KR100251011B1 - 관류 증기 발생기 - Google Patents

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악셀 부테를린
요아힘 프랑케
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칼 하인쯔 호르닝어
지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

증발기 가열표면(4)을 가진 관류 증기 발생기는 증기발생기에 할당된 기준값 L 에 의해 조절되는 노용 제어장치, 및 증발기 가열표면(4)내로의 급수 유동량에 대한 제어장치(6)를 포함한다. 증발기 가열표면(4)의 출구에서의 비 엔탈피의 오버슈트를 피하기위해, 급수 유동량의 기준값으로서
상기 값을 형성하기 위한 장치(8)가 급수제어장치(6)에 중첩된다. 상기식에서, hiE는 증발기 가열표면(4)의 입구에서의 비 엔탈피이고,는 제 1 파워상태 L1 로 함수발생기(10 내지 14)로 부터 인출된, 증발기 가열표면(4)내로의 열흐름에 대한 값이며 hSA(L2)는 제 2 파워상태 L2 로 함수 발생기(10 내지 14)로 부터 인출된, 증발기 가열표면(4)의 출구에서의 비 엔탈피에 대한 기준값이다. L1 은 증기 발생기 출력에 할당된 기준값 L 에 비해 지연된 제 1 파워상태이고, L2 는 제 1 파워상태보다 지연된 제 2 파워상태이다.

Description

[발명의 명칭]
관류 증기 발생기
[발명의 상세하 설명]
본 발명은 증발기 가열 표면, 흐름방향으로 볼때 상기 증발기 가열표면 앞에 접속된, 증발기 가열 표면내로의 급수 유동량을 세팅하기 위한 장치, 및 상기 장치에 설치된 제어장치를 포함하며, 상기 제어장치의 제어값은 급수 유동량이고 상기 제어장치의 급수 유동량에 대한 기준값은 증기 발생기 출력에 할당된 기준값 L에 따라 조절되도록 구성된 관류 증기 발생기에 관한 것이다.
이러한 관류 증기 발생기는 "VGB Kraftwerkstechnik 65", 제 1권, 1985 1월, 29페이지, 제6도에 개시되어 있다. 이 공지된 관류 증기 발생기에서는 급수 유동량과 증발기 가열표면내로의 열 흐름의 동기화를 위해 급수 유동량에 대한 기준값이 증기 발생기 출력의 기준값으로 부터 또는 증기 발생기 출력에 할당된 기준 값으로 부터 지연소자를 통해 안내된다. 다른 조치들은 상기 동기화를 위해 제공되지 않는다.
상기 공지된 관류 증기 발생기에서는 부하 변동으로 인한 증기 발생기 출력의 변동시 증발기 가열 표면의 출구에서의 비 엔탈피의 오버 슈트를 피할 수 없는 것으로 나타났다. 이러한 오버 슈트는 관류 증기 발생기의 수명을 감소시킬 뿐만 아니라 관류 증기 발생기로 부터 배출되는 신선한 증기의 온도 제어를 어렵게 한다.
본 발명의 목적은 증발기 가열 표면의 출구에서의 비 엔탈피의 상기 오버슈트를 현저히 줄이거나 완전히 없애는 것이다.
상기 목적은 전술한 방식의 관류 증기발생기가 본 발명에 따라 급수, 유동량에 대한 기준값으로서
상기 값을 형성하기 위해 장치가 제어장치에 설치되고, 증발기 가열 표면의 입구에서의 비 엔탈피의 실제값 hiE및 증기 발생기 출력에 할당된 기준값 L 이 입력값으로서 상기 장치에 공급되며, 상기 식에서,은 제 1 파워상태 L1 로 함수 발생기로 부터 고정 프리세트가능한 함수에 따라 인출된, 증발기 가열 표면내로의 열 흐름에 대한 값이고, hSA(L2)은 제 2 파워상태 L2 로 함수 발생기로 부터 고정 프리세트가능한 함수에 따라 인출된, 증발기 가열 표면의 출구에서의 비 엔탈피에 대한 기준값이며, 제 1 파워상태 L1는 제 1 지연소자에 의해 증발기 출력에 할당된 기준 값 L보다 지연된 파워 상태이고, 제 2 파워상태 L2 는 제 2 지연소자에 의해 제 1 파워상태 L1 보다 지연된 파워상태인 것을 특징으로 함으로써 달성된다.
