DE2509344C3

DE2509344C3 - Verfahren und Anordnung zur automatischen Regelung einer Kessel-Turbinen-Einheit

Info

Publication number: DE2509344C3
Application number: DE2509344A
Authority: DE
Inventors: James Hulet North Wales Pa. Daniels (V.St.A.)
Original assignee: Leeds and Northrup Co
Current assignee: Leeds and Northrup Co
Priority date: 1974-03-06
Filing date: 1975-03-04
Publication date: 1980-01-31
Also published as: FR2333948A1; JPS50121645A; AU7885875A; DE2509344B2; FR2333948B1; US3896623A; DE2509344A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Regelanordnung der im Oberbegriff des Patenlan^ sprüchs I bzw, des Patentanspruchs 4 beschriebenen, aus der US'PS35 45 207 bekannten Art.

Hcrkömmlicherweise wird bei der Regelung Von Kessel-Turbiriein'Einheiteil in Kraftwerken der Dampfdurchsatz variiert. Daher ändert sich die Generatorleistung mit der zugeführten Dampfmenge. Dies geschieht dadurch, daß eine Gruppe von Turbinen-Eingangsventilen vorgesehen ist, die je nach Aufbau der Turbine sequentiell oder parallel arbeiten. Der Dampfdruck wird konstant gehalten, die zugeführte Dampfmenge ist von der Ventilstellung abhängig.

Die Kessel-Turbinen-Einheit kann durch Änderung des Drucks geregelt werden, wobei die Stellung des Einfaßventils entweder fest bleibt oder erforderlichenfalls geändert wird, um die Leistung oder andere Einstellbedingungen aufrechtzuerhalten. Dampfstrom und erzeugte Leistung werden durch Änderung des Drosseldrucks verändert Bei steigendem Druck steigt ^lf die Leistung, umgekehrt nimmt sie bei abnehmendem Druck ebenfalls ab. Üblicherweise werden die Turbinenventile so verwendet, daß sich ein unmittelbares Übergangsverhalten oder Ansprechen auf die Belastung ergibt, wobei das letzte Erfordernis durch automatische Regelung der Kessel-Eingangsgrößen vorgegeben wird, so daß Arbcits- oder Drosseidruck ein bestimmtes Erfordernis erfüllen. Es besteht daher die Neigung, daß die Turbinen-Steilventile in einer Stellung verbleiben, wenn sich die Leistung innerhalb des Belastungsbereichs ändert, der durch das Erfordernis zur Verstellung des Drosseldrucks bestimmt wird. Dabei wird der Soll-Drosseldruck ^o programmiert, daß das Turbinen-Stellventil auf einer bestimmten gewünschten öffnungsweite verbleibt. Hierdurch sollen die thermischen Beanspruchungen möglichst gering gehalten werden, sie sind jedoch trotzdem noch verhältnismäßig hoch.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur automatischen Regelung einer Kessel-Turbinen-Einheit anzugeben, bei denen der Drosseldruck in einem begrenzten Bereich veränderlich ist.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren bzw. der gattungsgemäßen Regelanordnung erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch I b/w. Patentanspruch 4 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise kann der Sollwert des Drosseldrucks so verändert werden, daß die Abweichung zwischen Soll- und tstweri der Turbinentemperatur minimal ist, so daß die thermischen Beanspruchung^-' infolge Temperaturschwankungen praktisch unbeachthch sind.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Regelanordnung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 und 3 b/w. 5 bis 8.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild einer Regelanordnung für Kessel-Turbinen Einheiten /ur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

F i g 2 das Blockschaltbild einer gegenüber Fig. I abgewandelten Regelanordnung;

Fig 5 das Blockschaltbild eines gegenüber Fig. I abgewandelten Teils der Regelanordnung; und

Fig.4 das Blockschallbild eines abgewandelten AUsführungsbeispieis der Regelanordnung der F ί g, 3.

