ITMI20101395A1 - METHOD FOR THE CONTROL OF AN AIR CONDENSER OF A PLANT FOR THE PRODUCTION OF ELECTRICITY WITH AUTOMATIC SELECTION OF THE STATE AND PLANT FOR THE PRODUCTION OF ELECTRICITY - Google Patents
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Description
“METODO PER IL CONTROLLO DI UN CONDENSATORE AD ARIA DI UN IMPIANTO PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA CON SELEZIONE AUTOMATICA DELLO STATO E IMPIANTO PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA†⠀ œMETHOD FOR THE CONTROL OF AN AIR CONDENSER OF A PLANT FOR THE PRODUCTION OF ELECTRICITY WITH AUTOMATIC SELECTION OF THE STATE AND PLANT FOR THE PRODUCTION OF ELECTRICITYâ €
La presente invenzione à ̈ relativa a un metodo per il controllo di un condensatore ad aria di un impianto per la produzione di energia elettrica con selezione automatica dello stato e a un impianto per la produzione di energia elettrica. The present invention relates to a method for controlling an air condenser of a plant for the production of electrical energy with automatic selection of the state and to a plant for the production of electrical energy.
Come à ̈ noto, gli impianti a ciclo combinato per la produzione di energia elettrica possono avere diverse configurazioni, secondo le necessità di progetto. In ogni caso, un impianto a ciclo combinato comprende almeno una turbina a gas e una turbina a vapore, uno o più generatori elettrici, una caldaia a recupero e un condensatore. As is known, combined cycle plants for the production of electricity can have different configurations, according to the project needs. In any case, a combined cycle plant comprises at least one gas turbine and a steam turbine, one or more electric generators, a recovery boiler and a condenser.
La caldaia a recupero riceve i gas di scarico caldi dalla turbina a gas e li utilizza per produrre vapore in condizioni idonee per essere fornito a diverse sezioni (alta, media e bassa pressione) della turbina a vapore. The recovery boiler receives the hot exhaust gases from the gas turbine and uses them to produce steam under suitable conditions to be supplied to different sections (high, medium and low pressure) of the steam turbine.
Il condensatore à ̈ generalmente del tipo ad aria (ACC, Air-Cooled Condenser) e condensa il vapore proveniente dalla turbina a vapore o dai sistemi di by-pass di cui le turbine a vapore sono normalmente provviste, trasferendo il calore residuo in atmosfera. The condenser is generally of the air type (ACC, Air-Cooled Condenser) and condenses the steam coming from the steam turbine or from the by-pass systems that steam turbines are normally equipped with, transferring the residual heat into the atmosphere.
Un condensatore ad aria comprende normalmente una pluralità di linee di fasci tubieri, in cui fluisce il vapore, e una pluralità di ventilatori, organizzati a matrice in righe e colonne e disposti in modo da raffreddare il vapore che fluisce attraverso i fasci tubieri. An air condenser normally comprises a plurality of lines of tube bundles, in which the steam flows, and a plurality of fans, arranged in a matrix in rows and columns and arranged in such a way as to cool the steam flowing through the tube bundles.
La frazione maggiore (circa il 90%) del vapore viene condensato in fasci tuberi viene condensata per opera di ventilatori appartenenti a moduli primari e quindi raccolta, per gravità , in un serbatoio di raccolta. Il condensato sarà successivamente prelevato dal serbatoio di raccolta mediante pompe estrazione e inviato alla caldaia a recupero. La frazione rimanente (circa il 10%) del vapore viene condensato in fasci tubieri raffreddati da ventilatori appartenenti a moduli secondari e l’aria residua (gas incondensabili) viene convogliata a un sistema di estrazione dell’aria, per essere evacuata in atmosfera. The greater fraction (about 90%) of the steam is condensed into tuber bundles and condensed by fans belonging to primary modules and then collected, by gravity, in a collection tank. The condensate will then be withdrawn from the collection tank by extraction pumps and sent to the recovery boiler. The remaining fraction (about 10%) of the steam is condensed into tube bundles cooled by fans belonging to secondary modules and the residual air (non-condensable gases) is conveyed to an air extraction system, to be evacuated into the atmosphere .
L’azione di raffreddamento richiesta al condensatore varia naturalmente in funzione sia della potenza erogata dall’impianto (carico), sia delle condizioni ambientali (pressione e temperatura). L’intensità dell’azione di raffreddamento dipende dal numero di ventilatori utilizzati e dalla loro velocità , che deve essere opportunamente controllata. I ventilatori, in particolare, possono essere disattivati o azionati a velocità costante, selezionata in un insieme di valori. The cooling action required of the condenser naturally varies according to both the power supplied by the system (load) and the environmental conditions (pressure and temperature). The intensity of the cooling action depends on the number of fans used and their speed, which must be suitably controlled. The fans, in particular, can be deactivated or operated at a constant speed, selected from a set of values.
Le operazioni di controllo sono tuttavia critiche, a causa dell’elevata potenza assorbita da ciascun ventilatore (spesso diverse decine di kilowatt). L’accensione di un ventilatore, ad esempio, comporta l’assorbimento di un picco di corrente elevato, come pure, sebbene in misura minore, l’incremento di velocità . È quindi possibile che si verifichino sovraccarichi per i trasformatori di media tensione/bassa tensione che alimentano i motori dei ventilatori. Anche quando la velocità dei ventilatori viene ridotta, occorre assicurare la corretta smagnetizzazione dei motori. Le variazioni di velocità comportano inoltre una maggiore usura delle parti meccaniche. The control operations are however critical, due to the high power absorbed by each fan (often several tens of kilowatts). The switching on of a fan, for example, involves the absorption of a high current peak, as well as, albeit to a lesser extent, the increase in speed. It is therefore possible that overloads may occur for the medium voltage / low voltage transformers that power the fan motors. Even when the speed of the fans is reduced, the correct demagnetization of the motors must be ensured. Variations in speed also lead to greater wear of the mechanical parts.
