WO2015028366A2 - Betriebsverfahren für einen extern beheizten zwangdurchlaufdampferzeuger - Google Patents

Betriebsverfahren für einen extern beheizten zwangdurchlaufdampferzeuger Download PDF

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WO2015028366A2
WO2015028366A2 PCT/EP2014/067729 EP2014067729W WO2015028366A2 WO 2015028366 A2 WO2015028366 A2 WO 2015028366A2 EP 2014067729 W EP2014067729 W EP 2014067729W WO 2015028366 A2 WO2015028366 A2 WO 2015028366A2
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steam generator
pressure
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Jan BRÜCKNER
Frank Thomas
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F01K7/165—Controlling means specially adapted therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Definitions

  • the invention relates to an operating method for an externally heated forced once - through steam generator, in particular a so ⁇ larthermically heated forced once - through steam generator, according to the preamble of claim 1.
  • Solar thermal power plants are an alternative to conventional electricity generation ago ⁇ .
  • An already known power plant concept in this area is trough power plant, the so-called parabolic.
  • thermal oil is typically used as the heat transfer medium, which is the
  • Parabolic troughs of a solar field flows through and absorbs the heat introduced via the sun as an external heat source and transfers it to a flow medium flowing through the steam generator.
  • Main steam supplied via a water-steam separator of the steam turbine is predominantly used during the start-up phase.
  • ⁇ operating phase contrast superheated Strö ⁇ tion medium at the outlet of the once-through steam generator and therefore also in the water-steam separator must always sufficiently present so that the steam turbine is not supplied with saturated steam.
  • the ⁇ A position of the corresponding fresh steam temperature at the outlet of the once-through steam generator can be set accurately only by the choice of the correct feed-water mass flow, therefore, and are variations of the feed-water mass flow directly linked to fluctuations in the live steam temperature.
  • the object of the invention is therefore for power plants, and in particular ⁇ for solar thermal power plants in which, unlike power plants with thermal storage devices, the load change speed is not freely selectable but is dependent on the respective solar radiation to provide an operating method for an externally heated forced once-through steam generator with the help of such inadmissibly high and thus possibly no longer ver ⁇ controllable temperature fluctuations at the outlet of the solar thermal or otherwise externally heated forced once-through steam generator can be avoided even during rapid load decreases in the lower load range.
  • the method according to the invention can additionally stabilize the entire pressure control and, moreover, that in the
  • this may be it ⁇ ranges by optimizing the appli ⁇ case of use performance management of the steam turbine. It has been found that a very effective way to reduce the pressure moderate, is be ⁇ is to couple the current power delivery of the steam turbine to the steam generator currently transferred from the heat transfer medium to the heat flow Zwang barnlauf- functional. Specifically, this means that in relative terms the steam turbine has to reduce its load just as quickly as the heat currently being transferred to the forced-circulation steam generator decreases.
  • the pressure control that controls the at least one steam turbine valve to extend suitable. Forming a power setpoint for the steam turbine on Ba ⁇ sis of the currently transmitted to the steam generator heat flow, this is compared with the current power delivery of the steam turbine, so the control deviation formed therefrom can be used directly after appropriate normalization to on the controller used in the pressure control, the steam turbine valves related to the power release of
  • Pressure control structures can be introduced and the required measurement and data values are already largely present ⁇ hand .
  • the inventive method is independent of the Were ⁇ membomedium principle for all externally heated
  • the method could if several steam valves, usually is in fact adjacent to the high-pressure turbine valve in systems with intermediate superheating, a low pressure turbine valve provided, on which are applied under different ⁇ union turbine valves.
  • the reheater on the heat transfer medium side or the low-pressure turbine on the turbine side could also be included in the pressure control.
  • Pressure control device 3 This pressure control device 3 consists of an adjustable control valve 31 and a pressure measuring device 32 in the steam line 6 between
  • the live steam pressure prevailing in the steam line 6 is measured and fed to a control device 4. From the measured steam pressure of the presently applied pressure setpoint 41 übli ⁇ chtem corresponds to the hard pressure is withdrawn.
  • the Standde control deviation 44 is supplied to a controller 42 after appropriate normalization.
  • This controller 42 may be, for example, a PID, PI, P or a combination of the individual controllers.
