Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Temperaturkontrolle von Dampf in einem Kessel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturkontrolle von Dampf in einem Kessel und eine entsprechende Vorrichtung
Ein fossil befeuerter Dampferzeuger oder Kessel einer Kraftwerksanlage besteht in der Regel aus einem Brennraum, einem Verdampferraum und einem System von Wärmetauschern, die sich an den Verdampferraum anschließen. Es existieren viele unter schiedliche Ausführungsformen der Kesselaufbauten, wie z.B. Trommelkessel oder Bensonkessel . In einer Variante besteht der Verdampferraum aus einer Rohranordnung, die in direktem Wärmekontakt mit dem Brennraum steht. Im Verdampferraum wird das aus einem Speisewasservorwärmer geförderte Speisewasser bis zur Sattdampftemperatur verdampft. Anschließend wird der Dampf durch das System von ebenfalls meist rohrartig ausge¬ führten Wärmetauschern geführt, in dem die Dampftemperaturen auf die von den Turbinen geforderten Eintrittstemperaturen gebracht werden. Üblicherweise ist das System von Wärmetau¬ schern aus mindestens einem Überhitzer, Zwischenüberhitzer, Economizer und Luftvorwärmer aufgebaut.
Bei der Verbrennung fester fossiler Brennstoffe wird Flugasche freigesetzt, die im Rauchgasstrom zum Rauchgasauslass transportiert und dann abgeschieden oder rezirkuliert wird. Ein Teil der Asche setzt sich dabei auf den Wärmetauscherroh ren und anderen Kesseleinbauten ab und bildet dort teilweise dicke Ablagerungsschichten, die sich, in Abhängigkeit der Kohlequalität, noch zusätzlich verbacken können. Diese Ablagerungen vermindern einerseits den Wärmeübergang, andererseits blockieren sie den Abgasweg, und nicht zuletzt können sich solch große Konglomerate bilden, die, wenn sie sich irgendwann von ihrer Unterlage lösen, beim Absturz auf Grund ihrer kompakten Masse und hoher Fallgeschwindigkeit erhebli¬ chen mechanischen Schaden verursachen können. Daher wird mit
tels Dampfbläsern oder Wasserbläsern dieser Belag von Zeit zu Zeit entfernt. Dieser Vorgang wird „Rußblasen" genannt. Da¬ nach ändern sich der Wärmeübergang und damit die Dampftemperatur in den gereinigten, und auch in den ungereinigten Kes- selbereichen erheblich. Nach Beendigung aller Reinigungsmaßnahmen verschmutzt der Kessel wieder allmählich, was wiederum den Wärmeübergang und die Dampftemperaturen entsprechend verändert . Das Rußblasen erfolgt daher in herkömmlicher Weise stets vor dem Hintergrund, die Verschmutzung des Kessels möglichst glo¬ bal zu beseitigen. Vielfach wird zyklisch Ruß geblasen, wobei die Reihenfolge der Rußbläser dem thermischen Zustand des Kessels entsprechend manuell angepasst wird oder entsprechend häufig geblasen wird, so dass keine unkontrollierbaren thermischen Zustände entstehen.
Wird ein automatisches System zum Rußblasen eingesetzt, wird der Rußblasezeitpunkt nach ökonomischen Kriterien und Ver- schmutzungsanalysen errechnet. Das Siemens-System SPPA-P3000 „kostenoptimiertes Rußblasen" arbeitet ebenfalls nach diesen Kriterien. Dabei sind jedoch gerade die Verschmutzung und der daraus resultierende Wärmeverlust nur schwer zu erfassen. Aus dem US Patent US 4,718,376 ist ein weiteres Verfahren zur Regelung von Rußbläsern bekannt. Dabei werden benachbarte Rußbläser zu Gruppen von maximal vier Rußbläsern zusammenge- fasst. Jede Gruppe ist für einen Bereich mit ähnlicher Abla¬ gerungscharakteristik zuständig. Ferner erhält jeder Rußblä- ser einen Gewichtungsfaktor, der einem Prozentsatz von der Gesamtzahl der Rußblasezyklen entspricht, in denen der Rußbläser in Betrieb ist. Jeder Rußblasezyklus beginnt mit der Gruppe von Rußbläsern, die am weitesten stromaufwärts gelegen ist und wird in Richtung des Flusses der Verbrennungsgase fortgesetzt. Das Hauptkriterium, nach dem Rußblasen durchgeführt wird, besteht darin, den Kessel bei oder zumindest nahe der maximalen Effizienz zu betreiben. Ein untergeordnetes
Kriterium stellt eine möglichst geringe Verwendung von Ru߬ blasedampf dar.
