WO1998023853A1 - Verfahren zur optimierung des betriebes von fossil befeuerten kraftwerksanlagen - Google Patents

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Wolfgang Benesch
Georg HÄNDEL
Dietmar Gocht
Matthias Lange
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Steag Ag
Ketek Engineering Gmbh Energie- Und Umwelttechnik
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Classifications

    • 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
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting

Definitions

  • the invention relates to a method for optimizing fossil-fired power plants.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method with which power plant systems can be operated in an economically optimal manner.
  • the potential of the respective system should be used in the best possible way by optimizing the operating mode.
  • the object is achieved according to the invention in that the economic benefit of measures to improve the efficiency of the system and, moreover, the necessary economic effort is determined, and that depending on the comparison of the economic benefit and the economic effort of or for improvement measures, it is decided whether, when and / or which improvement measures are to be carried out.
  • the improvement measures are changes in the operating sequence and / or interventions during operation or maintenance, retrofitting and / or conversion measures when the plant is out of operation.
  • the operational sequence without downtime it is e.g.
  • it is advantageous to intervene in the system control for example to blow soot or to correct the excess air, etc., but taking into account and taking into account the effort required for this, for example how high the steam consumption, according to the invention (or compressed air consumption) of the soot blowers used, so that an estimate can be made as to whether the efficiency improvement measures are economically sensible and, if this is not the case, may not be carried out or only later.
  • the current state of the plant is compared with the state achievable by operational means on the basis of measured values provided by a process control system and calculations based on plant models.
  • improvement measures are economically evaluated according to a graduated catalog of measures.
  • the catalog of measures preferably includes an immediate intervention in the operational sequence, for example to correct the excess air, but also with regard to the soot blowing of selected or all heating surfaces, a condenser cleaning or also the adjustment or readjustment of injection control loops.
  • the cost reduction by reducing the excess air to increase costs by increasing the reheater (ZU) injection can be related or evaluated.
  • ZU reheater
  • sootblowers when sootblowers are used, the costs for air and compressed air can be compared with the costs saved due to the reduced exhaust gas loss.
  • the actual efficiencies are advantageously determined from measured operating values and calculated values.
  • the information about the process status is preferably provided by a process control system. It is particularly advantageous if the calculation of the operating values includes system model calculations.
  • Plant models are preferably combustion calculations, fire chamber model, boiler model, models of the water-steam cycle, these operating values preferably being based on measured operating values, for example air and / or flue gas values and current values. These calculated and / or measured operating values allow the determination of key figures such as boiler or System efficiency beyond statements, inter alia, about the state of contamination of individual heating surfaces in the boiler.
  • Operating optimization systems which operate in particular using computers and computer programs according to the method according to the invention, are preferably independent of the process control system of the system. The process control system only provides the measured values required for the evaluation and operating value calculations.
  • the determination of the increased operating costs of the current driving style compared to the economically optimal plant operation is preferably achieved by iterative optimization calculations.
  • the method according to the invention is preferably suitable for saving primary energy by uncovering and utilizing operating reserves of the respective system.
  • the method according to the invention can also be used with great advantage for the following applications:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zur Optimierung von fossil befeuerten Kraftwerksanlagen wird das Potential einer Anlage bestmöglich in betriebstechnischer und insbesondere in betriebswirtschaftlicher Hinsicht dadurch genutzt, daß die wirtschaftlichen Auswirkungen der Änderung ausgewählter Betriebsparameter unter Berücksichtigung des dafür erforderlichen wirtschaftlichen Aufwands ermittelt werden, und auf der Basis dieser Betriebsmehrkosten entschieden wird, ob, wann und/oder welche Maßnahmen zur Minimierung der Betriebsmehrkosten vorgenommen werden.

