DE2806647A1

DE2806647A1 - Regelanordnung fuer kessel-turbinenaggregate mit variablem druck

Info

Publication number: DE2806647A1
Application number: DE19782806647
Authority: DE
Inventors: Jubei Matsumura; Satoshi Ninomiya; Akira Nishimura; Akira Sakai; Yoshio Sato
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-02-21
Filing date: 1978-02-16
Publication date: 1978-08-31
Also published as: FR2381172B1; CH632050A5; JPS53104005A; JPS6039842B2; FR2381172A1

Description

FATENTmN «VÄLTE

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINSHAUS FlNCK

MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÜNCHEN 90 POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-800O MÜNCHEN 95

KARL LUDWIG SCHIFF DIPL. CHEM. DR. ALEXANDER V. FÜNER DIPL. ING. PETER STREHL DIPL. CHEM. DR. URSULA SCHÜBEL-HOPF DIPL. ING. DIETER EBBINGHAUS DR. ING. DIETER FINCK TELEFON (Ο8Θ) 48 2O 54 TELEX 5-23 565 AURO D TELEGRAMME AUROMARCPAT MÜNCHEN

DA«14247 DE/bi HITACHI, LTD. ¹⁶' Februar 1978

Druck

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelanordnung für Kessel-Turbinenaggregate mit variablem Druck.

Es besteht die Tendenz, daß thermische Kraftwerke, die herkömmlicherweise mit Grundlast gefahren werden, bei mittlerer Last arbeiten müssen, weil die Netzkapazität und die Leistung der nuklearen Krafterzeugung immer stärker ansteigen.

Der Wirkungsgrad der thermischen Leistungserzeugung bei mittleren Lasten sowie die Verbesserung der Lastnachführung wird daher immer bedeutungsvoller. In dieser Hinsicht treten bei herkömmlichen Regelanordnungen für Wärmekraftwerke Schwierigkeiten auf.

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Eine dieser Schwierigkeiten besteht darin, daß die Regelanordnungen zur Aufrechterhaltung eines konstanten Haupt-Dampfdrucks ausgelegt sind, um den Wirkungsgrad von Wärmekraftwerken zu erhöhen, die zur Aufbringung der Grundlast bestimmt sind. Daher ist es bei herkömmlichen Wärmekraftwerken notwendig, den Hauptdampfdruck auch im Teillastbereich auf einem konstanten Wert zu halten, was erhöhte Kosten für die Leistungsverluste der Speisewasserpumpen bedeutet, so daß der Wirkungsgrad der Kraftwerke verschlechtert wird.

Die zweite Schwierigkeit ist auf die große Nichtlinearität der Kraftwerkskennwerte infolge eines zu kleinen Hauptdampfdurchsatzes im Teillastbereich zurückzuführen, weil der Hauptdampfdruck auf einem konstanten Wert gehalten wird. Infolgedessen arbeitet das Kraftwerk insbesondere im Teillastbereich instabil, und das Kraftwerk kann nur schlechte Last-Nachlaufeigenschaften haben.

Unter diesen Umständen wurde ein Betrieb mit variablem oder gleitendem Druck vorgeschlagen, wobei der Hauptdampfdruck entsprechend den Laständerungen variiert wird, um die oben beschriebenen Schwierigkeiten zu überwinden.

Dieser Betrieb bei variablem Dampfdruck hat folgende Vorteile :

1. Der Wirkungsgrad des Kraftwerks wird insbesondere im Teillastbereich erhöht. Dies liegt daran, daß der Hauptdampfdruck bei Teillast abgesenkt wird, so daß auch die zum Antrieb der Speisewasserpumpen erforderliche Leistung vermindert und somit der Wirkungsgrad erhöht wird.

2. Die Last-Nachlaufeigenschaften des Kraftwerks werden verbessert, die Höhe der möglichen Minimallast wird abgesenkt, und die zum Anfahren und Stillsetzen des Kraftwerks erforderliche Zeit wird verkürzt. Da nämlich der Hauptdampfdruck im Teillastbereich abgesenkt wird, ist die Verminderung

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des Hauptdampfdurchsatzes nicht so groß. Daher werden die Ärbeitskennlinien des Kraftwerks linearer als bei dem herkömmlichen Betrieb mit konstantem Dampfdruck»

3. Die thermischen Beanspruchungen und Spannungen in den Metallen der Turbinenteile werden vermindert. Da sich bei Betrieb mit variablem Druck die Änderung des Hauptdampfdurchsatzes zwischen Schwer- und Teillastbetrieb vermindert, wird auch die Änderung der Dampftemperatur hinter der ersten Turbinenstufe verringert, so daß die thermischen Spannungen in den Turbinenteilen entsprechend abgesenkt werden.

In ^einem .Artikel "Variable Pressure Boilers - an Operating Experience^ veröffentlicht im Papier Nr. 75 466 der Instrument Society of America während des Industry Instrumentation Symposium im Mai 1975 ist eine zusammenwirkende !Regelanordnung dieser Art vorgeschlagen worden, bei der entsprechend der !End-Soilast des Kraftwerks ein Druck-Bezugswert für den Bauptdampf der Kesselregelung erzeugt wird, so daß der Kessel so geregelt werden kann, daß der Hauptdampfdruck mit dem erzeugten Bezugs- oder ScTLldruck übereinstimmt. Dabei wird das Regelventil auf eine Öffnungsweite geregelt-, bei der die augenblickliche Sollast bei dem Tiauptdampf druck-erreicht wird.