Der in Fig. I gezeigte kessel 10 Ist mit den üblichen Speiseleitungen, nämlich einer Brennstoffleitung 12 und einer Luftleitung 16 versehen. Brennstoff und Luft werden am Brenner 14 vermischt und verbrannt, so daß dem Kessel die notwendige Wärme zugeführt wird, Das Speisewasser wird durch eine Leitung 18 zugeführt, Der

über die Luftleitung 16 zugefohrte Luftdurchsatz wird mittels eines Reglers 22 und eines Ventils 20 eingestellt. Der Regler 22 besteht hier aus einem PI-Regler. Der Luftdurchsatz durch die Luftleitung 16 wird durch einen Durchflußmesser 24 gemessen, der über zwei Anzapfungen auf den Druckunterschied an einer Drosselstelle 26 anspricht

Der Brennstoffdurchsatz durch die Brennstoffleitung 12 wird übe- ein Ventil 30 mittels eines Reglers 32 geregelt, der ähnlich dem Regler 22 ist Der Brennstoffdurchsatz wird mittels eines Durchflußmessers 34 gemessen, der auf den Druckunterschied an einer Drosselstelle 36 anspricht

Der Durchsatz durch die Speisewasserleiiung 18 wird durch ein Ventil 40 eingestellt das von einem '5 nichtgezeigten Regler gesteuert wird. Dieser regelt die Speisewasserzufuhr in bekannter Weise.

Der vom Kessel in der Ausgangs-Dampfleitung 60 erzeugte Dampfdruck P₁, der als Drosseldruck bezeichnet wird, wird mittels eines Druckmeßgerätes 62 über eine Zweigleitung 64 gemessen, die an die Ausgangs-DampHeitung 60 angeschlossen ist Bei der Regelanordnung der Fig. 1 muß ferner eine den Dampfctrom zur Turbine wiedergebende Messung ausgeführt werden. Hierzu kann der Dampfdruck direkt gemessen werden oder es kann der Druck in der ersten Stufe der Turbine oder in einer anderen geeigneten Stufe gemessen werden. Der dabei gewonnene Meßwert steht in Beziehung zum Dampfdurchsatz durch die Turbine. Gemäß F i g. 1 wird der Dampfdruck P\ in der ersten jo Stufe der Turbine durch ein Druckmeßgerät 70 gemessen, das über eine Zweigleitung 72 mit der ersten Stufe der Turbine 68 verbunden ist.

In der ersten Stufe wird ferner auch eine Temperaturmessung durchgeführt Dies geschieht durch ein Thermoelement, das über eine Leitung 83 an einen Übertrager 85 angeschlossen ist, der auf einer Leitung 87 ein der Temperatur in der ersten Stufe der Turbine entsprechendes Signal erzeugt.

Gemäß . ig. I wird der Dampf vom Kessel 10 über -to ein Turbinen-Regelventil 90 der Turbine 68 zugeführt Das Ventil 90 stellt die normalerweise verwendete Ventilgruppe dar. Die Turbine 68 ist mechanisch mn einem Generator 74 gekuppelt Die elektrische Energie wird auf Leitungen 76 abgegeben. Die Ausgangsleistung *"> auf den Leitungen 76 wird mittels eines Wattmeters 80 gemessen Als Ausgangssignal des Wattmeters 80 erscheint auf einer Leitung 81 ein Signal, das ein Maß für die tatsächliche Ausgangsleistung (7, des Generators G ist. Der Sollwert der Ausgangsleistung des Generators v> 74 wird an einer Klemme 82 mittels eines Signals Gd vorgegeben.

Das Steuergerät 86 ist mechanisch über eine Kupplung 84 mit der Turbine 68 und dem Generator 74 gekuppelt. Das Steuergerät 86 steuert über die '·'> Kupplung 88 die Stellung des Turbinen-Regelventils 90. das seinerseits den Dampfdurchsatz zur Turbine 68 steuert. Das Steuergerät 86 wird über Leitungen 91 und 92 gesteuert, so daß es die Öffnungsweite des Ventils 90 Vergrößert oder verkleinert und sich der Dampfdurch f>n satz so ändert, daß der Istwert G₃ auf der Leitung 81 miueis eines Reglers 100 auf Sollwert (!/,/gehalten wird.

