EP0263056B1 - Anordnung zum Regeln der Dampftemperatur eines Dampferzeugers - Google Patents

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EP0263056B1
EP0263056B1 EP87710014A EP87710014A EP0263056B1 EP 0263056 B1 EP0263056 B1 EP 0263056B1 EP 87710014 A EP87710014 A EP 87710014A EP 87710014 A EP87710014 A EP 87710014A EP 0263056 B1 EP0263056 B1 EP 0263056B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooler
temperature
superheater
regulator
time
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP87710014A
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English (en)
French (fr)
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EP0263056A1 (de
Inventor
Heinrich Renze
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to AT87710014T priority Critical patent/ATE50853T1/de
Publication of EP0263056A1 publication Critical patent/EP0263056A1/de
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Publication of EP0263056B1 publication Critical patent/EP0263056B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for regulating the steam temperature of a steam generator according to the preamble of claim 1.
  • the present invention has for its object to provide an arrangement of the type specified in the preamble of claim 1, in which the steam temperature control is stable.
  • this object is achieved with the measures specified in the characterizing part of claim 1. This ensures that the steam temperature difference on the second cooler is controlled with the first controller and the first cooler as the control element and the steam outlet temperature of the steam generator is controlled with the second controller and the second cooler as the control element.
  • the temperature at the inlet of the second cooler is advantageously limited. If this limit temperature is reached, the temperature at the inlet of the second cooler is controlled instead of the temperature difference.
  • KL1 denotes a first cooler that lies in the steam path of a steam generator. It is followed by a first superheater UH1, a second cooler KL2 and a second superheater UH2.
  • the steam outlet temperature of the steam generator is converted into an electrical value by a temperature transmitter MT4, which is compared in an adder AD11 with a setpoint set in a setpoint generator SG3.
  • the outlet temperature of the steam generator is regulated to this setpoint.
  • the control difference is fed via a divider DV2, the meaning of which is explained below, and adders AD8, AD7 to the input of a PI controller PIR2, which controls a servomotor SM2 which adjusts an injection valve EV2.
  • the control loop thus closed includes the second superheater UH2, the outlet temperature of which changes only slowly when the injection water flow in the cooler KL2 changes, in accordance with a delay element with delay and compensation time.
  • the temperature at the outlet of the second cooler KL2 is therefore measured, converted into an electrical value by a converter MT3 and used as an auxiliary control variable with a short delay time.
  • a heating fault e.g. a falling steam temperature at the output of the second superheater UH2
  • the output signal of the adder AD11 becomes positive and the output signal of the adder AD7 becomes negative.
  • the injection water flow is reduced via the controller PIR2, so that the output signal of the adder AD7 becomes zero again as the temperature behind the second cooler KL2 increases.
  • the delay and compensation time of the superheater UH2 is simulated in a delay element VZ2.
  • the order of the delay element and the time constants can be determined by known methods from the delay time and the equalization time of the second superheater UH2, which can be determined after a step function has been applied.
  • Its output signal is subtracted from the undelayed signal of the converter MT3 in an adder AD9, so that its output signal, which was caused by the reduction in the quantity of injection water, decays in the opposite direction to the temperature increase at the outlet of the superheater UH2. The difference between these two signals at the adder AD7 becomes zero, so that the quantity of injection water is no longer adjusted via the controller PIR2.
  • the superheaters UH1, UH2 behave like a higher-order delay element with a delay time and an equalization time.
  • the ratio of delay to compensation time can be assumed to be independent of the steam throughput.
  • the times themselves are approximately inversely proportional to the steam flow or the load, so that they are z. B. double at half load compared to full load. This is taken into account in the delay element VZ2 in that the steam flow is detected by a flow transmitter MV and in a unit KW2 a signal proportional to the reciprocal of the flow is formed, with which the time constants of the delay element VZ2 are influenced such that they are inversely proportional to the steam flow.
  • the setpoint for the temperature difference at the cooler KL2 set in a setpoint generator SG1 is added in an adder AD6.
  • the output signal of the adder AD6 arrives at an adder AD5, which compares it with the output signal of a temperature converter MT2.
  • the control difference which corresponds to the deviation of the temperature difference at the second cooler KL2 from the setpoint set in the setpoint generator SG1, passes via a divider DV1 and adder AD3, AD2 to the input of a PI controller PIR1, which controls a servomotor SM1 with an injection valve EV1.
  • the injection quantity of the feed water into the first cooler KL1 is set in such a way that the temperature difference at the second cooler KL2 is equal to the setpoint value set with the setpoint generator SG1. Since the output signal of the delay element VZ2 is used as the signal for the temperature behind the second cooler KL2, the temperature controls are dynamically decoupled. This decoupling prevents that when the injection in the second cooler KL2 is adjusted, the controller PIR1 is immediately excited with the change in the injection into the cooler KL1, which could trigger an oscillation.
  • the minimum value selection MIN switches the limit value from the setpoint generator SG2 to the adder AD5 instead of the output signal of the adder AD6, so that the temperature upstream of the second cooler KL2 is at the limit value is held.
