DE3501501C2

DE3501501C2 -

Info

Publication number: DE3501501C2
Application number: DE3501501A
Authority: DE
Inventors: Peter 4235 Schermbeck De Steinmetz; Hans Joachim 4330 Muelheim De Quenders; Mam Tieu 4200 Oberhausen De Nhu; Gotthard 4030 Ratingen De Killinger
Original assignee: Deutsche Babcock Werke AG
Current assignee: Hitachi Power Europe GmbH
Priority date: 1985-01-18
Filing date: 1985-01-18
Publication date: 1987-05-27
Also published as: DE3501501A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Mühle mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Bei einer bekannten Anlage zur Durchführung einer solchen Regelung (VGB-Kraftwerkstechnik 55 [1975], Seiten 352 bis 353) mit einer durch Fremdkraft betriebenen Walzenschüsselmühle und einer direkten Einblasung des Kohlenstaubs in die Feuerung werden bei einer Laständerung die Kohle und die Luft übersteuert. Dadurch wird das Austragsvermögen und die Anpassung der Mühle an den neuen Lastzustand durch die Inanspruchnahme des Speichervermögens der Mühle beschleunigt. Bei einer Lastsenkung werden Kohle und Primärluft entsprechend den vorgegebenen Gradienten zurückgefahren. Die Anforderungen an die Laständerungsgeschwindigkeit von Steinkohlenfeuerungen werden bei Neuanlagen gesteigert. Eine solche erhöhte Laständerungsgeschwindigkeit ist nicht mehr ohne weiteres mit dem bekannten Regelkonzept für Kohlemühlen zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der bekannten Art derart auszubilden, daß eine größtmögliche Laständerungsgeschwindigkeit der Feuerleistung unter Vermeidung unnötiger Belastungen des Gesamtprozesses durchzuführen ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird davon ausgegangen, daß jedem Lastzustand der Mühle ein ganz bestimmter Speicherinhalt zugeordnet werden kann. Die Abhängigkeit des Speicherinhaltes von dem Lastzustand ist während der ersten Inbetriebnahme der Mühle, zum Beispiel durch Messung des Eintrages in die Mühle und des Austrages aus der Mühle bei verschiedenen Lastzuständen, festzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf den lastabhängigen Speicherinhalt der Mühle in der Weise abgestellt, daß in die Feuerung sofort die ihrer Laständerung entsprechende Brennstoff- und Luftmenge gelangt, ohne daß dabei bei einer Lastminderung der Speicher der Mühle leer gefahren oder bei einer Laststeigerung die Mühle überschüttet wird. Im Gegensatz zu dem bekannten Regelverfahren wird hier der Speicherinhalt der Mühle als Hauptregelgröße eingesetzt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und eines in der Zeichnung dargestellten Regelschemas näher erläutert.

Ein Kohlebunker 1 ist über eine Kohleleitung 2 mit einer Mühle 3 verbunden. Die Mühle 3 ist eine Fremdkraftmühle, zum Beispiel eine Walzenschüsselmühle. Unterhalb des Kohlebunkers 1 ist in der Kohleleitung 2 ein Zuteiler 4 angeordnet, der über einen Motor 5 angetrieben ist. Die Fördergeschwindigkeit des Zuteilers 4 wird über einen PI-Regler 6 eingestellt.

Der Mühleneingang ist mit einer Luftleitung 7 für die Zufuhr von Primärluft verbunden. In die Luftleitung 7 münden eine Heißluftleitung 8 und eine Kaltluftleitung 9 ein, in denen je eine Drosselklappe 10, 11 angeordnet ist.

Die in der Mühle 3 zerkleinerte Kohle wird mit Hilfe der in die Mühle 3 eingeblasenen Primärluft über Staubleitungen 12 als ein Kohlenstaub-Luft-Strom den Brennern einer Feuerung, zum Beispiel für eine Kesselanlage, direkt eingeblasen. Am Austragsende der Mühle 3 ist ein Sichter 13 vorgesehen, mit dem die Staubleitungen 12 verbunden sind.

Ein in die Staubleitung 12 eingebautes Thermoelement 14 mißt die Temperatur des Sichters 13.

Der Sichter 13 trennt aus dem Kohlenstaub-Luft-Strom die Kohleteilchen ab einer durch die Einstellung des Sichters 13 bedingten Korngröße ab und führt sie in die Mühle 3 zurück. Dadurch entsteht in der Mühle 3 ein innerer Umlauf aus Mahlgut, der zusammen mit dem in der Mühle vorhandenem, noch ungemahlenem oder erst grob gemahlenem Anteil der Kohle als Speicherinhalt der Mühle 3 angesprochen wird. Dieser Speicherinhalt bewirkt eine Verzögerung des Mühlenaustrages im Vergleich zum Mühleneintrag. Aufgrund dieser Dynamik des Systems Zuteiler- Mühle entspricht eine Änderung der Zugabemenge in die Mühle nicht einer gleich großen Änderung der Austragsmenge aus der Mühle.

