EP2846087A2 - Verfahren zum Betrieb eines Dampfkessels und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Betrieb eines Dampfkessels und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP2846087A2
EP2846087A2 EP20140183027 EP14183027A EP2846087A2 EP 2846087 A2 EP2846087 A2 EP 2846087A2 EP 20140183027 EP20140183027 EP 20140183027 EP 14183027 A EP14183027 A EP 14183027A EP 2846087 A2 EP2846087 A2 EP 2846087A2
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EP
European Patent Office
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liquid
discharge
boiler
determining
flow rate
Prior art date
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EP20140183027
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2846087A3 (de
EP2846087B1 (de
Inventor
Klaus-Hinrich Koch
Hannes Stadler
Paul Koeberlein
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP2846087A3 publication Critical patent/EP2846087A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/56—Boiler cleaning control devices, e.g. for ascertaining proper duration of boiler blow-down
    • F22B37/565—Blow-down control, e.g. for ascertaining proper duration of boiler blow-down
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F22B35/18—Applications of computers to steam boiler control

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a steam boiler according to claim 1 and an apparatus for carrying out the method according to claim 9.
  • Steam boilers are used to generate steam, for example for industrial applications.
  • a steam boiler which encloses an interior pressure-tight except for inlets and outlets, fed a liquid and heated within the boiler to the boiling point. The resulting steam then flows out of the steam boiler and is used for technical applications. Most of the steam condenses in the technical application or a downstream condenser and is passed as liquid through appropriate facilities back into the boiler.
  • the liquid used is water.
  • the evaporation of water leads within the boiler to a concentration of dissolved components, which do not evaporate.
  • the disadvantage of this is that it can lead to a foaming of the water in the boiler and increases the moisture of the steam as a result. This can adversely affect the downstream technical application, especially in terms of efficiency and damage.
  • the concentration also leads to settling of components, which can lead to sediment in the boiler. This sediment then inhibits the transfer of heat from a heat source to the liquid in the boiler, reducing the efficiency of the boiler.
  • the efficiency is the ratio between the applied thermal power (of a burner) and dissipated net power (of the steam).
  • Detectable is the concentration of components in the liquid, among other things, based on the conductivity of the liquid within the boiler, which correlates with the concentration.
  • the concentration is encountered in the prior art by a regular discharge of liquid from the boiler, while supplementing with fresh liquid. For the dissolved components, the removal takes place via a so-called sagging device.
  • Such has a discharge line just below the level line.
  • Undissolved components are preferably effected with a discharge line at the geodesic lower end of the boiler, so that sedimented components, the so-called sludge, is removed from the boiler (sludge).
  • a disadvantage of a discharge of liquid from the steam boiler is the associated loss of energy, because it is already discharged heated liquid. Accordingly, both the concentration and the discharge have a negative effect on the efficiency of the steam boiler. In particular, a lump-sum and oversized discharge is problematic.
  • the invention has for its object to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a method which is suitable to optimize or increase the efficiency of a steam boiler. It should be economically and ecologically sensible and feasible in a simple manner.
  • the invention relates to a method for operating a steam boiler, which has an interior, a supply line for supplying liquid, a steam outlet, a discharge line for discharging liquid from the steam boiler and a boiler control, wherein at least one parameter is determined by means of an analysis device, namely a determination of an energy loss in a discharge of liquid through the discharge line.
  • An advantage of this is that, with knowledge of the actual energy loss in a discharge of liquid optimizations can be made with regard to the future operation of the boiler.
  • this can increase the boiler efficiency of the steam boiler.
  • the determination of the actual energy loss of a discharge may be included in addition to taking into account a decreasing efficiency of the boiler (based on concentration).
  • the efficiency of the boiler decreases as the amount of rejects increases, and the energy losses for discharge increase simultaneously with the operating time. The latter in particular because with increasing operating time more liquid must be discharged to reduce the concentration of components in the liquid in the boiler again.
  • the efficiency of the boiler is now through targeted Termination of discharges can be optimized.
  • Interruptions of the heating are preferably used for discharging, because here is a layering of the liquid and components according to their densities. Floating components settle on the boiler bottom. High efficiency leads to low operating costs and emissions. The process is also automated and therefore easy and convenient to carry out.
  • the energy costs e.g. Electricity for a pump and / or a valve to be taken into account.
  • the supplied energy of the supplementary supplied liquid can flow.
  • these energies are relatively small in relation to the energy content of the effluent and can therefore be disregarded in simple process designs.
  • the method is particularly suitable when water is used as the liquid.
  • This regularly contains components which do not evaporate, in particular salts.
  • the water composition may vary by conditioning agent, so that the concentration varies rapidly.