  • the control works with the controller PIR1 in accordance with that with the controller PIR2.
  • the enthalpy is used as the auxiliary control variable.
  • the temperature and pressure downstream of the cooler KL1 are recorded with the transmitters MT1, MP1 and fed to an enthalpy computer ER known per se.
  • Its output signal is fed directly to an adder AD1 via a delay element VZ1, in which the delay is simulated by the superheater UH1.
  • This delay element is generally of a higher order, possibly even with different time constants with a delay time and an equalization time.
  • the difference between the two signals formed in the adder AD1 is applied to the PI controller P) R1.
  • the delay of the steam generator UH1 is inversely proportional to the steam throughput
  • a signal is generated in a unit KW1, which is inversely proportional to the steam throughput, and with this signal influences the time constants of the delay element VZ1.
  • the use of the enthalpy instead of the temperature as an auxiliary control variable is advantageous because at the outlet of the first cooler KL1 the steam near the saturation area and thus the relationship between the temperature at the outlet of the first superheater UH1 and the temperature behind the first cooler KL1 can be strongly non-linear.
  • the control is adapted to the variable gain of the controlled system depending on the vapor pressure. Even if the superheater's heating output remains the same, the outlet temperature does not change by the same amount as the inlet temperature. In order to take this change in the gain of the controlled system into account, the pressure at the output of the superheater UH2 is detected with the pressure converter MP3 and fed to a function generator FG2.
  • FIG. 2 shows which values the divisor DIV2 should have for correct compensation of the controlled system gain in the superheater UH2 as a function of the pressure P at the outlet of the superheater UH2 and the temperature at its entry.
  • FIG. 3 shows as a functional block diagram how the divisor for the divider DV2 can easily be generated.
  • the temperature is ignored and only a middle straight line is generated. In practice, this is completely sufficient, since the deviation from the correct value is a maximum of 10%.
  • the function transmitter FG2 according to FIG. 3 contains a constant transmitter KG7, which is set to a value corresponding to a pressure of 70 bar. This value is compared with the output signal of the pressure transducer MP3 in an adder AD16 and the difference is fed to one input of a maximum value selection MAX. At the other input there is a value of zero. If the pressure detected by the pressure transducer MP3 is less than 70 bar, the value zero is switched through to a multiplier M7, the output value of which is therefore also zero.
  • the output signal of an adder AD17, which represents the divisor for the divider DV2, is therefore the value set in a constant encoder KG9, which is set to 1.02 in accordance with FIG.
  • the output signal of the adder AD16 and thus that of the maximum value selection MAX is positive and multiplied by the multiplier M7 by a factor set in a constant encoder KG8.
  • This factor is chosen so that the divisor for the divider DV2 is approximately equal to that for 470 ° C ( Figure 2).
  • a circuit could be used whose output signal changes depending on the temperature so that the family of curves shown in FIG. 2 is achieved.
  • the temperature difference on the superheater UH1 also depends on the pressure with constant heating output. This dependence on the controlled system gain is compensated for by dividing the control difference at the output of the adder AD5 by a pressure and temperature-dependent value which is formed in a function generator FG1.
  • the pressure and temperature dependent divisor values DIV1 are shown in FIG. 4.
  • Figure 5 shows details of the function generator FG1.
  • the values supplied by the pressure transmitter MP2 are compared in an adder AD18 with a value which corresponds to a pressure of 30 bar and is set in a constant encoder KG10.
  • the difference is multiplied by a multiplier M8 by a factor supplied by a constant encoder KG11.
  • the result is multiplied in a multiplier M9 by a difference formed in an adder AD20 and subtracted in an adder AD21 from the value 1.86 generated by a constant encoder KG13.
  • the result is fed to the divider DV1 as a divisor.
  • An adder AD19 forms the difference between the signal emitted by the temperature converter MT2 and the value set in a constant encoder KG14, which corresponds to a temperature of 440 ° .
  • the difference is fed via a function generator FG3, which generates the non-linear dependence of the divisor on the temperature shown in FIG. 4, to an adder AD20, which subtracts the output signal of the function generator FG3 from a value set in a constant generator KG12, the value one.
  • the function generator FG3 is designed such that its output signal is zero when the input signal is zero, corresponding to 440 ° , and that its output signal increases nonlinearly with increasing temperature, such that it is approximately 0.14 at 465 ° and a value at 490 ° of about 0.24.
  • the factor fed to the multiplier M9 is therefore at 440 ° one and decreases nonlinearly to approximately 0.76 with increasing temperature.
  • the output signal of the adder AD18 is zero and the divisor is the value 1.86 set in the constant encoder KG13. If the pressure rises at a constant 440 ° C., the output signal of the multiplier M8 increases and, since it is not changed in the multiplier M9 because of the multiplication by one, is subtracted from the value 1.86 in the adder AD21. The divisor therefore changes with increasing pressure in accordance with the straight line labeled 440 ° in FIG. As the temperature rises, the factor supplied by the adder AD20 to the multiplier M9 becomes smaller and thus also the subtrahend supplied to the adder AD21, so that the divisor DIV1 rises at constant pressure in accordance with the diagrams shown in FIG.