In particolare, un problema di cui soffrono i sistemi di controllo noti à ̈ dato dalle strategie di controllo, che non pesano in maniera adeguata l’evoluzione delle condizioni del vapore e generano richieste di variazione di velocità troppo frequenti. Le criticità legate alla variazione delle condizioni operative dei ventilatori si ripresentano più spesso di quanto sarebbe in effetti necessario, aumentando il rischio di malfunzionamenti o rotture. In particular, a problem that known control systems suffer from is given by the control strategies, which do not adequately weigh the evolution of the steam conditions and generate too frequent requests for speed variations. The critical issues related to the variation in the operating conditions of the fans recur more often than would actually be necessary, increasing the risk of malfunctions or breakdowns.
Scopo della presente invenzione à ̈ quindi fornire un metodo per il controllo di un condensatore ad aria di un impianto per la produzione di energia elettrica e un impianto per la produzione di energia elettrica che permettano di evitare transizioni di stato non necessarie, senza compromettere le prestazioni del condensatore. The purpose of the present invention is therefore to provide a method for controlling an air condenser of a plant for the production of electricity and a plant for the production of electricity that allow to avoid unnecessary state transitions, without compromising performance. of the capacitor.
Secondo la presente invenzione, vengono realizzati un metodo per il controllo di un condensatore ad aria di un impianto per la produzione di energia elettrica e un impianto per la produzione di energia elettrica come definiti rispettivamente nelle rivendicazioni 1 e 12. According to the present invention, a method for controlling an air condenser of a plant for the production of electrical energy and a plant for the production of electrical energy as defined in claims 1 and 12 respectively are realized.
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:
- la figura 1 Ã ̈ uno schema a blocchi semplificato di un impianto per la produzione di energia elettrica incorporante un condensatore in accordo a una forma di realizzazione della presente invenzione; - figure 1 is a simplified block diagram of a plant for the production of electric energy incorporating a capacitor according to an embodiment of the present invention;
- la figura 2 Ã ̈ una vista frontale semplificata di una parte del condensatore di figura 1, sezionata lungo il piano di traccia II-II di figura 4; - figure 2 is a simplified front view of a part of the capacitor of figure 1, sectioned along the plane II-II of figure 4;
- la figura 3 Ã ̈ una vista laterale semplificata di una parte del condensatore di figura 1, sezionata lungo il piano di traccia III-III di figura 4; - figure 3 is a simplified side view of a part of the condenser of figure 1, sectioned along the plane III-III of figure 4;
- la figura 4 à ̈ una vista in pianta dall’alto semplificata di una parte del condensatore di figura 1; - figure 4 is a simplified top plan view of a part of the condenser of figure 1;
- la figura 5 Ã ̈ uno schema a blocchi semplificato relativo a una parte del condensatore di figura 1; - figure 5 is a simplified block diagram relating to a part of the capacitor of figure 1;
- la figura 6 illustra una tabella relativa al funzionamento del condensatore di figura 1; Figure 6 illustrates a table relating to the operation of the capacitor of Figure 1;
- la figura 7 Ã ̈ un diagramma di flusso relativo a fasi di un metodo per il controllo di un condensatore ad aria in accordo a una forma di realizzazione della presente invenzione; Figure 7 is a flow diagram relating to phases of a method for controlling an air condenser according to an embodiment of the present invention;
- la figura 8 Ã ̈ un grafico che rappresenta grandezze utilizzate nelle fasi del metodo illustrate in figura 7; - figure 8 is a graph representing quantities used in the steps of the method illustrated in figure 7;
- la figura 9 Ã ̈ un diagramma di flusso relativo a ulteriori fasi del metodo di figura 1; - figure 9 is a flow chart relating to further steps of the method of figure 1;
- la figura 10 Ã ̈ un diagramma di flusso relativo a fasi di un metodo per il controllo di un condensatore ad aria in accordo a una diversa forma di realizzazione della presente invenzione; e Figure 10 is a flow diagram relating to phases of a method for controlling an air condenser according to a different embodiment of the present invention; And
- la figura 11 à ̈ un diagramma di flusso relativo a fasi di un metodo per il controllo di un condensatore ad aria in accordo a un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione. - figure 11 is a flow diagram relating to phases of a method for controlling an air condenser according to a further embodiment of the present invention.
Come mostrato in figura 1, un impianto a ciclo combinato per la produzione di energia elettrica comprende un gruppo turbogas 2, una turbina a vapore 3, due alternatori 4, 5, rispettivamente accoppiati alla turbina a gas 2 e alla turbina a vapore 3, una caldaia a recupero 7, che opera come generatore di vapore, un condensatore 8, un modulo di acquisizione 9 e un dispositivo di controllo 10. As shown in figure 1, a combined cycle plant for the production of electrical energy comprises a gas turbine unit 2, a steam turbine 3, two alternators 4, 5, respectively coupled to the gas turbine 2 and the steam turbine 3, a recovery boiler 7, which operates as a steam generator, a condenser 8, an acquisition module 9 and a control device 10.
Il gruppo turbogas 2 comprende un compressore 11, che aspira una portata di aria dall’esterno attraverso un condotto di aspirazione non mostrato, una camera di combustione 12 e una turbina a gas 13, accoppiata alla camera di combustione 12 per ricevere ed espandere una portata di gas di scarico. I fumi di scarico della turbina a gas 2 sono convogliati verso la caldaia a recupero 7 e sono utilizzati per la produzione di vapore. The gas turbine unit 2 comprises a compressor 11, which draws in a flow of air from the outside through an intake duct not shown, a combustion chamber 12 and a gas turbine 13, coupled to the combustion chamber 12 to receive and expand a exhaust gas flow. The exhaust fumes from the gas turbine 2 are conveyed to the recovery boiler 7 and are used for the production of steam.
La turbina a vapore 3, che nell’esempio descritto comprende una sezione di alta pressione 3a e una sezione di media-bassa pressione 3b, riceve portate di vapore di alta pressione e di medio-bassa pressione dalla caldaia a recupero 7 e fornisce una portata di vapore al condensatore 8 attraverso lo scarico della sezione di medio-bassa pressione 3b e attraverso un sistema di by-pass di tipo noto e qui non mostrato per semplicità . The steam turbine 3, which in the example described comprises a high pressure section 3a and a medium-low pressure section 3b, receives high pressure and medium-low pressure steam flow rates from the recovery boiler 7 and provides a steam flow to the condenser 8 through the discharge of the medium-low pressure section 3b and through a by-pass system of a known type and not shown here for simplicity.
