DE3149772A1

DE3149772A1 - "heizdampfkuehlregelanordnung"

Info

Publication number: DE3149772A1
Application number: DE19813149772
Authority: DE
Inventors: Royston John Scotia N.Y. Dickenson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-12-22
Filing date: 1981-12-16
Publication date: 1982-07-29
Also published as: IT1140299B; CA1163813A; US4372125A; IT8125295A0; JPS57142406A

Description

3U9772

Heißdampfkühlregelanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf Regelanordnungen für Dampfturbinen und betrifft insbesondere eine Regelanordnung für das Kühlen des die Turbine in einer Turbinenbypassanlage umgehenden Heißdampfes.

In der Bypassbetriebsart einer Dampfturbine führt ein Bypassweg um die Turbine oder um einen Abschnitt derselben herum, um jedweden überschüssigen Dampf von der Turbine fernzuhalten, der nicht zum Antreiben von deren Last erforderlich ist. Bs gibt eine Anzahl von erwarteten Vorteilen in dieser Betriebsart, und, obgleich die Verwendung dieser Betriebsart in den USA in der Vergangenheit nicht weit verbreitet gewesen ist, gibt es ein steigendes Interesse von seiten der Stromversorgungsunternehmen an einem derartigen Betrieb ihrer Stromerzeugungsanlagen.

Im Gegensatz zu der herkömmlicheren Betriebsart, bei der der Dampferzeuger nur diejenige Menge an Dampf erzeugt, die die Turbine benötigt, gestattet die Bypassbetriebsart, den Kessel oder Dampferzeuger unabhängig von der Turbine zu betreiben. Tatsächlich kann der Kessel auf im wesentlichen konstanter Dampfströmung und im wesentlichen konstantem Druck unabhängig von dem Lastbedarf an der Turbine betrieben werden.■ Jeglicher überschüssige Dampf wird einfach dem Bypassuntersystern zugeführt. In Abhängigkeit von der Turbine und von dem Abschnitt derselben, der durch einen Bypass umgangen wiirl, wird der herumgeleitete Dampf zu einem Kondensator geleitet, um ihn zurückzugewinnen und wieder als Speisewasser dem Kessel zuzuleiten, oder aber er wird zu einem Zwischenüberhitzerabschnitt des Kessels geleitet, um anschließend zu anderen Abschnitten der Turbine geleitet zu werden. Im allgemeinen werden der herumgeleitete und der durch die Turbine benutzte Dampf in derselben Empfangseinheit, sei es in einem Kondensator oder in einem Zwischenüberhitzer, vereinigt.

Die Betrachtung dieser Betriebsart zeigt, daß die Dampfmenge, die herumgeleitet wird, sich in Abhängigkeit von dem Turbinenbetrieb von Zeit zu Zeit beträchtlich ändert. Die Bypassleitungen müssen daher ziemlich große Dampfmengen aufnehmen, wenn die Turbinenlast niedrig ist, und mittlere Mengen oder Nullmengen, wenn die Last der Turbine vergrößert wird. Der Dampf aus dem Kessel, der entweder zu dem Bypassuntersystem oder zu der Turbine geht, hat selbstverständlich beträchtliche Energie in Form von überhitze gespeichert. Von dem Dampf, der in die Turbine geht, wird viel von der überhitze verbraucht, wenn die Energie zum Antreiben der Turbine entzogen wird. Andererseits muß herumgeleiteter Heißdampf ebenfalls im wesentlichen in demselben Ausmaß gekühlt werden, wenn Überhitzungsschäden an dem Dampfempfänger (Zwischenüberhitzer ■ oder Kondensator) oder an folgenden Abschnitten der Turbine vermieden werden sollen. Der herumgeleitete Dampf muß so

3H9772

konditioniert werden, daß er im wesentlichen dieselbe Einwirkung auf die Empfangseinheit hat wie der aus der Turbine empfangene Dampf.

Eine wirksame und praktische Methode zum Kühlen des Heißdanpfes in einer Turbinenbypassanlage besteht darin, flüssiges Wasser in den Dampf zu sprühen, um dessen Temperatur zu. senken. Wenn die Bypassanlage so ausgelegt ist, daß sie bis zu 100% der Turbinenströmung aufnehmen kann, ergibt sich jedoch ein Problem aus der oben erwähnten Tatsache, daß die Menge — an in den Bypass leitungen strömendem Dampf sich mit dem Turbinenbetrieb beträchtlich ändert. Obgleich angencntnen werden könnte, daß Regelanordnungen, in denen die stromabwärtige Dampftemperatur ermittelt und die Wassersprühvorrichtung entsprechend eingestellt wird, zufriedenstellende Ergebnisse liefern sollten, ist das jedoch nicht der Fall. Die Regelung, die über einem schmalen Bereich von DampfStrömungsbedingungen wirksam ist, ergibt keinen gleichmäßigen Regelvorgang über dem vollen Bereich der BypassdampfStrömungsbedingungen. Beispielsweise erfordert ein Regelkreis, in welchem von einem herkömmlichen PID-Regler Gebrauch gemacht wird, ein Nachstimmen bei jeder' meßbaren Änderung in der Dampfströmung. Das ist bei der sich ständig ändernden Dampfströmung, die in größeren Bypassanlagen zu erwarten ist, einfach unpraktisch.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine adaptive Regelanordnung für eine Dampfturbinenbypassanlage zu schaffen, die sich selbst (selbsttätig)an sich ändernde DampfStrömungsbedingungen anpaßt, in der Lage ist, eine im wesentlichen gleichmäßige Temperaturregelung über dem vollen Bereich der erwarteten DampfStrömungsbedingungen vorzunehmen,und einen automatischen Schutz vor Störungen in der Heißdampfkühlvorrichtung bietet, die zum überhitzen oder Wassereinleiten führen könnten.