  • the discharge line at the geodesic lower end, ie at the boiler bottom, should flow out of the boiler, so that settled components, the so-called sludge or the sludge, can be removed from the boiler.
  • the desalination by means of this discharge line takes place.
  • a discharge line (just below) provided below the level line. This is because more dissolved components build up and can be removed from the boiler with less fluid exchange.
  • the concentration of components in the liquid can be determined by determining the conductivity of the liquid.
  • the steam boiler on two separate discharge lines, one for desalination and one for sludge.
  • the desalination is namely usually continuous and slow, whereas the sludge briefly, abruptly and with high flow rate he follows. Cables and valves can be adapted to these requirements with two separate discharge lines.
  • a further embodiment of the method provides that the analysis device for determining the (actual) energy loss in a discharge of liquid through the discharge line determines a flow rate of the discharged liquid. With the help of the discharged flow rate can be deduced on the energy loss.
  • a special variant of the invention proposes that this takes place with data of a quantity sensor in the discharge line or by a calculation based on a valve position of a discharge valve in the discharge line, a valve characteristic and a boiler internal pressure.
  • a quantity sensor is particularly accurate, whereas the second variant without quantity sensor is less expensive.
  • the analyzer for determining the (actual) energy loss in a discharge of liquid through the discharge line performs a determination of a temperature of the discharged liquid, preferably over time. Subsequently, an enthalpy flow is calculated based on the flow rate and the temperature of the discharged liquid. The enthalpy current over the period of the discharge corresponds to the energy loss. Preferably, the determination of the temperature takes place immediately behind a valve in the discharge line.
  • An alternative or additional embodiment of the method provides for determining the (actual) energy loss in a discharge of liquid through the discharge line, a determination of the internal pressure of the boiler in the interior. Subsequently, an enthalpy flow is calculated based on the flow rate of the discharged liquid and the internal pressure of the tank. Boiler pressure can be used to determine the corresponding boiling point of the liquid. This can be used to convert the flow rate into an enthalpy flow. For this purpose, a pressure sensor, which is usually present anyway, can be coupled to the analysis device.
  • a record of the flow rate over the entire operating period and a resettable Period is understood to mean a past time that can be set to zero by resetting, similar to a day counter of a motor vehicle. However, it is also a sliding time window available, which considers a defined period of time before the current time.
  • a special process design provides that a comparison is made between the flow rate over the entire operating period and the flow rate over the resettable period, and a signal is issued when the ratio between the two flow rates changes over time by a defined amount.
  • the signal output may comprise a visual output of an indication on a display device, e.g. a warning light, a traffic light or a screen, in particular with a graph showing the flow rate and / or the boiler efficiency.
  • an absolute comparison between the flow rate over the entire operating period can be made with a predefined value and a signal can be output if this flow exceeds the predefined value. Accordingly, the method may be supplemented by the output of a signal when it is determined by comparison that the flow rate over the resettable period exceeds a predefined value.
  • a further analysis is carried out in a method variant by calculating a ratio between the flow rate and an amount of liquid supplied from the parameters, amount of steam or thermal power. If the calculated ratio changes over time by a defined amount, a signal is output.
  • the discharge can thus be designed so that as little liquid is discharged from the boiler. Accordingly, little energy is lost.
  • the opening positions and opening times of the valve in the discharge line can be varied.
  • the thermal power is preferably determined by measuring the quantity of fuel used, e.g. Gas or oil. If there is no quantity measuring device for this fuel quantity, the supplied power can alternatively be determined by the so-called burner load request, which specifies the default value of the requested service. This in particular by scaling the burner load requirement to the actual burner performance and integration over the defined period.
  • the useful power is a quantity measurement of the steam boiler supplied liquid, in particular the feedwater quantity.
  • the invention relates to an apparatus for carrying out the method described above, with a steam boiler, from which opens a discharge line, and with an analysis device for determining an (actual) energy loss in a discharge of liquid through the discharge line.
  • the steam boiler can be supplemented, inter alia, by a return line, so that the discharged steam after an industrial application back into the boiler is conductive, preferably condensed as a liquid. This gives little energy to the environment. This also increases the efficiency of the steam boiler.
  • the device has a quantity determination device for determining a flow rate in the discharge line.
  • the quantity determination device can be a quantity sensor or a quantity determination via the valve position, valve characteristic and internal pressure of the internal combustion chamber.
  • the specific flow rate can be used to deduce the energy loss during a discharge.
  • Fig. 1 If one recognizes a steam boiler 1. This surrounds a hollow interior 2 with boiler bottom 15. The interior 2 is partially, namely up to a level line, filled with liquid 100. At the geodesic upper end of the boiler 1, a steam outlet 4 opens. This is connected via a steam line 16 with a consumer 9. From the consumer 9 performs a return line 10 back into the boiler 1. It opens in particular below the liquid line in the boiler 1 a.
