FI90377B - Menetelmä höyrykattilalaitoksen syöttövesimäärän säätämiseksi - Google Patents

Description

1 90377

Menetelmä höyrykattilalaitoksen syöttövesimäärän säätämiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä fossiilipolttoai-5 neilla kuumennetun höyrykattilalaitoksen syöttövesimäärän säätämiseksi, joka laitos käsittää syöttövesijohtoon sovitetun syöttövesipumpun, syöttövesipumpun perään kytketyn haihduttimen, haihduttimen perään kytketyn vedenerot-timen, ohjausvälineet syöttövesimäärän ohjaamiseksi ja 10 vaihtoelimen, joka alhaisen höyrykattilan kuormituksen yhteydessä märkähöyryllä antaa vedenerottimessa vallitsevan vedenpinnan tason laukaiseman ensimmäisen signaalin ja suuren höyrykattilan kuormituksen yhteydessä kuivahöyryllä alavirtaan vedenerottimesta vallitsevan höyrynlämpötilan 15 laukaiseman toisen signaalin vaikuttaa ohjausvälineisiin.

CH-patenttijulkaisusta 517 266 on tunnettu sellainen menetelmä, jonka yhteydessä vaihtoelintä ohjaa syöttö-vesipumpun ja haihduttimen välisessä paineenmittauskohdas-sa vallitseva syöttöveden paine. Tunnettu menetelmä toimii 20 tyydyttävästi yksiselitteisesti alhaisten kuormitusten osalta märkähöyryllä ja yksiselitteisesti suurien kuormitusten osalta kuivahöyryllä. Kuormitusten ollessa noin 45 %, ts. siirtymävaiheen läheisyydessä märkähöyrystä kui-vahöyryyn ja päinvastoin, tunnettu menetelmä ei kuiten-25 kaan osoittaudu hyväksi, koska vaihtoelimellä on taipumusta syklisiin heilahteluihin molempien ohjaustapojen välil-. ' lä.

Sen lisäksi syöttövesijohdossa vallitsevaan paineeseen vaikuttavat erilaiset tekijät, kuten esim. alavirtaan ' 30 painekohdasta sovitettujen vesi- ja vast, höyryjohtojen likaisuusaste; nämä tekijät johtavat ei-toivottuihin poikkeamiin säädössä ja pahentavat lisäksi ongelmakenttää erityisesti kriittisellä kuormitusalueella kuormituksen ollessa noin 45 %.

90377

Keksinnön tehtävänä on sen vuoksi parantaa vaih-toelimen ohjausta siten, että se työskentelee luotettavasti kaikilla kuormituksilla ja pysyy pääpiirteissään immuunina höyrykattilalaitoksessa esiintyville häiriöille.

5 Tämä tehtävä ratkaistaan siten, että muodostetaan vedenerottimen sisääntulossa vallitsevan höyryniämpötilan ja kyseisen vedenerotuspaineen yhteydessä höyryn kylläs-tyslämpötilan välinen erotus ΔΤ, että tätä lämpötilaeroa ΔΤ verrataan raja-arvolämpötilaan G ϊ 0 °C ja että vaih-10 toelintä ohjataan siten, että lämpötilaerojen ΔΤ ollessa pienempiä tai sama kuin nolla ensimmäisen signaali vaikuttaa ohjausvälineisiin, lämpötilaerojen ΔΤ ollessa suurempia kuin raja-arvo G toinen signaali vaikuttaa ohjausvälineisiin ja lämpötilaerojen ΔΤ ollessa suurempia kuin 15 nolla mutta pienempiä tai sama kuin raja-arvo G ajallisesti edellä viimeksi vaikuttava, ensimmäinen tai toinen signaali vaikuttaa edelleen ohjausvälineisiin.

Vertaamalla vedenerottimen sisääntulossa vallitsevaa höyrynlämpötilaa höyryn kyllästyslämpötilaan vas-20 taavan vedenerotuspaineen yhteydessä todetaan vedenerottimen sisään tulevan höyryn vesipitoisuus yksiselitteisesti ja häiriötekijöiden vaikuttamatta. On osoittautunut, että kyseistä lämpötilaeroa käytettäessä vaihtoelimen ohjaamiseen ei alussa kuvailtua vaihtoelimen syklisiä hei-25 lahteluja enää esiinny, jolloin syöttövesimäärän hallitsemattomat heilahtelut kriittisellä kuormitusalueella estyvät .

