DE19748315A1 - Verfahren zur Optimierung des Betriebes von fossil befeuerten Kraftwerksanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung von fossil befeuerten Kraftwerksanlagen.

Für fossil befeuerte Kraftwerksanlagen sind Verfahren und Systeme bekannt, mit denen die Kraftwerksanlagen während des Betriebs überwacht und der Wirkungsgrad festgestellt wird. Weiterhin sind Verfahren bekannt, um durch entspre­ chende Steuer- und Regelangriffe den Wirkungsgrad von Kraftwerksanlagen während des Betriebs zu verbessern.

Um den Wirkungsgrad von Kraftwerksanlagen zu erhöhen bzw. nicht unter einen Mindestwert abfallen zu lassen, ist es erforderlich, Ertüchtigungs- und Instandhaltungsmaßnahmen durchzuführen, während denen die Kraftwerksanlage außer Betrieb ist. Darüber hinaus ist es üblich, Wartungs-, In­ standhaltungs- und Ertüchtigungsprogramme während des Be­ triebsablaufs, oder bei Stillstand der Anlage in einem bestimmten, festgelegten Zeitrhythmus vorzunehmen.

Die oben beschriebene weitverbreitete Praxis ist ver­ gleichsweise unflexibel und berücksichtigt keine wirt­ schaftlichen Gesichtspunkte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren anzugeben, mit dem Kraftwerksanlagen insbesondere wirtschaftlich optimal betrieben werden können. Das Po­ tential der jeweiligen Anlage soll durch Optimierung der Betriebsweise bestmöglich genutzt werden.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß der wirtschaftliche Nutzen von Maßnahmen zur Verbesserung des Anlagen- Wirkungsgrades und darüber hin­ aus der dafür erforderliche wirtschaftliche Aufwand fest­ gestellt wird, und daß in Abhängigkeit vom Vergleich des wirtschaftlichen Nutzens und des wirtschaftlichen Auf­ wands von bzw. für Verbesserungsmaßnahmen entschieden wird, ob, wann und/oder welche Verbesserungsmaßnahmen vorgenommen werden.

Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise aus dem Ver­ gleich der wesentlichen wirtschaftlichen Auswirkungen der Verbesserungsmaßnahmen und dem dabei zu erwartenden wirt­ schaftlichen Nutzen einerseits und dem für die Durchfüh­ rung der Maßnahmen erforderlichen Aufwand ist es möglich, daß Kraftwerksanlagen wirtschaftlich optimal zu betreiben sind.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Verbesserungsmaß­ nahmen Änderungen des Betriebsablaufs und/oder Eingriffe während des Betriebs oder Wartungs-, Ertüchtigungs- und/oder Umbaumaßnahmen bei Betriebsstillstand. Während des Betriebsablaufs ohne Betriebsstillstand ist es z. B. zur Optimierung des Anlagenwirkungsgrads vorteilhaft, in die Anlagenregelung einzugreifen, beispielsweise Ruß zu blasen oder eine Korrektur des Luftüberschusses usw. vor­ zunehmen, wobei jedoch gemäß der Erfindung berücksichtigt und in Erwägung gezogen wird, welcher Aufwand dafür er­ forderlich ist, beispielsweise wie hoch der Dampfver­ brauch (bzw. Druckluftverbrauch) der eingesetzten Rußblä­ ser ist, so daß dadurch eine Abschätzung getroffen werden kann, ob die Wirkungsgrad- Verbesserungsmaßnahmen wirt­ schaftlich sinnvoll sind und, wenn dies nicht der Fall ist, gegebenenfalls nicht oder erst später durchgeführt werden.

Das gleiche gilt für Wartungs-, Ertüchtigungs- und/oder Umbaumaßnahmen bei Betriebsstillstand. Durch die Ermitt­ lung und Abschätzung des Aufwands solcher Maßnahmen und/oder der wirtschaftlichen Einbußen bei Betriebsstill­ stand und das In-Beziehung-Setzen dieser Ermittlungen mit dem wirtschaftlichen Nutzen durch die dadurch erfolgte Verbesserung des Anlagen- Wirkungsgrads ist es möglich, nicht nur aus verfahrenstechnischer, sondern auch aus wirtschaftlicher Sicht zu entscheiden, ob Verbesserungs­ maßnahmen und wenn ja, welche dieser Maßnahmen, und ins­ besondere auch wann diese -etwa während einer ohnehin er­ forderlichen Betriebsunterbrechung- vorgenommen werden sollen.

