DE102005006008A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Niveauregelung bei Dampfkesseln des Trommeltyps - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Niveauregelung bei Dampfkesseln des Trommeltyps Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zur Regelung des Wasserstandes in einer Kesseltrommel eines Dampfkessels des Trommeltyps beinhaltet das Verstellen der Verstärkung einer Trommelwasserstands PID-Regelung (102) (wie einer Proportional-, Integral-, Differential-Regelung) entsprechend einem für einen Satz Abstimmkonstanten kennzeichnenden Signal, einem für den Trommelwasserstand kennzeichnenden Signal und einem für einen Trommelwasserstandssollwert kennzeichnenden Signal. Das Verfahren beinhaltet auch die Verwendung einer PID-Strömungsregelung (106) zum Verstellen eines Trommelwasserstands-Regelventils (108), wobei die PID-Strömungsregelung das Trommelwasserstandsregelventil entsprechend einer Ausgangsgröße der PID-Trommelwasserstandsregelung, einem für den Dampfstrom kennzeichnenden Signal und einem für den Speisewasserzustrom kennzeichnenden Signal verstellt.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren und Vorrichtungen zur Leistungsverbesserung von Dampfkesseln des Trommeltyps und der gleichzeitigen Verringerung von Betriebsunterbrechungen.
  • Betriebsunterbrechungen bei Dampfkesseln des Trommeltype (drum type) können zufolge einer herabgesetzten Energieerzeugung eines Kraftwerks zu Erträgnisverlusten führen. Außerdem können Betriebsunterbrechungen zu einer verringerten Lebensdauer von Kraftwerkskomponenten Anlass geben.
  • Schnellabschaltungen wegen des Wasserstands sind die häufigste Ursache von Schnellabschaltungen und Betriebsunterbrechungen in einem Kraftwerk insbesondere auf dem Gebiet des Dampferzeuger/Wärmerückgewinnung/Abgleichs des Kraftwerks ((HRSG/BOP) = Heat Recovery Steam Generator/Balance of (Power) Plant).
  • Eine Schnellabschaltung einer Anlage beansprucht und verkürzt die Lebensdauer von Kraftwerksausrüstung und Maschinen.
  • Trommeltypkessel sind die gebräuchlichsten Dampfkessel in Kraftwerken. Ausgehend von dem Wasserstand in einer Kesseltrommel gibt es zwei Schnellabschaltungen. Die Schnellabschaltung bei extrem hohen Wasserstand hängt mit der Sicherheit der Dampfturbine gegen Mitreißen von Wasser zu sammen. Im Falle einer Schnellauslösung wegen extrem hohem Wasserstand wird die jeweilige Dampfturbine vom Netz genommen, wenn es sich um eine Mehrwellenbauweise eines kombinierten Kreislaufs handelt. Liegt die Dampfturbine in Einwellenausführung vor, wird die Einheit als Ganzes abgeschaltet. Eine Schnellauslösung wegen niedrigem Wasserstand kann auch auftreten, um den Kessel gegen Schäden durch hohe Temperaturen zu schützen, die bei fehlender Wasserbedeckung wärmeempfindlicher Teile des Kessels von der Wärmequelle ausgehen. Bei einer Schnellauslösung wegen zu niedrigem Wasserstand wird die Wärmequelle (z.B. die Gasturbine in einem kombinierten Kraftwerkskreislauf) abgeschaltet.
  • Schwingungen der Speisewasserströmung führen zu einer Veränderung der Dampferzeugung von der Kesseltrommel. Bei Mehrtrommel- oder Druckkesseln sind die Systeme miteinander verlinkt, so dass Störungen und Schwingungen in einer Kesseltrommel, Störungen in anderen Trommeln hervorrufen. Im Falle von Trommeln mit Speisewasserregelung stromaufwärts von einem Economizer verdampft Wasser in dem Economizer wenn die Strömung reduziert wird. Diese Dampfbildung hat eine Verschmutzung des Innenraums der Rohre in dem Economizer zur Folge. Bei Kesseltrommeln, bei denen das Speisewasserregelventil zwischen dem Economizer und der Trommel liegt, gibt es zwar keine Dampfentwicklung in dem Economizer bei geringer Wasserströmung, es kann aber das Wasser in dem Economizer über die Sättigungstemperatur erhitzt werden, so dass das Wasser in das Speisewasserregelventil zurückschlägt, wodurch dessen Sitz erodiert wird.