Ein anderes Beispiel der zusammenwirkenden Regelung ist in -einem Artikel "Operation Results of Sliding Pressure Thermal Power Plant XJHI Nr. 2» in "THERMAL AND NUCLEAR POWER GENERATION¹', -Seiten 11 bis 18, April 1976, Japan, gezeigt und beschrieben.

Bei dieser Anordnung werden die Bezugswerte der Ventilöffnungsweite der Turbinen-Regelventile unabhängig von der augenblicklich geforderten Last derart erzeugt, daß nur die erforderlichen Regelventile voll geöffnet zu werden brauchen, während die anderen Regelsysteme vollständig geschlossen ^bleiben. Inzwischen wird der Druck-

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Bezugswert des Hauptdampfes für die Kesselregelung entsprechend der endgültig geforderten Last bestimmt. Infolgedessen kann die Ausgangsleistung des Kraftwerks von der endgültig erforderlichen Last abweichen. Die Ventilöffnung wird dann so geregelt, daß diese Abweichung ausgeglichen wird. Bei dieser Regelung der Ventilöffnung weicht die tatsächliche Öffnungsweite der Ventile vom Sollwert ab. Die Regelanordnung korrigiert dann den Druck-Bezugswert des Hauptdampfes proportional zu. dieser Abweichung.

Bei der zuerst erwähnten zusammenwirkenden Regelanordnung -wird die Ventiloffnung so geregelt, daß dem Hauptdampfdruck gefolgt wird, der dem augenblicklichen Lastbedarf entspricht. Wenn sich daher der optimale Wert des Hauptdampfdrucks für den endgültigenLastbedarf geändert hat, beispielsweise wegen einer nach langer Be1;riebszeit «ingetretenen Alterung, ist die -Öffnung der -Turbinen-Regelventile nicht mehr optimal.

Andererseits wird bei der an zweiter Stelle erwähnten zusammenwirkenden Anordnung so geregelt, daß die Regelventilöffnung von einem festen Bezugswert korrigiert und so dem augenblicklichen Lastbedarf entsprochen wird. Die Ventilöffnung ist bei dieser Anordnung daher nicht optimal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, -eine zusammenwirkende Kessel-Turbinen-Regelanlage zu schaffen, bei der mit variablem Druck gearbeitet wird, und mit der das aus Kessel und Turbine bestehende Kraftwerk stets mit maximalem Wirkungsgrad betrieben werden kann. Dabei sollen die beschriebenen Schwierigkeiten und Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.

Diese Aufgabe vird insbesondere durch die im Patentbegehren beschriebenen Maßnahmen gelöst.

Es sei angenommen, daß eine Turbine vier Regelventile hat, deren Öffnungsweite üblicherweise zwischen den Stellungen

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alle vier Ventile völlig geöffnet und alle vier Ventile völlig geschlossen geändert wird, und zwar über die Stellungen drei Ventile völlig geöffnet, zwei Ventile völlig geöffnet usw., wenn die Last allmählich von 100 % auf 0 % abnimmt. Im Hinblick hierauf wird erfindungsgemäß der Bezugswert für die Regelventilöffnung als Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs bestimmt. Gleichzeitig wird, wenn die tatsächliche Ventilöffnung von diesem Bezugswert für die Öffnung abweicht, der Hauptdampfdruck-Bezugswert geändert und so korrigiert, daß diese Abweichung ausgeglichen wird und das Kraftwerk mit einer tatsächlichen Ventilöffnungsweite betrieben werden kann, die genau dem Bezugswert für die Regelventilöffnung entspricht.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich, aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 das schematische Schaltbild einer erfindungsgemässen automatischen Kesselregelanordnung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Theorie der Bestimmung des augenblicklichen Lastbedarfs;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Hauptdampfdruck-Bezugs- oder Sollwerte s;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Bezugswertes der Regelventilöffnung;

Fig. 5 in einem Diagramm die Beziehung zwischen Last und Wirkungsgrad eines Kraftwerks;

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Bezugswertes des Speisewasserdurchsatzes;

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Bezugswertes des Brennstoffdurchsatzes;

Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Bezugswertes des Luftdurchsatzes; 8Q9835/0S34

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Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Bezugswertes der Temperatur am Einlaß des dritten Überhitzers;

Fig. 10 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung der Öffnungsweite des zweiten Sprühventils;

Fig. 11 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Bezugswertes der Auslaßtemperatur des zweiten Überhitzers;

Fig. 12 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung der Einlaßtemperatur des zweiten Überhitzers;

Fig. 13 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Bezugswertes der Öffnungsweite des ersten Sprühventils;

Fig. 14 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Bezugswertes der Auslaßtemperatur des Nach- oder Zwischenüberhitzers;

Fig. 15 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Öffnungs-Bezugswertes des Schiebers zur Regelung des Durchsatzes an rezirkuliertem Gas; und

Fig. 16 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß geregelten Kraftwerks.

