DE3216298A1

DE3216298A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung der temperatur von ueberhitztem dampf

Info

Publication number: DE3216298A1
Application number: DE19823216298
Authority: DE
Inventors: Yoichiro Tama Tokyo Kogure; Hidekazu Kodaira Tokyo Wakamatsu
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-04-28
Filing date: 1982-04-27
Publication date: 1982-12-02
Also published as: JPS6238524B2; US4425762A; JPS57179509A; DE3216298C2

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Temperatur von überhitztem Dampf, der in einem Dampfkessel erzeugt wird, und - insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Dampftemperatur beim Anlaufen des Dampfkessels und der mit diesem gekoppelten Turbine in einem Kraftwerk, wobei ein Turbinennebenschlußventil vorhanden ist.

Bei bekannten Kraftwerken kann ein Turbinennebenschlußventil vorhanden sein, das parallel zum Haupt-Dampfunterbrechungsventil und der Turbine angeordnet ist, so daß im Dampfkessel erzeugter überhitzter Dampf direkt in einen Kondensator geleitet werden kann. Das Jurbinennebenschlußventil dient zum Ableiten überschüssigen überhitzten Dampfes, so daß dieser nicht in die Turbine gelangt, die dadurch geschützt wird. Wird beispielsweise der Betrieb eines elektrischen Generators in einem Kraftwerk infolge Unterbrechung im Übertragungssystem unterbrochen, so kann das Kraftwerk keine Leistung mehr abgeben und die Turbine braucht nicht mehr mit überhitztem Dampf beaufschlagt zu werden.

Falls der Turbine auch nach einer Unterbrechung des

Übertragungssystems die gleiche Menge überhitzten Dampfes zugeführt wird, erfolgt eine unnötige Beschleunigung der Turbine, die zu mechanischen Schaden führen kann. Aus diesem Grund wird in einem solchen Fall das Turbinennebenschlußventil geöffnet, so daß der überschüssige überhitzte Dampf direkt in den Kondensator geleitet und dadurch die Turbine geschützt wird. . Selbstverständlich wird bei Abtrennung des elektrischen Generators vom Übertragungssystem eine Regelung vorgenommen, durch die die Erzeugung von überhitzten Dampf im Dampfkessel verringert wird. Das Ansprechverhalten einer solchen Steuerung ist jedoch sehr langsam, so daß das vorstehend erwähnte Turbinennebenschlußventil vorgesehen wird.

Wie dargelegt, dient das Turbinennebenschlußventil eigentlich nur dazu, in Notfällen, etwa der vorstehend erwähnten Unterbrechung im Übertragungssystem, wirksam zu werden, d.h. es nimmt nicht wesentlich an der Temperatursteuerung des überhitzten Dampfes beim Anlaufen des Dampfkessels und der mit ihm gekoppelten Turbine teil. In diesem Anlaufbetrieb besteht somit kein Unterschied zwischen einem Kraftwerk mit Turbinennebenschlußventil und einem Kraftwerk ohne Turbinennebenschlußventil, und die Temperatursteuerung im Anlaufbetrieb erfolgt in der nachstehend erläuterten Weise.

Im allgemeinen ist die Temperatunsteuerung des überhitzten Dampfes in Betriebsbereichen, bei denen die Dampfkessellasten niedrigen sind, d.h. beim Anlaufen des Dampfkessels, wegen den nichtlineanen Anlaufcharaktenistik kompliziert und schwierig. Es ist bekannt, daß das Ansprechen des überhitzten des Dampfes auf Änderungen der Verbrennungsgastemperatur oder der Brennstoffströmungsrate langsam ist, so daß das Ansprechverhalten einer derartigen Steuerung schlecht ist. Es erfordert daher eine erhebliche Zeitspanne, den Zustand des überhitzten Dampfes im Augenblick des Turbinenanlaufes zu 'erhalten. Ferner ist der erforderliche Dampfzustand, bei dem der Dampf der Turbine zugeführt werden kann, von dem "Zustand" des jeweiligen Kraftwerkes abhängig, so daß die Steuerung des überhitzten Dampfes entsprechend dem jeweiligen "Zustand" erfolgen sollte. So sollte beispielsweise im "heißen Zustand", wenn also der Dampfkessel und die Turbine eine höhere Temperatur haben, der überhitzte Dampf in einem höheren Temperaturzustand sein, während im "kalten Zustand" sich der überhitzte Dampf auf einer niedrigeren Temperatur befinden sollte, weil sonst thermische Schäden am inneren Turbinenmetall auftreten können. Derartige Zustände werden im allgemeinen aufgrund von Prozessgrößeh ermittelt, die ein Maß für den Turbinenanlauf zustand sind,

also etwa die Temperatur des inneren Metalls der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine. Wie vorstehend erwähnt, hängt der Zustand des überhitzten Dampfes bei der Zufuhr zur Turbine von dem Betriebszustand des jeweiligen Kraftwerkes ab, so daß die Temperatursteuerung des überhitzten Dampfes im allgemeinen kompliziert und schwierig ist.

Zur Steuerung der Temperatur des überhitzten Dampfes wird eine Steuervorrichtung verwendet, die zwei Temperatur-Steuerfunktionen hat, von denen durch die eine die Temperatur und der Fluiddruck am Auslaß der Wasserkühlwand des Dampfkessels erhöht und durch die andere die Temperatur des überhitzten Dampfes am Auslaß des Dampfkessels so geregelt wird, daß der Dampf der Turbine zugeführt werden kann. Die letztgenannte Steuerfunktion bewirkt die Temperatureinstellung durch Steuerung der Temperatur 'der Verbrennungsgase am Auslaß des Dampfkesselkamins. Nach dem Anlauf des Dampfkessels regelt die Steuervorrichtung zunächst über die erste Steuerfunktion den Anstieg der Temperatur und des Fluiddrucks an der Wasserkühlwand, um überhitzten Dampf zu erhalten. Ist der überhitzte Dampf vorhanden, so regelt die zweite Steuerfunktion die Temperatur der Verbrennungsgase am Auslaß des Dampfkesselkamins, um auf diese

Weise die Temperatur des überhitzten Dampfes am Auslaß des Dampfkessels auf einen Wert zu bringen, der die Zufuhr des Dampfes zur Turbine gestattet. Dadurch erfolgt die Dampferzeugung entsprechend dem Betriebszustand des Kraftwerkes, und es wird ein sicherer Turbinenanlauf erreicht.

Während dieser Steuerung läuft die Turbine nicht an, bevor ihr. Dampf zugeführt wird, so daß das Haupt-Dampf-Unterbrechungsventil üblicherweise geschlossen ist, wodurch die Strömungsrate des überhitzten Dampfes kaum erhöht wird. Da kaum überhitzter Dampf strömen kann, sind die Temperaturanstiege des Dampfes am Auslaß des Dampfkessels und am Turbineneinlaß sehr gering. Es ist daher eine große Zeitspanne erforderlich, um die Temperatur des überhitzten Dampfes am Ausgang des Dampfkessels soweit anzuheben, daß der Dampf der Turbine zugeführt werden kann. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Turbine zu schnell anläuft, und es erfolgt unvermeidbar eine gewisse Begrenzung des Ansprechverhaltens der Turbine. Dadurch wird jedoch auch das Ansprechen der Turbine auf Spitzenlasten beeinträchtigt. Wird zum schnelleren Anlaufen der Turbine überhitzter Dampf zugeführt, dessen Temperatur noch nicht derjenigen entspricht, die für die Dampfzufuhr zur Turbine erforder-

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lieh ist, so treten thermische Schaden an den metallischen Innenflächen der Turbine auf. Aus diesem Grund ist ein derartiger Betrieb zu vermeiden.