Il condensatore 8 Ã ̈ del tipo ad aria (ventilazione forzata). Mediante un flusso controllato di aria di raffreddamento forzata, il condensatore 8 raffredda il vapore ricevuto dalla turbina a vapore, causandone la condensazione. Il flusso di aria di raffreddamento viene determinato dal dispositivo di controllo 10. Condenser 8 is of the air type (forced ventilation). By means of a controlled flow of forced cooling air, the condenser 8 cools the steam received by the steam turbine, causing it to condense. The flow of cooling air is determined by the controller 10.
Il vapore condensato viene convogliato a un serbatoio di raccolta 15 e poi prelevato da pompe di estrazione del condensato 16, per essere nuovamente alimentato alla caldaia a recupero 7. The condensed steam is conveyed to a collection tank 15 and then withdrawn by condensate extraction pumps 16, to be fed again to the recovery boiler 7.
Il dispositivo di controllo 10 ha una pluralità di unità di elaborazione, deputate al controllo rispettivamente gruppo turbogas 2, della turbina a vapore 3, e del condensatore 8 e cooperanti fra loro per regolare la potenza erogata dall’impianto 1. In particolare unità di elaborazione 18, 19 per il controllo del gruppo turbogas 2 e della turbina a vapore 3 sono di tipo noto e non saranno descritte in dettaglio. Un’ulteriore unità di elaborazione 20, deputata al controllo del condensatore 8, riceve dal modulo di acquisizione 9 un segnale di pressione PA, indicativo della pressione assoluta all’ingresso del condensatore 8 e lo utilizza per determinare e impostare condizioni operative appropriate per il condensatore 8. La struttura dell’unità di elaborazione 20 e le modalità di gestione delle condizioni operative del condensatore 8 saranno descritte in dettaglio più avanti. The control device 10 has a plurality of processing units, delegated to control the turbogas group 2, the steam turbine 3, and the condenser 8 respectively and cooperating with each other to regulate the power delivered by the plant 1. In particular, processing 18, 19 for the control of the gas turbine unit 2 and of the steam turbine 3 are of a known type and will not be described in detail. A further processing unit 20, responsible for controlling the condenser 8, receives from the acquisition module 9 a pressure signal PA, indicative of the absolute pressure at the input of the condenser 8 and uses it to determine and set appropriate operating conditions for the capacitor 8. The structure of the processing unit 20 and the modalities for managing the operating conditions of the capacitor 8 will be described in detail later on.
Le figure 2-4 illustrano in forma semplificata il condensatore 8, che comprende un basamento 21 e una pluralità di ventilatori F11, F12, …, F1N, F21, F22, …, F2N, FM1, FM2, …, FMN(sinteticamente designati all’occorrenza mediante il simbolo FIJ), portati dal basamento 21. I ventilatori FIJsono disposti a matrice e sono raggruppati in M linee affiancate, dette anche “strade†ST1, ST2, …, STM, di N ventilatori ciascuna (ad esempio 7 strade di 6 ventilatori). Figures 2-4 illustrate the condenser 8 in simplified form, which includes a base 21 and a plurality of fans F11, F12, â € ¦, F1N, F21, F22, â € ¦, F2N, FM1, FM2, â € ¦ , FMN (briefly designated if necessary by the symbol FIJ), carried by the base 21. The FIJ fans are arranged in a matrix and are grouped into M side by side lines, also called â € œstradeâ € ST1, ST2, â € ¦, STM, of N fans each (for example 7 streets of 6 fans).
Fasci tubieri 22 (che in figura 4 sono indicati solo a tratteggio, per semplicità ), sono attraversati dal vapore proveniente dalla turbina a vapore 3 e sono disposti lungo rispettive strade ST1, ST2, …, STM, in modo da ricevere aria dai ventilatori FIJ. Tube bundles 22 (which in figure 4 are indicated only in broken lines, for simplicity), are crossed by the steam coming from the steam turbine 3 and are arranged along respective roads ST1, ST2, â € ¦, STM, so as to receive air from the FIJ fans.
I ventilatori FIJsono azionati da rispettivi motori M11, M12, …, M1N, M21, M22, …, M2N, MM1, MM2, …, MMN(illustrati in modo schematico in figura 5 e sinteticamente designati all’occorrenza mediante il simbolo MIJ), i quali sono a loro volta alimentati da trasformatori di media tensione/bassa tensione. Nell’esempio non limitativo qui descritto, sono presenti due trasformatori 24, 25. Ad esempio, i motori MIJdi ventilatori FIJin posizioni dispari nelle rispettive strade SIsono alimentati dal trasformatore 24; e i motori MIJdi ventilatori FIJin posizioni pari nelle rispettive strade SIsono alimentati dal trasformatore 25. FIJ fans are driven by respective motors M11, M12, â € ¦, M1N, M21, M22, â € ¦, M2N, MM1, MM2, â € ¦, MMN (schematically illustrated in figure 5 and briefly designated at occurrence by means of the MIJ symbol), which are in turn powered by medium voltage / low voltage transformers. In the non-limiting example described here, there are two transformers 24, 25. For example, the motors MIJ of FIJ fans in odd positions in their respective streets are powered by transformer 24; and the MIJ motors of FIJ fans in equal positions in their respective streets are powered by transformer 25.
Con riferimento nuovamente alla figura 1, l’unità di elaborazione 20 deputata al controllo del condensatore 8 comprende un modulo generatore di riferimento 26, un nodo sottrattore 27, un modulo di gestione dello stato 28, un modulo di memoria 29 e un modulo di pilotaggio 30. With reference again to Figure 1, the processing unit 20 responsible for controlling the capacitor 8 comprises a reference generator module 26, a subtracting node 27, a status management module 28, a memory module 29 and a processing module piloting 30.
Il modulo generatore di riferimento 26 Ã ̈ programmabile per fornire un valore di pressione di riferimento PR, indicativo di una pressione di vapore obiettivo da ottenere in ingresso al condensatore 8. The reference generator module 26 is programmable to provide a reference pressure value PR, indicative of a target vapor pressure to be obtained at the inlet of the condenser 8.