  • the multiplier M9 and the circuit forming the correction factor can be dispensed with.
  • the constant encoder KG11 is then expediently set to such a value that the divisor follows a middle line shown in FIG. 4 when the pressure changes. Such a straight line is e.g. B. for 460 ° .
  • the controller described so far shows very good stability because of the decoupling of the two control loops; Because of the long delay and compensation times of the superheaters, however, if the temperatures are determined exclusively at the outlet of the superheaters, the faults are only determined after a relatively long delay time.
  • the arrangement according to FIG. 1 contains two fault detection circuits STM1, STM2.
  • each superheater has a model with several, e.g. B. four, series-connected delay elements can be simulated. Since only the inlet and outlet temperatures are measured on the superheater, only the input signal of the first and the output signal is on the model. of the last delay element known.
  • the control difference corrected in the divider DV2 is fed to an adder AD12.
  • a differentiating element DG1 the time constant of which is equal to that of the last delay element of the model for the superheater UH2.
  • the effect of the differentiating element can be adjusted by multiplying the returned signal by a constant encoder KG1. A signal is thus available at the output of the adder AD12 which corresponds to the input of the last delay element of the superheater model.
  • the output signal of the penultimate delay element of the superheater model is determined from this signal with an adder AD13, a multiplier M2 with a constant encoder KG2 and a differentiator DG2.
  • a signal is available which corresponds to the temperature change in the middle of the superheater.
  • the speed at which the input signals of the last two delay elements are determined can be selected with the constant encoders KG1, KG2 at the inputs of the differentiators DG1, DG2.
  • the time constants of the differentiators match those of the delay elements; they are therefore also changed with the reciprocal of the steam flow.
  • the output signal of the adder AD13 is applied to a differentiating element DG3 with the same time constant as the other differentiating and delay elements. This creates a reserve for the control, the size of which depends on the ordinal number of the controlled system and can be set on a constant encoder KG3. Since the temperature behind the second cooler KL2 is changed by the control so that the temperature at the outlet of the superheater reaches the setpoint with a constant fault, the output signal of the temperature converter MT3 delayed by the delay element VZ2 is connected to the input of the fault determination circuit STM2 via the adder AD10 .
  • the second fault detection circuit STM2 works in the same way as the first STM1. Your description is therefore unnecessary.
  • FIGS. 1, 3 and 5 The exemplary embodiment is shown in FIGS. 1, 3 and 5 in the manner of a circuit diagram and has also been described for the sake of clarity. In fact, with the exception of the cooler, superheater and transmitter, the exemplary embodiment will be implemented with a programmable computer. The same applies to all configurations within the scope of the invention.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Regeln der Dampftemperatur eines Dampferzeugers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Es ist bekannt, z.B. aus "Handbuch der Regelungstechnik", herausgegeben von Bleisteiner und Mangoldt, Springer-Verlag 1961, Seiten 362 bis 366, die Dampfaustrittstemperatur von Benson-Kesseln außer mit einer Feuerungsregelung dadurch zu regeln, daß ein Teil des Speisewassers vor dem Überhitzer in den Dampf eingespritzt wird, so daß dieser gekühlt wird. Eine solche Temperaturregelung hat eine kleinere Totzeit als die Feuerungsregelung, die auf die Überhitzer wirkt. Im übrigen wird im allgemeinen mit der Feuerung nicht die Temperatur, sondern der Dampfdruck geregelt. Oft sind mehrere, im allgemeinen zwei Überhitzer vorhanden, denen jeweils ein Kühler vorgeschaltet ist. Es besteht dann die Gefahr, daß sich die Kühlerregelungen beeinflussen, die Temperaturregelung instabil wird und die Einspritzventile aus dem Regelbereich gesteuert werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei welcher die Dampftemperaturregelung stabil ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Damit wird erreicht, daß mit dem ersten Regler und dem ersten Kühler als Stellglied die Dampftemperaturdifferenz am zweiten Kühler und mit dem zweiten Regler und dem zweiten Kühler als Stellglied die Dampfaustrittstemperatur des Dampferzeugers geregelt wird.
  • Vorteilhaft ist die Temperatur am Eingang des zweiten Kühlers begrenzt. Wird diese Grenztemperatur erreicht, dann wird anstelle der Temperaturdifferenz die Temperatur am Eingang des zweiten Kühlers geregelt.
  • Damit die Temperaturabweichungen gering sind, sind vorteilhaft Maßnahmen getroffen, mit denen die Temperaturabweichungen in den Überhitzern, z. B. infolge von Beheizungsstörungen, rasch ermittelt und ausgeregelt werden.
  • Anhand der Zeichnungen werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Ausgestaltungen und Vorteile näher beschrieben und erläutert.
