DE2806647A1 - Regelanordnung fuer kessel-turbinenaggregate mit variablem druck - Google Patents
Regelanordnung fuer kessel-turbinenaggregate mit variablem druckInfo
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Description
FATENTmN «VÄLTE
SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINSHAUS FlNCK
MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÜNCHEN 90 POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-800O MÜNCHEN 95
DA«14247 DE/bi
HITACHI, LTD. 16' Februar 1978
Druck
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelanordnung für Kessel-Turbinenaggregate mit variablem Druck.
Es besteht die Tendenz, daß thermische Kraftwerke, die herkömmlicherweise mit Grundlast gefahren werden, bei
mittlerer Last arbeiten müssen, weil die Netzkapazität und die Leistung der nuklearen Krafterzeugung immer stärker
ansteigen.
Der Wirkungsgrad der thermischen Leistungserzeugung bei mittleren Lasten sowie die Verbesserung der Lastnachführung
wird daher immer bedeutungsvoller. In dieser Hinsicht treten bei herkömmlichen Regelanordnungen für Wärmekraftwerke
Schwierigkeiten auf.
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Eine dieser Schwierigkeiten besteht darin, daß die Regelanordnungen
zur Aufrechterhaltung eines konstanten Haupt-Dampfdrucks
ausgelegt sind, um den Wirkungsgrad von Wärmekraftwerken zu erhöhen, die zur Aufbringung der Grundlast
bestimmt sind. Daher ist es bei herkömmlichen Wärmekraftwerken notwendig, den Hauptdampfdruck auch im Teillastbereich
auf einem konstanten Wert zu halten, was erhöhte Kosten für die Leistungsverluste der Speisewasserpumpen
bedeutet, so daß der Wirkungsgrad der Kraftwerke verschlechtert wird.
Die zweite Schwierigkeit ist auf die große Nichtlinearität
der Kraftwerkskennwerte infolge eines zu kleinen Hauptdampfdurchsatzes im Teillastbereich zurückzuführen, weil
der Hauptdampfdruck auf einem konstanten Wert gehalten wird. Infolgedessen arbeitet das Kraftwerk insbesondere
im Teillastbereich instabil, und das Kraftwerk kann nur schlechte Last-Nachlaufeigenschaften haben.
Unter diesen Umständen wurde ein Betrieb mit variablem oder gleitendem Druck vorgeschlagen, wobei der Hauptdampfdruck
entsprechend den Laständerungen variiert wird, um die oben beschriebenen Schwierigkeiten zu überwinden.
Dieser Betrieb bei variablem Dampfdruck hat folgende Vorteile :
1. Der Wirkungsgrad des Kraftwerks wird insbesondere im
Teillastbereich erhöht. Dies liegt daran, daß der Hauptdampfdruck bei Teillast abgesenkt wird, so daß auch die
zum Antrieb der Speisewasserpumpen erforderliche Leistung vermindert und somit der Wirkungsgrad erhöht wird.
2. Die Last-Nachlaufeigenschaften des Kraftwerks werden
verbessert, die Höhe der möglichen Minimallast wird abgesenkt, und die zum Anfahren und Stillsetzen des Kraftwerks
erforderliche Zeit wird verkürzt. Da nämlich der Hauptdampfdruck im Teillastbereich abgesenkt wird, ist die Verminderung
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des Hauptdampfdurchsatzes nicht so groß. Daher werden die
Ärbeitskennlinien des Kraftwerks linearer als bei dem herkömmlichen
Betrieb mit konstantem Dampfdruck»
3. Die thermischen Beanspruchungen und Spannungen in den Metallen der Turbinenteile werden vermindert. Da sich bei
Betrieb mit variablem Druck die Änderung des Hauptdampfdurchsatzes
zwischen Schwer- und Teillastbetrieb vermindert, wird auch die Änderung der Dampftemperatur hinter der ersten
Turbinenstufe verringert, so daß die thermischen Spannungen in den Turbinenteilen entsprechend abgesenkt
werden.
In ^einem .Artikel "Variable Pressure Boilers - an Operating
Experience^ veröffentlicht im Papier Nr. 75 466 der Instrument Society of America während des Industry Instrumentation
Symposium im Mai 1975 ist eine zusammenwirkende !Regelanordnung dieser Art vorgeschlagen worden, bei der
entsprechend der !End-Soilast des Kraftwerks ein Druck-Bezugswert
für den Bauptdampf der Kesselregelung erzeugt wird, so daß der Kessel so geregelt werden kann, daß der
Hauptdampfdruck mit dem erzeugten Bezugs- oder ScTLldruck
übereinstimmt. Dabei wird das Regelventil auf eine Öffnungsweite geregelt-, bei der die augenblickliche Sollast
bei dem Tiauptdampf druck-erreicht wird.
Ein anderes Beispiel der zusammenwirkenden Regelung ist in -einem Artikel "Operation Results of Sliding Pressure
Thermal Power Plant XJHI Nr. 2» in "THERMAL AND NUCLEAR POWER GENERATION1', -Seiten 11 bis 18, April 1976, Japan,
gezeigt und beschrieben.
