EP0195298B1 - Dampferzeuger mit einem temperaturgeregelten Parallelrohrsystem - Google Patents

Dampferzeuger mit einem temperaturgeregelten Parallelrohrsystem Download PDF

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EP0195298B1
EP0195298B1 EP86102729A EP86102729A EP0195298B1 EP 0195298 B1 EP0195298 B1 EP 0195298B1 EP 86102729 A EP86102729 A EP 86102729A EP 86102729 A EP86102729 A EP 86102729A EP 0195298 B1 EP0195298 B1 EP 0195298B1
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steam
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parallel
line
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Siemens AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G5/00—Controlling superheat temperature
    • F22G5/12—Controlling superheat temperature by attemperating the superheated steam, e.g. by injected water sprays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F22B35/06—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type
    • F22B35/10—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type of once-through type
    • F22B35/108—Control systems for steam generators having multiple flow paths

Definitions

  • the invention relates to a steam generator with a temperature-controlled parallel pipe system with the final heating surfaces of the individual strands of the para pipe system upstream injection coolers, with a sensor connected to the steam strands receiving the individual strands for the temperature of the mixed steam behind the parallel pipe system and with one controlled by the sensor and a setpoint specification Control device for the injection cooler, wherein each of the parallel strands is assigned a separate temperature sensor for the steam temperature and this temperature sensor to a temperature controller. are connected.
  • Such a steam generator is known from DE-A-1 816 851.
  • the invention is therefore based on the object of showing a way in which overstressing of individual pipes or strands can be avoided in steam generators with parallel pipe systems without the steam temperature having to be reduced excessively compared to the theoretically permissible steam temperature.
  • the figure is a schematic diagram of a steam generator with a parallel pipe system and the switching arrangement for regulating the temperature in the individual heating surfaces.
  • the feed water flows from below via the economizer and evaporator (not shown here) into a distributor line 2 and from there into the various preheater and final superheater heating surfaces 7 connected in parallel lines 3, 4, 5 and 6 , 8, 9, 10 of the steam generator 1.
  • These heating surfaces can be parts of the outer wall of the boiler or parts of an intermediate or membrane wall.
  • Behind the end superheater surfaces 8, 10 the individual strands open into a steam collecting line 11, which leads to the consumer, generally to the steam turbine (not shown).
  • the temperature sensors 37, 38 installed in the strands leaving the final superheaters 8, 10 are connected to a temperature controller 40, which in turn is connected via a further control logic 41 to the servomotors of the individual control valves 14, 15 of the injection cooler 12, 13.
  • the temperature controller is constructed in such a way that it determines the temperature sensors 37, 38 with the highest and lowest steam temperature at predetermined time intervals and controls the control valve 14, 15 of the injection cooler 12, 13 of the lines 3 to 6 with the highest steam temperature a little further and the control valve 14, 15 of the desuperheater 12, 13 of the branches 3 to 6 with the lowest steam temperature is a little controlled. The temperatures of the individual strands are thus brought closer together.
  • the temperature sensors 27 to 36 on the parallel tubes 17 to 26 of the individual superheaters 8, 10 are each connected to a monitoring logic 42, 43 per final superheater, which they interrogate at predetermined time intervals.
  • the measured values are compared with a predetermined reference value 44, 45 in a comparison stage 46, 47. If a measured value exceeds the reference value, a signal is formed in the comparison stage, which on the one hand blocks the transmission of the signals of the temperature controller 40 via a negation 48 to 51 and an OR function 52 to 55 and at the same time the control valve 14, 15 of the injection cooler 12, 13 of the associated strand 3 to 6 slightly open.
  • the sensor 39 for the steam mixing temperature located in the steam collecting line 11 is connected to a control element 56, which compares this measured value with a preset value 57, in which the steam temperature desired by the consumer is stamped. Depending on whether the measured value is above or below this setpoint, a control command for opening or closing is generated.
  • This measured value is input via an OR gate 58, 59 into the control lines of all control valves 14, 15 of the injection cooler 12, 13.