** it t

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung liefern mehrere redundante Temperaturfühler stromabwärts der Heißdampfkühlwassersprühvorrichtungen eine Anzeige über die Istdampftemperatur, nachdem die Heißdampfkühlung erfolgt ist. Der höchste Wert der abgefühlten Temperatur wird automatisch für die Regelung ausgewählt undmit einem vorgewählten Sollwert verglichen, um in einen Regler ein der Regelabweichung entsprechendes Fehlersignal einzugeben. Das Reglerausgangssignal, das die Abweichung von dem Solltemperaturwert darstellt, wird verstärkt oder mit einem Faktor, der zu der Dampfströmung in der Bypassleitung proportional ist, multipliziert, um ein dampfdurchsatzkonditionxertes Signal zu schaffen. Dieses konditionierte Signal positioniert, angelegt über geeignete Ventilpositioniervorrichtungen, proportional ein oder mehrere Wassersteuerventile, um mehr oder weniger Wasser in den herumgeleiteten Dampf zu sprühen. Der Regelkreis paßt sich somit Veränderungen im Dampfdurchsatz automatisch an. Wenn das DampfStrömungsdrosselventil ein lineares Steuerventil mit Positionsrückführung ist, das durch den stromaufwärtigen Druck gesteuert wird, ist es vorzuziehen, das DampfStrömungssignal als das Produkt aus der Ventilposition und dem Druck des Dampfes, der dem Ventil zugeführt wird, zu nehmen. Diese bevorzugte Anordnung vermeidet die Notwendigkeit zusätzlicher Fühler.

Zum Schutz vor übermäßigen Temperaturen und vor einer Beschädigung durch Wassereinleitung, zu der es kommen könnte, wenn unnötiges Einsprühen von Wasser in die Bypassleitungen gestattet würde, werden Betriebsparameter, wie die Temperatur und die Differenzdrücke, überwacht und ständig mit Grenzwerten verglichen. Beispielsweise erfolgt ein Schutz vor einer Transportverzögerung, die aus sehr schwacher Dampfströmung in dem Bypasssystem resultiert, durch ständiges Überwachen der Differenz zwischen dem Kesseldampfdruck und dem Zwischenüberhitzerdampfdruck. Diese Drucksignale stehen ge-

3U9772

■3-

wohnlich in einem Hilfsdrucksteuersystem zur Verfügung, so daß, wie oben dargelegt, zusätzliche Fühler nicht erforderlich sind. Der Schutzvorgang wird automatisch ausgelöst, wenn irgendeine der überwachten Bedingungen diesen Vorgang rechtfertigt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig". 1 ein vereinfachtes Schaltbild, das die

Betriebsumgebung der Erfindung, die Anlagenverbindungen und die gesamte Regelfunktion, die die Erfindung erfüllt, zeigt,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer bevorzugten

Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 3 ein Schaltbild der Schutzlogik von Fig. 2,

die in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist.

Die Betriebsumgebung und die allgemeinen Prinzipien der Erfindung lassen sich am besten an Hand von Fig. 1 erläutern, die in schematischer Form eine elektrische Kraftanlage zeigt, welche eine Dampfturbine mit Bypasswegen enthält, in denen der um die Turbine herumgeleitete Heißdampf gekühlt werden soll. Bei der Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit Fig. 1 werden nur diejenigen Teile der gesamten Turbogeneratoranlage, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind, dargestellt, und es werden Vereinfachungen dort, wo möglich, gemacht, um das Verständnis der Prinzipien und der Arbeitsweise der Anordnung nach der Erfindung zu erleichtern.

Fig. 1 zeigt eine Anlage zur Erzeugung von elektrischem Strom, in welcher ein Kessel 10 den Hochdruckdampf zum Antreiben einer Zwischenüberhitzungsdampfturbine 12 liefert, die einen Hochdruck(HD)-Abschnitt 14, einen Mitteldruck(MD)-Abschnitt 16 und einen Niederdruck(ND)-Abschnitt 18 hat. Dies ist zwar die herkömmliche Bezeichnungsweise, bisweilen können jedoch hier der MD-Abschnitt 16 und der ND-Abschnitt 18 zusammengefaßt und als Abschnitte niedrigeren Druckes (ND) der Turbine bezeichnet werden. Auf gleiche Weise kann das(im folgenden beschriebene) Bypassuntersystem, welches Dampf um diese Abschnitte herumleitet, als Bypassuntersystem niedrigeren Druckes oder ND-Bypassuntersystem bezeichnet werden. Die Turbinenabschnitte 14, 16 und 18 sind zwar in Tandemanordnung mit dem Generator 20 durch die Welle 22 gekuppelt dargestellt, es können jedoch auch andere Kupplungsanordnungen benutzt werden.

