(19)
(11)EP 3 827 200 B1

(12)EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT

(45)Hinweis auf die Patenterteilung:
29.06.2022  Patentblatt  2022/26

(21)Anmeldenummer: 19783975.6

(22)Anmeldetag:  19.09.2019
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC): 
F22D 5/30(2006.01)
F22B 29/06(2006.01)
F22D 5/34(2006.01)
F22B 35/12(2006.01)
(52)Gemeinsame Patentklassifikation (CPC) :
F22B 29/067; F22B 35/12; F22D 5/30; F22D 5/34
(86)Internationale Anmeldenummer:
PCT/EP2019/075105
(87)Internationale Veröffentlichungsnummer:
WO 2020/088838 (07.05.2020 Gazette  2020/19)

(54)

SPEISEWASSERREGELUNG FÜR ZWANGDURCHLAUF-ABHITZEDAMPFERZEUGER

FEED WATER CONTROL FOR FORCED THROUGHPUT BY-PRODUCT STEAM GENERATOR

RÉGULATION DE L'EAU D'ALIMENTATION POUR GÉNÉRATEUR DE VAPEUR À RÉCUPÉRATION DE CHALEUR À CIRCULATION FORCÉE


(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

(30)Priorität: 29.10.2018 EP 18203107

(43)Veröffentlichungstag der Anmeldung:
02.06.2021  Patentblatt  2021/22

(73)Patentinhaber: Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
81739 München (DE)

(72)Erfinder:
  • BRÜCKNER, Jan
    91080 Uttenreuth (DE)
  • SCHULZE, Tobias
    91058 Erlangen (DE)
  • THOMAS, Frank
    91056 Erlangen (DE)


(56)Entgegenhaltungen: : 
DE-A1- 4 217 626
DE-A1-102011 004 263
DE-A1-102010 040 210
US-A1- 2014 034 044
  
      
    Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen).


    Beschreibung


    [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines als Abhitzedampferzeuger ausgebildeten Durchlaufdampferzeugers. Sie bezieht sich weiterhin auf einen Zwangdurchlaufdampferzeuger zur Durchführung des Verfahrens.

    [0002] Das Speisewasserregelungskonzept für Benson-Verdampfer basiert im Wesentlichen auf der Berechnung eines Vorsteuersignals für den Speisewassermassenstrom anhand gemessener Prozessgrößen. Ein solches Vorsteuersignal wird typischerweise aus bekannten Sollwerten oder Störgrößen des Regelkreises bzw. deren Änderungen berechnet und final mit dem Ausgangssignal des Reglers multiplikativ korrigiert. Es nimmt die Reaktion des Reglers auf eine Sollwertänderung oder eine Störgröße vorweg und erhöht die Dynamik des Reglers, so dass die gewünschte Überhitzung am Verdampferaustritt (Sollwert) in allen denkbaren Phasen des Prozesses möglichst gut eingestellt wird. Bei der Erstanwendung eines Benson-Verdampfers in einem Abhitzedampferzeuger vertikaler Bauart hat sich nun gezeigt, dass besagter Reglereingriff designbedingt deutlich stärker ausfallen muss als bei der bekannten horizontalen Bauweise. Allerdings erhöht sich dadurch auch die Schwingungsfähigkeit des Regelkreises. Dies führt dazu, dass eine unzureichende Stellgenauigkeit der Speisewasserregelventile (z. B. infolge geringer Hardwarequalität) noch zusätzlich an Bedeutung gewinnt. So lassen sich im Extremfall unerwünschte Prozessrestschwankungen von signifikanter Größenordnung bei sonst stationärem Anlagenbetrieb beobachten.

    [0003] Eine Speisewasserregelung für Benson-Abhitzedampferzeuger ist beispielsweise in EP 2 212 618 B1 offenbart. Dort geht man davon aus, dass eine auch für als Abhitzekessel geschaltete Dampferzeuger nutzbare, ausreichend zuverlässige prädiktive Massenstromregelung weitgehend an die Besonderheiten des Abhitzekessels angepasst werden sollte. Dabei sollte insbesondere berücksichtigt werden, dass anders als bei gefeuerten Kesseln in diesem Fall die Feuerungsleistung kein geeigneter Parameter ist, der einen ausreichend zuverlässigen Rückschluss auf die zugrunde liegende Wärmestrombilanz zulässt. Insbesondere sollte dabei berücksichtigt werden, dass bei einer für Abhitzekessel äquivalenten Größe, nämlich der aktuellen Gasturbinenleistung oder mit dieser korrelierenden Parameter, noch weitere, gasturbineninterne Parameter hinzutreten können, so dass kein akzeptabler Rückschluss auf die Enthalpieverhältnisse beim Eintritt des Heizgases in den Rauchgaskanal des Dampferzeugers möglich ist. Bei der zur Ermittlung des benötigten Speisewasserstroms zugrunde gelegten Wärmestrombilanz sollte daher auf andere, besonders geeignete Parameter zurückgegriffen werden, wie die Heizgastemperatur beim Eintritt in den Verdampfer sowie der Massenstrom des Heizgases.