증발기 가열 표면의 입구에서의 비 엔탈피 실제값의 처리는 증발기 가열표면 내로 흐르는 열흐름을 급수 유동량에 대한 기준값 측정을 위해 끌어내는 것을 가능하게 하므로, 증발기 가열 표면에 공급되는 급수 유동량이 증발기 가열 표면에 공급되는 열 흐름에 가급적 매칭될 수 있다. 따라서, 증발기 가열 표면의 출구에서의 비 엔탈피를 의도한 바대로 조절하는 것이 가능해진다.
바람직한 개선예에서는, 하기 값을 형성하기 위한 장치가
미분회로를 가지며, 상기 미분회로의 입력은 제 2 지연소자의 출력에 있는 제 2 파워상태 L2 에 또는 증발기 가열표면뒤에서 측정된 압력의 실제값에 접속되고, 상기 미분회로는 기준값으로 형성된 값을, 제 2 지연소자의 출력에 있는 제 2 파워상태 L2 또는 증발기 가열 표면 뒤에서 측정된 압력의 실제값이 증가할때 보정값만큼 일시적으로 감소시키며, 상기 제 2 파워상태 L2 또는 증발기 가열 표면 뒤에서 측정된 압력의 실제값이 강하할때 보정값만큼 일시적으로 증가시킨다. 이로인해, 증발기 가열 표면의 금속내로의 에너지 저장이 고려되므로, 증발기 가열 표면에 공급되는 급수 유동량이 상기 증발기 표면에 공급되는 열흐름에 보다 양호하게 매칭된다.
또다른 바람직한 실시예에서는, 하기 값을 형성하기 위한 장치가
미분작용을 하는 기능 소자를 가지며, 상기 소자의 입력은 증발기 가열 표면의 입구에서의 비 엔탈피의 실제값 hiE에 접속되고, 상기 소자는 기준 값으로 형성된 값을, 증발기 가열 표면의 입구에서의 비 엔탈피 실제값 hiE의 상승시 보정 값만큼 일시적으로 감소시키며 상기 실제값 hiE의 강하시 보정값만큼 일시적으로 증가시킨다. 이로인해, 증발기 가열표면내로 유입되는 급수 유동량 변동 및 온도변동의 영향이 증발기 가열표면에 동시에 나타나지 않게 된다.
바람직한 실시예는 특허청구범위 종속항에 제시된다.
본 발명 및 그 장점을 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명에 따른 관류 증기 발생기의 개략도이고, 제2도 및 제3도는 제1도에 따른 관류 증기 발생기의 증발기 가열표면의 출구에서의 비 엔탈피의 시간에 따른 다이어그램이다.
제1도에는 급수 제어장치가 도시되어 있다. 노의 제어는 전술한 간행물 "VBG Kraftwerkstechnik 65"에 제시되어 있다.
제1도에 따른 관류 증기 발생기는 도시되지않은 가스통로에 놓인 급수 예열 표면(이콘마이저 가열표면)(2)을 갖는다. 급수펌프(3)는 상기 급수 예열표면(2) 앞에 설치되고 증발기 가열표면(4)은 상기 급수 예열표면(4) 뒤에 설치된다. 급수펌프(3)로부터 급수 예열표면(2)으로 안내되는 급수라인에는 급수라인을 통과하는 급수 유동량(=유동량의 시간적 편차)을 측정하기 위한 측정장치(5)가 배치된다. 또한, 증발기 가열표면(4)의 입구에서의 급수의 비 엔탈피의 실제값 hiE을 측정하기 위한 측정장치(9)가 급수 예열표면(2)과 증발기 가열표면(4) 사이의 연결라인에서 증발기 가열표면(4)의 입구에 제공된다.