Die großen Unterschiede in der Verschmutzung vor und nach dem Rußblasen der einzelnen Kesselbereiche und die stets zunehmende Verschmutzung können die Balance der Wärmeverteilung empfindlich stören und stellen eine große Behinderung der thermischen Regelbarkeit des Kessels dar.
Je nach Verschmutzung tritt demnach eine Verlagerung des Wärmetransfers im Bereich der einzelnen Verdampfer-Wärmetau¬ scher, der einzelnen Überhitzer und der einzelnen Zwischenüberhitzer auf. So genannte „thermische Schieflagen" treten dann auf, wenn Temperaturunterschiede an Strängen der Wärme¬ tauscher auftreten, die nach Aufteilung der Dampfmengen wieder zusammengeführt werden. Die Temperaturunterschiede kommen durch ungleichmäßige Aufteilung und ungleichmäßige Wärmeüber¬ gänge, bedingt durch Unterschiede im Rauchgas-Strom und - Temperatur, zu Stande. Auch hat sich gezeigt, dass Verschmut¬ zungen vorgelagerter Wärmetauscher zu erhöhter Wärmeaufnahme der nachgelagerten Wärmetauscher führen und somit nur einen geringen Anteil an einem erhöhten Abgasverlust des Kessels darstellen. Dieser wird wesentlich durch die Verschmutzung im Eco-Bereich definiert.
Verlagerungen des Wärmetransfers können teilweise durch eine Einspritzregelung von zwischen den Wärmetauschern vorhandenen Dampfkühlern kompensiert werden. Dabei kann jedoch durch Einspritzung von Wasser in den Frischdampf prinzipiell nur gekühlt werden und nur eine begrenzte Einspritzmenge verwendet werden. Zu beachten ist dabei besonders der negative Einfluss der Zwischenüberhitzer-Einspritzung auf den Wärmebedarf und die maximal mögliche Leistung des Dampf-Turbine-Generator- Prozesses. Der Wärmebedarf ändert sich um 0,2% pro Änderung um 1% Zwischenüberhitzer-Einspritzrate.
Verschmutzungsbedingt kann sich die Verteilung der Wärmeübertragung zwischen Verdampfer und Überhitzer soweit verschie-
ben, dass einerseits die vorhandene Emspritzkapazität nicht mehr ausreicht, die Dampftemperatur unterhalb eines gewünsch ten oder sicherheitsbedingten Wertes zu halten. Andererseits kann es dazu kommen, dass der Dampf, auch bei geschlossener Einspritzung, den erforderlichen Temperaturwert nicht mehr erreicht .
Einzelwärmetauscher ohne nachgeschaltete Einspritzkühlungen, wie Verdampferbereiche und Endüberhitzer können jedoch ther- misch nicht abgeglichen werden.
Neben der Beeinflussung der Dampftemperaturen durch aktive Kühlung an einzelnen Stellen kann die Wärmebilanz innerhalb des Kessels auch durch die Verbrennung selbst beeinflusst werden. So ist die Verteilung der Wärmeübertragung zwischen
Verdampfer und Überhitzer im Trommelkessel durch unterschied¬ liche Ebenenbefeuerung, oder durch eine aufwendige Schwenkbrennereinrichtung oder Rauchgasrezirkulation zu beeinflussen; beim Bensonkessel besteht zusätzlich die Möglichkeit, die Speisewassermenge zu variieren und damit die Frischdampf- einspritzmenge zu beeinflussen.