Il nodo sottrattore 27 determina un errore di pressione EPin base alla differenza fra il segnale di pressione PAe il valore di pressione di riferimento PR(ossia EP= PA– PRo, in alternativa, EP= K(PA– PR), dove K à ̈ una costante). L’errore di pressione EPviene fornito al modulo di gestione dello stato 28 e qui utilizzato per determinare ed eventualmente modificare le condizioni di funzionamento dei ventilatori FIJ. The subtracting node 27 determines a pressure error EP based on the difference between the pressure signal PA and the reference pressure value PR (i.e. EP = PAâ € "PRo, alternatively, EP = K (PAâ €" PR), where K Is a constant). The EP pressure error is supplied to the status management module 28 and used here to determine and possibly modify the operating conditions of the FIJ fans.
Le condizioni operative dei ventilatori FIJsono codificate mediante una tabella 31, contenuta nel modulo di memoria 29 e illustrata a titolo esemplificativo in figura 6. La tabella 31 ha P righe e MxN colonne. Ogni riga della tabella 31 definisce uno fra H stati disponibili S1, …, SP(sinteticamente SK) del condensatore 8, ossia una particolare configurazione di condizioni di funzionamento dei ventilatori FIJ. Le colonne della tabella 31 definiscono invece le condizioni di funzionamento di rispettivi ventilatori FIJin ciascuno stato. Pertanto, ogni cella definisce le condizioni di funzionamento di uno specifico ventilatore FIJin uno specifico stato del condensatore 8. The operating conditions of the fans FIJ are coded by means of a table 31, contained in the memory module 29 and illustrated by way of example in Figure 6. The table 31 has P rows and MxN columns. Each row of table 31 defines one of the H available states S1, â € ¦, SP (briefly SK) of the condenser 8, ie a particular configuration of operating conditions of the fans FIJ. The columns of table 31, on the other hand, define the operating conditions of respective FIJ fans in each state. Therefore, each cell defines the operating conditions of a specific FIJ fan in a specific state of the condenser 8.
Ogni ventilatore FIJpuò essere posto selettivamente in una fra una pluralità di condizioni operative, che comprendono una condizione di isolamento (in cui il ventilatore fermo e la cui linea di fasci tubieri à ̈ intercettata da apposite valvole di isolamento, al fine di ridurre la superficie di scambio termico nelle condizioni invernali ed evitare, quindi, la formazione di ghiaccio nei tubi), una condizione di convezione naturale (ventilatore fermo) e una pluralità di valori di velocità R1, …, RQ(ad esempio espressi in giri al minuto). Nella forma di realizzazione descritta, i ventilatori FIJsono operabili a una velocità bassa R1e a una velocità alta R2. Ad esempio, la velocità bassa R1à ̈ pari al 75% della velocità alta R2. Each FIJ fan can be selectively placed in one of a plurality of operating conditions, which include an isolation condition (in which the fan is stopped and whose tube bundle line is intercepted by special isolation valves, in order to reduce the heat exchange in winter conditions and thus avoid the formation of ice in the pipes), a condition of natural convection (fan stopped) and a plurality of speed values R1, â € ¦, RQ (for example expressed in revolutions per minute) . In the embodiment described, the fans FIJ are operable at a low speed R1 and at a high speed R2. For example, the low speed R1 is equal to 75% of the high speed R2.
In figura 6, le possibili condizioni operative dei ventilatori FIJsono rappresentate nel modo seguente: In figure 6, the possible operating conditions of the FIJ fans are represented as follows:
N: convezione naturale (ventilatore fermo) N: natural convection (fan stopped)
R1: velocità bassa R1: low speed
R2: velocità alta. R2: high speed.
La procedura utilizzata dal modulo di gestione dello stato 28 verrà descritta in dettaglio più avanti. In pratica, il modulo di gestione dello stato 28 determina in quale stato SKdeve essere mantenuto o portato il condensatore 8. The procedure used by the state management module 28 will be described in detail later. In practice, the state management module 28 determines in which state SK the capacitor 8 must be maintained or brought.
Un segnale indicativo dello stato SKselezionato viene inviato al modulo di pilotaggio 30, che controlla i motori MIJdei ventilatori FIJdi conseguenza. In particolare, se il modulo di gestione dello stato 28 richiede un cambiamento di stato, il modulo di pilotaggio 30 gestisce la transizione allo stato SKin modo da evitare sovraccarichi per il trasformatori 24, 25 e problemi legati alla smagnetizzazione dei motori MIJ. A signal indicative of the selected state SK is sent to the driving module 30, which controls the motors MIJ of the fans FIJ accordingly. In particular, if the state management module 28 requires a change of state, the driving module 30 manages the transition to the SK state in order to avoid overloads for the transformers 24, 25 and problems related to the demagnetization of the motors MIJ.
Con riferimento alla figura 7, la procedura eseguita dal modulo di gestione dello stato 28 à ̈ basata sulla verifica di condizioni sul valore dell’errore di pressione EP, sul suo integrale I e sulla derivata della pressione assoluta PA(rappresentati a titolo esemplificativo in figura 8). Quando nessuna delle condizioni à ̈ verificata, il modulo di gestione dello stato 28 determina un cambio di stato in modo da aumentare o diminuire l’azione di raffreddamento del condensatore 8. With reference to Figure 7, the procedure performed by the state management module 28 is based on the verification of conditions on the value of the pressure error EP, on its integral I and on the derivative of the absolute pressure PA (represented by way of example in figure 8). When none of the conditions are met, the state management module 28 determines a change of state in order to increase or decrease the cooling action of the condenser 8.