Der Speicherinhalt der Mühle 3 ist in der Weise von dem jeweiligen Lastzustand der Mühle 3 abhängig, daß jedem Lastzustand ein bestimmter Speicherinhalt zugeordnet werden kann. Der Speicherinhalt in Abhängigkeit von dem Lastzustand der Mühle wird einmal bei der ersten Inbetriebnahme der Mühle durch Messung des Eintrages in die Mühle und des Austrages aus der Mühle bei verschiedenen Lastzuständen bestimmt und in einen Funktionsgeber 15 eingespeichert.

Damit eine notwendig werdende Laständerung der Gesamtanlage in der Feuerung schnell wirksam wird, wird während dieser Laständerung der Mühle eine von dem lastabhängigen Speicherinhalt der Mühle zugeordneten Soll-Wert abweichende Menge an Rohkohle und Primärluft zugeführt. Dies kann in Verbindung mit weiteren Maßnahmen mit Hilfe des nachfolgend beschriebenen Regelschemas erfolgen.

Das Regelschema enthält einen Last-Sollwerteinsteller 16 und einen Begrenzer 17 der Laständerungsgeschwindigkeiten. Das von dem Last-Sollwerteinsteller 16 kommende Signal wird dem PI-Regler 6 des Zuteilers 4 über eine Regelstrecke geliefert, in der der Funktionsgeber 15, ein Verzögerungsglied 18, das nur bei steilen Laständerungsgradienten erforderlich ist, und ein Proportionalglied 19 zur Einstellung der Mühlenübersteuerung angeordnet sind. Parallel dazu und durch eine Summierstelle 20 verbunden liegt ein Verzögerungsglied 21, ein PI-Regler 22 und ein Integrierer 23. Das Verzögerungsglied 21 ist ein Verzögerungsglied erster Ordnung und bildet den Sollverlauf des Kohlenstaubaustrages infolge der Zuteilerdynamik nach, unter der man den verzögerten Kohleaustrag als Antwort der Mühle auf eine Änderung der Fördergeschwindigkeit des Zuteilers 4 versteht. Der PI-Regler 22 dient der Korrektur des errechneten Speicherinhaltes der Mühle, während der Integrierer 23 den Speicherinhalt simuliert.

Die Drehzahl des Motors 5 des Zuteilers 4 als Maß für die der Mühle zugeführte Kohlemenge wird gemessen und einem Verzögerungsglied 24, das ein Verzögerungsglied vierter Ordnung ist, zugeführt. In diesem Verzögerungsglied 24 ist die Zuteilerdynamik simuliert, so daß aus der Drehzahl des Zuteilers 4 auf die die Mühle 3 verlassende Kohlenstaubmenge geschlossen werden kann. In einer Vergleichsstelle 25 wird die Differenz der Mengen der Rohkohle am Eingang und des Kohlenstaubes am Ausgang der Mühle 3 gebildet. Die so errechnete Differenz zwischen dem Kohleeintritt und dem Staubaustrag wird als Signal einer hinter dem PI-Regler 22 liegenden Vergleichsstelle 26 zugeführt und damit eine Differenz zwischen der errechneten Speichermenge und einem dem PI-Regler 22 entstammenden Korrektursignal hergestellt. Dieses Korrektursignal wird dadurch gebildet, daß vor Durchlaufen der Vergleichsstelle 25 das Signal des Verzögerungsgliedes 24 einer hinter dem Verzögerungsglied 21 liegenden Summierstelle 27 zugeführt wird. In dieser Summierstelle 27 wird die Differenz zwischen dem durch das Verzögerungsglied 21 gelieferten Soll-Wert des Staubaustrages und dem Ist-Wert hergestellt. Der auf diese Weise gebildete Ist- Wert des Speicherinhalts der Mühle 3 wird in der Summierstelle 20 mit dem von dem Funktionsgeber 15 vorgegebenen Soll-Wert des Speicherinhalts der Mühle 3 verglichen.

Die Menge der durch die Luftleitung 7 strömenden Primärluft wird durch einen Meßfühler 28 gemessen. Der Meßwert wird nach Umwandlung in ein elektrisches Signal über ein Proportionalglied 29 zur Einstellung der linearen Abhängigkeit der Zuteilerdynamik von der Primärluftmenge dem Verzögerungsglied 24 zugeführt.

