FI119075B2 - Method, system and control unit for boiler injection - Google Patents
Method, system and control unit for boiler injection Download PDFInfo
- Publication number
- FI119075B2 FI119075B2 FI20055594A FI20055594A FI119075B2 FI 119075 B2 FI119075 B2 FI 119075B2 FI 20055594 A FI20055594 A FI 20055594A FI 20055594 A FI20055594 A FI 20055594A FI 119075 B2 FI119075 B2 FI 119075B2
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- temperature
- energy
- steam
- flow
- control
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K1/00—Steam accumulators
- F01K1/16—Other safety or control means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)
Description
Menetelmä, järjestelmä ja ohjausyksikkö kattilan ruiskutusta vartenMethod, system and control unit for boiler injection
Keksinnön taustaBackground of the invention
Keksintö liittyy voimalaitoksiin ja erityisesti höyryvoimalaitoksiin, joiden turbiinia pyörittää kuuma vesihöyry.The invention relates to power plants and in particular to steam power plants whose turbine is driven by hot steam.
Syöttövesivirtauksen säätöFeed water flow control
Voimalaitoksen toiminnan kannalta on tärkeää, että kattilaan tulevan veden syöttö on mahdollisimman häiriötöntä ja varmistettua. Tämän vuoksi vesi varastoidaan ennen varsinaista lämmitysprosessia syöttövesisäiliöön. Syöt-tövesisäiliön tarkoituksena on turvata se, että kattilan lieriössä on vettä kaikissa tilanteissa. Kattilan lieriön tilavuus ei ole kovin suuri, minkä vuoksi lieriön vesimäärän säädön on toimittava moitteettomasti ja estettävä esimerkiksi lieriön pinnan laskeminen nk. kuivakeittorajan alapuolelle. Häiriöistä seuraa tehon vaihtelua, joka aiheuttaa muutoksia lieriön paineeseen ja sitä kautta sen pin-nanmittaukseen.It is important for the operation of the power plant that the supply of water to the boiler is as uninterrupted and secure as possible. Therefore, the water is stored in the feed water tank before the actual heating process. The purpose of the feed water tank is to ensure that there is water in the boiler cylinder in all situations. The volume of the boiler cylinder is not very large, which is why the water volume control of the cylinder must work properly and prevent, for example, the surface of the cylinder from falling below the so-called dry cooking limit. The disturbances result in a variation in power which causes changes in the pressure in the cylinder and thus in its pin-nanometer.
Syöttövesipumppu syöttää jatkuvasti vettä lieriöön. Syöttövesivirtauksen säätö on toteutettu tunnetussa tekniikassa kattilan lieriön pinnankorkeu-teen perustuen. Aikaisempien säätöjen hyvyyttä onkin arvioitu lähinnä sillä kuinka hyvin kattilan lieriön pinta pysyy paikoillaan.The feed water pump continuously supplies water to the cylinder. The control of the feed water flow is implemented in the prior art based on the surface height of the boiler cylinder. The goodness of previous adjustments has been assessed mainly by how well the surface of the boiler cylinder stays in place.
Yksipistesäädössä mitataan lieriön vedenpinnan korkeus ja säätö suoritetaan lieriön vedenpinnan mukaan. Kaksipistesäädössä säätöön vaikuttaa säiliön vedenpinnan lisäksi syöttöveden virtaus. Kolmipistesäädössä säätöön vaikuttaa lieriön vedenpinnan korkeus, lieriöstä lähtevä höyryvirtaus ja syöttöveden virtaus.In one-point adjustment, the height of the cylinder water level is measured and the adjustment is performed according to the cylinder water level. In two-point control, the control is affected not only by the water level in the tank but also by the flow of feed water. In three-point control, the control is affected by the height of the cylinder water level, the steam flow from the cylinder and the feed water flow.
Perinteisesti höyrykattilassa on käytetty kolmipistesäätöä. Tunnetut säätöjärjestelmät ovat sinänsä kyllä toimivia, mutta käytännössä ne yliohjaavat tai aliohjaavat syöttöveden virtausta jatkuvasti, sillä voimalaitoksessa tällaisen säädön aikavakiot ovat suuria. Keskiarvoisesti esitettynä tunnetun tekniikan mukaiset säädöt näyttävät antavan hyviäkin säätötuloksia, mutta yhden syklin aikainen heilunta voi olla merkittävää. Tunnettujen säätöjen ongelmana onkin säädön epävakaus, heilunta ja epästabiilisuus. iTraditionally, a three-point control has been used in a steam boiler. The known control systems are in themselves functional, but in practice they over-control or under-control the flow of feed water continuously, because in a power plant the time constants of such control are large. On average, prior art adjustments appear to give good adjustment results, but fluctuations during one cycle can be significant. The problem with known adjustments is the instability, oscillation and instability of the adjustment. i
Ruiskujen virtaussäätöSyringe flow control
Voimalaitoksessa syöttövesi pumpataan syöttövesisäiliöstä kattilan lieriöön. Lieriöstä vesi johdetaan luonnonkierrolla tulipesän seinien jäähdytys-putkiin, joissa syntynyt höyry erotetaan lieriön pisaraerottimessa. Siitä höyry ohjataan useampivaiheiselle tulistimelle, jossa lämpötilan säätö tapahtuu tylis-tinvaiheiden välissä ruiskutusjäähdyttimillä. Ruiskutusvetenä käytetään kattilan syöttövettä.In the power plant, the feed water is pumped from the feed water tank to the boiler cylinder. Water is led from the cylinder in a natural cycle to the cooling pipes of the furnace walls, where the generated steam is separated in a cylinder droplet separator. From there, the steam is directed to a multi-stage superheater, where the temperature is controlled between the distiller stages by injection coolers. Boiler feed water is used as spray water.
Ruiskutuksen tarkoituksena on pitää yllä haluttu höyryn loppulämpö-tila sekä vaimentaa prosessin häiriöistä johtuvia lämpötilan nopeita muutoksia. Säätö voidaan lukea nk. kriittisten säätöjen joukkoon, koska kattilan teho määräytyy pitkälti juuri höyryn lämpötilan ja massavirran mukaan. Myös kattilan turvallinen ajo edellyttää höyryn lämpötilan tarkkaa säätöä, sillä liian nopeat lämpötilanvaihtelut voivat heikentää ratkaisevasti höyryputkiston kestävyyttä. Turbiini saattaa myös vaurioitua, mikäli lämpötila muuttuu liian nopeasti. Lisäksi on pidettävä huolta siitä, että turbiiniin ei tule vesipisaroita, koska nämä aiheuttavat voimakasta kulumista.The purpose of the spraying is to maintain the desired final steam temperature and to dampen rapid temperature changes due to process disturbances. The control can be considered as one of the so-called critical controls, because the power of the boiler is largely determined by the steam temperature and the mass flow. Safe operation of the boiler also requires precise control of the steam temperature, as too rapid temperature fluctuations can significantly impair the durability of the steam piping. The turbine may also be damaged if the temperature changes too quickly. In addition, care must be taken to ensure that no water droplets enter the turbine, as these cause severe wear.
Kattilassa on oltava riittävä määrä tulistimia, jotta sitä voidaan ajaa myös osakuormalla. Tällöin höyryn määrää on lisättävä ruiskutusvedellä. Sellaista tilannetta, jossa viimeisen ruiskun osuus höyryn lämpötilan säädöstä on merkittävä, on vältettävä. Tällöin pienikin virhe säädössä näkyy heti höyryn loppulämpötilassa.The boiler must have a sufficient number of superheaters so that it can also be operated at part load. In this case, the amount of steam must be increased with spray water. A situation in which the last syringe accounts for a significant proportion of the steam temperature control should be avoided. In this case, even the slightest error in the control is immediately visible at the final steam temperature.
Tulistetun höyryn lämpötilan säätö on haasteellista pitkistä aikavakioista ja erityisesti biokattiloissa epäsäännöllisestä polttoaineen syötöstä johtuen. Kattilalaitoksen balansoinnin kannalta ruiskutussäätö on yhtä tärkeä kuin lieriön pinnan säätö. Värähtelevä ruiskutussäätö vaikuttaa tulistimien kestoikään ja ääritapauksissa höyryputkiston ja turbiinin kestoikää lyhentävästi. Vesitaseessa tapahtuvat massavirran muutokset ovat merkittävä häiriötekijä kattilan painesäätöön ja sitä kautta polttoainesäätöön ja nämä yhdessä saattavat vahvistaa häiriötekijää voimalaitosprosessiin.Controlling the temperature of superheated steam is challenging due to long time constants and especially in bioboilers due to irregular fuel supply. For balancing the boiler plant, the injection control is as important as the cylinder surface adjustment. Vibrating spray control affects the life of the superheaters and, in extreme cases, shortens the life of the steam piping and turbine. Changes in the mass flow in the water balance are a significant disturbance to the boiler pressure control and thus to the fuel control and together these may reinforce the disturbance to the power plant process.