  • a signal dependent on the position of the control valve can be applied to the second input of these OR gates 58, 59 of each control valve, which signal is absent when the associated control valve is in the extreme position and thus prevents the control valve from being overdriven.
  • the feed water becomes an economizer and an evaporator in the representation of the figure from below via the distribution line 2 into the individual parallel strands 3 to 6 and the preheater and final superheater heating surfaces installed in these strands via a feed water pump (not shown here) 7 to 10 pressed.
  • the feed water is heated in various parallel pipes and then collected again and heated in the parallel pipes 17 to 26 further final superheater heating surfaces 8, 10 to the desired final state.
  • the steam is collected in the associated strands 3 to 6.
  • Each of these heating surfaces or strands connected in parallel then conducts the steam into the collecting steam line 11, which feeds the superheated steam to the consumer, generally a steam turbine.
  • the controlled system is reduced to a single-line system, so that all control valves for this main control need only be adjusted in parallel. This can be done regardless of the respective opening position of the individual control valves of the desuperheaters. Only in the case of end positions are those control commands of the control element 56 which would result in these end positions being exceeded are suppressed.
  • the opposing commands are passed through the division into a closing signal path 60, 61 and an opening signal path 62, 63 and the interposition of OR gates 64 to 67.
  • These OR gates control switching elements 68 to 71 located in the circuit of the servomotors of the control valves.
  • the monitoring logic 42, 43 prevents individual parallel pipes in the heating surfaces of the final superheater or intermediate superheater from being overloaded. This happens by blocking the signal transmission on the part of the temperature controller and the control element in the closing direction while simultaneously opening the control valve of the associated injection cooler.
  • This type of temperature control in the steam generator can also be used in an analogous manner for reheater heating surfaces, for example before the medium and low pressure stage of a steam turbine. It allows the steam generator to move closer to its theoretically just permissible upper power limit without having to fear thermal loads that are impermissible in terms of location or time. As a result, a higher output and a higher efficiency of the steam generator can be achieved.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger mit einem temperaturgeregelten Parallelrohrsystem mit den Endheizflächen der einzelnen Stränge des Paraiieirohrsystems vorgeschalteten Einspritzkühlern, mit einem an der die einzelnen Stränge aufnehmenden Dampfsammelleitung angeschlossenen Meßfühler für die Temperatur des Mischdampfes hinter dem Parallelrohrsystem und mit einer vom Meßfühler und einer Sollwertvorgabe gesteuerten Regeleinrichtung für die Einspritzkühler, wobei jedem der parallelgeschalteten Stränge ein separater Temperaturmeßfühler für die Dampftemperatur zugeordnet ist und diese Temperaturmeßfühler an einen Temperaturregler. angeschlossen sind.
  • Ein solcher Dampferzeuger ist aus der DE-A-1 816 851 bekannt.
  • Bei Meßfühlern mit Parallelrohrsystemen ist es zur Temperaturregelung des Dampfes bekannt, vor den Endheizflächen der Hochdrucküberhitzer und Zwischenüberhitzer Einspritzkühler vorzusehen. Die Steuerventile für die Einspritzkühler werden dabei über einen Regler gesteuert, der seinerseits wiederum von einem in der Dampfsammelleitung angeordneten Temperaturfühler sowie von einer Sollwertvorgabe beeinflußt wird. Bei Parallelrohrsystemen, d. h. bei Heizflächen mit parallel zueinander geschalteten Rohrbündeln, Schotten oder Membranwänden, sind ungleichmäßige Beheizungszustände und unterschiedliche Durchströmungsgeschwindigkeiten der Rohrleitungen unvermeidlich. Das führt dazu, daß zwischen den zueinander parallelen Rohrleitungen und Strängen unzulässig hohe Temperaturdifferenzen auftreten können, die zu unzulässig hohen Spannungen im Material führen, und daß örtlich, betriebsbedingt auch unzulässig hohe Absoluttemperaturen an den einzelnen Rohren des Parallelrohrsystems erreicht werden können. Solche Überbeanspruchungen führen dann zu Rohrschäden mit der Folge erhöhter Reparaturkosten und einer verminderten Verfügbarkeit der Dampferzeugungsanlage.