  • Bei wenigstens einem bekannten Regelsystem für Kessel des Trommeltyps wird bei niedriger Dampfströmung die Regelung als Einzelelement-Regelmodus ausgelöst, d.h. es werden lediglich die Wasserstände, die zur Steuerung des Speisewasserzuflusses in die Trommel und zur Wasserstandskontrolle erforderlich sind, überwacht. Diese Regelung kann träge sein, weil die Wasserstandsänderung zeitlich hinter Veränderungen der Dampfströmung herhinkt. Bei geringer Dampfdurchströmung ist der Einzelelementregelmodus aber deshalb zweckdienlich, weil Strömungsänderungen am unteren Bereichsende wegen der Quadratwurzelkennlinie von Differenzdruckwandlern, die zur Strömungsmessung verwendet werden, weniger genau sind. Demzufolge beeinflussen kleine Änderungen der Dampfströmung in diesem Strömungsbereich die Niveauregelung der Trommel nicht besonders.
  • Wenn der Dampfstrom ein höheres Niveau (z.B. in der Größenordnung von 20% bis 30%) des Strombereichs erreicht, wird der Regelmodus auf eine Drei-Element-Regelung umgeschaltet. Bei diesem Regelmodus wird der Speisewasserstrom von Reglern geregelt, die drei Signale überwachen, nämlich den Trommelwasserstand, den Speisewasserstrom und die Dampfströmung. Es werden zwei Regler verwendet. Ein Hauptregler regelt den Speisewasserstrom, wobei der Hauptregler versucht den Speisewasserstrom in die Trommel auf den Dampfstrom eng abzustimmen. Die Veränderung oder Abweichung des Trommelwasserstands gegenüber dem normalen Betriebswasserstand liefert eine Führungsgrößenfunktion für diese Regelung. Diese Anordnung wird als kaskadierte Regelschleife bezeichnet.
  • Das Abstimmen der kaskadierten Regelschleife geschieht bei wenigstens einer bekannten Bauweise dadurch, dass die Speisewasser PID (Proportional-Integral-Differential)-Regelung sehr schnell mit einem hohen Integralanteil ausgeführt wird. Die Wasserstands-PID Regelung hat einen überwiegend proportionalen Anteil. Die Zugabe einer großen integralen Komponente zu einer solchen Konfiguration kann zu einer Regelung führen, die in hohem Maße auf Strömungsänderungen anspricht. Wenn darüberhinaus die Wasserstandsregelabwei chung groß bleibt, nimmt der Integralanteil mit der Zeit zu, um den Speisewasserzustrom so zu korrigieren oder nachzuregeln, dass der Wasserstand in der Trommel korrigiert wird. Die Vergrößerung der Integralkomponente liefert eine ausreichende Wasserstandsregelung sowohl für einen stationären Zustand, in dem nur eine geringe Abweichung von dem normalen Wasserstand auftritt, als auch für den Fall einer Verfahrensstörung mit hoher Abweichung. Die Speisewasserregelung neigt aber zu Schwingungen und kann eine beträchtliche Einschwingzeit benötigen.
    •
  • Kurze Beschreibung der Erfindung
  • Einige Aspekte der vorliegenden Erfindung schaffen deshalb ein Verfahren zur Regelung des Wasserstands einer Trommel bei einem Kessel des Trommeltyps. Das Verfahren beinhaltet das Verändern der Verstärkung einer PID-Regelung (etwa eines Proportional-Integral-Differentialregelung) entsprechend einem Signal, das für einen Satz Abstimmkonstanten kennzeichnend ist, einem Signal, das für den Trommelwasserstand kennzeichnend ist und einem Signal, das für einen Sollwert des Trommelwasserstands kennzeichnend ist. Das Verfahren beinhaltet außerdem die Verwendung einer Strömungsregelungs-PID-Regelung zum Verstellen eines Trommelwasserstands-Regelventils, wobei die Strömungs-PID-Regelung das Trommelwasserstandsregelventil entsprechend einer Ausgangsgröße der Trommelwasserstands-PID-Regelung, einem für den Dampfstrom kennzeichnenden Signal und einem für den Speisewasserzustrom in die Trommel repräsentativen Signals verstellt.