  • the controller 42 then controls the controllable valve 31 in accordance with the control deviation via a motor 33 or any other actuator in such a way that the predetermined desired pressure value can be sustainably adjusted.
  • the tur ⁇ binenventil is usually fully open in normal load operation and the pressure changes in load changes according to the natural Gleit horrin. Only when, with a correspondingly large load reduction, does the current live steam pressure fall below the setpoint pressure value does the control begin to intervene and the turbine valve closes in such a way that the preset pressure setpoint (fixed pressure) is established.
  • the heat transfer medium also acts as a storage medium, it then takes in the subsequent load operation phase, especially for small feedwater mass flows very long, until this additional stored energy is discharged again.
  • the steam temperature remains at a high temperature level for a very long time under these circumstances.
  • the feedwater control concept is ⁇ built correction controller of main steam temperature during this lengthy period the Lucasbergmassen- current increase over charge, since the scheme will try to lichst decrease rapidly compared to the setpoint is raised temperature mög ⁇ so that at some point the steam temperature will suffer inevitably , This temperature decrease is a consequence of the excessive supply and can then not be intercepted by the injection cooling device 5, so that when falling below a minimum steam temperature, the steam turbine has to go out of operation for self-protection.
  • Consequences can be counteracted effectively by the additional DampfShi ⁇ on being caused by the decrease in pressure lengthened and thus be maintained feed water and live steam mass flow rather in equilibrium.
  • a mo ⁇ modified control device 4 ⁇ provided.
  • the power setpoint 46 in the additional control loop is which can be determined in the form of a mathematical function on the basis of the introduced into the steam generator heat output, subtracted from a means of a corresponding measuring device 21 currently measured steam turbine power.
  • the resulting control deviation is 47 after appropriate normalization 48 is also supplied to the controller 42 so as then according bain the required performance of the steam turbine set ⁇ .
  • ⁇ additionally responds to deviations from a predetermined pressure desired value in addition to the power control in the present embodiment in FIG 2 is to always use a Min selection 45 the afflicted with a negative sign largest deviation which provides for a corresponding closing of the control valves .
  • the individual control loops so either the power control of the steam turbine or the pressure control takes the lead for the throttling behavior of the shown in FIG 2 a control valve 31.
  • the control loop loop 46-48 power regulation of the steam turbine
  • the moderate reduction of pressure is to couple the power release of the steam turbine to the heat output of the heat transfer medium to the forced flow steam generator.
  • the turbine output temporarily remains at a higher level compared to the heat consumption of the once-through steam generator due to the above-mentioned withdrawal effects of the once-through steam generator (after completion of the load change, a balance between absorbed heat and discharged again ⁇ ner turbine power on).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für einen extern beheizten Zwangdurchlaufdampferzeuger (1), insbesondere einen solarthermisch beheizten Zwangdurchlaufdampferzeuger mit einer dem Zwangdurchlaufdampferzeuger nachgeschaltenen Dampfturbine (2), wobei im Speisewasser-Dampf-Kreislauf zwischen Zwangdurchlaufdampferzeuger (1) und Dampfturbine (2) eine Druckregelvorrichtung (3) mit zumindest einem Turbinenventil (31) zum Regeln des Drucks vorgesehen ist, wobei die Druckregelvorrichtung (3) von einer Steuereinrichtung (4') so angesteuert wird, dass bei schnellen Lastabsenkungen der damit einhergehende Abfall des Drucks über eine Androsselung des zumindest einen Turbinenventils (31) zeitlich verzögert erfolgt.

Description

Beschreibung
Betriebsverfahren für einen extern beheizten Zwangdurchlaufdampferzeuger
Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für einen extern beheizten Zwangdurchlaufdampferzeuger, insbesondere einen so¬ larthermisch beheizten Zwangdurchlaufdampferzeuger, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solarthermische Kraftwerke stellen eine Alternative zur her¬ kömmlichen Stromerzeugung dar. Ein bereits bekanntes Kraftwerkskonzept in diesem Bereich ist das sogenannte Parabol- rinnenkraftwerk . In diesem Kraftwerkstyp wird typischerweise Thermoöl als Wärmeträgermedium verwendet, welches die
Parabolrinnen eines Solarfeldes durchströmt und so die über die Sonne als externe Heizquelle eingebrachte Wärme aufnimmt und an ein den Dampferzeuger durchströmendes Strömungsmedium überträgt .