  • Zur Vermeidung solcher Überbeanspruchungen ist es bereits bekannt, die Dampftemperatur nach oben hin zu begrenzen. Dabei wird eine gewisse Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrades der Dampferzeugeranlage in Kauf genommen.
  • Durch die DE-OS 17 76 137 ist es bereits bekannt, für Durchlaufdampferzeuger mit zwei parallelen Strängen jedem dieser beiden Stränge je einen Einspritzkühler zuzuordnen und diese Einspritzkühler mit einer Einspritzmenge von 2 bis 3 % zu betreiben. Bei ungleicher Belastung der Stränge sollen dann diese beiden Einspritzkühler gegensinnig gesteuert werden. Mit dieser Ausbildung eines Durchlaufdampferzeugers läßt sich eine ungleichmäßige Belastung der beiden Stränge gut ausregeln. Trotzdem können noch örtliche Überlastungen in den einzelnen Rohren ein und desselben Stranges entstehen, welche z. B. strömungsbedingt, durch lokal veränderte Dampfblasenbildung entstehen, die es geraten sein lassen, den Kessel nicht zu nahe an der theoretisch errechenbaren Höchstleistung zu betreiben.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, wie bei Dampferzeugern mit Parallelrohrsystemen Überbeanspruchungen einzelner Rohre oder Stränge vermieden werden können, ohne daß die Dampftemperatur allzusehr gegenüber der theoretisch zulässigen Dampftemperatur zurückgenommen werden muß.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 6 beschrieben.
  • Durch die der Zuordnung eines separaten Strangmeßfühlers für die Dampftemperatur zu einem jeden der parallel geschalteten Stränge werden einerseits ungleiche Belastungen der einzelnen Stränge erfaßt und wird zugleich die Voraussetzung geschaffen, um über eine Steuerlogik den stärker belasteten Strang durch Aufsteuem des zugeordneten Einspritzkühlers zu entlasten und durch Zusteuern des dem am wenigsten belasteten Strang zugeordneten Einspritzkühlers einen Ausgleich zu schaffen. Dadurch wird die Beanspruchung der einzelnen Stränge, wie etwa von Membranenwänden, Schotten und bestimmten Rohrbünden vergleichmäßigt. Auf dieser Vergleichmäßigung der Beanspruchung der einzelnen Stränge aufbauend, wird eine noch zuverlässigere Absicherung gegenüber Beanspruchung bzw. Übertemperaturen erreicht, wenn den heißen Enden der einzelnen Parallelrohre eines jeden Stranges separate Temperaturmeßfühler zugeordnet sind, die an eine Überwachungslogik angeschlossen sind, die den Meßwert mit der höchsten Temperatur ermittelt und mit einem fest vorgegebenen Referenzwert für die Temperatur vergleicht und den zugeordneten Einspritzkühler bei Überschreiten des Referenzwertes vorrangig zu anderen Steuerbefehlen aufsteuert. Hierdurch läßt sich wirkungsvoll eine lokale Überbeanspruchung bzw. Überhitzung vermeiden, ohne daß dadurch die Gesamtleistung des Dampferzeugers wesentlich herabgesetzt werden muß. Das heißt, die Gesamtleistung des Dampferzeugers läßt sich näher an die theoretische Höchstbelastung heranführen.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt :
  • Die Figur ein schematisches Schaltbild eines Dampferzeugers mit einem Parallelrohrsystem und die Schaltanordnung für die Regelung der Temperatur in den einzelnen Heizflächen.