  • an inflow valve 17 is arranged via which the supply of liquid 100 is releasable and lockable.
  • Both the return line 10 and the feed line 3 initially open into a common feed vessel 30.
  • the recirculating liquid 100 is collected and mixed with fresh liquid 100, which replaces any lost liquid 100.
  • Behind the storage vessel 30 share the Return line 10 and the supply line 3 a common line section. In this is the inflow valve 17th
  • a discharge line 5 for discharging liquid 100 from the boiler 1 from.
  • a discharge valve 11 is arranged in the discharge line 5.
  • a first temperature sensor 12 and a quantity sensor 18 for determining a flow rate are positioned and connected to an analysis device 6.
  • a second discharge line 40 discharges from the steam boiler 1. This serves for desalination.
  • the orifice is just below the level line of the liquid 100.
  • a second discharge valve 42, a second temperature sensor 44 and a second quantity sensor 46 are arranged in the second discharge line 40.
  • the second temperature sensor 44 and the second quantity sensor 46 are each communicatively connected to the analysis device 6.
  • an outside temperature sensor 8 is provided, which is also connected to the analysis device 6.
  • the burner 20 which supplies heat to the liquid 100 in the steam boiler 1.
  • the burner 20 has a heat exchanger 22. This is performed, inter alia, as a horizontal flame tube 22, which passes through the interior 2 of the boiler 1. It is below the level line.
  • a boiler control 7 is provided which is connected to the burner 20, the first discharge valve 11, the second discharge valve 42 and the inflow valve 17.
  • the three valves 11, 17, 42 are electrically adjustable by the boiler control 7.
  • the boiler control 7 is communicatively connected to the analysis device 6.
  • the boiler controller 7 is communicatively connected to a pressure sensor 19 for determining a boiler internal pressure and an exhaust gas temperature sensor 21 in the region of the flame tube 22.
  • the analysis device 6 may optionally be designed as part of the boiler control 7.
  • a feed vessel 30 is then arranged in the return line 10.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Dampfkessels und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Der Dampfkessel hat einen Innenraum, eine Zuführleitung zum Zuführen von Flüssigkeit, einen Dampfausgang, eine Ausschleuseleitung zum Ausschleusen von Flüssigkeit aus dem Dampfkessel und eine Kesselsteuerung, wobei verfahrensgemäß mit Hilfe einer Analyseeinrichtung mehrere Parameter bestimmt werden. Als Parameter wird insbesondere ein Energieverlust bei einem Ausschleusen von Flüssigkeit durch die Ausschleuseleitung bestimmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Dampfkessels nach Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9.
  • Dampfkessel dienen der Erzeugung von Dampf, zum Beispiel für industrielle Anwendungen. Hierfür wird einem Dampfkessel, der bis auf Zu- und Ableitungen einen Innenraum druckdicht umschließt, eine Flüssigkeit zugeführt und diese innerhalb des Dampfkessels bis zur Siedetemperatur erwärmt. Der entstehende Dampf strömt anschließend aus dem Dampfkessel hinaus und wird für technische Anwendungen genutzt. Meist kondensiert der Dampf bei der technischen Anwendung oder einem nachgeschalteten Kondensator und wird als Flüssigkeit über entsprechende Einrichtungen zurück in den Dampfkessel geleitet.
  • Als Flüssigkeit wird Wasser eingesetzt. Die Verdampfung von Wasser führt innerhalb des Dampfkessels zu einer Aufkonzentration von gelösten Komponenten, welche nicht mitverdampfen. Nachteilhaft hieran ist, dass es zu einem Aufschäumen des Wassers im Kessel kommen kann und sich in der Folge die Feuchtigkeit des Dampfes erhöht. Dies kann die nachgeordnete technische Anwendung negativ beeinflussen, insbesondere hinsichtlich der Effizienz und Schäden. Außerdem führt die Aufkonzentration auch zu einem Absetzen von Komponenten, welche zu einem Bodensatz im Dampfkessel führen können. Dieser Bodensatz behindert dann den Wärmetransfer von einer Wärmequelle hin zu der Flüssigkeit im Dampfkessel, sodass die Effizienz des Dampfkessels sinkt. Dabei ist die Effizienz das Verhältnis zwischen aufgewendeter thermischer Leistung (eines Brenners) und abgeführter Nutzleistung (des Dampfes).
  • Detektierbar ist die Aufkonzentration von Komponenten in der Flüssigkeit unter anderem anhand der Leitfähigkeit der Flüssigkeit innerhalb des Dampfkessels, welche mit der Aufkonzentration korreliert.