    [0004] Die EP 2 297 518 B1 offenbart ferner, dass für die zeitliche Ableitung der Enthalpie am Eingang einer oder mehrerer der Verdampferheizflächen charakteristische Korrekturwerte berücksichtigt werden.

    [0005] Für die Anwendung im Solarthermiekraftwerk offenbart die DE 10 2010 040 210 A1 ebenfalls ein Verfahren, bei dem für die Erstellung des Sollwerts für den Speisewassermassenstrom ein für die zeitliche Ableitung der Enthalpie, der Temperatur oder der Dichte des Strömungsmediums am Eingang einer oder mehrerer der Heizflächen charakteristischer Korrekturwert berücksichtigt wird.

    [0006] Die US 2014/034044 A1 beansprucht neben einem solarthermischen Dampferzeuger selbst, ebenfalls ein Verfahren zum Betrieb dieses solarthermischen Dampferzeugers, bei dem die Einstellung des Speisewassermassenstroms prädiktiv geregelt wird. Zu diesem Zweck wird auch hier mit einem Korrekturwert gearbeitet, durch den thermische Speichereffekte von ein- oder ausgespeicherter thermischer Energie korrigiert werden.

    [0007] Schließlich offenbart auch die DE 10 2011 004 263 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines solarbeheizten Abhitzedampferzeugers, bei dem einer Vorrichtung zum Einstellen des Speisewassermassenstroms ein Sollwert für den Speisewassermassenstrom zugeführt wird, wobei ein charakteristischer Korrekturwert berücksichtigt wird, durch den thermische Speichereffekte von ein- oder ausgespeicherter thermischer Energie in eine oder mehrere der Heizflächen korrigiert werden.

    [0008] Da das vorliegende Problem im Rahmen der Erstanwendung eines Benson-Verdampfers in einem vertikalen Abhitzedampferzeuger auftrat, gibt es keine weiterführenden Ansätze zur Problemlösung. Die im konkreten Fall gewählte Problemlösung bestand darin, die Verstärkung des Reglers wieder etwas zu verringern. Allerdings muss bei dieser Herangehensweise in Abhängigkeit von den gegebenen Randbedingungen ein schlechteres und im Extremfall auch unerwünschtes Betriebsverhalten der Anlage in Kauf genommen werden.

    [0009] Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betreiben eines als Abhitzedampferzeuger ausgebildeten Durchlaufdampferzeugers bereitzustellen, bei dem eine verbesserte Speisewasserregelung zu einem stabilen Betriebsverhalten der Anlage führt. Des Weiteren soll ein für die Durchführung des Verfahrens besonders geeigneter Zwangdurchlaufdampferzeuger angegeben werden.

    [0010] Die Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert und löst die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe, indem sie vorsieht, dass bei einem als Abhitzedampferzeuger ausgebildeten Durchlaufdampferzeuger mit einem Vorwärmer, umfassend eine Anzahl von Vorwärmerheizflächen, und mit einem Verdampfer, umfassend eine Anzahl von den Vorwärmerheizflächen strömungsmediumseitig nachgeschalteten Verdampferheizflächen, bei dem einer Vorrichtung zum Einstellen eines Speisewassermassenstroms ein Sollwert für den Speisewassermassenstrom zugeführt wird, wobei bei der Erstellung des Sollwerts für den Speisewassermassenstrom ein auf ein Fluid in den Verdampferheizflächen übertragener Abwärmestrom ermittelt wird sowie ferner Massenspeicherung und Energiespeicherung im Fluid in den Verdampferheizflächen beim instationären Anlagenbetrieb erfasst werden, ein zeitliches Verhalten der Massenspeicherung im Verdampfer an ein zeitliches Verhalten einer Massenspeicherung im Vorwärmer gekoppelt wird, wobei eine Skalierung mit einem Verhältnis der Dichteänderungen im Verdampfer und im Vorwärmer erfolgt.