Wie bereits erwähnt, ist der Strom von überhitztem ■ Dampf zur Turbine beim Anlaufen des Dampfkessels bei den bekannten Steuerungen kaum vorhanden, so daß eine erhebliche Zeitspanne erforderlich ist, bis der Turbine überhitzter Dampf zugeführt werden kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbessertes Verfahren sowie eine neue und verbesserte Vorrichtung zur Steuerung der Temperatur von überhitztem Dampf in einem Kraftwerk zu schaffen, wobei der überhitzte Dampf schnell auf eine Temperatur gebracht werden kann, die die Zufuhr zur Turbine gestattet.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren zur Steuerung der Temperatur von überhitztem Dampf in einem Kraftwerk, das einen Dampfkessel zur Erzeugung von überhitztem Dampf aufweist, dessen Auslaß mit dem Einlaß einer von diesem überhitzten Dampf anzutreibenden Turbine gekoppelt ist, die einen Generator treibt, mit einem Kondensator zum Kondensieren von in der Turbine verbrauchtem überhitzten Dampf, mit einer Wasserspeise-

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pumpe zur Zufuhr von Wasser vom Kondensator in den Dampfkessel, mit einem zwischen dem Dampfkessel und der Turbine vorhandenen Haupt—DampfUnterbrechungsventil zur Unterbrechung des Dampfstroms in die Turbine, mit einem parallel zum Haupt-Dampfunterbrechungsventil und der Turbine angeordneten Turbinennebenschlußventil zur Zufuhr von im Dampfkessel erzeugtem überhitzten Dampf zum Kondensator, mit einem ersten Sensor zur Ermittlung einer ersten Prozessgröße, die ein Maß für die Tempera-

Ί0 tür des überhitzten Dampfes an Auslaß des Dampfkessels ist, mit einem zweiten Sensor zur Ermittlung einer zweiten Prozessgröße, die ein Maß für den Druck des überhitzten Dampfes ist, mit einem dritten Sensor zur Ermittlung einer dritten Prozessgröße, die ein Maß für

"*5 die Temperatur am Einlaß der Turbine ist, mit einem vierten Sensor zur Ermittlung einer vierten , Prozessgröße, die ein Maß für den Anlauf zustand der Turbine ist, und mit einem fünften Sensor zur Ermittlung einer fünften Prozessgröße, die ein Maß für die Öffnungsstellung des Turbinennebenschlußventils ist, welches sich auszeichnet durch die Ermittlung einer ersten Abweichungstemperatur der Turbine aufgrund der zweiten, der dritten und der vierten Prozessgröße, durch die Ermittlung einer zweiten Abweichungstemperatur für die Zufuhr von überhitztem Dampf zur Turbine aufgrund der vierten

Prozessgröße, durch Vergleich der ersten und der zweiten Abweichungstemperatur, durch Ermittlung einer Öffnungsgröße für das Turbinennebenschlußventil aufgrund der vierten Prozessgröße bei Feststellung, daß die erste Abweichungstemperatur kleiner ist, als die zweite ■ Abweichungstemperatur, durch Ermittlung einer Schließgröße für das Turbinennebenschlußventil aufgrund der ersten Abweichungstemperatur, wenn die erste Abweichungstemperatur die zweite Abweichungstemperatur übersteigt, durch Ermittlung einer Änderungsrate der ersten Prozessgröße, Vergleich der ermittelten Änderungsrate ' mit einer vorbestimmten Änderungsrate der ersten Prozessgröße, Vergleich der ermittelten Änderungsrate mit der vorbestimmten Änderungsrate und Erzeugung eines ersten Verri.egelungssignals, wenn die ermittelte Änderungsrate kleiner ist, als die vorbestimmte Änderungsrate, durch' Ermittlung der Differenz zwischen der ersten und der dritten Prozessgröße, Vergleich der ermittelten Differenz mit einem vorbestimmten Wert und Erzeugung eines zweiten Verriegelungssignals, wenn die ermittelte Differenz kleiner ist, als der vorbestimmte Wert, durch Abgabe eines Öffnungsbefehlssignals für das Turbinennebenschlußventil aufgrund der Öffnungsgröße, des ersten Verriegelungssignals und des zweiten Verriegelungssignals, und durch Abgabe eines Schließbe-

fehlssignals für das Turbinennebenschlußventil aufgrund der Schließgröße und den fünften Prozessgröße.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt also die ^ Ermittlung einer Öffnungsgröße des Turbinennebenschlußventils aufgrund der vierten Prozessgröße, wenn festgestellt wird, daß der Wert der ersten Temperaturabweichung kleiner ist, als der Wert der zweiten Temperaturabweichung, und es wird eine Schließgröße für das

'^ Turbinennebenschlußventil aufgrund des ersten Wertes der Temperaturabweichung ermittelt, wenn festgestellt wird, daß der Wert der ersten Abweichungstemperatur größer ist, als der Wert der zweiten Abweichungstemperatur .

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Steuerung der Temperatur des überhitzten Dampfes in einem Kraftwerk, das einen Dampfkessel zur Erzeugung von überhitztem Dampf hat, dessen Auslaß mit dem Einlaß einer Turbine gekoppelt ist, die mittels des überhitzten Dampfes aus dem Dampfkessel angetrieben wird und mit einem Generator gekoppelt ist, das einen Kondensator zum Kondensieren des in der Turbine verbrauchten überhitzten Dampfes aufweist, der mit einer Wasser-Speisepumpe zur Zufuhr von Wasser vom Kondensator zum

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Dampfkessel verbunden ist, das ein Haupt-Dampfunterbrechungsventil zwischen dem Dampfkessel und der Turbine hat, bei -dem ein Turbinennebenschlußventil parallel zum Haupt-Dampfunterbrechungsventil und zur Turbine angeordnet ist, um im Dampfkessel erzeugten, überhitz-■ ten Dampf zum Kondensator zu leiten und das einen ersten Sensor zur Ermittlung einer ersten Prozessgröße, die ein Maß für die Temperatur des überhitzten Dampfes am Auslaß des Dampfkessels ist, einen zweiten Sensor zur Ermittlung einer zweiten Prozessgröße, die ein Maß für den Druck des überhitzten Dampfes ist, einen dritten Sensor, zur Ermittlung einer dritten Prozessgröße, die ein Maß für die Temperatur am Turbineneinlaß ist, einen vierten Sensor, zur Ermittlung einer vierten Prozessgröße, die ein Maß für den Anlauf zustand der Turbine ist, sowie einen fünften Sensor zur Ermittlung einer fünften Prozessgröße aufweist, die ein Maß für die Öffnungsstellung des Turbinennebenschlußventils ist, welche sich auszeichnet durch eine Einrichtung zur Ermittlung einer Abweichungstemperatur, der die zweite, die dritte und die vierte Prozessgröße zuführbar sind und die die Abweichungstemperatur der Turbine aufgrund dieser Prozessgrößen ermittelt, durch eine Vergleichseinrichtung, der die erste Abweichungstemperatur und die vierte Prozessgröße zuführbar sind, um eine zweite

Abweichungstemperatur für die Zufuhr von überhitztem Dampf zur Turbine aufgrund der vierten Prozessgröße zu ermitteln, und die die erste Abweichungstemperatur mit der zweiten Abweichungstemperatur vergleicht, um ein erstes Vergleichssignal zu liefern, wenn die erste Abweichungstemperatur kleiner ist, als die zweite Abweichungstemperatur, und um ein zweites Vergleichssignal zu ermitteln, wenn die erste Abweichungstemperatur größer ist, als die zweite Abweichungstemperatur,

"10 durch eine Mengenermittlungseinrichtung, der das erste Vergleichssignal und die vierte Prozessgröße zuführbar 'sind, um eine Öffnungsgröße für das Turbinennebenschlußventil zu erzeugen, durch eine zweite Mengenermittlungseinrichtung, der das zweite Vergleichssignal und die erste Abweichungstemperatur zuführbar sind, um eine Schließgröße für das Turbinennebenschlußventil zu erzeugen, durch eine Änderungsrateneinrichtung, der die erste Prozessgröße zur Ermittlung von deren Änderungsrate zuführbar ist, um die ermittelte Änderungsrate mit einer vorbestimmten Änderungsrate zu vergleichen und ein erstes Verriegelungssignal zu erzeugen, wenn die ermittelte Änderungsrate kleiner ist, als die vorbestimmte Änderungsrate, durch eine Differenzermittlungseinrichtung, der die erste und die zweite Prozessgröße zuführbar sind, um deren Differenz zu ermitteln und

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diese mit einem vorbestimmten Wert zu vergleichen sowie ein zweites Verriegelungssignal zu erzeugen, wenn die ermittelte Differenz kleiner ist, als der vorbestimmte Wert, durch eine erste Betriebsbefehlseinrichtung, der die Öffnungsgröße, das erste Verriegelungssignal und das zweite Verriegelungssignal zuführbar sind, um ein Öffnungssignal für das Turbinennebenschlußventil zu erzeugen, und durch eine zweite Betriebsbefehlseinrichtung, der die Schließgröße und die fünfte Prozessgröße zuführbar sind, um ein Schließbefehlssignal für das Turbinennebenschlußventil zu erzeugen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt schematisch ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gesteuertes Kraftwerk.