  • Unter anderen Aspekten schafft die vorliegende Erfindung eine Regeleinrichtung zur Regelung des Wasserstandes in einer Trommel eines Kessels des Trommeltyps. Die Einrichtung ist so gestaltet, dass sie die Verstärkung einer Trommelwasserstands-PID-Regelung, entsprechend einem Signal, das für einen Satz Abstimmkonstanten kennzeichnend ist, einem Signal, das für den Trommelwasserstand kennzeichnend ist und einem Signal einstellt, das für den Sollwert des Trommelwasserstands kennzeichnend ist. Die Einrichtung ist außerdem so ausgelegt, dass sie einen PID-Strömungs-Regelung dazu verwendet ein Trommelwasserstandsregelventil zu verstellen, wobei der Strömungs-PID-Regler das Trommelwasserstandsregelventil gemäß einer Ausgangsgröße der Trommelwasserstand-PID-Regelung, eines für den Dampfstrom kennzeichnenden Signals und eines für den Speisewasserzustrom zu der Trommel kennzeichnenden Signals verstellt.
  • Die erfindungsgemäßen Anlagen ergeben somit eine höhere Leistung, weil sie Wärmeverbrauchssysteme eines Kraftwerks einen höheren Wirkungsgrad erzielen lassen. Dadurch dass eine intelligente Trommelwasserstandsregelung vorgesehen ist, ergeben einige erfindungsgemäße Anlagen in Kombination sowohl eine sanfte Regelung im normalen stationären Betrieb als auch eine schnell ansprechende Regelung in einem Verfahrensstörungsfall. Darüberhinaus verringern einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch Erosionswirkungseffekte bei den Speisewasserregelventilen, indem sie Schwingungen des Speisewasserstroms verringern. Schließlich wird dadurch, dass die Strömung in einer Trommel stabilisiert wird, auch eine Stabilisierung bei anderen Trommeln in einem Kraftwerk erleichtert.
    •
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine schematische Darstellung wenigstens einer Ausbildung einer Regeleinrichtung gemäß der Erfindung.
  • 2 ist eine schematische Darstellung der Ausbildung einer Regeleinrichtung nach dem Stand der Technik;
  • 3 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Proportionalregelung einer PI-Regelung im Verhältnis zu der Absolutregelabweichung des Wasserstands gegenüber einem Sollwert bei der Ausbildung der Regeleinrichtung gemäß dem Stand der Technik nach 2;
  • 4 ist ein Blockschaltbild einer Ausbildung eines Regel- und Abstimmmoduls, das zur Verwendung bei verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
  • 5 ist ein Diagramm, das das relative Übergewicht der PID-Wasserstandsregelung und der PID-Strömungsregelung als Funktion der Wasserstandsabsolutregelabweichung gegenüber einem Wasserstand-Sollwert bei einer in den 1 und 4 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergibt.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Der Ausdruck „PID", wie er hier verwendet ist, ist nicht auf eine Proportional-Integral-Differentialregelung beschränkt. Der Ausdruck PID ist hier zur Bezugnahme auf eine Regelung benutzt, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche aus Proportionalregelungen, Proportional-plus Integralregelungen, Proportional-plus Differentialregelungen und Proportional-Integral-Differentialregelungen besteht.
  • Bei einigen Ausbildungen der vorliegenden Erfindung und unter Bezugnahme auf 1 ist eine Regelung 200 für einen Kessel des Trommeltyps mit einem Regel- und Abstimmmodul 300 vorgesehen, das sowohl unter stationären Zustandsbedingungen als auch unter Verfahrensablaufstörungsbedingungen eine entsprechende Regelung des Kessels bewirkt.