In una forma di realizzazione, vengono verificate le seguenti condizioni: In one embodiment, the following conditions are verified:
C1: aL1PR< EP< aH1PR, con aL1ÃŽ[-0,3, 0], aH1ÃŽ[0, 0,3] (ad esempio aL1= - 0,1, aH1= 0,1) C1: aL1PR <EP <aH1PR, with aL1ÃŽ [-0.3, 0], aH1ÃŽ [0, 0.3] (for example aL1 = - 0.1, aH1 = 0.1)
<C2: THL < I < THH, con I=>ò<KIEPdt><C2: THL <I <THH, with I => ò <KIEPdt>
Inoltre, viene verificata un’ulteriore condizione relativa alla concordanza fra il segno dell’errore di pressione EPcome definito (EP= PA- PRoppure EP= K(PA-PR)) e il segno della derivata della pressione assoluta PA. Furthermore, a further condition is verified concerning the agreement between the sign of the pressure error EP as defined (EP = PA-PR or EP = K (PA-PR)) and the sign of the derivative of the absolute pressure PA.
I parametri aL1, aH1, rispettivamente negativo e positivo, definiscono in pratica una banda morta BEattorno al valore nullo per l’errore di pressione EP(o, in modo del tutto equivalente, attorno al valore di pressione di riferimento PRper la pressione assoluta PA) e sono preferibilmente programmabili. The parameters aL1, aH1, respectively negative and positive, define in practice a dead band BE around the null value for the pressure error EP (or, in a completely equivalent way, around the reference pressure value PR for the absolute pressure PA ) and are preferably programmable.
Nell’espressione relativa alla condizione C2, la costante di integrazione KIdetermina la rapidità di risposta del modulo di gestione dello stato 28 ed à ̈ calibrabile, mentre i parametri THLe THHsono rispettivamente una soglia negativa e una soglia positiva e definiscono una banda morta BIattorno al valore nullo per l’integrale I. In the expression relating to the condition C2, the integration constant KI determines the response speed of the state management module 28 and can be calibrated, while the parameters THL and THH are respectively a negative threshold and a positive threshold and define a dead band BI around the null value for the integral I.
Evidentemente, le condizioni sopra espresse possono essere formulate esplicitamente in termini della pressione assoluta PAe del valore di pressione di riferimento PR: Obviously, the conditions expressed above can be explicitly formulated in terms of the absolute pressure PA and the reference pressure value PR:
C1’: (1+aL1)PR< PA< (1+aH1)PRC1â € ™: (1 + aL1) PR <PA <(1 + aH1) PR
<C2’: THL < I’ < THH, con I'=>ò<KI (PA-PR )dt><C2â € ™: THL <Iâ € ™ <THH, with I '=> ò <KI (PA-PR) dt>
Anche in questo caso viene verificata un’ulteriore condizione relativa alla concordanza fra il segno dell’errore di pressione EPcome definito (EP= PA- PRoppure EP= K(PA- PR)) e il segno della derivata della pressione assoluta PA. Also in this case a further condition is verified concerning the agreement between the sign of the pressure error EP as defined (EP = PA-PR or EP = K (PA-PR)) and the sign of the derivative of the absolute pressure PA.
Inizialmente (figura 7 blocco 100), à ̈ selezionato uno stato corrente SKe il modulo di gestione dello stato 28 esegue un test sulla condizione C1fino a quando questa à ̈ verificata (blocco 100, uscita silicio). Quando la condizione C1non à ̈ più verificata, ossia quando la pressione assoluta PAesce dalla banda morta BE(figura 7, blocco 100, uscita NO; figura 8), il modulo di gestione dello stato 28 inizializza un integratore (figura 7, blocco 105) che calcola l’integrale I (blocco 110). Initially (figure 7 block 100), a current state SK is selected and the state management module 28 performs a test on condition C1 until this is verified (block 100, silicon output). When the condition C1 is no longer verified, i.e. when the absolute pressure PA leaves the dead band BE (figure 7, block 100, output NO; figure 8), the state management module 28 initializes an integrator (figure 7, block 105) which calculates the integral I (block 110).
Viene quindi eseguito nuovamente il test sulla condizione C1(blocco 115). Se la condizione C1à ̈ verificata (blocco 115, uscita SI), la procedura riprende dal blocco 100, altrimenti (blocco 115, uscita NO) il modulo di gestione dello stato 28 esegue un test sulla condizione C2, per controllare se l’integrale I à ̈ compreso fra la soglia negativa THLe la soglia positiva THH(figura 7, blocco 120; figura 8). In caso affermativo (figura 7, blocco 120, uscita SI), il valore dell’integrale I viene aggiornato (blocco 110) e viene ripetuto il test sulla condizione C1(blocco 115). Se l’integrale I à ̈ fuori dalla banda morta BIdefinita fra la soglia negativa THLe la soglia positiva THH(figura 7, blocco 120, uscita NO; figura 8), il modulo di controllo dello stato 28 esegue un test sulla concordanza fra il segno dell’errore di pressione EPe il segno della derivata della pressione assoluta PA(blocco 125). Se l’errore di pressione EPe la derivata della pressione assoluta PAsono contemporaneamente positivi (blocco 125, uscita SI), il modulo di controllo dello stato 28 seleziona un nuovo stato SK’, a cui corrisponde una maggiore azione di raffreddamento del condensatore 8 rispetto allo stato corrente SK(blocco 130). In questo caso, infatti, la pressione assoluta PAà ̈ maggiore della pressione di riferimento PRed à ̈ in aumento (derivata positiva). Pertanto, anche l’ampiezza dell’errore di pressione EPcresce ed à ̈ necessario aumentare la dispersione termica mediante una maggiore ventilazione. L’entità dell’azione di raffreddamento à ̈ determinata dal numero di ventilatori FIJattivi e dalla loro velocità . The test on condition C1 is then performed again (block 115). If the condition C1 is verified (block 115, output YES), the procedure restarts from block 100, otherwise (block 115, output NO) the state management module 28 performs a test on condition C2, to check whether the integral I is between the negative threshold THL and the positive threshold THH (figure 7, block 120; figure 8). In the affirmative case (figure 7, block 120, output SI), the value of the integral I is updated (block 110) and the test on condition C1 is repeated (block 115). If the integral I is outside the dead band BI defined between the negative threshold THL and the positive threshold THH (figure 7, block 120, output NO; figure 8), the state control module 28 performs a test on the agreement between the sign of the pressure error EP and the sign of the derivative of the absolute pressure PA (block 125). If the pressure error EP and the derivative of the absolute pressure PA are simultaneously positive (block 125, output SI), the state control module 28 selects a new state SKâ € ™, which corresponds to a greater cooling action of the condenser 8 with respect to the current state SK (block 130). In this case, in fact, the absolute pressure PA is greater than the reference pressure PR and is increasing (positive derivative). Therefore, the amplitude of the pressure error EP also increases and it is necessary to increase the thermal dispersion by means of greater ventilation. The extent of the cooling action is determined by the number of FIJactive fans and their speed.