Bei dieser Anordnung werden die Bezugswerte der Ventilöffnungsweite der Turbinen-Regelventile unabhängig von
der augenblicklich geforderten Last derart erzeugt, daß nur die erforderlichen Regelventile voll geöffnet zu
werden brauchen, während die anderen Regelsysteme vollständig geschlossen ^bleiben. Inzwischen wird der Druck-
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Bezugswert des Hauptdampfes für die Kesselregelung entsprechend
der endgültig geforderten Last bestimmt. Infolgedessen kann die Ausgangsleistung des Kraftwerks von der endgültig
erforderlichen Last abweichen. Die Ventilöffnung wird dann so geregelt, daß diese Abweichung ausgeglichen
wird. Bei dieser Regelung der Ventilöffnung weicht die tatsächliche Öffnungsweite der Ventile vom Sollwert ab. Die
Regelanordnung korrigiert dann den Druck-Bezugswert des Hauptdampfes proportional zu. dieser Abweichung.
Bei der zuerst erwähnten zusammenwirkenden Regelanordnung -wird die Ventiloffnung so geregelt, daß dem Hauptdampfdruck
gefolgt wird, der dem augenblicklichen Lastbedarf entspricht. Wenn sich daher der optimale Wert des Hauptdampfdrucks für
den endgültigenLastbedarf geändert hat, beispielsweise wegen
einer nach langer Be1;riebszeit «ingetretenen Alterung,
ist die -Öffnung der -Turbinen-Regelventile nicht mehr optimal.
Andererseits wird bei der an zweiter Stelle erwähnten zusammenwirkenden
Anordnung so geregelt, daß die Regelventilöffnung von einem festen Bezugswert korrigiert und so
dem augenblicklichen Lastbedarf entsprochen wird. Die Ventilöffnung ist bei dieser Anordnung daher nicht optimal.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, -eine zusammenwirkende
Kessel-Turbinen-Regelanlage zu schaffen, bei der mit variablem Druck gearbeitet wird, und mit der das aus
Kessel und Turbine bestehende Kraftwerk stets mit maximalem Wirkungsgrad betrieben werden kann. Dabei sollen die
beschriebenen Schwierigkeiten und Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
Diese Aufgabe vird insbesondere durch die im Patentbegehren
beschriebenen Maßnahmen gelöst.
Es sei angenommen, daß eine Turbine vier Regelventile hat, deren Öffnungsweite üblicherweise zwischen den Stellungen
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Ί-
alle vier Ventile völlig geöffnet und alle vier Ventile
völlig geschlossen geändert wird, und zwar über die Stellungen drei Ventile völlig geöffnet, zwei Ventile völlig
geöffnet usw., wenn die Last allmählich von 100 % auf 0 % abnimmt. Im Hinblick hierauf wird erfindungsgemäß der Bezugswert
für die Regelventilöffnung als Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs bestimmt. Gleichzeitig wird, wenn
die tatsächliche Ventilöffnung von diesem Bezugswert für die Öffnung abweicht, der Hauptdampfdruck-Bezugswert geändert
und so korrigiert, daß diese Abweichung ausgeglichen wird und das Kraftwerk mit einer tatsächlichen Ventilöffnungsweite
betrieben werden kann, die genau dem Bezugswert für die Regelventilöffnung entspricht.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich, aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 das schematische Schaltbild einer erfindungsgemässen
automatischen Kesselregelanordnung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Theorie der Bestimmung des augenblicklichen Lastbedarfs;
Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Hauptdampfdruck-Bezugs- oder Sollwerte s;
Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Bezugswertes der Regelventilöffnung;
Fig. 5 in einem Diagramm die Beziehung zwischen Last und Wirkungsgrad eines Kraftwerks;
Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Bezugswertes des Speisewasserdurchsatzes;
Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Bezugswertes des Brennstoffdurchsatzes;
Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Bezugswertes des Luftdurchsatzes;
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Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Bezugswertes der Temperatur am Einlaß
des dritten Überhitzers;
Fig. 10 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung der Öffnungsweite des zweiten Sprühventils;
Fig. 11 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Bezugswertes der Auslaßtemperatur
des zweiten Überhitzers;
Fig. 12 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung der Einlaßtemperatur des zweiten Überhitzers;
Fig. 13 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Bezugswertes der Öffnungsweite des
ersten Sprühventils;
Fig. 14 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung
des Bezugswertes der Auslaßtemperatur des Nach- oder Zwischenüberhitzers;
Fig. 15 ein Diagramm zur Erläuterung der Theorie der Einstellung des Öffnungs-Bezugswertes des Schiebers
zur Regelung des Durchsatzes an rezirkuliertem Gas; und
Fig. 16 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäß geregelten Kraftwerks.