Für einen solchen solarthermisch beheizten Dampferzeuger stellt das Zwangdurchlaufprinzip die bevorzugte Ausführungs¬ form dar. Das in den Zwangdurchlaufdampferzeuger eintretende und an dieser Stelle auch als Speisewasser bezeichnete Strö¬ mungsmedium wird in einem Durchgang aufgewärmt, verdampft und überhitzt. Das überhitzte Strömungsmedium wird dann als
Frischdampf über einen Wasser-Dampf-Abscheider der Dampfturbine zugeführt. Der Wasser-Dampf-Abscheider am Austritt des Zwangdurchlaufdampferzeugers kommt dabei überwiegend während der Anfahrphase zum Einsatz. Während der normalen Lastbe¬ triebsphase muss dagegen immer ausreichend überhitztes Strö¬ mungsmedium am Austritt des Zwangdurchlaufdampferzeugers und somit auch im Wasser-Dampf-Abscheider vorliegen, damit die Dampfturbine nicht mit Sattdampf beaufschlagt wird. Die Ein¬ stellung der entsprechenden Frischdampftemperatur am Austritt des Zwangdurchlaufdampferzeugers kann daher nur durch die Wahl des richtigen Speisewassermassenstroms genau eingestellt werden, bzw. sind Schwankungen des Speisewassermassenstroms unmittelbar mit Schwankungen der Frischdampftemperatur verknüpft .
Um solchen Schwankungen der Frischdampftemperatur im Speise- wasser-Dampf-Kreislauf, insbesondere während der Lastbe¬ triebsphase solarthermischer Kraftwerke entgegen zu wirken, wird bereits in der WO 2012/110344 AI ein Verfahren zur prä- diktiven bzw. vorausschauenden Regelung des Speisewassermas- senstroms mittels eines Korrekturwertes vorgeschlagen. Diese Art der prädiktiven Regelung des Speisewassermassenstroms er¬ möglicht es, Abweichungen der am Austritt des Zwangdurchlauf- dampferzeugers vorliegenden spezifischen Enthalpie vom Sollwert und daraus resultierende unerwünscht große Schwankungen der Frischdampftemperatur in allen Betriebszuständen der Lastbetriebsphase, die durch transiente Zustände, wie sie beispielsweise bei einem Lastwechsel hervorgerufen werden, so gering wie möglich zu halten.
Es hat sich nun herausgestellt, dass es bei schnellen Lastab- Senkungen in der Lastbetriebsphase, und hier gerade im unte¬ ren Lastbereich wo niedrige Drücke vorliegen, im Wasser- Dampf-Kreislauf des Strömungsmediums zu unzulässig hohen Tem¬ peraturschwankungen des am Austritt des Zwangdurchlauf- dampferzeugers auftretenden Frischdampfs kommen kann. Redu- ziert sich so zum Beispiel bei solarthermischen Kraftwerken aufgrund einer reduzierten Wärmeaufnahme durch schwankende Sonneneinstrahlung auch der Massendurchfluss des Strömungsme¬ diums durch den Zwangdurchlaufdampferzeuger, und findet dies zusätzlich bei geringen Drücken statt bei denen sich die grö- ßeren Unterschiede der Stoffwerte von Wasser und Dampf ent¬ sprechend gravierender auswirken, so können diese Temperaturschwankungen möglicherweise nicht mehr vollständig durch das in der WO 2012/110344 AI beschriebene Speisewasserregelkonzept abgefangen werden. Da hier im Falle einer schnellen Lastabsenkung die Drücke gemäß der natürlichen Gleitdruckkennlinie zu schnell und zu stark abfallen, liegt bezogen auf den quasistationären Zustand ein überproportional hoher
Frischdampfmassenstrom am Austritt des Zwangdurch- laufdampferzeugers vor. Sinkt bei einer Lastabsenkung der Druck, so wird bei schnellen Lastabsenkungen im unteren Lastbereich über Gebühr Dampf aus dem Zwangdurchlaufdampferzeuger ausgespeichert, was eine vergleichsweise starke Absenkung der Frischdampftemperatur zur Folge hat. Solche Temperaturschwankungen können dann je nach Größe zu einem unerwünschten Abschalten der dem Zwangdurchlaufdampferzeuger nachgeschalteten Dampfturbine und damit des gesamten Kraftwerks führen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher für Kraftwerke, und insbe¬ sondere für solarthermisch betriebene Kraftwerke, bei denen im Gegensatz zu Kraftwerken mit thermischen Speichereinrichtungen die Laständerungsgeschwindigkeit nicht frei wählbar ist sondern von der jeweiligen Sonneneinstrahlung abhängig ist, ein Betriebsverfahren für einen extern beheizten Zwangdurchlaufdampferzeuger bereitzustellen, mit dessen Hilfe solche unzulässig hohen und damit möglicherweise nicht mehr be¬ herrschbaren Temperaturschwankungen am Austritt des solarthermisch oder anderweitig extern beheizten Zwangdurchlaufdampferzeugers auch während schneller Lastabsenkungen im unteren Lastbereich vermieden werden können.