  • Bei einem in 2 dargestellten Drei-Elemente-Regelsystem 100 werden der Trommelwasserstand, der Speisewasserzustrom und der Dampfstrom als Variable verwendet. Eine Trommelwasserstands-PID-Regelung 102 benutzt einen entsprechend gewählten Trommelwasserstandssollwert, ein für den Trommelwasserstand kennzeichnendes Signal und eine konstante, proportionale Verstärkung Kp, um eine Ausgangsgröße zu erzeugen, die mit einem für den Dampfstrom kennzeichnenden Signal in einem Summierglied 104 aufsummiert wird, um eine Ausgangsgröße zu erzeugen, die als Sollwert für den Speisewasserstrom verwendet wird (Eingabegrößen, wie ein für den Trommelwasserstand kennzeichnenden Signal können zur Erhöhung der Zuverlässigkeit von einer Anzahl redundanter Sensoren abgeleitet werden). Die Ausgangsgröße des Summierglieds 104 wird als Eingangsgröße zusammen mit einem für den Speisewasserzustrom zu der Trommel kennzeichnenden Signal einer PID-Stromregelung 106 zugeleitet. Der Ausgang des PID-Stromregelung 106 treibt ein Trommelwasserstand-Regelventil (LCV) 108. Das LCV 108 steuert den Speisewasserzustrom zu der Trommel, was wiederum den Wasserstand in der Trommel steuert. Um eine konstante Regelkreisverstärkung aufrecht zu erhalten, wird der Differenzdruck an dem LCV 108 konstant gehalten. Eine an sich bekannte, geeignete Konfiguration eines Mittels zur Aufrechterhaltung eines konstanten Differenzdrucks (CDPMM) 110 ist in 2 dargestellt. Das CDPMM 110 beinhaltet eine PID-Regelung 112, der als Eingangsgrößen ein ausgewählter Sollwert für den Differenzdruck und ein für den Differenzdruck an dem LCV 108 kennzeichnendes Signal zugeführt werden. Der PID-Regler 112 erzeugt eine Ausgangsgröße, die ein Druckregelungsventil 114 steuert, das seinerseits den Differenzdruck an dem LCV 108 regelt. 3 veranschaulicht die Veränderung von Kp der Proportionalverstärkung der PID-Regelung 102. Zu beachten ist, dass Kp konstant bleibt, während der Wert des Proportionalanteils des PID-Reglers 102 mit zunehmender Regelabweichung linear zunimmt. Die Steigung der Linie 115 (die den Proportionalanteil wiedergibt) hängt von der Konstante Kp ab, die das Ansprechverhalten des Drei-Element-Regelsystems 100 beherrscht.
  • Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ist der PID 102 unter Verwendung eines Regel- und Abstimmmoduls 300 eine variable Proportionalverstärkung verliehen. Die Ausgangsgröße der PID 102 wird mit einem für den Dampfstrom kennzeichnenden Signal in dem Summierglied 104 aufsummiert, um in einer Kaskadenanordnung der PID 106 einen Speisewasserzustromsollwert zu liefern. Die Ausgangsgröße der Stromregelungs-PID 106 steuert das Speisewasser-LCV 108. Um eine konstante Regelschleifenverstärkung aufrecht zu erhalten, wird ein CDPMM 110, ähnlich jenem wie es in 2 dargestellt ist (oder irgendeiner anderen geeigneten Bauart), dazu verwendet, den Differenzdruck an dem LCV 108 so zu regeln, dass sich auch bei Veränderungen des Kesseltrommeldrucks eine konstante Regelschleifenverstärkung ergibt. Bei einigen Konfigurationen der vorliegenden Erfindung werden vier Abstimmkonstanten dazu verwendet, eine proportionale Abstimmkonstante für die Trommelwasserstands-PID-Regelung 102 zu bestimmen, die in die Stromregelungs-PID-Regelung 106 kaskadiert. Zu den vier Abstimmkonstanten gehören: Eine minimale Proportionalverstärkung KpMIN, eine maximale Proportionalverstärkung KpMAX, eine minimale Regelabweichung ErrorLO und eine maximale Regelabweichung ErrorHI. Die Einheiten von KpMAX und KpMIN sind pro Einheit angegeben während die Einheiten von ErrorLO und ErrorHI die gleichen Einheiten wie für den Trommelwasserstand, z.B. mm oder in ches, sind.