Zunächst sei die Dampxströmung näher bescnrieDen. Das speisewasser wird mittels einer Speisewasserpumpe unter Druck gesetzt, die von einem geeigneten Motor angetrieben wird, und dann mittels eines Vorerhitzers erhitzt. Das vorerhitzte Speisewasser wird dann über einen Rauchgasvorwärmer in eine beheizte Wand geleitet und in Dampf verwandelt. Der erzeugte Dampf wird dann in einen Wasserabscheider geleitet, in dem das im erzeugten Dampf enthaltene Wasser entfernt wird. Der nun wasserfreie oder trockene Dampf wird darauf überhitzt, während er durch einen ersten Überhitzer

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strömto Darauf wird die Überhitzung durch Einsprühen von Wasser durch einen ersten Sprühstrahl aufgehoben= Der Dampf wird mittels eines zweiten Überhitzers wieder überhitzt j, die Überhitzung wird durch nochmaliges Einsprühen von Wasser wieder entfernt= Schließlich wird mittels eines dritten Überhitzers überhitzt.Der hierbei entstehende Dampf wird der Haupt-Äusgangsdampf des Kessels. Aus dem Kessel wird der Hauptdampf über Regelventile in eine Hochdruckturbine geleitet, er expandiert in der Turbine und treibt dieselbe an. Der aus der Hochdruckturbine abgesaugte Dampf wird mittels eines geteilten Erhitzers rückerhitzt und in eine Niederdruckturbine eingeleitet« Der in der Niederdruckturbine expandierte Dampf wird mittels eines Dampfkondensators zu Wasser kondensiert» Der durch den Dampf auf die Turbine ausgeübte Druck treibt einen Generator, der in ein elektrisches Wetz einspeist.

In dem vom Verdampfer oder der Wasserwand begrenzten Raum sind mehrere Brenner angeordnet. Diesen Brennern wird der Brennstoff über ein Brennstoff-Regelventil mit Hilfe einer Brennstoff-Speisepumpe zugeführt, so daß eine Energie erzeugt werden kann, die groß genug ist, das Wasser im Verdampfer in Dampf zu verwandeln.

Die Luftzufuhr zum Ofen in dem vom Verdampfer begrenzten Raum, wird mittels eines Vsntilötars unä &±n§g Schiebers geregelt, dessen Öffnungsweite variabel ist»

Inzwischen wird ein Teil des Verbrennungsgases durch die Öffnung· eines Schiebers und einen Ventilator geregelt, wodurch der NO -Gehalt und die Dampftemperatur am Rückerhitzerauslaß geregelt werden.

Das in Fig. 16 gezeigte Kraftwerk ist herkömmlicher Art. Fig. 16 zeigt insbesondere die Punkte, an denen die verschiedenen Daten erfaßt werden, die zur Durchführung der

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Erfindung notwendig sind, sowie zur Darstellung der Positionen der verschiedenen im Kraftwerk zu regelnden Einri chtungen.

Die in Fig. 16 gezeigte Anlage enthält Durchsatzdetektoren Fx, Temperaturdetektoren Tx, Druckdetektoren Px, Öffnungsund Lastdetektoren Ox bzw. Lx. Im übrigen entsprechen die in Fig. 16 erscheinenden Bezugszeichen denen der Fig. 1, in der ein im folgenden beschriebenes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen automatischen Kesselregelanordnung. Die Regelanordnung besteht insgesamt aus elf Untersystemen, nämlich

1. einem Lastbedarfs-Einstellsysten 200,

2. einem Lastregelsystem,

3. eines Druckt sdarfs-Bestirnmurigssystem,

4. einem Hauptdampfdruck-Kompensationssystem,

5. einem Hauptdampftemperatur-Kompensationssystem,

6. einem Speisewasserdurchsatz-Regelsystem,

7. einem Brennstoffdurchsatz-Regelsystem,

8. einem Luftdurchsatz-Rege!system,

9. einem Regelsystem für den zweiten Sprühstrahl,

10. einem Regelsystem für den ersten Sprühstrahl und

11. einem Regelsystem für den Durchsatz an rezirkuliertem Gas.

Aufbau und Arbeitsweise der eben, aufgeführten üntersysteme werden im folgenden einzeln beschrieben:

System 200 zur Einstellung des Lastbedarfs Fig. 2 zeigt in vereinfachter Form ein System zur Einstellung des augenblicklichen Lastbedarfs. Der endgültige Lastbedarf SLD, der von einer zentralen Leistungszufuhr-Regelstation geliefert: wird, wird einer Subtraktionseinheit 500 zugeführt. Das Signal Ld über den augenblicklichen Lastbedarf wird dem Kesselregelsystem und der Subtraktionseinrichtung 500 zugeführt. Somit- vergleicht die Subtrak-

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tions"tionseinrichtung 500 den endgültigen Lastbedarf ELD mit dem augenblicklichen Lastbedarf Ld und gibt die Abweichung aus.

