SE469042B - Foerfarande och anordning foer att reglera och begraensa luftens temperatur paa en i en pfbc-anlaeggning ingaaende hoegtryckskompressors in- och utlopp - Google Patents

Description

i 4-69 Gif-Q. 2 omtalat ovan, hålla temperaturen både efter och före högtryckskompressom under tillåtna gränser.

I den svenska patentansökan som handlar om luftflödesreglering anges att det i lulftpassagen mellan lågtryckskompressorn och högtrycks- kompressom finnes en mellankylare med den icke uttalade dock självklara uppgiften att kyla luftflödet. I svenska patentet SE 8602003-9, "Sätt för drift av ett turbinaggregat" beskrivs både en extem mellankylare och en intem mellankylare anordnade i förbindelsen mellan lågtrycks- kompressom och högtryckskompressom. Dessa mellankylare är anordnade för värrneväxling mellan luften i kompressorkretsen och kondensatet från kondensatom (matarvattnet). Det heter vidare i patentskriften att "Genom mellankylningen reduceras temperaturen på luften till högtryckkompressom samtidigt som matarvattnet till pannan förvärmes i den intema mellankylaren." Någon temperaturreglering talas det dock inte om i detta sammanhang.

Den högsta tillåtna temperaturen på högtryckskompressoms utgång r bestäms av den maximalt tillåtna temperaturen under stationär drift för att förhindra pumpning i högtryckskompressom. Vanligtvis ligger den maximalt tillåtna temperaturen på ca 300°C. För att kunna begränsa denna temperatur temperaturregleras luften ut från högtrycks- kompressom med mellankylaren som verkställande organ. Mellankylaren kan exempelvis vara av tvärströmstyp med kylvatten på tubsidan.

Konstant vattenflöde upprätthålles av en cirkulationspump och vattnets temperatur i mellankylaren regleras av en shuntventil. Ventilen blandar varmt vatten från mellankylarens utlopp med kallare kylvatten, t ex fjärrvännevatten. Om mellankylarens kylande effekt skulle reduceras måste gasturbinens uteffekt begränsas för att skydda mot kompressorpumpning. Ci-rkulationspumpen upprätthåller kylvattenflödet genom mellankylaren för att säkerställa jämn kylning av luften genom kompressom. Oavsiktlig avstängning av cirkulationspumpen ger en larmsignal.

Under lastpåläggning sjunker tryckförhållandet över högtrycks- kompressom och motsvarande ökning sker hos lågtryckskompressom.

Detta medför att temperaturen på luften på högtryckskompressoms ingång ökar och når värden som kan vara långt över det aktuella av lasten betingade stationära värdet. På grund av den höga lufttemperaturen på högtryckskompressoms ingång suger högtryckskompressom sämre undan luften bakom lågtryckskompressom. Därmed kan lågtryckskompressom tvingas mot pumpningsgräns vilket kan leda till GT-trip. För att förhindra luftflödets temperatur på ingången till högtryckskompressom att stiga över ett visst värde och därmed förhindra uppkomsten av närrmda fenomen anordnas en temperaturreglering som även denna har mellankylaren som verkställande organ. i 3 469 042 Eftersom mellankylaren endast kan fungera som verkställande organ för en av de nämnda regleringama i taget ingår i uppfinningen användning av en maxväljare som väljer den reglering som har störst behov av kylning.

Att införa temperaturreglering av luften på det redovisade sättet medför stora fördelar för driften av en PFBC-anläggning. Genom att begränsa och hålla temperaturen på högtryckskompressoms inloppssida på en reglerad nivå erhålles en säkrare och bättre marginal till pumpnings- gränsen hos lågtryckskompressom. Detta innebär att risken för GT- trippar reduceras. Dessutom kommer laddningskapaciteten att förbättras eftersom den effekt som lågtryckskompressom kräver under laddnings- fasen minskar då trycket efter lågtryckskompressom sjunker. Det finns dessutom alltid en risk att temperaturen hos gasen före lågtrycksturbinen kan bli för hög vid höga utetemperaturer om man inte har någon form av begränsning av temperaturen. Temperaturregleringen enligt uppfinningen sänker också gastemperaturen före lågtrycksturbinen I bifogade figur 1 visas luft-/gaspassagen genom gasturbinaggregaten och den principiella uppbyggnaden av reglersystemen. I figur 2 och 3 visas två altemativa utföringsformer av hur reglerkretsama kan vara uppbyggda och i figur 4 visas en utföringsform av hur reglerkretsama kan integreras med övriga manöver- och skyddskretsar.

