JP6527950B2 - 貫流蒸気発生器を運転するための制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の特徴部の前の節による、貫流蒸気発生器を運転するための制御方法に関する。

貫流蒸気発生器、特に熱回収蒸気発生器として構成された貫流蒸気発生器を運転するための対応する制御方法は、特許文献１及び特許文献２から公知である。ここで説明された方法では、調節される給水質量流量に対する設定値が、蒸発器加熱面を有する貫流蒸気発生器のために規定される。

特に、竪型熱回収蒸気発生器では、蒸気発生器回路の熱力学的最適化のために、蒸発器は、少なくとも１つの介在型中間熱面が蒸発器に含まれないので、燃焼排ガスチャネル内で２つ以上の蒸発器加熱面に分離されて使用される。これは、実施において、蒸発器入口から蒸発器出口までの蒸発器の経路に関して、燃焼排ガスが、それが同様に冷却される追加的な加熱面を通過しなければならないことを意味する。従って、燃焼排ガス温度は、蒸発器加熱面において流動流体に伝達される熱力(heat power)によってだけでなく、中間加熱面において伝達される熱力によっても、蒸発器の入口から出口まで低下される。しかしながら、特許文献１又は特許文献２から公知の給水質量流量の予測制御が、介在型中間加熱面を有するこのような蒸気発生器回路で使用される場合、過度に高い熱吸収が、蒸発器に対して決定される。これは、燃焼排ガスが介在型加熱面にも熱を解放するが、この熱の解放が、評価されず、考慮されないためである。結果として、過度に高い設定値が、給水質量流量に対して計算される。

国際公開第２００９／０６８４４６号パンフレット 国際公開第２００９／１５００５５号パンフレット

本発明の目的は、上述した欠点を克服する方法を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴を有する、貫流蒸気発生器を運転するための方法によって達成される。

現在の熱吸収が、少なくとも１つの介在型中間加熱面に対して決定され、且つ蒸発器の蒸発器加熱面のバランスをとられた蒸発器熱入力から引かれるので、介在型中間加熱面の熱吸収によって修正された値が、給水質量流量又は給水量を制御するために得られる。

本発明による制御方法の有利な一形態は、少なくとも１つの介在型中間加熱面の入口及び出口においてさらなる燃焼排ガス温度測定デバイスを燃焼排ガスチャネル内に設置することにある。従って、少なくとも１つの介在型中間加熱面の正確な熱吸収が、いかなる時間でも決定され、給水質量流量の予測制御のために適切に考慮される。しかしながら、コストは、追加的に設置された燃焼排ガス温度測定デバイスそれぞれにより増大する。にもかかわらず、これらデバイスのいくつかは、余剰性の理由のため且つ適切な平均値を形成するために追加的に設置される。所定の状況下でのこのコストは、熱力学的設計を最適化するためにより多くの中間加熱面が蒸発器入口と蒸発器出口との間で燃焼排ガス側に介在させられるときに、なおいっそう増大する。

本発明の制御方法の特に有利な一形態は、少なくとも１つの介在型中間加熱面の熱吸収を決定するために、バランスをとることが、蒸気側で求められ、このため、追加的な燃焼排ガス温度測定デバイスにおける比較的コストが集中する器具が可能な限り取り除かれることができることにある。直接的な比較では、測定は、蒸気側でよりシンプルに且つより経済的に実施することができる。原理的には、介在型中間加熱面には、他の理由のために蒸気側に必要とされる測定器がすでに設けられ、これらの測定器が使用されてもよいことさえ考えられる。