Die Signalabweichung wird dann einem Laständerungsgeschwindigkeitsbegrenzer 501 zugeführt und in diesem mit einem oberen und unteren Bezugsgrenzwert der Laständerung sgeschwindigkeit verglichen, die durch einen oberen bzw. unteren Grenzeinsteiler 502 bzw. 503 eingestellt werden. Der Begrenzer 501 gibt das Ausgangssignal der Subtraktionseinrichtung 500 an einen Integrator 504 weiter, wenn die Laständerungsgeschwindigkeit zwischen der oberen und unteren Grenze liegt. Wenn jedoch das Ausgangssignal der Subtraktionseinrichtung 500 höher oder niedriger ist als die obere bzw. untere Grenze, so wird von der Subtraktionseinrichtung 500 dem Integrator 504 der obere oder untere Grenz-Bezugswert zugeführt.

Der Integrator 504 integriert das Eingangssignal und bestimmt den Wert des augenblicklichen Lastbedarfs Ld.

Bei der praktischen Anwendung dieser Regelanordnung bei einem tatsächlich ausgeführten Kraftwerk werden verschiedene zusätzliche Funktionen erfüllt, beispielsweise eine Frequenzkompensation, Notlauf usw.. Diese zusätzlichen Funktionen werden hier jedoch nicht beschrieben, weil sie keinen unmittelbaren Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Regelanordnung haben.

Lastregelsystem

Der durch das Lastbedarf-Einstellsystem 200 bestimmte augenblickliche Lastbedarf Ld und das Ausgangssignal eines Lastdetektors 100 werden einer Subtraktionseinrichtung 300 zugeführt (Fig. 1). Das Ausgangssignal der Subtraktionseinrichtung 300, d.h. die Abweichung zwischen Ist- und Sollwert des augenblicklichen Lastbedarfs Ld wird einem Regler 301 zur Verstellung des Ventils zuge-

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führt. Der Regler 301 ist ein PI (proportional plus integral) - Regler; sein Ausgangssignal dient zur Verstellung des Regelventils 400.

System zur Bestimmung des Druckbedarfs

Dieses System enthält einen Hauptdampfdruck-Bezugswertgenerator 207, der den Bezugswert aus dem vom Lastbedarf-Einstellsystem bestimmten Lastbedarf Ld bestimmt. Wie in Fig. 3 an einem Beispiel gezeigt, ist dieser Hauptdampfdruck-Bezugswert als Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs Ld gegeben. Der Öffnungs-Bezugswert des Regelventils, der eine Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs Ld ist (Fig. 4), wird durch den Regelventil-Öffnungs-Bezugssignalgenerator 201 gegeben. Dieser Bezugswert wird zusammen mit dem von einem Detektor 101 zur Feststellung der Öffnungsweite des Regelventils gelieferten Signal einer Subtraktionseinrichtung 202 geführt, die die beiden Werte miteinander vergleicht. Die sich ergebende Abweichung wird einem PI-Regler 203 zugeführt, so daß die Abweichung auf Null .gebracht werden kann. Darauf multipliziert eine Multiplizierstufe 204 das Ausgangssignal des Reglers 203 mit einem bestimmten Faktor, der entsprechend dem augenblicklichen Lastbedarf festgelegt wird, so daß das Ausgangssignal korrigiert wird. Darauf korrigiert eine Addiereinrichtung 205 das Hauptdampfdruck-Bezugssignal, das durch den Hauptdampfdruck-Bezugssignal-Generator 207 bestimmt wurde, durch das korrigierte Ausgangssignal vom Regler 203, und gibt das korrigierte Hauptdampfdruck-Bezugssignal als Hauptdampfdruck-Bedarfssignal PD aus.

Das charakteristische Merkmal der Erzeugung und Bestimmung des Hauptdampfdruck-Bedarfsignals PD besteht darin, daß das augenblickliche Lastbedarfssignal LD dem Generator zur Erzeugung des Bezugssignals über die Öffnung des Rege lventils zugeführt wird, so daß der Öffnungsweiten-Regelbezugswert entsprechend der Laständerung gemäß Fig. 4

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geändert werden kann, während der Generator zur Erzeugung des Bezugssignais über die Öffnungsweite des Regelventils des herkömmlichen Systems (der herkömmliche Generator entspricht der Einrichtung 201 in -Fig. 1) ein solches konstantes Äusgangssignal liefern kann, daß zwei, drei usw. Ventile -vollständig geöffnet werden.

Dieses charakteristische Merkmal der Erfindung dient dazu, den Ventilöffnungs-Bezugswert auf den maximalen Wirkungsgrad des Kraftwerks bzw. Kraftwerkblocks im jeweiligen Lastbereich einzustellen, da gemäß Fig. 5 der maximale Wirkungsgrad unterschiedliche Regelventilöffnungsweiten je nach der Höhe der Belastung erfordert.