Figur 2 zeigt in einem Blockschaltbild eine Vorrichtung zur Steuerung der Überhitzungstemperatur.

Figur 3 zeigt in einem Diagramm die Abweichungsvergleichsfunktion, die einen Zustand des überhitzten Dampfes angibt, der die Weiterleitung

von Dampf zur Turbine ermöglicht.

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Figur 4 zeigt in einem Diagramm die Charakteristika der Durchtrittsmengenzielfunktion der Öffnungsbewegung des Turbinen-Nebenschlußventils.

Figur 5 zeigt in einem Diagramm die Charakteristika der Durchtrittsmengenzielfunktion der Schließbewegung des Turbinen-Nebenschlußventils.

Figur 6 zeigt in einem Fließbild die Betriebsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Wie bekannt, wird in Kraftwerken der in einem Dampfkessel 11- erzeugte überhitzte Dampf durch ein Haupt-Dampfunterbrechungsventil 12 und ein Steuerventil 13 einer

Ί5 Turbine 14 zugefügt, wodurch diese einen elektrischen Generator 15 antreibt. Der in der Turbine 14 verbrauchte überhitzte Dampf wird in einem Kondensator 16 kondensiert und von einer Wasserspeisepumpe 17 in den Dampfkessel 11 eingeleitet. Die Wasserzuführung zum Dampfkessel 11 erfolgt über eine Wasserkühlwand 18, wo eine Erwärmung mittels eines Brenners 19 stattfindet. Das Fluid (Mischung aus Dampf und Wasser) von der Wand 18 wird von einem Dampf-Wasser-Separator 20 in Dampf und Wasser aufgeteilt und der abgetrennte Dampf wird

²^ einem Überhitzter 21 zugeführt, wo er auf eine hohe

Temperatur und einen hohen Druck gebracht, also in überhitzten Dampf umgesetzt wird. Er wird dann aus dem Auslaß des Dampfkessels 11 abgegeben.

Gegebenenfalls wird ein Teil des im Separator 20 erzeugten Dampfes durch ein Entspannungsventil 22 in den Kondensator 16 geleitet. Hierdurch kann im wesentlichen eine Steuerung der Temperatur und des Drucks des überhitzten Dampfes erfolgen. Parallel zur Reihenanordnung Ό von Haupt-Dampfunterbrechungsventil 12, Steuerventil 13 und Turbine 14 ist ein Turbinennebenschlußventil 23 'vorgesehen. Das Turbinennebenschlußventil 23 dient, wie vorstehend bereits erwähnt, zum Einleiten von überschüssigem überhitzten Dampf direkt in den Kondensator 16. Erfindungsgemäß wird, wie im folgenden beschrieben werden wird, daß Turbinennebenschlußventil eingesetzt, um die Temperatur des überhitzten Dampfes vom Anlaufen des Dampfkessels bis zum Anlaufen der Turbine zu steuern.

Die Vorrichtung 24 zur Steuerung des Dampfkessels arbeitet in diesem Zusammenhang wie folgt: Die Temperatur T des überhitzten Dampfes am Dampfkesselauslaß wird von einem Sensor R . ein Druck T₀ des überhitzten

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Dampfes von einem Sensor T „, eine Temperatur T_ am

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Turbinenauslaß von einem Sensor I__, eine Innenwand-Me-

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talltemperatur T. der ersten Stufe der Dampfkammer der Turbine von einem Sensor T , die Brennstoffströmungsrate T₁. des Brenners 19 von einem Sensor T ,., die Verbrennungsgastemperatur T_ des Kaminauslaßes von einem Sensor T und eine Fluidtemperatur T₇ am Auslaß der Wasserkühlwand von einem Sensor T _ festgestellt. Aufgrund dieser Daten liefert die Vorrichtung 24 Ausgangssignale, ein Regelungsbefehlsignal C. für ein Brennstoff regelventil 25, das die Brennstoffströmungsrate T₁- regelt, sowie auch ein Regelungsbefehlsignal C_? für ein Dampfentspannungsventil 22, und sie bewirkt die Temperatursteuerung des überhitzten Dampfes. Letztere erfolgt mittels der vorstehend erwähnten ersten und zweiten Temperatursteuerfunktionen. Der im Tank 251 vorhandene Brennstoff wird dem Brenner 19 mittels einer Brennstoff-Förderpumpe 252 zugeführt.

Eine erfindungsgemäße Dampftemperatursteuerung 26A bewirkt zum Anlaufen der Turbine über das Nebenschlußventil 23 eine Steuerung der Temperatur des überhitzten Dampfes. Der Steuerung 26A werden Prozeßdaten zugeführt, etwa die Dampftemperatur T. am Kesselauslaß, der Dampfdruck T₀, die Temperatur T„ am Turbineneinlaß, die Wandtemperatur T. der ersten Kammer der Turbine sowie ein vom Sensor T _o ermitteltes Öffnungssignal T_ bezüg-

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lieh des Öffnungszustandes des Nebenschlußventils 23. Obwohl die Steuerung 26A, wie in Figur 1 gezeigt, die Daten über die Dampf temperatur T₁ am Kesselauslaß, den Dampfdruck T₉, die Temperatur T am Turbineneinlaß und die Temperatur 1. an der Wand der ersten Dampfkammer der Turbine indirekt zugeführt werden, können diese Daten auch direkt von den entsprechenden Sensoren T

und T der Steuerung 26A zugeleitet werden.

Die Steuerung 26A errechnet auf Basis der erhaltenen Daten die zur Temperatursteuerung des überhitzten Dampfes erforderliche Durchtrittsmenge für das Nebenschlußventil 23 und stellt außerdem fest, ob das Nebenschlußventil 23 geöffnet werden kann. Sie erzeugt dann ein Betriebsbefehlssignal C für die Regelung des Nebenschlußventils 23. Das Betriebsbefehlssignal C_ besteht aus einem Öffnungsbefehlssignal C und einem Schließbefehlssignal C__, die später beschrieben werden.

Ein Steuercomputer 26B überwacht den Gesamtbetrieb des Kraftwerks und führt eine große Anzahl von Steuerfunktionen aus. Obwohl nicht dargestellt, werden diesem Steuercomputer 26B außer den vorstehend erwähnten Daten noch weitere verschiedene Prozeßdaten zugeführt. Aufgrund der empfangenen Prozeßdaten gibt der Steuercompu-

ter 26Β Befehle für den Betriebsbeginn und die Beendigung des Betriebes, die der Vorrichtung 24 für die Dampfkesselsteuerung und der Steuerung 26A sowie verschiedenen anderen nicht gezeigten Steuereinrichtungen ^ und- einheiten geführt werden. Ferner liefert der Steuercomputer Befehle für das Haupt-Dampfunterbrechungsventil "12 und das Steuerventil 13 und bewirkt eine überwachende Gesamtsteuerung des Kraftwerkes.

'® Das Blockschaltbild gemäß Figur 2 zeigt die Anordnung zur Steuerung der Temperatur des überhitzten Dampfes des Dampfkessels gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine Steuereinheit 27 empfängt Verfahrensdaten, etwa die Dampftemperatur T. am Kesselauslaß, den Dampfdruck T„, die Temperatur T₃ am Turbineneinlaß, die Temperatur T. der Innenwand der ersten Dampfkammer der Turbine und den Öffnungsstand T₀ des Nebenschlußventils

23 und wandelt diese Daten in digitale Daten um, die als Temperatur T des Dampfes am Kesselauslaß, als

Druck T_?D des überhitzten Dampfes, als Temperatur T_3n am Turbineneinlaß, als Temperatur T._ der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine und als Öffnungszustand T_n des Nebenschlußventils 23 bezeichnet werden. Ein Vergleicher 28 für die Temperaturänderungsrate erhält das

Temperatursignal T_1n für die Dampftemperatur am Kessel-

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auslaß und errechnet eine zeitliche Änderungsrate α, vergleicht dann die ermittelte Änderungsrate mit einer vorbestimmten Änderungsrate ot und liefert ein Verriegelungssignal S., wenn die errechnete Änderungsrate kleiner ist, als die vorbestimmte Änderungsrate α . Die vorbestimmte Änderungsrate öl hat einen positiven Wert und zeigt an, daß die Temperatur des überhitzten Dampfes, ansteigt. Der Vergleicher 28 liefert daher kein Verriegelungssignal S., wenn die Temperatur des überhitzten Dampfes mit einer Ό Änderungsrate ansteigt, die größer ist als die vorbestimmte Änderungsrate σ^.