Zunächst sei die Dampxströmung näher bescnrieDen. Das speisewasser
wird mittels einer Speisewasserpumpe unter Druck gesetzt, die von einem geeigneten Motor angetrieben wird,
und dann mittels eines Vorerhitzers erhitzt. Das vorerhitzte Speisewasser wird dann über einen Rauchgasvorwärmer
in eine beheizte Wand geleitet und in Dampf verwandelt. Der erzeugte Dampf wird dann in einen Wasserabscheider geleitet,
in dem das im erzeugten Dampf enthaltene Wasser entfernt wird. Der nun wasserfreie oder trockene Dampf wird
darauf überhitzt, während er durch einen ersten Überhitzer
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strömto Darauf wird die Überhitzung durch Einsprühen von
Wasser durch einen ersten Sprühstrahl aufgehoben= Der Dampf wird mittels eines zweiten Überhitzers wieder überhitzt
j, die Überhitzung wird durch nochmaliges Einsprühen
von Wasser wieder entfernt= Schließlich wird mittels eines dritten Überhitzers überhitzt.Der hierbei entstehende Dampf
wird der Haupt-Äusgangsdampf des Kessels. Aus dem Kessel wird der Hauptdampf über Regelventile in eine Hochdruckturbine
geleitet, er expandiert in der Turbine und treibt dieselbe an. Der aus der Hochdruckturbine abgesaugte Dampf
wird mittels eines geteilten Erhitzers rückerhitzt und in eine Niederdruckturbine eingeleitet« Der in der Niederdruckturbine
expandierte Dampf wird mittels eines Dampfkondensators zu Wasser kondensiert» Der durch den Dampf
auf die Turbine ausgeübte Druck treibt einen Generator, der in ein elektrisches Wetz einspeist.
In dem vom Verdampfer oder der Wasserwand begrenzten
Raum sind mehrere Brenner angeordnet. Diesen Brennern wird der Brennstoff über ein Brennstoff-Regelventil
mit Hilfe einer Brennstoff-Speisepumpe zugeführt,
so daß eine Energie erzeugt werden kann, die groß genug ist, das Wasser im Verdampfer in Dampf zu verwandeln.
Die Luftzufuhr zum Ofen in dem vom Verdampfer begrenzten Raum, wird mittels eines Vsntilötars unä &±n§g Schiebers
geregelt, dessen Öffnungsweite variabel ist»
Inzwischen wird ein Teil des Verbrennungsgases durch die Öffnung· eines Schiebers und einen Ventilator geregelt,
wodurch der NO -Gehalt und die Dampftemperatur am Rückerhitzerauslaß
geregelt werden.
Das in Fig. 16 gezeigte Kraftwerk ist herkömmlicher Art.
Fig. 16 zeigt insbesondere die Punkte, an denen die verschiedenen Daten erfaßt werden, die zur Durchführung der
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Erfindung notwendig sind, sowie zur Darstellung der Positionen der verschiedenen im Kraftwerk zu regelnden Einri
chtungen.
Die in Fig. 16 gezeigte Anlage enthält Durchsatzdetektoren
Fx, Temperaturdetektoren Tx, Druckdetektoren Px, Öffnungsund Lastdetektoren Ox bzw. Lx. Im übrigen entsprechen die
in Fig. 16 erscheinenden Bezugszeichen denen der Fig. 1, in der ein im folgenden beschriebenes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt ist.
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen automatischen Kesselregelanordnung. Die Regelanordnung besteht
insgesamt aus elf Untersystemen, nämlich
1. einem Lastbedarfs-Einstellsysten 200,
2. einem Lastregelsystem,
3. eines Druckt sdarfs-Bestirnmurigssystem,
4. einem Hauptdampfdruck-Kompensationssystem,
5. einem Hauptdampftemperatur-Kompensationssystem,
6. einem Speisewasserdurchsatz-Regelsystem,
7. einem Brennstoffdurchsatz-Regelsystem,
8. einem Luftdurchsatz-Rege!system,
9. einem Regelsystem für den zweiten Sprühstrahl,
10. einem Regelsystem für den ersten Sprühstrahl und
11. einem Regelsystem für den Durchsatz an rezirkuliertem Gas.
Aufbau und Arbeitsweise der eben, aufgeführten üntersysteme
werden im folgenden einzeln beschrieben:
System 200 zur Einstellung des Lastbedarfs
Fig. 2 zeigt in vereinfachter Form ein System zur Einstellung des augenblicklichen Lastbedarfs. Der endgültige Lastbedarf
SLD, der von einer zentralen Leistungszufuhr-Regelstation
geliefert: wird, wird einer Subtraktionseinheit 500 zugeführt. Das Signal Ld über den augenblicklichen Lastbedarf
wird dem Kesselregelsystem und der Subtraktionseinrichtung 500 zugeführt. Somit- vergleicht die Subtrak-
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tions"tionseinrichtung 500 den endgültigen Lastbedarf ELD
mit dem augenblicklichen Lastbedarf Ld und gibt die Abweichung aus.
Die Signalabweichung wird dann einem Laständerungsgeschwindigkeitsbegrenzer
501 zugeführt und in diesem mit einem oberen und unteren Bezugsgrenzwert der Laständerung
sgeschwindigkeit verglichen, die durch einen oberen bzw. unteren Grenzeinsteiler 502 bzw. 503 eingestellt
werden. Der Begrenzer 501 gibt das Ausgangssignal der Subtraktionseinrichtung 500 an einen Integrator 504 weiter,
wenn die Laständerungsgeschwindigkeit zwischen der oberen und unteren Grenze liegt. Wenn jedoch das Ausgangssignal
der Subtraktionseinrichtung 500 höher oder niedriger ist als die obere bzw. untere Grenze, so wird von der
Subtraktionseinrichtung 500 dem Integrator 504 der obere oder untere Grenz-Bezugswert zugeführt.