Die Dampfströmung aus dem Kessel 10 geht in eine Dampfleitung 24, von welcher aus der Dampf über ein Hauptabsperrventil 26 und ein Einlaßsteuerventil 28 zu der HD-Turbine 14 gehen kann. Ein Hochdruckbypassweg, der ein HD-Bypassventil 30 und HeißdampfkühlwasserSprühvorrichtungen 32 enthält, bildet einen alternativen oder zusätzlichen Dampfweg um den HD-Abschnitt 14 herum. Es ist klar-, daß, obwohl nur ein HD-Bypassuntersystem dargestellt ist, weitere parallele Bypasswege, von denen jeder ein Durchflußsteuerventil und Heißdampfkühlvorrichtungen, wie die WasserSprühvorrichtungen 32, enthält, ebenfalls benutzt werden können. In jedem Fall geht die Dampfströmung, die aus der HD-Turbine 14 austritt, über ein Rückschlagventil 34, um sich wieder mit jedwedem herumgeleiteten Dampf zu vereinigen, und die Gesamtströmung geht dann durch einen Zwischenüberhitzer 36 hindurch. Von dem Zwischenüberhitzer 36 kann der Dampf über ein Abzweigventil 38 und ein Zwischenüberhitzerabsperrventil 40 zu der MD-Turbine 16 und der ND-Turbine 18 gehen, die in dem Dampfweg durch eine

3U9772

Leitung 42 in Reihe geschaltet sind. Von der ND-Turbine 18 abgegebener Dampf strömt zu dem Kondensator 44. Ein Bypassuntersystem niedrigeren Druckes (ND), welches ein ND-Bypassventil 46, ein ND-Bypassabsperrventil 48 und eine Heißdampfkühlstation 50 enthält, bildet einen alternativen oder zusätzlichen Dampfweg um die MD-Turbine 16 und die ND-Turbine 18 herum zu dem Kondensator 44.

Dem HD-Abschnitt 14 sind ein Gegenstromventil 52 und ein Ven tilatorventil 53 zugeordnet/ die hauptsächlich für Betriebszustände ohne Last und geringer Last benutzt werden. Die Ven tile 52 und 53 werden benutzt, um einen Gegenstrom von Dampf durch-die HD-Turbine hindurchzuleiten. Der Gegendampfstrom geht von dem HD-Bypassweg über das Gegenstromventil 52, zurück durch den HD-Abschnitt 14, durch das Ventilatorventil 53 und dann zu dem Kondensator 44. Dieser Gegendampfstrom eliminiert eine Drehverlust(Ventilationsverlust)-Erwärmung, die unter gewissen Bedingungen niedriger Last, wie sie der Bypassbetriebsart zugeordnet sind, auftreten. Die Gegenströmung wird daher meistens beim Turbinenhochlauf benutzt, während welchem eine Vorwärtsströmung von Dampf durch den MD-Abschnitt 16 und den ND-Abschnitt 18 benutzt wird, um die Turbine anzutreiben, da das Dampfeinlaßsteuerventil 28 geschlossen gehalten wird. Es sei angemerkt, daß das Einlaßsteuerventil 28 zwar hier aus Gründen der Erläuterung der Er findung als ein einzelnes Ventil beschrieben wird, in der Praxis werden jedoch bekanntlich mehrere Steuerventile benutzt, um einen Voll- oder Teilbogeneinlaß von Dampf in die Turbine 12 zu erzielen.

Im Betrieb ist es erwünscht, daß die Dampfströmung in der Leitung 24 im wesentlichen konstant ist und daß der Dampfdruck darin unter vorgeschriebenen Steuerbedingungen steht. Es ist klar, daß» wenn die Dampfströmung in der Leitung 24

3U9772

-A- ■

bei sich ändernder Turbinenlast konstant bleiben soll, die HD-Bypassanlage die Differenz in der Dampfströmung aufnehmen muß. Wenn beispielsweise die Turbine 12 eine Laständerung von null auf 100% ihrer Nutzlast erfährt, ist zu erwarten, daß sich die Bypassdampf strömung umgekehrt ändert und von 100 % auf null heruntergeht. In letztgenanntem Zustand ist das HD-Bypass-■ ventil 30 vollständig geschlossen. Der bemerkenswerte Punkt ist, daß die Menge an herumgeleitetem Heißdampf, die gekühlt werden muß, sich während des Turbinenbetriebes beträchtlich ändert. Die Heißdampfkühlung ist, wie oben dargelegt, notwendig, um den Zwischenüberhitzer 36, den stromabwärtigen Turbinenabschnitt 16 und die HD-Turbine 14 (wenn diese sich in der Gegenstrombetriebsart befindet) vor einem hohen Temperaturstoß zu schützen. Tatsächlich hat die Heißdampfkühlung dieselbe energiemindernde Auswirkung auf den herumgeleiteten Dampf wie der HD-Abschnitt 14 auf durch die Turbine hindurchgeleiteten Dampf, so daß herumgeleiteter und in der Turbine ausgenutzter Dampf stromabwärts dieselbe Wirkung haben. Die Regelanordnung nach der Erfindung paßt sich selbsttätig an diese stark variierenden Dampfströme an, so daß eine schnelle und genaue Dampftemperaturregelung gleichmäßig erzielt wird. Die weitere Beschreibung von Elementen der Gesamtturbinenregelanordnung wird das Verständnis der **^ . Erfindung erleichtern.

