DE3017659A1

DE3017659A1 - Kesselpegel-steueranordnung

Info

Publication number: DE3017659A1
Application number: DE19803017659
Authority: DE
Inventors: Harvey Hine Chamberlain
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-05-14
Filing date: 1980-05-08
Publication date: 1980-11-20
Also published as: IT1130582B; NL8002771A; FR2456968A1; KR830003043A; IT8021935A0; GB2053524A; JPS5612903A; US4242989A

Description

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Beschreibung

Kesselpegel-Steueranordnung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf große freistehende Dampfgeneratoren, wie sie in kombinierten Kraftwerken verwendet werden, und insbesondere auf eine Steueranordnung zur Steuerung der Speisewasserzuführung in eine Kesseltrommel.

In einem kombinierten Kraftwerk ist ein Warmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG ) das thermische Verbindungsglied zwischen einer Gasturbine und einer Dampfturbine. Der Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator leitet heiße Abgase der Gasturbine über mit Rippen versehene Wärmetauscherröhren, um das in den Röhren enthaltene Dampf/Wasser in einer Wärmeaustausch-Gegenströmung zu erhitzen. Eine Kesseltrommel ist den Wärmetauscherröhren zugeordnet und erzeugt normalerweise den Dampf für einen Oberhitzer.

Kesselsteuerungen können so ausgelegt sein, daß sie einen festen Sollwert des Pegels in der Trommel einhalten. Eine Steuerärt ist eine ein Element aufweisende Speisewassersteuerung. Die Einkomponenten-Steuerung hält bei langsamen Änderungen der Last', des Dampfdruckes oder des Speisewasserdruckes einen konstanten Trommelpegel aufrecht. Da jedoch das Steuersignal nur den Erfordernissen des Trommelpegels genügt, resultieren übermäßige "Anschwell- oder Abschwell"-Effekte in breiteren Trommelpegeländerungen und in einer längeren Zeit zur Wiederherstellung des Trommelpegels auf den Sollwert nach einer Laständerung. Die vorstehend beschriebene Speisewassersteuerung mit einem einzigen Element kann durch eine Zweikomponenten-

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Steuerung verbessert werden, die eine Vorwärts-Steuerschleife aufweist, die eine Dampfströmungsmessung zur Steuerung der Speisewasserzuführung verwendet, wobei eine Pegelmessung den richtigen Trommelpegel sicherstellt. Wiederum muß die Trommelpegelkorrektur langsam wirkend sein, da es Zeiten gibt, insbesondere während des Anlaufes oder des Hochfahrens, zu denen keine Dampfströmung vorhanden ist.

Eine Drei-Komponenten-Steueranordnung ist ein kaskadenförmig aufgebauter Vorwärts-Regelkreis, der die zugeführte Wasserströmung gleich der Speisewasser-Führungsgröße hält. Diese Art einer Steueranordnung wird später näher erläutert, und mit der vorliegenden Erfindung soll die Punktion dieser Einrichtung verbessert werden. Die Verbesserung bezieht sich auf die Ansprechzeit und die Betriebssicherheit in einer Drei-Komponenten-Regelanordnung-

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kesselpegel-Steuereinrichtung zu schaffen, bei der unter gewissen Bedingungen einer schnellen Kesselpegelsteuerung der Vorrang gegeben ist. Weiterhin soll ein Drei-Komponenten-Kesselpegel-Regler geschaffen werden, der für eine schnelle Korrektur des Trommelpegelfehlers sorgen kann. Dieser Regler soll durch Meßungenauigkeiten bezüglich der Dampfströmung und der Wasserströmung nicht beeinträchtigt werden,.