Description

Verfahren zur Optimierung des Betriebes von fossil befeuerten Kraftwerksanlagen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung von fossil befeuerten Kraftwerksanlagen.
Für fossil befeuerte Kraftwerksanlagen sind Verfahren und Systeme bekannt, mit denen die Kraftwerksanlagen während des Betriebs überwacht und der Wirkungsgrad festgestellt wird. Weiterhin sind Verfahren bekannt, um durch entsprechende Steuer- und Regelangriffe den Wirkungsgrad von Kraftwerksanlagen während des Betriebs zu verbessern.
Um den Wirkungsgrad von Kraftwerksanlagen zu erhöhen bzw. nicht unter einen Mindestwert abfallen zu lassen, ist es erforderlich, Ertuchtigungs- und Instandhaltungsmaßnahmen durchzuführen, während denen die Kraftwerksanlage außer Betrieb ist. Darüber hinaus ist es üblich, Wartungs-, In- standhaltungs- und Ertüchtigungsprogramme während des Be- triebsablaufs, oder bei Stillstand der Anlage in einem bestimmten, festgelegten Zeitrhythmus vorzunehmen.
Die oben beschriebene weitverbreitete Praxis ist vergleichsweise unflexibel und berücksichtigt keine wirt- schaftlichen Gesichtspunkte.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Kraftwerksanlagen insbesondere wirtschaftlich optimal betrieben werden können. Das Po- tential der jeweiligen Anlage soll durch Optimierung der Betriebsweise bestmöglich genutzt werden.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der wirtschafltiche Nutzen von Maßnahmen zur Verbesserung des Anlagen- Wirkungsgrades und darüber hinaus der dafür erforderliche wirtschaftliche Aufwand festgestellt wird, und daß in Abhängigkeit vom Vergleich des wirtschaftlichen Nutzens und des wirtschaftlichen Aufwands von bzw. für Verbesserungsmaßnahmen entschieden wird, ob, wann und/oder welche Verbesserungsmaßnahmen vorgenommen werden.
Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise aus dem Vergleich der wesentlichen wirtschaftlichen Auswirkungen der Verbesserungsmaßnahmen und dem dabei zu erwartenden wirtschaftlichen Nutzen einerseits und dem für die Durchfüh- rung der Maßnahmen erforderlichen Aufwand ist es möglich, daß Kraftwerksanlagen wirtschaftlich optimal zu betreiben sind.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Verbesserungsmaßnahmen Änderungen des Betriebsablaufs und/oder Eingriffe während des Betriebs oder Wartungs-, Ertüchtigungsund/oder Umbaumaßnahmen bei Betriebsstillstand. Während des Betriebsablaufs ohne Betriebsstillstand ist es z.B. zur Optimierung des Anlagenwirkungsgrads vorteilhaft, in die Anlagenregelung einzugreifen, beispielsweise Ruß zu blasen oder eine Korrektur des LuftüberSchusses usw. vorzunehmen, wobei jedoch gemäß der Erfindung berücksichtigt und in Erwägung- gezogen wird, welcher Aufwand dafür er- forderlich ist, beispielsweise wie hoch der Dampfverbrauch (bzw. Druckluftverbrauch) der eingesetzten Rußbläser ist, so daß dadurch eine Abschätzung getroffen werden kann, ob die Wirkungsgrad- Verbesserungsmaßnahmen wirtschaftlich sinvoll sind und, wenn dies nicht der Fall ist, gegebenenfalls nicht oder erst später durchgeführt werden.
Das gleiche gilt für Wartungs-, Ertuchtigungs- und/oder Umbaumaßnahmen bei Betriebsstillstand. Durch die Ermitt- lung und Abschätzung des Aufwands solcher Maßnahmen und/oder der wirtschaftlichen Einbußen bei Betriebsstillstand und das In-Beziehung-Setzen dieser Ermittlungen mit dem wirtschaftlichen Nutzen durch die dadurch erfolgte Verbesserung des Anlagen- Wirkungsgrads ist es möglich, nicht nur aus verfahrenstechnischer, sondern auch aus wirtschaftlicher Sicht zu entscheiden, ob Verbesserungs- maßnahmen und wenn ja, welche dieser Maßnahmen, und insbesondere auch wann diese -etwa während einer ohnehin erforderlichen Betriebsunterbrechung- vorgenommen werden sollen.