Die Regelanordnung für eine große Dampfturbine, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, ist notwendigerweise sehr komplex und kompliziert. Das Verständnis einer solchen Regelanordnung in seiner Gesamtheit ist jedoch für das Verständnis der Erfindung nicht notwendig, weshalb es ausreichen wird, nur diejenigen Regelkreise der Gesamtanordnung zu beschreiben, die einen direkten Einfluß auf die Erfindung haben. Beispielsweise wird sowohl in der HD- als auch in der ND-BypassleituTig die Dampfströmung durch die drosselnden Bypassventi" Ie 30 bzw. 46 gesteuert, und zwar vorzugsweise auf eine Weise,

die in Beziehung zu der Kesseldampfströmung und dem Kesseldampfdruck steht. Demgemäß zeigt Fig. 1 für diesen Zweck vorgesehene Regelkreise und enthält deshalb einen HD-Bypassregler 54 und einen ND-Bypassregler 56. Weitere zugehörige Regelkreise enthalten einen Abzweigventilregler 60 und einen Drehzahl/Last-Regler 64. Die Steuerung des Abzweigventils 38 steht vorzugsweise in Beziehung zu dem Zwischenüberhitzerdampfdruck und zu der Einlaßsteuerventilposition; das Einlaßsteuerventil 28 wird positioniert, um die Drehzahl- und Laststeuerung der Turbine 12 aufrechtzuerhalten. Sämtliche Regelfunktionen werden auf koordinierte Weise ausgeführt, um Betriebsvariable auf vorgewählten Sollwerten oder innerhalb vorgewählter Grenzen zu halten. In Fig. 1 veranschaulicht eine Linie 66 schematisch die Verbindungen und den Austausch von Signalen zwischen den verschiedenen Regelkreisen. Selbstverständlich werden verschiedene Betriebsparameter, wie die Turbinendrehzahl, der Kesseldruck, usw./ in die Gesamtregelanordnung sowohl für Regel- als auch für tiberwachungs zwecke aufgenommen. Viele von diesen Eingangssignalen sind in Fig. 1 nicht speziell dargestellt, da sie ohne direkte Bedeutung für die Erfindung sind.

Eine verständliche Regelanordnung für eine Bypassdampfturbine, die in Verbindung mit der Erfindung benutzbar ist, ist in der DE-OS 31 33 504.7 beschrieben, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten Bezug genommen wird.

Unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 1 wird nun eine Heißdampfkühlregelanordnung zum Regeln des um den HD-Abschnitt herumgeleiteten Dampfes beschrieben. Es ist jedoch klar, daß die hier beschriebene Erfindung auch in der ND-Heißdampfkühlstation 50 vorgesehen werden kann. Im allgemeinen bringen jedoch die Regelerfördernisse für eine ND-Bypassanlage weniger Probleme mit sich, und es kann eine mehr herkömmliche Regelanordnung in vielen Fällen mit zufriedenstellenden Ergebnissen benutzt werden.

• ca

Ein HD-Bypass-Heißdampfkühlregler 68 positioniert Wasserdurchflußsteuerventile 70 und 72, um mehr oder weniger Wasser in den HD-Bypassdampf zu sprühen, und zwar in Abhängigkeit von der Temperatur des gekühlten Heißdampfes, die stromabwärts durch einen Dampftemperaturfühler 74 abgefühlt wird. Vorzugsweise werden redundante Dampffühler benutzt, um eine äußerste Zuverlässigkeit zu erzielen. Ein Temperaturabfühlschalter 76 erkennt sowohl eine extrem hohe als auch eine extrem niedrige Dampftemperatur und gibt an den Regler 68 Eingangssignale ab, die diese Zustände anzeigen. Vorzugsweise sind Temperaturabfühlschalter, wie der Schalter 76, ebenfalls redundant vorgesehen.

Der Augenblickswert der Dampfströmung in der HD-Bypassleitung wird benutzt, um die Heißdampfkühlregelanordnung an sich ändernde Bedingungen anzupassen, und diese Information ist in dem bekannten Eingangsdampfdruck enthalten, der durch einen Druckgeber 78 abgefühlt wird, und in dem relativen Grad der öffnung (Position) des HD-Bypassventils 30, die durch einen Ventilpositionsgeber 80 abgefühlt wird. In der dargestellten Ausfuhrungsform der Erfindung werden diese Signale in den HD-Bypassregler 54 eingegeben, in welchem sie für Druckregelzwecke benutzt werden. Die auf der Basis dieser Signale geschätzte Dampfströmung wird jedoch über eine Leitung 81 zu dem Heißdampfkühlregler 68 zurückgeführt. Somit liegt ein Vorteil der Erfindung auf der Hand (d.h. die Verwendung von anderweitig verfügbaren Abfühlvorrichtungen). Es ist klar, daß in anderen Ausführungsformen der Erfindung diese Signale direkt zu dem Heißdampfkühlregler 68 geliefert werden können. Das HD-Bypassventil 30 wird selbstverständlich normalerweise gemäß einem Steuersignal positioniert, das durch den HD-Bypassregler 54 auf einer Leitung 82 geliefert wird. Ein Schutzteil des Heißdampfkühlreglers 68 liefert jedoch ein Ventilschließsignal auf einer Leitung 84 zum schnellen Schließen des HD-Bypassventils 30 im Falle von gewissen

^:* ·■·'"*■:. 3U9772 - vT-

Extrembedingungen, was im folgenden noch ausführlicher erläutert ist. Die Wasserdurchflußsteuerventile 70 und 72 werden vorzugsweise pneumatisch betätigt. Demgemäß ist der Heißdampfkühlregler 68 mit einer Luftzufuhr versehen und er steuert den Luftdruck, mit dem die Ventile 70 und 72 beaufschlagt werden.