Gemäß der Erfindung wird ein Speisewasserregler geschaffen, bei dem eine Dampfströmungsmessung und eine Wasserströmungsmessung nicht berücksichtigt werden, wenn sie im Gleichgewicht sind. Damit soll gesagt sein, daß durch eine Ableitungswirkung, wenn die Differenz zwischen der DampfStrömung und der Wasserströmung konstant bleibt, die differenzierende Ausgangsgröße gegen null geht. Dieser Zustand ist vorherrschend beim Anlaufen und somit sorgt der Regler für ein verbessertes Ansprechverhalten zur Er-

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zielung eines Trommelpegels^ der gleich dem Sollwert des Trommelpegels ist. Wenn sich die Wasserströmung relativ zur Dampfströmung ändert, dann wird dies berücksichtigt, wie es im folgenden beschrieben wird. Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Pegelregelung durch einen schnellen Pegelregler geschaffen, der sich von den bekannten, langsamen Pegelreglern unterscheidet.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen jaäher erläutert.

Figur 1 ist eine schematische Strichzeichnung von einem üblichen kombinierten-Kraftwerk und zeigt die Lage einer Kesseltrommel und eines Speisewasserregelventils,

TTigur 2 ist eine schematische.-Darstellung und zeigt eine bekannte Drei-Komponenten-Trommel>i)egelregelung.

Figur 3 zeigt in einer .schematischen Darstellung eine Drei-Komponenten-Pegelregelungsanordnung gemäß der Erfindung,

Figur 4 zeigt eine elektrische Schaltungsanordnung zur Ausführung der in Figur 3 gezeigten Logikschaltung.

Figur 1 zeigt ein kombiniertes Kraftwerk, das wenigstens einen Gasturbinengenerator 11 und wenigstens einen Gasturbinengenerator 13 umfaßt, die durch einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator 15 miteinander verbunden sind. Die heißen Abgase aus der Gasturbine stellen die Eingangsgröße in den Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator 15 dar, um Dampf für die Dampfturbine zu erzeugen. Der Wärmerückgewinnungs-Dampf generator HRSG kann in Abschnitte unter-

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teilt sein, wie beispielsweise einen Niederdruck-Vorwärmer (LPE),einen Hochdruck-Vorwärmer (ΗΡΕ), einen Verdampfer (EVAP) und einen Überhitzer (SH). Ferner ist als Teil des Dampferzeugungszyklus eine Kesseltrommel 17 mit dem Verdampfer, dem Hochdruck-Vorwärmer und dem Überhitzer verbunden.

Das dem Kessel über den Hochdruck-Vorwärmerabschnitt zugeführte Speisewasser kann in dem Niederdruck-Vorwärmer über einen sogenannten DAASH-Kreis 21 vorgewärmt werden, der einen Entspannungstank 2 3 und einen Entgaser 25 enthält. Eine Beschreibung des Kreislaufes ist dem Fachmann allgemein bekannt und braucht an dieser Stelle nicht näher erläutert zu werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß erfindungsgemäß der Wasserstand in der Kesseltrommel 17 durch das Speisewasser-Regelventil (FWCV) gemäß einem Ausgangssignal von einer Regelstation 29 geregelt werden soll.

Figur 2 zeigt ein bekanntes Drei-Komponenten-Regelschema. Die Drei-Komponenten-Regelung ist ein kaskadenförmig aufgebauter Vorwärts-Regelkreis, der die Zuwasserströmung gleich der Speisewasser-Führungsgröße hält. Die Trommelpegelstandsmessung verhindert, daß der Pegel in der Trommel absinkt aufgrund von Strömungsmesserfehlern,eines Ablasses oder aus anderen Gründen.

Der Istwert des Trommelpegels (DL) wird durch einen Pegelübertrager (nicht gezeigt) abgetastet und von einem Trommelpegel-Sollwert (DLSP) subtrahiertyder von einer Bedienungsperson ermittelt wird. Der Trommelpegelregler gibt dem Fehler zwischen dem Trommelpegel und seinem Sollwert ein PI-Verhalten. Ein DampfStrömungssignal (SF) wird durch einen Strömungsübertrager (nicht gezeigt) abgetastet und zusammen mit dem Trommelpegel-Fehlersignal in eine Summierstelle eingegeben. Die Summe des Trommelpegel-

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fehlersignales und des Dampfströmungssignales wird das Speisewasser-Führungssignal·. Das Speisewasser-Führungssignal wird von dem Wasserströmungs-Eingangssignal· (WF) subtrahiert, und die Differenz ist die kombinierte Ausgangsgröße des Reglers. Das PI-Verhalten wird eingeführt, um ein Speisewasser-Korrektursignal für die Ventilregelung zu schaffen.