Keksinnön lyhyt selostusBrief description of the invention
Keksinnön tavoitteena on siten kehittää menetelmä ja menetelmän toteuttava järjestelmä ja ohjausyksikkö siten, että yllä mainittuja ongelmia saadaan ratkaistua. Keksinnön tavoite saavutetaan menetelmällä, järjestelmällä ja ohjausyksiköllä, joille on tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisissä patent- tivaatimuksissa. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteena.The object of the invention is thus to develop a method and a system and control unit implementing the method so that the above-mentioned problems can be solved. The object of the invention is achieved by a method, a system and a control unit, which are characterized by what is stated in the independent claims. Preferred embodiments of the invention are the subject of dependent claims.
Yksi keksinnön kohde on varustaa menetelmä kattilan ruiskutusta varten. Toinen keksinnön kohde on varustaa järjestelmä kattilan ruiskutusta varten. Kolmas keksinnön kohde on varustaa ohjausyksikkö kattilan ruiskutusta varten.It is an object of the invention to provide a method for boiler injection. Another object of the invention is to provide a system for boiler injection. A third object of the invention is to provide a control unit for boiler injection.
Keksinnön mukainen säätömenetelmä muuttaa ruiskutussäädön matemaattisiksi malliksi, joka ei ole parametririippuvainen. Säätöventtiiliit ovat epälineaarisia. Erityisesti ruiskusäätö on epälineaarinen.The control method according to the invention converts the injection control into a mathematical model which is not parameter dependent. The control valves are non-linear. In particular, the spray control is non-linear.
Yhden keksinnön kohteen suoritusmuodon mukaan menetelmässä: - mitataan höyryn massavirtaus mh - lasketaan energiavirta astetta kohti Qc - lasketaan energiavirta Q2, joka olisi ruiskutusveden mukana höyryyn lisättävä/vähennettävä, jotta saavutetaan sen haluttu loppulämpötila - lasketaan ennen tulistinta oleva energiavirta Qx - lasketaan ruiskutusveden massavirta mv kaavalla:According to one embodiment of the invention, the method: - measures the steam mass flow mh - calculates the energy flow per degree Qc - calculates the energy flow Q2 that should be added / decreased to the steam with the spray water to reach its desired final temperature - calculates the energy flow Qx before the superheater - calculates the spray water mass :
.missä mv = ruiskutusveden massavirta [kg/s] QV2 = energiavirta [kJ/s] hv = ruiskutusveden entalpia [kJ/kg] - säädetään ruiskutuksen virtaussäädintä lasketun ruiskutusveden massavirtauksen avulla..where mv = spray water mass flow [kg / s] QV2 = energy flow [kJ / s] hv = spray water enthalpy [kJ / kg] - adjust the spray flow controller using the calculated spray water mass flow.
Massavirtauksen mittauksessa voidaan käyttää lämpötila- ja paine-kompensointia. Massavirran mittausväli voi olla rajoitettu voimalaitoksen tehosta riippuvasti. Energiamäärä astetta kohti Qc .lasketaan kaavalla:Temperature and pressure compensation can be used to measure mass flow. The mass flow measurement range may be limited depending on the power plant power. The amount of energy per degree Qc. Is calculated by the formula:
.missä.where
Qc = energiavirta astetta kohti [kJ/s°C] c=tuorehöyryn ominaislämpökapasiteetti [kJ/kg°C] mh =tuorehöyryn massavirta [kg/s].Qc = energy flow per degree [kJ / s ° C] c = specific heat capacity of fresh steam [kJ / kg ° C] mh = mass flow of fresh steam [kg / s].
Energiavirta Q2 lasketaan kaavalla:The energy flow Q2 is calculated by the formula:
.missä Q2 = energiavirta [kJ/s] T2 = lämpötila ruiskun jälkeen [°C].where Q2 = energy flow [kJ / s] T2 = temperature after syringe [° C]
Tr =tulistimen rakenteellinen lämpötila [°C]Tr = structural temperature of the superheater [° C]
Qc = energiavirta astetta kohti [kJ/s°C].Qc = energy flow per degree [kJ / s ° C].
Energiavirta 0i saadaan siis kaavasta:The energy flow 0i is thus obtained from the formula:
,missä 0, = energiavirta [kJ/s], where 0, = energy flow [kJ / s]
Tx = lämpötila ennen ruiskua [°C]Tx = temperature before syringe [° C]
Tt = höyryn tavoitelämpötila ennen tulistinta [°C] 0C = energiavirta astetta kohti [kJ/s°C]. Höyryn tavoitelämpötila ennen tulistinta Tt lasketaan kaavalla:Tt = target steam temperature before the superheater [° C] 0C = energy flow per degree [kJ / s ° C]. The target steam temperature before superheater Tt is calculated by the formula:
missäwhere
Tt = höyryn tavoitelämpötila ennen tulistinta [°C]Tt = target steam temperature before superheater [° C]
Tspa = lämpötilasäätimen aktiivinen asetusarvo [°C]Tspa = active temperature controller setpoint [° C]
Tta = höyryn tulistusaste [°C].Tta = steam superheat degree [° C].
Saatu ruiskutusveden massavirta mv summataan säätäjän ulostulon ja sen eroarvosta laskettavaan lisätermiin, jotka edelleen summataan alasäätä-jänä toimivan virtaussäätimen asetusarvoon.The obtained spray water mass flow mv is summed to the controller output and its additional value calculated from the difference value, which are further summed to the set value of the flow controller acting as a down-regulator.
Toisen keksinnön kohteen suoritusmuodon mukaan järjestelmässä on välineet toteuttaa menetelmän mukaiset vaiheet virtauksen säädön toteuttamiseksi.According to an embodiment of the subject of the second invention, the system has means for implementing the steps according to the method for implementing the flow control.
Kolmannen keksinnön kohteen suoritusmuodon mukaan ohjausyksikkö on sovitettu laskemaan menetelmän mukaiset laskennat säätöä varten. Ohjausyksikkö ei ole järjestelmäriippuvainen. Ohjausyksikkö voi toimia olemassa olevassa automaatiojärjestelmässä tai itsenäisesti esim. JAVA-sovel-luksena.According to an embodiment of the third object of the invention, the control unit is adapted to calculate the calculations according to the method for adjustment. The control unit is not system dependent. The control unit can operate in an existing automation system or independently, e.g. as a JAVA application.
Lisäksi keksinnön kohteena on menetelmä kattilan ruiskutusta varten käytettävän tulistusastetaulukon päivittämiseksi, jossa - mitataan lämpötilan korjaussäätäjän ulostulon arvo - lasketaan senhetkinen todellinen tulistusaste korjaussäätäjän ulostulon arvon perusteella - verrataan laskettua senhetkistä todellista tulistusastetta tulistusastetaulukon määrittämään tulistusasteeseen kyseessä olevalla höyryvirtauksella - päivitetään lasketut tulistimen arvoparit (x,y) tulistusastetauluk-koon, jotka arvoparit ovat höyryn massavirta (x) ja höyryn lämpötilan muutos tulistimessa (y). Todellinen tulistusaste voidaan laskea tarvittaessa, esimerkiksi silloin jos korjaussäätäjän ulostulon arvo on erisuuri kuin nolla. Päivityksessä opetetaan säädölle, mikä tulistimen tulistusaste milloinkin on. Tämä tapahtuu käyttämällä hyväksi lämpötilan korjaussäätäjän ulostuloa. Sen poikkeaminen nollasta tarkoittaa sitä, että määritetty tulistusaste poikkeaa senhetkisestä todellisesta tulistusasteesta.The invention further relates to a method for updating a superheat rate table used for boiler injection, in which - the temperature equalizer output value is measured - the current actual superheat rate is calculated based on the equalizer output value - the calculated actual actual superheat rate is compared superheat rate table size, which are pairs of steam mass flow (x) and change in steam temperature in the superheater (y). The actual superheat rate can be calculated if necessary, for example if the value of the equalizer output is different from zero. The update teaches the adjustment what the superheater degree of superheating is at any given time. This is done by utilizing the output of the temperature correction controller. Deviating it from zero means that the specified superheat rate differs from the current actual superheat rate.