Fig. 2 zeigt ausführlicher eine Bypassheißdampfkühlregelanordnung nach der Erfindung. In Fig. 2 ist nur derjenige Teil der HD-Bypassleitung dargestellt, der für die Erläuterung der Erfindung notwendig ist. Teile, die den Fig. 1 und 2 gemeinsam sind, sind gleich bezeichnet. Die Heißdampfströmung, die in die HD-Bypassleitung 90 über das HD-Bypassventil 30 eintritt, wird durch das Zusetzen von Wasser mittels Heißdampfkühlvorrichtungen in Form von Wassersprühvorrichtungen 32 gekühlt. Stromabwärts der Sprühvorrichtungen 32 in einem Abstand, der ausreicht, um eine vollständige Verdampfung des flüssigen Wassers zu gestatten, sprechen redundante Temperaturabfühleinheiten 74 auf die Temperatur des gekühlten Heißdampfes an und geben repräsentative Signale an Signalübertrager 94 ab, die ebenfalls redundant vorgesehen sind. Jeder Fühlerkreis ist mit einem Fühlerausfallalarmgeber 96 bzw. 98 versehen, welcher das Betriebspersonal alarmiert, wenn der zugeordnete Kreis außer Betrieb ist. Vorzugsweise sind die Fühlerkreise, die die Fühler 74 und die Übertrager 94 enthalten, von der bekannten Bauart, bei der ein ständiger Strom fließt, um einen aktiven Zustand anzuzeigen. Jedes Temperatursignal wird als ein Eingangssignal an ein Höchstwertgatter 100 angelegt, welches automatisch die höchste abgefühlte Temperatur als die Temperatur auswählt, die zu regeln ist. Diese Auswahl bildet eine Maßnahme zum Schutz vor übermäßig hohen Temperaturen, da der höchste Wert immer als die gültige Temperatur angenommen wird.

3U9772

Ein Temperaturwähler 102 wählt entweder das Bypassdampftemperatursignal aus dem Höchstwert'gatter 100 oder einen Standardtemperaturwert aus, der durch eine Bezugswertquelle 104 geliefert wird. Die Auswahl hängt von· einem Statussteuersignal ab, das durch eine Schutzlogik 106 geliefert wird, die weiter unten ausführlicher beschrieben ist. Das ausgewählte Temperatursignal, bei welchem es sich unter normalen Betriebsbedingungen um das I stdainpf temperatur signal handeln wird, wird an einen Summierpunkt 107 angelegt, und eir\ Fehlersignal· wird erzeugt, indem das Temperatursignal und eine gewünschte, vorgewählte Solltemperatur 108 addiert werden. Das Fehlersignal'wird an einen herkömmlichen PID-Regler 110 angelegt, der auf das Fehlersignal einwirkt, um ein Ausgangssignal gemäß der Abstimmung des Reglers 110 zu erzeugen. Das Ausgangssignal· des Regl·ers 110 wird von derartiger Form sein, daß es bestrebt ist, die Wasserdurchflußsteuerventile 70 und 72 korrekt zu positionieren, um die Temperatur des gekühlten Heißdampfes auf dem von der Bezugswerteinheit 108 gelieferten Sollwert zu halten. Es.ist klar, daß der PID-Regler 110 allein nicht in der Lage sein wird, die Ventile 70 und 72 schnell und genau zu positionieren, ausgenommen in einem ■ziemlich schmalen Bereich von DampfStrömungsbedingungen, auf den er abgestimmt worden ist. Zum automatischen Anpassen des Regelkreises an sich ändernde Dampfbedingungen verändert ein zweites Regelelement in Form eines ersten Multiplizierers 112 das-Korrektur- oder Stellsignal aus dem Regler. 110 durch Multiplizieren dieses Signals mit einem Signal, das den Dampfdurchsatz in der HD-Bypassleitung 90 darstellt. Vorzugsweise wird das Dampfdurchsatzsignal als das Produkt aus dem Kesseldampfdruck und einem den Grad der öffnung des HD-Bypassventiis 30 darstellenden Signal gebildet. Daher gibt in Fig. 2 ein.zweiter Multiplizierer 114 ein Ausgangssignal an den er-sten Multiplizierer 112 ab, welches das Produkt des Kesseldr.uckes (das Kesseldrucksignal wird, beispielsweise, aus dem Geber 78 von Fig. 1 erhalten) und des Ventilhubs ist, der aus.