  • Bei einigen Konfigurationen der vorliegenden Erfindung wird die Änderung von Kp der PID-Trommelwasserstandsregelung 102 durch eine gestrichelte Linie 202 in 5 wiedergegeben. Der Proportionalanteil der Trommelwasserstands-PID-Regelung 102 als Funktion der Regelabweichung des Trommelwasserstands ist mit einer ausgezogenen Linie 204 in 5 veranschaulicht. Bei einer geringen Trommelwasserstands-Regelabweichung ist die (durch die gestrichelte Linie 202 wiedergegebene) Proportionalverstärkung KpMIN, solange die Trommelwasserstandsregelabweichung kleiner als ErrorLO ist. Wenn die Trommelwasserstandsregelabweichung über ErrorLO ansteigt, nimmt die Proportionalverstärkung linear zu, bis sie KpMAX bei Trommelwasserstand ErrorHI erreicht. Jenseits dieser Trommelwasserstandsregelabweichung verbleibt die Proportionalverstärkung auf KpMAX.
  • Wenn der Absolutwert der Abweichung des Trommelwasserstands kleiner als ErrorLO ist, ist die (durch die gestrichelte Linie 202 wiedergegebene) Verstärkung des Trommelwasserstands-PID-Reglers 102 gleich KpMIN. Bei einigen Konfigurationen ist KpMIN auf einen sehr niedrigen Wert eingestellt, um sicherzustellen, dass die (durch die ausgezogene Linie 204 wiedergegebene) Ausgangsgröße der PID-Regelung 102 fast keinen Einfluss hat, abgesehen davon, dass sie auf ihrem letzten Wert bleibt. Die PIDStrömungsregelung 106 ist in diesem Zustand die dominierende PID-Reglung. Wenn die Abweichung des Trommelwasserstands von dem Nennbetriebswasserstand über ErrorLO ansteigt, beginnt die Verstärkung der PID-Wasserstandsregelung 102 linear zu KpMAX hin anzusteigen, womit die Vorherrschaft der Regelbeeinflussung von der Strömungsregelung zu einer gleichen Vorherrschaft der Wasserstandsregelung in wenigstens einem Betriebspunkt verschoben wird. Wenn die Abweichung des Wasserstands weiter über den Nennwasserstand ansteigt, nimmt die Verstärkung der PID-Wasserstandsregelung 102 auf KpMax zu, wenn der Absolutwert der Abweichung gleich ErrorHI ist. In diesem Zustand ist die Verstärkung der PID-Wasserstandsregelung 102 bei KpMAX gesättigt. Irgendeine Abweichung, die einen größeren Absolutwert als ErrorHI aufweist, führt dazu, dass die Trommelwasserstands-PID-Regelung 102 eine Verstärkung von KpMAX aufweist.
  • Bei einigen Konfigurationen ist der KpMAX-Wert so hoch, dass, wenn die Abweichung des Trommelwasserstands von dem Nennwasserstand größer als ErrorHI ist, das Regelverfahren (Regelmodus) im Wesentlichen das einer Wasserstandsregelung ist. Wenn das Regelverfahren das einer PID-Wasserstandsregelung ist, werden die Ströme nicht berücksichtigt und die Regelungen hängen in diesem Falle von irgendeiner vorhandenen Speisewasserzustrombegrenzungslogik ab. Bei vielen Konfigurationen ist die dem Ventil 108 zugeführte Stellgröße begrenzt, so dass sie nicht weiter öffnet, wenn der Speisewasserzustrom den maximalen Dauerbedarf (MCR) des Kessels um 25% (oder irgendein anderes Verhältnis) übersteigt. Die Zugabe von Speisewasser unterhalb einer bestimmten Begrenzung hat einen Schwundeffekt in der Trommel zur Folge, die das System veranlasst, Wasser mit einem noch höheren Durchsatz einzuspeisen. Dieser Effekt dauert so lange an bis das Wasser in der Trommel abgeschreckt ist und der Wasserstand zu steigen beginnt. Der Wasserstand kann über die Schnellschlussgrenze ansteigen und die Schnellabschaltung des Dampfverbrauchers auslösen. Ein Vorteil der zusätzlichen Anordnung eines Speisewasserzustrombegrenzungsmoduls 110 strömungsabwärts von dem Trommelwasserstandregelmodul 200 besteht darin, dass das Abschrecken und die daran anschließende Schnellabschaltung wegen zu hohem Wasserstand im Falle einer Störung nicht auftreten, die zu einem anfänglich niedrigen Trommelwasserstand führt. Unter normalen stationären Bedingungen ist der Speisewasserzustrom in Gegenwart von Prozess- und Messrauschen tendenziell stabil und robust.