Dies wird mit dem Betriebsverfahren für einen extern beheizten, insbesondere solarthermisch beheizten
Zwangdurchlaufdampferzeuger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .
Dadurch, dass während einer durch eine externe Heizquelle (wie beispielsweise die Sonne) bewirkten schnellen Lastabsenkung der damit einhergehende Abfall des Frischdampfdrucks über eine Androsselung des zumindest einen Turbinenventils zeitlich verzögert erfolgt, was somit in einer modifizierten vom natürlichen Gleitdruck abweichenden Gleitdruckkennlinie mündet, kann auch für schnelle Lastabsenkungen gerade im unteren Lastbereich der Lastbetriebsphase, die Frischdampftemperatur am Austritt des Zwangdurchlaufdampferzeugers in zu¬ lässigen Grenzen gehalten werden. Dadurch kann eine unerwünschte Abschaltung der dem Zwangdurchlaufdampferzeuger nachgeschalteten Dampfturbine vermieden werden und so die Verfügbarkeit des Kraftwerks, insbesondere des solarthermi¬ schen Kraftwerks, dauerhaft sichergestellt werden.
So kann das erfindungsgemäße Verfahren die gesamte Druckrege¬ lung zusätzlich stabilisieren und zudem das in der
WO 2012/110344 AI beschriebene Speisewasserregelkonzept hin¬ sichtlich einer schwankungsarmen Regelung der Frischdampftemperatur unterstützen, da der Druck während der Lastabsenkung und somit auch beim Erreichen des Festdrucksollwerts ge¬ ringere Transienten aufweist und somit bezogen auf den Fest¬ drucksollwert in geringeren Unter- und Überschwingern mündet.
Besonders vorteilhaft kann dies durch eine auf den Anwen¬ dungsfall optimierte Leistungsführung der Dampfturbine er¬ reicht werden. Es hat sich herausgestellt, dass eine sehr wirksame Methode, den Druck moderat abzusenken, darin be¬ steht, die aktuelle Leistungsentbindung der Dampfturbine an die aktuell vom Wärmeträgermedium an den Zwangdurchlauf- dampferzeuger übertragenen Wärmestrom funktional zu koppeln. Konkret bedeutet dies, dass relativ gesehen die Dampfturbine genauso schnell ihre Last reduzieren muss, wie die aktuell an den Zwangdurchlaufdampferzeuger übertragene Wärme abnimmt.
Da die DampfProduktion eines solarthermisch beheizten Zwangdurchlaufdampferzeugers aufgrund seiner sowohl thermischen als auch volumetrischen Speicherfähigkeit dem aktuellen Wärmeangebot durch das Wärmeträgermedium immer mit einer zeitlichen Verzögerung folgt, kann bei einer Lastabsenkung die Forderung gleicher Änderungsgeschwindigkeiten von Wärmeabgabe des Wärmeträgerfluids und Leistungsentbindung der Dampfturbi¬ ne durch Androsselung der Turbinenventile erfüllt werden. Hierfür ist die Druckregelung, die das zumindest eine Dampfturbinenventil ansteuert, geeignet zu erweitern. Wird auf Ba¬ sis des aktuell an den Dampferzeuger übertragenen Wärmestroms ein Leistungssollwert für die Dampfturbine gebildet, dieser mit der aktuellen Leistungsentbindung der Dampfturbine verglichen, so kann nach einer entsprechenden Normierung die daraus gebildete Regelabweichung direkt verwendet werden, um über den in der Druckregelung verwendeten Regler die Dampfturbinenventile bezogen auf die Leistungsentbindung der
Dampfturbine geeignet anzusteuern. Dazu muss die aktuelle an den Zwangdurchlaufdampferzeuger übertragene Wärmeleistung des Wärmeträgermediums ermittelt werden. Erfolgt diese Ermittlung beispielsweise nach dem aus der WO 2012/110344 AI bekannten Speisewasserregelkonzept, so kann diese ohne zusätzlichen Aufwand direkt zur Bildung des Leistungssollwerts der Dampfturbine herangezogen werden.