Wo keine Schwenkbrennereinrichtung oder Rauchgasrezirkulati eingesetzt wird, kann nur noch mit selektiver Ebenenbefeue¬ rung die Frischdampfeinspritzung im Regelbereich gehalten werden, was nicht immer gelingt. Kaum jedoch ist auf diese Weise die Zwischenüberhitzer-Einspritzrate hinreichend zu kontrollieren. Auftretende thermische Schieflagen werden durch entsprechende Sicherheitsabstände kompensiert; die optimalen Temperaturen werden dabei im Mittel unterschritten, was teilweise zu erhöhtem Wärmebedarf des Prozesses führt oder die zur Kontrolle der Dampftemperatur notwendige Heißdampf-Einspritzung auf Null gehen lässt.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass eine thermische Regelbarkeit des Kessels unter der Vorgabe stabiler und opti-
maier thermischer Bedingungen des Kessels allein durch die Befeuerung und punktuelle Einspritzkühlung sich als sehr aufwendig und komplex gestaltet. Nachteilig ist insbesondere, dass stets thermische Schieflagen auftreten können. Zusätzli- che Probleme treten aufgrund der Verschmutzung im Kesselbe¬ reich auf, welche die Wärmeübergänge an den Wärmetauscherroh¬ ren stets beeinflusst und den Regelungsprozess negativ über¬ lagert . Aus der DE 10 2006 006 597 AI ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Dampftemperatursteuerung bekannt. Hierbei ist ein System zur Analyse der Wirkung des Be¬ triebs von Rußbläsern in einem Wärmeübergangsbereich eines Kraftwerks vorgesehen. Dieses System bestimmt eine Dampftem- peratur-Beeinflussungssequenz und berechnet ein Vorwärtssteuersignal, mit dem ein Dampftemperatursteuerungssystem für den Wärmeübergangsbereich zu beaufschlagen ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbes- sertes Verfahren zur Dampftemperaturkontrolle in einem Kessel anzugeben .
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Pa¬ tentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind je- weils in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben.
Grundgedanke der Erfindung ist es, die Verschmutzung, die ja bisher einen unwägbaren Faktor bei der Wärmebilanz darstellte und die thermische Regelbarkeit des Kessels stark einschränk- te, nun im positiven Sinne zu nutzen, indem sie kontrolliert mittels Rußbläservorrichtungen an den Wärmetauscheroberflä¬ chen innerhalb des Kessels eingestellt wird und durch diese Einstellung des Wärmeübergangs an diesen Flächen die Dampftemperaturen geregelt werden. Das Rußblasen erfolgt dabei in- krementeil. Die thermischen Eigenschaften können beim inkre- mentellen Rußblasen durch die Veränderung der Betriebszeiten von einzelnen Rußbläsern oder einzelnen Rußbläsergruppen gesteuert werden. Da die Rußbläservorrichtungen bereits in je-
der Kraftwerksanlage vorhanden sind, wird demnach keine zu¬ sätzliche Messinstrumentierung bzw. Maschineneinrichtung zur Dampftemperaturkontrolle erforderlich. Dadurch können Kosten gespart werden.
Die Einstellung der Verschmutzung erfolgt dabei stets unter Gewährleistung einer ausgeglichenen Gesamtwärmebilanz innerhalb des Kessels. Dadurch wird vorteilhaft der gesamte ver¬ fahrenstechnischen Prozess optimiert. Dies wird beispielswei- se dadurch erreicht, dass Verdampferflächen und Überhitzerflächen derart gereinigt werden, dass die Wärmeleistung an Verdampfer und an Überhitzer so verteilt wird, dass unter der Berücksichtigung der begrenzten Kapazität der Dampfkühler stets einerseits die Dampf-Sollwerttemperaturen erreicht und andererseits die zulässigen Grenzwerte nicht überschritten werden. Mehrsträngig angelegte Kesselbereiche sollen derart gesäubert werden, dass Temperaturunterschiede des Dampfes nach Aufteilung in den Wärmetauschern am Ort der anschließenden Zusammenführung vermieden werden. Grundsätzlich soll eine Mindestreinigung der einzelnen Kesselbereiche stets gewährleistet sein und als sauber erkannte Kesselbereiche sollen nicht unnötigerweise gereinigt werden. Nur auf diese Weise kann eine hohe Effizienz des gesamten Prozesses gewährleistet sein .