매우 신속한 제어기, 즉 PI 제어기(6)가 급수 펌프(3)의 구동 모터에 설치되며, 측정장치(5)로 측정된 급수 유동량의 제어편차가 제어값으로서 상기 제어기(6)의 입력에 인가된다. 급수 유동량에 대한 기준값을 형성하기 위한 장치(8)가 상기 제어기(6)에 설치된다. 상기 장치(8)는 입력 값으로서 한편으로는 기준값 발생기(7)로부터 출력된, 관류 증기 발생기의 출력에 대한 기준값(L), 및 다른 한편으로는 측정장치(9)에 의해 측정된, 증발기 가열 표면(4)의 입구에서의 비 엔탈피의 실제값 hiE을 얻는다.
작동중에 항상 시간적으로 변하며 (도시되지않은) 노 제어회로에서 직접 연료 제어기로 전달되는, 관류 증기 발생기의 출력에 대한 기준값 L 은 장치(8)의 제 1 지연소자(13)의 입력에 공급된다. 보다 높은 차수의, 예컨대 2차수의 상기 지연소자(13)는 제 1 신호 또는 지연된 제 1 파워상태 L1 를 전달한다. 상기 제 1 파워상태 L1 는 장치(8)의 함수 발생기의 함수 발생기 유니트(10) 및 (11)의 입력에 공급된다. 함수 발생기 유니트(10)의 출력에는 급수 유동량에 대한 값이 나타나며, 함수 발생기 유니트(11)의 출력에는 증발기 가열표면(4)의 출구에서의 비 엔탈피 hiA와 상기 증발기 가열표면(4)의 입구에서의 비 엔탈피 hiE의 차이에 대한 값 △h(L1)이 나타난다. 값및 L1 의 함수인 △h는 함수발생기 유니트(10) 또는 (11)에 지정되어 있다. 이것들은 관류 증기발생기의 정상 동작시 각각 측정되어 함수 발생기 유니트(10) 및 (11)내로 입력된및 △h에 대한 정상 값으로 부터 결정된다. 가능한 함수는 유니트(10) 및 (11)의 박스에 기입된다. 그에 따라 각각 부하값 L 의 35% 내지 100% (=전 부하) 범위에서 비례적으로 상승하는 또는 강하하는 함수 곡선이 나타난다.
함수 발생기 유니트(10) 및 (11)의 출발 값및 △h (L1)은 장치(8)의 함수 발생기의 승산기(14)에서 승산된다. 얻어진 적은 파워상태 L1에서 증발기 가열표면(4)내로의 열 흐름에 상응한다. 상기 값은 분자로서 제산기(15)에 입력된다.
가산기(19)에 의해 형성된, 증발기 가열표면(4)의 출구에서의 비 엔탈피의 기준값 hSA(L2)과, 측정장치(9)에 의해 측정되는 증발기 가열표면(4)의 입구에서의 비 엔탈피의 실제값 hiE사이의 차리가 분모로서 제산기(15)에 입력된다.
기준값 hSA(L2)은 장치(8)의 함수 발생기의 제 3 함수 발생기 유니트(12)에서 인출된다. 함수 발생기 유니트(12)의 입력값은 제 2 지연소자(16), 특히 1차수의 지연소자의 출력에 생기며, 상기 지연소자의 입력값은 제 1 지연소자(13)의 출력에서의 제 1 파워상태 L1 이다. 따라서, 제 3 함수 발생기 유니트(12)의 입력 값은 제 1 파워상태 L1 에 비해 지연된 제 2 파워상태 L2 이다. L2 의 함수인 값 hSA(L2)은 제 3 함수 발생기 유니트(12)에 지정되어 있다. 이것은 각각 관류 증기발생기의 정상 동작시 얻어져서 제 3 함수 발생기 유니트(12)내로 입력된 hSA에 대한 값으로 부터 결정된다. 가능한 함수는 유니트(12)의 박스에 기입된다. 그에 따라 부하값 L 의 35% 내지 100% (=전 부하) 범위에서 선형으로 강하하는 함수곡선이 나타난다.
제산기(15)의 출력에서 급수 유동량에 대한 기준값
이 인출되며, 가산기(23)에서 상기 기준값과, 장치(5)로 측정된 급수 예열 표면(2)내로의 급수 유동량에 대한 실제값과의 제어 편차가 형성되어 제어기(6)에 공급된다.