    [0011] Wichtig ist es, zu verstehen, dass bei der vorliegenden Erfindung ein Beobachter im übertragenen Sinn nicht mit einem Fluidteilchen verbunden ist und mit diesem durch den Verdampfer strömt, sondern dass der Beobachter den Verdampfer als Bilanzraum betrachtet, in den Fluid ein- und ausströmt. Ein Fluidteilchen wird im normalen Betrieb der Anlage immer auf dem Weg vom Verdampfereingang zum Verdampferausgang Energie aufnehmen, egal ob der Anlagenbetrieb stationär oder instationär verläuft. Anders ist es bei der Betrachtung des Systems gemäß der Erfindung, wo im stationären Betrieb der Anlage (des Verdampfers) an einem bestimmten Ort im Verdampfer zu unterschiedlichen Zeiten dieselben Temperaturen und Drücke gemessen werden und somit die Zeitableitungen der entsprechenden Terme in den den Vorgang beschreibenden Formeln Null werden. Durch das erfinderische Verfahren werden nun die zeitlichen Änderungen dieser Parameter im instationären Betrieb des Verdampfers berücksichtigt. Dabei kann es selbstverständlich sowohl zu Energie- oder Massen-Einspeicherungen als auch zu Energie- oder Massenausspeicherungen kommen.

    [0012] Mit diesem Verfahren, bei dem der Algorithmus zur Berechnung des Vorsteuersignals, der im Stand der Technik im einfachsten Fall lediglich den auf das Fluid im Verdampfer übertragenen Wärmestrom Ev,fl berücksichtigt, der sich aus dem Wärmestrom im Abgas EG abzüglich der Wärmespeicherung im Wandmaterial der Heizflächenrohre s,w ergibt, um den Einfluss der fluidseitigen Massen- und Energiespeichereffekte im Verdampfer erweitert wird, wird die Qualität des Vorsteuersignals insbesondere für den beschriebenen Anwendungsfall des vertikalen Abhitzedampferzeugers weiter verbessert und somit die notwendige Korrektur durch den Regler minimiert. Dies hat potentiell zur Folge, dass der Regler dann wieder schwächer parametriert werden kann, so dass das oben beschriebene Problem nicht auftritt, gleichzeitig aber auch das Betriebsverhalten der Anlage nicht negativ beeinflusst wird.

    [0013] Vorteilhafterweise werden die Speicherterme für Massenspeicherung und Energiespeicherung aus aktuellen Messwerten bestimmt. Damit ist eine besonders zuverlässige Auswertung der Wärmestrombilanz und somit die Ermittlung eines besonders genau vorausberechneten Speisewasser-Sollwerts ermöglicht.

    [0014] Zweckmäßigerweise sind die aktuellen Messwerte Drücke und Temperaturen am Vorwärmereingang, am Vorwärmerausgang respektive Verdampfereingang und am Verdampferausgang.

    [0015] Es ist vorteilhaft, wenn eine für die Abschätzung der Energiespeicherung benötigte spezifische Enthalpie des Fluids im Verdampfer durch den arithmetischen Mittelwert von Siede- und Sättigungsenthalpie approximiert wird.

    [0016] Dabei ist es zweckmäßig, wenn Siedeenthalpie und Sättigungsenthalpie über mindestens eine Druckmessung am Verdampfereingang oder am Verdampferausgang ermittelt werden.

    [0017] Die Korrekturwerte zu Massenspeicherung und Energiespeicherung für die Ermittlung des Sollwerts für den Speisewassermassenstrom werden vorteilhafterweise unter Berücksichtigung der zeitlichen Ableitungen der Siede- und Sättigungsenthalpien im Verdampfer sowie einer Dichte des Strömungsmediums im Vorwärmer bestimmt. Im Hinblick auf die Dichte kann insbesondere durch geeignete Messungen von Temperatur und Druck am Eintritt und am Austritt der jeweiligen Vorwärmerheizfläche eine mittlere Fluiddichte im Vorwärmer definiert und berechnet werden, wobei zweckmäßigerweise ein lineares Dichteprofil zugrunde gelegt wird. Damit lassen sich Massenspeichereffekte kompensieren, die sich bei transienten Vorgängen ergeben. Wenn beispielsweise bei einer Laständerung die Wärmezufuhr in die Verdampferheizflächen absinkt, so wird dort temporär Fluid eingespeichert. Bei konstantem Förderstrom der Speisewasserpumpe würde somit der Massenstrom beim Austritt der Heizfläche absinken. Dies lässt sich nun durch eine temporäre Erhöhung des Speisewassermassenstroms kompensieren.