  • Der Aufkonzentration begegnet man im Stand der Technik durch eine regelmäßige Abfuhr von Flüssigkeit aus dem Dampfkessel, bei gleichzeitiger Ergänzung mit frischer Flüssigkeit. Für die gelösten Komponenten erfolgt die Abfuhr über eine sogenannte Absalzeinrichtung.
  • Eine solche weist eine Ausschleuseleitung knapp unterhalb der Füllstandslinie auf. Ungelöste Komponenten werden vorzugsweise mit einer Ausschleuseleitung am geodätisch unteren Ende des Dampfkessels bewirkt, sodass abgesetzte Komponenten, die sogenannte Verschlammung, mit aus dem Dampfkessel abgezogen wird (Abschlammung).
  • Nachteilhaft an einer Ausschleusung von Flüssigkeit aus dem Dampfkessel ist der damit verbundene Energieverlust, denn es wird bereits erwärmte Flüssigkeit abgeführt. Entsprechend wirken sich sowohl die Aufkonzentration als auch die Ausschleusung negativ auf die Effizienz des Dampfkessels aus. Problematisch ist insbesondere eine pauschale und überdimensioniert ausgelegte Ausschleusung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein Verfahren bereitzustellen, welches geeignet ist, die Effizienz eines Dampfkessels zu optimieren bzw. zu steigern. Es soll dabei ökonomisch und ökologisch sinnvoll sowie auf einfache Weise durchführbar sein.
  • Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Dampfkessels, der einen Innenraum, eine Zuführleitung zum Zuführen von Flüssigkeit, einen Dampfausgang, eine Ausschleuseleitung zum Ausschleusen von Flüssigkeit aus dem Dampfkessel und eine Kesselsteuerung aufweist, wobei mit Hilfe einer Analyseeinrichtung wenigstens ein Parameter bestimmt wird, nämlich eine Bestimmung eines Energieverlustes bei einem Ausschleusen von Flüssigkeit durch die Ausschleuseleitung.
  • Vorteilhaft hieran ist, dass in Kenntnis des tatsächlichen Energieverlustes bei einem Ausschleusen von Flüssigkeit Optimierungen hinsichtlich des zukünftigen Betriebs des Dampfkessels vorgenommen werden können. Insbesondere kann hierdurch die Kesseleffizienz des Dampfkessels gesteigert werden. Die Bestimmung des tatsächlichen Energieverlustes einer Ausschleusung kann nämlich zusätzlich zur Berücksichtigung einer sinkenden Effizienz des Dampfkessels (basierend auf einer Aufkonzentration) einbezogen werden. Die Effizienz des Dampfkessels nimmt mit steigender Ausschleusemenge ab und die Energieverluste für eine Ausschleusung steigen gleichzeitig mit der Betriebszeit. Letzteres insbesondere weil mit zunehmender Betriebsdauer mehr Flüssigkeit ausgeschleust werden muss, um die Konzentration an Komponenten in der Flüssigkeit im Kessel wieder zu reduzieren. Die Effizienz des Dampfkessels ist nunmehr durch gezielte Terminierung von Ausschleusungen optimierbar. Bevorzugt werden dabei Unterbrechungen der Beheizung zum Ausschleusen genutzt, weil hier eine Einschichtung der Flüssigkeit und Komponenten entsprechend ihrer Dichten erfolgt. Schwebende Komponenten setzen sich dabei an der Kesselsohle ab. Eine hohe Effizienz führt zu geringen Betriebskosten und Emissionen. Das Verfahren ist außerdem automatisiert und damit einfach sowie komfortabel durchführbar.
  • Bei der Bestimmung des tatsächlichen Energieverlustes können auch die Energieaufwendungen, z.B. Strom für eine Pumpe und/oder ein Ventil, mit berücksichtigt werden. Ebenso kann die zugeführte Energie der ergänzend zugeführten Flüssigkeit einfließen. Diese Energien sind jedoch verhältnismäßig gering im Verhältnis zum Energiegehalt der ausströmenden Flüssigkeit und können daher in einfachen Verfahrensausgestaltungen unberücksichtigt bleiben.
  • Besonders geeignet ist das Verfahren, wenn als Flüssigkeit Wasser eingesetzt wird. Dieses enthält regelmäßig Komponenten, welche nicht mit verdampfen, insbesondere Salze. Außerdem kann die Wasserzusammensetzung durch Konditionierungsmittel variieren, sodass die Aufkonzentration unterschiedliche schnell abläuft.
  • Für eine Abschlammung sollte die Ausschleuseleitung am geodätisch unteren Ende, das heißt an der Kesselsohle, aus dem Dampfkessel ausmünden, damit abgesetzte Komponenten, der sogenannte Schlamm bzw. die Verschlammung, aus dem Kessel abgezogen werden können. In kostengünstigen Dampfkesselvarianten erfolgt auch die Absalzung mittels dieser Ausschleuseleitung.