  • Bei dem in der Figur schematisch dargestellten Dampferzeuger 1 strömt das Speisewasser von unten über den hier nicht dargestellten Economiser und Verdampfer in eine Verteilerleitung 2 und von dort in die diversen in zueinander parallel geschalteten Strängen 3, 4, 5 und 6 angeschlossenen Vor- und Endüberhitzerheizflächen 7, 8, 9, 10 des Dampferzeugers 1 ein. Diese Heizflächen können Teile der Kesselaußenwand oder auch Teile einer Zwischen- oder Membranwand sein. In der Darstellung der Figur führt der linke Strang 3 in ein Teil der Außenwand 7 eines Dampferzeugers 1 und der rechte Strang 4 in eine Zwischenwand 9 des Dampferzeugers und sind die im rechten und linken Strang 3, 4 eingezeichneten oberen Heizflächen 8, 10 Endüberhitzerheizflächen, d. h. Rohrbündel, die man sich etwa im mittleren Bereich des Rauchgaszuges installiert vorstellen muß. Hinter den Endüberhitzerflächen 8, 10 münden die einzelnen Stränge in eine Dampfsammelleitung 11, die zum Verbraucher, im allgemeinen zur Dampfturbine (nicht dargestellt) führt.
  • In jeden der beiden dargestellten Stränge 3, 4 erkennt man hinter den Heizflächen 7, 9 der Kesselaußenwand bzw. der Zwischenwand und den zugehörigen Endüberhitzer Heizflächen 8, 10 je einen Einspritzkühler 12, 13, der über je ein separates, motorgesteuertes Ventil 14, 15 an die Speisewasserleitung 16 angeschlossen ist. Sowohl an den heißen Enden der Parallelrohre 17 bis 26 der einzelnen Endüberhitzer 8, 10, wie auch an den den jeweiligen Endüberhitzem verlassenden einzelnen Strängen 3 bis 6 sowie an der Sammeldampfleitung 11, in die die Stränge schließlich einmünden, sind Temperaturmeßfühler 27 bis 39 angeordnet. Die in den die Endüberhitzer 8, 10 verlassenden Strängen eingebauten Temperaturmeßfühler 37, 38 sind an einen Temperaturregler 40 angeschlossen, der seinerseits wieder über eine weitere Steuerlogik 41 mit den Stellmotoren der einzelnen Steuerventile 14, 15 der Einspritzkühler 12, 13 verbunden sind. Der Temperaturregler ist so aufgebaut, daß er in vorgegebenen Zeitintervallen den Temperaturmeßfühler 37, 38 mit der jeweils höchsten und niedrigsten Dampftemperatur ermittelt und das Steuerventil 14, 15 des Einspritzkühlers 12, 13 des Stranges 3 bis 6 mit der höchsten Dampftemperatur etwas weiter aufsteuert und das Steuerventil 14, 15 des Einspritzkühlers 12, 13 des Stranges 3 bis 6 mit der niedrigsten Dampftemperatur etwas zusteuert. Die Temperaturen der einzelnen Stränge werden so einander angenähert.
  • Die Temperaturmeßfühler 27 bis 36 an den Parallelrohren 17 bis 26 der einzelnen Endüberhitzer 8, 10 sind an je eine Überwachungslogik 42, 43 je Endüberhitzer angeschlossen, die sie in vorgegebenen Zeitintervallen abfragen. Die Meßwerte werden mit einem vorgegebenen Referenzwert 44, 45 in einer Vergleichsstufe 46, 47 vergleichen. Überschreitet ein Meßwert den Referenzwert, so wird in der Vergleichsstufe ein Signal gebildet, das einerseits über eine Negation 48 bis 51 und eine ODER-Funktion 52 bis 55 die Übertragung der Signale des Temperaturreglers 40 blockiert und zugleich das Steuerventil 14, 15 des Einspritzkühlers 12, 13 des zugehörigen Stranges 3 bis 6 etwas aufsteuert.