Patenttivaatimukset 2-4 esittävät keksinnön mukaisen menetelmän erityisen edullisten muunnosten tunnus-30 merkit.

Patenttivaatimuksen 5 mukainen muunnos varmistaa syöttövesimäärän nopean mukauttamisen polttimen muutoksiin, jolloin patenttivaatimus 6 esittää patenttivaatimuksen 5 mukaisen muunnoksen edullisen käyttömuodon, jonka 35 mukaisesti estetään kolmannen signaalin vaikutus, kun veli 3 90377 denerottimen sisääntulossa on märkähöyryä. Tässä käyttötilassa vaikuttaisi nimittäin kolmas signaali normaalisti haluttua säädön kulkua vastaan, koska esim. kuormituksen kohotessa polttoainemäärän lisääntymisen vuoksi kolmas 5 signaali vaikuttaisi syöttövesimäärän rinnakkaislisäyk- seen, joten syntyisi vähemmän höyryä ja siten esiintyisi vedenerottimen perään kytkettyjen höyryjohtojen ei-toivottua kuumenemista.

Keksintöä ja siihen liittyviä etuja selitetään nyt 10 lähemmin piirustuksen pohjalta.

Piirustus esittää kaavamaisesti keksinnön mukaisen höyrykattilalaitoksen oleellisia osia. Syöttövesijohtoon 1 sovitettu syöttövesipumppu 2, tämän pumpun 2 perään kytketty haihdutin 3, tämän perään kytketty vedenerotin 4 15 sekä syöttövesimäärän ohjaamiseksi tarkoitetut ohjausväli neet ja ohjausyksikköön 71 sovitettu vaihtoelin 7 ovat yhdessä fossiilipolttoainetta polttavan polttimen kanssa höyrykattilalaitoksen pääkomponentit. Vaihtoelin 7 sallii alhaisen kuormituksen yhteydessä märkähöyryllä vedenerot-20 timessa 4 vallitsevan vedenpinnan tason laukaiseman ensimmäisen signaalin ja suuren kuormituksen yhteydessä kuiva-höyryllä vedenerottimesta 4 alavirtaan vallitsevan höyryn-lämpötilan laukaiseman toisen signaalin vaikuttamisen ohjausvälineisiin 6. Syöttövesipumpun 2 ja haihduttimen 3 25 väliin on sovitettu samoin polttimen 3' kuumentama savu-kaasuesilämmitin 8. Höyrynpuolelta on vedenerottimen 4 perään kytketty sarjaan ensimmäinen ja toinen höyryntulis-tin 5 ja vast. 5'. Kierrätyspumppu 9 kierrättää vedenerot-timessa 4 putoavan veden vedenpoistojohdon 14, savukaasu-30 esilämmittimen 8 ja haihduttimen 3 läpi ja takaisin erot-timeen 4.

Vedenpoistojohtoon 14 on sovitettu kierrätyssuun-nassa veden läpivirtaama takaiskuventtiili 15, joka estää veden virtaamisen syöttövesijohdosta 1 johdon 14 kautta 35 erottimeen 4. Johto 12 yhdistää haihduttimen 3 lähdön 90377 erottimen 4 tuloon; siihen on sovitettu ensimmäinen läm-pötilanmittauskoje 16. Erottimen 4 höyrynpuoleinen yhteys ensimmäiseen tulistimeen 5 tapahtuu höyrynpoistojohdon 13 kautta, johon on sovitettu virtaamamittari 25.

5 Toisen tulistimen 5' ulostulo on yhdistetty tur- biinihöyryjohdon 18 välityksellä höyryturbiiniin 10, joka käyttää generaattoria 11. Höyryturbiinin 10 lähtö on liitetty piirustuksessa ei-esitettyjen putkijohtojen välityksellä syöttövesijohtoon 1. Nämä johdot sisältävät lämmön-10 siirtimen, lauhduttimen ja mahdollisesti vedenpuhdistus-laitteiston sekä raikkaan veden liitännällä varustetun syöttövesisäiliön. Tarvittaessa voidaan sovittaa myös vä-litulistimia höyrykattilalaitoksen höyryturbiinia 10 varten. Vedenerotin 4 käsittää vedentasonmittarin 20. Ensim-15 mäisen ja toisen tulistimen 5 ja vast. 5' välinen liitos-johto sisältää toisen lämpötilanmittauskojeen 30. Poltti-men 3' syöttävä polttoaineen syöttöjohto 3" sisältää polt-timeen virtaavan polttoainemäärän mB virtaamamittarin 35.