  • Es zeigen
    • Figur 1 ein Funktionsschaltbild eines Ausführungsbeispiels,
    • Figur 2 ein Diagramm zum Veranschaulichen der Größe eines ersten in der Anordnung nach Figur 1 verwendeten Divisors,
    • Figur 3 ein Funktionsschaltbild zum Erzeugen des Divisors nach Figur 2,
    • Figur 4 ein Diagramm zum Veranschaulichen der Größe eines in der Anordnung nach Figur 1 verwendeten zweiten Divisors und
    • Figur 5 ein Funktionsschaltbild zum Erzeugen des Divisors nach Figur 4.
  • In Figur 1 ist mit KL1 ein erster Kühler bezeichnet, der im Dampfweg eines Dampferzeugers liegt. Auf ihn folgen ein erster Überhitzer UH1, ein zweiter Kühler KL2 und ein zweiter Überhitzer UH2. Die Dampfaustrittstemperatur des Dampferzeugers wird von einem Temperaturmeßumformer MT4 in einen elektrischen Wert umgeformt, der in einem Addierer AD11 mit einem in einem Sollwertgeber SG3 -eingestellten Sollwert verglichen wird. Auf diesen Sollwert wird die Austrittstemperatur des Dampferzeugers geregelt. Die Regeldifferenz wird über einen Dividierer DV2, dessen Bedeutung weiter unten erläutert wird, sowie Addierer AD8, AD7 dem Eingang eines PI-Reglers PIR2 zugeführt, der einen Stellmotor SM2 ansteuert, der ein Einspritzventil EV2 verstellt. Mit diesem wird der Durchfluß des Einspritzwassers in den zweiten Kühler KL2 eingestellt. Der damit geschlossene Regelkreis schließt den zweiten Überhitzer UH2 ein, dessen Austrittstemperatur bei Änderung des Einspritzwasserdurchflusses im Kühler KL2 sich nur langsam entsprechend einem Verzögerungsglied mit Verzugs- und Ausgleichszeit ändert. Es wird daher die Temperatur am Austritt des zweiten Kühlers KL2 ge messen, von einem Umformer MT3 in einen elektrischen Wert umgesetzt und mit einer kleinen Verzugszeit als Hilfsregelgröße verwendet. Im Falle einer Beheizungsstörung, z.B. einer fallenden Dampftemperatur am Ausgang des zweiten Überhitzers UH2, wird das Ausgangssignal des Addierers AD11 positiv und das Ausgangssignal des Addierers AD7 negativ. Über den Regler PIR2 wird der Einspritzwasserdurchfluß verringert, so daß mit steigender Temperatur hinter dem zweiten Kühler KL2 das Ausgangssignal des Addierers AD7 wieder Null wird. In einem Verzögerungsglied VZ2 ist die Verzugs- und Ausgleichszeit des Überhitzers UH2 nachgebildet. Aus der Verzugs- und der Ausgleichszeit des zweiten Überhitzers UH2, die nach Aufschalten einer Sprungfunktion ermittelt werden können, können die Ordnung des Verzögerungsgliedes und die Zeitkonstanten nach bekannten Verfahren ermittelt werden. Sein Ausgangssignal wird vom unverzögerten Signal des Umformers MT3 in einem Addierer AD9 subtrahiert, so daß dessen Ausgangssignal, das durch das Verringern der Einspritzwassermenge verursacht wurde, entgegengesetzt zur Temperaturerhöhung am Austritt des Überhitzers UH2 abklingt. Die Differenz dieser beiden Signale am Addierer AD7 wird Null, so daß über den Regler PIR2 die Einspritzwassermenge nicht mehr verstellt wird.
  • Wie schon erwähnt, verhalten sich die Überhitzer UH1, UH2 wie ein Verzögerungsglied höherer Ordnung mit einer Verzugszeit und einer Ausgleichszeit. Das Verhältnis von Verzugs- zu Ausgleichszeit kann als unabhängig vom Dampfdurchsatz angenommen werden. Die Zeiten selbst sind jedoch etwa umgekehrt proportional zum Dampfstrom bzw. zur Last, so daß sie sich z. B. bei halber Last gegenüber Vollast verdoppeln. Dies wird im Verzögerungsglied VZ2 dadurch berücksichtigt, daß der Dampfstrom von einem Durchflußmeßumformer MV erfaßt wird und in einer Einheit KW2 ein dem Kehrwert des Durchflusses proportionales Signal gebildet wird, mit dem die Zeitkonstanten des Verzögerungsgliedes VZ2 derart beeinflußt werden, daß sie umgekehrt proportional zum Dampfdurchfluß sind.