Der Integrator 504 integriert das Eingangssignal und bestimmt den Wert des augenblicklichen Lastbedarfs Ld.
Bei der praktischen Anwendung dieser Regelanordnung bei einem tatsächlich ausgeführten Kraftwerk werden verschiedene
zusätzliche Funktionen erfüllt, beispielsweise eine Frequenzkompensation, Notlauf usw.. Diese zusätzlichen
Funktionen werden hier jedoch nicht beschrieben, weil sie keinen unmittelbaren Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen
Regelanordnung haben.
Der durch das Lastbedarf-Einstellsystem 200 bestimmte
augenblickliche Lastbedarf Ld und das Ausgangssignal
eines Lastdetektors 100 werden einer Subtraktionseinrichtung 300 zugeführt (Fig. 1). Das Ausgangssignal der Subtraktionseinrichtung
300, d.h. die Abweichung zwischen Ist- und Sollwert des augenblicklichen Lastbedarfs Ld
wird einem Regler 301 zur Verstellung des Ventils zuge-
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führt. Der Regler 301 ist ein PI (proportional plus integral)
- Regler; sein Ausgangssignal dient zur Verstellung des Regelventils 400.
Dieses System enthält einen Hauptdampfdruck-Bezugswertgenerator 207, der den Bezugswert aus dem vom Lastbedarf-Einstellsystem
bestimmten Lastbedarf Ld bestimmt. Wie in Fig. 3 an einem Beispiel gezeigt, ist dieser Hauptdampfdruck-Bezugswert
als Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs Ld gegeben. Der Öffnungs-Bezugswert des Regelventils,
der eine Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs Ld ist (Fig. 4), wird durch den Regelventil-Öffnungs-Bezugssignalgenerator
201 gegeben. Dieser Bezugswert wird zusammen mit dem von einem Detektor 101 zur Feststellung
der Öffnungsweite des Regelventils gelieferten Signal einer Subtraktionseinrichtung 202 geführt, die die beiden
Werte miteinander vergleicht. Die sich ergebende Abweichung wird einem PI-Regler 203 zugeführt, so daß die
Abweichung auf Null .gebracht werden kann. Darauf multipliziert eine Multiplizierstufe 204 das Ausgangssignal
des Reglers 203 mit einem bestimmten Faktor, der entsprechend dem augenblicklichen Lastbedarf festgelegt wird,
so daß das Ausgangssignal korrigiert wird. Darauf korrigiert eine Addiereinrichtung 205 das Hauptdampfdruck-Bezugssignal,
das durch den Hauptdampfdruck-Bezugssignal-Generator 207 bestimmt wurde, durch das korrigierte
Ausgangssignal vom Regler 203, und gibt das korrigierte Hauptdampfdruck-Bezugssignal als Hauptdampfdruck-Bedarfssignal
PD aus.
Das charakteristische Merkmal der Erzeugung und Bestimmung des Hauptdampfdruck-Bedarfsignals PD besteht darin, daß
das augenblickliche Lastbedarfssignal LD dem Generator zur Erzeugung des Bezugssignals über die Öffnung des Rege
lventils zugeführt wird, so daß der Öffnungsweiten-Regelbezugswert entsprechend der Laständerung gemäß Fig. 4
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geändert werden kann, während der Generator zur Erzeugung
des Bezugssignais über die Öffnungsweite des Regelventils
des herkömmlichen Systems (der herkömmliche Generator entspricht der Einrichtung 201 in -Fig. 1) ein solches konstantes
Äusgangssignal liefern kann, daß zwei, drei usw. Ventile -vollständig geöffnet werden.
Dieses charakteristische Merkmal der Erfindung dient dazu, den Ventilöffnungs-Bezugswert auf den maximalen Wirkungsgrad
des Kraftwerks bzw. Kraftwerkblocks im jeweiligen Lastbereich einzustellen, da gemäß Fig. 5 der maximale
Wirkungsgrad unterschiedliche Regelventilöffnungsweiten je nach der Höhe der Belastung erfordert.
Die Kurven 1 und 2 im Diagramm der Fig. 5 zeigen, wie der
¥Irkungsgrad in Abhängigkeit von der Last gegenüber herkömmlichem
-Betrieb l>ei /konstantem Brück durch Betrieb bei
variablem Druck tnit drei bzw. zwei vollständig geöffneten
Ventilen -verbessert wird.
Ein weiteres wesentliches Merkmal der Brfindungsgemäßen
Anordnung ist, daß die Funktion des integralen Vergleichs
dem Regler 203 !hinzugefügt werden kann, weil der Bezugswert
über di« =Öffnungsweite des Regelventils entsprechend
der Belastung-säncLerung variabel Ist, während bei
den herkömmlichen Regelanordnungen der Regler nur eine ProportiG-nalkompensation ausführen kann, weil bei hoher
Last sämtliche vier Ventile geöffnet werden müssen, da der Bezugswert über die Öffnungsweite des Regelventils
bei der herkömmlichen Anordnung konstant 1st.