Ensimmäinen lämpötilanmittauskoje 16 tuottaa veden-20 erottimen 4 sisääntulossa vallitsevaan höyrynlämpötilaan TE verrannollisen signaalin. Ensimmäisessä vertailuelimessä 171 muodostetaan tämän lämpötilan TB ja höyryn kyllästys-lämpötilan 50 välinen erotus ΔΤ kyseisen vedenerotuspai-neen yhteydessä, joka mitataan tuntoelimellä 51 ja syöte-25 tään kojeeseen 52, jossa vastaava kyllästyslämpötila 50 määritetään. Tämä lämpötilaero ΔΤ tuodaan signaalijohdon 19 kautta ohjauselimeen 70, joka vaikuttaa toisen signaa-lijohdon 19' välityksellä vaihtoelimeen 7 alla edelleen selitettävällä tavalla.

30 Vedentasomittari 20 lähettää erottimen 4 vedenpin nan tasoon verrannollisen signaalin signaalijohdon 29 välityksellä toiseen vertailuelimeen 172, jossa tätä signaalia verrataan vedenpinnan tason asetusarvoon 21. Molempien signaalien erotus syötetään PID-säätimeen 22 ja 35 tästä kolmanteen vertailuelimeen 173. Tähän kolmanteen li 5 90377 vertailuelimeen 173 tulee lisäksi höyrynpoistojohdon 13 höyryvirtaan mD verrannollinen, virtaamamittarin 25 tuottama signaali, joka siirrettään signaalivoimakkuuden heikentämiseksi tarkoitetun elimen 26 sisältävän signaalijoh-5 don 39 välityksellä. Laskemalla yhteen vedentasonmittaris- ta 20 ja virtaamamittarista 25 peräisin olevat signaalit muodostetaan kolmannessa vertailuelimessä 173 ensimmäiseksi signaaliksi nimitetty signaali 101, joka johdetaan sig-naalijohdon 49 kautta edelleen vaihtoelimen 7 ensimmäi-10 seen koskettimeen 27.

Lämpötilanmittauskoje 30 lähettää ensimmäisen ja toisen tulistimen 5 ja vast. 5' väliseen höyrynlämpötilaan TA verrannollisen signaalin signaalijohdon 59 kautta neljänteen vertailuelimeen 174, jossa muodostetaan tämän läm-15 pötilan ja lämpötilanasetusarvon 31 välinen erotus. Tämä erotus syötetään toiseen PID-säätimeen 32, joka muodostaa toiseksi signaaliksi nimitetyn signaalin 102 ja joka sallii vaikutuksen vaihtoelimen 7 toiseen koskettimeen 37.

Signaalijohdon 69 välityksellä vaihtoelin 7 yhdis-20 tää - lämpötilaeron ΔΤ ohjaamana - toisen koskettimista 27 ja 37 viidenteen vertailuelimeen 175 ja siirtää siten ohjausyksikön 71 avulla ensimmäisen tai toisen signaalin tähän vertailuelimeen.

Tähän vertailuelimeen 175 luovuttaa lisäksi maksi- 25 miarvoelin 40 yhteenlaskien signaalin 43, joka muodostaa kolmannen signaalin. Maksimiarvoelin 40 ottaa vastaan signaalin 41, joka heijastaa ennalta valittua minimikuormi-tusta - edullisesti sitä, jossa tapahtuu siirtyminen mär-kähöyrystä kuivahöyryyn ja päinvastoin - ja virtaamamitta-30 rin 35 laukaiseman signaalin 42, joka on verrannollinen höyrykattilan kuormituksen määräävään polttoainemäärään mB ... Ja joka muunnettiin dynaamisessa elimessä 42’ minimikuor- mitussignaaliin 41 verrattavaksi. Maksimiarvoelin 40 valitsee sitten molemmista signaaleista 41 ja 42 suurempaa 35 vastaavan kolmannen signaalin 43. Tämä syötetään, kuten jo 6 90377 mainittiin, vertailuelimeen 175. Ohjausyksiköstä 71 peräisin olevan signaalin ja signaalin 43 summa annetaan ohjausvälineisiin 6, jotka vaikuttavat syöttövesimäärään.