  • Zur Absalzung wird jedoch vorzugsweise eine Ausschleuseleitung (knapp) unterhalb der Füllstandslinie vorgesehen. Hier schichten sich nämlich mehr gelöste Komponenten ein und können mit geringerem Flüssigkeitsaustausch aus dem Dampfkessel entfernt werden. Die Konzentration von Komponenten in der Flüssigkeit ist durch eine Bestimmung der Leitfähigkeit der Flüssigkeit bestimmbar.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Dampfkessel zwei separate Ausschleuseleitungen auf, eine zur Absalzung und eine zur Abschlammung. Hierdurch bestehen auch keine Probleme bei der Einstellung der Durchflussmenge in den Ausschleuseleitungen. Die Absalzung erfolgt nämlich meist kontinuierlich und langsam, wohingegen die Abschlammung kurzzeitig, schlagartig und mit hoher Durchflussmenge erfolgt. Leitungen und Ventile können bei zwei separaten Ausschleuseleitungen an diese Anforderungen angepasst sein.
  • Eine nähere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Analyseeinrichtung zum Bestimmen des (tatsächlichen) Energieverlustes bei einem Ausschleusen von Flüssigkeit durch die Ausschleuseleitung eine Durchflussmenge der ausgeschleusten Flüssigkeit bestimmt. Mit Hilfe der ausgeschleusten Durchflussmenge kann auf den Energieverlust rückgeschlossen werden.
  • Zur Bestimmung der Durchflussmenge schlägt eine spezielle Variante der Erfindung vor, dass diese mit Daten eines Mengensensors in der Ausschleuseleitung oder durch eine Berechnung basierend auf einer Ventilstellung eines Ausschleuseventils in der Ausschleuseleitung, einer Ventilkennlinie und einem Kesselinnendruck erfolgt. Ein Mengensensor ist besonders genau, wohingegen die zweite Variante ohne Mengensensor kostengünstiger ist.
  • Gemäß einer speziellen Verfahrensergänzung führt die Analyseeinrichtung zum Bestimmen des (tatsächlichen) Energieverlustes bei einem Ausschleusen von Flüssigkeit durch die Ausschleuseleitung eine Bestimmung einer Temperatur der ausgeschleusten Flüssigkeit durch, vorzugsweise über der Zeit. Anschließend wird ein Enthalpiestrom basierend auf der Durchflussmenge und der Temperatur der ausgeschleusten Flüssigkeit berechnet. Der Enthalpiestrom über dem Zeitraum der Ausschleusung entspricht dem Energieverlust. Vorzugsweise erfolgt die Bestimmung der Temperatur unmittelbar hinter einem Ventil in der Ausschleuseleitung.
  • Eine alternative oder ergänzende Ausgestaltung des Verfahrens sieht zum Bestimmen des (tatsächlichen) Energieverlustes bei einem Ausschleusen von Flüssigkeit durch die Ausschleuseleitung eine Bestimmung des Kesselinnendrucks im Innenraum vor. Anschließend erfolgt eine Berechnung eines Enthalpiestroms basierend auf der Durchflussmenge der ausgeschleusten Flüssigkeit und dem Kesselinnendruck. Über den Kesseldruck lässt sich die zugehörige Siedetemperatur der Flüssigkeit bestimmen. Damit kann eine Umrechnung der Durchflussmenge in einen Enthalpiestrom erfolgen. Hierfür kann ein meist ohnehin vorhandener Drucksensor mit der Analyseeinrichtung gekoppelt sein.
  • Zu Analysezwecken erfolgt gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens eine Aufzeichnung der Durchflussmenge über den gesamten Betriebszeitraum und über einen rückstellbaren Zeitraum. Unter rückstellbarem Zeitraum ist eine zurückliegende Zeit zu verstehen, die ähnlich einem Tageszähler eines Kraftfahrzeugs durch Zurückstellen auf null gesetzt werden kann. Es ist jedoch auch ein gleitendes Zeitfenster nutzbar, welches eine definierte Zeitspanne vor dem aktuellen Zeitpunkt betrachtet.
  • Zur Analyse sieht eine spezielle Verfahrensgestaltung vor, dass ein Vergleich zwischen der Durchflussmenge über dem gesamten Betriebszeitraum und der Durchflussmenge über dem rückstellbaren Zeitraum erfolgt, sowie ein Signal ausgegeben wird, wenn sich das Verhältnis zwischen den beiden Durchflussmengen über der Zeit um einen definierten Betrag ändert.