  • Bei niedrigen Strömen kann ausdampfendes Wasser das Innere der Rohre in dem Economizer verschmutzen. Bauweisen der vorliegenden Erfindung verringern die Verschmutzung der Economizer Röhren dadurch, dass sie Schwingungen in den Speisewasserströmen herabsetzen.
  • Bei Trommeln, bei denen das Speisewasserregelventil 108 zwischen dem Economizer und der Trommel liegt, dampft der Econmizer bei geringer Wasserströmung nicht aus, sondern das Wasser in dem Economizer kann über die Sättigungstemperatur erhitzt werden, so dass Wasser in das Speisewasserregelventil 108 zurückschlägt. Solche Rückschläge können den Sitz des Ventils 108 erodieren. Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verringern diese Erosionswirkung dadurch, dass sie Schwingungen des Speisewasserstroms verringern.
  • Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und unter Bezugnahme auf 4 werden ein Trommelwasserstandssignal D und ein ausgewählter Trommelwasserstandssollwert Ds in ein Subtraktionsglied 302 eingegeben, das ein Differenzsignal D-Ds erzeugt. Dieses Differenzsignal wird in ein Absolutwertmodul 304 eingegeben, welches den Absolutwert des Differenzsignals |D-Ds| erzeugt. In der Zwischenzeit werden ein ausgewählter KpMAX-Wert und der Negativwert eines ausgewählten KpMIN-Werts in ein Summierglied 306 eingegeben, um ein Signal A = KpMAX - KpMIN zu erzeugen. Außerdem werden ein ausgewählter Wert ErrorHI und der Negativwert von ErrorLO in ein Summierglied 308 eingegeben, um ein Signal B = ErrorHI - ErrorLO zu erzeugen. Das Signal A/B wird von einem Divisionsglied 310 erzeugt, wobei A/B = (KpMAX - KpMIN)/(ErrorHI - ErrorLO). Das A/B-Signal und das Absolutwertdifferenzsignal |D-Ds| des Trommelwasserstands werden in ein Multiplikationsglied 312 eingegeben, um ein Signal A|D-Ds|/B zu erzeugen. Zwischenzeitlich wird das Signal A/B von einem Multiplikationsglied 314 mit ErrorLO multipliziert, um ein Signal (A × ErrorLO)/B zu erzeugen, das von einem Addierglied 316 von KpMIN abgezogen wird, um ein Signal KpMIN - (A × ErrorLO)/B zu erzeugen. Dieses letztgenannte Signal wird von einem Addierglied 318 dem Signal A|D-Ds|/B hinzuaddiert, um ein Signal A|D-Ds|/B + KpMIN - (A × ErrorLO)/B zu erzeugen. Ein Block 320 wählt von diesem Signal oder KpMIN das jeweils größere als Ausgangsgröße aus. Ein Block 322 wählt von dem von dem Block 320 abgegebenen Signal und KpMAX das jeweils kleinere aus. Auf diese Weise ist die von dem Proportionalverstärkungsbestimmungsblock 300 abgegebene variable Proportionalverstärkung abhängig von dem Trommelwasserstand D, dem Trommelwasserstandsollwert Ds, von KpMIN, von KpMAX, von ErrorLO und von ErrorHI, wobei sie aber begrenzt ist auf nicht kleiner als KpMIN und nicht größer als KpMAX. Ohne Begrenzung ist der Ausgangswert A|D-Ds|/B + KpMIN - (A × ErrorLO)/B, was auch geschrieben werden kann als: KpMIN + [(KpMAX - KpMIN) (|D-Ds| - ErrorLO)]/ErrorHI - ErrorLO
  • Wenngleich die in 4 veranschaulichte Konfiguration des Regel- und Abstimmmoduls 300 zur Verwendung als in 1 dargestellte Regel- und Abstimmmodul 300 geeignet ist, ist die in 4 dargestelltes Konfiguration doch lediglich beispielhaft angegeben. Außerdem braucht die von einem geeigneten Regel- und Abstimmmodul 300 bewirkte Funktion nicht identisch mit der in 5 veranschaulichten und sogar nicht einmal linear zu sein. Allgemeiner betrachtet, ist die Ausgangs-Kp (variable Proportionalverstärkung) des Regel- und Abstimmmoduls 300 eine Funktion, die geschrieben werden kann als: Kp = f(D, Ds, KpMIN, KpMAX, ErrorHI, ErrorLO).