In caso contrario (blocco 125, uscita NO), il modulo di controllo dello stato 28 esegue un ulteriore test sulla concordanza fra il segno dell’errore di pressione EPe il segno della derivata della pressione assoluta PA(blocco 135). Otherwise (block 125, output NO), the status control module 28 performs a further test on the agreement between the sign of the pressure error EP and the sign of the derivative of the absolute pressure PA (block 135).
In particolare, se l’errore di pressione EPcome definito e la derivata della pressione assoluta PAsono contemporaneamente negativi (blocco 135, uscita SI), il modulo di controllo dello stato 28 seleziona un nuovo stato SK’, a cui corrisponde una minore azione di raffreddamento del condensatore 8 (blocco 140). La pressione assoluta PAà ̈ infatti minore della pressione di riferimento PRed à ̈ inoltre in diminuzione (derivata negativa). Pertanto, l’ampiezza (valore assoluto) dell’errore di pressione EPcresce ed à ̈ necessario ridurre la dispersione termica mediante una minore ventilazione. In particular, if the pressure error EP as defined and the derivative of the absolute pressure PA are simultaneously negative (block 135, output SI), the state control module 28 selects a new state SKâ € ™, which corresponds to a minor action cooling of condenser 8 (block 140). The absolute pressure PA is in fact lower than the reference pressure PR and it is also decreasing (negative derivative). Therefore, the amplitude (absolute value) of the pressure error EP increases and it is necessary to reduce the heat dispersion through less ventilation.
In caso contrario (blocco 135, uscita NO), l’ampiezza (valore assoluto) dell’errore di pressione EPsi sta riducendo, poiché il segno dell’errore di pressione EPe il segno della derivata della pressione assoluta PAsono discordi. In questo caso, la procedura riprende dal blocco 110, ossia viene calcolato un nuovo valore dell’integrale I e viene ripetuto il test sulla condizione C1(blocco 115). Otherwise (block 135, output NO), the amplitude (absolute value) of the pressure error EP is decreasing, since the sign of the pressure error EP and the sign of the absolute pressure derivative PA are discordant. In this case, the procedure restarts from block 110, ie a new value of the integral I is calculated and the test on condition C1 is repeated (block 115).
Una volta che il nuovo stato SK’ à ̈ stato selezionato, il modulo di gestione dello stato 28 inibisce l’aggiornamento dell’integrale I fino a quando la transizione al nuovo stato SK’ viene completata (blocco 145). Quindi, l’aggiornamento dell’integrale I viene nuovamente permesso e la procedura termina. Once the new SKâ € ™ state has been selected, the status management module 28 inhibits the updating of integral I until the transition to the new SKâ € ™ state is completed (block 145). Therefore, the update of integral I is again allowed and the procedure ends.
Come accennato in precedenza, il modulo di pilotaggio 30 riceve la richiesta di modificare lo stato del condensatore 8 passando allo stato SK’, a cui corrisponde una differente azione di raffreddamento, e agisce sui ventilatori FIJin modo da portarli nelle condizioni operative corrispondenti allo stato SK’. As previously mentioned, the driving module 30 receives the request to modify the state of the condenser 8 passing to the state SKâ € ™, which corresponds to a different cooling action, and acts on the fans FIJ in order to bring them to the operating conditions corresponding to the state SKâ € ™.
In una forma di realizzazione, la procedura per attuare il cambio di stato à ̈ eseguita come illustrato in figura 9. In one embodiment, the procedure for implementing the change of state is performed as illustrated in figure 9.
Una volta ricevuta la richiesta di portare il condensatore 8 dallo stato corrente SKal nuovo stato SK’ (blocco 200), il modulo di pilotaggio 30 seleziona i ventilatori FIJle cui condizioni operative devono essere modificate (blocco 205) e determina l’ordine con cui intervenire sui ventilatori FIJselezionati (blocco 210). Once the request has been received to bring the capacitor 8 from the current state S to the new state SKâ € ™ (block 200), the control module 30 selects the fans FIJ whose operating conditions must be changed (block 205) and determines the order with to intervene on the selected FIJ fans (block 210).
La selezione può essere effettuata semplicemente mediante confronto delle righe della tabella 31 di figura 6 corrispondenti agli stati SKe SK’. Allo stesso modo, vengono determinate le condizioni operative finali per ciascun ventilatore che deve cambiare regime. The selection can be made simply by comparing the rows of table 31 in figure 6 corresponding to the SK and SKâ € ™ states. In the same way, the final operating conditions are determined for each fan that must change speed.
L’ordine di intervento sui ventilatori FIJà ̈ invece preferibilmente determinato in modo da accendere per primi i ventilatori appartenenti a moduli secondari (“dephlegmators†) del condensatore 8 rispetto a quelli appartenenti a moduli primari e in generale mantenere il più possibile condizioni di scambio termico uniformi su tutto il condensatore 8. Ad esempio, vengono modificate per prime le velocità di ventilatori FIJposti in pari posto nelle strade ST1, ST2, …, STMcentrali e via via degli altri. The intervention order on the FIJ fans is instead preferably determined in order to switch on first the fans belonging to the secondary modules (â € œdephlegmatorsâ €) of the condenser 8 with respect to those belonging to the primary modules and in general to maintain as much as possible the operating conditions. uniform heat exchange throughout the condenser 8. For example, the speeds of FIJ fans placed in equal place in the central streets ST1, ST2, â € ¦, STM and so on, are changed first.
