DE4217626A1

DE4217626A1 - Zwangdurchlaufdampferzeuger

Info

Publication number: DE4217626A1
Application number: DE19924217626
Authority: DE
Inventors: Axel Dipl Ing Butterlin; Hermann Dipl Ing Doerr; Joachim Dr Ing Franke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-05-27
Filing date: 1992-05-27
Publication date: 1993-12-02

Description

Die Erfindung betrifft einen Zwangdurchlaufdampferzeuger entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Zwangdurchlaufdampferzeuger ist aus Bild 6 auf Seite 29 aus "VGB Kraftwerkstechnik 65", Heft 1, Januar 1985, bekannt. Bei diesem bekannten Zwangdurchlauf dampferzeuger wird zur Synchronisierung des Wärmestroms in die Verdampferheizfläche mit dem Speisewassermassenstrom lediglich der Sollwert für den Speisewassermassenstrom von einem der Dampferzeugerleistung zugeordneten Sollwert über ein Verzögerungsglied geführt.

Es hat sich herausgestellt, daß bei diesem bekannten Zwangdurchlaufdampferzeuger ein Überschwingen der spezi fischen Enthalpie am Austritt der Verdampferheizfläche bei Änderungen der Dampferzeugerleistung infolge von Lastände rungen nicht zu vermeiden ist. Ein solches Überschwingen kann nicht nur die Lebensdauer des Durchlaufdampferzeugers verringern, sondern auch die Regelung der Temperatur des vom Durchlaufdampferzeuger abgegebenen Frischdampfes er schweren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses nachtei lige Überschwingen der spezifischen Enthalpie am Austritt der Verdampferheizfläche wesentlich herabzusetzen oder gar ganz zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe hat ein Zwangdurchlaufdampfer zeuger der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.

Das Verarbeiten des Istwerts der spezifischen Enthalpie am Eintritt der Verdampferheizfläche ermöglicht das Heran ziehen des Wärmestroms in die Verdampferheizfläche zur Be stimmung des Sollwerts für den Speisewassermassenstrom, so daß der der Verdampferheizfläche zugeführte Speisewasser massenstrom dem der Verdampferheizfläche zugeführten Wär mestrom weitgehend angepaßt werden kann. Damit ist geziel tes Führen der spezifischen Enthalpie am Ausgang der Ver dampferheizfläche ermöglicht.

Patentanspruch 2 ist auf eine vorteilhafte Weiterbildung gerichtet, durch die die Energiespeicherung in den Metallmassen der Verdampferheizfläche Berücksichtigung findet, so daß eine noch bessere Anpassung des der Verdampferheizfläche zugeführten Speisewassermassenstroms an den dieser Verdampferheizfläche zugeführten Wärmestrom erfolgt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung nach Patentanspruch 3 be rücksichtigt, daß die Auswirkungen von Massenstrom- und Temperaturänderungen des in die Verdampferheizflächen ein tretenden Speisewassers in den Verdampferheizflächen nicht synchron verlaufen.

Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Zwangdurchlaufdampferzeu ger entsprechend der Erfindung.

Fig. 2 und 3 zeigen in einem Diagramm den zeitlichen Ver lauf der spezifischen Enthalpie am Austritt der Ver dampferheizfläche des Zwangdurchlaufdampferzeugers nach Fig. 1.

Der Zwangdurchlaufdampferzeuger nach Fig. 1 weist eine Speisewasservorwärmheizfläche (Economizerheizfläche) 2 auf, die sich in einem nicht dargestellten Gaszug befin det. Dieser Speisewasservorwärmheizfläche 2 ist durch flußmäßig eine Speisewasserpumpe 3 vor- und eine Ver dampferheizfläche 4 nachgeschaltet. In der von der Spei sewasserpumpe 3 zur Speisewasservorwärmheizfläche 2 ge führten Speisewasserleitung ist eine Meßvorrichtung 5 zum Messen des Speisewassermassenstroms durch die Speisewas serleitung angeordnet. Ferner ist am Eintritt der Ver dampferheizfläche 4 in der Verbindungsleitung zwischen der Speisewasservorwärmheizfläche 2 und der Verdampferheizflä che 4 eine Meßvorrichtung 9 zum Messen des Istwerts h_iE der spezifischen Enthalpie des Speisewassers am Eintritt der Verdampferheizfläche 4 vorgesehen.