제 2 지연소자(16)의 출력은 바람직하게는 미분회로(17)의 입력에 접속되고, 상기 미분회로(17)의 출력은 가산기(18)에 네가티브로 접속된다. 상기 가산기(18)는 증발기 가열표면(4)내로 열흐름에 대한 값을 미분회로(17)의 출력신호만큼 보정한다. 미분회로(17)의 입력은 제1도에 파선으로 표시된 바와같이 증발기 가열 표면(4) 뒤에서(예컨대, 흐름방향으로 볼때 상기 증발기 가열표면(4) 뒤에 접속된 관류 증기발생기의 과열기 가열 표면 뒤에서도) 압력 Pi의 실제값을 측정하기 위한 장치(30)에 놓인다. 미분회로(17)의 입력과 압력 Pi의 실제값을 측정하기 위한 상기 장치(30) 사이에는 하나의 함수 발생기가 접속될 수 있으며, 상기 함수 발생기는 예컨대 출력신호로서 측정된 압력에 상응하는 포화 증기 온도를 미분회로(17)에 전달한다.
바람직하게는, 또다른 미분회로(24)가 미분작용을 하는 기능소자로서 제공될 수 있다. 상기 미분회로(24)는 측정장치(9)로 측정된, 증발기 가열표면(4)의 입구에서의 비 엔탈피의 실제값을 입력값으로 얻는다. 미분회로(24)의 출력은 마찬가지로 가산기(18)에 네가티브로 접속된다.
표준 정상 부하 동작에서 관류 증기 발생기는 정상상태이며, 증기 발생기 출력에 대한 기준값이 일정하다. 따라서, 지연소자(13)의 출력에서의 파워상태 L1, 및 지연소자(16)의 출력에서의 파워상태 L2 가 일정하다. 이것들은 기준값 L 과 동일한 값을 갖는다.
관류 증기 발생기가 정상 상태로 정상동작할때 hiE는 증발기 가열표면(4)의 입구에서의 비 엔탈피에 대한 정상 값에 상응하고 장치(8)로 부터 출력되는 값은 급수 예열 표면(2) 및 그에 따라 증발기 가열표면(4)내로의 급수흐름에 대한 정상 기준값에 상응한다.
승산기(14)에서 형성된 적은 증발기 가열 표면(4)내로의 열흐름에 대한 정상 값에 상응한다.
기준값 발생기(7)에서의 증기 발생기 출력에 대한 기준값 L 이 변하면, 증발기 가열표면(4)내로의 열 흐름에 대한 새로운 정상 값이 지연후에 세팅되는데, 그 이유는 관류 증기 발생기의 노가 지연후에 증기발생기 출력의 기준값 L의 변경에 따르기 때문이다. 이것은 장치(8)의 제 1 지연소자(13)에 의해 고려된다(동기화).
증발기 가열표면(4)을 통해 흐르는 유동량은 최후 시간을 필요로하기 때문에, 상기 증발기 가열표면(4)내로의 열흐름의 변경시 증발기 가열표면(4)의 출구에서의 비 엔탈피 hiE가 또다른 지연후 변한다. 이것은 장치(8)의 제 2 지연소자(16)에 의해 고려된다.
급수 유동량에 대한 기준값의 형성시 증발기 가열표면(4)의 입구에서 측정된 비 엔탈피 hiE의 고려는 특히 관류 증기 발생기의 외부에서의 시간적 급수 가열상태에 따라 이루어진다.
출력상태 L2 가 시간적으로 상승하고 증발기 가열표면(4)의 금속 가열이 증발기 가열표면(4)내의 유동량에 이르는 열 흐름을 줄이면, 미분회로(17)는 한편으로는 급수흐름에 대한 기준값을 상승하는 보정값만큼 감소시킨다. 출력상태 L2 가 시간적으로 강하하고 증발기 가열표면(4)의 금속 냉각이 증발기 가열표면(4)내의 유동량에 이르는 열흐름을 증가시키면, 미분회로(17)는 다른 한편으로는 기준값을 상응하는 보정값만큼 증가시킨다.
미분회로(17)의 출력은 경우에 따라 스케일링 소자를 통해 가산기(19)에 포지티브로 접속될 수 있다.