    [0018] In der Praxis werden diese zeitlich veränderlichen Vorgänge bzw. zeitlichen Ableitungen vorteilhafterweise über ein erstes und ein zweites Differenzierglied, bevorzugt DT1-Glieder, ermittelt, denen eingangsseitig an geeigneten Messstellen Parameter wie Temperatur und Druck zugeführt werden.

    [0019] Dabei ist es vorteilhaft, wenn das den zeitlichen Verlauf der Dichteänderung im Vorwärmer für die Abschätzung der Massenspeicherung beschreibende erste Differenzierglied mit einem dem Gesamtvolumen des Strömungsmediums in den Verdampferheizflächen entsprechenden Verstärkungsfaktor beaufschlagt wird. Die mit der Erfindung erzeugten Korrektursignale für den Speisewassermassenstrom können Effekte der Massen- und der Energiespeicherung besonders vorteilhaft abbilden, wenn geeignete Verstärkungen und Zeitkonstanten für das jeweilige DT-1-Glied gewählt werden.

    [0020] Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das erste Differenzierglied mit einer im Wesentlichen der Hälfte der Durchlaufzeit des Strömungsmediums durch den Verdampfer entsprechenden Zeitkonstante beaufschlagt wird.

    [0021] Weiter ist es vorteilhaft, wenn das zweite Differenzierglied für die Abschätzung der Energiespeicherung mit einer Zeitkonstante beaufschlagt wird, die zwischen 5s und 40s liegt. Bezüglich des Zwangdurchlaufdampferzeugers wird die genannte Aufgabe gelöst durch einen Zwangdurchlaufdampferzeuger nach Anspruch 11 mit einer Anzahl von Verdampferheizflächen und einer Anzahl von strömungsmediumseitig vorgeschalteten Vorwärmerheizflächen und mit einer Vorrichtung zum Einstellen des Speisewassermassenstroms, die anhand eines Sollwerts für den Speisewassermassenstrom führbar ist, wobei der Sollwert anhand des erfinderischen Verfahrens ausgelegt ist.

    [0022] Mit der vorliegenden Erfindung kann die Korrektur des Vorsteuersignals durch den Regler merklich reduziert und der Regler mit einer geringeren Verstärkung parametriert werden. Das oben beschriebene Problem unerwünschter Prozessrestschwankungen von signifikanter Größenordnung kann damit beseitigt werden. Das Betriebsverhalten der Anlage wird nicht negativ beeinflusst.

    [0023] Es sind auch empirisch gefundene Korrekturfaktoren für das Vorsteuersignal (oder gar ganze Parameterfelder) denkbar. Diese zu finden bedeutet allerdings einen sehr großen Aufwand. Im Gegensatz dazu basiert die beschriebene Erfindung auf physikalischen Ansätzen und muss nicht weiter parametriert werden.

    [0024] Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch:
    Figur 1
    eine Skizze des Algorithmus zur Berechnung des Speisewassermassenstroms und
    Figur 2
    eine Darstellung der Messgrößen und der daraus abgeleiteten Approximationen für die Änderungen im Algorithmus zur Berechnung des Sollwerts des Speisewassermassenstroms, wie sie in der Kraftwerksautomatisierung zu implementieren sind.


    [0025] Die Figur 1 zeigt schematisch die sich aus der Erfindung ergebende Änderung des Algorithmus zur Berechnung des Sollwerts für den Speisewassermassenstrom ṀFW. Dabei ist der erfindungsrelevante Anteil des Algorithmus innerhalb der gestrichelten Umrandung und der Stand der Technik außerhalb dargestellt.

    [0026] Der Sollwert für den Speisewassermassenstrom ṀFW setzt sich demnach zusammen aus dem Speisewassermassenstrom für den Verdampfer ṀEv,in und dem im Vorwärmer ein- oder ausgespeicherten Massenstrom ṀS,E, korrigiert mit einem Faktor fCtrl.