Gemäß der Erfindung wird der aktuelle Zustand der Anlage auf der Basis von Meßwerten, die von einem Prozeßleitsystem bereitgestellt werden, sowie von Berechnungen anhand von Anlagenmodellen mit dem durch betriebliche Mittel erreichbaren Zustand verglichen. Um diesen insbesondere auch wirtschaftlich optimal möglichen Anlagenzustand zu erreichen, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, Verbesserungsmaßnahmen nach einem abgestuften Maßnahmenkatalog wirtschaftlich zu bewerten. Vorzugsweise umfaßt der Maßnahmenkatalog in Abstufungen einen sofortigen Eingriff in den Betriebsablauf, beispielsweise zur Korrektur des Luftüberschusses, aber auch hinsichtlich der Ausübung des Rußblasens von ausgewählten oder allen Heizflächen, eine Kondensatorreinigung oder auch die Justierung oder Nachjustierung von Einspritzre- gelkreisen. Je nach dem Ergebnis eines Vergleichs zwischen Aufwand und Nutzen ist es gegebenenfalls vorteilhaft, sofortige Maßnahmen während des Betriebs vorzunehmen oder einen Kurzstillstand für Ertüchtigungsmaßnahmen beispielsweise für das Auswechseln oder Anbringen von Lu- vo-Dichtleisten zu nutzen, oder es wird ein Wartungsstillstand und/oder eine Betriebsunterbrechung für eine Revision für Ertüchtigungsmaßnahmen oder für größere Umbauten, z.B. Ventilatorertüchtigungen, ausgenutzt.
Zum betriebswirtschaftlichen Vergleich des Nutzens von Verbesserungenmaßnahmen gegenüber dem dafür erforderlichen Aufwand muß beispielsweise die Kostenreduzierung durch Verringerung des Luftüberschusses zur Kostensteigerung durch Erhöhung der Zwischenüberhitzer (ZU)- Einspritzung in Beziehung gesetzt bzw. bewertet werden. Beispielsweise sind beim Einsatz von Rußbläsern die Da pf- bzw. Druckluftkosten mit den eingesparten Kosten des dadurch verringerten Abgasverlustes zu vergleichen.
Sehr vorteilhaft ist ein Ausführungsbeispiel mit folgenden Verfahrensschritten; - Ermitteln einer Wirkungsgradabnahme der Anlage durch
Vergleich eines Ist- Wirkungsgrads mit dem unter den aktuellen Betriebsbedingungen bestmöglichen (optimalen) Wirkungsgrad,
- Ermitteln der Kosten, die bei Änderungen des Betriebs- ablaufs und/oder bei Eingriffen während des Betriebsstillstands zur Verbesserung des Anlagen- Wirkungsgrads entstehen,
- Ermitteln der wirtschaftlichen Einbußen, die durch die Wirkungsgradabnahme der Anlage entstehen, - Vergleichen von Kosten mit den wirtschaftlichen Einbußen und
- Entscheiden auf der Grundlage dieses Vergleichs, ob, wann und/oder welche Maßnahmen vorgenommen werden.
Vorteilhafterweise werden die Ist- Wirkungsgrade (Kessel und Block) aus Betriebsmeßwerten und berechneten Werten ermittelt. Vorzugsweise werden die Informationen über den Prozeßzustand von einem Prozeßleitsystem bereitgestellt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das Berechnen der Betriebswerte Anlagemodell- Berechnungen umfaßt. Die
Anlagemodelle sind dabei vorzugsweise Verbrennungsberechnungen, Feuerraummodell, Kesselmodell, Modelle des Wasser- Dampf- Kreislaufs, wobei vorzugsweise diese berechneten Betriebswerte auf gemessenen Betriebswerten, beispielsweise Luft- und/oder Rauchgaswerten,- Stromwerten, basieren. Diese berechneten und/oder gemessenen Betriebswerte erlauben über die Ermittlung von Kennzahlen wie Kesselbzw. Anlagenwirkungsgrad hinaus Aussagen u.a. über den Verschmutzungszustand einzelner Heizflächen im Kessel Be- triebsoptimierungssysteme, die insbesondere unter Einsatz von Rechnern und EDV-Programmen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten, sind vorzugsweise unabhängig vom Prozeßleitsystem der Anlage. Das Prozeßleitsystem stellt lediglich die für die Auswertungs- und Betriebswerte- Rechnungen erforderlichen Meßwerte bereit.