本発明は、以下の図を用いて例としてこれから説明される。

従来技術から公知の制御方法を概略的に示す。 従来の制御方法の本発明による改良を概略的に示す。 従来の制御方法の本発明による改良の一形態を概略的に示す。

図１は、特許文献１から公知の制御を示す。この場合の熱回収蒸気発生器は、燃焼排ガスチャネル（詳細には示されない）内において、流動媒体として提供される給水のために、エコノマイザとも称される予熱器２を備えている。予熱器２は、流動媒体側で給水ポンプ３の前方に置かれ、且つ蒸発器加熱面４に続いている。出力側では、蒸発器加熱面４は、流動媒体側で、下流の複数の過熱器加熱面８，１０，１２へ水保管ユニット６を介して接続され、水保管ユニット６は、特に水分離器又は分離容器として構成され、続いて、過熱器加熱面８，１０，１２には、蒸気温度などを適応させるために噴射冷却器１４，１６が設けられている。熱回収蒸気発生器は、給水を制御されて受けるように構成されている。このために、給水ポンプ３は、サーボモータ２０によって駆動されるスロットルバルブ２２に続いており、このため、スロットルバルブ２２を適切に駆動することによって、給水ポンプ３によって予熱器２に向かって運ばれる給水量又は給水質量流量は、調節され、従って制御されることができる。供給される給水質量流量に対する現在の特性値を決定するために、スロットルバルブ２２は、給水ラインを通る給水質量流量を決定するための測定デバイス２４に続いている。サーボモータ２０は、制御要素２８によって駆動され、制御要素２８は、入力側で、給水質量流量のためのデータライン３０を介して伝えられる設定値と、測定デバイス２４により決定された給水質量流量の現在の実際値と、を受信する。これら２つの信号間の差を取ることによって、修正要件が制御装置２８に伝達され、このため、スロットルバルブ２２の対応する修正が、実際値と設定値との間に差がある場合にモータ２０の駆動を介して行われる。

給水質量流量を予測的にもしくは後を考慮して調節するように又は後のもしくは現在の要求に向けて調節するように給水質量流量のための特定の要求に向けられた設定値を決定するために、データライン３０は、入力側で、給水質量流量に対する設定値を規定するように構成された給水流動制御部３２に接続されている。これは、蒸発器加熱面４内での熱流束バランスを用いて給水質量流量に対する設定値を決定するために構成され、給水質量流量に対する設定値は、一方では、蒸発器加熱面４において高温ガスから流動媒体に現在伝達される熱流束の比率を用いて、他方では、所望の生蒸気状態に関して規定される、蒸発器加熱面４における流動媒体の設定エンタルピー増大量を用いて規定される。熱回収蒸気発生器に対する熱バランス自体に基づいて給水質量流量に対する設定値を提供するというこのようなコンセプトの使用は、特に例示的な本実施形態であって、高温ガスから流動媒体へ伝達される熱流束が、蒸発器入口での高温ガスの現在の温度の特性を示す温度特性値と、高温ガスの現在の質量流量の特性を示す質量流量特性値と、を考慮しながら決定される、実施形態で達成される。

このために、給水流動制御部３２は、除算要素３４を備え、除算要素３４には、分子として蒸発器加熱面４において高温ガスから流動媒体に現在伝達される熱流束に対する適切な特性値が、且つ分母として蒸発器加熱面４における流動媒体の所望の設定エンタルピー増大量のための所望の生蒸気状態に関して適切に規定される特性値が供給される。この場合、分子側では、除算要素３４は、入力側で関数モジュール３６に接続され、関数モジュール３６は、開始値として蒸発器入口での高温ガスの現在の温度の特性を示す供給された温度特性値を用いて、蒸発器入口での高温ガスのエンタルピーに対する値を出す。例示的な実施形態では、温度特性値として蒸発器入口での高温ガスの現在の温度の特性を示す測定値の供給が、提供される。蒸発器入口での高温ガスのエンタルピーの特性を示す特性値は、減算要素３８への出力であり、減算要素３８では、関数モジュール４０によって伝えられる、蒸発器の出口でのガスのエンタルピーに対する特性値が、この特性値から引かれる。