Durch diese zusätzliche Funktion der Integralkompensation wird der wesentliche Vorteil erzielt, daß die endgültige
Ventilöffnungsweite fehlerlos für den maximalen Wirkungsgrad des Kraftwerks eingestellt wird.
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Da ferner bei dieser Ausführungsform das Ausgangssignal
des Reglers 203 zur Korrektur des Hauptdampfdruck-Bezugswertes nach Korrektur des Ausgangssignals mit dem augenblicklichen
Lastbedarfssignal Ld durch die Multiplizierstufe 204 verwendet wird, wird es möglich, das Regelventil
mit verhältnismäßig großer Geschwindigkeit bei Volllast, bei der die Regelung verhältnismäßig stabil ist,
einzustellen, jedoch mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit bei Teillast und geringer Belastung, bei
der die Regelung im allgemeinen instabil ist.
System zur Kompensation des Hauptdampfdruckes
Das Hauptdampfdruck-Bedarfssignal Pd wird zusammen mit dem Ausgangssignal vom Hauptdampfdruckdetektor 102 einer Subtraktionsstufe
206 zugeführt. Die Subtraktionsstufe 206 gibt ein Ausgangssignal entsprechend der Differentialabweichung
des tatsächlichen Hauptdampfdruckes vom Hauptäampfdruckbedarf
Pd ab, und ein PI-Regler 208 verarbeitet -das Ausgangssignal der Subtraktionsstufe 206_. Das Ausgangssignal
Pc vom PI-Regler 208 wird zur Korrektur -des Bedarfs d-er im folgenden noch zu erwähnenden Systeme zur
Speisewasse r-Durcfaflußregelung, Brennstoff-Durchflußregelung
und Luft-Durehflußregelung verwendet.
System zur Kompensation der Hauptdampftemperatur
Das Ausgangssignal eines Hauptdampf-Temperaturbezugssiffnal-Generators
209 und das Ausgangssignal des Hauptdampf-Temperaturdetektors
103 werden einer Subtraktionsstufe 210 zugeführt und in dieser miteinander verglichen. Die Abweichung
der tatsächlichen Hauptdampftemperatur vom Bezugswert, d.h.
das Ausgangssignal der Subtraktionseinrichtung 210 wird einem Hauptdampf-Temperaturregler 211 zugeführt, der als
PI-Regler arbeitet. Das Ausgangssignal der Hauptdampf-Temperatur-Subtraktionsstufe
210 wird zur Korrektor des Bedarfs der ersten und zweiten Sprühregelanordnung verwendet,
während das Ausgangssignal Tc des Hauptdampftemperaturreglers
211 zur Korrektur des Bedarfs des Regelsystems für den Speisewasserdurchsatz verwendet wird. _
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Zunächst wird der Speisewasser-Durchsatz-Bezugswert entsprechend dem augenblicklichen Lastbedarf Ld bestimmt,
und zwar mittels eines Speisewasser-Durchsatz-Bezugssignalgeneratars
302, der die in Fig. 6 dargestellte Funktion hat. Das Ausgangssignal Pc des Hauptdampfdruckreglers
und das Ausgangssignal Tc des Hauptdampftemperaturreglers 211 werden mittels einer Addierstufe 303 zueinander addiert.
Der Speisewasser-Durchsatzbedarf Fd wird durch eine Addierstufe 303' bestimmt, der das Ausgangssignal
des Addierers 303 und das Speisewasser-Durchsatz-Bezugssignal
zugeführt werden, das vom Speisewasser-Durchsatz-Bezugssignalgenerator 302 erzeugt wird.
Bei der herkömmlichen Regelanordnung ist kein Speisewasser-Durchsatz-Bezugssignalgenerator
302 vorgesehen, und das Ausgangssignal Pc des Hauptdampfdruckreglers 208
dient zur Bestimmung des Speisewasserdurchsatz-Bezugswertes. Xm Gegensatz zu der herkömmlichen Regelanordnung
ist bei der erfindungsgemäßen zusätzlich der Speisewasser-Durchsatz-Bezugssignalgenerator
302 vorgesehen, und die Regelanordnung ist so aufgebaut,, daß das Ausgangssignal
Pc des Hauptdampfdruckreglers 208 und das Ausgangssignal Tc des Hauptdampf temperaturregler 211 auf Null
reduziert werden, wenn die Last schließlieh eingestellt ist.
Diese Anordnung ermöglicht es, den Lastwert des Kraftwerkblocks ausschließlich durch das Ausgangssignal des Speisewasserdurchsatz-Bezugssignalgenerators
302 aufrechtzuerhalten, selbst wenn im Hauptdampfdruck- oder -temperaturkompensationssystem
Schwierigkeiten auftreten, beispielsweise der Hauptdampfdruckdetektor ausfällt oder falsch
arbeitet.