  • Zum Ausgangssignal des Verzögerungsgliedes VZ2, das der verzögerten Temperatur am Ausgang des zweiten Kühlers KL2 entspricht, wird in einem Addierer AD6 der in einem Sollwertgeber SG1 eingestellte Sollwert für die Temperaturdifferenz am Kühler KL2 addiert. Das Ausgangssignal des Addierers AD6 gelangt über eine Minimalwertauswahl MIN auf einen Addierer AD5, der es mit dem Ausgangssignal eines Temperaturumformers MT2 vergleicht. Die Regeldifferenz, die der Abweichung der Temperaturdifferenz am zweiten Kühler KL2 von dem im Sollwertgeber SG1 eingestellten Sollwert entspricht, gelangt über einen Dividierer DV1 sowie Addierer AD3, AD2 auf den Eingang eines PI-Reglers PIR1, der einen Stellmotor SM1 mit einem Einspritzventil EV1 ansteuert. Mit diesem wird die Einspritzmenge des Speisewassers in den ersten Kühler KL1 eingestellt, derart, daß die Temperaturdifferenz am zweiten Kühler KL2 gleich dem mit dem Sollwertgeber SG1 eingestellten Sollwert ist. Da als Signal für die Temperatur hinter dem zweiten Kühler KL2 das Ausgangssignal des Verzögerungsgliedes VZ2 verwendet wird, sind die Temperaturregelungen dynamisch entkoppelt. Durch diese Entkopplung wird vermieden, daß bei einer Verstellung der Einspritzung in den zweiten Kühler KL2 sofort der Regler PIR1 mit der Änderung der Einspritzung in den Kühler KL1 angeregt wird, was eine Pendelung auslösen könnte.
  • Überschreitet das Ausgangssignal des Addierers AD6 einen vorgegebenen Grenzwert, der mit einem Sollwertgeber SG2 eingestellt ist, schaltet die Minimalwertauswahl MIN anstatt des Ausgangssignals des Addierers AD6 den Grenzwert vom Sollwertgeber SG2 auf den Addierer AD5, so daß die Temperatur vor dem zweiten Kühler KL2 auf dem Grenzwert gehalten wird.
  • Im Prinzip arbeitet die Regelung mit dem Regler PIR1 entsprechend der mit dem Regler PIR2. Ein Unterschied besteht darin, daß als Hilfsregelgröße nicht die Temperatur nach dem Kühler KL1, sondern die Enthalpie verwendet wird. Hierzu werden mit den Meßumformern MT1, MP1 Temperatur und Druck nach dem Kühler KL1 erfaßt und einem an sich bekannten Enthalpie-Rechner ER zugeführt. Dessen Ausgangssignal wird direkt über ein Verzögerungsglied VZ1, in dem die Verzögerung durch den Überhitzer UH1 nachgebildet ist, einem Addierer AD1 zugeführt. Dieses Verzögerungsglied ist im allgemeinen von höherer Ordnung, evtl. sogar mit unterschiedlichen Zeitkonstanten mit einer Verzugszeit und einer Ausgleichszeit. Die im Addierer AD1 gebildete Differenz der beiden Signale wird dem PI-Regler P)R1 aufgeschaltet. Da die Verzögerung des Dampferzeugers UH1 umgekehrt proportional zum Dampfdurchsatz ist, wird in einer Einheit KW1 ein Signal erzeugt, das zum Dampfdurchsatz umgekehrt proportional ist, und mit diesem Signal die Zeitkonstanten des Verzögerungsgliedes VZ1 beeinflußt. Die Verwendung der Enthalpie anstatt der Temperatur als Hilfsregelgröße ist deshalb vorteilhaft, weil am Ausgang des ersten Kühlers KL1 der Dampf nahe dem Sättigungsbereich und damit der Zusammenhang zwischen Temperatur am Austritt des ersten Überhitzers UH1 und der Temperatur hinter dem ersten Kühler KL1 stark nichtlinear sein kann.
  • Mit den Dividierern DV1, DV2 wird die Regelung an die in Abhängigkeit des Dampfdruckes veränderliche Verstärkung der Regelstrecke angepaßt. Auch bei gleichbleibender Heizleistung der Uberhitzer ändert sich nämlich die Austrittstemperatur nicht um denselben Betrag wie die Eintrittstemperatur. Um diese Veränderung der Verstärkung der Regelstrecke zu berücksichtigen, wird mit dem Druckumformer MP3 der Druck am Ausgang des Überhitzers UH2 erfaßt und einem Funktionsgenerator FG2 zugeführt.
  • Das Diagramm in Figur 2 zeigt, welche Werte der Divisor DIV2 zur korrekten Kompensation der Regelstreckenverstärkung im Überhitzer UH2 in Abhängigkeit des Druckes P am Austritt des Überhitzers UH2 und der Temperatur an dessen Eintritt haben sollte.
  • Figur 3 zeigt als Funktionsblockbild, wie der Divisor für den Dividierer DV2 einfach erzeugt werden kann. Zur Verringerung des Aufwandes ist darauf verzichtet, die vollständige in Figur 2 gezeigte Kurvenschar zu erzeugen, sondern es wird die Temperatur unberücksichtigt gelassen und lediglich eine mittlere Gerade erzeugt. Dies reicht in der Praxis völlig aus, da die Abweichung vom korrekten Wert maximal 10% beträgt.