Die Kurven 1 und 2 im Diagramm der Fig. 5 zeigen, wie der ¥Irkungsgrad in Abhängigkeit von der Last gegenüber herkömmlichem -Betrieb l>ei /konstantem Brück durch Betrieb bei variablem Druck tnit drei bzw. zwei vollständig geöffneten Ventilen -verbessert wird.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Brfindungsgemäßen Anordnung ist, daß die Funktion des integralen Vergleichs dem Regler 203 !hinzugefügt werden kann, weil der Bezugswert über di« =Öffnungsweite des Regelventils entsprechend der Belastung-säncLerung variabel Ist, während bei den herkömmlichen Regelanordnungen der Regler nur eine ProportiG-nalkompensation ausführen kann, weil bei hoher Last sämtliche vier Ventile geöffnet werden müssen, da der Bezugswert über die Öffnungsweite des Regelventils bei der herkömmlichen Anordnung konstant 1st.

Durch diese zusätzliche Funktion der Integralkompensation wird der wesentliche Vorteil erzielt, daß die endgültige Ventilöffnungsweite fehlerlos für den maximalen Wirkungsgrad des Kraftwerks eingestellt wird.

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Da ferner bei dieser Ausführungsform das Ausgangssignal des Reglers 203 zur Korrektur des Hauptdampfdruck-Bezugswertes nach Korrektur des Ausgangssignals mit dem augenblicklichen Lastbedarfssignal Ld durch die Multiplizierstufe 204 verwendet wird, wird es möglich, das Regelventil mit verhältnismäßig großer Geschwindigkeit bei Volllast, bei der die Regelung verhältnismäßig stabil ist, einzustellen, jedoch mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit bei Teillast und geringer Belastung, bei der die Regelung im allgemeinen instabil ist.

System zur Kompensation des Hauptdampfdruckes Das Hauptdampfdruck-Bedarfssignal Pd wird zusammen mit dem Ausgangssignal vom Hauptdampfdruckdetektor 102 einer Subtraktionsstufe 206 zugeführt. Die Subtraktionsstufe 206 gibt ein Ausgangssignal entsprechend der Differentialabweichung des tatsächlichen Hauptdampfdruckes vom Hauptäampfdruckbedarf Pd ab, und ein PI-Regler 208 verarbeitet -das Ausgangssignal der Subtraktionsstufe 206_. Das Ausgangssignal Pc vom PI-Regler 208 wird zur Korrektur -des Bedarfs d-er im folgenden noch zu erwähnenden Systeme zur Speisewasse r-Durcfaflußregelung, Brennstoff-Durchflußregelung und Luft-Durehflußregelung verwendet.

System zur Kompensation der Hauptdampftemperatur Das Ausgangssignal eines Hauptdampf-Temperaturbezugssiffnal-Generators 209 und das Ausgangssignal des Hauptdampf-Temperaturdetektors 103 werden einer Subtraktionsstufe 210 zugeführt und in dieser miteinander verglichen. Die Abweichung der tatsächlichen Hauptdampftemperatur vom Bezugswert, d.h. das Ausgangssignal der Subtraktionseinrichtung 210 wird einem Hauptdampf-Temperaturregler 211 zugeführt, der als PI-Regler arbeitet. Das Ausgangssignal der Hauptdampf-Temperatur-Subtraktionsstufe 210 wird zur Korrektor des Bedarfs der ersten und zweiten Sprühregelanordnung verwendet, während das Ausgangssignal Tc des Hauptdampftemperaturreglers 211 zur Korrektur des Bedarfs des Regelsystems für den Speisewasserdurchsatz verwendet wird. _

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Speisewasser-Durchsatz-Regelsystem

Zunächst wird der Speisewasser-Durchsatz-Bezugswert entsprechend dem augenblicklichen Lastbedarf Ld bestimmt, und zwar mittels eines Speisewasser-Durchsatz-Bezugssignalgeneratars 302, der die in Fig. 6 dargestellte Funktion hat. Das Ausgangssignal Pc des Hauptdampfdruckreglers und das Ausgangssignal Tc des Hauptdampftemperaturreglers 211 werden mittels einer Addierstufe 303 zueinander addiert. Der Speisewasser-Durchsatzbedarf Fd wird durch eine Addierstufe 303' bestimmt, der das Ausgangssignal des Addierers 303 und das Speisewasser-Durchsatz-Bezugssignal zugeführt werden, das vom Speisewasser-Durchsatz-Bezugssignalgenerator 302 erzeugt wird.

Bei der herkömmlichen Regelanordnung ist kein Speisewasser-Durchsatz-Bezugssignalgenerator 302 vorgesehen, und das Ausgangssignal Pc des Hauptdampfdruckreglers 208 dient zur Bestimmung des Speisewasserdurchsatz-Bezugswertes. Xm Gegensatz zu der herkömmlichen Regelanordnung ist bei der erfindungsgemäßen zusätzlich der Speisewasser-Durchsatz-Bezugssignalgenerator 302 vorgesehen, und die Regelanordnung ist so aufgebaut,, daß das Ausgangssignal Pc des Hauptdampfdruckreglers 208 und das Ausgangssignal Tc des Hauptdampf temperaturregler 211 auf Null reduziert werden, wenn die Last schließlieh eingestellt ist.

Diese Anordnung ermöglicht es, den Lastwert des Kraftwerkblocks ausschließlich durch das Ausgangssignal des Speisewasserdurchsatz-Bezugssignalgenerators 302 aufrechtzuerhalten, selbst wenn im Hauptdampfdruck- oder -temperaturkompensationssystem Schwierigkeiten auftreten, beispielsweise der Hauptdampfdruckdetektor ausfällt oder falsch arbeitet.