    [0027] Der Speisewassermassenstrom für den Verdampfer ṀEv,in ergibt sich nach dem Stand der Technik als Quotient des vom Abgas auf das Fluid im Verdampfer übertragenen Wärmestroms Ev,fl und des Sollwerts für die Enthalpieänderung im Verdampfer Δh Ev, set. Der auf das Fluid im Verdampfer übertragene Wärmestrom Ev,fl wiederum ergibt sich aus dem Wärmestrom im Abgas EG abzüglich der Wärmespeicherung im Wandmaterial der Heizflächenrohre S,W.

    [0028] Erfindungsgemäß wird der Term für den auf das Fluid im Verdampfer übertragenen Wärmestrom durch zwei weitere Terme ergänzt und korrigiert.

    [0029] Die erste Korrektur betrifft den Massenspeichereffekt im Verdampfer, die zweite Korrektur betrifft den Energiespeichereffekt im Verdampfer.

    [0030] Der Massenspeichereffekt ist in den Wärmeströmen der Figur 1 durch das Produkt aus

    (Massenspeicherung) und hEv, out, set (Enthalpie am Austritt des Verdampfers) dargestellt.

    steht für den Energiespeichereffekt.

    [0031] Diese Werte werden gemäß der Erfindung geeignet approximiert, so dass sie aus gemessenen Prozessgrößen bestimmt werden können.

    [0032] Figur 2 zeigt diese Messgrößen bzw. die Messpunkte im Zwangdurchlauf-Abhitzedampferzeuger und deren Verarbeitung.

    [0033] Der Zwangdurchlauf-Abhitzedampferzeuger gemäß Figur 2 umfasst einen auch als Economizer bezeichneten Vorwärmer 1 für als Strömungsmedium vorgesehenes Speisewasser, mit einer Anzahl von Vorwärmerheizflächen 2, sowie einen Verdampfer 3 mit einer Anzahl von den Vorwärmerheizflächen 2 strömungsmediumseitig nachgeschalteten Verdampferheizflächen 4. Auf den Verdampfer 3 folgt ein Überhitzer 12 mit entsprechenden Überhitzerheizflächen 13. Die Heizflächen befinden sich in einem nicht näher dargestellten Gaszug, der mit dem Abgas einer zugeordneten Gasturbinenanlage beaufschlagt wird.

    [0034] Der Zwangdurchlaufdampferzeuger ist, wie bereits ausgeführt, für eine geregelte Beaufschlagung mit Speisewasser ausgelegt. Dazu ist einer Speisewasserpumpe 31 ein von einem Stellmotor 32 angesteuertes Drosselventil 33 nachgeschaltet, so dass über eine geeignete Ansteuerung des Drosselventils 33 die von der Speisewasserpumpe 31 in Richtung des Vorwärmers 1 geförderte Speisewassermenge oder der Speisewassermassenstrom einstellbar ist. Zur Ermittlung eines aktuellen Kennwerts für den zugeführten Speisewassermassenstrom ist dem Drosselventil 33 eine Messeinrichtung 34 zur Ermittlung des Speisewassermassenstroms durch die Speisewasserleitung 35 nachgeschaltet. Der Stellmotor 32 ist über ein Regelelement 36 angesteuert, das eingangsseitig mit einem über eine Datenleitung 37 zugeführten Sollwert für den Speisewassermassenstrom ṀFW und mit dem über die Messeinrichtung 34 ermittelten aktuellen Istwert des Speisewassermassenstroms beaufschlagt ist. Durch Differenzbildung zwischen diesen beiden Signalen wird an den Regler 36 ein Nachführungsbedarf übermittelt, so dass bei einer Abweichung des Istwerts vom Sollwert eine entsprechende Nachführung des Drosselventils 33 über die Ansteuerung des Motors 32 erfolgt.

    [0035] Zur Ermittlung eines besonders bedarfsgerechten Sollwerts für den Speisewassermassenstrom ṀFW in der Art einer prädiktiven, vorausschauenden oder am zukünftigen oder aktuellen Bedarf orientierten Einstellung des Speisewassermassenstroms ist die Datenleitung 37 eingangsseitig mit einer zur Vorgabe des Sollwerts für den Speisewassermassenstrom ṀFW ausgelegten Speisewasserdurchflussregelung 38 verbunden. Diese ist dafür ausgelegt den Sollwert für den Speisewassermassenstrom ṀFW anhand einer Wärmestrombilanz in den Verdampferheizflächen 4 zu ermitteln, wobei der Sollwert für den Speisewassermassenstrom ṀFW dadurch ermittelt wird, dass ein auf ein Fluid in den Verdampferheizflächen 4 übertragener Abwärmestrom bestimmt wird und ferner Massenspeicherung und Energiespeicherung im Fluid in den Verdampferheizflächen 4 berücksichtigt werden. Zu Lasten der Vollständigkeit, aber zugunsten der Übersichtlichkeit zeigt die Figur 2 in der Speisewasserdurchflussregelung 38 lediglich die Elemente, die für die erfindungsgemäße Korrektur des Speisewassermassenstromsollwertes ṀFW relevant sind. Der aus dem Stand der Technik bekannte Teil ist nicht dargestellt.