Kuvioiden lyhyt selostusBrief description of the figures
Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:The invention will now be described in more detail in connection with preferred embodiments, with reference to the accompanying drawings, in which:
Kuvio 1 esittää periaatekuvion voimalaitoksen vesi-höyry -taseen säädöstä ja yhden ruiskutusveden säädöstä;Figure 1 shows a schematic diagram of a power plant water-steam balance control and a single injection water control;
Kuvio 2A esittää tulistimien ruiskusäädön rakennetta ja toimintaa;Figure 2A shows the structure and operation of the spray control of the superheaters;
Kuvio 2B esittää kuvion 2A mukaisen järjestelmän tulistimien tulis-tusasteen laskennan esimerkin;Fig. 2B shows an example of calculating the superheat degree of the superheaters of the system of Fig. 2A;
Kuvio 3 esittää syöttöveden ja tuorehöyryn massavirtojen vaihtelun tavanomaisessa kolmipistesäädössä;Figure 3 shows the variation of feed water and fresh steam mass flows in conventional three-point control;
Kuvio 4 esittää syöttöveden ja tuorehöyryn massavirtojen vaihtelun keksinnön mukaisessa tasesäädössä;Figure 4 shows the variation of feed water and fresh steam mass flows in the balance control according to the invention;
Kuvio 5 esittää lieriön pinnan vaihtelun tavanomaisessa kolmipistesäädössä;Figure 5 shows the variation of the cylinder surface in a conventional three-point adjustment;
Kuvio 6 esittää lieriön pinnan vaihtelun keksinnön mukaisessa tasesäädössä;Figure 6 shows the variation of the cylinder surface in the balance adjustment according to the invention;
Kuvio 7 esittää tasojen vaihtelun turbiinitripin aikana;Figure 7 shows the variation of levels during the turbine trip;
Kuvio 8 esittää lieriön pinnan tason vaihtelun turbiinitripin aikana;Figure 8 shows the variation of the cylinder surface level during the turbine trip;
Kuvio 9 esittää käytetyn öljymäärän turbiinitripin aikana;Figure 9 shows the amount of oil used during the turbine trip;
Kuvio 10 esittää kattilan tehon ja syöttöveden massavirran vaihtelun perinteisellä kolmipistesäädöllä;Figure 10 shows the variation of boiler power and feed water mass flow with conventional three-point control;
Kuvio 11 esittää kattilan tehon ja syöttöveden massavirran vaihtelun keksinnön mukaisessa tasesäädössä;Figure 11 shows the variation of boiler power and feed water mass flow in the balance control according to the invention;
Kuvio 12 esittää tilanteen perinteisellä säädöllä ja keksinnön mukaisella tasesäädöllä, jossa laitoksen tehoa on alennettu yön ajaksi;Fig. 12 shows a situation with conventional control and balance control according to the invention, in which the power of the plant is reduced overnight;
Kuvio 13 esittää kattilan tehon ja ruiskutusmäärien vaihtelun perinteisellä säädöllä;Figure 13 shows the variation of boiler power and injection rates with conventional control;
Kuvio 14 esittää kattilan tehon ja ruiskutusmäärien vaihtelun keksinnön mukaisessa tasesäädössä;Figure 14 shows the variation of boiler power and injection rates in the balance control according to the invention;
Kuvio 15 esittää esimerkin höyryn lämpötilojen vaihteluista tavanomaisessa ruiskutussäädössä ja keksinnön mukaisessa tasesäädössä;Fig. 15 shows an example of variations in steam temperatures in conventional injection control and balance control according to the invention;
Kuvio 16 esittää esimerkin sekundäärisen ruiskun ruiskutusmäärien vaihteluista tavanomaisessa ruiskutussäädössä ja keksinnön mukaisessa tasesäädössä;Fig. 16 shows an example of variations in the injection rates of the secondary syringe in the conventional injection control and the balance control according to the invention;
Kuvio 17 esittää esimerkin kattilan savukaasujen 02-tasoista tavanomaisessa ruiskutussäädössä ja keksinnön mukaisessa tasesäädössä;Fig. 17 shows an example of boiler flue gas O 2 levels in a conventional injection control and a balance control according to the invention;
Kuvio 18 esittää esimerkin vaadituista maksimitehoista perinteisellä säädöllä ja keksinnön mukaisella tasesäädöllä;Fig. 18 shows an example of the required maximum powers with conventional control and balance control according to the invention;
Kuvio 19 esittää esimerkin tehoeroista perinteisellä säädöllä ja keksinnön mukaisella tasesäädöllä;Fig. 19 shows an example of power differences with conventional control and balance control according to the invention;
Kuvio 20 esittää esimerkin kattilan polttoainetehoeroista perinteisellä säädöllä ja keksinnön mukaisella tasesäädöllä.Fig. 20 shows an example of boiler fuel power differences with conventional control and balance control according to the invention.
Keksinnön yksityiskohtainen selostusDetailed description of the invention
Viitaten kuvioon 1, jossa esitetään periaatekuvio voimalaitoksen vesi-höyry -taseen säädöstä ja yhden ruiskutusveden säädöstä.Referring to Figure 1, there is shown a schematic diagram of a power plant water-steam balance control and a single injection water control.
KATTILAN VESI-HÖYRY -TASEEN SÄÄTÖ TASESÄÄTÖJEN RAKENNEBOILER WATER-STEAM BALANCE ADJUSTMENT STRUCTURE ADJUSTMENT STRUCTURE
Lieriön 10 pinnansäätö perustuu lieriöstä lähtevän ja sinne tulevan massavirran tasapainoon. Sen ytimen muodostaa kaksi säädintä, jotka ovat lieriön pintasäädin 11 ja syöttöveden virtaussäädin 12. Varsinainen prosessiin vaikuttava ohjaus on pintasäätimen lähtö, jolla ohjataan sekä syöttövesiventtiilejä 13 että syöttövesipumppua 14 ajotilanteesta riippuen.The surface adjustment of the cylinder 10 is based on the balance of the mass flow to and from the cylinder. At its core are two controllers, a cylinder surface controller 11 and a feed water flow controller 12. The actual process-influencing control is the surface controller output, which controls both the feed water valves 13 and the feed water pump 14 depending on the driving situation.
PINTASÄÄTIMEN RAKENNESURFACE CONTROL STRUCTURE
Lieriön pintasäädin 11 saa mittaukseksi lieriön pinnan korkeuden. Lieriön pintasäätimen 11 remote-asetusarvo määritetään lieriön 10 paineen funktiona seuraavalla kaavalla:The cylinder surface adjuster 11 is measured by the height of the cylinder surface. The remote setpoint of the cylinder surface controller 11 is determined as a function of the pressure of the cylinder 10 by the following formula:
.missä.where
Lsp = asetusarvo lieriön pintasäätimelle [mm] p, = lieriön paine [bar].Lsp = setpoint for cylinder surface adjuster [mm] p, = cylinder pressure [bar].
Pintasäädin 11 voi olla joko remote- tai lokaali-tilassa. Lokaali-tilassa operaattori voi antaa halutun asetusarvon. Remote valinnalla asetusarvo tulee kattilan ominaisuuksien mukaan asetetusta pisteparitaulukosta. Pintasäädin 11 ja virtaussäädin 12 toimivat inkrementti-moodissa. Tämä tarkoittaa, että uudesta säätimen laskemasta ohjauksesta vähennetään edellinen ohjaus ja tämä erotus lisätään takaisinluettuun ohjaukseen.The surface controller 11 can be in either remote or local mode. In local mode, the operator can enter the desired setpoint. With Remote selection, the setpoint comes from the point pair table set according to the boiler characteristics. The surface controller 11 and the flow controller 12 operate in incremental mode. This means that the previous control calculated by the controller is subtracted from the previous control and this difference is added to the read-back control.
,missä con = uusi ohjaus, where con = new control
Acon = ohjauksen muutos conb = takaisinluettu ohjausAcon = control change conb = readback control
Takaisinluettu ohjaus eli conb saa joka suorituskerralla arvoksi nollan, eli säätimen lähdöksi luetaan suoraan ohjauksien muutos.The read-back control, or conb, is set to zero each time it is executed, ie the control change is read directly as the controller output.