  • Durch diesen Vergleich sind Veränderungen der Kesseleffizienz erkennbar. Insbesondere kann auch auf Veränderungen der zugeführten Flüssigkeit geschlossen werden. So lässt sich zum Beispiel eine Verschlechterung der Speisewasserqualität detektieren. Geeignete Maßnahmen zur Optimierung der Kesseleffizienz können anschließend ergriffen werden. Die Signalausgabe kann dabei eine visuelle Ausgabe eines Hinweises auf einer Anzeigeeinrichtung umfassen, z.B. eine Warnleuchte, eine Ampelleuchte oder ein Bildschirm, insbesondere mit graphischem Verlauf der Durchflussmenge und/oder der Kesseleffizienz.
  • Darüber hinaus kann ein absoluter Vergleich zwischen der Durchflussmenge über dem gesamten Betriebszeitraum mit einem vordefinierten Wert erfolgen, sowie ein Signal ausgegeben werden, wenn diese Durchflussmenge den vordefinierten Wert überschreitet. Entsprechend kann das Verfahren um die Ausgabe eines Signals ergänzt werden, wenn durch einen Vergleich festgestellt wird, dass die Durchflussmenge über dem rückstellbaren Zeitraum einen vordefinierten Wert übersteigt.
  • Eine weitere Analyse erfolgt bei einer Verfahrensvariante durch ein Berechnen eines Verhältnisses zwischen der Durchflussmenge und einem aus den Parametern zugeführte Flüssigkeitsmenge, Dampfmenge oder thermische Leistung. Wenn sich das berechnete Verhältnis über der Zeit um einen definierten Betrag ändert, wird ein Signal ausgegeben.
  • Mit Hilfe der so bestimmten Parameter können Rückschlüsse auf die Menge an ausgeschleusten Komponenten gemacht werden. Die Ausschleusung kann damit so gestaltet werden, dass möglichst wenig Flüssigkeit aus dem Dampfkessel ausgeschleust wird. Entsprechend wenig Energie geht verloren. Zur Gestaltung der Ausschleusung können die Öffnungsstellungen und Öffnungszeiten des Ventils in der Ausschleuseleitung variiert werden.
  • Zur Bestimmung der Dampfmenge wird bevorzugt eine Mengenmessung des Dampfes durchgeführt. Die thermische Leistung wird vorzugsweise durch eine Mengenmessung des eingesetzten Brennstoffs, z.B. Gas oder Öl, vorgenommen. Ist keine Mengenmesseinrichtung für diese Brennstoffmenge vorhanden, kann die zugeführte Leistung alternativ durch die sogenannte Brennerlastanforderung, welche den Vorgabewert der angeforderten Leistung angibt, bestimmt werden. Dies insbesondere durch eine Skalierung der Brennerlastanforderung auf die tatsächliche Brennerleistung und eine Integration über den definierten Zeitraum. Alternativ eignet sich zur Bestimmung der Nutzleistung eine Mengenmessung der dem Dampfkessel zugeführten Flüssigkeit, insbesondere der Speisewassermenge.
  • Sollte keine Mengenmesseinrichtung für den Dampf und/oder den Flüssigkeitszufluss vorhanden sein, bestehen folgende Alternativen, um die Nutzleistung zu bestimmen:
    • die zugeführte Flüssigkeitsmenge wird über eine Drehzahlvorgabe der zuführenden Pumpe, den Innendruck im Dampfkessel und die Pumpenkennlinie ermittelt; oder
    • die zugeführte Flüssigkeitsmenge wird über eine Ventilstellung eines in der Zuführleitung positionierten Ventils, z.B. durch Position des Schrittmotors des Ventils, sowie dem Innendruck im Dampfkessel und die Ventilkennlinie ermittelt; oder
    • die zugeführte Flüssigkeitsmenge wird durch einfache Zweipunktregelung bestimmt, indem der Flüssigkeitsmassenstrom bei offenem Ventil gleich der Pumpennennleistung gesetzt wird.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens, mit einem Dampfkessel, aus welchem eine Ausschleuseleitung ausmündet, und mit einer Analyseeinrichtung zur Bestimmung eines (tatsächlichen) Energieverlustes bei einem Ausschleusen von Flüssigkeit durch die Ausschleuseleitung.
  • Mit einer solchen Vorrichtung ist es möglich, den tatsächlichen Energieverlust eines Ausschleusens von Flüssigkeit zu Bestimmen und bei zukünftigen Ausschleusevorgängen zu berücksichtigen, insbesondere hinsichtlich einer Maximierung der Kesseleffizienz unter Berücksichtigung der Energieverluste beim Ausschleusen. Die verfahrensgemäßen Vorteile lassen sich mit einer solchen Vorrichtung entsprechend realisieren. Dabei kann die Vorrichtung gemäß den verfahrenstechnisch jeweils notwendigen Vorrichtungsmerkmalen ergänzt sein.