Einem Antriebsmotor an der Speisewasserpumpe 3 ist ein PI-Regler 6 zugeordnet, an dessen Eingang die Regelab weichung des mit der Meßvorrichtung 5 gemessenen Speise wassermassenstroms liegt. Dem Regler 6 ist ferner eine Vorrichtung 8 zur Bildung des Sollwerts _S für den Speise wassermassenstrom zugeordnet. Diese Vorrichtung 8 hat als Eingangsgrößen einen von einem Sollwertgeber 7 abgegebenen Sollwert L für die Leistung des Zwangdurchlaufdampferzeu gers und den von der Meßvorrichtung 9 bestimmten Istwert h_iE der spezifischen Enthalpie am Eintritt der Verdampfer heizfläche 4.

Der Sollwert L der Leistung des Zwangdurchlaufdampferzeu gers wird dem Eingang eines Verzögerungsgliedes 13 der Vorrichtung 8 zugeführt, das einen verzögerten Leistungs wert L1 abgibt. Dieser Leistungswert L1 wird den Eingängen von Funktionsgebereinheiten 10 und 11 des Funktionsgebers der Vorrichtung 8 zugeführt. Am Ausgang der Funktionsge bereinheit 10 erscheint ein Wert M(L1) für den Speisewas sermassenstrom und am Ausgang der Funktionsgebereinheit 11 ein Wert Δh(L1) für die Differenz der spezifischen Ent halpie am Austritt der Verdampferheizfläche 4 und der spezifischen Enthalpie am Eintritt dieser Verdampferheiz fläche 4. Die für die Werte und Δh fest vorgebbaren Funktionen von L1 sind in den Funktionsgebereinheiten 10 bzw. 11 hinterlegt und aus stationären Werten für und Δh ermittelt, die jeweils bei einem stationären Betrieb des Zwangdurchlaufdampferzeugers gemessen und in die Funk tionsgebereinheiten 10 und 11 eingegeben wurden.

Die Ausgangsgrößen (L1) und Δh(L1) der Funktionsgeber einheiten 10 und 11 werden in einem Multiplikationsglied 14 des Funktionsgebers der Vorrichtung 8 miteinander multipliziert. Der gewonnene Produktwert (L1) entspricht dem Wärmestrom in die Verdampferheizfläche 4 beim Leistungswert L1. Diese Größe (L1) wird als Zähler in ein Dividierglied 15 eingegeben.

Als Nenner wird in das Dividierglied 15 die mit einem Sum mierglied 19 gebildete Differenz zwischen dem Sollwert h_sA (L2) der spezifischen Enthalpie am Austritt der Ver dampferheizfläche 4 und dem Istwert h_iE der spezifischen Enthalpie am Eintritt der Verdampferheizfläche 4, der mit Hilfe der Meßvorrichtung 9 gemessen wird, eingegeben.

Der Sollwert h_sA (L2) wird einer dritten Funktionsgeber einheit 12 des Funktionsgebers der Vorrichtung 8 entnom men. Der Eingangswert der Funktionsgebereinheit 12 ent steht am Ausgang eines zweiten Verzögerungsglieds 16, des sen Eingangsgröße der Leistungswert L1 am Ausgang des er sten Verzögerungsglieds 13 ist. Dementsprechend ist der Eingangswert der dritten Funktionsgebereinheit 12 ein Leistungswert L2, der gegenüber dem Leistungswert L1 ver zögert ist. Die für die Werte von h_sA (L2) fest vorgebbare Funktion von L2 ist in der dritten Funktionsgebereinheit 12 hinterlegt und ebenfalls aus Werten für h_sA ermittelt, die jeweils bei einem stationären Betrieb des Durchlauf dampferzeugers gewonnen und in die dritte Funktionsge bereinheit 12 eingegeben wurden.

Dem Ausgang des Dividiergliedes 15 kann der Sollwert _S = (L1)/(h_sA(L2)-h_iE)=Δh(L1)·(L1)/(h_sA(L2)-h_iE) für den Speisewassermassenstrom für die in einem Summier glied 23 stattfindende Bildung der dem Regler 6 zugeführ ten Regelabweichung des mit der Vorrichtung 5 gemessenen Istwerts für den Speisewassermassenstrom in die Speise wasservorwärmheizfläche 2 entnommen werden.