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Der so bestimmte Speisewasser-Durchsatzbedarf Fd wird zusammen mit dem Ausgangssignal eines Speisewasser-Durchsatzdetektors 104 einer Subtraktionsstufe 304 zugeführt. Die Abweichung des tatsächlichen Durchsatzes vom Durchsatzbedarf Fd, d.h. das Ausgangssignal der Subtraktionsstufe 304, wird einem Speisewasserdurchsatz-PI-Regler zugeführt, der Speisewasserdurchsatz-Bedarfssignale zur Betätigung der zugehörigen Speisewasserpumpen abgibt, wenn mehrere Speisewasserpumpen verwendet werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden zwei· Speisewasserpumpen verwendet. Diese Speisewasserdurchsatz-Bedarfssignale werden mit den Ausgangssignalen der Speisewasser-Durchsatzdetektoren 111 und 112 mittels Subtraktionseinrichtungen 306 bzw. 308 verglichen, deren Ausgangssignale den zugehörigen Speisewasser-Stellventilreglern 307 bzw. 308 zugeführt werden, die als PI-Regler arbeiten. Sie geben ein Ausgangssignal zur Betätigung der Speisewasser-Stellventile 401 und 402 der zugehörigen Speisewasserpumpen ab, so daß der Speisewasserdurchsatz geregelt wird.

Brennstoffdurchsatz-Regelsystem

Zunächst wird entsprechend dem augenblicklichen Lastbedarf Ld ein Brennstoffdurchsatz-Bezugssignal erzeugt, und zwar mittels eines Brennstoffdurchsatz-Bezugssignalgenerators 212, der die in Fig. 7 gezeigte Funktion hat; dieses Signal Ld wird mit dem Ausgangssignal eines Brennstoffdurchsatz-Detektors 105 verglichen. Die sich ergebende Abweichung wird dann in einer Addierstufe 310 korrigiert, der von einem Skalenfaktorelement 225 ein Ausgangssignal zugeführt wird, in dem das Ausgangssignal Pc des Hauptdampfdruckreglers 208 mit einem bestimmten Faktor multipliziert wird. Die korrigierte Abweichung wird dann dem Brennstoffdurchsat ζ -Stellventilregler 311 zugeführt, der als PI-Regler arbeitet und ein Ausgangs signal zur Betätigung eines* Brennstoffdurchsatz-Regelventils 403 liefert. Der wesentliche Vorteil dieser Anordnung besteht wie im Fall· des Speisewasser-Durchsatzregelsystems darin,., daß der. Brenn---

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stoffdurchsatz-Bezugswert als Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs gegeben wird und somit das Kraftwerk einzig durch den Brennstoffdurchsatz-Bezugssignalgenerator weitergefahren werden kann, selbst wenn eine Fehlfunktion im Hauptdampfdruck-Kompensationssystem auftritt.

Luftdurchsatz-Regelsystem

Ein Luftdurchsatz-Bezugswert entsprechend dem augenblicklichen Lastbedarfssignal Ld wird mittels eines Luftdurchsatz-Bezugssignalgenerators 214 erzeugt, dessen Funktion in Fig. 8 gezeigt ist, und in einer Subtrahierstufe 215 mit dem Ausgangssignal eines Luftdurchsatzdetektors 106 verglichen wird» Die sich ergebende Abweichung wird dann in einer Addierstufe 312 korrigiert, der ein Ausgangssignal von einem Skalenfaktorelement 226 zugeführt wird, in dem das Ausgangssignal des Hauptdampfdruckreglers 208 mit einem bestimmten Faktor multipliziert wird. Die korrigierte Abweichung wird dann einem Luftdurchsatz-Stellschieberregler 313 zugeführt, der als PI-Regler arbeitet und ein Äusgangssignal zur Betätigung eines Schiebers 404 liefert. Der charakteristische "Vorteil dieser Anordnung besteht wie im Fall des Speisewasser- und des Brennstoffdurchsatz-Regelsy-stems -darin-, daß der Luftdurchsatz-Bezugswert als Funtetion des -augenblicklichen Belastungsbedarfs gegeben ist; .so daß das Kraftwerk nur mit dem Luftdurchsatz-Bezugssignalgenerator welter-arbeiten kann, selbst wenn ri^s Hauptdampfdruck-Kompensationssystem ausfällt oder fehlerhaft arbeitet.

Re.geIsys-tem der zweiten Einsprühung

Zunä-chst wird ein Dampftemperatur-Bezugswert für den Einlaß des dritten Überhitzers entsprechend dem augenblicklichen Lastbedarf Ld bestimmt, und zwar mittels eines Generators 216 zur Erzeugung eines Bezugssignals der Dampftemperatur am Einlaß des dritten Überhitzers. Dieses Bezugssignal wird mittels einer Subtraktionsstufe 217 mit

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dem Ausgangssignal eines Dampftemperaturdetektors 107 am Einlaß des dritten Überhitzers verglichen. Die Abweichung der tatsächlichen Dampftemperatur am Einlaß des dritten Überhitzers vom Bezugswert wird in einem Addierer 315 korrigiert, dem ein Ausgangssignal von einem Skalenfaktorelement 224 zugeführt wird, in dem das Hauptdampf-Temperatur -Abweichungssignal, das von der Subtraktionsstufe 210 geliefert wird, mit einem bestimmten Faktor multipliziert wird. Das korrigierte Abweichungssignal wird dann einem P -Regler 316 zugeführt, der die Dampftemperatur am Einlaß des dritten Überhitzer,, regelt.