Pintasäätimen 11 ohjaus on sekä maksimi- että minimirajoitettu. Vir-taussäätimen 12 eroarvon ollessa tiettyä prosessikohtaista arvoa pienempi ja lieriön pinnan ollessa tiettyä arvoa suurempi, maksimirajoitetaan pintasäätimen 11 ohjaus arvoon -0,03. Kriittisen eroarvon suuruus riippuu puolestaan lieriön 10 paineesta seuraavasti:The control of the surface controller 11 is both maximum and minimum limited. When the difference value of the flow controller 12 is less than a certain process-specific value and the surface of the cylinder is greater than a certain value, the control of the surface controller 11 is limited to -0.03. The magnitude of the critical difference value, in turn, depends on the pressure in the cylinder 10 as follows:
kun lieriön paine p,> 3 barwhen the cylinder pressure p,> 3 bar
kun lieriön paine p,< 3 bar.when the cylinder pressure p, <3 bar.
Silloin kun toinen tai molemmat säätöventtiileistä 13 ovat automaatilla ja niiden jälkeinen sulkuventtiili kiinni, rajoitetaan tästä tietyn ajan, esimerkiksi 300 sekunnin kuluttua, pintasäätimen 11 ohjauksen maksimi nollaan. Tällöin myös pintasäätimen 11 minimi on rajoitettu nollaan, eli säädin ei säädä.When one or both of the control valves 13 are on the automatic and the subsequent shut-off valve is closed, the control of the surface controller 11 is limited to a maximum of zero for a certain time, for example after 300 seconds. In this case, the minimum of the surface controller 11 is also limited to zero, i.e. the controller does not adjust.
Jos lieriön 10 pinta on yli raja-arvon, esimerkiksi 350 mm, rajoitetaan pintasäätimen 11 lähtö arvoon -1. Silloin siis venttiiliä ajetaan kiinni nopeudella 1 %/suorituskierros.If the surface of the cylinder 10 is above a limit value, for example 350 mm, the output of the surface controller 11 is limited to -1. In this case, the valve is closed at a speed of 1% / run.
Tilanteessa, jossa kattilassa ei ole tulta, syöttöveden virtaus on yli 30 kg/s ja lieriön pinta on alle 350 mm, rajoitetaan pintasäätimen 11 lähdön maksimi nollaksi. Pintasäätimen 11 ohjauksen minimirajana toimii normaalisti suoraan virtaussäätimen 12 ohjaus.In a situation where there is no fire in the boiler, the feed water flow is more than 30 kg / s and the surface of the cylinder is less than 350 mm, the output of the surface controller 11 is limited to zero. The minimum control of the surface controller 11 is normally directly controlled by the flow controller 12.
VIRTAUSSÄÄTIMEN RAKENNEFLOW CONTROLLER STRUCTURE
Virtaussäädin 12 on aina silloin automaatilla kun pintasäädinkin 11. Se on aina remote-tilassa, eli operaattori ei voi asettaa asetusarvoa, vaan se tulee laskennan kautta. Virtaussäädin 12 saa mittaukseksi suoraan syöttöve-den virtauksen. Virtaussäätimen 12 asetusarvo saadaan seuraavalla laskennalla. Jos tuli on kattilassa, käytetään asetusarvon laskennan lähtökohtana lieriön 10 massavirran tasetta, eli sitä mitä lieriöstä 10 lähtee ja mitä sinne tulee. Jos tulta ei ole kattilassa, laskennassa on vain syöttöveden massavirta.The flow controller 12 is always on the automaton when the surface controller 11 is on it. It is always in the remote mode, i.e. the operator cannot set the setpoint, but it comes through the calculation. The flow controller 12 directly measures the flow of feed water. The setpoint of the flow controller 12 is obtained by the following calculation. If the fire is in a boiler, the starting point for calculating the setpoint is the mass flow balance of the cylinder 10, i.e. what leaves the cylinder 10 and what enters it. If there is no fire in the boiler, only the feed water mass flow is calculated.
.missä mlout = lieriöstä lähtevä massavirta [kg/s] mth =tuorehöyryn massavirta tulistinten jälkeen [kg/s] ήιηγ = primääriruiskujen massavirta [kg/s] mn2 =sekundääriruiskujen massavirta [kg/s] mup = lieriön ulospuhalluksen massavirta [kg/s]..where mlout = mass flow from the cylinder [kg / s] mth = mass flow of fresh steam after the superheaters [kg / s] ήιηγ = mass flow into the primary syringes [kg / s] mn2 = mass flow into the secondary syringes [kg / s] mup = mass flow from the cylinder exhaust [kg / s ].
Edellä lasketusta lieriöstä 10 lähtevästä massavirrasta samoin kuin lieriöön 10 tulevasta massavirrasta lasketaan määrätyltä ajanjaksolta, esimerkiksi 15 minuutin ajanjaksolta, keskiarvoja nämä vähennetään toisistaan. Laskentaan summataan pieni luku, jonka arvo riippuu lieriön pintasäätimen 11 eroarvosta. Jos tämä eroarvo on suurempi tai yhtäsuuri kuin -120 mm, summattava arvo on 3 kg/s, jos taas pienempi kuin -120 mm, arvo on 12 kg/s. On huomattava, että eroarvon raja-arvot ja summattavat arvot voivat vaihdella kyseessä olevan prosessin mukaan. Kaava on seuraava:From the mass flow from the cylinder 10 calculated above as well as from the mass flow to the cylinder 10, averages over a given period of time, for example a period of 15 minutes, are subtracted from each other. A small number is added to the calculation, the value of which depends on the difference value of the cylinder surface controller 11. If this difference value is greater than or equal to -120 mm, the value to be summed is 3 kg / s, if less than -120 mm, the value is 12 kg / s. It should be noted that the cut-off values and summation values may vary depending on the process in question. The formula is as follows:
.missä ™kaerotus = lieriöstä lähtevän ja sinne tulevan massavirran keskiarvojen lisävedellä korjattu erotus [kg/s] ™kaiout = lieriöstä lähtevä 15 min. keskiarvo [kg/s] M/caiin = lieriöön tuleva 15 min. keskiarvo mlv =lisävesi (3 tai 12) [kg/s]..where ™ separation = difference between the averages of the mass flow from and to the cylinder corrected by additional water [kg / s] ™ echo = 15 min from the cylinder. average [kg / s] M / cain = 15 min entering the cylinder. average mlv = additional water (3 or 12) [kg / s].
Seuraavaksi hetkellisestä lieriöstä lähtevästä massavirrasta vähennetään massavirtaerotuksen keskiarvo:Next, the average mass flow difference is subtracted from the instantaneous mass flow from the cylinder:
,missä msp =virtaussäätimen asetusarvo [kg/s] mhul = lieriöstä lähtevä massavirta [kg/s] ™kaerotus = lieriöstä lähtevän ja sinne tulevan massavirran keskiarvojen lisävedellä korjattu erotus [kg/s]., where msp = flow controller setpoint [kg / s] mhul = mass flow from the cylinder [kg / s] ™ separation = difference [kg / s] corrected by the additional water averages of the mass flow from and to the cylinder.
Saatu arvo menee virtaussäätimen 12 remote-asetusarvoon. Säätö-venttiilien ollessa automaatilla ohjauksen minimi on rajoitettu seuraavan kaavan mukaan:The value obtained goes to the remote setpoint 12 of the flow controller. When the control valves are automatic, the minimum control is limited according to the following formula:
.missä.where
Fconmm = virtaussäätimen ohjauksen minimirajoitusFconmm = minimum limit of flow controller control
Lcon = lieriön pintasäätäjän ohjaus.Lcon = cylinder surface adjuster control.
Virtaussäädintä 12 pakko-ohjataan silloin, kun molemmat syöttöve-den säätöventtiilit ovat käsiohjauksella tai kun lieriön 10 pinta on korkeampi kuin yläraja, esimerkiksi 280 mm. Virtaussäätimen 12 pakko-ohjauksen ollessa päällä, saa säätimen ohjaus arvoksi -1. Tämä kulkeutuu siten myös pintasää-timen 11 ohjauksen minimirajaksi. Massataselaskennan tarkoituksena on pitää lauhde- ja syöttövesipiirin virtaukset tasaisena. Näin turvataan turbiinin ja generaattorin tasainen teho sekä vältytään vesi-höyry -piirin turhilta säätötoimenpiteiltä.The flow regulator 12 is forcibly controlled when both supply water control valves are manually controlled or when the surface of the cylinder 10 is higher than the upper limit, for example 280 mm. When the forced control of the flow controller 12 is on, the control of the controller is set to -1. This thus also passes as the minimum limit for the control of the surface controller 11. The purpose of the mass balance calculation is to keep the flows in the condensate and feed water circuit constant. This ensures even power to the turbine and generator and avoids unnecessary adjustments to the water-steam circuit.