蒸発器出口での高温ガスのエンタルピーを決定するために、２つの温度値の合計値が、入力側で合計要素４２によって関数要素４０のために形成される。この場合、一方では、関数要素４４により蒸発器入口での流動媒体の圧力を用いて決定された流動媒体の飽和温度が、考慮され、関数要素４４が、入力側で圧力センサ４６に接続されている。他方では、続いて入力側で高温ガスの現在の質量流量の特性を示す質量流量特性値がさらなる関数要素５０を介して供給される関数要素４８を介して、すなわち蒸発器出口での高温ガス温度−（マイナス）蒸発器入口での流動媒体の沸騰温度の、高温ガスの質量流量から決定される温度差が、考慮される。従って、合計要素４２により加えられるこれら２つの温度寄与から、蒸発器出口での高温ガスのエンタルピーは、関数コンポーネント４０によって、選択的に適切なテーブル、ダイアグラムなどを用いることによって提供される。従って、出口側では、減算要素３８は、高温ガスのエンタルピー差又はエンタルピーバランス、すなわち蒸発器入口での高温ガスエンタルピーと蒸発器出口での高温ガスエンタルピーとの差を伝える。

このエンタルピー差は、乗算要素５２に送られ、乗算要素５２には、同様に、現在記録されている測定値の形態にある特徴的な質量流量特性値が同様に付与される。従って、出力側では、乗算要素５２は、蒸発器加熱面４へ燃焼排ガスによって解放される熱力に対する特性値を伝える。

高温ガスによって解放されたこの熱力を用いて流動媒体に実際に伝達された熱流束を決定することを可能にするために、蒸発器加熱面４のコンポーネントにおける、特に金属質量における熱吸収及び／又は解放効果による修正が、まず提供される。このために、高温ガスによって解放された熱力に対する上述した特性値は、まず、減算要素５４に供給され、減算要素５４では、蒸発器コンポーネントでの熱吸収又は解放の特性を示す修正値が引かれる。この修正値は、関数要素５６によって提供される。関数要素５６は、続いて、その入力側で、決定される蒸発器加熱面４の金属質量に対する平均温度値に関してさらなる関数要素５８の出力値を受信する。このために、さらなる関数要素５８が、入力側で、水保管ユニット６内に配置された圧力トランスデューサ６０に接続され、このため、さらなる関数要素５８は、水保管ユニット６内の流動媒体の圧力を用いて、例えばそれをこの圧力と関連する沸騰温度に等しく設定することによって金属質量の平均温度を決定することができる。

従って、出力側では、減算要素５４は、蒸発器加熱面４の金属中に蓄積された熱力によって減少された、高温ガスによって解放される熱力、従って、蒸発器４内で流動媒体に解放される熱力の特性を示す特性値を伝える。

この特性値は、除算要素３４において分子として使用され、分子は、除算要素３４で、所望の生蒸気状態に関して規定される蒸発器加熱面４内の流動媒体の設定エンタルピー増大量に対応する分母で割られ、このため、給水質量流量に対する設定値は、この除算又はこの比率から形成することができる。分母、すなわち水／蒸気側又は流動媒体側での所望の設定エンタルピー増大量に対する特性値を提供するために、除算要素３４は、入力側で減算要素７０に接続されている。減算要素７０は、入力側で、蒸発器出口での流動媒体のエンタルピーに対する所望の設定値のために関数要素７２によって提供された特性値を受信する。さらに、減算要素７０は、入力側で、蒸発器入口での流動媒体の現在のエンタルピーのための関数モジュール７４によって提供された特性値又は実際値を受信し、この値は、減算要素７０において、蒸発器出口でのエンタルピーの設定値に対する上述した特性値から引かれる。この場合、入力側では、関数モジュール７４は、蒸発器入口での実際のエンタルピーに対する上述した特性値を形成するために、圧力センサ４６及び温度センサ７６に接続されている。従って、減算要素７０において差を取ることによって、所望の生蒸気状態に応じて蒸発器加熱面４において流動媒体内に導入されるエンタルピー増大量は、決定され、これは、除算要素３４において分母として使用される。