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Der so bestimmte Speisewasser-Durchsatzbedarf Fd wird zusammen
mit dem Ausgangssignal eines Speisewasser-Durchsatzdetektors
104 einer Subtraktionsstufe 304 zugeführt. Die Abweichung des tatsächlichen Durchsatzes vom Durchsatzbedarf
Fd, d.h. das Ausgangssignal der Subtraktionsstufe 304, wird einem Speisewasserdurchsatz-PI-Regler
zugeführt, der Speisewasserdurchsatz-Bedarfssignale zur
Betätigung der zugehörigen Speisewasserpumpen abgibt, wenn mehrere Speisewasserpumpen verwendet werden. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel werden zwei· Speisewasserpumpen verwendet. Diese Speisewasserdurchsatz-Bedarfssignale
werden mit den Ausgangssignalen der Speisewasser-Durchsatzdetektoren 111 und 112 mittels Subtraktionseinrichtungen
306 bzw. 308 verglichen, deren Ausgangssignale den zugehörigen Speisewasser-Stellventilreglern 307 bzw. 308
zugeführt werden, die als PI-Regler arbeiten. Sie geben ein Ausgangssignal zur Betätigung der Speisewasser-Stellventile
401 und 402 der zugehörigen Speisewasserpumpen ab, so daß der Speisewasserdurchsatz geregelt wird.
Zunächst wird entsprechend dem augenblicklichen Lastbedarf Ld ein Brennstoffdurchsatz-Bezugssignal erzeugt, und zwar
mittels eines Brennstoffdurchsatz-Bezugssignalgenerators 212, der die in Fig. 7 gezeigte Funktion hat; dieses Signal
Ld wird mit dem Ausgangssignal eines Brennstoffdurchsatz-Detektors
105 verglichen. Die sich ergebende Abweichung wird dann in einer Addierstufe 310 korrigiert, der
von einem Skalenfaktorelement 225 ein Ausgangssignal zugeführt
wird, in dem das Ausgangssignal Pc des Hauptdampfdruckreglers
208 mit einem bestimmten Faktor multipliziert wird. Die korrigierte Abweichung wird dann dem Brennstoffdurchsat
ζ -Stellventilregler 311 zugeführt, der als PI-Regler arbeitet und ein Ausgangs signal zur Betätigung eines*
Brennstoffdurchsatz-Regelventils 403 liefert. Der wesentliche Vorteil dieser Anordnung besteht wie im Fall· des
Speisewasser-Durchsatzregelsystems darin,., daß der. Brenn---
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stoffdurchsatz-Bezugswert als Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs gegeben wird und somit das Kraftwerk einzig
durch den Brennstoffdurchsatz-Bezugssignalgenerator weitergefahren werden kann, selbst wenn eine Fehlfunktion
im Hauptdampfdruck-Kompensationssystem auftritt.
Luftdurchsatz-Regelsystem
Ein Luftdurchsatz-Bezugswert entsprechend dem augenblicklichen Lastbedarfssignal Ld wird mittels eines Luftdurchsatz-Bezugssignalgenerators
214 erzeugt, dessen Funktion in Fig. 8 gezeigt ist, und in einer Subtrahierstufe 215
mit dem Ausgangssignal eines Luftdurchsatzdetektors 106 verglichen wird» Die sich ergebende Abweichung wird dann
in einer Addierstufe 312 korrigiert, der ein Ausgangssignal von einem Skalenfaktorelement 226 zugeführt wird, in
dem das Ausgangssignal des Hauptdampfdruckreglers 208 mit einem bestimmten Faktor multipliziert wird. Die korrigierte
Abweichung wird dann einem Luftdurchsatz-Stellschieberregler 313 zugeführt, der als PI-Regler arbeitet und ein
Äusgangssignal zur Betätigung eines Schiebers 404 liefert. Der charakteristische "Vorteil dieser Anordnung besteht wie
im Fall des Speisewasser- und des Brennstoffdurchsatz-Regelsy-stems
-darin-, daß der Luftdurchsatz-Bezugswert als
Funtetion des -augenblicklichen Belastungsbedarfs gegeben
ist; .so daß das Kraftwerk nur mit dem Luftdurchsatz-Bezugssignalgenerator
welter-arbeiten kann, selbst wenn ri^s
Hauptdampfdruck-Kompensationssystem ausfällt oder fehlerhaft arbeitet.
Zunä-chst wird ein Dampftemperatur-Bezugswert für den Einlaß
des dritten Überhitzers entsprechend dem augenblicklichen Lastbedarf Ld bestimmt, und zwar mittels eines Generators
216 zur Erzeugung eines Bezugssignals der Dampftemperatur
am Einlaß des dritten Überhitzers. Dieses Bezugssignal wird mittels einer Subtraktionsstufe 217 mit
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ns
dem Ausgangssignal eines Dampftemperaturdetektors 107 am
Einlaß des dritten Überhitzers verglichen. Die Abweichung der tatsächlichen Dampftemperatur am Einlaß des dritten
Überhitzers vom Bezugswert wird in einem Addierer 315 korrigiert, dem ein Ausgangssignal von einem Skalenfaktorelement
224 zugeführt wird, in dem das Hauptdampf-Temperatur -Abweichungssignal, das von der Subtraktionsstufe
210 geliefert wird, mit einem bestimmten Faktor multipliziert wird. Das korrigierte Abweichungssignal wird dann
einem P -Regler 316 zugeführt, der die Dampftemperatur am Einlaß des dritten Überhitzer,, regelt.