  • Wegen der Natur des zu regelnden Prozesses sind die Prozessanforderungen des die Proportionalverstärkung bestimmenden Blockes 300 nicht groß. So genügt es z.B., dass der die Proportionalverstärkung bestimmende Block 300 seine Ausgangsgröße in Intervallen von bis zu 0,5 sek. updated, und bei einigen Ausführungsformen können sogar längere Update-Intervalle zugelassen werden.
  • Selbstverständlich können auch kürzere Intervalle verwendet werden. Der Proportionalverstärkungs-Bestimmungsblock 300 kann deshalb unter Verwendung eines einzigen, handelsüblichen digitalen Mikroprozessors oder Microcontrollers mit einem ausreichend großen Speicherumfang (falls nicht ohnehin bei dem Prozessor oder Microcontroller ein ausreichend großer Speicher vorhanden ist) implementiert werden. Bei einigen Konfigurationen wird die zusätzliche Funktionalität als eine Abwandlung oder Neuprogrammierung eines vorhandenen digitalen oder integrierten Regelsystems implementiert, das als Upgrade in ein vorhandenes System eingefügt oder mit der verbesserten Funktionalität als neues System angeboten wird. Es sind auch analoge Implementierungen möglich, in welchem Fall die Updates kontinuierlich erfolgen können.
  • Ersichtlich ergibt somit die Verwendung einer variablen Proportionalverstärkung bei verschiedenen Konfigurationen der vorliegenden Erfindung eine erhöhte Stabilität. Schwingungen in dem Speisewasserstrom erzeugen Veränderungen der Dampferzeugung aus einer Kesseltrommel. Bei Mehrtrommel- oder Druckkesseln können Störungen und Schwingungen in einer der Kesseltrommeln zu Störungen in anderen Trommeln führen. Da die Stabilisierung einer Trommel tendenziell auch zur Stabilisierung anderer Trommeln führt, können verschiedene Konfigurationen der vorliegenden Erfindung eine erhöhte Stabilität von Mehrtrommel- oder Druckkesseln erzielen.
  • Wenngleich die Erfindung anhand verschiedener spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, so versteht sich für den Fachmann doch, dass die Erfindung im Rahmen des Schutzbereichs der Patentansprüche mit Abwandlungen ausgeführt werden kann.