I figur 1 visas både lågtrycksaggregaten med en lågtryckskompressor 1 där luft sugs in och en lågtrycksturbin 2 samt högtlycksaggregatet med högtryckskompressom 3 och högtrycksturbinen 4. De insugna luften leds från lågtryckskompressom via en mellankylare 5 till högtrycks- kompressom 3 och därifrån vidare till PFBC-anläggningens panna 6.

Luften till pannan och gasflödet från pannan passerar interceptventilen 7.

Returflödet leds sedan till högtrycksturbinen 4 och vidare via lågtrycks- turbinen 2 ut till den fria omgivningen.

I figur 1 visas också mätorganen 8 för temperaturen T3 före högtrycks- kompressom och 9 för temperaturen T4 efter högtryckskompressom.

Båda dessa mätvärden tillföres lufttemperaturregulatom 10 tillsammans med respektive regleringars börvärden, dvs T3bör och T4böf.

Lufttemperaturregleringen påverkar shuntventilen ll som i stängt läge stänger av all kallvattentillförsel till mellankylaren. Vattnets temperatur i mellankylaren kommer därvid att höjas. Temperaturregleringens uppgift är att se till att det i mellankylaren värmda vattnet blandas med det kallare kyivattnet från kylvattennätet så att tillräcklig kylning uppnås. Detta kan ske genom att öppna shuntventilen varvid kallt kylvatten börjar flyta i mellankylaren och på så sätt kommer mellankylarens kylande effekt att öka. I helt öppet läge kommer mellankylarens vatten att återföras till fjärrvärmenätet, dvs by-pass-delen av shuntventilen är stängd. \ 4~9f G42 4 Vattencirkulationen i mellankylaren sker med hjälp av en med en ' pumpmotor PM 12 driven cirkulationspump 13. Då shuntventilen är stängd kommer således samma vatten att cirkulera i kretsen som består av mellankylaren, by-pass-delen av shuntventilen och cirkulationspurnpen.

För att övervaka vattenflödet genom mellankylaren mäts tryckfallet över mellankylarens vattensida, exempelvis med differenstryckmätaren 14 vars mätvärde DP också tillföres temperaturregulatom. Om mätvärdet understiger ett visst värde vidtages speciella åtgärder i temperatur- regleringen som närmare skall beskrivas vid redovisningen av själva reglersystemet.

Reglerprincipen för temperaturreglering av lufttillförseln i en PFBC- anläggning enligt uppfinningen framgår av figurerna 2 och 3 som visar två olika utföringsformer. I dessa scheman har samtliga begränsnings- och förreglingsfunktioner utelämnats. Uppbyggnadsmässigt kan de i reglersystemen ingående komponentema så som regulatorer, väljardon m m varieras på en mångfald sätt bestående av analoga, digitala eller hybrid analoga/digitala komponenter i mer eller mindre integrerad form.

Detta gäller självfallet även för de don och komponenter som tillkommer i samband med uppbyggnaden av begränsnings- och förreglings- funktionema enligt figur 4 som visar dessa fimktioner integrerade med reglerprincipen enligt figur 2. Lägesregleringen av shuntventilen kan också vara utformad på ett flertal olika sätt med kontinuerlig reglering, trelägesreglering eller liknande och drivningen kan ske elektriskt eller via pneumatisk manövrering.

I figur 2 jämförs bör- och ärvärdena för temperaturen efter _ högtryckskompressom, dvs T4bör och T4äf, i en första regulator 15 och på samma sätt jämförs bör- och ärvärdena för temperaturen före högtryckskompressom, dvs Tgbör och T3är, i en andra regulator 16.

