DE19748315B4

DE19748315B4 - Verfahren zur Optimierung des Betriebes von fossil befeuerten Kraftwerksanlagen

Info

Publication number: DE19748315B4
Application number: DE19748315.1A
Authority: DE
Inventors: Dr. Benesch Wolfgang; Dr. Händel Georg; Dietmar Gocht; Matthias Lange
Original assignee: Steag Energy Services GmbH
Current assignee: Steag Energy Services GmbH
Priority date: 1996-11-27
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 2014-10-30
Anticipated expiration: 2017-11-01
Also published as: CO5140138A1; DE19748315A1

Abstract

Verfahren zur Optimierung des Betriebs von fossil befeuerten Kraftwerksanlagen, bei dem die wirtschaftlichen Auswirkungen der Änderung ausgewählter Betriebsparameter unter Berücksichtigung des dafür erforderlichen wirtschaftlichen Aufwands ermittelt werden, und auf der Basis von Betriebsmehrkosten entschieden wird, ob, wann und/oder welche Eingriffe während des Betriebs oder Wartungs-, Ertüchtigungs-, Instandhaltungs- und/oder Umbaumaßnahmen bei Betriebsstillstand zur Minimierung der Betriebsmehrkosten vorgenommen werden, wobei der aktuelle Zustand der Anlage auf der Basis von Messwerten, sowie von Berechnungen anhand von Anlagemodellen mit dem durch betriebliche Mittel erreichbaren Zustand verglichen wird, und wobei Verbesserungsmaßnahmen in Abhängigkeit von der Ursache der Betriebsmehrkosten nach einem abgestuften Maßnahmenkatalog eingeleitet werden, der – einen sofortigen Eingriff in den Betriebsablauf, – eine spätere Maßnahme unter Nutzung eines Kurzstillstands – eine spätere Maßnahme unter Nutzung eines Wartungsstillstands und/oder – eine Betriebsunterbrechung für eine Revision umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung des Betriebs 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 entsprechende 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-, Instandhaltungs- und Ertüchtigungsprogramme während des Betriebsablaufs, oder bei Stillstand der Anlage in einem bestimmten, festgelegten Zeitrhythmus vorzunehmen. Derartige herkömmliche Verfahren sind beispielsweise in der EP 0 573 140 A2 oder in A. C. Sommer and R. S. Rand: ”Industrial Powerhouse System Coordination” ISA Transactions Bd. 24, Nr. 4, 1985, Pittsburgh U.S. Seiten 63–71, XP002058618 beschrieben.
Aus den Druckschriften US 4 996 951 A und US 5 347 466 A sind Verfahren zur Optimierung des Betriebs von Kraftwerksanlagen unter Verwendung von Simulationsmodellen bekannt, wobei auch wirtschaftliche Gesichtspunkte berücksichtig sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Kraftwerksanlagen insbesondere wirtschaftlich noch optimaler betrieben werden können. Das Potential der jeweiligen Anlage soll durch Optimierung der Betriebsweise bestmöglich genutzt werden.
Ausgehend von dem bekannten Verfahren wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Verbesserungsmaßnahmen in Abhängigkeit von der Ursache der Betriebsmehrkosten nach einem abgestuften Maßnahmenkatalog eingeleitet werden, der einen sofortigen Eingriff in den Betriebsablauf, eine spätere Maßnahme unter Nutzung eines Kurzstillstand, eine spätere Maßnahme unter Nutzung eines Wartungsstillstands, und/oder eine Betriebsunterbrechung für eine Revision umfaßt.
Zunächst wird der aktuelle Zustand der Anlage auf der Basis von Meßwerten, die von einem Prozeßleitsystem bereitgestellt werden, sowie von Berechnungen anhand von Anlagenmodellen mit dem durch betriebliche Mittel erreichbaren Zustand verglichen. Um diesen insbesondere auch wirtschaftlich optimal möglichen Anlagenzustand zu erreichen, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, Verbesserungsmaßnahmen nach einem abgestuften Maßnahmenkatalog wirtschaftlich zu bewerten. Vorzugsweise umfaßt der Maßnahmenkatalog in Abstufungen einen sofortigen Eingriff in den Betriebsablauf, beispielsweise 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 Einspritzregelkreisen. Je nach dem Ergebnis eines Vergleichs zwischen Aufwand und Nutzen ist es gegebenenfalls vorteilhaft, sofortige Maßnahmen während des Betriebs vorzunehmen oder einen Kurzstillstand für Ertüchtigungsmaßnahmen beispielsweise für das Auswechseln oder Anbringen von Luvo-Dichtleisten zu nutzen, oder es wird ein Wartungsstillstand und/oder eine Betriebsunterbrechung für eine Revision für Ertüchtigungsmaßnahmen oder für größere Umbauten, z. B. Ventilatorertüchtigungen, ausgenutzt.
Der wirtschaftliche Nutzen von Maßnahmen zur Verbesserung des Anlagen-Wirkungsgrades und darüber hinaus der dafür erforderliche wirtschaftliche Aufwand wird festgestellt. In Abhängigkeit vom Vergleich des wirtschaftlichen Nutzens und des wirtschaftlichen Aufwands von bzw. für Verbesserungsmaßnahmen wird entschieden, ob, wann und/oder welche Verbesserungsmaßnahmen vorgenommen werden.
Durch die Verfahrensweise aus dem Vergleich der wesentlichen wirtschaftlichen Auswirkungen der Verbesserungsmaßnahmen und dem dabei zu erwartenden wirtschaftlichen Nutzen einerseits und dem für die Durchführung der Maßnahmen erforderlichen Aufwand ist es möglich, daß Kraftwerksanlagen wirtschaftlich optimal zu betreiben sind.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Verbesserungsmaßnahmen 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. vorzunehmen, wobei jedoch gemäß der Erfindung berücksichtigt und in Erwägung gezogen wird, welcher Aufwand dafür erforderlich ist, beispielsweise wie hoch der Dampfverbrauch (bzw. Druckluftverbrauch) der eingesetzten Rußbläser ist, so daß dadurch eine Abschätzung getroffen werden kann, ob die Wirkungsgrad-Verbesserungsmaßnahmen wirtschaftlich sinvoll 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 Ermittlung und Abschätzung des Aufwands solcher Maßnahmen und/oder der wirtschaftlichen Einbußen bei Betriebsstillstand 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 Verbesserungsmaßnahmen und wenn ja, welche dieser Maßnahmen, und insbesondere auch wann diese – etwa während einer ohnehin erforderlichen Betriebsunterbrechung – vorgenommen werden sollen.
Zum betriebswirtschaftlichen Vergleich des Nutzens von Verbesserungenmaßnahmen gegenüber dem dafür erforderlichen Aufwand muß beispielsweise die Kostenreduzierung durch Verringerung des Luftüberschusses zur Kostensteigerung durch Erhöhung der Zwischenüberhitzer(ZÜ)-Einspritzung in Beziehung gesetzt bzw. bewertet werden. Beispielsweise sind beim Einsatz von Rußbläsern die Dampf- bzw. Druckluftkosten mit den eingesparten Kosten des dadurch verringerten Abgasverlustes zu vergleichen.
Sehr vorteilhaft ist ein Ausführungsbeispiel mit folgenden Verfahrensschritten;