Am Ausgang des zweiten Verzögerungsglieds 16 kann vorteil hafterweise der Eingang eines Differenzierglieds 17 lie gen, dessen Ausgang negativ auf ein Summierglied 18 ge schaltet ist. Dieses Summierglied 18 korrigiert den Wert für den Wärmestrom (L1) in die Verdampferheizfläche 4 am Ausgang des Multiplizierglieds 14 um das Ausgangssignal des Differenzierglieds 17. Der Eingang des Differenzier glieds 17 kann auch - wie in Fig. 1 nicht dargestellt - an einer Vorrichtung zum Messen des Istwerts des Drucks hinter der Verdampferheizfläche 4 (z. B. auch hinter einer dieser Verdampferheizfläche 4 durchflußmäßig nachge schaltetem Überhitzerheizfläche des Zwangdurchlaufdampf erzeugers) liegen. Zwischen dem Eingang des Differenzier glieds 17 und einer solchen Vorrichtung zum Messen des Istwerts des Drucks kann auch noch ein Funktionsgeber geschaltet sein, der beispielsweise als Ausgangssignal die dem gemessenen Druck entsprechende Sattdampftemperatur an das Differenzierglied 17 abgibt.

Vorteilhafterweise kann ferner ein weiteres Differenzier glied 24 als Funktionsglied mit Differenzierverhalten vor gesehen sein. Dieses Differenzierglied 24 hat als Ein gangsgröße den mit der Meßvorrichtung 9 bestimmten Istwert h_iE der spezifischen Enthalpie am Eintritt der Verdampfer heizfläche 4. Der Ausgang des Differenzierglieds 24 ist ebenfalls negativ auf das Summierglied 18 geschaltet.

In einem normalen stationären Lastbetrieb sei der Zwang durchlaufdampferzeuger in einem Beharrungszustand, und der Sollwert L für die Dampferzeugerleistung ist konstant. Damit sind auch die Leistungswerte L1 am Ausgang des Ver zögerungsglieds 13 und L2 am Ausgang des Verzögerungs glieds 16 konstant und haben den gleichen Wert wie der Sollwert L.

In diesem stationären Betrieb im Beharrungszustand des Durchlaufdampferzeugers entspricht h_iE dem Stationärwert für die spezifische Enthalpie am Eintritt in die Ver dampferheizfläche 4 und der von der Vorrichtung 8 abge gebene Wert _S dem stationären Sollwert für den Speise wasserstrom in die Speisewasservorwärmheizfläche 2 und damit in die Verdampferheizfläche 4.

Das im Multiplikationsglied 14 gebildete Produkt Δh(L1)·(L1) = Dh(L)·(L) entspricht ferner einem Stationärwert für den Wärmestrom in die Verdampferheiz fläche 4.

Bei einer Änderung des Sollwerts L für die Dampferzeuger leistung am Sollwertgeber 7 stellt sich ein neuer Statio närwert für den Wärmestrom in die Verdampferheizfläche 4 nur verzögert ein, da die Feuerung des Zwangdurchlauf dampferzeugers einer Änderung der Dampferzeugerleistung nur verzögert folgt. Dies ist durch das erste Verzö gerungsglied 13 der Vorrichtung 8 berücksichtigt.

Schon weil ein Massenstrom zum Durchströmen der Verdampferheizfläche 4 einen endlichen Zeitraum benötigt, ändert sich die spezifische Enthalpie am Austritt der Verdampferheizfläche 4 bei einer Änderung des Wärmestroms in diese Verdampferheizfläche 4 mit einer weiteren Verzögerung, was durch das zweite Verzögerungsglied 16 der Vorrichtung 8 berücksichtigt ist.

Die Berücksichtigung der am Eintritt in die Verdampfer heizfläche 4 gemessen spezifischen Enthalpie h_iE bei der Bildung des Sollwerts _S für den Speisewassermassen strom trägt insbesondere dem zeitlichen Verhalten der Erwärmung des Speisewassers außerhalb des Zwangdurch laufdampferzeugers Rechnung.