Regulatoremas utgångar leds till en maxväljare 17 vars utsignal utgöres av den största av reglersignalema från de båda regulatorerna. Denna signal utgör börvärde Sböl- för den efterföjande lägesregleringen av shunt- ventilen.

I figur 3 visas en arman utföringsform av samma temperaturreglering. I detta utförande sker urval av den av de båda regleringama som skall vara i ingrepp före temperarurregulatom 18. Urvalet går till på så sätt att T4b5; och T4ä1- jämförs i en första summator 19, Tgbö; och Tgä; jämförs i en andra sumrnator 20 varefter de båda summatoremas utgångssignaler jämförs i en tredje summator 21. Polariteten på dess utgång blir då bestämmande för vilken av regleringama som skall vara i ingrepp.

Polariteten omvandlas i ett gränsdon 22 till antingen en "O"- eller "l"- signal som aktiverar ett antal väljare som till regulatom kopplar in den reglerkrets som har störst reglerbehov. I det i figur 3 visade tillståndet är 5 469 042 utsignalen från gränsdonet lika med noll. Väljarna V1 och V2 kopplar då T4bör och T4är till regulatom samtidigt som väljama V3 och V4 till regulatorn kopplar denna reglerings proportionaldel P4 och integraldel 14. På motsvarande sätt inkopplas temperaturregleringen för temperaturen före högtrycksturbinen då utgången på gränsdonet 22 blir "1". Den efterföljande lägesregleringen av shuntventilen är den samma som framgår av figur 2.

Figur 4 visar det funktionella sambandet mellan reglerkretsama och begränsnings- och förreglingskretsarna då utföringsformen för reglersystemet är den som framgår av figur 2. Samma funktionella samband finnes självfallet också då reglersystemet har en utföringsfonn enligt figur 3.

Det är viktigt att det vid övergången mellan reglering på T4 och T3 och vice versa inte blir en alltför stor stötvis stöming. Man låter därför börvärdet Sbör för shuntventilens lägesreglering, som i normal drift utgöres av maxväljarens utgång, via ett reducerdon 23 reduceras med en viss procentsats a och låter det reducerade värdet bilda ett följbörvärde Fbö; som leds till de båda regulatorema. Dessa är kopplade så att den regulator som inte är i ingrepp erhåller en utsignal som ligger nämnda procentsats under motsvarande värde på den regulator som är i ingrepp.

Detta betyder att signalen på utgången av regulator 16 i det i figur 4 visade driftfallet kommer att ha ett värde något lägre än signalen på utgången av regulator 15. Om däremot skillnaden mellan Tgböf och Tgäf blir så stor att temperaturregleringen skall övertas av Tg-regleringen kommer regulatom 15 för T~4 regleringen att styras mot ett motsvarande lägre värde. - Det är självfallet önskvärt att kunna styra shuntventilens läge manuellt vilket kan ske genom att med en aktiveringssignal "Manuell" aktivera en väljare V5 som kopplar in ett önskat börvärde Manbön Aktiveringen kan ske via operator eller via säkerhetssignaler. Detta värde utgör nu shuntregleringens börvärde i stället för styrsignalen från någon av regulatorema.

Som omtalat måste man ha ett visst minflöde genom mellankylaren. Om flödet understiger en viss gräns erhålles information om detta via differenstryckmätaren 14 enligt figur l som mäter tryckfallet över mellankylarens vattensida. Om ett tryckfall understiger mingränsen DP och varaktigheten av underskridandet är 10 sekunder eller mera, vilket kontrolleras med tidfördröjningselementet 24, aktiveras väljaren V6 som är dominerande över både styrsignalen från regulatorema och den manuella driften. Därvid kopplas ett fast börvärde DPSböf = O in till shuntventilens reglering.