증발기 가열표면(4)의 입구에서의 비 엔탈피의 실제값 hiE이 증가하면, 미분회로(24)는 한편으로는 관류 증기발생기내로의 급수 유동량에 대한 기준값을 감소시킨다. 실제값 hiE이 시간에 따라 강하하면, 미분회로(24)는 다른 한편으로는 기준값을 보정값만큼 증가시킨다. 미분회로(24)의 출력은 경우에 따라 스케일링 소자를 통해 가산기(19)에 포지티브로 접속될 수 있다.
미분회로(24)는 미분작용을 하는 순수한 기능소자일 수 있다. 그러나, 상기 미분회로(24)는 미분작용을 수정하는 부가의 계산 소자를 포함할 수도 있다.
제2도에 도시된, 시간 t 에 따른 증발기 가열표면(4)의 출구에서의 4개의 비 엔탈피 hiA(KJ/㎏) 곡선(I 내지 IV)은 관류 증기 발생기에서 상기 증기 발생기의 출력에 대한 기준값 L 이 200초내에 50% 에서 100%로 램프형으로 변할때 측정되었다. 상응하는 것이 제3도에 도시된, 관류 증기 발생기의 출력에 대한 기준값 L 이 200초내에 100%에서 50%로 램프형으로 변할때 4개의 비 엔탈피 hiA(KJ/㎏)의 시간에 따른 곡선(I 내지 IV)에도 적용된다.
제2도 및 3도에 도시된 곡선 I는 함수 발생기 유니트(10)의 출력값이 제어기(6)에 대한 보정되지않은 기준값인 경우에 적용된다. 곡선 II은 제1도에 따른 회로에 미분회로(17) 및 (24)가 없는 경우에 적용된다. 곡선 III은 미분회로(24)가 없는 제1도에 따른 회로에 적용된다. 곡선 IV은 제1도에 따른 회로에 적용된다. 제2도 및 3도의 다이어그램은, 곡선 IV을 가지는 제1도에 따른 완전한 회로가 증발기 가열 표면(4)의 출구에서의 비 엔탈피 hiA의 오버슈트를 가급적 완전히 피한다는 점에서 가장 바람직한 것을 나타낸다.
제1도에서 엔탈피 보정 제어기(20)는 단지 파선으로만 도시되어 있고, 상기 엔탈피 보정 제어기의 입력은 가산기(21)의 출력에 접속된다. 상기 가산기(21)에는 제3함수 발생기 유니트(12)의 출력에서 출력되는 기준값 hSA(L2)이 포지티브로 공급되고, 증발기 가열표면(4)의 출구에서의 비 엔탈피의 실제값 hiA이 네가티브로 공급된다. 상기 실제값 hiA은 증발기 가열표면(4)의 배출 라인내에 있는 측정장치(22)로 측정된다. 제어기 출력에서의 보정신호는 장치(8)의 가산기(19)에 포지티브로 공급된다.
상기 엔탈피 보정제어기(20)는, 증발기 가열표면(4)의 출구에서의 비 엔탈피의 측정된 실제값 hiA이 예컨대 관류 증기 발생기에 공급된 연료의 가열값 연동 또는 관류 증기 발생기의 연소실에서 노 위치의 변동과 같은 외부 영향으로 인해, 제3 함수 발생기 유니트(12)로부터 출력된 증발기 가열표면(4)의 출구에서의 비 엔탈피에 대한 기준값 hSA(L2)으로 부터 벗어날때 바람직한 방식으로 관류 증기 발생기내로의 급수 유동량의 기준값을 보정한다.