Andererseits errechnet ein Vergleicher 29 für eine Temperaturdifferenz eine Temperatur ß (ß.= T, -T) zwischen der Temperatur T-_n des überhitzten Dampfes am Kesselauslaß und der Temperatur T. am Turbineneinlaß, ,vergleicht die so ermittelte Temperaturdifferenz ß mit einer vorbestimmten Temperaturdifferenz ß_o und liefert ein Verriegelungssignal S_, wenn die errechnete Temperaturdifferenz

ß kleiner ist, als die vorbestimmte Temperaturdifferenz

B₀. Die vorbestimmte Temperaturdifferenz ß^ ist so festgelegt, daß die Metalltemperatur am Turbineneinlaß nicht durch die Wirkung des überhitzten Dampfes¹ verrringert wird. So hat die Temperaturdifferenz ß beispielsweise " einen positiven Wert, der anzeigt, daß die Temperatur T

des überhitzten Dampfes am Kesselauslaß höher ist, als die Temperatur T am Turbineneinlaß, oder einen negativen Wert, der anzeigt, daß die Temperatur T. des überhitzten Dampfes am Kesselauslaß geringfügig niedriger ist, als die Temperatur T„ am Turbineneinlaß. Der Vergleicher 29 liefert daher kein Verriegelungssignal S_pJ wenn nicht die Gefahr besteht, daß der überhitzte Dampf eine Kühlung des Metalls am Turbineneinlaß

bewirkt.
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Eine Einheit 30 zur Ermittlung einer Temperaturabweichung werden Daten zugeführt, etwa der Druck T_? des überhitzten Dampfes, die Temperatur T- am Turbineneinlaß und die Temperatur T_n der metallischen Innenwand der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine. Die Einheit 30 errechnet auf Basis dieser Daten eine Abweichungstemperatur M, die durch die Differenz zwischen der Dampftemperatur am Auslaß der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine und die Temperatur T der metalli-

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• sehen Innenwand der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine gegeben ist. Die Einheit 30 ermittelt somit eine Abweichungstemperatur für die Dampftemperatur am Auslaß der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine, erhält dann eine Differenz zwischen so dem ermittelten Wert und * der Temperatur T_4n der metallischen Innenwand der Dampf-

kammer der ersten Stufe der Turbine und stellt dann die Abweichungstemperatur M fest. Die Dampftemperatur am Auslaß der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine ist ein voraussichtlicher Wert der Dampftemperatur am Auslaß der Dampfkammer der ersten Stufe, der unter der Bedingung ■ erwartet wird, daß der Turbine überhitzter Dampf zugeführt wird. Deshalb wird die Dampftemperatur am Auslaß der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine auf Basis von Prozeßdaten ermittelt, etwa dem Druck T„ des überhitzten Dampfes und der Temperatur T„_n am Turbineneinlaß, welche ein Anzeichen für den Zustand des überhitzten Dampfes zu dem Augenblick sind, zu dem der Eintritt des Dampfes in die Turbine angenommen wird. Die Betriebsgleichung zur Berechnung der Dampftemperatur am Auslaß der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine ist, obwohl je nach Art und Form der Turbine sehr unterschiedlich, allgemein bekannt.

Die ermittelte Abweichungstemperatur M wird zusammen mit der Temperatur T_4n der metallischen Innenwand der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine einer Rechner/Vergleicher-Einheit 32 zugeführt, die aufgrund der Temperatur T_4n eine Abweichungstemperatur Ma des in die Turbine eintretenden Dampfes errechnet und mit der Abweichungstemperatur M vergleicht. Wenn das Vergleichsergebnis

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zeigt, daß die Abweichungstemperatur M kleiner ist, als die Abweichungstemperatur Ma, liefert die Einheit 32 ein erstes Vergleichssignal C.,.. Wenn jedoch die Abweichungstemperatur M größer ist, als die Abweichungstemperatur Ma, gibt die Einheit 32 ein zweites Vergleichs-• signal C-₂ ab.

Figur 3 zeigt eine charakteristische Kurve für die Abweichungsvergleichsfunktion f zur Ermittlung der Abweichungstemperatur Ma bei Zufuhr von Dampf zur Turbine und auf Grundlage der Temperatur T._ der metallischen Innenwand der Dampfkammer der ersten Stufe. Nimmt man an, da.ß die Temperatur T_4n sich auf einem Wert T_4n-1 befindet, wie dies in Figur 3 gezeigt ist, so ist zu diesem Zeitpunkt die Abweichungstemperatur Ma für die Zufuhr von Dampf zur Turbine Ma_-1 der Abweichungsvergleichsfunktion f. Die Abweichungstemperatur Ma hat einen gewissen Toleranzbereich und liegt in einem Bereich Mp< Ma< Ma. , der durch eine die obere Grenze bildende Abweichungsvergleichsfunktion f und eine die untere Grenze darstellende Abweichungsvergleichsfunktion f gebildet wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Temperatursteuerung vom Anlaufen des Dampfkessels bis zum Anlaufen der Turbine derart, daß die Abweichungstemperatur M von einem kleineren Wert zu

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einem größeren Wert verändert wird, so daß ein durch die untere Abweichungsvergleichsfunktion f bestimmter Wert als Abweichungstemperatur Ma zugeführt wird. Aus diesem Grund wird die untere Abweichungsvergleichsfunktion f lediglich als Abweichungsvergleichsfunktion f . bezeichnet.

Darüber hinaus gibt die Abweichungsvergleichsfunktion f ein Anzeichen für den Zustand des überhitzten Dampfes für die Zufuhr zur Turbine und enthält als eine Variable die Temperatur T^ der metallischen Innenwand ■ der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine als Anzeichen für den Turbinenanlauf zustand. Ist der Druck des überhitzten Dampfes konstant, so wird die Tempera-

-| 5 tür des überhitzten Dampfes nämlich so gehalten, daß der zuzuführende Dampf den Anforderungen an einen der Turbine zuzuführenden überhitzten Dampf genügt. Es sei deshalb erwähnt, daß bei niedrigerer Temperatur T._ die Abweichungstemperatur größer sein sollte, da die Differenz zwischen der Temperatur T und dem Zustand des überhitzten Dampfes, der der Turbine zugeführt werden kann, größer wird.

Eine charakteristische Kurve dieser Funktion verändert sich je nach Art und Kapazität der Turbine, so daß

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aufgrund von Testversuchen eine charakteristische Kurve ermittelt werden muß, die, wie allgemein bekannt ist, eine monoton fallende Funktion ist.

Die Einheit 32 vergleicht die Abweichungstemperat.ur Ma.

■ mit der Abweichungstemperatur M. Figur 3 zeigt den Zeitpunkt, wenn die Abweichungstemperatur Ma. größer ist, als die Abweichungstemperatur M. In diesem Fall erzeugt die Einheit 32 das erste Vergleichssignal C. . ,

"Ό das anzeigt, daß der überhitzte Dampf nicht ausreichend erhitzt ist.

Gibt d-ie Einheit 32 das Vergleichssignal C.. ab, d.h. ist der überhitzte Dampf nicht ausreichend erhitzt, "'S wird ein Kontakt b geschlossen, während ein Kontakt a geöffnet ist, so daß die Temperatur T_n der metallischen Innenwand der Dampfkammer der ersten Stufe, einer ersten Recheneinheit 33 für die Durchtrittsmenge

zugeführt wird.
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Die Recheneinheit 33 ermittelt auf Basis der ersten Durchtrittsmengenzielfunktion g (Figur 4) eine Öffnungsstellung X des Nebenschlußventils 23, d.h. ist der überhitzte Dampf nicht ausreichend erwärmt, so ermittelt die Recheneinheit 33 die Öffnungsstellung X, um

die Strömungsrate des überhitzten Dampfes durch Öffnen des Nebenschlußventils 23 zu regulieren. Die typische Kurve der ersten Durchtrittsmengenzielfunktion g ist abhängig von der Art und der Kapazität der Turbine sowie von dem Aufbau des Dampfsystems u.a., so daß eine ' genaue Kurve durch Versuche ermittelt werden muß, wobei es sich jedoch üblicherweise um ein monoton fallende Funktion handelt, wie sie in Figur 4 gezeigt ist. Dies hat seine Ursache darin, daß dann, wenn die Prozessdaten den Anlauf zustand der Turbine anzeigen, d.h. wenn die Temperatur T größer ist, sich das Kraftwerk im "heißen Zustand" befindet, so daß der Öffnungsgrad des Nebenschlußventils 23 kleiner sein sollte. Dabei sollte das Dampfrohr nicht gekühlt werden, da dadurch ein umgekehrtes Verhalten erreicht wird. Würde das Nebenschlußventil 23 soweit geöffnet, daß die Strömungsrate des überhitzten Dampfes plötzlich ansteigt, so würde seine Temperatur zeitweise verringert werden.