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte: Es werden Teilgruppen von Rußbläsern gebildet, die möglichst einzeln identifizierbare und bilanzierbare Teile des Kessels reinigen .
Innerhalb der technischen Anlage werden mindestens folgende Parameter erfasst:
- Einspritzrate des Frischdampfes und des Zwischenüberhitzer¬ dampfes
- Eintrittstemperatur von Dampf und Rauchgas in die Wärmetau- scher
- Austrittstemperatur aus den Wärmetauschern
- Verschmutzungsfaktoren der einzelnen Wärmetauscher
- Betriebszeit zwischen einer Reinigung und der nächsten Reinigung für einen oder einzelne Rußbläser einer Teilgruppe. Aus den erfassten Parametern und unter Gewährleistung einer ausgeglichenen Gesamtwärmebilanz innerhalb des Kessels wird für jeden einzelnen Rußbläser der Teilgruppe der Rußbläser der Rußblasezeitpunkt individuell bestimmt und somit die Ver¬ schmutzung durch das Regelsystem im Feinbereich kontrolliert.
Je nachdem, in welchem Bereich des Kessels das Rußblasen ein- gesetzt wird, ergeben sich unterschiedliche Randbedingungen, die in der Regelungstechnik zu berücksichtigen sind:
Im Verdampferbereich und im Überhitzerbereich muss insbesondere die Einspritzrate des Frischdampfes und die Ein- und Austrittstemperaturen des Überhitzers berücksichtigt werden. Im Zwischenüberhitzerbereich muss die Einspritzrate des Zwischenüberhitzerdampfes berücksichtigt werden, mit der Ab¬ sicht, diese zu minimieren. Im Economizer-Bereich muss insbesondere der Abgasverlust berücksichtigt werden. Ergeben sich aus dem Vorgehen für einen Wärmetauscher eine kurze mittlere Betriebzeit über alle Rußbläser des Wärmetau¬ schers seit der jeweiligen letzten Reinigung, wird dieser als sauber definiert. Die Verschmutzung einzelner Wärmetauscher wird ermittelt, indem ein aktueller Wärmeübergangskoeffizient an den betrachte¬ ten Flächen anhand einer aktuellen Wärmebilanz erfasst wird. Für einzelne Wärmetauscher wird der Grad der Verschmutzung durch Vergleich mit zuvor im sauberen Zustand aufgenommenen Wärmeübergangskoeffizienten ermittelt, wobei der Einfluss der relativen Kessellast durch eine bereichsweise lineare Regres¬ sion berücksichtigt wird. Der Vorteil dieser Ausführungsvariante liegt darin, dass hier die Zustände „schmutzig" oder „sauber" erstmals erfasst werden. Dabei spielt der Wärmeüber- gangskoeffizient an einer betrachteten Fläche eine entschei¬ dende Rolle. Der Wärmeübergangskoeffizient wird aus der Wär¬ mebilanz von Dampf und Rauchgas bestimmt.
Der Grad der Verschmutzung wird durch den Verschmutzungsfaktor V anhand der Formel V=l-q/qo bestimmt, wobei q die spezi¬ fische Wärmeleistung des Dampfes je K Temperaturdifferenz zwischen Rauchgas und Dampf und qo die spezifische Dampfleis- tung bei einem als sauber definiertem Zustand darstellt.
Durch diese konkrete Bestimmung der Verschmutzung liegt vorteilhaft ein neues Regelkriterium gemäß der Erfindung vor. Hier wird die Verschmutzung der Wärmetauscherflächen quantitativ gefasst.
