DE2605689C2 - Verfahren zur Sollwertführung der Dampftemperatur zum Anfahren von Turbine und Dampferzeuger bei Blockkraftwerken - Google Patents

Verfahren zur Sollwertführung der Dampftemperatur zum Anfahren von Turbine und Dampferzeuger bei Blockkraftwerken

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DE2605689C2
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    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
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Description

TES = TMM + TSS +TA + TDMN ■ PnImax(P, Pmin)
bestimmt wird, wobei
's TA den durch die Maschinendaten gegebenen Temperaturabfall von Eintritt Turbine bis
Sondenmeßstelle,
P die Last,
Pmin den Minimalwert der Last,
Pn die Nennlast
TDMN den gemessenen Temperaturabfaü DampfmetaH bei Nennlast Pn und
MAX (P, Pmin) den Höchstwert der beiden Größen Pund Pmin bedeuten,
daß eine Prognose der mittleren zeitlichen Belastungsänderung gemäß der Beziehung BG = 100 - GMZI[TDEL(I + ATM ■ TKJ\
berechnet wird, wobei
BG = dP/dt
die mittlere zeitliche Belastungsänderung,
GAiZ die als Quotient aus dem auf den Sollwert TSS geregelten Sondenmeßwert und einer durch Abmessung und Materialkonstante der Sonde gegebenen charakteristischen Zeitkonstante ZKS errechnete, bei einer vorgegebenen Bezugstemperatur zulässige mittlere zeitliche Metalltemperaturänderung,
TDEL die von der Metalltemperatur TM während des Anfahrens durchlaufene Temperaturdifferenz, A TM die errechnete Abweichung des Mittelwertes der mittleren Metalltemperatur va> der Bezugstemperatur (300° C) und
TK den kombinierten mittleren Temperaturkoeffizienten der Wärmeausbreitung bedeuten und
daß die Prognose (BG) sowohl dem Lastverteiler zu- als auch in den Hochfahrregler zur Steuerung des Lastsollwertes eingeführt wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sollwertführung der Dampftemperatur beim Anfahren von Turbine und Dampferzeuger bei Blockkraftwerken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise bekannt aus einem Artikel von H. Handschuh, et al, »Führung großer Blockkraftwerke« in der Zeitschrift »Regelungstechnisch" Praxis und Prozess-Datentechnik«, Heft 3, 1973, Seiten 53-59. Mit dem bekannten Verfahren wird beim Anfahren von Dampfturbinen, insbesondere bei anfänglich tiefen Metalltemperaturen (Kaltstart) durch geeignete Steuerung des Dampfdurchsatzes bzw. der Dampftemperatur dafür gesorgt, daß die stationären Wärmespannungen in den dickwandigen Metallteilen der Turbine
sichere Grenzen nicht überschreiten. Andererseits sollen die zulässigen Werte voll ausgenützt werden, damit die Anfahrdauer kurz ist und die Energieverluste dabei niedrig gehalten werden. Darüber hinaus soll die Lastaufnahme der Turbogruppe während des Anfahrens möglich linear ansteigen und gleichzeitig mit der Dampftemperatur ihren Endwert erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren vor allem im Hinblick auf die zuletzt genannten Anforderungen zu optimieren. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Die Erfindung macht sich unter anderem die Erkenntnis zunutze, daß die Dampftemperatur und die Oberflächentemperatur der Turbine nicht gleich sind und lehrt, daß gerade die effektiv bestehende Differenz zwischen der Dampftemperatur und der Oberflächentemperatur eine maßgebende und zudem lastabhängige Größe ist,
welche mit besonderem Vorteil zur Optimierung des Anfahrvorgangs herangezogen werden kann.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist im wesentlichen darin zu sehen, daß unter allen Umständen die thermische Beanspruchung der Turbine voll ausgeregelt ist und zwar vorzugsweise dadurch, daß die Dampftemperatur des Dampferzeugers bei Lastanstieg angepaßt wird, daß aber ständig zusätzlich der Eingriff der
Lasiregelung durch den Hochfahrregler besteht
Durch die erfindungsgemäße Sollwertführung der Dampftemperatur ist ein linearer Lastanstieg, dessen Steilheit überdies im Startmoment bestimmbar und deshalb voraussagbar ist, möglich.
Die Erfindung sei jetzt unter Zuhilfenahme der einzigen F i g. beispielsweise näher erläutert.
Wie aus »Brown Boveri Mitteilungen« 45 (1958), Heft 7/8, S. 339 hervorgeht, resultieren beim Anfahren von Dampfturbinen, d. h. beim Anwärmen dickwandiger Metallteile während der ganzen Dauer dieses Vorganges gleichmäßige Beanspruchungen unter der Bedingung, daß die Oberflächentemperaiur TMO zuerst mi; einem Sprung und danach mit einer entsprechenden Rampe ansteigt Die mittlere Metalltemperatur TMM wird dabei von Beginn an rampenförmig verlaufen.