In der praktischen Ausführung des in Figur 2 gezeigten logischen Fließbildes hat der Trommelpegelregler unmittelbar stromaufwärts von der Summierstelle eine lange Zeitkonstante, um Instabilitäten in dem System zu vermeiden. Die Trommel hat eine lange Zeitkonstante, und der Regler muß langsam sein im Vergleich zu dem Prozeß.

Figur "3 zeigt ein logisches Diagramm gemäß der Erfindung > Die Dampf strömung/ abzüglich der Wasserströmung wird als Eingangsgröße iiv ein- Reekertmadul eingegeben^ der die Ableitung; d/dt des Eingangssigna2e>s; bildet» Beim Starten- ist keine Dampf strömung oder keine Anfartgswasserströmung verhandelt, so daß die A&sgang-sgroVIfe des- Reehertmoduls null ist. Wenn eine konstante oder stationäre Dirfferenz zwischen der EEampfströmung und der Wasserströmung besteht, ist die Ausgangsgröße des Reehenmoduls null. Somit besteht also nur dann, wen-η eine relative Änderung zwischen der Dampfströmung und der Wasserströmung vorhanden ist, eine Ausgangsgröße.

Unter der Annahme, daß die Ausgangsgröße des Rechenmoduls null ist,- dann ist der restliche Teil der Logikschaltung ersichtlicherweise einfach ein schneller Trommelpegelregler, wobei der Trommelpegel von dem Trommelpegel-Soll— wert subtrahiert wird und dann die Differenz, mit einer PI-Funktion verarbeitet wird.

Sobald eine Wasserströmung abgetastet wird, dann wirkt

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sie als eine Bremse auf den Pegelregler über die Ableitungsfunktion, die den Regler ideal für Startfunktionen macht. Wenn eine Dampfströmung vorhanden ist, wird sie ebenfalls von dem Regler berücksichtigt. Jedoch hat ein permanenter Fehler in der Wasserströmungs- oder Dampfströmungsmessung keine Wirkung auf den Pegelregler, nachdem ein stationärer Betrieb erreicht ist. Somit versucht die Regeleinrichtung gemäß der Erfindung, einen Trommelpegel-Sollwert unter Verwendung eines schnellen Reglers einzuhalten, der nur durch die Änderungsgeschwindigkeit der Dampfströmung minus der Wasserströmung verlangsamt wird, wogegen bei den bekannten Regeleinrichtungen eine Pegeldifferenz verwendet wurde, um in Verbindung mit der Dampfströmung eine Speisewasser-Führungsgröße zu definieren, um den Speisewasserfehler zu ermitteln.

Figur 4 zeigt ein schematisches elektronisches Ausführungsbeispiel der Regeleinrichtung gemäß der Erfindung. Leistungseinspeisungen und Erd- bzw. Masseverbindungen sind weggelassen worden, 'da diese sich aus der" Beschreibung der Schaltungsanordnung ergeben. Die Eingangsgrößen Trommelpegel (DL), Dampfströmung (SF) und Wasserströmung (WF) können durch bekannte Fühler erhalten werden. Der Trommelpegel-Sollwert (DLSP) wird über einen geeigneten Signalgenerator eingegeben, wie beispielsweise ein Schleiferpotentiometer. Die Dampfströmung und die Wasserströmung werden subtrahiert, und das Differenzsignal wird in ein Rechenmodul eingegeben, wie es gezeigt ist, der als Ausgangsgröße ein Ableitungssignal auf der Basis der Eingangsgrößen abgibt. Der Rechenmodul kann von der Firma Foxboro Company in Püoxboro, Massachusetts, unter der Bezeichnung Dynamic Compensator Nr. 2AC + DYC-L bezogen werden. Es wird eine Zeitkonstante von 150 Sekunden und eine Verstärkung von 0,5 verwendet, die bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel und unter den gegebenen Umständen für geeignet befunden wurden.