Die Vorteile der beschriebenen Erfindung sind vielfältig und weitreichend: In erster Linie wird das Rußblasen vorteilhaft zum Teil der thermischen Kesselregelung und unterstützt diese. Das Rußblasen erfolgt vollständig automatisch unter Be- rücksichtigung stabiler und optimaler thermischer Bedingungen für den Kessel. Selbst falsch dimensionierte Wärmetauscher können durch die erfindungsgemäße kontrollierbare Verschmut¬ zung korrigiert werden. So genannte thermische Schieflagen der Kessel-Einzüge werden automatisch kompensiert. Reini- gungsbedingte Temperaturschwankungen werden minimiert. Die thermischen Verhältnisse bei erneuter relativer Sauberkeit werden automatisch erfasst und als Maß für die zukünftige Verschmutzung hinterlegt. Selektiert für den nächsten Einsatz eines Reinigungszyklus werden ein oder einzelne Rußbläser ei- ner Teilgruppe von Rußbläsern nach dem Kriterium der maximalen Betriebszeit zwischen einer Reinigung und der nächsten Reinigung, wodurch ein vorgebbarer Mindestzyklus für jede Teilgruppe gewährleistet ist. Das wiederholte Reinigen von noch sauberen Bereichen wird durch Überwachung der mittleren Betriebszeit und Berücksichtigung der aktuellen Verschmutzung verhindert. Der Abgasverlust des Kessels kann über die Modi¬ fikation der Rußblasezyklen beeinflusst werden. Der aktuelle Abgasverlust wird bei erneuter relativer Sauberkeit der rele¬ vanten Wärmetauscher automatisch erfasst und als Maß einer zukünftigen Erhöhung des Abgasverlustes hinterlegt. Zusammen¬ fassend kann festgestellt werden, dass die Erfindung stati¬ sche und dynamische Kesselverluste ohne zusätzlichen Aufwand an Maschinentechnik und Personal minimiert. Es wird ferner
ein störungsarmes Rußblasen mit voller Verschmutzungskontrol¬ le bei optimalem Nutzen erreicht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnun¬ gen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 ein Schema eines Dampferzeugers,
Fig. 2 eine Skizze zur Erläuterung der Ermittlung des Ver- schmutzungsgrads ,
Fig. 3a einen Verlauf der Dampftemperatur bei einem herkömmlichem Rußblasealgorithmus,
Fig. 3b einen Verlauf der Dampftemperatur gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rußblaseal- gorithmus,
Fig. 4 eine Skizze zur Verdeutlichung einer thermischen
Schieflage innerhalb des Wärmetauschersystems und
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Rußblasealgorithmus
Figur 1 stellt in stark vereinfachter Form einen Dampferzeuger dar. Im Brennraum BR des Kessels K wird ein fossiler fester Brennstoff, beispielsweise handelt es sich hierbei um Kohlestaub, verbrannt. Das dabei entstandene Rauchgas RG wird durch den Rauchgaskanal RGK zur Rauchgasreinigung RGR geführt. Die Verdampfung von zugeführtem Speisewasser SPW findet in den Rohrsystemen des Verdampferraums und der Wärmetau¬ scher statt. Üblicherweise ist das System derart aufgebaut, dass das Speisewasser vom Speisewasserbehälter 1 der Speise- wasservorwärmung 2 (ECO) zugeführt wird. Von da aus gelangt das Wasser-Dampf-Gemisch in die Trommel 3 und wird über die Fallrohre 4, den Verteilersammler 5 und die Steigrohre 6 dem Überhitzer (7 oder Ü) und anschließend zur Turbine 8 zuge¬ führt. Der Überhitzer Ü kann ferner auch einen Zwischenüber- hitzer ZÜ umfassen.