Bei bekannten Verfahren ist eine Anfahrsonde vorgesehen, die den Wert TS - TMO- TMM mißt welcher Wert für die Beanspruchung der Turbine repräsentativ ist; der Wert TS wird mit dem Hochfahrregler (Belastungsregler) durch Steuerung des Dampfdurchsatzes auf dem Sollwert TSS gehalten. Damit ist auch der in die Sonde fließende Wännestrom QSkonstant.
Auf dieser Grundlage kann der für die Dampftemperatur-Sollwertführung benötigte Sollwert TES der Eintritt-Dampftemperatur unter Zuhilfenahme entsprechender Rechen- und Meßeinheiten auf einfache Weise berechnet werden.
Bezeichnet man mit TA den Temperaturabfall zwischen Turbineneinlaß und Sondenmeßstelle und mit TDM denTernperaturabfall Dampf — Metall, so folgt
TES = TMM + TSS + TDM +TA,
wobei TMMgemessen wird und 7SSund TA durch die Maschinendaten gegebene Größen sind. TDMhängt von der Wärmeübergangszahl Dampf — Metaif und dem durch die Grenzschicht fließenden Wärmestrom QSab, der nach obigem konstant ist Nach »Brown Boveri Mitteilungen« 45 (1958), Heft 7/8, Seite 341, Bild 5. ist die Wärmeübergangszahl oejaco eine Funktion der Last Für die Pnais kann eine lineare Beziehung angenommen werden. Bezeichnet man mit TDMNden Temperaturabfall Dampf — Metall bei der Nennlast Pn, so folgt für die Last/7:
TDMN ■ PJP.
Zur Vermeidung des mitunter sehr unerwünschten Effektes, daß zuerst eine hohe, dann durch ein Minimum gehende und darauf erst wieder ansteigende Dampftemperatur verlangt wird, muß P vor dem Einsetzen in die Tcmperatursollwert-Berechnung auf den Minimaiwert /Wv begrenzt werden. Somit wird:
TES = TMM +TSS+TA+ TDMN ■ PnZMAX(P, PMIN) (1)
Dies ist laut Obigem der Sollwert der Einlaß-Dampftemperatur, und die erwähnten, noch genauer zu beschreibenden Recheneinheiten zur Verwirklichung der obigen Beziehung sorgen dafür, daß gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren bei stetiger Erhöhung der Lastaufnahme fauch TES stetig erhöht wird, und zwar so, daß beide Größen gleichzeitig ihre Endwerte erreichen.
Beim vorgeschlagenen Verfahren soll außer den Dampf-Solltemperaturen noch zusätzlich im Startmoment eine Prognose für die mittlere zeitliche Belastungsänderung berechnet werden.
Diese Berechnung erfolgt auf der Basis, daß die beschriebene Sollwertführung die Dampftemperatnr in der gleichen Zeit auf ihren Zielwert bringt wie der Anfahrregler die Last Der dabei auf den Sollwert TSS geregelte Sondenaeßweri ist proportional der bei einer vorgegebenen Bezugstemperatur zulässigen mittleren zeitlichen Metalltemperaturänderung GMZ; es ist GMZ = TSS/ZKS. Dabei ist ZKSeine durch Abmessungen und Materialkonstanten der Sonde gegebene charakteristische Zeitkonstante. Hat die Metalltemperatur TM während des Anfahrens die Temperaturdifferenz TDEL zu durchlaufen, so ist das dafür notwendige Zeitintervall / = TDEL/ GMZ und damit die mittlere zeitliche Belastungsänderung in %/sec.
BG = 100 · GMZTDEL
Wegen der Temperaturabhängigkeit der maßgebenden Materialkonstanten ist auch die Zeitkonstante ZKS und damit das Zeitintervall At für das Anfahren von der Metalltemperatur abhängig. Beim vorgeschlagenen Verfahren wird diese Tatsache in der Weise berücksichtigt daß der Mittelwert der mittleren Metalltemperatur bzw. dessen Abweichung ATM von einer Bezugstemperatur, vorzugsweise 3000C, berechnet wird und eine entsprechende Korrektur der auf die Bezugstemperatur bezogenen zulässigen mittleren zeitlichen Metalltemperaturänderung mit dem kombinierten Temperaturkoeffizienten TK der I iaterialkonstanten eingeführt wird; damit ergibt sich die Prognose BG für die mittlere zeitliche Belastung.'änderung
BG = 100 · GMZZ[TDEL ■ (1 + ATM ■ TK)J. (2)
Wird je eine mittlere zeitliche Änderung für den Hochdruck- und den Miucldruck-Teil berechnet, so ist der kleinere Wert maligebend.
Diese im Startmors;nt berechnete Prognose BG für die mittlere zeitliche Änderung der Last wird dem Lastverteiler zu- als auch in den Hochfahr-(Belastungs-)regler eingeführt. Dort steuert diese Größe primär über einen Integrator den Lastsollwert. Zur Berücksichtigung der Turbinenbeanspruchung wird der Lastsollwert
noch durch die von den Anfahrsonden bestimmten Größen beeinflußt.