Quindi, se ci sono ventilatori FIJche devono essere portati in condizione di fermo, questi vengono arrestati contemporaneamente (blocco 215). Viceversa, se in questa fase ci sono ventilatori FIJche devono essere avviati dalla condizione di fermo, il modulo di pilotaggio 30 li mette in funzione in sequenza alla velocità indicata dalla tabella 31. Più precisamente, il modulo di pilotaggio 30 avvia contemporaneamente gruppi di al più NMAXventilatori FIJe interpone un intervallo di tempo di avvio TSfra l’avvio di un gruppo di ventilatori FIJe il successivo (NMAXrappresenta il numero massimo di ventilatori FIJche può essere avviato allo stesso istante senza sovraccaricare i trasformatori 24, 25). Therefore, if there are FIJ fans which must be brought to a stop condition, they are stopped at the same time (block 215). Conversely, if in this phase there are FIJ fans that must be started from the standstill condition, the driving module 30 puts them into operation in sequence at the speed indicated in table 31. More precisely, the driving module 30 simultaneously starts groups of at most NMAXfans FIJe interposes a start time interval TS between the start of one group of FIJ fans and the next (NMAX represents the maximum number of FIJ fans that can be started at the same instant without overloading transformers 24, 25).
Il modulo di pilotaggio 30 interviene poi sui ventilatori FIJgià attivi, di cui occorre modificare la velocità R1, …, RL. Un numero di ventilatori FIJal più pari a NMAXviene arrestato (blocco 220), mentre gli altri rimangono in funzione in condizioni operative inalterate. Dopo che à ̈ trascorso un tempo di riposo TRminimo (blocco 225), i ventilatori FIJarrestati vengono riattivati alla velocità R1, …, RLrichiesta nel nuovo stato SK’ (blocco 230). Il tempo di riposo TRpuò essere inferiore quando à ̈ richiesta una transizione di un ventilatore FIJa una velocità R1, …, RLsuperiore rispetto a una transizione a una velocità R1, …, RLinferiore. Inoltre, il tempo di riposo à ̈ correlato al tempo di smagnetizzazione dei motori MIJ, in modo da permetterne la corretta smagnetizzazione. The control module 30 then intervenes on the active FIJ fans, whose speed R1, â € ¦, RL must be modified. A number of FIJal fans more equal to NMAX is stopped (block 220), while the others remain in operation under unchanged operating conditions. After a minimum rest time TR (block 225) has elapsed, the stopped fans FIJ are reactivated at speed R1, â € ¦, RLrequired in the new state SKâ € ™ (block 230). The rest time TR can be shorter when a transition of a fan FIJ is required at a speed R1, â € ¦, RL higher than a transition at a speed R1, â € ¦, RL lower. Furthermore, the rest time is correlated to the demagnetization time of the MIJ motors, in order to allow their correct demagnetization.
Se tutti i ventilatori FIJsono azionati alla velocità prevista per il nuovo stato SK’ (blocco 235, uscita SI), il modulo di pilotaggio 30 notifica al modulo di gestione dello stato 28 che la transizione al nuovo stato SK’ à ̈ stata completata (blocco 240). In caso contrario (blocco 235, uscita NO), un nuovo gruppo di al più NMAXventilatori FIJviene arrestato (blocco 220) per essere riavviato alla velocità R1, …, RLprevista per il nuovo stato SK’ (blocco 230), dopo che à ̈ trascorso il tempo di riposo TR(blocco 225). In questo modo, in pratica, mentre un gruppo di ventilatori FIJviene avviato alla velocità prevista, un altro gruppo di ventilatori FIJviene arrestato. Le fasi di avvio e di arresto di questi gruppi di ventilatori FIJpossono essere sostanzialmente simultanee. If all FIJ fans are operated at the speed set for the new SKâ € ™ state (block 235, output SI), the control module 30 notifies the state management module 28 that the transition to the new SKâ € ™ state has been completed. (block 240). Otherwise (block 235, output NO), a new group of at most NMAXfans FIJ is stopped (block 220) to be restarted at the speed R1, â € ¦, RL foreseen for the new state SKâ € ™ (block 230), after which The rest time TR (block 225) has elapsed. In this way, in practice, while a group of FIJ fans is started at the expected speed, another group of FIJ fans is stopped. The starting and stopping phases of these groups of FIJ fans can be substantially simultaneous.
In questo modo, à ̈ possibile effettuare una transizione fra stati in tempi ridotti, evitando però le criticità dovute all’elevata potenza assorbita dai ventilatori allo spunto. In particolare, limitando il numero di ventilatori avviati contemporaneamente i trasformatori 24, 25 non vengono sovraccaricati. Inoltre, la pausa di attesa nella transizione di velocità permette di smagnetizzare correttamente i motori MIJdei ventilatori FIJe di preservare gli organi meccanici, in particolare i riduttori, che altrimenti potrebbero essere troppo sollecitati. In this way, it is possible to make a transition between states in a short time, avoiding, however, the criticalities due to the high power absorbed by the fans at start-up. In particular, by limiting the number of fans started at the same time, the transformers 24, 25 are not overloaded. Furthermore, the waiting pause in the speed transition allows the MIJ motors of the FIJ fans to be properly demagnetized and to preserve the mechanical parts, in particular the gearboxes, which otherwise could be too stressed.
In figura 10, in cui fasi uguali a quelle già descritte in precedenza sono indicate con gli stessi numeri di riferimento, mostra una procedura utilizzabile dal modulo di gestione dello stato 28 in una forma di realizzazione alternativa dell’invenzione. Figure 10, in which steps equal to those already described above are indicated with the same reference numbers, shows a procedure that can be used by the state management module 28 in an alternative embodiment of the invention.
In questo caso, oltre alle condizioni C1, C2e alla condizione sulla concordanza di segno dell’errore di pressione EPe della derivata della pressione assoluta PAsopra indicate, il modulo di gestione 28 utilizza un’ulteriore condizione C0sull’errore, definita come segue: In this case, in addition to the conditions C1, C2e and the condition on the sign agreement of the pressure error EPe of the absolute pressure derivative PA indicated above, the management module 28 uses an additional condition C0 on the error, defined as follows :
C0: aL2PR< EP< aH2PRC0: aL2PR <EP <aH2PR
dove aL2Î [- 1, aL1] e aH2Î [aH1, 1] (ad esempio, aL1= -0,4 e aH1= 0,4). In questo modo, in pratica, attorno al valore di pressione di riferimento PRviene definita una banda di sicurezza BS, includente la banda morta BEe più ampia di questa (si veda anche la figura 8). where aL2Î [- 1, aL1] and aH2Î [aH1, 1] (for example, aL1 = -0.4 and aH1 = 0.4). In this way, in practice, around the reference pressure value PR a safety band BS is defined, including the dead band BEe wider than this (see also figure 8).