Gemäß Fig. 1 werden dem Steuergerät 86 über die Leitungen 91 und 92 Steuersignale zugeführt, die durch einen Vergleich der Signale Gd Und G, in einem Komparator 96 erzeugt werden, Die Differenz zwischen den beiden Signalen v/j/d dann über eine Leitung 98 dem Regler 100 als Eingangssignal zugeführt Der Regler 100 ist als PI-Regler aufgebaut Er kann auf seinen beiden Ausgangsleitungen 91 und 92 elektrische Impulse erzeugen, deren Dauer von der vom Regler geforderten Größe der schrittweisen Steuerung abhängig ist

In dieser Weise wird also die elektrische Ausgangsleistung des Generators 74 entsprechend dem an der Klemme 82 zugeführten Sollwert Gd geregelt Es sei nun beschrieben, wie die dem Kessel 10 zugeführte Energie so geregelt wird, daß sich der gewünschte Dampfdruck P₅ ergibt Das Signal P₁ wird durch ein Regelsystem so modifiziert, daß in der ersten Stufe der Turbine oder einer beliebigen anderen Stelle der Turbine eine gewünschte Temperatur aufrechterhalten wird.

Das auf einer Leitung 108 erzeugte Signal gibt die von der Turbine geforderte Leistung wieder. Dieses Signal entsteht durch Teilung des gemessenen Drucks P\ der ersten Stufe der Turbine 68 durch den gemessenen Drosseldruck P_t in einer Divisionsstufe 114 Dieses Signal (P\IPt) wird über eine eitung 116 einer Muitipükaiionsstufe i39 zugfühn unu r ii dem Signal P₁ aus der Leitung 117 multipliziert das den Sollwert des Drosseldrucks darstellt

Das Signal auf der Leitung 117 entsteht durch ein Regelsystem. Gemäß Fig. 1 enthält das Regelsystem zur Bildung des Signals auf der Leitung 117 eine Quelle, die auf einer Leitung 125 den Sollwert der Temperatur der ersten Stufe vorgibt Der Sollwert auf der Leitung 125 wird mittels eines Komparators 12ö mit dem Istwert der Temperatur der ersten Stufe auf der Leitung 87 verglichen. Das vom Komparator 126 erzeugte Fehlersignal auf der Leitung 127 stellt die Abweichung der Temperatur Ts der ersten Stufe vom Sollwert dar. Diese Abweichung soll mit Hilfe des Reglers 122 auf Null gebracht werden. Der Regler 122 hat Pl-Verhalten. Das Regelsystem zur Erzeugung des Signals P₁ auf der Leitung 117 soll also in erster Linie auf eine Abweichung zwischen den Signalen auf den Leitungen 125 und 87 ansprechen, so daß diese Signale durch den Regler 122. der das Signal P, auf der Leitung 117 vorgibt, möglichst gl.ichgehalten werden. Der Regler 122 ändert über da> Kessel-Eingangsregelsystem den Dampfdruck in der Ausgangs-Dampfleitung 60. so daß die Temperatur T₁ in der ersten Stufe sich entsprechend, d. h. in Richtung auf den Sollwert ändert.

Das Ausgangssignal des Reglers 122 auf der Leitung 121 wird dann dem Eingang einer Begrenzerschaltung 130 zugeführt Diese enthält eine Einrichtung zur Begrenzung des Ausgangs, nämlich des Signals P_s, das den Druck-Sollwert wiedergibt, auf der Leitung 117, auf einen maximalen und minimalen Wert sowie zur Begrenzung der Geschwindigkeit, mit der sich der Wert änd^prt.

Das P₁ ändert sich also infolge der Arbeitsweise des Reglers 122 innerhalb eines begrenzten Bereichs und mit einer begrenzten Geschwindigkeit so daß stet·, versucht wird, die Temperatur der ersten Stufe gleich dem auf der Leitung 125 vorgegebenen Sollwert zuhalten.