Inzwischen wird mittels eines Bezugssignalgenerators 314 für die Öffnungsweite des zweiten Sprühventils, der die in Fig. 10 gezeigte Funktion hat, als Funktion des augenblicklichen Belastungsbedarfs Ld ein Bezugssignal für die Öffnungsweite des zweiten Sprühventils erzeugt und zusammen mit dem Ausgangssignal vom Regler 316 für die Dampftemperatur am Einlaß des dritten Überhitzers einer Addierstufe 317 zugeführt, die ein Signal zur Betätigung des zweiten Sprühventils 405 abgibt.

Das wesentliche Merkmal -dieser Anordnung besteht darin, daß der Bezugswert für-die Dampftemperatur am Einlaß des dritten Überhitzers als Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs Ld gegeben wird, so daß der Lastbetrieb des Kraftwerks selbS⁺ «iaim aufrechterhalten ψζτάζη kams, worsi das Bauptdampfdruck-Kompensationssystem aus irgendeinem Grunde fehlerhaft arbeitet, Da der Bezugswert für die Öffnung des Sprühventils als Funktion vom Lastbedarf erhalten wird, arbeitet gleichzeitig der Regler 316 für die Dampftemperatur am Einlaß des dritten Überhitzers lediglich einen Wert "korrigierend, so daß der Lastbetrieb des Kraftwerks selbst bei Ausfall des gleichen Reglers aufrechterhalten werden kann.

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Erstes Sprühregelsystem

Entsprechend dem augenblicklichen Lastbedarf Ld wird mittels eines Bezugssignalgenerators 218 für die Dampftemperatur am Auslaß des zweiten Überhitzers, der gemäß Fig. 11 arbeitet, ein Dampftemperatur-Bezugssignal für den Auslaß des zweiten Überhitzers erhalten. Das erhaltene Bezugssignal wird mit dem Ausgangssignal eines Detektors 108 für die Dampftemperatür am Auslaß des zweiten Überhitzers mittels einer Subtraktionsstufe 219 verglichen. Das sich ergebende Fehlersignal wird einer Addierstufe 3T9 zugeführt und dem Ausgangssignal des Skalenfaktorelements hinzuaddiert, in dem die Temperaturabweichung Tc des Hauptdampfes korrigiert wird. Das Ausgangssignal der Addierstufe 319 wird einem P-Regler 320 für die Regelung der Dampftemperatur am Auslaß- des zweiten Überhitzers zugeführt.

Darauf wird ein Dampftemperatur-Bezugswert für den Einlaß des zweiten Überhitzers entsprechend dem augenblicklichen Lastbedarf Ld mittels eines Bezugssignalgenerators 220 für die Dampftemperatur am Einlaß des zweiten Überhitzers bestimmt, der die in Fig. 12" gezeigte Funktion hat, und mit dem Ausgangssignal des Detektors 109 für die Dampftemperatur am Einlaß des zweiten Überhitzers verglichen, und zwar mittels einer Subtr akt ions stuf e 221. Da& sich, ergebende Fehlersignal wird dem Ausgangssignal des Reglers 320 für die Dampftemperatur am Einlaß des zweiten Überhitzers mittels einer Addierstufe 321 hinzuaddiert, deren Ausgangs-signal einem P-Regler 322 zur Regelung der Dampftemperatur am Einlaß des zweiten Überhitzers zugeführt wird» Das Ausgangssignal des Reglers 322 wird einem Bezugssignal hinzuaddiert, das von einem Bezugssignal-Generator 318 für die Öffnung des ersten Sprühventils erzeugt wird, der die in Fig. 13 gezeigte Funktion hat, und zwar mittels einer Addierstufe 323, deren Ausgangssignal zu dessen Steuerung einem ersten Sprühventil 406 zugeführt wird.

Das charakteristische Merkmal dieser Anordnung besteht darin, daß der Bezugswert für die Öffnung des ersten Sprühventils als Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs gegeben wird, so daß, selbst wenn das Hauptdampftemperatur-Regelsystem, das Regelsystem für die Dampftemperatur am Auslaß des zweiten Überhitzers oder das Regelsystem für die Dampftemperatur am Einlaß des zweiten Überhitzers fehlerhaft arbeiten, das Kraftwerk weiterarbeiten kann, wenn lediglich das fehlerhafte Regelsystem getrennt wird.

Ein weiteres charakteristisches Merkmal dieser Anordnung besteht darin, daß die Bezugswerte für die Dampftemperaturen am Ein- und Auslaß des zweiten Überhitzers als Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs gegeben sind, so daß der Prozeß korrigiert wird, der sonst in Abhängigkeit von der Laständerung nichtlinear verlaufen würde, so daß die Regelcharakt.eristik über einen weiten Bereich von Laständerungen stabilisiert und optimiert wird.