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Das Trommelpegelsignal wurde in einen Foxboro-Summierer mit der Nr. 2AP + SUM mit der Verstärkung 1 eingegeben. Schließlich wurde die Ausgangsgröße verarbeitet in einem PI-Verstärker mit einer Verstärkung von 0,4 und einer Zeitkonstanten von 3,5 Sekunden. Das letztgenannte Element ist ein Foxboro-Regler 2AC +A4.

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung arbeitet wie folgt: der Regler ist ein Trommelregler, der eine schnelle bzw. kurze Zeitkonstante besitzt. Die Dampfströmung und die Wasserströmung werden durch eine Ableitungs- bzw. Dif fe- . renzierungsschaltung verarbeitet und haben den Vorteil der Regelung, aber eliminieren stationäre Fehler. Da schließlich der Rechenmodul eine Ableitung- bzw. Differenzierungsvorrichtung ist, tendiert er gegen null oder einen Gleichgewichtszustand. In der bekannten Drei-Komponenten-Vorrichtung ist der Trommelregelpegler eine integrierende Vorrichtung und hat demzufolge den Nachteil der Integralwirkung, die mit der Regeleinrichtung gemäß der Erfindung vermieden wird.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

.| Regeleinrichtung für den Wasserpegel einer Kesseltrommel, gekennzeichnet durch ein Speisewasser-Regelventil (FWCV) stromaufwärts vom Wassereinlaß der Kesseltrommel (17), ein Ventilregler (29) zum Regeln der Stellung des Speisewasser-Regelventils und eine Regelschaltung (Figur 3,4) zum Erzeugen eines Ventilregelsignales auf der Basis der Differenz zwischen dem Trommelpegel-Istwert und dem Trommel-Sollwert modifiziert durch die Differenzänderungsgeschwindigkeit zwischen der Dampfströmung und der Wasserströmung.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Differenzänderungsgeschwindigkeit zwischen der Dampfströmung und der Wasserströmung ein Ableitungssignal ist.
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Regelschaltung umfaßt:

ein erstes Eingangssignal (SF)₇, das der Dampf strömung

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proportional ist,

ein zweites Eingangssignal (WF), das der Speisewasserströmung proportional ist,

Mittel zur Bildung der Ableitung der Differenz zwischen den ersten und zweiten Signalen zur Erzeugung eines dritten Signales auf der Basis der Differenzänderungsgeschwindigkeit zwischen der Dampfströmung und der Wasserströmung und

ein Pegelregler, dem der Trommelpegel-Istwert und der Trommelpegel-Sollwert und das dritte Signal als Eingangsgrößen zugeführt ist.
4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitungseinrichtung eine relativ langsame bzw. große Zeitkonstante und der Pegelregler eine relativ schnelle bzw. kurze Zeitkonstante hat. .
5. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennz e ichnet , daß die Ableitungs— einrichtung eine Verstärkerschaltung mit einem Eingangskondensator und einem Rückkopplungswiderstand ist.
6. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Pegelregler einen Verstärker mit einer RC-Rückführung aufweist.
7. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die relativ lange Zeitkonstante 150 Sekunden und die relativ kurze Zeitkonstante 3,5 Sekunden beträgt.
8. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kesseltrommel-Regelschaltung umfaßt:

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einen Differenzierungsverstärker mit einem ersten Eingangssignal, das der Dampfströmung proportional ist, und einem zweiten Eingangssignal, das der Wasserströmung proportional ist,

einen Summierungsverstärker, dem die Ausgangsgröße des Differenzierungsverstärkers und ein drittes Eingangssignal zugeführt ist, das dem Trommelwasserpregel proportional ist, und

einen PI-Verstärker, dem die Ausgangsgröße des Summierungsverstärkers und ein viertes Eingangssignal zugeführt ist, das dem Trommelpegel-Sollwert proportional ist, wobei die Ausgangsgröße des Pi-Verstärkers ein Ventilregelsignal· ist.
9. Regeleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Differenzierungsverstärker eine Zeitkonstante von etwa 150 Sekunden: hat.

Tö_ Regeleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,, daß der Integrationsverstärker eine Zeitkonstante von etwa 3_r5 Sekunden hat.

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