Das Kessel-Leistungssignal oder -regelsigna! auf der Leitung 108 wird entsprechend der Abweichung des Drosseldrucks P_t vom Sollwert P₅ geändert. Diese Änderung erfolgt mit Hilfe des Ausgangssignals des Druckmeßgeräts 62, das Über eine Leitung 140 einem Eingang eines Komparator 141 zugeführt wird, dessert anderem Eingang über eine Leitung 143 das Sollwertsignal Ps zugeführt wird. Der Vergleich im Komparator 141 führt zu einem Signal auf der Leitung Ϊ45, das die

darstellt. Das Signal auf der Leitung 145 wird dem Eingang des Reglers 142 zugeführt. Der Regler 142 hat PID-Verhalten. Er gibt auf der Ausgangsleitung 144 ein Signal ab, das mittels einer Summationseinheit 150 zu dem Signal auf der Leitung 108 hinzuaddiert wird. Das Ausgangssignal der Summationseinheit 150 entsteht auf einer Leitung 154, das ein modifiziertes, die erforderlichen Kessel-Eingangsgrößen wiedergebendes Regelsignal darstellt. Gemäß Fig; 1 wird das Signal auf der Leitung 154 zur Regelung der Eingangsleistung zum Kessel 10 verwendet.

Das Signal auf der Leitung 154 gibt den zur Aufrechterhaltung des gewünschten Druckes in der Ausgangs-Dampfleitung 60 erforderlichen Brennstoffdurchsatz zum Kessel 10 wieder. Das Signal auf der Leitung 154 wird über eine Leitung 180 einem Komparator 182 zugeführt, wo es mit dem von Durchflußmesser 34 erzeugten Kraftstoffstrom-Istwertsigna! auf der Leitung 184 verglichen wird. Der Komparator 182 erzeugt ein Fehlersignal auf einer Leitung 186, die an den Eingang des Reglers 32 angeschlossen ist. Dieser steuert das Ventil 30 derart, daß der Brennstoffdurchsatz in der Brennstoffleitung 12 auf einem Wert gehalten wird, der dem durch das Signal auf der Leitung 180 vorgegebenen, erforderlichen Brennstoffdurchsatz entspricht

Das gewünschte Verhältnis zwischen dem Brennstoff- und dem Luftdurchsatz wird normalerweise entsprechend dem Sollwertsignal für das gewünschte Brennstoff/Luftverhältnis geregelt, das über eine Leitung 192 einer Multiplikationsschaltung 190 zugeführt wird. Das Ausgangssignal von der Multiplikationsschaltung 190 auf der Leitung 204 gibt den erforderlichen Luftdurchsatz durch die Leitung 16 wieder, der erforderlich ist, um das gewünschte Brennstoff/Luft-Verhältnis aufrechtzuerhalten, wenn der Brennstoffdurchsatz in der Leitung 12 entsprechend dem Signal auf der Leitung 180 ist.

Das Signal auf der Leitung 204 wird mit dem Signal auf der Leitung 206 verglichen, das vom Durchflußmesser 24 erzeugt wird und den Durchsatz durch die Stufe ändert, dient somit der Regler 122 dazu, die vom Kessel abgegebene Dampfmenge durch Änderung seines Arbeitsdrucks P₁ zu ändern. Durch den geänderten Arbeitsdruck wird die erzeugte Leistung geändert;

wodurch das Ventil 90 mittels des Reglers 100 zurückgestellt wird. Hierdurch wird die Temperatur T, der ersten Stufe auf ihren gewünschten Werf zurückgeführt. Damit der Sollwert der Temperatur der ersten Stufe innerhalb eines vernünftigen Bereichs gehalten

ίο wird, wenn sich die Drosseltemperatur über einen weiten Bereich ändert, kann die Anordnung der F i g. 2 verwendet werden. Gemäß F i g. 2 ändert das Signal auf der Leitung 124 über den Komparator 123 den Sollwert Τ,ο. der vom Signal auf der Leitung 120 wiedergegeben