Gemäß der dieser Anmeldung zugrunde liegenden Erfindung wird die Dampftemperatur kontrolliert und geregelt, indem mittels
der Rußbläsereinrichtung eine bestimmte Verschmutzung der Wärmetauscheroberflächen innerhalb des Kessels eingestellt wird . Die Verschmutzung auf den Wärmetauscheroberflächen wird folgendermaßen ermittelt: Verschmutzung ist hierbei als Synonym für Verluste beim Wärmeübergang zwischen der Feuerraum- /Rauchgasseite und der Wasser-/Dampfseite eines Kessels zu sehen. Figur 2 dient der Verdeutlichung der Ermittlung der Verschmutzungsgrade oder Wärmetauscherverluste. Dargestellt ist vereinfacht ein Rohrabschnitt, wobei durch das Innere der Rohres Dampf D mit einem bestimmten Massenfluss mD und Druck pD strömt. An der Eintrittsöffnung des Rohres wird die Tempe¬ ratur TDein und an der Austrittsöffnung des Rohres wird die Temperatur TDaus gemessen. Das Rohr wird von Rauchgas RG mit dem Massenfluss mRG und Druck pRG umströmt. Auch hier sind Temperaturen TRGein und TRGaus an den Stellen der Ein- und Austrittsöffnungen des Rohres bestimmbar. Die Wärmeaufnahme des Wärmetauscherrohres ist somit über die wasser-/dampf- seifigen Messgrößen Durchfluss, Druck und Eintritts-/Aus- trittstemperatur bestimmbar. Rauchgasseitig ist die Messung des Massenstroms und der ein- und ausgangsseitigen Temperatu¬ ren hilfreich, wobei fehlende Temperaturen und fehlender Rauchgasmassenstrom auch bilanztechnisch errechnet werden können. Die Wärmeleistung der Wärmetauscher wird für den sauberen Zustand nach einem geeignet kurzen mittleren Rußblasezyklus neu bestimmt und das verwendete Kesselmodell entspre¬ chend adaptiert. Veränderungen des Wärmeübergangsverhaltens, die bedingt durch bleibende Belagbildung oder durch Wechsel der Kohlequalität oder der Betriebsbedingungen entstehen, werden auf diese Art und Weise selbsttätig ausgeglichen.
Für jeden erfassbaren Wärmetauscherbereich des Kessels wird dann die während des weiteren Anlagenbetriebes aufgenommene Wärme stets aktuell bestimmt. Dieser Wert wird mit dem Aus¬ gangswert des sauberen Zustandes verglichen.
Hierzu wird aus der Dampfleistung Q und der Differenz zwischen Rauchgas- und Dampftemperatur ΔΤ die spezifische Dampfleistung q (bzw. der Wärmetransferkoeffizient) ermittelt, vgl. Fig.2. Diese wird mit ihrem Ausgangswert im sauberen Zu- stand q_s verglichen. Daraus ergeben sich die gleichwertigen Kennwerte :
Sauberkeitsfaktor CF = q/q_s
Verschmutzungsfaktor V = 1 - q/q_s = 1 - CF
Anhand von Fig. 3 soll die Erfindung verdeutlicht werden. Aufgetragen ist beispielhaft die Rauchgastemperatur T in Abhängigkeit von der Zeit t. Die Rauchgastemperatur verhält sich umgekehrt proportional zur Dampftemperatur .
In Fig. 3a ist ein herkömmlicher Rußblasezyklus während einer Reisezeit tR dargestellt . Eine Reisezeit tR ist definiert als Betriebszeit zwischen einer Reinigung und der nächsten Reinigung für einen Rußbläser oder eine Teilgruppe von Rußbläsern. Nach einem Rußblasevorgang R, welcher hier aus 6 Rußbläsern
Rl bis R6 besteht, fällt die Rauchgastemperatur stark ab, und steigt anschließend mit zunehmender Verschmutzung der Rohrleitungen wieder kontinuierlich an. Schließlich wird erneut rußgeblasen, was in Fig. 3a durch den Rußblasevorgang Rnext verdeutlicht wird. Bei jedem Rußblasevorgang R oder Rnext sind alle Rußbläser (hier sind es beispielhaft sechs Rußblä¬ ser Rl bis R6) gleichzeitig in Betrieb.