Die Ermittlung der erhöhten Betriebskosten der aktuellen Fahrweise im Vergleich zum wirtschaftlich optimalen Anlagenbetrieb wird vorzugsweise durch iterative Optimie- rungsrechnungen erreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise dazu geeignet, Primärenergie durch Aufdecken und Nutzen von Betriebsreserven der jeweiligen Anlage einzusparen. Das er- findungsgemäße Verfahren ist jedoch auch mit großem Vorteil für folgende Anwendungen einsetzbar:
- Bewerten von bekannten Verlustquellen beim Kraftwerksbetrieb und/oder bei Teilbereichen des Krafwerkbe- triebs, - Hinweisen auf Anlagenkomponenten, die vom optimalen Betriebspunkt abweichen, unter Berücksichtigung der im aktuellen Lastfall vorliegenden Randbedingungen,
- Maximierung des Informationsgehalts von Betriebsmeßdaten, - Ermittlung fehlerhafter bzw. nicht plausibler Messwerte .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Optimierung des Betriebs von fossil befeuerten Kraftwerksanlagen, dadurch g e k e n n z- e i c h n e t, daß die wirtschaftlichen Auswirkungen der Änderung ausgewählter Betriebsparameter unter Berücksichtigung des dafür erforderlichen wirt- schafltichen Aufwands ermittelt werden, und auf der Basis dieser Betriebsmehrkosten entschieden wird, ob, wann und/oder welche Maßnahmen zur Minimierung der Betriebsmehrkosten vorgenommen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahmen Eingriffe während des Betriebs oder Wartungs- Ertuchtigungs-, Instandhaltungsund/oder Umbaumaßnahmen bei Betriebsstillstand sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß Verbesserungsmaßnahmen nach einem ab- gestuften Maßnahmenkatalog in Abhängigkeit von der Ursache der Betriebsmehrkosten eingeleitet werden können.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Maßnahmenkatalog
- einen sofortigen Eingriff in den Betriebsablauf,
- eine spätere Maßnahme unter Nutzung eines Kurz- stillstand und/oder
- eine spätere Maßnahme unter Nutzung eines Wartungsstillstands oder einer Betriebsunterbrechung für eine Revision umfaßt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - Ermitteln einer Wirkungsgradabnahme der Anlage durch Vergleich eines Ist- Wirkungsgrad mit einem optimalen Wirkungsgrad, - Ermitteln der Kosten, die durch Maßnahmen zur Verbesserung des Anlagenwirkungsgrads bei Änderung des Betriebsablaufs und/oder bei Eingriffen während des Betriebsstillstands entstehen, - Ermitteln der wirtschaftlichen Einbußen, die durch die Wirkungsgradabnahme der Anlage entstehen,
- Vergleichen der Kosten mit den wirtschaftlichen Einbußen und
- Entscheiden auf der Grundlage dieses Vergleichs, ob, wann und/oder welche Maßnahmen vorgenommen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist- Wirkungsgrad aus Betriebsmeßwerten und/oder berechneten Werten ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Prozeßleitsystem die Betriebsmeßwerte bereitstellt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 , dadurch gekennzeichnet, daß das Berechnen eine Vielzahl von Betriebswerten Anlagenmodell- Berechnungen umfaßt.
9. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagenmodelle Verbrennungsvorgänge, Feuerraummodelle, Kesselmodelle, Modelle des Wasserdampf- kreislaufs und/oder thermodynamische Bilanzen umfaßt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anwendung zur Bewertung von bekannten Verlustquellen beim Kraftwerksbetrieb und/oder in Teilbereichen des Kraftwerksbetriebs.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anwendung zur Ermittlung fehlerhafter bzw. nicht plausibler Meßwerte.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anwendung zur Kennzeichnung von Anlagen-Komponenten, die unter Berücksichtigung der im aktuellen Lastfall vorliegenden Randbedingungen vom optimalen Betriebspunkt abweichen.
PCT/EP1997/006466 1996-11-27 1997-11-19 Verfahren zur optimierung des betriebes von fossil befeuerten kraftwerksanlagen WO1998023853A1 (de)

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