Ohjausvälineiden 6 kohdalla on kyseessä tavanomai-5 nen suoritusmuoto, joka voi vaikuttaa sekä syöttövesipum-pun 2 kierroslukuun että myös syöttövesijohdossa 1 olevaan venttiiliin tai molempiin. Koska nämä välineet ovat sinänsä tunnettuja eivätkä ne ole keksinnön kannalta oleellisia, niihin ei tässä yhteydessä lähemmin puututa.

10 Keksinnön mukainen höyrykattilalaitos toimii seu- raavalla tavalla:

Syöttövesipumppu 2 kuljettaa syöttövettä syöttöve-sijohdon 1 kautta savukaasuesilämmittimeen 8, jossa poltin 3' kuumentaa sen; savukaasuesilämmittimestä 8 esikuumen-15 nettu vesi pääsee haihduttimeen 3. Täällä se höyrystyy ja menee joko märkähöyrynä tai kuivahöyrynä johdon 12 kautta vedenerottimeen 4. Vedenerotin 4 erottaa sisään tulevan höyryn nestemäisen ja höyrymäisen faasin, minkä jälkeen nestefaasi syötetään kierrätyspumpun 9 avulla vedenpois-20 tojohdon 14 ja takaiskuventtiilin 15 kautta takaisin syöttövesi johtoon 1, kun taas kaasufaasi virtaa kaasunpois-tojohdon 13 kautta tulistimiin 5, 5'. Tulistettu höyry johdetaan turbiinihöyryjohdon 18 kautta höyryturbiiniin 10, jossa se paisuu ja suorittaa työn sähkövirran tuot-" : 25 tamiseksi generaattorissa 11.

Ensimmäisessä vertailuelimessä 171 määriteltyä lämpötilaeroa ΔΤ analysoidaan ohjauselimessä 70. Tämä luovuttaa kulloinkin yhden kolmesta seuraavasta käskysignaalista "S".

.30 - S = -1, kun lämpötilaero on pienempi tai sama kuin nolla - S = +1, kun lämpötilaero on suurempi kuin raja-arvo G ja - S = 0, kun lämpötilaero on suurempi kuin nolla, • 35 mutta pienempi tai sama kuin raja-arvo G.

li 7 90377

Kun S = -1, vaihtoelin 7 on ensimmäisellä kosket-timellä 27 ja antaa ensimmäisen signaalin vertailuelimen 175 välityksellä edelleen ohjausvälineisiin 6. Jos sitä vastoin käskysignaali S = +1, niin vaihtoelin 7 on toisel-5 la koskettimella 37 ja johtaa toisen signaalin edelleen. Kun käsky S = 0, vaihtoelin 7 pysyy neutraalissa asennossa, jolloin ajallisesti edellä viimeksi viidenteen ver-tailuelimeen 175 syötettyä ensimmäistä tai toista signaalia pidätetään ohjausyksikön 71 avulla ja se johdetaan 10 edelleen viidenteen vertailuelimeen 175.

Raja-arvo G δ 0 °C määrätään tällöin höyrykattila-laitosta varten kokeellisesti mahdollisimman alhaiseksi, mutta kuitenkin siten, että kriittisellä kuormitusalueella kuormituksen ollessa 45 %, jossa tapahtuu siirtyminen mär-15 kähöyrystä kuivahöyryyn ja päinvastoin, käsky S = 0 saavuttaa vaihtoelimen 7 syöttövesimäärän valvomattoman edestakaisin heilahtelun estämiseksi. Käytännössä G määrätään edullisesti 30 °C alapuolelle, jolloin useimmissa tapauksissa kokemuksen mukaisesti voidaan asettaa G = 0 °C, ilman 20 että esiintyisi tällaisia heilahteluja.