In Fig. 3b wird erfindungsgemäß ein inkrementeller quasikon- tinuierlicher Betrieb der Rußbläser durchgeführt. Anstatt des einen Rußblasevorgangs R werden nun nach kürzeren Zeitspannen mehrere „kleinere" Rußblasevorgänge mittels der einzelnen Rußbläser Rl bis R6 durchgeführt. Die Reisezeit tR hingegen bleibt in diesem Ausführungsbeispiel für jeden einzelnen Ruß- bläser gleich. Innerhalb eines Rußblasezyklusses findet somit eine zeitliche Verteilung des Rußblasevorgangs statt. Rußblä¬ ser Rl beginnt zum Zeitpunkt tl, Rusbläser R2 zu Zeitpunkt t2 usw. Verbunden mit dieser zeitlichen Verteilung des Rußbla-
sens ist auch eine räumliche Verteilung innerhalb der techni¬ schen Anlage, da die Rußbläser j a an unterschiedlichen Orten angebracht sind.
Die Auswirkungen des inkrementellen Rußblasens auf die Rauchgastemperatur wird ebenfalls anhand von Fig. 3b deutlich. Die Rauchgastemperatur T schwankt nun innerhalb eines wesentlich kleineren Intervalls [Tmax, Tmin] . Eine weitere Verkürzung der Zeitspannen zwischen dem Betrieb der einzelnen Rußbläser würde somit zu einem quasi-kontinuierlichen Betrieb der Rußbläser und somit auch zu einem quasikontinuierlichen Verlauf der Rauchgas- bzw. Dampftemperatur führen. Eine inkrementelle Reinigung der Wärmetauscheroberflächen reduziert somit das Ausmaß der thermischen Veränderungen im Dampferzeuger. Das Rußblasen erfolgt häufiger mittels der einzelnen Rußbläser oder auch Rußbläsergruppen und je nach Bedarf nicht mehr so lange wie vorher. Bei kleinen Stufen wird ein quasikontinu¬ ierlicher Betrieb der Rußbläser erreicht. Ist stets ein einzelner Rußbläser der Gesamtheit aller Rußbläser der Anlage in Betrieb, kann auch von einem kontinuierlichen Betrieb gesprochen werden. Die Rußbläserregelung kann vorteilhaft in die Temperaturregelung des Kessels integriert werden. Es erfolgt stets eine automatische Aktivierung einzelner Rußbläser unter Beachtung prozesstechnischer Bedingungen. Letztendlich erlaubt die Erfindung eine sehr feingliedrige Kontrolle der Dampftemperaturen sowohl in zeitlicher als auch örtlicher Hinsicht innerhalb des Kessels und im Wärmetauscherbereich.
Durch eine Rußbläseroptimierung können thermische Schieflagen innerhalb des Wärmetauschersystems ausgeglichen werden. In Fig. 4 sind skizzenhaft zwei Stränge ST1 und ST2 eines Wärme¬ tauschers, beispielsweise des Zwischenüberhitzers darge¬ stellt. Durch die unterschiedlichen Rußablagerungen RAI und RA2 auf den Rohrsystemen der einzelnen Strängen kommt es zu einer thermischen Schieflage, d.h. am Ausgang der beiden parallelen Stränge liegen unterschiedliche Temperaturen Tl und T2 vor. Das Rußblasen ist nun dort durchzuführen, wo die Dampftemperatur im Vergleich zu niedrig ist.
In Fig. 5 ist beispielhaft eine Ausführungsform einer Steue¬ rung einer Rußbläservorrichtung in einem Blockschaltbild dargestellt. Das Gesamtsystem der Rußbläser RBGS ist mit einzel¬ nen Rußbläsergruppen RBG1 bis RBGN verbunden und steuert diese gemäß dem erfindungsgemäßen Rußblasealgorithmus. Dazu sind alle Einheiten mit einem Überwachungslogikbaustein verbunden, welcher wiederum an einer Software hängt, welche ein Optimie¬ rungsprogramm OP gemäß einem der Ansprüche umfasst.