Das Differenzierglied 17 verringert einerseits den Soll wert _S für den Speisewasserstrom in den Durchlaufdampf erzeuger so lange um einen Korrekturwert, wie der Lei stungswert L2 zeitlich ansteigt und das Erwärmen der Me tallmassen der Verdampferheizfläche 4 den Wärmestrom, der in den Massenstrom in der Verdampferheizfläche 4 gelangt, verringert. Andererseits vergrößert das Differenzierglied 17 den Sollwert _S so lange um einen Korrekturwert, wie der Leistungswert L2 zeitlich abfällt und das Abkühlen der Metallmassen der Verdampferheizfläche 4 den Wärmestrom, der in den Massenstrom in der Verdampferheizfläche 4 ge langt, vergrößert.

Der Ausgang des Differenzierglieds 17 kann auch positiv - gegebenenfalls über ein Normierungsglied - auf das Summierglied 19 geschaltet sein.

Das Differenzierglied 24 verringert einerseits den Soll wert _S für den Speisewasserstrom in den Durchlaufdampf erzeuger so lange um einen Korrekturwert, wie der Istwert h_iE der spezifischen Enthalpie am Eingang der Verdampfer heizfläche 4 ansteigt. Andererseits vergrößert das Diffe renzierglied 24 den Sollwert _S so lange um einen Korrek turwert, wie der Istwert h_iE zeitlich abfällt. Der Ausgang des Differenzierglieds 24 kann auch positiv - gegebenen falls über ein Normierungsglied - auf das Summierglied 19 geschaltet sein.

Ein Funktionsglied mit Differenzierverhalten braucht nicht nur das Differenzierglied 24 aufzuweisen, sondern kann auch zusätzliche Rechenglieder umfassen, die das Diffe renzierverhalten modifizieren.

Der Verlauf der spezifischen Enthalpien am Austritt der Verdampferheizfläche 4 nach Fig. 2 wurde für einen Zwangdurchlaufdampferzeuger bei einer rampenförmigen Änderung des Sollwerts für die Leistung dieses Dampf erzeugers von 50 % auf 100 % innerhalb von 200 Sek. ermittelt. Entsprechendes gilt für den Verlauf der spezifischen Enthalpien nach Fig. 3, denen eine rampen förmige Änderung des Sollwerts der Leistung des Zwang durchlaufdampferzeugers von 100 % auf 50 % innerhalb von 200 Sek. zugrundeliegt.

Die Kurvenzüge I in den Fig. 2 und 3 gelten für den Fall, daß der Ausgangswert des Funktionsgebereinheit 10 der unkorrigierte Sollwert für den Regler 6 ist. Die Kurvenzüge II gelten für den Fall, daß die Differenzier glieder 17 und 24 in der Schaltung nach Fig. 1 nicht vorhanden sind, während die Kurvenzüge III für die Schal tung entsprechend Fig. 1 gelten, jedoch ohne Differen zierglied 24. Die Kurvenzüge IV gelten für die Schal tung entsprechend Fig. 1. Die Diagramme nach Fig. 2 und 3 zeigen, daß die komplette Schaltung nach Fig. 1 mit den Kurvenzügen IV am günstigsten ist, wenn es gilt, ein Überschwingen der spezifischen Enthalpie am Austritt der Verdampferheizfläche 4 möglichst ganz zu vermeiden.

In Fig. 1 ist gestrichelt noch ein Enthalpie-Korrektur regler 20 eingezeichnet mit dem Ausgang eines Summierglie des 21 am Reglereingang. Diesem Summierglied 21 ist posi tiv der am Ausgang der dritten Funktionsgebereinheit 12 abgegebene Sollwert h_sA (L2) und negativ der Istwert h_iA der spezifischen Enthalpie am Austritt der Verdampfer heizfläche 4 zugeführt. Dieser Istwert h_iA wird mit einer in der Austrittsleitung der Verdampferheizfläche 4 befindlichen Meßvorrichtung 22 gemessen. Das Korrektur signal am Reglerausgang ist positiv dem Summierglied 19 der Vorrichtung 8 zugeführt.

Dieser Enthalpie-Korrekturregler 20 korrigiert in vorteil hafter Weise den Sollwert _S des Speisewasserstroms in den Zwangdurchlaufdampferzeuger, wenn der gemessene Istwert h_iA der spezifischen Enthalpie am Austritt der Verdampfer heizfläche 4 infolge äußerer Störeinflüsse wie zum Bei spiel Heizwertschwankungen des dem Durchlaufdampferzeuger zugeführten Brennstoffs oder Veränderungen der Feuerlage im Brennraum des Durchlaufdampferzeugers vom Sollwert h_sA (L2) für die spezifische Enthalpie am Austritt der Ver dampferheizfläche 4 abweicht, der von der dritten Funk tionsgebereinheit 12 abgegeben wird.