RUISKUJEN VIRTAUSSÄÄTÖ TULISTIMIEN RAKENNESYRINGE CONTROL OF SYRINGES CONSTRUCTION OF HEATERS
Kuvio 2A esittää tulistimien ruiskusäädön rakennetta ja toimintaa. Höyryn lämmitys tapahtuu yleensä useassa sarjaan asennetussa tulistimessa 20. Ne nimetään yleensä höyryn kulkusuunnan mukaan primääri-, sekundääri-ja tertiääritulistimeksi. Höyry kulkee tulistinten 20 kautta kahta putkilinjaa (vasen ja oikea) myöten. Linjojen tasapainon varmistamiseksi ajetaan kattilaa yleensä symmetrisesti, niin että molemmat linjat saavat suunnilleen saman lämpötehon. Höyryn lämpötilan säätö huolehtii siitä, että viimeisen tulistimen jälkeen linjoista tulee halutunlämpöistä höyryä. Lisäksi linjat on usein kytketty ristiin siten, että edellisen jakotukin oikeasta päästä mennään seuraavan jako-tukin vasempaan päähän ja päinvastoin. Tämä parantaa höyryn tasaista tulistumista. Säätö koostuu siis kahdesta identtisestä kokonaisuudesta (vasen ja oikea höyrylinja). Ruiskujen ohjaus on toteutettu kaskadisäädöllä eli ylemmän säätäjän ohjaus menee alemman tason säätäjän asetusarvoksi.Figure 2A shows the structure and operation of the spray control of the superheaters. Steam heating usually takes place in several superheaters 20 installed in series. These are usually referred to as primary, secondary and tertiary superheaters, depending on the direction of steam flow. The steam passes through the superheaters 20 all the way to the two pipelines (left and right). To ensure the balance of the lines, the boiler is usually run symmetrically so that both lines receive approximately the same heat output. The steam temperature control ensures that after the last superheater, the lines become steam at the desired temperature. In addition, the lines are often crossed so that from the right end of the previous manifold to the left end of the next manifold and vice versa. This improves the even superheating of the steam. The control thus consists of two identical entities (left and right steam line). The control of the syringes is implemented with cascade control, ie the control of the upper controller goes to the setpoint of the lower level controller.
YKSITYISKOHTAINEN RUISKUTUSSÄÄDÖN RAKENNEDETAILED STRUCTURE OF SPRAY CONTROL
Ruiskutussäädöt toimivat keskenään samalla tavalla. Ainoastaan kaskadin ylemmän tason säätäjälle operaattorin antama asetusarvo on eri suuruinen. Operaattori antaa asetusarvona halutun lämpötilan tulistimen jälkeen. Yläsäätäjän ohjaus on rajoitettu sopivalle välille riippuen höyryn maksimimas-savirrasta. Tähän ohjaukseen summataan luku, joka lineaarisesti riippuu yläsäätäjän asetusarvon ja mittauksen eroarvosta. Summaus tehdään vain silloin, kun eroarvo ylittää tietyn raja-arvon. Tämän lisäksi säätimen ohjaukseen summataan termi, joka on saatu lähtemällä liikkeelle ruiskutuksen energiataseesta. Lähtökohtana laskennassa on se, että pyritään määrittämään sekä mittauksilla että laskennallisesti se energiamäärä, jolla höyryn loppulämpötila saavuttaa sille asetetun asetusarvon. Käytännössä höyryn energiasisältöä siis lasketaan ennen viimeistä tulis-tusvaihetta ruiskuttamalla höyryn sekaan vettä.The spray controls work in the same way. Only the setpoint given by the operator to the upper level controller of the cascade is different. The operator sets the desired temperature after the superheater as a setpoint. The control of the upper regulator is limited to a suitable range depending on the maximum steam clay flow. This control is summed with a number that linearly depends on the difference between the setpoint of the upper controller and the measurement. Summation is performed only when the difference value exceeds a certain threshold value. In addition to this, the control is summed by the term obtained by starting from the energy balance of the injection. The starting point for the calculation is that the aim is to determine, both by measurements and by calculation, the amount of energy at which the final temperature of the steam reaches the set value set for it. In practice, therefore, the energy content of the steam is calculated before the last superheating step by injecting water into the steam.
Laskenta perustuu höyryn massavirran mittaukseen. Jotta mittaus olisi mahdollisimman luotettava, käytetään virtausmittaukseen lämpötila-ja pai-nekompensointia. Höyryn massavirtamittaus on rajoitettu tietylle välille riippuen voimalaitoksen tehosta. Kertomalla höyryn massavirta sen käyrästöstä saadulla ominaislämpökapasiteetilla saadaan se energiamäärä tiettyä aikayksikköä kohti, joka muuttaa höyryn lämpötilaa yhden asteen verran. Seuraavassa on esitetty kyseinen kaava:The calculation is based on the measurement of the steam mass flow. In order to make the measurement as reliable as possible, temperature and pressure compensation is used for the flow measurement. The steam mass flow measurement is limited to a certain range depending on the power plant capacity. Multiplying the mass flow of steam by the specific heat capacity obtained from its plot gives the amount of energy per unit time that changes the temperature of the steam by one degree. The following formula is given:
,missä,where
Qc = energiavirta astetta kohti [kJ/s°C] c = tuorehöyryn ominaislämpökapasiteetti [kJ/kg°C] mh = tuorehöyryn massavirta [kg/s].Qc = energy flow per degree [kJ / s ° C] c = specific heat capacity of fresh steam [kJ / kg ° C] mh = mass flow of fresh steam [kg / s].
Energiavirralle astetta kohti suoritetaan kaksi laskentaa. Molemmat perustuvat siihen, mikä energiavirta olisi ruiskutusveden mukana höyryyn lisät-tävä/vähennettävä, jotta saavutetaan sen haluttu loppulämpötila. Tämän lisäksi toisen tehtävänä on huolehtia siitä, että höyryn lämpötila ei ylitä tulistimien rakenteellista lämpötilaa, joka on tulistinkohtainen. Tätä laskentaa varten Qc :lle voidaan antaa minimiraja. Tämä tehostaa ruiskun toimintaa.Two calculations are performed for the energy flow per degree. Both are based on which energy flow should be added / decreased to the steam with the spray water in order to reach its desired final temperature. In addition to this, the function of the second is to ensure that the temperature of the steam does not exceed the structural temperature of the superheaters, which is specific to the superheater. For this calculation, a minimum limit can be given to Qc. This enhances the operation of the syringe.
Laskenta suoritetaan seuraavalla kaavalla:The calculation is performed according to the following formula:
.missä Q2 = energiavirta [kJ/s] T2 = lämpötila ruiskun jälkeen [°C].where Q2 = energy flow [kJ / s] T2 = temperature after syringe [° C]
Tr =tulistimen rakenteellinen lämpötila [°C]Tr = structural temperature of the superheater [° C]
Qc = energiavirta astetta kohti [kJ/s°C].Qc = energy flow per degree [kJ / s ° C].
Energiavirralle suoritettava toinen laskenta käyttää höyryn lämpötilan mittaukseen anturia, joka on ennen ruiskua. Lisäksi laskenta saa höyryn tavoitearvoksi lämpötilan, joka on saatu vähentämällä yläsäätimen aktiivisesta asetusarvosta höyryn tulistusaste. Se on höyryn massavirran funktio, ja riippuu tulistimen rakenteesta. Energiavirta saadaan siis kaavasta:The second calculation for the energy flow uses a sensor before the syringe to measure the steam temperature. In addition, the calculation takes the target steam value as the temperature obtained by subtracting the steam superheat rate from the active setpoint of the upper controller. It is a function of the steam mass flow, and depends on the structure of the superheater. The energy flow is thus obtained from the formula:
.missä Q, = energiavirta [kJ/s].where Q, = energy flow [kJ / s]
Tj = lämpötila ennen ruiskua [°C]Tj = temperature before syringe [° C]
Tt = höyryn tavoitelämpötila ennen tulistinta [°C]Tt = target steam temperature before superheater [° C]
Qc = energiavirta astetta kohti [kJ/s°C]. Höyryn tavoitelämpötila ennen tulistinta lasketaan seuraavalla kaavalla:Qc = energy flow per degree [kJ / s ° C]. The target steam temperature before the superheater is calculated by the following formula:
.missä.where
Tt = höyryn tavoitelämpötila ennen tulistinta [°C]Tt = target steam temperature before superheater [° C]
Tspa =lämpötilasäätimen aktiivinen asetusarvo [°C]Tspa = active temperature controller setpoint [° C]
Tta = höyryn tulistusaste [°C].Tta = steam superheat degree [° C].