Kommt nun eine solche erfindungsgemäß modifizierte Druckrege¬ lung zur Anwendung, so folgt auf eine schnelle Lastabsenkung eine nur moderate Druckabnahme. Da diese Druckregelung selbstverstärkend ist, fällt bezogen auf die Laständerungsge¬ schwindigkeit die Druckabsenkung umso moderater aus, je schneller die Last abgesenkt wird. Bei einem folgenden Last¬ anstieg hingegen greift die erfindungsgemäße Regelung nicht, da hier der Zwangsdurchlaufdampferzeuger dem angebotenen Wär- mestrom des Wärmeträgermediums hinterherläuft. Konkret bedeu¬ tet dies, dass keine zusätzliche Androsselung des zumindest einen Turbinenventils während einer Lasterhöhung stattfindet und somit die Turbinenventile frühestmöglich geöffnet werden und für eine maximal mögliche Leistungsentbindung der Dampf- turbine sorgen, was hier erwünscht ist.
Ein wesentlicher Vorteil dieser modifizierten Druckregelung besteht darin, dass parallel zur bekannten Druckregelung nun auch die Leistungsentbindung der Dampfturbine geeignet beein- flusst werden kann. Das erfindungsgemäße Regelkonzept kann dabei dauerhaft in Betrieb sein und muss nicht erst über ge¬ eignete Kriterien während einer Lastabsenkung aktiviert und im Anschluss für einen Lastanstieg wieder deaktiviert werden. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist so kein zusätzlicher Aufwand erforderlich, da die Anpassungen in heute übliche
Druckregelstrukturen eingebracht werden können und die dafür erforderlichen Mess- und Datenwerte bereits weitgehend vor¬ handen sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei unabhängig vom Wär¬ meträgermedium prinzipiell für alle extern beheizten
Zwangdurchlaufdampferzeuger anwendbar. Aber gerade bei solar- thermisch beheizten Zwangdurchlaufdampferzeugern, die zeitlich stark von Schwankungen der Sonneneinstrahlung abhängig sind, wird bei einer Lastabsenkung die entbundene Turbinenleistung und deren zeitliches Verhalten durch das erfindungs¬ gemäße Verfahren näher an das Leistungsverhalten des Solar- felds gekoppelt, was aus Sicht der Regelung der gesamten Kraftwerksanlage von Vorteil sein kann.
Optional könnte das Verfahren bei Vorliegen mehrerer Dampfturbinenventile, üblicherweise ist nämlich neben dem Hoch- druck-Turbinenventil in Anlagen mit Zwischenüberhitzung auch ein Niederdruck-Turbinenventil vorhanden, auch auf die unter¬ schiedlichen Turbinenventile angewandt werden. Unter diesen Umständen könnte auch der Zwischenüberhitzer wärmeträgerme- diumsseitig bzw. die Niederdruckturbine turbinenseitig mit in die Druckregelung einbezogen werden.
Die Erfindung soll nun anhand der nachfolgenden Figuren beispielhaft erläutert werden. Es zeigen: FIG 1 schematisch eine bekannte Druckregelung,
FIG 2 schematisch eine erfindungsgemäße Weiterbildung.