• ·· ϊ'ι

3U9772

dem Ventilpositionsgeber 80 erhalten wird. Der zweite Multiplizierer 114 kann vorteilhafterweise in dem HD-Bypassregler 54 angeordnet sein., wie dargestellt, um die Dampfdruck- und Ventilpositionssignale auszunutzen, die ansonsten in denr HD-Bypassregler 54 benutzt werden. Auf diese Weise können verfügbare Signale benutzt werden, ohne daß zusätzliche Abfühlvorrichtungen erforderlich sind. Es hat sich gezeigt, daß ungeachtet der spezifischen Signalquelle das Verstärken des Stellsignals aus dem Regler 110 um einen Faktor, der zu der Dampfströmung proportional ist, eine sehr gleichmäßige Tempe- *-* raturregelung ergibt, die frei von Einschwingvorgängen aufgrund der stark variierenden Dampfdurchsätze ist.

In_r.Fig. 2 wird das angepaßte Steuersignal aus dem Multiplizierer 112 an einen Signalwandler 118 angelegt, der einen herkömmlichen Aufbau hat und die Luftzufuhr zu den Ventilen 70 und 72 proportional reguliert, so daß diese entsprechend positioniert werden. Pneumatisch betätigte Ventile werden für die Wässerdurchflußsteuerventile 70 und 72 bevorzugt, weil sie die Hydraulikanlage, die zum Betätigen anderer Turbinenventile benutzt wird, weniger belasten und weil sie von Haus aus ausfallsicher sind. Ein Abstellventil 120, mit dem die Luftzufuhr zu den Ventilen 70 und 72 abgestellt werden kann, wird in Verbindung mit dem Schutzteil der Regelanordnung erläutert.

Der Schutzteil der Regelanordnung beinhaltet folgende Aktionen zum Schutz vor den nachteiligen Auswirkungen einer Störung:

a) Eine Hochtemperaturbetätigung des HD-Bypassventils 30 zum Schutz vor zu wenig Wasser, verzögert, um normale Übergangsvorgänge ablaufen zu lassen. . _v:

^; b) E^ne Niedertemperaturbetätigung der HD-Bypassventile zum

Schultz-vor Wassereinleitung, ^automatisch: rüqkgesetzt j nach" einer voreingestellten kurzen Zeitspanne.

c) Ein Wählen des Stadardtemperaturbezugswertes (der niedriger als der Sollwert aus der Einheit 108 ist), wenn sämtliche Wasserabsperrventile aufgrund einer Störung"nicht geöffnet sind, wenn das HD-Bypassventil 30 weniger als ein vorbestimmtes Ausmaß offen ist (schützt vor schwacher

S₁. . Heißdampfkühlung bei geringer Durchströmung) oder, wenn die _t " 'Differenz zwischen dem Kesseldruck und dem Zwischenüberhitzerdruck übermäßig niedrig ist (schützt vor übermäßi^l""'· get Trahspörtnachellung) . . ' ^: · V₁

d) ·Sähließen der Wassärsprühvorrichtungsabsperrventile immer -.- ' -danif, weiin'das HD-Bypassventtl 30 weniger als ein vor be-

:- stimmtes Ausmaß offen ist oder geschlossen worden ist oder wenn die HD-Bypassdampftemperatur,Üzu niedrig ist.¹

e) Eine verzögerte Betätigung des HD-Bypassventils 3Ö, wenn i...--"^! die Wasserabsperrventile offen sind und der Standardtempe-

■räturbezugswert aus der Einheit 104 gewählt wird (schützt >' vor hängenbleibenden Wasserabsperrventilen) .

Das Schutzuntersystem enthält die Schutzlogik 106, die Angaben über entweder übermäßig stark oder übermäßig schwach gekühlten Heißdampf aus den Temperaturabfühlschaltern 76 empfängt; Luftabsperrventile 120 und 126;,Wasserabsperfventile 128 und^r130; und Ventilpositionsschalter 132', 134 und 136.

" Darüber hinaus empfängt die Schutzlogik 106 ein Signal, das die Druckdifferenz zwischen dem Kesseldruck und dem Zwischenüberhitzerdampfdruck, die eine erste und'eine zweite Stelle 'in dem Dampfweg darstellen, darstellt. Das Differenzdrucksignal wird an einem Eingang 140 empfangen und ergibt ein Ventilbetätigungssignal an dem HD-Bypassventil 30 auf der Lei-

3H9772

tung 84, wenn die Druckdifferenz kleiner als ein vorgewähltes Ausmaß wird. Das Druckdifferenzsignal ist aus Drucksignalen erzielbar, die aus dem HD-Bypassregler 54 und dem ND-Bypassregler 56, welche beide in Fig. 1 dargestellt sind, verfügbar sind.

Fig. 3 zeigt ausführlich eine bevorzugte Konfiguration für die Schutzlogik 106 von Fig. 2. Es sei angemerkt, daß die Logikschaltung von Fig. 2 zum Schutz von zwei parallelen HD-Bypassanlagen um einen einzelnen HD-Abschnitt einer Turbine herum verwendbar ist. Zweckmäßig werden deshalb die Bypasswege in Verbindung mit Fig. 3 als Bypass Nr. 1 und als Bypass Nr. 2 bezeichnet. Die Logiksymbole von Fig. 3 sind genormte NEMA-Logiksymbole.