Edellä saadut energiavirrat summataan seuraavassa laskennassa, jotta saadaan se kokonaisenergiavirta, jolla höyryn energiaa tulee muuttaa sen tavoitelämpötilan saavuttamiseksi. Koska höyryn lämpötilaa muutetaan vesi-ruiskuilla, täytyy kokonaisenergiavirta muuttaa vielä veden massavirraksi käyttämällä laskennassa veden energiasisältöä eli entalpiaa. Ruiskutusvesi otetaan kattilan syöttövedestä. Jos laitoksen syöttöveden lämpötila on lähes vakio, voidaan sen entalpialle käyttää kiinteää arvoa. Jos sen sijaan syöttöveden lämpötila vaihtelee, joudutaan sen energiasisällön laskentaa varten mittaamaan syöttöveden lämpötila. Vaadittava ruiskutusveden massavirta saadaan seuraavalla kaavalla:The energy flows obtained above are summed in the following calculation to obtain the total energy flow at which the energy of the steam must be changed in order to reach its target temperature. Since the steam temperature is changed with water syringes, the total energy flow must still be converted to a water mass flow using the energy content of the water, i.e. enthalpy, in the calculation. The spray water is taken from the boiler feed water. If the plant feed water temperature is almost constant, a fixed value can be used for its enthalpy. If, instead, the supply water temperature varies, the supply water temperature must be measured in order to calculate its energy content. The required spray water mass flow rate is given by the following formula:
.missä mv = ruiskutusveden massavirta [kg/s].where mv = mass flow of spray water [kg / s]
Qh2 = energiavirta [kJ/s] hv = ruiskutusveden entalpia [kJ/kg].Qh2 = energy flow [kJ / s] hv = enthalpy of spray water [kJ / kg].
Saatu ruiskutusveden massavirta summataan säätäjän ulostulon ja sen eroarvosta laskettavaan lisätermiin, jotka edelleen summataan alasäätäjä-nä toimivan virtaussäätimen remote-asetusarvoon. Virtaussäätimen ulostulo ohjaa suoraan alueella 0-100 % ruiskutusveden säätöventtiiliä. Ruiskutusveden virtaussäädin saa mittauksena lämpötilakompensoidun ruiskutusveden vir-tausmittauksen. Tämä mittaus joudutaan suhteuttamaan tulistimen sekä vasemman- että oikeanpuoleisen ruiskutusventtiilin asentotiedolla silloin, jos vir-tausmittaus on yhteinen molemmille puolille.The resulting spray water mass flow is summed to an additional term calculated from the controller output and its difference value, which are further summed to the remote setpoint of the flow controller acting as a down-regulator. The flow regulator outlet directly controls the spray water control valve in the range 0-100%. The spray water flow controller receives a temperature-compensated spray water flow measurement as a measurement. This measurement must be related to the position information of both the left and right injection valves of the superheater if the flow measurement is common to both sides.
RUISKUTUSSÄÄDÖN TULISTUSASTEEN OPETUS SÄÄDÖLLEINJECTION CONTROL DEGREE TEACHING INSTRUCTION
Ruiskusäädöt perustuvat matemaattisiin malleihin, joiden mukaan veden ja tuorehöyryn tiedetään käyttäytyvän. Koska prosessi ei ole koskaan kuitenkaan ideaalinen, tarvitaan mallien lisäksi säätimiä, jotka korjaavat malleja ja parametreja. Esimerkiksi tulistimien tulistusaste muuttuu paitsi höyryn mas-savirran, myös ajan funktiona johtuen lähinnä likaantumisesta. Myös valmistajalta saatu tieto tul istu misasteesta voi poiketa siitä, mikä se todellisuudessa on.Syringe adjustments are based on mathematical models that water and fresh steam are known to behave. However, since the process is never ideal, in addition to models, controllers are needed that correct the models and parameters. For example, the superheat degree of superheaters changes not only as a function of the mass flow of steam, but also as a function of time, mainly due to fouling. The information obtained from the manufacturer on the degree of ignition may also differ from what it actually is.
Siksi on tarpeen opettaa säädölle, mikä tulistimen tulistusaste milloinkin on. Tämä tapahtuu käyttämällä hyväksi lämpötilan korjaussäätäjän ulostuloa. Sen poikkeaminen nollasta tarkoittaa sitä, että määritetty tulistusaste poikkeaa senhetkisestä todellisesta tulistusasteesta. Koska korjaussäätimen ohjaus on suoraan summattava tekijä alasäätäjän asetusarvoon, voidaan siitä suoraan laskea käyrän antaman ja todellisen tulistusasteen ero ko. höyryvirtauksella ja päivittää oikea tulistusaste taulukkoon. Opetus on syytä tehdä hitaasti, jotta saadut arvot ovat todellisia eivätkä johdu hetkellisistä häiriöistä.Therefore, it is necessary to teach the control what the superheater degree of superheating is at any given time. This is done by utilizing the output of the temperature correction controller. Deviating it from zero means that the specified superheat rate differs from the current actual superheat rate. Since the control of the correction controller is a factor to be directly summed to the setpoint of the lower controller, the difference between the given and the actual superheat degree can be calculated directly from it. with a steam flow and update the correct superheat rate to the table. Teaching should be done slowly so that the values obtained are real and not due to momentary disturbances.
Tulistusasteen opettaminen lähtee liikkeelle käytännössä päinvastoin kuin säätölaskenta. Nyt tiedettäessä lämpötilan korjaussäätimen ohjaus, voidaan siitä laskea ko. ohjausta vastaavan höyryn lämpötilan muutos. Tällä muutoksella päivitetään säädön käyttöönottovaiheessa annettua tulistus-käyrää. Laskentakaava on seuraava:Teaching the superheat degree starts practically the opposite of control calculation. Now that the control of the temperature correction controller is known, it is possible to calculate the change in the temperature of the steam corresponding to the control. This change updates the superheat curve given during the commissioning phase of the control. The calculation formula is as follows:
.missä ATh = säätimen laskeman veden massavirran aiheuttama muutos höyryn lämpötilaan [C] mv = säätimen laskema veden massavirta [kg/s] hv = ruiskutusveden entalpia [kJ/kg] mh = säätimen laskema veden massavirta [kJ/kg] c = tuorehöyryn ominaislämpökapasiteetti [KJ/kgC]. Säädön käyttöönoton yhteydessä on annettu tulistimien suuntaa antavat arvoparit (x,y), jotka ovat siis höyryn massavirta ja höyryn lämpötilan muutos tulistimessa. Määritetty höyryn massavirran alue on jaettu osiin siten, että kukin määritetty piste on osan keskellä. Osia on esimerkissä neljä, mutta niiden lukumäärää ja leveyttä voidaan vaihdella käyttökohteen mukaan. Pisteet voivat olla kuvion 2B mukaisesti esimerkiksi seuraavat. 60, 120, 180, ja 230 kg/s. Jako on tällöin tehty seuraavasti: 30 kg/s < Höyryn massavirta < 90 kg/s 90 kg/s < Höyryn massavirta < 150 kg/s 150 kg/s < Höyryn massavirta <210 kg/s 210 kg/s < Höyryn massavirta < 250 kg/s..where ATh = change in steam temperature due to controller calculated water mass flow [C] mv = controller calculated water mass flow [kg / s] hv = injection water enthalpy [kJ / kg] mh = controller calculated water mass flow [kJ / kg] c = specific heat capacity of fresh steam [KJ / kgC]. In connection with the introduction of the control, the directional value pairs (x, y) of the superheaters have been given, which are thus the steam mass flow and the change in the steam temperature in the superheater. The determined range of steam mass flow is divided into sections so that each determined point is in the center of the section. There are four parts in the example, but their number and width can vary depending on the application. The points according to Figure 2B may be, for example, the following. 60, 120, 180, and 230 kg / s. The division is then made as follows: 30 kg / s <Vapor mass flow <90 kg / s 90 kg / s <Vapor mass flow <150 kg / s 150 kg / s <Vapor mass flow <210 kg / s 210 kg / s <Vapor mass flow < 250 kg / s.