  • Der in der Dampfsammelleitung 11 befindliche Meßfühler 39 für die Dampfmischtemperatur ist an ein Regelglied 56 angeschlossen, daß diesen Meßwert mit einem Vorgabewert 57, in dem die vom Verbraucher gewünschte Dampftemperatur eingeprägt ist, vergleicht. Je nachdem ob der Meßwert oberhalb oder unterhalb dieses Sollwertes liegt, wird ein Steuerbefehl zur Auf- bzw. zur Zusteuerung erzeugt. Dieser Meßwert wird über ein ODER-Gatter 58, 59 in die Steuerleitungen aller Steuerventile 14, 15 der Einspritzkühler 12, 13 eingegeben. An den zweiten Eingang dieser ODER-Gatter 58, 59 eines jeden Steuerventiles kann ein von der Stellung des Steuerventils abhängiges Signal anliegen, das bei der Extremstellung des zugehörigen Steuerventils ausbleibt und so eine Übersteuerung desselben verhindert.
  • Beim Betrieb des Dampferzeugers 1 wird das Speisewasser über eine hier nicht weiter dargestellte Speisewasserpumpe einen Economiser und einen Verdampfer in der Darstellung der Figur von unten über die Verteilerleitung 2 in die einzelnen zueinander parallelen Stränge 3 bis 6 und die in diesen Strängen eingebauten Vor- und Endüberhitzerheizflächen 7 bis 10 gedrückt. In ihnen wird das Speisewasser in verschiedenen Parallelrohren aufgeheizt und danach neu gesammelt und in den Parallelrohren 17 bis 26 weiterer Endüberhitzerheizflächen 8, 10 auf den gewünschten Endzustand erhitzt. Der Dampf wird in den zugehörigen Strängen 3 bis 6 gesammelt. Jeder dieser parallel geschalteten Heizflächen oder Stränge leitet den Dampf dann in die Sammeldampfleitung 11, die den überhitzten Dampf dem Verbraucher, im allgemeinen einer Dampfturbine, zuleitet.
  • Infolge Ungleichmäßigkeiten in der Wärmeabgabe und infolge dynamischer Ungleichmäßigkeiten des Strömungswiderstandes in den einzelnen ParaJlelrohren - wie sie z. B. durch etwas vorzeitige Verdampfung entstehen können - entstehen in den parallelen Rohren örtlich und zeitlich unterschiedliche Rohr- und Dampftemperaturen. Diese wiederum werden von den in den einzelnen Strängen 3 bis 6 angeschlossenen Temperaturfühlern erfaßt. Sie veranlassen, daß der Temperaturregler 40 das dem heißesten Strang zugeordnete Steuerventil etwas weiter öffnet und das dem kühlsten Strang zugeordnete Steuerventil etwas weiter zu schließen. Durch diese in kurzen Zeitintervallen vorgenommene Regelungen erfolgt ein Ausgleich der Heizleistung in den verschiedenen Strängen und werden Temperaturschieflagen und' Materialüberbeanspruchungen - insbesondere im stationären Betrieb vermieden. Für das vom Temperaturfühler 39 der Dampfsammelleitung 11 gesteuerte Regelglied 56 reduziert sich dadurch die Regelstrecke zu einem einstrangigen System, so daß alle Steuerventile zu dieser Hauptregelung nur parallel verstellt zu werden brauchen. Dies kann unabhängig von der jeweiligen Öffnungsposition der einzelnen Steuerventile der Einspritzkühler erfolgen. Nur bei Endlagen, werden jene Steuerbefehle des Regelgliedes 56, die zu einer Überschreitung dieser Endlagen führen würden, unterdrückt. Die hierzu gegenläufigen Befehle werden durch die Aufteilung in einen schliessenden Signalweg 60, 61 und einen öffnenden Signalweg 62, 63 und die Zwischenschaltung von ODER-Gattem 64 bis 67 durchgelassen. Diese ODER-Gatter steuern im Stromkreis der Stellmotore der Steuerventile liegende Schaltelemente 68 bis 71.