Gemäß der Erfindung werden einzelne Rußbläser oder Teilgruppen von Rußbläsern RBG1 bis RBGN gebildet, die insgesamt ein¬ zeln identifizierbare Wärmetauscher reinigen und so unterteilt sind, dass eine einzelne Reinigung den Gesamtwärme¬ transfer des Wärmetauschers nur geringfügig verändert. Durch Erfassung der thermischen Zustände und der Reisezeit jedes Einzelbläsers oder jeder Teilgruppe und durch eine automati¬ sche Zyklussteuerung wird die Verschmutzung der Einzelwärmetauscher so kontrolliert, dass im stationären Betrieb des Kessels die Wärmeaufnahme der Einzelbereiche im Feinbereich geregelt werden kann.
Steuerungsgrößen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Zeitpunkte, an denen die einzelnen Rußbläser oder Teilgruppen aktiviert werden. Daraus lassen sich sowohl die Reisezeiten der einzelne Rußbläser als auch die mittlere der Rußbläsergruppen, die einem bestimmten Wärmetauscher zugeordnet sind, bestimmen .
Eingangsgrößen des Verfahrens sind die Sensordaten der Temperaturen des Wasserdampfes und Rauchgases (siehe Fig. 2), de¬ ren Massenströme, ferner Einspritzraten von Kühlwasser in Frischdampf und zwischenüberhitzten Dampf. Aus diesen Größen werden Wärmebilanzen, Wärmeübergangskoeffizienten und damit die Verschmutzung der einzelnen Kesselbereiche bestimmt.
Zur Kontrolle der mittleren Reisezeit der einzelnen Bläsergruppen werden einerseits die Verschmutzung, andererseits die
Dampftemperaturen, thermische Schieflagen und ebenso Einspritzraten des Frischdampfes und des Zwischenüberhitzerdampfes erfasst. Mittels Erfassung der Reisezeit der einzelnen Rußbläser werden gezielt Teilgruppen selektiert für den nächsten Reinigungszyklus und dafür der Rußblasezeitpunkt be¬ stimmt. Für alle Wärmetauscher gilt, dass durch das Rußblasen thermische Schieflagen stets ausgeglichen werden. Für den Verdampferbereich spielt vor allem die Steuerung der Einspritzrate des Frischdampfes eine große Rolle. Es soll darauf geachtet werden, dass beim Überhitzer die Einspritzventil¬ stellung des Frischdampfes im Regelbereich ist und die Soll¬ temperatur des Dampfes erreicht wird. Im Zwischenüberhitzerbereich soll die Einspritzrate des Frischdampfes zu Null ge¬ hen. Beim Economizer ist zu berücksichtigen, dass Abgasver- lust und Blaseaufwand ausgeglichen sind. Eine Verschmutzung des regenerativen Luftvorwärmers wird die Wärmebilanz nur unwesentlich beeinflussen. Wichtig ist hier die Vermeidung einer Ablagerung zwischen den Oberflächen, die durch Dampfbläser nicht erreicht und beseitigt werden können. Daher wird in diesem Bereich zyklisch gereinigt und der Druckverlust beo¬ bachtet, wobei bei beginnender Druckverlusterhöhung sofort rußgeblasen wird.
In jedem Falle wird für alle Rußbläser die Einhaltung einer Mindestreinigung überwacht. Dies soll die Bildung nicht mehr entfernbarer oder gefährlich großer Konglomerate verhindern. Wenn andererseits der mittlere Reinigungszyklus eines Wärme¬ tauschers sehr kurz wird, wird der Bereich als „sauber" defi¬ niert. Ein weiteres Rußblasen erfolgt dann erst wieder, wenn eine neue relevante Verschmutzung erkannt wird. So wird eine wiederholte und Oberflächen schädigende Reinigung sauberer Bereiche wirkungsvoll unterbunden. Gleichzeitig kann der ak¬ tuelle Wärmeübergang für den momentan sauberen Zustand immer wieder neu definiert (gelernt) und daraus ein entsprechender Verschmutzungsgrad für den laufenden Betrieb ermittelt wer¬ den .