FIG 1 zeigt sehr schematisch eine übliche zwischen Zwangdurchlaufdampferzeuger 1 und Dampfturbine 2 angeordnete
Druckregeleinrichtung 3. Diese Druckregeleinrichtung 3 besteht hier aus einem einstellbaren Regelventil 31 und einer Druckmesseinrichtung 32 in der Dampfleitung 6 zwischen
Zwangdurchlaufdampferzeuger 1 und Dampfturbine 2. Über die Druckmesseinrichtung 32 wird der in der Dampfleitung 6 vor- herrschende Frischdampfdruck gemessen und einer Regelungseinrichtung 4 zugeführt. Von dem gemessenen Frischdampfdruck wird der gegenwärtig anliegende Drucksollwert 41, der übli¬ cherweise dem Festdruck entspricht, abgezogen. Die so ent- standene Regelabweichung 44 wird nach entsprechender Normierung 43 einem Regler 42 zugeführt. Dieser Regler 42 kann beispielsweise ein PID-, PI-, P- oder eine Kombination aus den einzelnen Reglern sein. Der Regler 42 steuert dann entspre- chend der Regelabweichung über einen Motor 33 oder auch jedes andere Stellglied das regelbare Ventil 31 so an, dass der vorgegebene Drucksollwert nachhaltig eingestellt werden kann. Dabei ist üblicherweise im gewöhnlichen Lastbetrieb das Tur¬ binenventil vollständig geöffnet und der Druck verändert sich bei Laständerungen gemäß der natürlichen Gleitdruckkennlinie. Nur wenn bei einer entsprechend großen Lastabsenkung der aktuelle Frischdampfdruck unter den Festdrucksollwert fällt, beginnt die Regelung einzugreifen und das Turbinenventil so zu schließen, dass sich der vorgegebene Drucksollwert (Fest- druck) einstellt.
Wie sich nun herausgestellt hat, kommt bei solchen Regelein¬ richtungen der Druckfahrweise bei Lastabsenkungen gerade im unteren Lastbereich hinsichtlich starker Temperaturschwankun- gen am Zwandurchlaufdampferzeugeraustritt eine Schlüsselrolle zu. Sinken im Fall einer schnellen Lastabsenkung (> 5% /min) im unteren Lastbereich die Drücke gemäß der natürlichen
Gleitdruckkennlinie zu schnell und zu stark ab, so dass hohe Drucktransienten auftreten, liegt bezogen auf den quasista- tionären Zustand ein überproportional hoher Frischdampfmas- senstrom am Austritt des Zwangdurchlaufdampferzeugers vor. Dies liegt daran, dass aufgrund der Druckabnahme im Speise¬ wasser-Dampf-Kreislauf zusätzliches Strömungsmedium im
Zwangdurchlaufdampferzeuger verdampft. Der zusätzliche Dampf benötigt ein vergleichsweise größeres Volumen in den Dampfer¬ zeugerrohren und erzwingt somit aufgrund seiner Expansion mehr Durchsatz am Austritt des Zwangdurchlaufdampferzeugers im Vergleich zur Wasserphase, in der der nun zusätzlich produzierte Dampf kurze Zeit vorher noch vorlag. Dieser Effekt verstärkt sich zunehmend für geringer werdende Drücke, da hier die Dichteunterschiede zwischen der Wasser- und Dampfphase kontinuierlich zunehmen. Sinkt demzufolge bei einer Lastabsenkung der Druck, so wird aus den genannten physikali- sehen Gründen bei schnellen Lastabsenkungen im unteren Lastbereich über Gebühr Dampf aus dem Zwangdurchlaufdampferzeuger ausgespeichert. Dies resultiert erstens in einer vergleichs¬ weise starken Absenkung der Frischdampftemperatur, da zusätz- liehe Energie für die zusätzliche DampfProduktion benötigt wird, und zweitens in einer temporären Entleerung des Volumens der Dampferzeugerheizfläche . Aufgrund des großen Heiz¬ flächenvolumens derartiger Dampferzeuger kann eine vorhandene Speisewasserregelung insbesondere im unteren Lastbereich, bei