom (Ist-Wert)

ṁ_soll

Speisewassermengenstrom-Sollwert

ṁ_eff

effektiver Speisewassermengenstrom bei Θ_a = Θ_aSoll

ṁ_FFo

angenäherter vorgesteuerter Speisewassermengenstrom

Δṁ_FF

Differenz zwischen ṁ_eff und ṁ_FFo

ṁ

korrigierter vorgesteuerter Speisewassermengenstrom

h_a

Dampfaustrittsenthalpie für den Fall ϑ_a = Θ_e

h_e

Wassereintrittsenthalpie

Δh_min

auf minimale Enthalpie begrenzte Enthalpiedifferenz

c_p

spezifische Wärmekapazität

VR

Reglerverstärkung

F

Frischluft

K

Kühlluft

W

Speisewasser

D

Frischdampf

B

Brennstoff

L

Last

L_x

Last, bei der bzw. unterhalb derer Temperatursätti

gung auftritt

T_U

Umgebungstemperatur

Claims (4)

1. Einrichtung zur Speisewassermengen-Vorsteuerung eines Kühllufttemperaturreglers (1) für einen Einrohrkühlluftkühler (2) bei Kraftwerksanlagen, wobei im Kühlluftkühler (2) verdichtete Luft (K) aus dem Verdichter (32) abgekühlt und Speisewasser (W) erhitzt und verdampft wird, und ein Luftmengenmessorgan mit Signalgeber (5) und ein erstes Temperaturmessorgan mit Signalgeber (6) vor dem Eintritt der Luft (K) in den Kühlluftkühler (2) und ein zweites Temperaturmessorgan mit Signalgeber (7), dessen Ausgang dem Regler (1) zusätzlich zur Luftaustritts-Solltemperatur (Θ_aSoll) aufgeschaltet ist, nach dem Austritt der Luft (K) aus dem Kühlluftkühler (2) angeordnet sind, sowie ein Frischdampfdruckmessorgan mit Signalgeber (8) am Austritt des Kühlluftkühlers (2) und ein drittes Temperaturmessorgan mit Signalgeber (9) für das Speisewasser am Eintritt in den Kühlluftkühler (2) angeordnet sind und auf den Speisewasserkreis in einem dem Kühllufttemperaturregler (1) nachgeschalteten ersten Additionspunkt (10) ein dem Sollwert des Speisewassermengenstromes (ṁ_soll) entsprechendes Signal als Vorsteuerung wirkt, dadurch gekennzeichnet, – dass die Einrichtung aus einem Funktionselement (3) besteht, welches als Eingänge die der Luftaustritts-Solltemperatur (Θ_aSoll), der Lufteintrittstemperatur (Θ_e), dem Luftmengenstrom (Ṁ), dem Frischdampfdruck (p) und der Wassereintrittstemperatur (ϑ_e) entspre chenden Signale aufweist und als Ausgänge das Signal des angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstromes (ṁ_FFo), welches dem ersten Additionspunkt (10) aufgeschaltet ist, und das Signal der Reglerverstärkung (VR), welches dem Kühllufttemperaturregler (1) aufgeschaltet ist, aufweist, – wobei das Signal der Luftaustritts-Solltemperatur (Θ_aSoll) in einem ersten Eingang einem ersten Vergleichspunkt (11) aufgeschaltet ist, welcher in einem zweiten Eingang mit dem Ausgang des ersten Temperaturmessorgans (6) in Verbindung steht und dessen Ausgang auf den ersten Eingang eines ersten Multiplikationsorganes (12) geschaltet ist, – wobei ferner der Ausgang des ersten Temperaturmessorgans (6) mit dem Eingang eines ersten Funktionsgebers (13) verbunden ist, in welchem die Beziehung zwischen der Lufteintrittstemperatur (Θ_e) und der spezifischen Wärmekapazität (c_p) festgelegt ist, und der Ausgang des ersten Funktionsgebers (13) auf den ersten Eingang eines zweiten Multiplikationsorganes (14) geschaltet ist, – wobei ferner der Ausgang des ersten Temperaturmessorgans (6) sowie der Ausgang des Frischdampfdruckmessorganes (8) mit dem Eingang eines zweiten Funktionsgebers (15) verbunden sind, in welchem die Beziehungen zwischen der Lufteintrittstemperatur (Θ_e), dem Frischdampfdruck (p) und der Dampfaustrittsenthalpie (h) festgelegt sind, und der Ausgang des zweiten Funktionsgebers (15) als ein erster Eingang auf einen zweiten Vergleichspunkt (16) geschaltet ist, – wobei ferner der Ausgang des dritten Temperaturmessorgans (9) sowie der Ausgang des