Edellä esitetyn kaavan tuloksesta lasketaan 30 minuutin keskiarvo samoin kuin tuorehöyryn virtauksesta. Laskentoja on sama määrä kuin on alueita. Kun lämpötilan muutoksen keskiarvossa tapahtuu muutos, Hipaisee se laskennan, jossa käyrän antamaan tulostusasteeseen lisätään edellisen kaavan lämpötilaeron keskiarvo. Kaava on seuraava:From the result of the above formula, calculate the 30-minute average as well as the fresh steam flow. There are the same number of calculations as there are areas. When there is a change in the average of the temperature change, it taps the calculation in which the average of the temperature difference of the previous formula is added to the degree of output given by the curve. The formula is as follows:
,missä,where
Ttu = höyryn uusi tulistusaste [C]Ttu = new superheat rate of steam [C]
Ttv = höyryn vanha tulistusaste [C] AThka = säätimen ohjauksen aiheuttaman höyryn lämpötilamuutok-sen 30 min keskiarvo. Tämä laskenta suoritetaan vain sillä alueella, johon höyryn senhetkinen massavirta kuuluu. Tämä on esitetty kuviossa 2B. Jos höyryn massavirta on esimerkiksi 70 kg/s, se kuuluu esimerkissä alueelle 30-90 kg/s. Sen alueen keskiarvoa vastaavaan tulistusasteeseen 40C° lisätään siis laskennasta saatu lämpötilan muutos. Uusi laskettu tulistusaste ei kuitenkaan siirry käyrään sellaisenaan, vaan se suodatetaan ensimmäisen kertaluvun suodattimena siten, että muutos on rauhallinen.Ttv = old steam superheat rate [C] AThka = 30 min average of the steam temperature change caused by the controller control. This calculation is performed only in the area to which the current mass flow of steam belongs. This is shown in Figure 2B. If, for example, the mass flow of steam is 70 kg / s, it falls in the range of 30-90 kg / s in the example. Thus, the temperature change obtained from the calculation is added to the superheat degree of 40C ° corresponding to the average of its range. However, the newly calculated superheat rate does not transfer to the curve as it is, but is filtered as a first-order filter so that the change is calm.
Kuvio 3 esittää syöttöveden ja tuorehöyryn massavirtojen vaihtelun tavanomaisessa kolmipistesäädössä. Kolmipistesäädön ollessa käytössä havaitaan selvä siniaaltomainen vaihtelu syöttöveden massavirrassa. Vaihtelu on jopa 55 kg/s. Signaalilla on tietty prosessiviiveestä johtuva vaihesiirto.Figure 3 shows the variation of feed water and fresh steam mass flows in conventional three-point control. When three-point control is used, a clear sine wave variation in the feed water mass flow is observed. The variation is up to 55 kg / s. The signal has a certain phase shift due to a process delay.
Kuvio 4 esittää syöttöveden ja tuorehöyryn massavirtojen vaihtelun keksinnön mukaisessa tasesäädössä. Uudella tasesäädöllä ei ole havaittavissa kuvion 3 mukaista selvää siniaaltomaista vaihtelua syöttöveden massavirrassa. Vaihtelu on tässä esimerkissä vain 12 kg/s.Figure 4 shows the variation of feed water and fresh steam mass flows in the balance control according to the invention. The new balance control does not show a clear sine wave variation in the feed water mass flow according to Fig. 3. The variation in this example is only 12 kg / s.
Kuvio 5 esittää lieriön pinnan vaihtelun tavanomaisessa kolmipistesäädössä. Kolmipistesäädön ollessa käytössä havaitaan selvä siniaaltomainen vaihtelu lieriön pinnassa. Lieriön pinnan vaihtelu on jopa 275 mm.Figure 5 shows the variation of the cylinder surface in a conventional three-point adjustment. When three-point adjustment is used, a clear sine wave variation is observed in the surface of the cylinder. The cylinder surface variation is up to 275 mm.
Kuvio 6 esittää lieriön pinnan vaihtelun keksinnön mukaisessa tasesäädössä. Uudella tasesäädöllä ei ole havaittavissa kuvion 5 mukaista korkeaa siniaaltomaista vaihtelua lieriön pinnassa. Lieriön pinnan vaihtelu on tässä esimerkissä vain 110 mm.Figure 6 shows the variation of the cylinder surface in the balance adjustment according to the invention. The new balance adjustment does not show the high sine wave variation in Figure 5 on the surface of the cylinder. The variation of the cylinder surface in this example is only 110 mm.
Kuvio 7 esittää tasojen vaihtelun turbiinitripin aikana. Turbiinia ennen oleva venttiili sulkeutuu, jolloin höyryn massavirta loppuu. Paine lieriössä nousee, jolloin kiehuminen lakkaa ja lieriön pinta laskee. Myöhemmin avataan starttiventtiili, jolloin höyryn paine laskee, tapahtuu kiehumista ja lieriön pinta nousee.Figure 7 shows the variation of levels during the turbine trip. The valve before the turbine closes, stopping the steam mass flow. The pressure in the cylinder increases, causing the boiling to stop and the surface of the cylinder to decrease. Later, the start valve is opened, whereupon the steam pressure decreases, boiling occurs and the surface of the cylinder rises.
Kuvio 8 esittää lieriön pinnan tason vaihtelun turbiinitripin aikana. Kuviosta voidaan havaita, että lieriön pinta vaihtelee turbiinitripin aikana jopa noin 490 mm, mutta lieriön pinta pysyy koko tripin ajan hallinnassa, eikä se aiheuta muita trippejä. Tavanomaisella säädöllä turbiinitrippi aiheutti aina myös kattilatripin.Figure 8 shows the variation of the cylinder surface level during the turbine trip. It can be seen from the figure that the surface of the cylinder varies during the turbine trip up to about 490 mm, but the surface of the cylinder remains under control throughout the trip and does not cause other trips. With conventional adjustment, the turbine strip always also caused the boiler strip.
Kuvio 9 esittää käytetyn öljymäärän turbiinitripin aikana. Turbiinitripin jälkeen kiinteää polttoainetta ei voida käyttää, joten kattilaa lämmitetään öljyllä. Tällöin lieriön paine nousee, kiehuminen lakkaa ja lieriön pinta laskee. Kuvioista 7-9 voidaan havaita, että keksinnön mukaiset vesi-/höyrypiirit ovat stabiileja myös ajettaessa öljyllä ja polttoaineen katkosyötöllä.Kuvio 10 esittää kattilan tehon ja syöttöveden massavirran vaihtelun perinteisellä kolmipis-tesäädöllä ja kuvio 11 esittää kattilan tehon ja syöttöveden massavirran vaihtelun keksinnön mukaisessa tasesäädössä. Kuvioista voidaan havaita miten syöttöveden massavirran vaihteluväli on huomattavasti pienempi kuin kuvion 10 perinteisessä kolmipistesäädössä. Perinteisen säädön värähtely lisääntyy erityisesti käytettäessä epähomogeenisiä polttoaineita. Polttoaineen syötön heilunta lisääntyy, koska sen avulla pyritään kompensoimaan syöttöveden heilunnasta johtuvaa paineenvaihtelua.Figure 9 shows the amount of oil used during the turbine trip. After the turbine strip, solid fuel cannot be used, so the boiler is heated with oil. This increases the cylinder pressure, stops boiling and lowers the cylinder surface. It can be seen from Figures 7-9 that the water / steam circuits according to the invention are also stable when running on oil and fuel cut-off. Figure 10 shows boiler power and feed water mass flow variation with conventional three-point control and Figure 11 shows boiler power and feed water mass flow variation in balance according to the invention. It can be seen from the figures how the range of the mass flow of the feed water is considerably smaller than in the conventional three-point control of Fig. 10. The vibration of conventional control increases, especially when using inhomogeneous fuels. The oscillation of the fuel supply is increased because it is used to compensate for the pressure variation due to the oscillation of the supply water.
Kuvio 12 esittää tilanteen perinteisellä säädöllä ja keksinnön mukaisella tasesäädöllä, jossa laitoksen tehoa on alennettu yön ajaksi. Pienemmällä teholla ajettaessa on yleistä, että lieriön pinta on rauhattomampi kuin suurilla tehoilla ajettaessa. Kuitenkin uudella tasesäädöllä tämä lieriön heilunta on melko riippumatonta laitoksen tehosta.Fig. 12 shows a situation with conventional control and balance control according to the invention, in which the power of the plant is reduced overnight. When driving at lower power, it is common for the cylinder surface to be more restless than when driving at high power. However, with the new balance control, this cylinder oscillation is fairly independent of plant power.
Lieriön pinnat ovat esitettynä tässä 10 min keskiarvoina. Vanhalla säädöllä tässä havaitaan selvä siniaaltomainen heilunta, jonka säätö itse aiheuttaa. Uudella säädöllä tämä heilunta on huomattavasti pienempää ja se johtuu pääasiassa polttoaineen epätasaisesta syötöstä.The cylinder surfaces are shown here as 10 min averages. With the old adjustment, a clear sine wave oscillation is caused here, which is caused by the adjustment itself. With the new control, this oscillation is considerably smaller and is mainly due to uneven fuel supply.