  • Hiervon unabhängig wird durch die Überwachungslogik 42, 43 verhindert, daß einzelne Parallelrohre in den Heizflächen der Endüberhitzer oder Zwischenüberhitzer überlastet werden können. Dies geschieht durch Blockierung der Signalübertragung seitens des Temperaturreglers und des Regelgliedes in Schließrichtung bei gleichzeitiger Aufsteuerung des Steuerventils des zugeordneten Einspritzkühlers.
  • Diese Art der Temperaturregelung beim Dampferzeuger läßt sich in analoger Weise auch für Zwischenüberhitzerheizflächen etwa vor der Mittel- und Niederdruckstufe einer Dampfturbine einsetzen. Sie erlaubt es dem Dampferzeuger, näher an seine theoretisch gerade noch zulässige Leistungsobergrenze heranzufahren, ohne örtlich oder zeitlich unzulässige thermische Belastung befürchten zu müssen. Hierdurch läßt sich eine höhere Leistung und ein höherer Wirkungsgrad des Dampferzeugers erreichen.
    Figure imgb0001

Claims (6)

1. Dampferzeuger mit einem temperaturgeregelten Parallelrohrsystem mit den Endheizflächen (7, 8, 9, 10) der einzelnen Stränge (3, 4, 5, 6) des Parallelrohrsystems vorgeschalteten Einspritzkühlern (12, 13), mit einem an der die einzelnen Stränge aufnehmenden Dampfsammelleitung (11) angeschlossenen Meßfühler (39) für die Temperatur des Mischdampfes hinter dem Parallelrohrsystem und mit einer vom Meßfühler und einer Sollwertvorgabe gesteuerten Regeleinrichtung für die Einspritzkühler, wobei jedem der parallelgeschalteten Stränge (3 bis 6) ein separater Temperaturmeßfühler (37, 38) für die Dampftemperatur zugeordnet ist und diese Temperaturmeßfühler an einen Temperaturregler (40) angeschlossen sind, der den Einspritzkühler (12, 13) des Stranges mit der höchsten Dampftemperatur aufsteuert und den Einspritzkühler (12, 13) des Stranges mit der niedrigsten Dampftemperatur zusteuert, wobei den heißen Enden der einzelnen Parallelrohre (17 bis 26) eines jeden Stranges (3 bis 6) separate Temperaturmeßfühler (27 bis 36) zugeordnet sind, die an eine Überwachungslogik (42, 43) angeschlossen sind, die den Meßwert mit der höchsten Temperatur ermittelt und mit einem fest vorgegebenen Referenzwert (44, 45) für die Temperatur vergleicht und den zugeordneten Einspritzkühler (12, 13) bei Überschreiten des Referenzwertes vorrangig zu anderen Steuerbefehlen aufsteuert.
2. Temperaturregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale des der Dampfsammelleitung (11) angeschlossenenen Temperaturmeßfühlers (39) mittels des Regelgliedes alle Einspritzkühler (12, 13) synchron, jedoch nachrangig zu den übrigen Steuersignalen auf- bzw. zusteuern.
3. Temperaturregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzkühler (12, 13) über Steuerventile (14, 15) betätigbar sind.
4. Temperaturregelung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventile (12, 13) über Steuerimpulse schrittweise auf- und zusteuerbar sind.
5. Temperaturregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale der Überwachungslogik (42, 43) über eine Negation und einem im Steuerweg der Steuerlogik geschaltetes UND-Glied (52 bis 55) die Steuerbefehle des Temperaturreglers (40) blockieren und das Steuerventil (14, 15) für den Einspritzkühler (12, 13) aufsteuern.
6. Temperaturregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die. Temperaturfühler (27 bis 36) nur an einzelnen repräsentativen Parallelrohren (17 bis 26) jeweils einer Heizfläche (8, 10) angeschlossen sind.
EP86102729A 1985-03-16 1986-03-03 Dampferzeuger mit einem temperaturgeregelten Parallelrohrsystem Expired EP0195298B1 (de)

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ES (1) ES8708048A1 (de)
FI (1) FI84201C (de)
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