Das Signal zum Offnen für bis zur Offnungsstellung X, das von der Recheneinheit 33 ermittelt wurde, wird dem Nebenschlußventil als Befehlssignal C„. über eine erste Befehlseinheit 35 zugeleitet, wobei jedoch die Zufuhr dieses Signals bei Vorhandensein des ersten Verriege- ^ lungssignals S. oder des zweiten Verriegelungssignals der Befehlseinheit 35 verhindert wird.

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Wie vorstehend bereits beschrieben, erzeugt der Vergleicher 29 das zweite Verriegelungssignal S_?, wenn die Temperatur des überhitzten Dampfes nicht so hoch ist, daß er die Dampfrohre und das Turbinenmetall nicht kühlt. Daher erzeugt beispielsweise der Vergleicher 29 . im "heißen Zustand" des Kraftwerkes möglicherweise das zweite Verriegelungssignal S„, selbst wenn die Temperatur des überhitzten Dampfes soweit gesteigert wurde, daß er die Dampfrohre oder das Turbinenmetall im "kalten Zustand" des Kraftwerks nicht kühlen würde. Dadurch wird verhindert, daß der überhitzte Dampf die Dampfrohre oder das Turbinenmetall kühlt, wenn sich das Kraftwerk im "heißen Zustand" befindet.

Andererseits erzeugt der Vergleicher 28 das erste Verriegelungssignal S. solange, wie die Temperatur des überhitzten Dampfes absinkt, selbst wenn diese Temperatur einen Wert erreicht hat, bei dem kein Kühlen der Dampfrohre oder des Turbinenmetalles stattfindet. Hierbei handelt es sich um eine Art Rückkopplungssteuerung. Der Vergleicher 28 liefert also vorsorglich das erste Verriegelungssignal S., um zu verhindern, daß der überhitzte Dampf zukünftig in einen Temperaturzustand kommt, in dem er die Dampfrohre oder das Turbinenmetall kühlen würde.

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Ist daher das Kraftwerk im "heißen Zustand" und ist die Temperatur des überhitzten Dampfes nicht so hoch, daß er die Dampfrohre und das Turbinenmetall nicht kühlt, so erfolgt keine Steuerung durch geregeltes Öffnen des Nebenschlußventils 23, weil dem Nebenschlußventil kein ■ Betriebsbefehl zugeführt wird, selbst wenn die Öffnungsstellung X bzw. eine entsprechende Ventilöffnung errechnet wurde. Ferner erfolgt keine Temperatursteuerung durch Regulierung des Öffnungszustandes des Nebenschlußventils 23, wenn die Möglichkeit eines zukünftigen Abweichens der Temperatur festgestellt wird, selbst wenn ^vdie Temperatur des überhitzten Dampfes so hoch ist, daß er die .Dampfrohre und das Turbinenmetall nicht kühlt.

-ικ Gibt die Einheit 3'2 das zweite Vergleichssignal C._ ab, d.h. ist der überhitzte Dampf· ausreichend erwärmt, wird der Kontakt a geschlossen (Kontakt b ist geöffnet), und die Abweichungstemperatur M wird zur Ermittlung der Durchtrittsmenge der zweiten Einheit 34 zugeführt.

Die Einheit 34 errechnet auf Basis einer zweiten Durchschnittsmengenzielfunktion h (Figur 5) aus der Abweichungstemperatur M zu einem gegebenen Zeitpunkt eine Schließstellung Y des Nebenschlußventils 23. Ist der überhitzte Dampf ausreichend erwärmt, so ermittelt also

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die Einheit 34 die Schließstellung Y, durch die die Schließbewegung des Nebenschlußventils geregelt wird, um die Strömungsrate des Dampfes zu verringern. Die charakteristische Kurve der zweiten Durchtrittsmengen-Zielfunktion h hängt von der Art und der Kapazität des • Dampfkessels sowie vom Aufbau des Dampfsystems u.a. ab, so daß die genaue Kurve aufgrund von Versuchen ermittelt werden muß, die denjenigen für die Ermittlung der ersten Durchtrittsmengenzielfunktion g entsprechen. Im allgemeinen ist die Funktion monoton fallend, wie dies in Figur 5 dargestellt. Dies hat seine Ursache darin, daß bei höherer Abweichungstemperatur, also bei sich im "heißen Zustand" befindendem Kraftwerk die Schließbewegung des Nebenschlußventils 23 verringert wird und der Zustand mit der Turbine zuführbarem überhitzten Dampf aufrechterhalten bleibt, um die infolge Wärmeaustausches zwischen dem überhitzten Dampf und den gekühlten Dampfleitungen nahe dem Turbineneinlaß erfolgende Temperaturverringerung des überhitzten Dampfes zu kompensieren.

Die von der Einheit 34 ermittelte Schließstellung Y wird einer zweiten Befehlseinheit 35 zugeleitet, die auch den Öffnungsgrad T_or. des Nebenschlußventils 23 erhält. Eine zweite Befehlseinheit 36 vergleicht den

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empfangenen .Öffnungszustand T_Rn des Nebenschlußventils 23 mit dem sich aus der Schließstellung Y ergebenden Wert. Ist die Öffnungsstellung . T größer, so wird ein

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Schließsignal C₃₂ entsprechend der Schließstellung Y erzeugt.

Das Schließsigna.l C-_? und das vorstehend erwähnte Öffnungssignal C₅. werden dem Nebenschlußventil 23 über eine Steuereinheit 27 zugeleitet, die die Befehle in

-10 digitale oder analoge Form umsetzt. Wird der Antriebsmechanismus für das Nebenschlußventil 23 durch ein ana-'loges Signal betätigt, so liefert die Steuereinheit 27 ein Analogsignal, während bei Betätigung durch ein digitales Signal ein Digitalsignal erzeugt wird. Darüber

ή 5 hinaus kann die Einheit 27 auch als Prozesseingabesteuerung und als Prozessausgabesteuerung arbeiten.

Obwohl der Vergleicher 28, der Vergleicher 29, die Einheit 30, die Einheit 32, die erste Recheneinheit 33, die zweite Recheneinheit 34, die erste Befehlseinheit 35 und die zweite Befehlseinheit 36 als digital arbeitend beschrieben wurden, können sie selbstverständlich auch so aufgebaut sein, daß sie analog arbeiten, so daß dann auf die Steuereinheit 27 verzichtet werden kann.

Erfolgt eine digitale Verarbeitung, so werden Vorzugs-

weise die Mikroprozessoren eingesetzt. Aus diesem Grund ist die Steuerung 26A gemäß der Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt.

^ Während in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Steuerung 26A getrennt vom Steuerungscomputer 26B aufgebaut ist, können die Funktionen der Steuerung 26A auch im Steuerungscomputer 26B ausgeführt werden, wie

dies in Figur 6 angedeutet ist.
10

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 liest der Steuerungscomputer 26B zu gewissen, konstanten Abtastzeiten - die Prozessdaten, die für die Temperatursteuerung des Öffnungs- und Schließvorganges des Nebenschluß-Ί5 ventils erforderlich sind, etwa die Temperatur T. des überhitzten Dampfs am Dampfkesselauslaß, den ,Druck T„ des überhitzten Dampfes, die Temperatur T_ am Turbineneinlaß, die Temperatur T. an der metallischen Innenwand der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine und die

Offnungsstellung T₀ des Nebenschlußventils. Er setzt

diese Daten in digitale Daten um, etwa die Temperatur T-_D des überhitzten Dampfes am Dampfkesselauslaß, den Druck Tp_n des überhitzten Dampfes die Temperatur T^_n des Turbineneinlasses, die Temperatur T._n der metal- ^ lischen Innenwand der Dampfkammer der ersten Stufe und die Öffnungstellung T__D des Ventils. Ferner ermittelt

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er aufgrund des Druckes T_? , der Temperatur T^_n und der Temperatur T zu jedem entspreche
Abweichungstemperatur M der Turbine.