  • Der Funktionsgeber FG2 nach Figur 3 enthält einen Konstantengeber KG7, der auf einen einem Druck von 70 bar entsprechenden Wert eingestellt ist. Dieser Wert wird mit dem Ausgangssignal des Druckumformers MP3 in einem Addierer AD16 verglichen und die Differenz dem einen Eingang einer Maximalwertauswahl MAX zugeführt. An deren anderem Eingang liegt der Wert Null. Ist der vom Druckumformer MP3 erfaßte Druck kleiner als 70 bar, wird der Wert Null zu einem Multiplizierer M7 durchgeschaltet, dessen Ausgangswert daher ebenfalls Null ist. Das Ausgangssignal eines Addierers AD17, das den Divisor für den Dividierer DV2 darstellt, ist daher der in einem Konstantengeber KG9 eingestellte Wert, der entsprechend Figur 2 auf 1,02 eingestellt ist. Mit steigendem Druck wird das Ausgangssignal des Addierers AD16 und damit das der Maximalwertauswahl MAX positiv und vom Multiplizierer M7 mit einem in einem Konstantengeber KG8 eingestellten Faktor multipliziert. Dieser Faktor ist so gewählt, daß der Divisor für den Dividierer DV2 etwa gleich dem für 470 °C (Figur 2) ist. Selbstverständlich könnte anstelle des Konstantengebers KG8 eine Schaltung verwendet werden, deren Ausgangssignal sich in Abhängigkeit der Temperatur so ändert, daß die in Figur 2 eingetragene Kurvenschar erzielt wird.
  • Auch am Überhitzer UH1 ist bei konstanter Heizleistung die Temperaturdifferenz vom Druck abhängig. Diese Abhängigkeit der Regelstreckenverstärkung wird durch Division der Regeldifferenz am Ausgang des Addierers AD5 durch einen druck-und temperaturabhängigen Wert, der in einem Funktionsgeber FG1 gebildet wird, kompensiert. Die druck- und temperaturabhängigen Divisorwerte DIV1 sind in Figur 4 dargestellt.
  • Figur 5 zeigt Einzelheiten des Funktionsgebers FG1. Die vom Druckumformer MP2 gelieferten Werte werden in einem Addierer AD18 mit einem Wert verglichen, der einem Druck von 30 bar entspricht und in einem Konstantengeber KG10 eingestellt ist. Die Differenz wird von einem Multiplizierer M8 mit einem von einem Konstantengeber KG11 gelieferten Faktor multipliziert. Das Ergebnis wird in einem Multiplizierer M9 mit einer in einem Addierer AD20 gebildeten Differenz multipliziert und in einem Addierer AD21 von dem von einem Konstantengeber KG13 erzeugten Wert 1,86 subtrahiert. Das Ergebnis wird als Divisor dem Dividierer DV1 zugeführt. Ein Addierer AD19 bildet die Differenz zwischen dem vom Temperaturumformer MT2 abgegebenen Signal und dem in einem Konstantengeber KG14 eingestellten, einer Temperatur von 440° entsprechenden Wert. Die Differenz wird über einen Funktionsgeber FG3, der die in Figur 4 ersichtliche nichtlineare Abhängigkeit des Divisors von der Temperatur erzeugt, einem Addierer AD20 zugeführt, der das Ausgangssignal des Funktionsgebers FG3 von einem in einem Konstantengeber KG12 eingestellten Wert, dem Wert Eins, subtrahiert. Der Funktionsgenerator FG3 ist so ausgebildet, daß sein Ausgangssignal beim Eingangssignal Null, entsprechend 440°, ebenfalls Null ist und daß mit zunehmender Temperatur sein Ausgangssignal nichtlinear zunimmt, derart, daß es bei 465° etwa den Wert 0,14 und bei 490° einen Wert von etwa 0,24 hat. Der dem Multiplizierer M9 zugeführte Faktor ist daher bei 440° Eins und sinkt mit steigender Temperatur nichtlinear auf etwa 0,76 ab.
  • Beträgt der Dampfdruck 30 bar, ist das Ausgangssignal des Addierers AD18 Null, und der Divisor ist der im Konstantengeber KG13 eingestellte Wert 1,86. Steigt bei konstant 440 °C der Druck an, nimmt das Ausgangssignal des Multiplizierers M8 zu und wird, da es im Multiplizierer M9 wegen der Multiplikation mit Eins nicht verändert wird, im Addierer AD21 vom Wert 1,86 subtrahiert. Der Divisor ändert sich daher mit steigendem Druck entsprechend der in Figur 4 mit 440° bezeichneten Geraden. Mit steigender Temperatur wird der vom Addierer AD20 dem Multiplizierer M9 zugeführte Faktor kleiner und damit auch der dem Addierer AD21 zugeführte Subtrahend, so daß der Divisor DIV1 bei konstantem Druck entsprechend den in Figur 4 gezeigten Diagrammen ansteigt. Werden geringere Ansprüche an die Regelgenauigkeit gestellt, kann auf den Multiplizierer M9 und die den Korrekturfaktor bildende Schaltung verzichtet werden. Der Konstantengeber KG11 wird dann zweckmäßig auf einen solchen Wert eingestellt, daß der Divisor bei Änderung des Druckes einer mittleren der in Figur 4 gezeigten Geraden folgt. Eine solche Gerade ist z. B. die für 460°.