Gemäß der Erfindung wird der aktuelle Zustand der Anlage auf der Basis von Meßwerten, die von einem Prozeßleitsy­ stem bereitgestellt werden, sowie von Berechnungen anhand von Anlagenmodellen mit dem durch betriebliche Mittel er­ reichbaren Zustand verglichen. Um diesen insbesondere auch wirtschaftlich optimal möglichen Anlagenzustand zu erreichen, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Er­ findung vorgesehen, Verbesserungsmaßnahmen nach einem ab­ gestuften Maßnahmenkatalog wirtschaftlich zu bewerten. Vorzugsweise umfaßt der Maßnahmenkatalog in Abstufungen einen sofortigen Eingriff in den Betriebsablauf, bei­ spielsweise zur Korrektur des Luftüberschusses, aber auch hinsichtlich der Ausübung des Rußblasens von ausgewählten oder allen Heizflächen, eine Kondensatorreinigung oder auch die Justierung oder Nachjustierung von Einspritzre­ gelkreisen. Je nach dem Ergebnis eines Vergleichs zwi­ schen Aufwand und Nutzen ist es gegebenenfalls vorteil­ haft, sofortige Maßnahmen während des Betriebs vorzuneh­ men oder einen Kurzstillstand für Ertüchtigungsmaßnahmen beispielsweise für das Auswechseln oder Anbringen von Lu­ vo-Dichtleisten zu nutzen, oder es wird ein Wartungs­ stillstand und/oder eine Betriebsunterbrechung für eine Revision für Ertüchtigungsmaßnahmen oder für größere Um­ bauten, z . B. Ventilatorertüchtigungen, ausgenutzt.

Zum betriebswirtschaftlichen Vergleich des Nutzens von Verbesserungsmaßnahmen gegenüber dem dafür erforderli­ chen Aufwand muß beispielsweise die Kostenreduzierung durch Verringerung des Luftüberschusses zur Kostensteige­ rung durch Erhöhung der Zwischenüberhitzer (ZÜ)-Ein­ spritzung in Beziehung gesetzt bzw. bewertet werden. Bei­ spielsweise sind beim Einsatz von Rußbläsern die Dampf- bzw. Druckluftkosten mit den eingesparten Kosten des da­ durch verringerten Abgasverlustes zu vergleichen.

Sehr vorteilhaft ist ein Ausführungsbeispiel mit folgen­ den Verfahrensschritten;

• - Ermitteln einer Wirkungsgradabnahme der Anlage durch Vergleich eines Ist-Wirkungsgrads mit dem unter den ak­ tuellen Betriebsbedingungen bestmöglichen (optimalen) Wirkungsgrad,
• - Ermitteln der Kosten, die bei Änderungen des Betriebs­ ablaufs und/oder bei Eingriffen während des Betriebs­ stillstands zur Verbesserung des Anlagen- Wirkungsgrads entstehen,
• - Ermitteln der wirtschaftlichen Einbußen, die durch die Wirkungsgradabnahme der Anlage entstehen,
• - Vergleichen von Kosten mit den wirtschaftlichen Einbu­ ßen und
• - Entscheiden auf der Grundlage dieses Vergleichs, ob, wann und/oder welche Maßnahmen vorgenommen werden.

Vorteilhafterweise werden die Ist-Wirkungsgrade (Kessel und Block) aus Betriebsmeßwerten und berechneten Werten ermittelt. Vorzugsweise werden die Informationen über den Prozeßzustand von einem Prozeßleitsystem bereitgestellt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das Berechnen der Betriebswerte Anlagemodell-Berechnungen umfaßt. Die Anlagemodelle sind dabei vorzugsweise Verbrennungs­ berechnungen, Feuerraummodell, Kesselmodell, Modelle des Wasser- Dampf- Kreislaufs, wobei vorzugsweise diese be­ rechneten Betriebswerte auf gemessenen Betriebswerten, beispielsweise Luft- und/oder Rauchgaswerten,- Stromwer­ ten, basieren.