Die HD-Bypassventile (für parallele Bypassleitungen) werden beim Empfang eines Signals aus einem ODER-Gatter 150 auf einer Leitung 84, die mit der Leitung 84 von Fig. 1 und 2 identisch ist, schnell geschlossen. UND-Gatter 152 und 154, ein ODER-Gatter 156 und ein Zeitverzögerungsglied 158 ergeben eine zeitverzögerte Betätigung der HD-Bypassventile, falls eines der HD-Bypassventile eine Position hat, die größer als eine vorbestimmte niedrige Position ist (was selbstverständlich auf andere Öffnungsgrade geändert werden kann) und wenn die Dampftemperatur einen übermäßigen Wert hat, was durch 2/3-Hoch/Niedrig-Temperaturwähler 159 und 160 bestimmt wird. Die Temperaturwähler 159 und 160 empfangen Eingangssignale aus Temperaturschaltern, wie den Schaltern 76 von Fig. 2, und liefern Ausgangssignale, die entweder übermäßig hohe oder übermäßig niedrige Temperaturen angeben. UND-Gatter 162 und 164 zusammen mit Zeitverzögerungsgliedern 166 und 168 sowie Invertern 170 und 172 bilden rück setzbare Triggerschaltungen, die das ODER-Gatter 150 beim Erkennen einer übermäßig niedrigen Temperatur des gekühlten Heißdampfes betätigen. Diese Triggerschaltungen setzen sich

•Jo-

automatisch selbst im Anschluß an eine vorbestimmte Zeitspanne rück, nachdem die Temperatur unter den niedrigen Sollwert gesunken ist. Eine Halteschaltung^!zum Halten des ODER-Gatters 150 in dessen aktiviertem Zustand, nachdem es getriggert worden ist, wird von einem UND-Gatter 174 und einem Inverter 176 gebildet. Wenn*der Betätigungszustand gelöscht ist, wird ein in den Inverter 176 eingegebenes Rücksetzsignal den Haltezustand der Halteschaltung beseitigen.

Luftabsperrventile, wie die Ventile 120 und 126 von Fig. 1, werden durch ein Signal aus dem Triggern eines ODER-Gatters 180 zwangsgeschlossen. Das Schließsignal wird auf Leitungen 182 und 184 geliefert. Das ODER-Gatter 180 wird durch gekühlten Heißdampf niedriger Temperatur in einer der HD-Bypassleitungen oder wenn die HD-Bypassventile in beiden HD-Bypassleitungen weniger als ein vorgewähltes Ausmaß offen sind getriggert. Diese letztgenannten Zustände werden durch Inverter 183 und 185 und ein UND-Gatter 186 erkannt.

Es sei daran erinnert, daß es unter gewissen Bedingungen erwünscht ist, daß in der Regelanordnung eine Standardtemperatur statt der tatsächlichen Temperatur des gekühlten Heißdampfes benutzt wird. Daher wird in Fig. 2 der Standardtemperaturbezugswert aus der Einheit 104 als Steuersignal an dem Summierpunkt 107 auf Befehl aus der Schutzlogik 106 gewählt. Das dient dem Zweck, das Einleiten von Wasser in die HD-Bypassdampfleitungen zu verhindern.

In Fig. 3 wird das Standardtemperaturwählsignal auf einer Leitung 188 durch ein ODER-Gatter 190 geliefert. Das ODER-Gatter 190 wird seinerseits getriggert, wenn die Wasserabsperrventile, wie die Ventile 128 und 130 in Fig. 2,beide weniger als vollständig offen sind, worauf Inverter 192 und 194 und ein UND-Gatter 196 ansprechen; wenn der Differenzdruck zwischen dem Kessel und dem Zwischenüberhitzer kleiner

3U9772

als ein vorgewählter Wert ist, der durch einen Vergleicher 198 bestimmt wird, der das ΔΡ-Signal auf der Leitung 140 und einen Vergleichswert aus einer Bezugswerteinheit 200 empfängt; oder wenn das QDER-Gatter 180 verlangt, daß sämtliche Luftabsperrventile geschlossen werden. Als ein Beispiel sei angegeben, daß das ODER-Gatter 190 getriggert werden kann, um die Standardtemperatur auszuwählen, wenn der Differenzdruckwert zu niedrig wird.

Die Schutzschaltung 106 von Fig. 2 enthält außerdem einen Inverter 202, ein UND-Gatter 204 und ein Zeitverzögerungsglied 206, die gemeinsam das ODER-Gatter 150 im Anschluß an eine feste Zeitverzögerung triggern, wenn der Standardtemperaturbezugswert ausgewählt wird und wenn von den Luftabsperr ventilen verlangt wird, daß sie offen sind.

Vorstehend ist zwar eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden, verschiedene weitere Modifizierungen können jedoch vorgenommen werden. Beispielsweise wird zwar der Dampfdurchsatz in der gesteuerten Bypassleitung vor zugsweise als das Produkt aus dem Dampfdruck.und der Ventilposition genommen, es ist jedoch klar, daß andere Meßwerte des Dampfdurchsatzes ebenfalls benutzt werden können. Alle diese Modifizierungen liegen im Rahmen der Erfindung.

. -12 7.