Nella forma di realizzazione di figura 10, il modulo di gestione dello stato 28 controlla ciclicamente la condizione C1(blocco 100). Quando la condizione C1cessa di essere verificata, il modulo di gestione 28 inizializza l’integratore (blocco 105) ed esegue un test sulla condizione C0(blocco 150). Il valore della costante di integrazione KIviene determinato in base all’esito del test. In particolare, alla costante di integrazione KIviene assegnato un primo valore di integrazione KIL(blocco 155), se la condizione C0à ̈ verificata (blocco 150, uscita SI), e un secondo valore di integrazione KIH(blocco 160), maggiore del primo valore di integrazione KIL, in caso contrario (blocco 150, uscita NO). In the embodiment of Figure 10, the state management module 28 cyclically checks the condition C1 (block 100). When the condition C1 ceases to be verified, the management module 28 initializes the integrator (block 105) and carries out a test on the condition C0 (block 150). The value of the integration constant KI is determined on the basis of the test result. In particular, the integration constant KI is assigned a first integration value KIL (block 155), if the condition C0 is verified (block 150, output SI), and a second integration value KIH (block 160), greater than the first value integration KIL, otherwise (block 150, NO output).
In pratica, se la pressione assoluta PAesce dalla banda di sicurezza BS, la rapidità di risposta del modulo di gestione dello stato 28 viene incrementata, in modo da causare tempestivamente un cambio di stato.. In practice, if the absolute pressure PA leaves the safety band BS, the response speed of the state management module 28 is increased, in order to promptly cause a change of state.
La procedura prosegue poi come descritto in precedenza, a parte il fatto che il test sulla condizione C0(blocco 150) e l’assegnazione della costante di integrazione (blocchi 155 e 160) vengono ripetuti fino a quando perdura la situazione in cui la condizione C1non à ̈ verificata, mentre sono verificate la condizione C2e le condizioni sulla concordanza di segno dell’errore di pressione EPe della derivata della pressione assoluta PA. The procedure then continues as previously described, apart from the fact that the test on condition C0 (block 150) and the assignment of the integration constant (blocks 155 and 160) are repeated as long as the situation in which the condition persists C1 is not verified, while condition C2 and the conditions on the sign agreement of the pressure error EPe of the derivative of the absolute pressure PA are verified.
La figura 11 illustra una procedura eseguita dal modulo di gestione dello stato 28 in un’ulteriore forma di realizzazione dell’invenzione. Anche in questo caso, viene eseguito un test sulla condizione C0come sopra definita (blocco 175), dopo che à ̈ stato inizializzato l’integratore (blocco 105). Se la pressione assoluta PAà ̈ all’interno della banda di sicurezza BS(blocco 175, uscita SI), la procedura prosegue come descritto con riferimento alla figura 9, con i test sulle condizioni C1, C2e sulla concordanza di segno dell’errore di pressione EPe della derivata della pressione assoluta PA(blocchi 115, 120, 125, 135). Se, al contrario, la pressione assoluta PAà ̈ fuori dalla banda di sicurezza BS(blocco 175, uscita NO), viene immediatamente selezionato un nuovo stato SK’, a seconda che l’errore di pressione EPsia positivo o negativo. Più precisamente, se l’errore di pressione EPà ̈ positivo (blocco 180, uscita SI), il modulo di controllo dello stato 28 seleziona un nuovo stato SK’, a cui corrisponde una maggiore azione di raffreddamento del condensatore 8 (blocco 130). Se invece l’errore di pressione EPà ̈ negativo (blocco 180, uscita NO), il modulo di controllo dello stato 28 seleziona un nuovo stato SK’, a cui corrisponde una minore azione di raffreddamento del condensatore 8 (blocco 140). Figure 11 illustrates a procedure performed by the state management module 28 in a further embodiment of the invention. Also in this case, a test is performed on the condition C0 as defined above (block 175), after the integrator has been initialized (block 105). If the absolute pressure PA is inside the safety band BS (block 175, output SI), the procedure continues as described with reference to figure 9, with the tests on conditions C1, C2 and on the agreement of the sign of the error of pressure EPe of the derivative of the absolute pressure PA (blocks 115, 120, 125, 135). If, on the other hand, the absolute pressure PA is outside the safety band BS (block 175, output NO), a new state SKâ € ™ is immediately selected, depending on whether the pressure error EP is positive or negative. More precisely, if the pressure error EP is positive (block 180, output SI), the status control module 28 selects a new state SKâ € ™, which corresponds to a greater cooling action of the condenser 8 (block 130 ). If, on the other hand, the pressure error EP is negative (block 180, output NO), the status control module 28 selects a new state SKâ € ™, which corresponds to a lower cooling action of the condenser 8 (block 140).
Risulta infine evidente che al metodo e all’impianto descritti possono essere apportate modifiche e varianti, senza uscire dall’ambito della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate. Finally, it is evident that modifications and variations can be made to the described method and plant, without departing from the scope of the present invention, as defined in the attached claims.
In particolare, l’invenzione può essere sfruttato con qualunque tipo di impianto basato su turbina a vapore, quali impianti in configurazione “single shaft†(con turbina a gas e turbina a vapore accoppiate sullo stesso albero), e in configurazione “2+1†(con due turbine a gas). In particular, the invention can be exploited with any type of plant based on a steam turbine, such as plants in the â € œsingle shaftâ € configuration (with gas turbine and steam turbine coupled on the same shaft), and in â € œconfiguration. œ2 + 1â € (with two gas turbines).
Inoltre, la turbina a vapore può avere sezioni di media pressione e bassa pressione separate. In addition, the steam turbine can have separate medium pressure and low pressure sections.
Claims (20)
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