Diese berechneten und/oder gemessenen Betriebswerte er­ lauben über die Ermittlung von Kennzahlen wie Kessel- bzw. Anlagenwirkungsgrad hinaus Aussagen u. a. über den Verschmutzungszustand einzelner Heizflächen im Kessel Be­ triebsoptimierungssysteme, die insbesondere unter Einsatz von Rechnern und EDV-Programmen nach dem erfindungsgemä­ ßen Verfahren arbeiten, sind vorzugsweise unabhängig vom Prozeßleitsystem der Anlage. Das Prozeßleitsystem stellt lediglich die für die Auswertungs- und Betriebswerte-Rechnungen erforderlichen Meßwerte bereit.

Die Ermittlung der erhöhten Betriebskosten der aktuellen Fahrweise im Vergleich zum wirtschaftlich optimalen Anla­ genbetrieb wird vorzugsweise durch iterative Optimie­ rungsrechnungen erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise dazu ge­ eignet, Primärenergie durch Aufdecken und Nutzen von Be­ triebsreserven der jeweiligen Anlage einzusparen. Das er­ findungsgemäße Verfahren ist jedoch auch mit großem Vor­ teil für folgende Anwendungen einsetzbar:

• - Bewerten von bekannten Verlustquellen beim Kraft­ werksbetrieb und/oder bei Teilbereichen des Kraftwerkbe­ triebs,
• - Hinweisen auf Anlagenkomponenten, die vom optimalen Be­ triebspunkt abweichen, unter Berücksichtigung der im ak­ tuellen Lastfall vorliegenden Randbedingungen,
• - Maximierung des Informationsgehalts von Betriebsmeßda­ ten,
• - Ermittlung fehlerhafter bzw. nicht plausibler Meß­ werte.

Claims (12)

1. Verfahren zur Optimierung des Betriebs von fossil befeuerten Kraftwerksanlagen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die wirtschaftlichen Auswirkungen der Änderung ausgewählter Betriebsparameter unter Berücksichtigung des dafür erforderlichen wirt­ schaftlichen Aufwands ermittelt werden, und auf der Basis dieser Betriebsmehrkosten entschieden wird, ob, wann und/oder welche Maßnahmen zur Minimierung der Betriebsmehrkosten vorgenommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahmen Eingriffe während des Betriebs oder Wartungs- Ertüchtigungs-, Instandhaltungs- und/oder Umbaumaßnahmen bei Betriebsstillstand sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekenn­ zeichnet, daß Verbesserungsmaßnahmen nach einem ab­ gestuften Maßnahmenkatalog in Abhängigkeit von der Ursache der Betriebsmehrkosten eingeleitet werden können.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Maßnahmenkatalog

• - einen sofortigen Eingriff in den Betriebsablauf,
• - eine spätere Maßnahme unter Nutzung eines Kurz­ stillstand und/oder
• - eine spätere Maßnahme unter Nutzung eines Wartungsstillstands oder einer Betriebsunter­ brechung für eine Revision umfaßt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• - Ermitteln einer Wirkungsgradabnahme der Anlage durch Vergleich eines Ist-Wirkungsgrad mit einem optimalen Wirkungsgrad,
• - Ermitteln der Kosten, die durch Maßnahmen zur Ver­ besserung des Anlagenwirkungsgrads bei Änderung des Betriebsablaufs und/oder bei Eingriffen während des Betriebsstillstands entstehen,
• - Ermitteln der wirtschaftlichen Einbußen, die durch die Wirkungsgradabnahme der Anlage entstehen,
• - Vergleichen der Kosten mit den wirtschaftlichen Einbußen und
• - Entscheiden auf der Grundlage dieses Vergleichs, ob, wann und/oder welche Maßnahmen vorgenommen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist- Wirkungsgrad aus Betriebsmeßwerten und/oder berechneten Werten ermittelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Prozeßleitsystem die Betriebsmeß­ werte bereitstellt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Berechnen eine Vielzahl von Be­ triebswerten Anlagenmodell- Berechnungen umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagenmodelle Verbrennungsvorgänge, Feuer­ raummodelle Kesselmodelle, Modelle des Wasserdampf­ kreislaufs und/oder thermodynamische Bilanzen um­ faßt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anwendung zur Bewertung von bekannten Verlustquellen beim Kraftwerksbetrieb und/oder in Teilbereichen des Kraftwerksbetriebs.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anwendung zur Ermittlung fehlerhafter bzw. nicht plausibler Meßwerte.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anwendung zur Kennzeich­ nung von Anlagen-Komponenten, die unter Berücksich­ tigung der im aktuellen Lastfall vorliegenden Rand­ bedingungen vom optimalen Betriebspunkt abweichen.