  • Der bisher beschriebene Regler zeigt zwar wegen der Entkopplung der beiden Regelkreise eine sehr gute Stabilität; wegen der langen Verzugs-und Ausgleichszeiten der Überhitzer werden jedoch, wenn die Temperaturen ausschließlich am Austritt der Überhitzer ermittelt werden, die Störungen erst nach relativ langer Verzögerungszeit festgestellt. Zum raschen Feststellen von Beheizungsstörungen sind in der Anordnung nach Figur 1 zwei Störungsermittlungsschaltungen STM1, STM2 enthalten. Für diese ist von der Überlegung ausgegangen, daß jeder Überhitzer durch ein Modell mit mehreren, z. B. vier, hintereinandergeschalteten Verzögerungsgliedern nachgebildet werden kann. Da am Überhitzer nur die Ein- und Austrittstemperaturen gemessen werden, ist am Modell nur das Eingangssignal des ersten und das Ausgangssignal . des letzten Verzögerungsgliedes bekannt. Damit im Falle einer Störung deren Auswirkung frühzeitig erkannt wird, genügt es, wenn die Temperaturänderung in etwa der Mitte des Überhitzers ermittelt wird. Die im Dividierer DV2 korrigierte Regeldifferenz ist einem Addierer AD12 zugeführt. In einer Rückkopplungsschleife liegt ein Differenzierglied DG1, dessen Zeitkonstante gleich der des letzten Verzögerungsgliedes des Modells für den Überhitzer UH2 ist. Die Wirkung des Di fferenziergliedes kann durch Multiplikation des rückgeführten Signals mit einem Konstantengeber KG1 eingestellt werden. Damit steht am Ausgang des Addierers AD12 ein Signal zur Verfügung, das dem Eingang des letzten Verzögerungsgliedes des Überhitzermodells entspricht. Aus diesem Signal wird mit einem Addierer AD13, einem Multiplizierer M2 mit einem Konstantengeber KG2 und einem Differenzierglied DG2 das Ausgangssignal des vorletzten Verzögerungsgliedes des Uberhitzermodells ermittelt. Unter der Annahme, daß das Modell aus vier hintereinandergeschalteten Verzögerungsgliedern besteht, steht somit ein Signal zur Verfügung, das der Temperaturänderung in der Mitte des Überhitzers entspricht. Die Geschwindigkeit, mit der die Eingangssignale der beiden letzten Verzögerungsglieder ermittelt werden, kann mit den Konstantengebern KG1, KG2 an den Eingängen der Differenzierglieder DG1, DG2 gewählt werden. Die Zeitkonstanten der Differenzierglieder stimmen mit denen der Verzögerungsglieder überein; sie werden daher auch mit dem Kehrwert des Dampfdurchflusses verändert.
  • Das Ausgangssignal des Addierers AD13 wird auf ein Differenzierglied DG3 mit der gleichen Zeitkonstanten wie die anderen Differenzier- und Verzögerungsglieder gegeben. Damit wird ein Vorhalt für die Regelung erzeugt, dessen Größe von der Ordnungszahl der Regelstrecke abhängig und an einem Konstantengeber KG3 eingestellt werden kann. Da durch die Regelung die Temperatur hinter dem zweiten Kühler KL2 verändert wird, damit bei gleichbleibender Störung die Temperatur am Austritt des Überhitzers den Sollwert erreicht, wird das mit dem Verzögerungsglied VZ2 verzögerte Ausgangssignal des Temperaturumformers MT3 über den Addierer AD10 auf den Eingang der Störungsermittlungsschaltung STM2 aufgeschaltet. Dadurch wird erreicht, daß deren Eingangssignal entsprechend der Störung auf dem neuen Wert des verzögerten Signals der Temperatur hinter dem zweiten Kühler KL2 stehenbleibt und nicht entsprechend der Regeldifferenz am Ausgang des Addierers AD11 auf Null zurückgeht. Somit wird das Ausgangssignal der Störungsermittlungsschaltung, ohne die Polarität zu wechseln, auf Null zuruckgehen.
  • Die zweite Störungsermittlungsschaltung STM2 arbeitet in gleicher Weise wie die erste STM1. Ihre Beschreibung erübrigt sich daher.
  • Die Anwendung der beschriebenen Art der Störungsermittlung ist nicht nur bei Wärmekraftwerken, sondern bei allen Regelstrecken mit Langzeitverhalten sinnvoll, also z. B. auch bei Sichtertemperaturregelungen in Mühlen oder bei der Feuchteregelung an Papiermaschinen.
  • Das Ausführungsbeispiel ist in den Figuren 1, 3 und 5 nach Art eines Schaltbildes dargestellt und wurde auch so der Verständlichkeit halber beschrieben. Tatsächlich wird man das Ausführungsbeispiel mit Ausnahme der Kühler, Überhitzer und Meßumformer mit einem programmierbaren Rechner realisieren. Gleiches gilt für alle im Rahmen der Erfindung liegenden Ausgestaltungen.