Temperatur T zu jedem entsprechenden Zeitpunkt die

Die Abweichungstemperatur M der Turbine ist, wie vor-' stehend beschrieben, durch die Differenz zwischen der Dampftemperatur am Auslaß der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine und die Temperatur T.^ der metallischen Innenwand der Dampfkammer der ersten Stufe gege-

"Ό ben, so daß der Steuercomputer 26B zunächst die Dampftemperatur am Auslaß der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine ermittelt und die Differenz zwischen dem so errechneten Wert der Dampftemperatur und dem gemessenen Wert erhält, also der Temperatur T._n, worauf er die

"15 Abweichungstemperatur M errechnet. Die Dampf temperatur am Auslaß der Dampfkammer der ersten Stufe der. Turbine ist ein Erwartungswert, der bei einem Zustand des in die Turbine eingeführten überhitzten Dampfes erhalten wird, der gewisse Bedingungen erfüllt. Daher wird die ^υ Dampftemperatur am Auslaß der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine aufgrund der Prozessdaten errechnet, die einen Hinweis auf den Zustand des überhitzten Dampfes zu dem Zeitpunkt geben, wenn angenommen wird, daß der Turbine Dampf zugeführt wird, also etwa der Druck T_2D des überhitzten Dampfes und die Temperatur T_qn am Turbineneinlaß.

Als nächstes errechnet der Steuercomputer 26B aufgrund der Temperatur T der metallischen Innenwand der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine die Abweichungstemperatur Ma für die Zufuhr von Dampf zur Turbine. Die Abweichungstemperatur Ma kann aus der Temperatur T
und der in Figur 3 gezeigten Abweichungsvergleichsfunktion f erhalten werden.

Der Steuercomputer 26B vergleicht die Abweichungstemperatur M mit der Abweichungstemperatur Ma für die Zufuhr von Dampf zur Turbine. Zeigt das Vergleichsergebnis, daß die Abweichungstemperatur M kleiner ist, als die Abweichungstemperatur Ma, so ist dies ein Hinweis darauf, daß der überhitzte Dampf nicht ausreichend er-

Ί 5 wärmt wurde, so daß der Steuercomputer 26 B eine Öffnungsstellung X des Nebenschlußventils errechnet. Diese Öffnungsstellung X wird aufgrund der ersten Durchtrittsmengenzielfunktion g (Figur 4) und der Temperatur T._ der metallischen Innenwand der Dampfkammer der ersten Stufe ermittelt. Ist der überhitzte Dampf nicht ausreichend erwärmt, so bestimmt also der Steuercomputer 26B eine Öffnungsstellung X für die Regelung des Nebenschlußventils 23 der Turbine in Richtung auf einen größeren Öffnungsquerschnitt, um die Strömungsrate des überhitzten Dampfes zu vergrößern.

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Danach ermittelt der Steuercomputer 26B eine Änderungsrate ader zeitlichen Änderung der Temperatur T. des überhitzten Dampfes am Kesselauslaß, vergleicht die so ermittelte Änderungsrate amit einer vorbestimmten Änderungsrate α und erzeugt ein Verriegelungssignal S., ■wenn die errechnete Änderungsrate α kleiner ist, als die vorbestimmte Änderungsrate a_0> In diesem Fall ist die vorbestimmmte Änderungsrate a_Q so bestimmt, daß ein positiver Wert ein Anzeichen dafür ist, daß die Temperatür des überhitzten Dampfes steigt. Wird daher die Temperatur des überhitzten Dampfes mit einer Änderungsrate erhöht, die größer ist als die vorbestimmte Änderungsrate a_Q, so wird das Verriegelungssignal S. nicht erzeugt.

Ferner errechnet der Steuercomputer 26B eine Temperatui— differnz ß (ß = ^Tin~"Nn^ zwischen der Temperatur T._ des überhitzten Dampfes am Kesselauslaß und der Temperatur T„_n am Turbineneinlaß, vergleicht die so ermittelte Temperaturdifferenz ß mit der vorbestimmten Temperaturdifferenz ß und erzeugt das Verriegelungssignal S₂, wenn die so ermittelte Temperaturdifferenz ß kleiner ist, als die vorbestimmte Temperaturdifferenz ß-. In diesem Fall wird die vorbestimmte Temperaturdifferenz ß_Q so festgelegt, daß der überhitzte Dampf das Metall

am Turbineneinlaß nicht kühlt, also beispielsweise ein positiver Wert, der anzeigt, daß die Temperatur T. des überhitzten Dampfes am Kesselauslaß höher ist, als die Temperatur T_ am Turbineneinlaß bzw. ein negativer Wert, der anzeigt, daß die Temperatur T₁ des überhitz-• ten Dampfes am Kesselauslaß geringfügig niedriger ist, als die Temperatur T am Turbineneinlaß. Besteht somit keine Möglichkeit, daß der überhitzte Dampf das Metall des Turbineneinlaßes kühlt, wird das Verriegelungssignal S_? nicht erzeugt.

' Der Steuercomputer 26B prüft dann, ob das erste Verriegelungssignal S₁ oder das zweite Verriegelungssignal Sp₁ vorhanden ist und liefert bei Fehlen beider Signale das Befehlssignal C„. für die Öffnungsstellung X des Nebenschlußventils 23.

Wenn andererseits öer Vergleich der Abweichungstemperatur M mit der Abweichungstemperatur Ma für die Zufuhr von Dampf zur Turbine zeigt, daß die Abweichungstemperatur M größer ist, als die Abweichungstemperatur Ma, wenn also der überhitzte Dampf ausreichend erwärmt ist, ermittelt der Steuercomputer 26B die Schließstellung Y des Turbinennebenschlußventils. Diese Schließstellung Y wird aufgrund der zweiten Mengendurchtrittszielfunktion

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h gemäß Figur 5 und der Abweichungstemperatur M errechnet. Ist der überhitzte Dampf ausreichend erwärmt, so wird also die vom Steuercomputer 26B ermittelte Schließstellung Y benutzt, um das Nebenschlußventil 23 weiter zu schließen, so daß die DampfStrömungsrate verringert wird.

Aufgrund der Öffnung T_or. des Turbinennebenschlußventils

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23 stellt der Steuercomputer 26 B fest, ob das Neben-

-|0 schlußventil vollständig geschlossen ist. Ist dies nicht der Fall, wird die Öffnungsstellung Y in Form

• eines Schließbefehls signals C _ an das Nebenschlußven-

ό C.

til 23 gegeben. Ist andererseits das Nebenschlußventil 23 vollständig geschlossen, so beendet der Steuercompu- -15 ter 26B die Temperatursteuerung des überhitzten Dampfes durch Öffnungs- und Schließbewegungen des Nebenschlußventils 23.

Es sei angenommen, daß sich das Kraftwerk im "kalten Zustand" befindet. Wird der Brenner 19 gezündet, beginnt die Temperatursteuerung des im Kessel erzeugten überhitzten Dampfes, wobei der Steuercomputer 26B die Temperatursteuerung durch Öffnungs- und Schließvorgänge des Nebenschlußventils 23 parallel zur Temperatursteuerung der Steuerung 24 beginnt. Wie· vorstehend bereits

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beschrieben, liest der Steuercomputer 26B die zur Temperatursteuerung benötigten Prozessdaten und errechnet zum jeweiligen Zeitpunkt die Abweichungstemperatur M sowie die Abweichungstemperatur Ma für die Zufuhr von Dampf zur Turbine, und er vergleicht diese errechneten . Werte. In der Anfangsphase nach dem Zünden des Brenners 19 ist der überhitzte Dampf noch nicht erwärmt, so daß die Äbweichungstemperatur M kleiner ist, als die Abweichungstemperatur Ma. Der Steuercomputer 26B ermit- -IQ telt daher die durch die erste Durchtrittsmengenzielfunktion g gemäß Figur 4 und die Temperatur T._n_, der • metallischen Innenwand der Dampfkammer der ersten Stufe gegebene Öffnungsstellung X.