    • 100
    Drei-Elemente-Regelsystem
    102
    Trommelwasserstands-PID-Reglung
    104
    Addierglied
    106
    PID-Strömungsregelung
    108
    Wasserstandsregelventil (LCV)
    110
    Mittel zur Aufrechterhaltung eines konstanten
    Differenzdrucks (CDPMM)
    112
    PID-Regler (von dem CDPMM)
    114
    Druckregelventil
    116
    die den Proportionalanteil wiedergebende Linie
    200
    Regelmodul für einen Kessel des Trommeltyps
    202
    Die Änderung von Kp der Trommelwasserstands-PID-
    Regelung wiedergebende gestrichelte Linie
    204
    Die Trommelwasserstands-Regelabweichung wiedergebende
    ausgezogene Linie
    300
    Regel- und Abstimmmodul (die Proportionalver
    stärkung bestimmender Block)
    302
    Subtraktionsglied
    304
    Absolutwertmodul
    306
    Summierglied
    308
    Summierglied
    310
    Divisionsglied
    312
    Multiplikationsglied
    314
    Multiplikationsglied
    316
    Addierglied
    318
    Addierglied
    320
    Block zur Auswahl des größten Eingangsignals
    323
    Block zur Auswahl des kleinsten Eingangssignals

Claims (10)

  1. Verfahren zur Regelung des Wasserstands einer Kesseltrommel in einem Kessel des Trommeltyps, das beinhaltet: Verstellen der Verstärkung einer Trommelwasserstand-PID-Regelung (102) entsprechend einem für einen Satz Abstimmkonstanten kennzeichnenden Signal, einem für den Trommelwasserstand kennzeichnenden Signal und einem für einen Trommelwasserstandssollwert kennzeichnenden Signal; Verwenden einer PID-Strömungsregelung (106), um ein Trommelwasserstandsregelventil (108) zu verstellen, wobei die PID-Strömungsregelung das Trommelwasserstandsregelventil entsprechend einer Ausgangsgröße der PID-Trommelwasserstandsregelung, einem für den Dampfstrom kennzeichnenden Signal und einem für den Speisewasserzufluss zu der Trommel kennzeichnenden Signal verstellt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem das Aufrechterhalten (110) eines konstanten Differenzdrucks an dem Trommelwasserstandsregelventil (108) beinhaltet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Abstimmkonstanten eine minimale Proportionalverstärkung KpMIN, eine maximale Proportionalverstärkung KpMAX, eine minimale Trommelwasserstandsregelabweichung ErrorLO und eine maximale Trommelwasserstandsregelabweichung ErrorHI umfassen.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, das außerdem umfasst: Das Hinzuaddieren eines für den Dampfstrom kennzeichnenden Signals zu einer Ausgangsgröße der PID-Trommelwasserstandsregelung (102), um ein Summensignal zu erzeugen und das Verwenden des Summensignals als Sollwert für die PID-Strömungsregelung (106).
  5. Verfahren nach Anspruch 4, das außerdem das Aufrechterhalten (110) eines konstanten Differenzdrucks an dem Trommelwasserstandsregelventil (108) beinhaltet.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem das Updaten der Verstärkung der PID-Trommelwasserstandsregelung (102) zumindest alle 0,5 s beinhaltet.
  7. Regeleinrichtung zum Steuern des Wasserstands in der Kesseltrommel eines Dampfkessels des Trommeltyps, die dazu ausgelegt ist zum: Verstellen der Verstärkung einer Trommelwasserstand-PID-Regelung (102) entsprechend einem für einen Satz Abstimmkonstanten kennzeichnenden Signal, einem für den Trommelwasserstand kennzeichnenden Signal und einem für einen Trommelwasserstandssollwert kennzeichnenden Signal; Verwenden einer PID-Strömungsregelung (106), um ein Trommelwasserstandsregelventil (108) zu verstellen, wobei die PID-Strömungsregelung das Trommelwasserstandsregelventil entsprechend einer Ausgangsgröße der PID-Trommelwasserstandsregelung, einem für den Dampfstrom kennzeichnenden Signal und einem für den Speisewasserzufluss zu der Trommel kennzeichnenden Signal verstellt.
  8. Einrichtung nach Anspruch 7, die außerdem dazu ausgelegt ist einen konstanten Differenzdruck an dem Trom melwasserstandsregelventil (108) aufrecht zu erhalten (110).
  9. Einrichtung nach Anspruch 7, bei der die Abstimmkonstanten eine minimale Proportionalverstärkung KpMIN, eine maximale Proportionalverstärkung KpMAX, eine minimale Trommelwasserstandsregelabweichung ErrorLO und eine maximale Trommelwasserstandsregelabweichung ErrorHI umfassen.
  10. Einrichtung nach Anspruch 9, die außerdem dazu ausgelegt ist ein für den Dampfstrom kennzeichnendes Signal zu einer Ausgangsgröße der PID-Trommelwasserstandsregelung (102) hinzu zu addieren, um ein Summensignal zu erzeugen und das Summensignal als Sollwert für die PID-Strömungsregelung (106) zu benutzen.
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