Kuvio 13 esittää kattilan tehon ja ruiskutusmäärien vaihtelun perinteisellä säädöllä. Kuvio 14 esittää kattilan tehon ja ruiskutusmäärien vaihtelun keksinnön mukaisessa tasesäädössä. Tasesäädössä primäärisenä tavoitteena on pitää höyryn energiasisältö halutussa arvossa. Vanha säätö perustuu suo raan höyryn lämpötilan säätöön. Ruiskutusvesimäärän vaihtelu vaikuttaa tuotettuun höyrymäärään ja sitä kautta kattilan painesäätöön.Figure 13 shows the variation of boiler power and injection rates with conventional control. Figure 14 shows the variation of boiler power and injection rates in the balance control according to the invention. In balance control, the primary goal is to keep the energy content of the steam at the desired value. The old control is based on direct steam temperature control. Variation in the amount of spray water affects the amount of steam produced and thus the boiler pressure control.
Kuvio 15 esittää esimerkin höyryn lämpötilojen vaihteluista tavanomaisessa ruiskutussäädössä ja keksinnön mukaisessa tasesäädössä. Kuviosta voidaan selvästi havaita, että höyryn lämpötilojen vaihtelut ovat uudella säädöllä selvästi vähäisempiä kuin tavanomaisessa säädössä. Höyryn lämpötilojen vaihtelut rasittavat tulistin- ja höyryputkia sekä vaikuttavat koko voimalaitoksen hyötysuhteeseen.Figure 15 shows an example of variations in steam temperatures in conventional spray control and balance control according to the invention. It can be clearly seen from the figure that the variations in steam temperatures are clearly smaller with the new control than with the conventional control. Fluctuations in steam temperatures strain the superheater and steam pipes and affect the efficiency of the entire power plant.
Kuvio 16 esittää esimerkin sekundäärisen ruiskun ruiskutusmäärien vaihteluista tavanomaisessa ruiskutussäädössä ja keksinnön mukaisessa tasesäädössä. 5 kg/s ruiskutus voi vastata esimerkiksi noin 2,5 %:ia kattilan tehosta, joten alhaisempi ruiskutusmäärä parantaa laitoksen hyötysuhdetta.Fig. 16 shows an example of variations in the injection rates of the secondary syringe in the conventional injection control and in the balance control according to the invention. For example, a spraying of 5 kg / s can correspond to about 2.5% of the boiler's output, so a lower spray rate improves the plant's efficiency.
Kuvio 17 esittää esimerkin kattilan savukaasujen (Vtasoista tavanomaisessa ruiskutussäädössä ja keksinnön mukaisessa tasesäädössä. Höyry-kattilan vesitaseen balansoinnilla on suora yhteys polttoaineen määrän säätöön ja siitä taas vaikutus kattilan savukaasujen 02-tasoon ja kattilan hyötysuhteeseen.Fig. 17 shows an example of boiler flue gases (V levels in conventional injection control and balance control according to the invention. Steam boiler water balance balancing is directly related to fuel volume control and again has an effect on boiler flue gas O 2 level and boiler efficiency.
Kuvio 18 esittää esimerkin vaadituista maksimitehoista perinteisellä säädöllä ja keksinnön mukaisella tasesäädöllä. Keksinnön mukaisen tasesää-dön vaatimat tehot ovat perinteistä säätöä alhaisemmat.Fig. 18 shows an example of the required maximum powers with conventional control and balance control according to the invention. The powers required by the balance control according to the invention are lower than the traditional control.
Kuvio 19 esittää esimerkin tehoeroista perinteisellä säädöllä ja keksinnön mukaisella tasesäädöllä, kun syöttöveden massavirran vaihtelu on ± 10 kg/s tai ± 2 kg/s.Fig. 19 shows an example of power differences with conventional control and balance control according to the invention when the variation of the feed water mass flow is ± 10 kg / s or ± 2 kg / s.
Kuvio 20 esittää esimerkin kattilan polttoainetehoeroista perinteisellä säädöllä ja keksinnön mukaisella tasesäädöllä. Perinteisellä säädöllä tur-biinitehon vaihtelu on esimerkissä välillä 577,5 - 641,4 MW. Uudella tasesäädöllä vastaava tehovaihtelu on esimerkissä 603 - 615,9 MW. Täten keksinnön mukaisen säädön avulla voidaan ajaa lähempänä maksimitehoa, jolloin myös sähkötehon menetykset vähenevät.Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.Fig. 20 shows an example of boiler fuel power differences with conventional control and balance control according to the invention. With conventional control, the variation of turbine power in the example is between 577.5 and 641.4 MW. With the new balance control, the corresponding power variation in the example is 603 to 615.9 MW. Thus, by means of the control according to the invention, it is possible to drive closer to the maximum power, whereby the losses of electrical power are also reduced. It is obvious to a person skilled in the art that with the development of technology the basic idea of the invention can be implemented in many different ways. The invention and its embodiments are thus not limited to the examples described above but may vary within the scope of the claims.
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20055594A FI119075B2 (en) | 2005-11-04 | 2005-11-04 | Method, system and control unit for boiler injection |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20055594 | 2005-11-04 | ||
FI20055594A FI119075B2 (en) | 2005-11-04 | 2005-11-04 | Method, system and control unit for boiler injection |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI20055594A0 FI20055594A0 (en) | 2005-11-04 |
FI20055594A FI20055594A (en) | 2007-05-05 |
FI119075B FI119075B (en) | 2008-07-15 |
FI119075B2 true FI119075B2 (en) | 2014-07-04 |
Family
ID=35458835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI20055594A FI119075B2 (en) | 2005-11-04 | 2005-11-04 | Method, system and control unit for boiler injection |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI119075B2 (en) |
-
2005
- 2005-11-04 FI FI20055594A patent/FI119075B2/en active IP Right Grant
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI20055594A0 (en) | 2005-11-04 |
FI119075B (en) | 2008-07-15 |
FI20055594A (en) | 2007-05-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102374518B (en) | Steam temperature control using dynamic matrix control | |
CN107664300B (en) | Multi-target steam temperature control | |
KR101289548B1 (en) | Method for operating a continuous flow steam generator | |
CN102374519B (en) | Dynamic tuning of dynamic matrix control of steam temperature | |
CN103557511A (en) | All-process control method for main steam temperature of utility boiler | |
CN102374520B (en) | Dynamic matrix control of steam temperature with prevention of saturated steam entry into superheater | |
CA1079139A (en) | Boiler control providing improved operation with fuels having variable heating values | |
EP3495731B1 (en) | Once-through evaporator systems | |
JP6424725B2 (en) | Boiler system | |
CN103781997B (en) | For regulating the method for heat-energy utilizing device in internal-combustion engine | |
KR101841316B1 (en) | Method for controlling a short-term increase in power of a steam turbine | |
CN100513870C (en) | Method for automatically controlling boiler steam temperature | |
CN104864385A (en) | Method and device for calculating feed water flow instruction of supercritical unit | |
FI119075B2 (en) | Method, system and control unit for boiler injection | |
US11092331B2 (en) | Once-through evaporator systems | |
CA1042089A (en) | Boiler control having a heating value computer and providing improved operation with fuels having variable heating values | |
CN104791757B (en) | Combustion coal chain boiler control system and control method thereof | |
KR102678499B1 (en) | Control device of once-through boiler, power plant and control method of once-through boiler | |
US11242987B2 (en) | Once-through evaporator systems | |
US11506378B2 (en) | Once-through evaporator systems | |
FI118929B (en) | Method, system and control unit for controlling the boiler feed water flow | |
RU2044216C1 (en) | Automatic superheated steam temperature controller for steam generator | |
JP6341072B2 (en) | Boiler system | |
JP2022156440A (en) | boiler system | |
KR20230097130A (en) | How to control the supply of feed water to the boiler |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: ÅF-BENIMA OY Free format text: ÅF-BENIMA OY |
|
MD | Opposition filed |
Opponent name: METSO POWER OY |
|
MFDR | Revocation of patent | ||
RF | Appeal filed | ||
FCK | Appeal rejected |
Free format text: APPLICATION REJECTED |
|
RF | Appeal filed | ||
RFK | Appeal accepted | ||
FG | Patent granted |
Ref document number: 119075 Country of ref document: FI Kind code of ref document: B |
|
PC | Transfer of assignment of patent |
Owner name: AFRY FINLAND OY |