Frischdampfdruckmessorganes (8) mit dem Eingang eines dritten Funktionsgebers (17) verbunden sind, in welchem die Beziehungen zwischen der Speisewassereintrittstemperatur (Θ_e), dem Frischdampfdruck (p) und der Wassereintrittsenthalpie (h_e) festgelegt sind, und der Ausgang des dritten Funktionsgebers (17) als ein zweiter Eingang auf den zweiten Vergleichspunkt (16) geschaltet ist, – wobei ferner der Ausgang des zweiten Vergleichspunktes (16) auf den Eingang eines Maximum-Auswahlorganes (18) geschaltet ist, auf den als weiterer Eingang ein Signal für die auf eine minimale Enthalpie begrenzte Enthalpiedifferenz (Δh_min) geschaltet ist und der Ausgang des Maximum-Auswahlorganes (18) als erster Eingang auf ein Divisionsorgan (19) geschaltet ist und der Ausgang des Luftmengenmessorganes (5) als zweiter Eingang auf das Divisionsorgan (19) geschaltet ist, wobei der Ausgang des Divisionsorganes (19) als zweiter Eingang auf das zweite Multiplikationsorgan (14) geschaltet ist und der Ausgang des zweiten Multiplikationsorganes (14) einerseits auf den Eingang eines ersten dynamischen Verzögerungsgliedes (20) geschaltet ist, dessen Ausgang die Reglerverstärkung (VR) für den Kühllufttemperaturregler (1) liefert, und andererseits als zweiter Eingang auf das erste Multiplikationsorgan (12) geschalten ist, dessen Ausgang das Signal für den angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom (ṁ_FFo) liefert.
2. Einrichtung zur Speisewassermengen-Vorsteuerung eines Kühllufttemperaturreglers (1) für einen Kühlluftkühler (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betrieb der Anlage im ungesättigten Temperaturbereich dem ersten Multiplikationsorgan (12) ein zweiter Additionspunkt (21) nachgeschaltet ist, in welchem dem Signal für den angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom (ṁ_FFo) ein Korrektursignal (Δṁ_FF) zugeführt wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektursignal (Δṁ_FF) den Ausgang eines dritten Multiplikationsorganes (22) darstellt, dessen erster Eingang mit dem Ausgang eines vierten Funktionsgebers (23) verbunden ist, wobei als Eingang des vierten Funktionsgebers (23) die Last (L) dient und im vierten Funktionsgeber (23) die Beziehung zwischen der Last (L) und der Differenz (Δṁ_FF) zwischen dem effektiven Speisewassermengenstrom (ṁ_eff) bei Θ_a = Θ_aSoll und dem angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom (ṁ_FFo) festgelegt ist und der zweite Eingang des dritten Multiplikationsorganes (22) mit dem Ausgang eines fünften Funktionsgebers (24) verbunden ist, wobei als Eingang des fünften Funktionsgebers (24) die Umgebungstemperatur (T_U) dient und im Funktionsgeber (24) die Beziehung zwischen der Umgebungstemperatur (T_U) und der Differenz (Δṁ_FF) zwischen dem effektiven Speisewassermengenstrom (ṁ_eff) bei Θ_a = Θ_aSoll und dem angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom (ṁ_FFo) festgelegt ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektursignal (Δṁ_FF) den Ausgang eines sechsten Funktionsgebers (25) darstellt, in welchem die Beziehung zwischen der Last (L), der Umgebungstemperatur (T_U) und der Differenz (Δṁ_FF) zwischen dem effektiven Speisewassermengenstrom (ṁ_eff) bei Θ_a = Θ_aSoll und dem angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom (ṁ_FFo) bestimmt ist, und auf den als erster Eingang die Umgebungstemperatur (T_U), als zweiter Eingang die Last (L) und als dritter Eingang die in einem dritten Vergleichspunkt (26) und über ein nachgeschaltetes zweites Verzögerungsglied (27) geführte Differenz aus dem Speisewassermengenstrom (ṁ) und dem angenäherten vorgesteuerten Speisewassermengenstrom (ṁ_FFo) geschaltet ist.