Claims (7)

469 G42 16 PATENTKRAV

1. Förfarande för temperaturreglering av lufttillförseln i PFBC- anläggningar som innefattar ett lågtrycksaggregat med en lågtryckskompressor (1) och en lâgtrycksturbin (2), ett högtrycksaggregat med en högtryckskompressor (3) och en högtrycksturbin (4) och att luft sugs in vid lågtryckskompressom varefter luften via en mellankylare (5), som genomströmmas av vatten, leds till högtryckskompressom och därifrån vidare till anläggningens parma (6), vilken temperaturreglering k ä n n e t e c k n a s av att den innefattar reglering både av luftens temperatur före (T3) och efter (T4) högtryckskompressom, varvid de båda regleringamas bör- och ärvärden jämförs och att endast den av de båda regleringama som har störst reglerbehov kommer att vara i ingrepp och att temperaturregleringens verkställande organ utgöres av mellankylaren vars kylande effekt bestäms med en shuntventil vars g _ styrsignal (Sböf) utgöres av utsignalen från temperaturreglersystemet . (10). a

2. Förfarande för temperaturreglering av lufttillförseln i PFBC- anläggningar enligt patentkrav l, vilket förfarande k ä n n e t e c k n a s av att bör- och ärvärdena för de båda regleringama jämförs i var sin regulator (15, 16) och att regulatoremas utgångar leds till en maxväljare (17) vars utsignal motsvaras av utsignalen (Sböf) från temperatur- reglersystemet.

3. Förfarande för temperaturreglering av lufttillförseln i PFBC- anläggningar enligt patentkrav 1 och 2, vilket förfarande k ä n n e t e c k n a°s av att med hjälp av ett reducerat värde på temperaturregleringens utsignal bildas ett följbörvärde (Fbör) som återförs till de båda regulatorema som kopplas så att utsignalen från den regulator vars utgång inte är i ingrepp styrs mot en reducerad motsvarighet till utsignalen från den regulator som är i ingrepp.

4. Förfarande för temperaturreglering av lufttillförseln i PFBC- anläggningar enligt patentkrav l, vilket förfarande k ä n n e te c k n a s av att bör- och ärvärdena för T4-regleringen jämförs i en första summator (19) och att bör- och ärvärdena för T3-regleringen jämförs i en andra summator (20) och att de båda summatoremas utsignaler leds till en tredje surmnator (21) och att den av regleringama som skall vara i ingrepp bestäms av polariteten på utsignalen på den tredje summatom via ett gränsdon (22) varvid också via polaritetsstyrda väljare (V 1, V2, V3, V4) bör- och ärvärdena för den reglering som skall vara i ingrepp tillsammans med för respektive reglering bestämda P- och I-värden 7 469 042 tillföres en gemensam PID-kopplad regulator (18) vars utsignal motsvaras av utsignalen (Sbör) från temperaturreglersystemet.

5. Förfarande för temperaturreglering av lufttillförseln i PFBC- anläggningar enligt patentkrav 1, vilket förfarande k ä n n e te c k n a s av att styrsignalen (Sböf) från temperaturreglersystemet för styrning av shuntventilen ersättes av ett börvärde (Manbör) för manuell styrning av shuntventilen.

6. Förfarande för temperaturreglering av lufttillförseln i PFBC- anläggningar enligt patentkrav 1, vilket förfarande k ä n n e t e c k n a s av att styrsignalen (Sböf) från temperaturreglersystemet för styrning av shuntventilen ersättes av ett börvärde (DPSbör) för styrning av shuntventilen då tryckfallet över mellankylarens vattensida underskrider ett bestämt minvärde.

7. Anordning för genomförandet av förfarandet för temperaturreglering av lufttillförseln i PFBC-anläggningar enligt patentkrav l, vilken anläggning innefattar ett lågtrycksaggregat med en lågtryckskompressor' (1) och en lågtrycksturbin (2), ett högtrycksaggregat med en högtryckskompressor (3) och en högtrycksturbin (4) och en i luftpassagen mellan lågtrycks- och högtryckskompressom befintlig mellankylare (5), vilken anordning är k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar mätdon (8, 9) för luftens temperatur före (T3) och efter (T4) högtryckskompressom samt reglerdon för jämförelse mellan uppmätta temperaturer och motsvarande börvärden och för bildande av en styrsignal till mellankylaren som är anordnad som verkställande organ för regleringarna vilken styrsignal via en shuntventil (ll) bestämmer mellankylarens kylande effekt.