  • So kann der Dampfkessel unter anderem um eine Rückführleitung ergänzt sein, sodass der ausgeleitete Dampf nach einer technischen Anwendung wieder zurück in den Dampfkessel leitbar ist, vorzugsweise kondensiert als Flüssigkeit. Damit wird wenig Energie an die Umgebung abgegeben. Auch dies steigert die Effizienz des Dampfkessels.
  • In einer näheren Ausgestaltung weist die Vorrichtung eine Mengenbestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Durchflussmenge in der Ausschleuseleitung auf. Die Mengenbestimmungseinrichtung kann ein Mengensensor oder eine Mengenbestimmung über die Ventilstellung, Ventilkennlinie und Kesselinnendruck sein. Über die Bestimmte Durchflussmenge kann auf den Energieverlust bei einem Ausschleusen geschlossen werden.
  • Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt in
    • Fig. 1
    eine schematische Anordnung eines Dampfkessels mit Analyseeinrichtung und Sensoren.
  • In Fig. 1 erkennt man einen Dampfkessel 1. Dieser umschließt einen hohlen Innenraum 2 mit Kesselsohle 15. Der Innenraum 2 ist teilweise, nämlich bis zu einer Füllstandslinie, mit Flüssigkeit 100 gefüllt. Am geodätisch oberen Ende des Dampfkessels 1 mündet ein Dampfausgang 4 aus. Dieser ist über eine Dampfleitung 16 mit einem Verbraucher 9 verbunden. Von dem Verbraucher 9 führt eine Rückführleitung 10 zurück in den Dampfkessel 1. Sie mündet insbesondere unterhalb der Flüssigkeitslinie in den Dampfkessel 1 ein.
  • Weiterhin erkennt man eine Zuführleitung 3, über welche frische Flüssigkeit 100 in den Dampfkessel 1 eingeleitet wird. In der Zuführleitung 3 ist ein Zuflussventil 17 angeordnet über welches die Zufuhr von Flüssigkeit 100 freigebbar und sperrbar ist.
  • Sowohl die Rückführleitung 10 als auch die Zuführleitung 3 münden zunächst in ein gemeinsames Vorlagegefäß 30. In dem Vorlagegefäß 30 wird die zurückströmende Flüssigkeit 100 gesammelt und mit frischer Flüssigkeit 100 vermischt, welche etwaige verlorene Flüssigkeit 100 ersetzt. Hinter dem Vorlagegefäß 30 teilen sich die Rückführleitung 10 und die Zuführleitung 3 einen gemeinsamen Leitungsabschnitt. In diesem liegt das Zuflussventil 17.
  • Am geodätisch unteren Ende des Dampfkessels 1, insbesondere an der Kesselsohle 15, mündet eine Ausschleuseleitung 5 zum Ausschleusen von Flüssigkeit 100 aus dem Dampfkessel 1 aus. Mit dieser Ausschleuseleitung 5 ist eine Abschlammung durchführbar. In der Ausschleuseleitung 5 ist ein Ausschleuseventil 11 angeordnet. Auf der dem Dampfkessel 1 abgewendeten Seite des Ausschleuseventils 11 sind ein erster Temperatursensor 12 und ein Mengensensor 18 zur Bestimmung einer Durchflussmenge positioniert, sowie mit einer Analyseeinrichtung 6 verbunden.
  • Außerdem mündet eine zweite Ausschleuseleitung 40 aus dem Dampfkessel 1 aus. Diese dient der Absalzung. Hierfür liegt die Ausmündung knapp unterhalb der Füllstandslinie der Flüssigkeit 100. In der zweiten Ausschleuseleitung 40 sind ein zweites Ausschleuseventil 42, ein zweiter Temperatursensor 44 und ein zweiter Mengensensor 46 angeordnet. Der zweite Temperatursensor 44 und der zweite Mengensensor 46 sind jeweils kommunizierend mit der Analyseeinrichtung 6 verbunden. Zusätzlich ist ein Außentemperatursensor 8 vorgesehen, der ebenfalls mit der Analyseeinrichtung 6 verbunden ist.
  • Des Weiteren erkennt man einen Brenner 20, welcher der Flüssigkeit 100 im Dampfkessel 1 Wärme zuführt. Zur Übertragung der Wärme auf die Flüssigkeit 100 weist der Brenner 20 einen Wärmetauscher 22 auf. Dieser ist unter anderem als horizontales Flammrohr 22 ausgeführt, welches durch den Innenraum 2 des Dampfkessels 1 hindurchführt. Es liegt unterhalb der Füllstandslinie.