– Ermitteln einer Wirkungsgradabnahme der Anlage durch Vergleich eines Ist-Wirkungsgrads mit dem unter den aktuellen Betriebsbedingungen bestmöglichen (optimalen) Wirkungsgrad,
– Ermitteln der Kosten, die bei Änderungen des Betriebsablaufs und/oder bei Eingriffen während des Betriebsstillstands zur Verbesserung des Anlagen-Wirkungsgrads entstehen,
– Ermitteln der wirtschaftlichen Einbußen, die durch die Wirkungsgradabnahme der Anlage entstehen,
– Vergleichen von Kosten mit den wirtschaftlichen Einbußen 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 Verbrennungsberechnungen, Feuerraummodell, Kesselmodell, Modelle des Wasser-Dampf-Kreislaufs, wobei vorzugsweise diese berechneten Betriebswerte auf gemessenen Betriebswerten, beispielsweise Luft- und/oder Rauchgaswerten, -Stromwerten, basieren.
Diese berechneten und/oder gemessenen Betriebswerte erlauben über die Ermittlung von Kennzahlen wie Kessel- bzw. Anlagenwirkungsgrad hinaus Aussagen u. a. über den Verschmutzungszustand einzelner Heizflächen im Kessel Betriebsoptimierungssysteme, die insbesondere unter Einsatz von Rechnern und EDV-Pragrammen nach dem erfindungsgemäßen 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 Anlagenbetrieb wird vorzugsweise durch iterative Optimierungsrechnungen erreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise dazu geeignet, Primärenergie durch Aufdecken und Nutzen von Betriebsreserven der jeweiligen Anlage einzusparen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch mit großem Vorteil für folgende Anwendungen einsetzbar:

– Bewerten von bekannten Verlustquellen beim Kraftwerksbetrieb und/oder bei Teilbereichen des Krafwerkbetriebs,
– Hinweisen auf Anlagenkomponenten, die vom optimalen Betriebspunkt abweichen, unter Berücksichtigung der im aktuellen Lastfall vorliegenden Randbedingungen,
– Maximierung des Informationsgehalts von Betriebsmeßdaten, und/oder
– Ermittlung fehlerhafter bzw. nicht plausibler Messwerte.

Claims

Verfahren zur Optimierung des Betriebs von fossil befeuerten Kraftwerksanlagen, bei dem die wirtschaftlichen Auswirkungen der Änderung ausgewählter Betriebsparameter unter Berücksichtigung des dafür erforderlichen wirtschaftlichen Aufwands ermittelt werden, und auf der Basis von Betriebsmehrkosten entschieden wird, ob, wann und/oder welche Eingriffe während des Betriebs oder Wartungs-, Ertüchtigungs-, Instandhaltungs- und/oder Umbaumaßnahmen bei Betriebsstillstand zur Minimierung der Betriebsmehrkosten vorgenommen werden, wobei der aktuelle Zustand der Anlage auf der Basis von Messwerten, sowie von Berechnungen anhand von Anlagemodellen mit dem durch betriebliche Mittel erreichbaren Zustand verglichen wird, und wobei Verbesserungsmaßnahmen in Abhängigkeit von der Ursache der Betriebsmehrkosten nach einem abgestuften Maßnahmenkatalog eingeleitet werden, der – einen sofortigen Eingriff in den Betriebsablauf, – eine spätere Maßnahme unter Nutzung eines Kurzstillstands – eine spätere Maßnahme unter Nutzung eines Wartungsstillstands und/oder – eine Betriebsunterbrechung für eine Revision umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Ermitteln einer Wirkungsgradabnahme der Anlage durch Vergleich eines Ist-Wirkungsgrads mit einem optimalen Wirkungsgrad, – Ermitteln der Kosten, die durch Maßnahmen zur Verbesserung 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.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Wirkungsgrad aus Betriebsmeßwerten und/oder berechneten Werten ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Prozeßleitsystem die Betriebsmeßwerte bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Berechnen eine Vielzahl von Betriebswerten Anlagenmodell-Berechnungen umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagenmodelle Verbrennungsvorgänge, Feuerraummodelle, Kesselmodelle, Modelle des Wasserdampfkreislaufs und/oder thermodynamische Bilanzen umfaßt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anwendung zur Bewertung von bekannten Verlustquellen beim Kraftwerksbetrieb und/oder in Teilbereichen des Kraftwerksbetriebs.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anwendung zur Ermittlung fehlerhafter bzw. nicht plausibler Meßwerte.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anwendung zur Kennzeichnung von Anlagen-Komponenten, die unter Berücksichtigung der im aktuellen Lastfall vorliegenden Randbedingungen vom optimalen Betriebspunkt abweichen.