In der Anfangsphase nach dem Zünden des Brenners 19 ist die Änderungsrate oc der Temperatur T.. des überhitzten Dampfes am Kesselauslaß größer, als die vorbestimmte Änderungsrate α und die Temperatur T._n ist somit größer, als die Temperatur T,, am Turbineneinlaß, wodurch das erste Verriegelungssignal S. oder das zweite Verriegelungssignal S_ nicht erzeugt wird. Daher wird das Turbinennebenschlußventil 23 geöffnet, weil die Öffnungsstellung X in Form des Öffnungsbefehlssignals C₃. erzeugt und an das Nebenschlußventil 23 gegeben wird.

Auf diese Weise wird die Strömungsrate des durch das

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Nebenschlußventil 23 in den Kondensator 16 strömenden Dampfes und damit die ausgetauschte Wärmemenge am Turbineneinlaß vergrößert, was einen Temperaturanstieg am

Turbineneinlaß zur Folge hat.
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• In diesem Fall bewirkt das Öffnen des Nebenschlußventils 23 infolge der umgekehrten Ansprechcharakteristik eine zeitweise Verringerung des Drucks des überhitzten Dampfes. Die Steuerung 24 kompensiert jedoch diese

"Ό Druckabsenkung, beispielsweise durch Schließen des Entspannungsventils 22, wodurch die Menge des gesättigten Dampfes, der aus dem Dampf/ Wasser-Separator 20 in den Kondensator 16 strömt, verringert und somit der Dampfstrom in den Überhitzer 21 vergrößert wird, was eine Verstärkung des Temperaturanstieges am Turbineneinlaß zur Folge hat.

Die Temperatur des überhitzten Dampfes wird also erhöht, jedoch vergrößert sich die Abweichungstemperatur M zusammen mit dem Anstieg der Temperatur T am Türbineneinlaß, weil kein überhitzter Dampf in die Turbine eingeleitet wird und daher infolge fehlenden Dampfstroms in die Dampfkammer der Turbine keine Änderung der Temperatur T._ der mit metallischen Innenwand der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine stattfindet.

Ist die Temperatur Τ._η konstant, so kann die inkrementale Funktion der Temperatur T_ am Turbineneinlaß gebildet werden.

Steigt die Abweichungstemperatur M mit dem Anstieg der . Temperatur T₀ am Turbineneinlaß an und kommt die Abweichungstemperatur Ma in den Bereich, der die Zufuhr von Dampf zur Turbine gestattet, so ermittelt der Steuercomputer 26B die Öffnungsstellung Y des Nebenschlußventils 23, und dieses wird infolge der Öffnungsstellung Y entsprechend geschlossen. Dadurch erfolgt • eine Verringerung der Strömungsrate des Dampfes in den Kondensator 16, also eine Abnahme des Wärmeaustausches am Turbineneinlaß und somit eine Unterdrückung des Anstiegs der Dampftemperatur am Turbineneinlaß. Nach dem Schließen des Nebenschlußventils 23 wird der Turbine Dampf zugeführt, und der Steuercomputer 26B beendet die Temperatursteuerung infolge Regelung der Öffnungsstellung des Nebenschlußventils 23.

Befindet sich das Kraftwerk im "heißen Zustand", erzeugt der Steuercomputer 26B das erste Verriegelungssignal S^ oder das zweite Verriegelungssignal S„, um die Zufuhr des der Öffnungsstellung X entsprechenden Öffnungsbefehlssignals C₃. zum Nebenschlußventil 23 zu

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verhindern, bis der überhitzte Dampf eine Temperatur erreicht hat, bei der er die Dampfrohre und das Turbinenmetall nicht kühlt. Ist der überhitzte Dampf ausreichend erwärmt und werden das erste Verriegelungssignal S1 und das zweite Verriegelungssignal S2 freige-■ geben, so erfolgt die Steuerung in der gleichen Weise, wie vorstehend in Zusammenhang mit dem "kalten Zustand" beschrieben.

wie bereits dargelegt, regelt die erfindungsgemäße Steueranordnung aufgrund von Prozessdaten über den Turbinenanlauf, etwa die Temperatur der metallischen Innenwand der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine und die Abweichungstemperatur das Öffnen und Schließen

"15 des TurbinennebenschlußventiIs und steuert den Wärmeaustausch zwischen überhitztem Dampf und Metall .am Turbineneinlaß, so daß die Temperatursteuerung des überhitzten Dampfes am Turbineneinlaß parallel zur Temperatursteuerung des überhitzten Dampfes am Kesselauslaß stattfinden kann. Dadurch wird die Zeitspanne verringert, die erforderlich ist, um den Dampfzustand für den Turbinenanlauf zu erreichen. Die erforderliche Zeitspanne kann in Abhängigkeit von der Art des Kessels und der Turbine sowie des Aufbaues der Dampfrohre verringert werden, und genauere Angaben werden durch Versuche

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ermittelt. Ganz allgemein läßt sich jedoch sagen, daß mittels der Erfindung die erforderliche Zeitspanne auf weniger als die Hälfte derjenigen Zeitspanne verringert werden kann, die in einem üblichen Kraftwerk benötigt wird.

Ist das Kraftwerk im ''heißen Zustand" überwacht die erfindungsgemäße Steuereinrichtung die Eigenschaften des vom Kessel gelieferten überhitzten Dampfes. Ist die

JO Dampf temperatur nicht so hoch, daß keine Kühlung des Metalls stattfindet, wird der Betrieb durch Öffnen des Nebe.nschlußventils unterbrochen, so daß sowohl eine Metallkühlung am Turbineneinlaß als auch eine Absenkung der Turbineneinlaßtemperatur vermieden und ein sicherer Kraftwerksbetrieb bei schnellem Anlauf ermöglicht wird.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

Verfahren zur Steuerung der Temperatur von überhitztem Dampf in einem Kraftwerk, das einen Dampfkessel zur Erzeugung von überhitztem Dampf aufweist, dessen Auslaß mit dem Einlaß einer von diesem erhitzten Dampf anzutreibenden Turbine gekoppelt ist, die einen Generator treibt, mit einem Kondensator zum Kondensieren von in der Turbine verbrauchtem überhitzten Dampf, mit einer Wasserspeisepumpe zur Zufuhr von Wasser vom Kondensator in den Dampfkessel, mit einem zwischen dem Dampfkessel und der Turbine

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vorhandenen Haupt-Dampfunterbrechungsventil zur Unterbrechung des Dampfstroms in die Turbine, mit einem parallel zum Haupt-Dampfunterbrechungsventil und der Turbine angeordneten Turbinennebenschlußventil zur Zufuhr von im Dampfkessel erzeugtem überhitzten Dampf zum Kondensator, mit einem ersten Sensor zur Ermittlung einer ersten Prozessgröße, die ein Maß für die Temperatur des überhitzten Dampfes am Auslaß des Dampfkessels ist, mit einem zweiten Sensor zur Ermittlung einer zweiten Prozessgröße, die ein Maß für den Druck des überhitzten Dampfes ist, mit einem dritten Sensor zur Ermittlung einer dritten Prozessgröße, die ein Maß für die Temperatur am Einlaß der Turbine ist, mit einem vierten Sensor zur Ermittlung- einer vierten Prozessgröße, die ein Maß für den Anlauf zustand der Tui— bine ist, und mit einem fünften Sensor zur Ermittlung einer fünften Prozessgröße, die ein Maß für die Öffnungsstellung des Turbinennebenschlußventils ist, gekennzeichnet durch die Ermittlung einer ersten Abweichungstemperatur der Turbine aufgrund der zweiten, der dritten und der vierten Prozessgröße, durch die Ermittlung einer zweiten Abweichungstemperatur für die Zufuhr von überhitztem Dampf zur Turbine aufgrund der vie.rten Prozess-