  • Zur Regelung des Dampfkessels 1 ist eine Kesselsteuerung 7 vorhanden, welche mit dem Brenner 20, dem ersten Ausschleuseventil 11, dem zweiten Ausschleuseventil 42 und dem Zuflussventil 17 verbunden ist. Die drei Ventile 11, 17, 42 sind von der Kesselsteuerung 7 elektrisch verstellbar. Die Kesselsteuerung 7 ist kommunizierend mit der Analyseeinrichtung 6 verbunden.
  • Darüber hinaus ist die Kesselsteuerung 7 kommunizierend mit einem Drucksensor 19 zur Bestimmung eines Kesselinnendrucks sowie einem Abgastemperatursensor 21 im Bereich des Flammrohrs 22 verbunden.
  • Mit einer solchen Vorrichtung ist das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar.
  • Abweichend zur Darstellung der Fig.1 kann die Analyseeinrichtung 6 optional als Bestandteil der Kesselsteuerung 7 ausgebildet sein. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit die Zuführleitung 3 und die Rückführleitung 10 separat in den Dampfkessel 1 einmünden zu lassen. Vorzugsweise wird dann ein Vorlagegefäß 30 in der Rückführleitung 10 angeordnet.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Dampfkessels (1), der einen Innenraum (2), eine Zuführleitung (3) zum Zuführen von Flüssigkeit (100), einen Dampfausgang (4), eine Ausschleuseleitung (5) zum Ausschleusen von Flüssigkeit (100) aus dem Dampfkessel (1) und eine Kesselsteuerung (7) aufweist, gekennzeichnet durch ein Bestimmen wenigstens des folgenden Parameters mit Hilfe einer Analyseeinrichtung (6):
    a) Bestimmen eines Energieverlustes bei einem Ausschleusen von Flüssigkeit (100) durch die Ausschleuseleitung (5).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den Schritt der Analyseeinrichtung (6) zum Bestimmen des Energieverlustes bei einem Ausschleusen von Flüssigkeit (100) durch die Ausschleuseleitung (5):
    b) Bestimmen einer Durchflussmenge an ausgeschleuster Flüssigkeit (100) durch die Ausschleuseleitung (5).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, umfassend den Schritt:
    c) Bestimmen der Durchflussmenge mit Daten eines Mengensensors in der Ausschleuseleitung (5) oder durch eine Berechnung basierend auf einer Ventilstellung eines Ausschleuseventils (11) in der Ausschleuseleitung (5), einer Ventilkennlinie und einem Kesselinnendruck.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, umfassend den Schritt der Analyseeinrichtung (6) zum Bestimmen des Energieverlustes bei einem Ausschleusen von Flüssigkeit (100) durch die Ausschleuseleitung (5):
    d) Bestimmen einer Temperatur der ausgeschleusten Flüssigkeit (100); und
    e) Berechnen eines Enthalpiestroms basierend auf der Durchflussmenge und der Temperatur der ausgeschleusten Flüssigkeit (100).
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, umfassend den Schritt der Analyseeinrichtung (6) zum Bestimmen des Energieverlustes bei einem Ausschleusen von Flüssigkeit (100) durch die Ausschleuseleitung (5):
    f) Bestimmen eines Kesselinnendrucks im Innenraum (2); und
    g) Berechnen eines Enthalpiestroms basierend auf der Durchflussmenge der ausgeschleusten Flüssigkeit (100) und dem Kesselinnendruck.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, umfassend den Schritt:
    h) Aufzeichnen der Durchflussmenge über dem gesamten Betriebszeitraum und über einen rückstellbaren Zeitraum.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, umfassend den Schritt:
    i) Vergleich der Durchflussmenge über dem gesamten Betriebszeitraum und der Durchflussmenge über dem rückstellbaren Zeitraum;
    j) Ausgabe eines Signals, wenn sich das Verhältnis zwischen den beiden Durchflussmengen über der Zeit um einen definierten Betrag ändert.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, umfassend den Schritt:
    k) Berechnen eines Verhältnisses zwischen der Durchflussmenge und einem aus den Parametern zugeführte Flüssigkeitsmenge, Dampfmenge oder thermische Leistung;
    I) Ausgabe eines Signals, wenn sich das Verhältnis über der Zeit um einen definierten Betrag ändert.
  9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Dampfkessel (1), aus welchem eine Ausschleuseleitung (5) ausmündet, und mit einer Analyseeinrichtung (6) zur Bestimmung eines Energieverlustes bei einem Ausschleusen von Flüssigkeit (100) durch die Ausschleuseleitung (5).
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Mengenbestimmungseinrichtung (18) zur Bestimmung einer Durchflussmenge in der Ausschleuseleitung (5).
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