(5 wird, so daß der gewünschte Wert oder das effektive Sollwertsignal auf der Leitung 125 entsteht. Zur Erzeugung dieses Signals auf der Leitung 124 wird die Drosseltemperatur T, mit einem Sollwert T, ο verglichen. Die Drosseltemperatur wird in der Dampfleitung 60 beispielsweise mittels eines Thermoelements an einem Punkt 65 gemessen. Das Thermoelement ist über eine Leitung 69 mit einem Übertrager 67 verbunden. Der Übertrager 67 erzeugt auf einer Leitung 71 ein Signal, das die Drosseltemperatur T₁ wiedergibt. Das Signal auf der Leitung 71 wird im Komparator 128 mit dem Signal auf d?r Leitung 129 verglichen, das den Sollwert T₁₀, den gewünschten Wert für T, wiedergibt. Das Ausgangssignal des Komparators 128 auf der Leitung 131 gibt die Abweichung von T₁ gegenüber Τ,ο wieder. Das Signal auf der Leitung 131 erzeugt einen Spannungsabfall an einem Potentiometer 133, der der Differenz T,-Τ,ο entspricht Am Schleifer 133a des Potentiometers 133 wird das gewünschte Potential für die Leitung 124 abgegriffen, wodurch das Signal auf der Leitung 120 in der gewünschten Weise kompensiert wird. Die Einstellung des Schleifers 133a wird empirisch bestimmt. Die Einstellung erfolgt durch einen Einstellknopf 1336.

F i g. 3 zeigt eine Anordnung mit einem programmierten Drosseldruck-Sollwert wie er oben im Zusammenhang mit dem Stand der Technik erwähnt wurde. Gemäß F i g. 3 wird jedoch der Sollwert durch das

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mittels eines Komparators 208 mit dem Signal auf der Leitung 204 verglichen. Das Ausgangssignal des Komparators 208 auf der Leitung 210 stellt das Fehlersignal dar, das dem Regler 22 zugeführt wird. Dieser verstellt das Ventil 20 und ändert den Luftdurchsatz in der Leitung 16 so, daß der Luftdurchsatz möglichst genau entsprechend dem Signal auf der Leitung 204 gehalten wird.

Im eingeschwungenen Zustand des Systems liegt die Temperatur der ersten Stufe der Turbine 68 normalerweise auf einem Wert, der dem vom Signal auf der Leitung 125 wiedergegebenen entspricht Wenn sich beispielsweise Gd ändert, steuert der Regler 100 das Steuergerät 86, das seinerseits die öffnungsweite des Ventils 90 in einer Richtung ändert, in der sich der Dampfdurchsatz zur Turbine 68 so ändert, daß das Ausgangssignal G_M des Generators geändert wird, so daß es gleich dem neuen Wert G_a ist Durch die Änderung der Stellung des Ventils 90 ändert sich das Verhältnis P\IPt, so daß sich das Leistungs- oder Regelsignal PiPJPt auf der Leitung 108 in ähnlicher Weise ändert Hierdurch ergibt sich eine unmittelbare Änderung der Kessel-Eingangsgrößen, Während das Belastungsregelsystem das Steuergerät 86 so regelt, daß sich die erzeugte Leistung durch Änderung der Stellung des Ventils 90 und damit der Temperatur der ersten tu gcaituci ι uuci wigc-

spannt Das Ausgangssignal des Reglers 122 auf der Leitung 121 wird mittels des Komparators 222 dem Signal auf der Leitung 220 hinzuaddiert Dieses Signal wird über eine Leitung 121a der Begrenzerschaltung 130 zugeführt die den Drosseldruck-SoIIwert P_s erzeugt Das über die Leitung 220 hinzuaddierte Signal ist der programmierte Sollwert der mittels eines Funktionsgenerators 224 erzeugt wird. Diesem wird übe·· eine Leitung 226 das Signal Gdzugeführt, das an der Klemme 82 abgegeben wird und die gewünschte Leistung darstellt Durch diese Anordnung wird- der programmierte Drucksollwert so programmiert, daß die Temperatur der ersten Stufe in der oben beschriebenen Weise auf ihren gewünschten Wert gebracht wird.