図１による形態では、上述した減算を用いて、減算要素３４は、出力側で、給水質量流量に対する設定値を伝え、この設定値は、上述した熱バランスを用いて調整されて決定される。この設定値は、その後、所定の修正値によって下流の加算要素８０でもう一度修正され、この所定の修正値は、本例では、給水流入を介して望まれる水保管ユニット６内でのレベルの変化を反映している。このために、水保管ユニット６内でのレベルは、充填レベルセンサ８２により記録される。充填レベルに対するこの実際値は、減算要素８４において設定値から引かれ、格納され、又は別の方式では水保管ユニット６内の充填レベルに対して予め決定可能である。水保管ユニット６内での充填レベルの実際レベルと割り当てられた設定値との間で確立された差を用いて、効果的な給水質量流量修正値が、その後の制御要素８６において決定され、この修正値は、水保管ユニット６内での適切な充填レベル修正のために使用されるよう意図される。この修正値は、加算要素８０において、給水質量流量のために熱流束バランスを用いて決定された設定値に加えられ、このため、双方の成分からなる値が、給水質量流量に対する設定値としての出力である。

図２は、特許文献１から公知であり且つ図１に示される構成及び制御の本発明による改良を表している。本実施形態では、図１ですでに表された加熱面４は、第１蒸発器加熱面４’及び第２蒸発器加熱面４’’からなる加熱面組立体で置換されており、第１蒸発器加熱面４’及び第２蒸発器加熱面４’’は、流動媒体側で接続ライン４’’’を介して互いに接続されている。例示的な本実施形態では、単一の中間加熱面Ｚのみが、２つの蒸発器加熱面４’及び４’’の間で燃焼排ガスチャネル内に配置され、流動媒体は、中間加熱面Ｚを通って流れる。中間加熱面Ｚは、この場合、追加的なエコノマイザ加熱面であり、給水は、エコノマイザ２と同様に、追加的なエコノマイザ加熱面を通って、流動媒体として流れる。中間加熱面Ｚの入口チューブＺＥ及び出口チューブＺＡの領域において本明細書では詳細に表されない追加的な測定デバイスを有する追加的な制御ユニット３２’が、これらの領域における温度及び／又は圧力値を決定し、これにより、この中間加熱面Ｚの熱バランスを決定する。そして、制御ユニット３２’の出力信号ＳＺは、適切な位置において既存の給水流動制御部３２内に組み込まれる。例示的な本実施形態では、組み込みは、減算要素５４と除算要素３４との間に挿入された追加的な減算要素Ｄを介して行われる。この場合、中間加熱面Ｚの熱吸収に対する特性値を表す出力信号は、この追加的な減算要素Ｄにより減算要素５４の出力信号から引かれ、この減算要素５４の出力信号は、除算要素３４に入力信号として送信される前の、蒸発器４で流動媒体に解放される熱力の特性を示す特性値を表す。従って、蒸発器の蒸発器加熱面４’及び４’’のバランスをとられた熱吸収は、介在型中間加熱面Ｚの熱吸収によって減少され、特定の加熱面配置に適用される給水質量流量に対する設定値が、規定されることができる。

図３は、図２で示される追加的な制御ユニット３２’の特別な一実施形態を示し、図３では、追加的な中間加熱面Ｚのバランスをとることが、流動媒体側で求められる。このために、流動媒体側のエンタルピーは、介在型加熱面４’及び４’’の入口及び出口で決定される。これは、圧力センサ１１０，２１０及び温度センサ１２０，２２０によって測定された、これらの位置での圧力及び温度のパラメータを変換することによって好ましくはなされる。介在型中間加熱面Ｚが、通常、追加的エコノマイザ加熱面であるので、中間加熱面Ｚを通って流れる流動媒体は、単相の流体である。それぞれの関数モジュール１００及び２００では、中間加熱面Ｚの対応する入口及び出口エンタルピーが、それぞれのパラメータを用いて決定される。減算要素３００により計算された、出口と入口との間のエンタルピー差が、乗算要素４００において、流動媒体の測定された質量流量６００に乗じられるので、介在型中間加熱面Ｚ内の流動媒体の熱吸収を知ることができる。この熱吸収は、介在型中間加熱面Ｚでの燃焼排ガス冷却に対応し、従って、蒸発器の蒸発的加熱面４’及び４’’に利用可能ではなく、且つバランスをとられた蒸発器熱入力から引かれる。