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— 3 —

größe, durch Vergleich der ersten und der zweiten Abweichungstemperatur, durch Ermittlung einer Öffnungsgröße für das Turbinennebenschlußventil aufgrund der vierten Prozessgröße bei Feststellung, daß die erste Abweichungstemperatur kleiner ist, als die zweite Abweichungstemperatur, durch Ermittlung einer Schließgröße für das Turbinennebenschlußventil aufgrund der ersten Abweichungstemperatur, wenn die erste Abweichungstemperatur die zweite Abweichungstemperatur übersteigt, durch Ermittlung einer Änderungsrate der ersten Prozessgröße, Vergleich der ermittelten Änderungsrate mit der vorbestimmten Änderungsrate der ersten Prozessgröße, Vergleich der ermittelten Änderungsrate mit der vorbestimmten Änderungsrate und Erzeugung eines ersten Verriegelungssignals, wenn die ermittelte Änderungsrate kleiner ist, als die vorbestimmte Änderungsrate, durch Ermittlung der Differenz zwischen der ersten und der dritten Prozessgröße, Vergleich der ermittelten Differenz mit einem vorbestimmten Wert und Erzeugung eines zweiten Verriegelungssignals, wenn die ermittelte Differenz kleiner ist, als der vorbestimmte Wert, durch Abgabe eines Öffnungsbefehlssignals für das Turbinennebenschlußventil aufgrund der Öffnungsgröße, des ersten Verriegelungssignals und des

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zweiten Verriegelungssignals, und durch Abgabe eines Schließbefehlssignals für das Turbinennebenschlußventil aufgrund der Schließgröße und der fünften Prozessgröße.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Prozessgröße die Temperatur der metallischen Innenwand der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abweichungstemperatur ermittelt wird durch Feststellung und Abgabe eines voraussichtlichen Wertes der Dampftemperatur am Auslaß der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine aufgrund der zweiten Prozessgröße und der dritten Prozeßgröße und durch Verwendung der Differenz zwischen der zweiten Prozessgröße und dem voraussichtlichen Wert der Dampf temperatur als erste Abweichungstemperatur.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ä'nderungsrate ermittelt und ein erstes Verriegelungssignal erzeugt wird, wobei die vorbestimmte Ä'nderungsrate einen positiven, einen Anstieg der ersten Prozessgröße anzeigenden Wert hat.

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Errechnung der Differenz und Erzeugung des zweiten Verriegelungssignals ein vorbestimmter positiver Wert, der anzeigt, daß die erste Prozessgröße größer ist als die dritte Prozessgröße, oder ein negativer Wert verwendet wird, der anzeigt, daß die erste Prozessgröße geringfügig kleiner ist, als die dritte Prozessgröße.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnungsbefehlssignal nur dann abgegeben wird, wenn weder das erste noch das zweite Verriegelungssignal abgegeben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, die zweite, die dritte, die vierte und die fünfte Prozessgröße in Digitalwerte umgewandelt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnungsbefehlssignal und das Schließbefehlssignal in digitale Werte umgewandelt werden.
9. Vorrichtung zur Steuerung der Temperatur des überhitzten Dampfes in einem Kraftwerk, das einen Dampf-

kessel zur Erzeugung von überhitztem Dampf hat, dessen Auslaß mit dem Einlaß einer Turbine gekoppelt ist, die mittels des überhitzten Dampfes aus dem Dampfkessel angetrieben wird und mit einem Generator gekoppelt ist, das einen Kondensator zum Kondensieren des in der Turbine verbrauchten überhitzten Pampfes aufweist, der mit einer Wasserspeisepumpe zur Zufuhr von Wasser vom Kondensator zum Dampfkessel verbunden ist, das ein Haupt-Dampfunterbrechungsventil zwischen dem Dampfkessel und der Turbine hat, bei dem ein Turbinennebenschlußventil parallel zum Haupt-DampfUnterbrechungsventil und zur Turbine angeordnet ist, um im Dampfkessel erzeugten, überhitzten Dampf zum Kondensator zu leiten, und das einen ersten Sensor zur Ermittlung einer ersten Prozessgröße, die ein Maß für die Temperatur des überhitzten Dampfes am Auslaß des Dampfkessels ist, einen zweiten .Sensor zur Ermittlung einer zweiten Prozessgröße, die ein Maß für den Druck des überhitzten Dampfes ist, einen dritten Sensor, zur Ermittlung einer dritten Prozessgröße, die ein Maß für die Temperatur am Turbineneinlaß ist, einen vierten Sensor, zur Ermittlung einer vierten Prozessgröße, die ein Maß für den Anlaufzustand der Turbine ist, sowie einen fünften Sensor zur Ermittlung einer fünften Prozessgröße

* t η β ·

aufweist, die ein Maß für die Öffnungsstellung des Turbinennebenschlußventils ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Ermittlung einer Abweichungstemperatur, der die zweite, die dritte und die vierte Prozessgröße zuführbar sind und die die Abweichungstemperatur der Turbine aufgrund dieser Prozessgrößen ermittelt, durch eine Vergleichseinrichtung, der die erste Abweichungstemperatur und die vierte Prozessgröße zuführbar sind, um eine zweite Abweichungstemperatur für die Zufuhr von überhitztem Dampf zur Turbine aufgrund der vierten Prozessgröße zu ermitteln, und die die erste Abweichungstemperatur, mit der zweiten Abweichungstemperatur vergleicht, um ein erstes Vergleichssignal zu liefern, wenn die erste Abweichungstemperatur kleiner ist, als die zweite Abweichungstemperatur, und um ein zweites Vergleichssignal zu ermitteln, wenn die erste Abweichungstemperatur größer ist, als die zweite Abweichungstemperatur, durch eine Mengenermittlungseinrichtung, der das erste Vergleichssignal und die vierte Prozessgröße zuführbar sind, um eine Öffnungsgröße für das Turbinennebenschlußventil zu erzeugen, durch eine zweite Mengenermittlungseinrichtung, der das zweite Vergleichssignal und die erste Abweichungstemperatur zuführbar sind, um eine Schließgröße für das Turbinen-

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nebenschlußventil zu erzeugen, durch eine Änderungsrateneinrichtung, der die erste Prozessgröße zur Ermittlung von deren Änderungsrate zuführbar ist, um die ermittelte Änderungsrate mit einer vorbestimmten Änderungsrate zu vergleichen und ein erstes Verriegelungssignal zu erzeugen, wenn die ermittelte Änderungsrate kleiner ist, als die vorbestimmte Änderungsrate, durch eine Differenzermittlungseinrichtung, der die erste und die zweite Prozessg.röße zuführbar sind, um deren Differenz zu ermitteln und diese mit einem vorbestimmten Wert zu vergleichen sowie ein zweites Verriegelungssignal zu erzeugen, wenn die ermittelte Differenz kleiner ist, als der vorbestimmte Wert, durch eine erste Betriebsbefehlseinrichtung, der die Öffnungsgröße, das erste Verriegelungssignal und das zweite Verriegelungssignal zuführbar sind, um ein Öffnungssignal für das Turbinennebenschlußventil zu erzeugen, und durch eine zweite Betriebsbefehlseinrichtung, der die Schließgröße und die fünfte Prozessgröße zuführbar sind, um ein Schließbefehlssignal für das Turbinennebenschlußventil zu erzeugen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Prozessgröße die Temperatur der

metallischen Innenwand der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ermittlung der Abweichungstemperatur eine erste Recheneinrichtung, der die zweite Prozessgröße und die dritte Prozessgröße zuführbar sind, um einen Wert für die voraussichtliche Dampftemperatur am Auslaß der Dampfkammer der ersten Stufe der Turbine zu ermitteln, sowie eine zweite Recheneinrichtung aufweist, der der voraussichtliche Wert der Dampftemperatur und die zweite Prozessgröße zuführbar ist, um die Abweichungstemperatur in Form der Differenz zwischen der zweiten Prozessgröße und dem voraussichtlichen Wert der Dampftemperatur zu ermitteln.
12» Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Änderungsrate in der Änderungsrateneinrichtung ein positiver Wert ist, der das Ansteigen der ersten Prozessgröße anzeigt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Wert

in der Differenzermittlungseinrichtung positiv ist und anzeigt, daß die erste Prozessgröße größer ist, als die dritte Prozessgröße, oder negativ ist und anzeigt, daß die erste Prozessgröße geringfügig kleiner ist, als die dritte Prozessgröße.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Betriebsbefehlseinrichtung das Offnungsbefehlssignal nur bei Fehlen sowohl des ersten als auch des zweiten Verriegelungssignals abgibt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, gekennzeichnet durch eine Prozesseingabeeinheit, der die erste,-die zweite, die dritte, die vierte und die fünfte Prozessgröße zuführbar sind und die die Prozessgrößen digitalisiert.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15 gekennzeichnet durch eine Prozessausgabeeinheit, der das Offnungsbefehlssignal und das Schließbefehlssignal zuführbar sind und die diese Signale digitalisiert .