Claims

1. Zwangdurchlaufdampferzeuger mit einer Verdampferheiz fläche (4) sowie mit einer der Verdampferheizfläche (4) durchflußmäßig vorgeschalteten Vorrichtung zum Einstellen des Speisewassermassenstroms in die Verdampferheizfläche (4) und mit einer dieser Vorrichtung zugeordneten Regel vorrichtung, deren Regelgröße der Speisewassermassenstrom und deren Sollwert _S für den Speisewassermassenstrom abhängig von einem der Dampferzeugerleistung zugeordneten Sollwert L geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelvorrichtung eine Vorrichtung (8) zur Bildung der Größe (L1)/(h_sA(L2)-h_iE) als Sollwert _S für den Speisewassermassenstrom mit einem Funktionsgeber zuge ordnet ist, deren Eingangsgrößen der Istwert h_iE der spe zifischen Enthalpie am Eingang der Verdampferheizfläche (4) und der der Dampferzeugerleistung zugeordnete Soll wert L sind, wobei (L1) der mit einem Leistungswert L1 aus dem Funktionsgeber nach einer fest vorgebbaren Funk tion vom Leistungswert L1 entnommene Wert für den Wärme strom in die Verdampferheizfläche (4) und h_sA (L2) der mit einem Leistungswert L2 aus dem Funktionsgeber nach einer fest vorgebbaren Funktion vom Leistungswert L2 entnommene Sollwert für die spezifische Enthalpie am Austritt der Verdampferheizfläche sind und wobei L1 ein über ein erstes Verzögerungsglied (13) gegenüber dem der Dampferzeuger leistung zugeordneten Sollwert L verzögerter Leistungs wert und L2 ein gegenüber dem Leistungswert L1 durch ein zweites Verzögerungsglied (16) verzögerter Leistungswert ist.

2. Zwangdurchlaufdampferzeuger nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Vorrich tung (8) zur Bildung der Größe Q(L1)/(h_sA(L2)-h_iE) als Sollwert _S ein Differenzierglied (17) aufweist, das mit seinem Eingang auf den Leistungswert L2 am Ausgang des zweiten Verzögerungsglieds (16) oder auf den Istwert eines hinter der Verdampferheizfläche (4) gemessenen Drucks ge schaltet ist und das den Wert der als Sollwert _S gebilde ten Größe bei einem Ansteigen des Leistungswerts L2 am Ausgang des zweiten Verzögerungsglieds (16) bzw. des Ist werts des hinter der Verdampferheizfläche (4) gemessenen Drucks um einen Korrekturwert vorübergehend verringert und bei einem Absinken dieses Leistungswerts L2 bzw. des Ist werts des hinter der Verdampferheizfläche (4) gemessenen Drucks um einen Korrekturwert vorübergehend erhöht.

3. Zwangdurchlaufdampferzeuger nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Vor richtung (8) zur Bildung der Größe (L1)/(h_sA(L2)-h_iE) als Sollwert _S ein Funktionsglied (24) mit Differenzier verhalten aufweist, das mit seinem Eingang auf den Istwert h_iE der spezifischen Enthalpie am Eingang der Verdampfer heizfläche (4) geschaltet ist und das den Wert der als Sollwert _S gebildeten Größe bei einem Ansteigen des Ist werts h_iE der spezifischen Enthalpie am Eingang der Ver dampferheizfläche (4) und einen Korrekturwert vorüber gehend verringert und bei einem Absinken dieser Istwerts h_iE um einen Korrekturwert vorübergehend erhöht.

4. Zwangdurchlaufdampferzeuger nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß ein Ent halpie-Korrekturregler (20) vorgesehen ist mit der Größe (h_sA(L2)-h_iA) als am Reglereingang liegender Regelab weichung und mit einem am Reglerausgang abgegebenen Korrekturwert, der zu der Differenz (h_sA(L2)-h_iE) addiert wird, wobei h_iA der Istwert der spezifischen Enthalpie am Austritt der Verdampferheizfläche (4) ist.