dem der Speisewassermassenstrom sehr klein ist, die quasi entleerten Dampferzeugerrohre nur verzögert wieder füllen. Dies resultiert zum einen in einer starken Temperaturzunahme am Austritt des Zwangdurchlaufdampferzeugers . Aufgrund der zeitlich vorgelagerten strömungsmediumsseitigen Ausspeicher- effekte während der schnellen Druckabnahme in der Lastabsen¬ kung und dem daraus resultierenden geringeren Strömungsmediumsinhalt, kann im weiteren zeitlichen Verlauf vergleichsweise weniger Dampf mit nun allerdings höheren Endtemperaturen und damit höherer Endüberhitzung erzeugt werden. Dieser negative Begleiteffekt kann durch eine Einspritzkühlvorrichtung 5 kompensiert werden, so dass negative Auswirkungen auf den Prozess nicht zu befürchten sind. Je nach Stärke der Entleerung findet aber zweitens eine mehr oder minder starke Entkopplung zwischen Speisewassermassenstrom und
Frischdampfmassenstrom statt. Konkret bedeutet dies, dass die Speisewasserregelung ab diesem Zeitpunkt nicht mehr zufriedenstellend auf dann folgende Temperaturschwankungen, die beispielsweise aus Laständerungen resultieren, reagieren kann. Dies wird noch dadurch verstärkt, dass sich bei dieser Entkopplung der Verdampfungsendpunkt sehr weit stromaufwärts des Strömungsmediums in den Zwangdurchlaufdampferzeuger hinein verlagern kann und sich unter diesen Umständen die Dampferzeugerrohrstrecke mit überhitztem Strömungsmedium stark verlängert. In Konsequenz verbleibt dann wärmeträgermediums- seitig im Eintrittsbereich des Zwangdurchlaufdampferzeugers das Wärmeträgermedium auf einer im Vergleich zu dem während der Lastbetriebsphase vorliegenden stationären Zustand we¬ sentlich höheren Temperatur. Da hier das Wärmeträgermedium auch als Speichermedium wirkt, dauert es dann in der anschließenden Lastbetriebsphase, insbesondere bei kleinen Speisewassermassenströmen sehr lange, bis diese zusätzlich eingespeicherte Energie wieder ausgetragen ist. Die Dampftem- peratur bleibt unter diesen Umständen sehr lange auf hohem Temperaturniveau. Der im Speisewasserregelungskonzept einge¬ baute Korrekturregler der Frischdampftemperatur wird während dieser lang andauernden Zeitspanne den Speisewassermassen- strom über Gebühr erhöhen, da die Regelung versuchen wird, die im Vergleich zum Sollwert angestiegene Temperatur mög¬ lichst zügig abzusenken, so dass irgendwann die Frischdampftemperatur zwangsläufig einbrechen wird. Dieser Temperaturrückgang ist eine Folge der überhöhten Speisung und kann dann auch nicht von der Einspritzkühlvorrichtung 5 abgefangen wer- den, so dass bei Unterschreiten einer Mindestdampftemperatur die Dampfturbine aus Eigenschutz außer Betrieb gehen muss. Dies beeinträchtigt erheblich die Verfügbarkeit der gesamten Anlage . Genau hier setzt nun die vorliegende Erfindung an. Indem der Druck einer modifizierten vom natürlichen Gleitdruck abweichenden Gleitdruckkennlinie folgt und so die Druckabsenkung während des Lastwechsels moderater erfolgt, fällt die zeit¬ lich bezogene zusätzliche DampfProduktion geringer aus. Einer Entleerung des Zwangdurchlaufdampferzeugers mit all seinen
Konsequenzen kann effektiv entgegengewirkt werden, indem die aufgrund der Druckabnahme bedingte zusätzliche DampfProdukti¬ on in die Länge gezogen wird und somit Speisewasser- und Frischdampfmassenstrom eher im Gleichgewicht zueinander ge- halten werden.