Falls der Belastungsvorgang nicht gestört wird (z. B. durch unvorhergesehene Schwankungen der Dampftemperaturen), steigt der Lastsollwert und damit die Last mit der vorberechneten Steilheit (BG) an. Die Aufschaltung der Sonden kommt in diesem Fall nicht in Eingriff, weil die Sondenmeßwerte während des ganzen Belastungsvorganges nahezu mit ihren Sollwerten übereinstimmen.
Die F i g. zeigt das Schema eines Sollwertführungsgerätes für Dampftemperaturen zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. 1 ist ein Summierglied; in dem nach Gleichung (1) folgende Größen addiert werden:
a) die mit Meßwertgeber 2 erfaßte mittlere Metalltemperatur TMM, b) der am Sollwertgeber 3 eingestellte Sollwert TSS der Sonden-Temperaturdifferenz,
c) der am Analogwertgeber 4 eingestellte Temperaturabfall TA zwischen Turbineneinlaß und Sondenmeßstel-Ie,
d) die Temperaturdifferenz TDM Dampf— Metalloberfläche bei der momentanen Last P, welche auf folgende Weise gebildet wird:
Die Temperaturdifferenz TDM Dampf—Metall bei Vollast, eingestellt am Analogwertgeber 5, wird im Dividierglied 6 durch die relative Belastung PZPn der Turbine dividiert. Um zu verhindern, daß bei niederer Belastung zuerst eine hohe Temperatur verlangt wird, weiche mit zunennienuer Belastung zu reduzieren wäre (s. o.), wird zuerst im Größtwertbildner 7 der Größtwert von dem durch den Sollwertgeber 8 des Belastungsre glers ausgegebenen Sollwert P und dem am Analogwertgeber 9 eingestellten Wert Kessel-Minimallast Pmin gebildet.
Das in der Figur dargestellte Schema zeigt zugleich die für die Berechnung der mittleren zeitlichen Belastungsänderung BG = df/df dienenden Elemente. Nach Gleichung (2) wird die am Analogwertgeber 10 eingestellte, bei 3000C zulässige mittlere zeitliche Metalltemperaturänderung GMZ = dTM/dt durch die während des Anfahrens zu durchlaufende Metalltemperaturdifferenz TDEL, bewertet mit der Temperaturabhängigkeit der Materialkonstanten der Sonde bzw. des damit abgebildeten Bauteiles, im Dividierglied U dividiert. Die Temperaturabhängigkeit wird berücksichtigt durch den Ausdruck (Ί +■ ATM ■ TK).
Der kombinierte mittlere Temperaturkoeffizient TK der Wärmeausbreitung, eingestellt am Analogwertgeber 12, wird im Multiplizierglied 13 mit der während des ganzen Anfahrvorganges festgestellten Abweichung ATM des Mittelwertes der mittleren Metalltemperatur von der Bezugstemperatur £300°C) multipliziert. Im Addierglied 14 wird noch die Zahl »1« dazugezählt. Das Ausgangssignal AH ist somit (1 + ATM ■ TK). Diese Größe wird im Multiplizierglied 15 mit TDEL multipliziert. Das Ausgangssignal A15 gelangt, wie oben beschrieben, auf einen Eingang des Dividiergliedes 11.
TDEL ist, wie schon bemerkt, das während des Anfahrens zu durchlaufende Metali-Temperaturintcrvall.
Diese Größe wird im Summierglied 16 aus der am Analogwertgeber 17 eingestellten Dampf-Endtemperatur TFEminus Temperaturdifferenz TDMN Dampf—Metall (Vollast) minus Temperaturabfa!'. TA zwischen Turbineneinlaß und Sondenmeßstelle minus Sondensollwert TSS, minus Metalltemperatur TMO zu Beginn des Anfahrens, gebildet.
Die Abweichung A TMdes Mittelwertes der mittleren Metalltemperatur von 3000C wird im Summierglied 18
aus der Metalltemperatur TMO zu Beginn des Anfahrens, gespeichert im Analogspeicher 19, plus der im Multiplikator 20 halbierten Temperaturdifferenz TDEL minus 300°C vom Festwertgeber 21 gebildet:
ATM = (TMO + TDEU2) - 300.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Sollwertführung der Dampftemperatur beim Anfahren von Turbine und Dampferzeuger bei Blockkraftwerken, bei welchem mit einer Anfahrsonde ein für die Turbinenbeanspruchung repräsentativer und mit einem Hochfahrregler durch Steuerung des Dampfdurchsatzes auf einem durch die Maschinendaten gegebenen Sollwert TSS gehaltenen Wert TSaIs Differenz aus der Turbinenoberflächentemperatur TMO und der mittleren Metalltemperatur TMM ermittelt und in den Sollwert TES für die Dampftemperatur eingebracht wird, dadurchgekennzeichnet.daßder Sollwert TES für die Dampftemperatur gemäß der Beziehung
DE2605689A 1976-01-28 1976-02-13 Verfahren zur Sollwertführung der Dampftemperatur zum Anfahren von Turbine und Dampferzeuger bei Blockkraftwerken Expired DE2605689C2 (de)

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