Claims (12)

1. Anordnung zum Regeln der Dampfaustrittstemperatur eines Dampferzeugers, der, im Dampfstrom hintereinanderliegend, einen ersten Kühler (KL1), einen ersten Überhitzer (UH1), einen zweiten Kühler (KL2) und einen zweiten Überhitzer (UH2) enthält, mit einem den ersten Kühler (KL1) steuernden ersten Regler (PIR1) und einem den zweiten Kühler (KL2) steuernden zweiten Regler (PIR2), dadurch gekennzeichnet, daß ein der Temperaturdifferenz am zweiten Kühler (KL2) entsprechendes Signal mit einem Sollwert (SG1) verglichen und das Vergleichsergebnis als Regelabweichung dem ersten Regler (PIR1) aufgeschaltet wird und daß ein der Austrittstemperatur des Dampferzeugers entsprechendes Signal mit einem Sollwert (SG3) verglichen und das Vergleichsergebnis als Regelabweichung dem zweiten Regler (PIR2) aufgeschaltet wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur am Eingang des zweiten Kühlers (KL2) auf einen Grenzwert (SG2) begrenzt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Temperatur am Ausgang des ersten Kühlers (KL1) entsprechendes Signal oder ein davon abgeleitetes Signal über ein erstes Verzögerungsglied (VZ1) geführt ist, dessen Zeitkonstanten gleich denen des ersten Überhitzers (UH1) sind, daß die Differenz zwischen dem Ausgangssignal des ersten Verzögerungsgliedes (VZ1) und dem der Temperatur am Ausgang des ersten Kühlers (KL1) entsprechenden Signal bzw. dem davon abgeleiteten Signal gebildet und dem ersten Regler (PIR1) aufgeschaltet wird, der den Durchfluß des in den ersten Kühler (KL1) eingespeisten Speisewassers steuert.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Temperatur am Ausgang des Kühlers (KL1) abgeleitete Signal ein der Enthalpie entsprechendes Signal ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Temperatur am Ausgang des zweiten Kühlers (KL2) entsprechendes Signal über ein zweites Verzögerungsglied (VZ2) geführt ist, dessen Zeitkonstante gleich der des zweiten Überhitzers (UH2) ist, und daß die Differenz zwischen dem Ausgangssignal des zweiten Verzögerungsgliedes (VZ2) und dem der Temperatur entsprechenden Signal gebildet und dem zweiten Regler (PIR2) aufgeschaltet wird, der den Durchfluß des in den zweiten Kühler (KL2) eingespritzten Speisewassers steuert.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstanten der Verzögerungsglieder (VZ1, VZ2) umgekehrt proportional dem Dampfdurchfluß sind.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem Ausgangssignal des zweiten Verzögerungsgliedes (VZ2) und dem der Temperatur am Eingang des zweiten Kühlers (KL2) entsprechenden Signal mit dem Sollwert (SG1) der Temperaturdifferenz am zweiten Kühler (KL2) verglichen wird und als Regelabweichung dem ersten Regler (PIR1) aufgeschaltet wird.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeldifferenz der Temperatur am Dampferzeugeraustritt und/oder am Eingang des zweiten Kühlers (KL2) in Abhängigkeit vom Dampfdruck derart korrigiert wird, daß die Abhängigkeit der Temperaturänderung im Überhitzer vom Dampfdruck kompensiert wird.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeldifferenz in Abhängigkeit der Enthalpie des Dampfes am Überhitzeraustritt korrigiert wird.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen an den Ausgängen der Überhitzer (UH1, UH2) über Differenzierglieder (DG1, DG2, DG3) jeweils dem Regler (PIR2 bzw. PIR1) zugeführt werden, dem der vor dem jeweiligen Überhitzer (UH1, UH2) liegende Kühler (KL1, KL2) nachgeschaltet ist.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß je Überhitzer eine Störungsermittlungsschaltung (STM1, STM2) vorhanden ist, die ein erstes Differenzierglied (DG1) enthält, dessen Zeitkonstante gleich der des letzten Verzögerungsgliedes des Überhitzermodells ist, die ein dem ersten Differenzierglied (DG1) nachgeschaltetes zweites Differenzierglied (DG2) enthält, dessen Zeitkonstante gleich der des vorletzten Verzögerungsgliedes des Überhitzermodells ist usf., wobei die Anzahl der Differenzierglieder (DG1, DG2) etwa gleich der halben Ordnungszahl des Überhitzermodells ist, und daß dem letzten Differenzierglied ein Vorhalt (DG3) nachgeschaltet ist, dessen Ausgangssignal dem Regler (PIR2) aufgeschaltet ist.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß den Eingängen der Störungsermittlungsschaltungen (STM1, STM2) die Ausgangssignale der Verzögerungsglieder (VZ1, VZ2) aufgeschaltet sind.
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