Zwischen der Vergleichsstelle 25 und dem Verzögerungsglied 24 ist eine Minimum-Begrenzung 30 vorgesehen, die mit einem Schalter 31 für eine Primärluftklappe 32 in der Luftleitung 7 in Verbindung steht und sicherstellt, daß ohne Primärluft kein Kohlenstaub aus der Mühle 3 ausgetragen werden kann. Schließlich sind in dem Regelschema noch zwei Lastbegrenzer 33, 34 vorgesehen. Dabei läßt der Lastbegrenzer 33 nur Änderungen der Last der Gesamtanlage von 40 bis 100% zu. Der Lastbegrenzer 34 beschränkt die im Rahmen einer Laständerung an der Mühle auftretende Belastung (dynamische Mühlenlast) auf 20 bis 120%.

In die Regelung der Mengen für Primärluft und Rohkohle unter Ausnutzung des Speicherinhaltes der Mühle geht eine Regelung der Temperatur des Kohlenstaub-Luft-Gemisches in der Staubleitung 12 hinter dem Sichter 13 ein. Diese Regelung geht von der Messung der Temperatur der Primärluft mit Hilfe eines in der Luftleitung 7 angeordneten Thermoelementes 35 aus. Die Temperatur hinter dem Sichter 13, gemessen durch das Thermoelement 14, dient lediglich der Kontrolle. Der Sollwert der Temperatur der Primärluft am Mühleneintritt wird nun so verändert, daß sich eine Änderung des Primärluft- und des Brennstoffstromes nur wenig auf die Temperatur am Sichter 13 auswirkt, so daß diese Temperatur im wesentlichen konstant gehalten wird. Aufgrund einer Bilanz der Energie, die zum Trocknen der Kohle durch die heiße Primärluft erforderlich ist, lassen sich die Temperaturwerte abschätzen und in die Regelung einbringen. In diese Bilanz gehen ein: die zugeführte Rohkohlemenge m _Ke bzw. Brennstoffmenge m _Be, der Wassergehalt der Rohkohle γ _Ht, die Restfeuchte im Kohlenstaub, der Dampfgehalt im Kohlenstaub-Luft-Gemisch γ _Ht, die Primärluftmenge m _Le sowie die Temperatur ϑ _Le, ϑ _S vor und hinter der Mühle und die Abstrahlverluste F _Abstr. Damit läßt sich folgende Beziehung angeben:

_Ke · c _Ke · ϑ _Be + _We · c _We · ϑ _Be + _-Le · c _Le · ϑ _Le + _Ls · c _Ls · j _Ls
= _Ka · c _Ka · ϑ _S + _Wa · c _Wa · ϑ _S + _-La · c _La · ϑ _S + m _D (r + c _D · j _D) + F _Abstr-.

Die Sperrluft wird vernachlässigt:

_Ls = 0

Der Kohleneintrittsstrom läßt sich mit Hilfe der Eintrittsfeuchte aus dem Brennstoffeintrittsstrom bestimmen:

_Ke = (1-q _Ht) · _-Be

Der Wassereintrittsstrom ergibt sich aus:

_We = γ _Ht · _Be

Für den stationären Fall, der hier vereinfachend eingesetzt wird, ist der Kohlenaustrittsstrom gleich dem Kohleneintrittsstrom:

_Ka = _Ke

Die Restfeuchte γ _Ht bestimmt den Wasseraustrittsstrom m _Wa:

_Wa = γ _Ht · _Be

Der Dampfaustrittsstrom ergibt sich aus:

_D = (γ _Htt _O) · _Be

Der Luftaustrittsstrom ist im stationärem Fall gleich dem Lufteintrittsstrom:

_La = _Le

Ein Anteil f _Ab des von der Heißluft in die Mühle eingebrachten Wärmestromes geht durch die Abstrahlung verloren:

F _Abstr. = f _Ab · _Le · c _Le · ϑ _Le

Daraus folgt:

Das von dem Motor 5 des Zuteilers 4 stammende, die Kohlemenge wiedergebende Signal wird einem Verzögerungsglied 36, das ein Verzögerungsglied erster Ordnung ist, zugeführt. Dieses Verzögerungsglied 36 berücksichtigt die Verzögerung zwischen der Zuteilung der Kohle und der Freisetzung des Wassers in der Kohle innerhalb der Mühle. Dem Verzögerungsglied 36 ist eine Divisionsstelle 37 nachgeschaltet, in der die Kohlemenge durch die von dem Meßfühler 28 festgestellte Primärluftmenge dividiert wird. Das Signal geht über zwei Multiplikationsstellen 38, 39, in denen die Faktoren K 1 und K 2 berücksichtigt werden, an eine weitere Multiplikationsstelle 40. Diese Multiplikationsstelle 40 ist mit einem PI-Regler 41 verbunden, der seinerseits über eine Vergleichsstelle 42 mit dem Meßwertwandler des Thermoelementes 14 und einem Sollwerteinsteller 43 zur Einstellung des Sollwertes der Temperatur am Sichter 13 in Abhängigkeit von der Kohlensorte verbunden ist. Die Multiplikationsstelle 40, in der das aus der Multiplikationsstelle 39 stammende Signal mit der Temperatur am Sichter 13 verglichen wird, folgt eine Summierstelle 44, die mit einer den Faktor K 3 berücksichtigenden Multiplikationsstelle 45 verbunden ist und die den Sollwert für die Temperatur der Primärluft in der Luftleitung 7 liefert. Der Sollwert der Temperatur wird in einer Vergleichsstelle 46 mit dem von dem Thermoelement 35 gelieferten Istwert verglichen. Über einen Schalter 47 ist die Vergleichsstelle 46 mit einem PI-Regler 48 verbunden, der auf den Antrieb der Drosselklappe 11 in der Kaltluftleitung 9 wirkt. Je nach der Stellung der Drosselklappe 11 wird der Heißluft aus der Heißluftleitung 8 ein mehr oder weniger großer Anteil an Kaltluft zur Einstellung der gewünschten Temperatur der Primärluft beigemischt.