Vaihtoelimen 7 vaihtokytkennän yhteydessä on tärkeätä, että siirtyminen signaalista toiseen tapahtuu tasaisesti, mikä on mahdollista esim. PID-säätimien 22 ja 32 I-osuuden vastaavalla määrityksellä ja ohjausyksikön 71 • 25 avulla.

Viidennessä vertailuelimessä 175 lasketaan yhteen vaihtoelimestä 7 tuleva ensimmäinen tai vast, toinen signaali kolmanneksi signaaliksi ja syötetään syöttövesimäärän ohjaamiseksi ohjausvälineisiin 6, niin että vedenerot-... 30 timessa 4 vedenpinnan tason ja vast, alavirtaan vedenerot-timesta 4 vallitsevan höyryn lämpötilan TA muutoksen ohel-. . la säädössä otetaan huomioon myös polttimeen 3' virtaava polttoainemäärä mB, joka on määräävä höyrykattilan kulloisenkin kuormituksen kannalta.

Claims (6)

8 90377

1. Menetelmä fossiilipolttoaineilla kuumennetun höyrykattilalaitoksen syöttövesimäärän säätämiseksi, joka 5 laitos käsittää syöttövesijohtoon sovitetun syöttövesipum-pun, syöttövesipumpun perään kytketyn haihduttimen, haih-duttimen perään kytketyn vedenerottimen, ohjausvälineet syöttövesimäärän ohjaamiseksi ja vaihtoelimen, joka alhaisen höyrykattilakuormituksen yhteydessä märkähöyryllä 10 antaa vedenerottimessa vallitsevan vedenpinnan tason laukaiseman ensimmäisen signaalin ja suuren höyrykattilakuormituksen yhteydessä kuivahöyryllä alavirtaan vedenerot-timesta vallitsevan höyrynlämpötilan laukaiseman toisen signaalin vaikuttaa ohjausvälineisiin, tunnettu 15 siitä, että muodostetaan vedenerottimen sisääntulossa vallitsevan höyrynlämpötilan ja höyryn kyllästyslämpötilan välinen erotus ΔΤ kyseisen vedenerotuspaineen yhteydessä, että tätä lämpötilaeroa ΔΤ verrataan valittuun raja-arvo-lämpötilaan G a 0 °C ja että vaihtoelintä ohjataan siten, 20 että lämpötilaerojen ΔΤ ollessa pienempiä tai sama kuin nolla (ΔΤ s 0) ensimmäinen signaali vaikuttaa ohjausvälineisiin, lämpötilaerojen ΔΤ ollessa suurempia kuin raja-arvo G (ΔΤ > G) toinen signaali vaikuttaa ohjausvälineisiin ja lämpötilaerojen ΔΤ ollessa suurempi kuin nolla, 25 mutta pienempiä tai sama kuin raja-arvo G (0 < ΔΤ S G) ajallisesti edellä viimeksi vaikuttava, ensimmäinen tai toinen signaali vaikuttaa edelleen ohjausvälineisiin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen ja toinen sig- . 30 naali vaikuttavat kumpikin oman säätimen välityksellä ohjausvälineisiin, jolloin säätiminä edullisesti käytetään PID-säätimiä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, jolloin vedenerottimen perään höyrynpuolelle on kytketty : 35 ainakin yksi höyryntulistin, tunnettu siitä, että li 9 90377 höyrynlämpötila toista signaalia varten mitataan alavirtaan höyryntuli stimesta.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, jolloin käytetään ainakin kahta peräkkäin kytkettyä höyryn- 5 tulistinta, tunnettu siitä, että höyrynlämpötila toista signaalia varten mitataan kahden höyryntulistimen välisestä liitosjohdosta.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, jolloin ohjausvälineisiin vaikuttaa summa, joka 10 muodostuu ensimmäisestä tai toisesta signaalista ja höy-rykattilalaitokseen virtaavaa polttoainemäärää edustavasta kolmannesta signaalista, tunnettu siitä, että kolmas signaali tulee aktiiviseksi ainoastaan silloin, kun höyrykattilalaitos on ylittänyt ennalta määrätyn minimi-15 kuormi tuksen.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että minimikuormitukseksi valitaan sellainen kuormitus, jonka yhteydessä tapahtuu siirtyminen märkähöyrystä kuivahöyryyn tai päinvastoin. 10 90 377