Regelsystem für den Durchsatz an rezirkuliertem gas Zunächst wird ein Bezugssignal für die Dampftemperatur am Auslaß des Rückerhitzers entsprechend dem augenblicklichen Lastbedarf Ld mittels eines Bezugssignalgenerators 222 für die Dampftemperatur am Rückerhitzerauslaß, der die in Fig. 14 gezeigte Funktion hat, bestimmt und mit dem Ausgangssignal eines DeteKcors 'HU für die uainpftemperatur am Auslaß des Rückerhitzers mittels einer Subtraktionsstufe 223 verglichen. Die sich ergebende Abweichung wird einem PI-Regler 325 zur Regelung der Dampftemperatur am Auslaß des Rückerhitzers zugeführt. Das Ausgangssignal des Reglers-325 wird mittels einer Addierstufe 326 einem B'ezugssignal für di& Schieberöffnung hinzuaddiert, das als Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs Ld erhalten wird, und zwar mittels eines Bezugssignalgenerators 324 für die Öffnung des Schiebers, der die in Fig. 15 gezeigte Funktion hat. Der Schieber 407 zur Regelung des Durchsatzes an re-

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zirkuliertem Gas wird durch das Ausgangssignal der Addierstufe 326 geregelt.

Wesentliches Merkmal dieser Anordnung ist, daß das Bezugssignal für die Öffnung des Regulierschiebers für den Durchsatz an rezirkuliertem Gas als Punktion des augenblicklichen Lastbedarfs gegeben ist₉ so daß der Lastbetrieb des Kraftwerkblocks selbst dann aufrechterhalten werden kann, wenn das Regelsystem für die Dampftemperatur am Auslaß des Rückerhitzers fehlerhaft arbeitet.

Ein weiteres wesentliches Merkmal besteht darin, daß der Bezugswert für die Dampftemperatür am Auslaß des Rückerhitzers als Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs Ld gegeben ist, so daß die Nichtlinearität des Prozesses im Betrieb mit variablem Druck kompensiert werden kann und eine stabile und optimierte Regelcharakteristik über einen weiten Bereich von Laständerungen gewährleistet ist»

Erfindungsgemäß wird also der Bezugswert für die Öffnung der Regelventile als Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs ermittelt. Gleichzeitig wird der Hauptdampfdruckbedarf durch Integration korrigiert, so daß die schließliche Regelventilöffnung einem Bezugswert entsprechen kann, der einen maximalen Wirkungsgrad bei der augenblicklichen Last gewährleistet. Infolgedessen kann der Kraftwerkblock bei jeder Last mit maximalem Wirkungsgrad arbeiten,-obwohl sich die augenblickliche Last änderte

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde analog geregelt; statt einer Analogregelung ist jedoch auch eine DigitaIregelung möglich.

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al

L e e r s e

i te

Claims

P_a_t_e_n_t_a_n_s_£_r_ü_c_h_e

(Aj Regelanordnung für mit variablem Druck arbeitende Kessel-Turbinenaggregate für Kraftwerkanlagen mit einem Kessel, der so geregelt werden kann, daß er Dampf mit einem Druck erzeugt, der entsprechend dem Lastbedarf des Kraftwerks regelbar ist,und einer von dem vom Kessel gelieferten Dampf antreibbaren Turbine,wobei der· Dampfdurchsatz zur Turbine durch Steuerung der Turbinen-Regelventile regelbar ist, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung (207) zur Erzeugung eines Dampfdruck-Bezugswertes entsprechend dem augenblicklichen Lastbedarf,

durch eine zweite Einrichtung (201) zur Erzeugung eines dem augenblicklichen Lastbedarf entsprechenden Bezugswertes für die Öffnung des Turbinenregelventils (400), durch eine dritte Einrichtung (202) zur Erzeugung eines der Abweichung zwischen dem Ist- und dem Sollwert der Öffnungsweite des Turbinenregelventils entsprechenden Signals, durch eine vierte Einrichtung (204) zur Korrektur des Ausgangssignals der ersten Einrichtung (207) durch ein Ausgangssignal von einer Einrichtung (203), die nach einer Integralfunktion arbeitet und der das Ausgangssignal der dritten Einrichtung (202) zugeführt wird,

durch eine fünfte Einrichtung (401, 402) zur Regelung des Kessels entsprechend dem Ausgangssignal der vierten Einrichtung, und ^_^ ■ ■ - - ORiGlNAL INSPECTED

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durch eine sechste Einrichtung zur Regelung des Turbinen-Steuerventils (400) entsprechend dem augenblicklicher. Lastbedarf.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (201) ein Bezugssignal derart erzeugt, daß in einem vorbestimmten Lastbereich eine gewählte Anzahl von Turbinen-Steuerventilen vollständig geschlossen und die anderen Steuerventile vollständig geöffnet sind, während in dem Lastbereich zwischen den vorbestimmten Lastbereichen die Ventilöffnungsweiten entsprechend der Last linear geändert werden.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung (202) einen PI-Regler enthält.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Reglers durch den Wert des augenblicklichen Lastbedarfs korrigierbar ist.