Die zur vollständigen Verbrennung des Kohlenstaubes notwendige Verbrennungsluft wird als Sekundärluft in die Feuerung eingeblasen. Die Sekundärluftmenge wird der im Zuge einer Laständerung sich ändernden Primärluftmenge aufgrund des errechneten Staubaustrages angepaßt. Zur Erreichung dieses Zieles wird das dem Meßwert des Meßfühlers 28 entsprechende Signal für die Primärluftmenge zwei parallel geschalteten Verzögerungsgliedern 49, 50 erster und zweiter Ordnung und zwei hintereinander liegenden Proportionalgliedern 51, 52 zugeführt. Die Signale der Verzögerungsglieder 49, 50 werden in einer Summierstelle 53 zusammengeführt, wodurch der Staubaustrag infolge einer Änderung der Primärluftmenge simuliert wird. In ein weiteres Proportionalglied 54 laufen die Signale aus der Summierstelle 53 und des Proportionalgliedes 52 ein. Hier wird die lineare Abhängigkeit der Primärluftdynamik von der Primärluftmenge berücksichtigt. Das so gewonnene Signal wird einer Summierstelle 55 zugeführt, die mit dem Ausgang des Verzögerungsgliedes 24 verbunden ist, das die Dynamik des Zuteilers simuliert. In der Summierstelle 55 wird der aus der Zuteilerdynamik errechnete Staubaustrag und das Ergebnis aus der Primärluftdynamik summiert und so der Sollwert für die Sekundärluftmenge gebildet. Das auf diese Weise erzeugte Signal wird der Sekundärluftregelung zugeführt. Außer zur Sekundärluftregelung kann dieses Signal auch als Regelhilfsgröße für andere Teilprozesse in der Gesamtanlage herangezogen werden.

Die Primärluftmenge wird in Abhängigkeit von der in jedem Zeitpunkt in die Mühle eingespeisten Kohlenmenge geregelt. Dazu dienen zwei Proportionalglieder 56, 57, die über einen Maximalbegrenzer 58, einen Minimalbegrenzer 59 und eine Summierstelle 60 zum Soll-Wert/Ist-Wert-Vergleich mit einem PI-Regler 61 verbunden sind. Der PI-Regler 49 wirkt auf den Antrieb der Drosselklappe 10 in der Heißluftleitung 8. Zusätzlich ist noch ein Differentialglied 62 und ein Begrenzer 63 der Übersteuerung vorgesehen, wobei in einer Summierstelle 64 die Übersteuerung und der aus der Kohlemenge abgeleitete Soll-Wert der Primärluft summiert werden.

Claims

1. Verfahren zum Regeln einer Mühle, der Kohle und Primärluft zugeführt werden und in der ein aus umlaufendem Mahlgut und aus ungemahlener und grob gemahlener Kohle bestehender Speicherinhalt vorhanden ist, wobei der erzeugte Kohlenstaub mit Hilfe der Primärluft direkt in eine Feuerung eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Laständerung der Feuerung der Mühle eine von dem lastabhängigen Speicherinhalt der Mühle zugeordneten Soll-Wert abweichende Menge an Kohle und Primärluft verzögert zugeführt wird und daß ein dauernder Abgleich zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert des Speicherinhalts der Mühle vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der in die Mühle eintretenden Primärluft gemessen und in Abhängigkeit von dem Energiebedarf für die Trocknung der eingespeisten Kohle auf einen solchen Sollwert eingestellt wird, daß die Temperatur des die Mühle verlassenden Kohlenstaub-Luft-Stromes bei sich ändernden Kohle- und Luftmengen im wesentlichen konstant bleibt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuerung Sekundärluft zugeführt wird, deren Menge über eine Bestimmung der Menge an Primärluft und der die Mühle verlassenden indirekt ermittelten Kohlenstaubmenge geregelt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft in Abhängigkeit von der geforderten Laständerungsgeschwindigkeit zugeführt wird.