Leerseite

Claims

Patentansprüche :

( 1.)Heißdampfkühlregelanordnung zum Regeln der Temperatur von gekühltem Heißdampf in Kombination mit einer Dampfturbine ■(12), die eine Bypassanlage zum Ableiten von durch einen Dampferzeuger (10) geliefertem überschüssigem Dampf von der Turbine (12) und Vorrichtungen (32) zum Kühlen des durch die Bypassanlage um die Turbine herumgeleiteten Dampfes und wenigstens ein Dampfdurchflußsteuerventil (30) enthält, gekennzeichnet durch:

eine Temperaturbestimmungseinrichtung (74, 76), die eine Darstellung der Temperatur des gekühlten Heißdampfes liefert;

eine erste Steuereinrichtung (110), die in Wirkverbindung mit den Heißdampfkühlvorrichtungen steht und auf die Temperaturdarstellung anspricht, um eine korrigierende Stellgrössenänderung der Heißdampfkühlvorrichtungen vorzunehmen, damit die Temperatur des gekühlten Heißdampfes auf einem vorgewählten Temperaturbezugswert gehalten wird;

9 · * 4

eine Dampfströmungsbestimmungseinrichtung (114), die eine Darstellung des Dampfdurchsatzes in dem Bypassuntersystem liefert; und

eine zweite Regeleinrichtung (112), die auf die Dampfdurchsatzdarstellung anspricht und in Zusammenwirkung mit der ersten Regeleinrichtung (110) die korrigierende Stellgrößen änderung in Abhängigkeit von dem Dampfdurchsatz in dem By-
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfströmungsbestimmungseinrichtung ein Multiplizierer (114) ist, der die Dampfdurchsatzdarstellung als das Produkt aus dem Dampfdruck, der der Bypassanlage zugeführt wird, und dem Grad der öffnung des DampfStrömungssteuerventils (30) liefert.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Regeleinrichtung ein Multiplizierer (112) ist, der die korrigierende Stellgrößenänderung der ersten Regeleinrichtung (110) um einen Paktor verändert, welcher zu der Dampfdurchsatzdarstellung proportional ist.
4.. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Schutzuntersystem (106, 120, 126, 128, 130, 132, 134, 136) , welches auf Betriebsparameter der Bypassanlage, die vorgewählte Werte derselben überschreiten, anspricht ,- indem es einen Schutzvorgang auslöst, durch den übermäßige Dampftemperaturen und das Einleiten von flüssigem Wasser in der Bypassanlage kontrolliert werden.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturbestimmungseinrichtung (74, 76) redundant vorgesehen ist, und daß die Regelanordnung weiter enthält:

3U9772

■einen Höchstwertwähler (100) zum automatischen Auswählen des höchsten Mbrtes ναι redundant gelieferten Darstellungen der Dampftemperatur;

eine Standardtemperaturbezugswerteinheit (104), die einen vorgewählten Dampftemperaturwert liefert; und einen Temperaturwähler (102)'der auf das Schutzuntersystem anspricht/ um automatisch die Höchstwertdarstellung der Temperatur oder die Standardtemperatur auszuwählen, je nachdem, was der Schutzvorgang verlangt.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzuntersystem enthält:

einen Temperaturabfühlschalter (76) , der ein erstes Ansprechsignal auf eine vorgewählte hohe Temperatur von gekühltem Heißdampf und ein zweites Ansprechsignal auf eine vorgewählte niedrige Temperatur von gekühltem Heißdampf liefert;

einen Ventilpositionsfühler (132, 134, 136), der auf den Grad der öffnung des DampfStrömungssteuerventils (30) anspricht, um ein Signal zu liefern, welches angibt, daß das Ventil über ein vorgewähltes Ausmaß offen ist; und eine Logikschaltung (106) zum schnellen Schließen des DampfStrömungssteuerventils (30) immer dann, wenn das erste Ansprechsignal empfangen wird und das Dampfströmungssteuerventil über das vorgewählte Ausmaß hinaus offen ist, oder immer dann, wenn das zweite Temperaturansprechsignal empfangen wird.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzuntersystem enthält:

eine Einrichtung (140), die eine Darstellung des Differenzdampfdruckes zwischen einer ersten Dampfwegstelle (54) und einer zweiten Dampfwegstelle (56) liefert; und eine Logikeinrichtung zum Auswählen der Standardtemperatur (104) immer dann, wenn die Differenzdruckdarstellung

O.I. 3U9772

einen vorgewählten Bezugswert übersteigt.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch:

Sprühvorrichtungen (32) zum Einsprühen von flüssigem Wasser in die Bypassströmung von Heißdampf, um diesen zu kühlen;

eine Einrichtung (70, 72)»die auf ein Steuersignal anspricht, um die Wasserzufuhr zu den Sprühvorrichtungen (32) einzustellen;

VJ wobei die Temperaturabfühleinrichtung (74, 76) stromab-• wärts von den Wassersprühvorrichtungen (32) angeordnet ist und ein Temperatursignal liefert, das die Temperatur des gekühlten Heißdampfes angibt; wobei die erste Regeleinrichtung (110) auf das Temperatursignal anspricht, um ein Korrektursignal zu erzeugen, welchesbewirkt, daß die Wasserdurchflußeinstelleinrichtung (70, 72) den Wasserdurchfluß so einstellt, daß eine vorgewählte Temperatur des gekühlten Heißdampfes aufrechterhalten wird;

wobei die Dampfströmungsabfühleinrichtung (114) ein Signal liefert, welches den Durchsatz des gekühlten Heißdampfes angibt; und

^w wobei die zweite Regeleinrichtung (112) auf das Dampfdurchsatzsignal und auf das Korrektursignal anspricht, um das Wasserdurchflußeinstellsteuersignal als das Produkt aus dem Dampfdurchsatzsignal und dem Korrektursignal zu erzeugen.