Claims (8)

  1. 증발기 가열표면(4), 흐름방향으로 볼 때 상기 증발기 가열표면(4) 앞에 접속된, 증발기 가열표면(4) 내로의 급수 유동량을 세팅하기 위한 장치(3), 및 상기 장치에 설치된 제어장치(6)를 포함하며, 상기 제어장치의 제어값은 급수 유동량이고 상기 제어장치의 급수 유동량에 대한 기준값은 증기발생기 출력에 할당된 기준값 L 에 따라 조절되도록 구성된 관류 증기 발생기에 있어서, 급수 유동량에 대한 기준값
    상기 값을 형성하기 위한 장치(8)가 제어장치(6)에 설치되고, 증발기 가열표면(4)의 입구에서의 비 엔탈피의 실제값 hiE및 증기 발생기 출력에 할당된 기준값 L 이 입력값으로서 상기 장치(8)에 공급될 수 있고, 상기 식에서,은 제 1 파워상태 L1 로 제 1 함수 발생기(10, 11, 12, 14)로부터 고정 프리세트 가능한 함수에 따라 인출된, 증발기 가열표면(4)내로의 열흐름에 대한 값이고, hSA(L2)은 제 2 파워상태 L2 로 함수 발생기(10, 11, 12, 14)로 부터 고정 프리세트 가능한 함수에 따라 인출된, 증발기 가열표면(4)의 출구에서의 비 엔탈피에 대한 기준값이며, 제 1 파워상태 L1 는 제 1 지연소자(13)에 의해 증발기 출력에 할당된 기준값 보다 지연된 파워상태이고, 제 2 파워상태 L2 는 제 2 지연소자(16)에 의해 제 1 파워상태 L1 보다 지연된 파워상태인 것을 특징으로 하는 관류 증기 발생기.
  2. 제1항에 있어서, 하기 값을 형성하기 위한 장치(8)가
    미분회로(17)를 가지며, 상기 미분회로(17)의 입력은 제 2 지연소자(16)의 출력에 있는 제 2 파워상태 L2 에 또는 증발기 가열표면(4) 뒤에서 측정된 압력의 실제 값에 접속되고, 상기 미분회로(17)는 기준값으로 형성된 값을, 제 2 지연소자(16)의 출력에 있는 제 2 파워상태 L2 또는 증발기 가열표면(4) 뒤에서 측정된 압력의 실제 값이 증가할 때 보정값만큼 일시적으로 감소시키며, 상기 제 2 파워상태 L2 또는 증발기 가열표면(4) 뒤에서 측정된 압력의 실제값이 강하할 때 보정값만큼 일시적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 관류 증기 발생기.
  3. 제1항에 있어서, 하기 값을 형성하기 위한 장치(8)가
    미분작용을 하는 기능소자(24)를 가지며, 상기 소자(24)의 입력은 증발된 가열표면(4)의 입구에서의 비 엔탈피의 실제값 hiE에 접속되고, 상기 소자(24)는 기준값으로서 형성된 값을, 증발기 가열표면(4)의 입구에서의 비 엔탈피 실제값 hiE의 상승시 보정값만큼 일시적으로 감소시키며 상기 실제값 hiE의 강하시 보정값만큼 일시적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 관류 증기 발생기.
  4. 제1항에 있어서, 엔탈피 보정 제어기(20)가 제공되고, 상기 제어기(20)의 제어 입력에는 제어 편차로서 값(hSA(L2)-hiE)이 놓이며 그것의 제어 출력에서는 차(hSA(L2)-hiE)에 가산되는 보정값이 출력될 수 있으며, 상기 hiA는 증발기 가열표면(4)의 출구에서의 비 엔탈피의 실제값인 것을 특징으로 하는 관류 증기 발생기.
  5. 제1항에 있어서, 함수 발생기(10, 11, 12, 14)는 제 1 파워상태 L1 를 공급받는 제 1 및 제 2 함수 발생기 유니트(10, 11)를 포함하며, 상기 유니트의 출력신호(, △h(L1)가 승산기(14)에 공급되는 것을 특징으로 하는 관류 증기 발생기.
  6. 제5항에 있어서, 함수 발생기(10, 11, 12, 14)가 제 2 파워상태 L2를 공급받는 제 3 함수 발생 유니트(12)를 포함하며, 상기 유니트의 출력신호(hSA(L2)가 가산기(12)에 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 관류 증기 발생기.
  7. 제1항에 있어서, 장치(8)가 값을 형성하기 위한 분할기(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 관류 증기 발생기.
  8. 제1항에 있어서, 증발기 가열 표면(4)의 입구 및/또는 출구에서의 비 엔탈피의 실제값을 검출하기 위해 측정장치(5, 9)가 제공되는 것을 특징으로 하는 관류 증기 발생기.
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