Inzwischen wird mittels eines Bezugssignalgenerators 314
für die Öffnungsweite des zweiten Sprühventils, der die in Fig. 10 gezeigte Funktion hat, als Funktion des augenblicklichen
Belastungsbedarfs Ld ein Bezugssignal für die Öffnungsweite des zweiten Sprühventils erzeugt und zusammen
mit dem Ausgangssignal vom Regler 316 für die Dampftemperatur
am Einlaß des dritten Überhitzers einer Addierstufe 317 zugeführt, die ein Signal zur Betätigung des
zweiten Sprühventils 405 abgibt.
Das wesentliche Merkmal -dieser Anordnung besteht darin,
daß der Bezugswert für-die Dampftemperatur am Einlaß des
dritten Überhitzers als Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs Ld gegeben wird, so daß der Lastbetrieb des
Kraftwerks selbS+ «iaim aufrechterhalten ψζτάζη kams, worsi
das Bauptdampfdruck-Kompensationssystem aus irgendeinem Grunde fehlerhaft arbeitet, Da der Bezugswert für die
Öffnung des Sprühventils als Funktion vom Lastbedarf erhalten
wird, arbeitet gleichzeitig der Regler 316 für die Dampftemperatur am Einlaß des dritten Überhitzers lediglich
einen Wert "korrigierend, so daß der Lastbetrieb des Kraftwerks selbst bei Ausfall des gleichen Reglers aufrechterhalten
werden kann.
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Entsprechend dem augenblicklichen Lastbedarf Ld wird mittels eines Bezugssignalgenerators 218 für die Dampftemperatur
am Auslaß des zweiten Überhitzers, der gemäß Fig. 11 arbeitet, ein Dampftemperatur-Bezugssignal für den Auslaß
des zweiten Überhitzers erhalten. Das erhaltene Bezugssignal wird mit dem Ausgangssignal eines Detektors 108 für
die Dampftemperatür am Auslaß des zweiten Überhitzers mittels
einer Subtraktionsstufe 219 verglichen. Das sich ergebende
Fehlersignal wird einer Addierstufe 3T9 zugeführt
und dem Ausgangssignal des Skalenfaktorelements hinzuaddiert, in dem die Temperaturabweichung Tc des Hauptdampfes
korrigiert wird. Das Ausgangssignal der Addierstufe 319
wird einem P-Regler 320 für die Regelung der Dampftemperatur am Auslaß- des zweiten Überhitzers zugeführt.
Darauf wird ein Dampftemperatur-Bezugswert für den Einlaß des zweiten Überhitzers entsprechend dem augenblicklichen
Lastbedarf Ld mittels eines Bezugssignalgenerators 220
für die Dampftemperatur am Einlaß des zweiten Überhitzers
bestimmt, der die in Fig. 12" gezeigte Funktion hat, und
mit dem Ausgangssignal des Detektors 109 für die Dampftemperatur
am Einlaß des zweiten Überhitzers verglichen, und zwar mittels einer Subtr akt ions stuf e 221. Da& sich, ergebende Fehlersignal wird dem Ausgangssignal des Reglers
320 für die Dampftemperatur am Einlaß des zweiten Überhitzers
mittels einer Addierstufe 321 hinzuaddiert, deren
Ausgangs-signal einem P-Regler 322 zur Regelung der Dampftemperatur
am Einlaß des zweiten Überhitzers zugeführt wird» Das Ausgangssignal des Reglers 322 wird einem Bezugssignal
hinzuaddiert, das von einem Bezugssignal-Generator 318 für die Öffnung des ersten Sprühventils erzeugt
wird, der die in Fig. 13 gezeigte Funktion hat, und zwar mittels einer Addierstufe 323, deren Ausgangssignal zu
dessen Steuerung einem ersten Sprühventil 406 zugeführt wird.
Das charakteristische Merkmal dieser Anordnung besteht darin, daß der Bezugswert für die Öffnung des ersten
Sprühventils als Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs gegeben wird, so daß, selbst wenn das Hauptdampftemperatur-Regelsystem,
das Regelsystem für die Dampftemperatur am Auslaß des zweiten Überhitzers oder das Regelsystem
für die Dampftemperatur am Einlaß des zweiten Überhitzers
fehlerhaft arbeiten, das Kraftwerk weiterarbeiten kann, wenn lediglich das fehlerhafte Regelsystem getrennt
wird.
Ein weiteres charakteristisches Merkmal dieser Anordnung besteht darin, daß die Bezugswerte für die Dampftemperaturen
am Ein- und Auslaß des zweiten Überhitzers als Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs gegeben sind,
so daß der Prozeß korrigiert wird, der sonst in Abhängigkeit von der Laständerung nichtlinear verlaufen würde, so
daß die Regelcharakt.eristik über einen weiten Bereich von Laständerungen stabilisiert und optimiert wird.