この場合、さらに、介在型加熱面の材料温度が変化する場合には、チューブ壁部の熱的吸収及び解放効果が、考慮されることが必要であるということが考慮される。チューブ壁部温度が時間と共に上昇する場合、例えば燃焼排ガスによって中間加熱面に解放された熱の一部は、流動媒体ではなくチューブ壁部のみに入り、且つチューブ壁部の温度を上昇させる。流動媒体側でのバランスから決定される、介在型加熱面の熱の量に関して、燃焼排ガスは、蒸発器加熱面では利用可能ではないより多くの量の熱を解放している。介在型加熱面のチューブ材料の温度が低下する場合には、逆のことが当てはまる。従って、蓄熱効果に起因してチューブ壁部内に導入された熱又はチューブ壁部から抽出された熱の量は、蒸発器加熱面に利用可能ではない、放出される燃焼排ガス熱を計算するために考慮されるべきである。従って、吸収及び解放される熱の量を計算するために、修正値が、好ましくは決定され、修正値は、介在型中間加熱面Ｚの適切な温度特性値の変化に基づいて決定される。簡略化するために、これは、通常、一次微分要素５４０によりなされる。この微分要素の入力信号は、通常、追加的な測定を用いて、又は入口及び出口で存在する温度の平均値の形成に基づいて、あるいは例えば熱力学的再計算などからの追加的な情報に基づいて、決定される。

図３では、微分要素５４０の入力信号は、２つの測定された温度特性値１２０及び２２０の算術平均を使用して形成される。このために、２つの温度特性値１２０及び２２０は、加算器５１０で合計され、且つ続く除算要素５３０において定数ｃ（定数要素５２０によって提供される）によって割られる。この算術平均を使用するために、中間加熱面のチューブ内の流路に沿う線形温度推移が、あらかじめ推定され、このため、このようにして形成された温度特性値が、動的プロセス中に中間加熱面の材料温度の変化を十分に正しく取得することが想定される。そして、これらの変化は、吸収及び解放された熱エネルギーに関して微分要素５４０により対応して評価され、これは、微分要素５４０が適切な時定数及びゲインでパラメータ化されなければならないことを意味する。

一実施形態を用いて図１〜図３を用いて上述された、制御方法の本発明による改良は、特許文献１及び特許文献２以外の実施形態に適用されてもよい。それら全体の開示では、後者が本発明によって包含されるよう意図され、従って、一緒に組み込まれる（参照による組み込み）。

４’，４’’ 蒸発器加熱面、Ｚ 中間加熱面、ＺＡ 出口チューブ、ＺＥ 入口チューブ

Claims (3)

1. 燃焼排ガスチャネルを有する熱回収蒸気発生器を運転するための制御方法であって、
   前記燃焼排ガスチャネル内では、前記燃焼排ガスチャネル内で連続して配置された少なくとも２つの蒸発器加熱面（４’，４’’）と、前記少なくとも２つの蒸発器加熱面（４’，４’’）の間に配置された少なくとも１つの中間加熱面（Ｚ）と、を有する蒸発器が設けられ、前記蒸発器内での熱吸収の特性を示す特性値が、前記少なくとも２つの蒸発器加熱面（４’，４’’）に対して決定される、制御方法において、
   追加的に前記少なくとも１つの中間加熱面（Ｚ）に対して、前記中間加熱面（Ｚ）の熱吸収に対する追加的な特性値が、決定され、当該中間加熱面（Ｚ）の熱吸収に対する追加的な特性値が、前記蒸発器内での熱吸収の特性を示す前記特性値から引かれ、前記熱回収蒸気発生器の給水質量流量又は給水量を制御するための修正値を得ることを特徴とする制御方法。
2. 前記少なくとも１つの中間加熱面（Ｚ）の熱吸収が、前記中間加熱面（Ｚ）の入口チューブ（ＺＥ）及び出口チューブ（ＺＡ）の領域での燃焼排ガスのパラメータを用いて決定されることを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
3. 前記少なくとも１つの中間加熱面（Ｚ）の熱吸収が、前記中間加熱面（Ｚ）の入口チューブ（ＺＥ）及び出口チューブ（ＺＡ）の領域における前記中間加熱面（Ｚ）を通って流れる流動媒体のパラメータを用いて決定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御方法。

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