F i g. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Anordnung der F i g. 3, wobei der Regler 122 und sein Eingangssignal von der Leitung 127 durch ein Signal auf der Leitung 121 ersetzt ist, das zur Abweichung der Drosseltemperatur, die vom Übertrager 67 auf der Leitung 71 vorgegeben wird, vom Drosseltemperatur-Sollwert 7o in Beziehung steht, der auf der Leitung 129 erzeugt wird. Die Differenz zwischen der Drosseltemperatur T- und dem Sollwert 7o wird als Ausgangssignal des Komparators 128 auf der Leitung 131 erhalten. Das Signal auf der Leitung 131 wird mittels einer Multiplikationsschaltung 230 mit einer Konstanten K

.multipliziert, die als MaÖstnbsfaklor dienL Von der Mülliplikatiöhsschaltung 230 wird auf die Leitung 121 ein Signal abgegeben, das die Abweichung der Temperatur der ersten Stufe der Turbine vom gewünschten Wert anzeigt, der aus einer Drosseltempe'

falupÄbweichung vom Wert 7", ο resultiert, der bei der Erzeugung des prdgrafhmicrtenjim Funktiorisgenerator 224 erzeugten DrucksoÜweftS vorausgesetzt oder vorweggenommen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

25 no \jz>ο a a JTt Patentansprüche:

1. Verfahren zur automatischen Regelung einer Kessel-Turbinen-Einheit, bei dem der Dampfdruck der Turbine entsprechend dem Leistungsbedarf geregelt wird, und bei dem das Verhältnis (P\/P,) aus Ist-Dampfdruck in der Turbine und Ist-Dampfdruck in der Ausgangs-Dampfleitung des Kessels zur Regelung der Brennstoff- und Luftzufuhr zum FCessel herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal aus Soll- und Istwertvergleich der Turbinentemperatur über eine Begrenzerschaltung (130) geführt und mit dem Verhältnis aus Ist-Dampfdruck in der Turbine und Ist-Dampfdruck in der Ausgangs-Dampfleitung des Kessels multipliziert wird (F i g. i).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-Temperatur (T,) in der Ausgangs Dampfleitung des Kessels mit einem Sollwert (T. o) verglichen und das Fehlersigna! zur Korrektur des Sollwertsignals der Temperatur in der Turbine herangezogen wird (F i g. 2).

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal des Begrenzers (130) von einem vom Sollwert (Gd) des Leistungsbedarfs abgeleiteten Signal überlagert wird (F i g. 3).

4. Regelanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mii einer Leistungs-Regelstrecke und mit einer Divisionsstufe, mit der der Turbinendruck durch den Ausgangsdruck des Kessels teilbar ist und dessen Ausgangssignal zur Regelung der Brennstoff- und Luftzufuhr zum Kessel dient, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (126) zum Vergleich von Ist· jnd Soll-Temperatur der Turbine, an die ein Begrenzer (130) angeschlossen <st, und durch eine Multiplikationsstufe (139) zur Multiplikation des Ausgangssignals der Divisionsstufe (114) mit dem Ausgangssignal des Begrenzers.

5. Regelanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Begrenzer (130) ein Regler (122) vorgeschaltet ist.

6. Regelanordnung nach Anspruch 4 oder 5. gekennzeichnet durch einen Temperaturfühler (65, 67) in der Ausgangs-Dampfleitung (60) des Kessels (10). dessen Ausgangssignal mit einem Sollwert (T, o) im Komparator (128) vergleichbar und auf das Temperatur-Sollsignal aufschaltbar ist (F i g. 2).

7 Regelanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine an das Leistungsbedarfssignal angeschlossene Funkiionsstufe (224). deren Ausgangssignal auf das Eingangssignal des Begrenzers (130) abgeschaltet ist

8. Regelanordnung nach den Ansprüchen 4. 6 und 7. dadurch gekennzeichnet, daß dem Komparator (128) eine Multiplikationsstufe (230) zur Multiplika tion des Fehlersignals mit einer Konstanten nachgeschaltct ist