Erfindungsgemäß ist daher wie in FIG 2 dargestellt, eine mo¬ difizierte Regelungseinrichtung 4λ vorgesehen. Diese enthält zusätzlich zu der in FIG 1 dargestellten Regelkreisschleife 41 bis 44, eine weitere Regelkreisschleife mit der die aktu¬ elle Leistungsentbindung der Dampfturbine gemäß einem vorge¬ gebenen Leistungssollwert geregelt werden kann. Dazu wird in der zusätzlichen Regelkreisschleife der Leistungssollwert 46, der in Form einer mathematischen Funktion auf Basis der in den Dampferzeuger eingebrachten Wärmeleistung ermittelt werden kann, von einer mittels einer entsprechenden Messeinrichtung 21 aktuell gemessenen Dampfturbinenleistung abgezogen. Die so entstandene Regelabweichung 47 ist nach entsprechender Normierung 48 ebenfalls dem Regler 42 zuzuführen, um so dann entsprechend die geforderte Leistung der Dampfturbine einzu¬ stellen. Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel in FIG 2 zu¬ sätzlich neben der Leistungsregelung auch auf Abweichungen zu einem vorgegebenen Drucksollwert reagiert werden soll, ist über eine Min-Auswahl 45 immer die mit negativem Vorzeichen behaftete größte Regelabweichung zu verwenden, die für ein entsprechendes Schließen der Regelventile sorgt. Je nach Re¬ gelabweichung der einzelnen Regelkreise übernimmt so entweder die Leistungsregelung der Dampfturbine oder die Druckregelung die Führung für das Androsselverhalten des in FIG 2 gezeigten einen Regelventils 31. Für den einfachsten Fall, bei dem als Drucksollwert lediglich der Festdruck als konstanter Wert vorgegeben ist, übernimmt bei einer Lastabsenkung die Regel- kreisschleife 46-48 (Leistungsregelung der Dampfturbine) so¬ lange die Führung bis der aktuelle Turbineneintrittsdruck das vorgegebene Festdruckniveau unterschreitet. Ab diesem Zeit¬ punkt übernimmt die Regelkreisschleife 41 bis 44 die Führung und gewährleistet so, dass der Festdrucksollwert über eine weitere Androsselung der Regelventile sichergestellt werden kann .
Konkret besteht die moderate Absenkung des Drucks darin, die Leistungsentbindung der Dampfturbine an die Wärmeabgabe des Wärmeträgermediums an den Zwangdurchlaufdampferzeuger zu koppeln. Im Normalfall bleibt so während einer Lastabsenkung und gleichzeitig voll geöffneten Turbinenventilen aufgrund der eingangs erwähnten Ausspeichereffekte des Zwangdurchlauf- dampferzeuger die Turbinenleistung im Vergleich zur Wärmeauf- nähme des Zwangdurchlaufdampferzeugers temporär auf höherem Niveau (nach Abschluss des Lastwechsels stellt sich wieder ein Gleichgewicht zwischen aufgenommener Wärme und abgegebe¬ ner Turbinenleistung ein) . Wird nun bei gleicher Lastabsen- kung die aus der Dampfturbine entkoppelte Leistung gedros¬ selt, so dass diese zur aufgenommenen Wärmeleistung des
Zwangdurchlaufdampferzeugers passt (dies wird durch anteili¬ ges Schließen der Turbinenventile erreicht) , so verbleibt temporär mehr Fluid im Zwangdurchlaufdampferzeuger . Resultierend fällt der Druck im Zwangdurchlaufdampferzeuger vergleichsweise langsamer ab und eine gefürchtete Entleerung des Zwangdurchlaufdampferzeugers tritt nicht bzw. nur abge¬ schwächt auf. Auf diesem Weg bleibt die Frischdampftemperatur am Austritt eines solarthermisch beheizten Zwangdurchlaufdampferzeugers auch bei schnellen Lastabsenkungen im unteren Lastbereich durch die in der WO 2012/110344 AI beschriebene Speisewasserregelung regelbar.

Claims

Patentansprüche
1. Betriebsverfahren für einen extern beheizten Zwangdurchlaufdampferzeuger (1), insbesondere einen solarthermisch beheizten Zwangdurchlaufdampferzeuger mit einer dem
Zwangdurchlaufdampferzeuger nachgeschaltenen Dampfturbine (2), wobei im Speisewasser-Dampf-Kreislauf zwischen
Zwangdurchlaufdampferzeuger (1) und Dampfturbine (2) eine Druckregelvorrichtung (3) mit zumindest einem Turbinenventil (31) zum Regeln des Drucks vorgesehen ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
die Druckregelvorrichtung (3) von einer Steuereinrichtung (4λ) so angesteuert wird, dass bei schnellen Lastabsenkungen der damit einhergehende Abfall des Drucks über eine
Androsselung des zumindest einen Turbinenventils (31) zeit¬ lich verzögert erfolgt.
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
die die modifizierte Gleitdruckkennlinie für eine optimierte Leistungsführung der Dampfturbine ausgelegt ist.
3. Betriebsverfahren nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
für die optimierte Leistungsführung der Dampfturbine, auf Ba¬ sis eines aktuell an den Zwangdurchlaufdampferzeuger übertragenen Wärmestroms ein Leistungssollwert für die Dampfturbine gebildet und dieser mit einer aktuellen Leistungsentbindung der Dampfturbine verglichen wird.
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