Regelsystem für den Durchsatz an rezirkuliertem gas
Zunächst wird ein Bezugssignal für die Dampftemperatur am Auslaß des Rückerhitzers entsprechend dem augenblicklichen
Lastbedarf Ld mittels eines Bezugssignalgenerators 222 für die Dampftemperatur am Rückerhitzerauslaß, der die in Fig.
14 gezeigte Funktion hat, bestimmt und mit dem Ausgangssignal eines DeteKcors 'HU für die uainpftemperatur am Auslaß
des Rückerhitzers mittels einer Subtraktionsstufe 223 verglichen. Die sich ergebende Abweichung wird einem PI-Regler
325 zur Regelung der Dampftemperatur am Auslaß des
Rückerhitzers zugeführt. Das Ausgangssignal des Reglers-325
wird mittels einer Addierstufe 326 einem B'ezugssignal für di& Schieberöffnung hinzuaddiert, das als Funktion
des augenblicklichen Lastbedarfs Ld erhalten wird, und
zwar mittels eines Bezugssignalgenerators 324 für die Öffnung des Schiebers, der die in Fig. 15 gezeigte Funktion
hat. Der Schieber 407 zur Regelung des Durchsatzes an re-
80983570634
zirkuliertem Gas wird durch das Ausgangssignal der Addierstufe
326 geregelt.
Wesentliches Merkmal dieser Anordnung ist, daß das Bezugssignal für die Öffnung des Regulierschiebers für den Durchsatz
an rezirkuliertem Gas als Punktion des augenblicklichen
Lastbedarfs gegeben ist9 so daß der Lastbetrieb des
Kraftwerkblocks selbst dann aufrechterhalten werden kann,
wenn das Regelsystem für die Dampftemperatur am Auslaß des
Rückerhitzers fehlerhaft arbeitet.
Ein weiteres wesentliches Merkmal besteht darin, daß der Bezugswert für die Dampftemperatür am Auslaß des Rückerhitzers
als Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs Ld gegeben ist, so daß die Nichtlinearität des Prozesses im
Betrieb mit variablem Druck kompensiert werden kann und eine stabile und optimierte Regelcharakteristik über einen
weiten Bereich von Laständerungen gewährleistet ist»
Erfindungsgemäß wird also der Bezugswert für die Öffnung der Regelventile als Funktion des augenblicklichen Lastbedarfs
ermittelt. Gleichzeitig wird der Hauptdampfdruckbedarf durch Integration korrigiert, so daß die schließliche
Regelventilöffnung einem Bezugswert entsprechen kann, der einen maximalen Wirkungsgrad bei der augenblicklichen
Last gewährleistet. Infolgedessen kann der Kraftwerkblock bei jeder Last mit maximalem Wirkungsgrad arbeiten,-obwohl
sich die augenblickliche Last änderte
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde analog geregelt; statt einer Analogregelung ist jedoch auch eine DigitaIregelung
möglich.
809835/0634
al
L e e r s e
i te
Claims (4)
- P_a_t_e_n_t_a_n_s_£_r_ü_c_h_e(Aj Regelanordnung für mit variablem Druck arbeitende Kessel-Turbinenaggregate für Kraftwerkanlagen mit einem Kessel, der so geregelt werden kann, daß er Dampf mit einem Druck erzeugt, der entsprechend dem Lastbedarf des Kraftwerks regelbar ist,und einer von dem vom Kessel gelieferten Dampf antreibbaren Turbine,wobei der· Dampfdurchsatz zur Turbine durch Steuerung der Turbinen-Regelventile regelbar ist, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung (207) zur Erzeugung eines Dampfdruck-Bezugswertes entsprechend dem augenblicklichen Lastbedarf,durch eine zweite Einrichtung (201) zur Erzeugung eines dem augenblicklichen Lastbedarf entsprechenden Bezugswertes für die Öffnung des Turbinenregelventils (400), durch eine dritte Einrichtung (202) zur Erzeugung eines der Abweichung zwischen dem Ist- und dem Sollwert der Öffnungsweite des Turbinenregelventils entsprechenden Signals, durch eine vierte Einrichtung (204) zur Korrektur des Ausgangssignals der ersten Einrichtung (207) durch ein Ausgangssignal von einer Einrichtung (203), die nach einer Integralfunktion arbeitet und der das Ausgangssignal der dritten Einrichtung (202) zugeführt wird,durch eine fünfte Einrichtung (401, 402) zur Regelung des Kessels entsprechend dem Ausgangssignal der vierten Einrichtung, und ^_^ ■ ■ - - ORiGlNAL INSPECTED009835/0634 --- -durch eine sechste Einrichtung zur Regelung des Turbinen-Steuerventils (400) entsprechend dem augenblicklicher. Lastbedarf.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (201) ein Bezugssignal derart erzeugt, daß in einem vorbestimmten Lastbereich eine gewählte Anzahl von Turbinen-Steuerventilen vollständig geschlossen und die anderen Steuerventile vollständig geöffnet sind, während in dem Lastbereich zwischen den vorbestimmten Lastbereichen die Ventilöffnungsweiten entsprechend der Last linear geändert werden.
- 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung (202) einen PI-Regler enthält.
- 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Reglers durch den Wert des augenblicklichen Lastbedarfs korrigierbar ist.
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