    [0036] Die Messwerte zur Bestimmung eines Sollwerts für den Speisewassermassenstrom ṀFW sind Druck- und Temperaturwerte und die Messstellen liegen in den Bereichen Vorwärmereingang 5, Vorwärmerausgang 6 bzw. Verdampfereingang 7 und Verdampferausgang 8.

    [0037] Die ermittelten Messwerte werden in Funktionsgliedern 14, 15, 16, 17 und 18 verarbeitet. Mittels der ersten, zweiten und dritten Funktionsglieder 14, 15, und 16 wird aus den Messwerten zu Druck und Temperatur die Dichte des Fluids an verschiedenen Orten der Heizflächen von Vorwärmer 1 und Verdampfer 3 bestimmt. Die vierten und fünften Funktionsglieder 17 und 18 liefern aus gemessenen Druckwerten die Siede- und Sättigungsenthalpie.

    [0038] Der Speicherterm für die Massenspeicherung

    wird approximiert, indem aus den ermittelten Dichten am Vorwärmereingang 5 und am Vorwärmerausgang 6 zuerst über ein erstes Addierglied 19 und ein erstes Multiplikationsglied 20 ein Mittelwert gebildet wird, der anschließend im ersten Differenzierglied 9 mit einer entsprechend gewählten Zeitkonstanten weiter verarbeitet und mit einem dem Gesamtvolumen VEv des Strömungsmediums in den Verdampferheizflächen 4 entsprechenden Verstärkungsfaktor im zweiten Multiplikationsglied 21 beaufschlagt wird.

    [0039] Eine weitere Skalierung erfolgt in einem nachfolgenden dritten Multiplikationsglied 22 mit einem Verhältnis der Dichteänderungen des Fluids im Verdampfer 3 und im Vorwärmer 1, welches mittels der ersten und zweiten Subtrahierglieder 23 und 24 und des ersten Dividierglieds 25 in der Weise bestimmt wird, wie in der Figur 2 gezeigt.

    [0040] Der Speicherterm für die Energiespeicherung

    wird approximiert, indem aus den ermittelten Enthalpien ein Mittelwert mit Hilfe des zweiten Addierglieds 26 und des vierten Multiplikationsglieds 27 gebildet wird. Dieser Mittelwert stellt eine gute Annahme für die spezifische Enthalpie des Fluids im Verdampfer 3 dar.

    [0041] Der Speicherterm für die Energiespeicherung

    wird nun durch die Summe zweier Terme bestimmt. Der erste Term wird dadurch ermittelt, dass die spezifische Enthalpie des Fluids im Verdampfer 3 im zweiten Differenzierglied 10 mit einer entsprechend gewählten Zeitkonstanten weiter verarbeitet und mit einem Mittelwert der Fluidmassen MEv im Verdampfer bei maximaler und minimaler Last im fünften Multiplikationsglied 28 beaufschlagt wird. Dieser Mittelwert wird der Einfachheit halber als zeitlich konstanter Wert angesehen. Der zweite Term wird ermittelt, indem die spezifische Enthalpie des Fluids im Verdampfer 3 mit dem Speicherterm für die Massenspeicherung

    multipliziert wird. Dies erfolgt im sechsten Multiplikationsglied 29.

    [0042] Im dritten Addierglied 30 werden die beiden Terme zusammengeführt.

    [0043] Der entsprechende Algorithmus ist in den Funktionsplänen der Speisewasserregelung und damit in der Kraftwerksautomatisierung zu implementieren.


    Ansprüche

    1. Verfahren zum Betreiben eines als Abhitzedampferzeuger ausgebildeten Durchlaufdampferzeugers mit einem Vorwärmer (1), umfassend eine Anzahl von Vorwärmerheizflächen (2), und mit einem Verdampfer (3), umfassend eine Anzahl von den Vorwärmerheizflächen (2) strömungsmediumseitig nachgeschalteten Verdampferheizflächen (4), bei dem einer Vorrichtung zum Einstellen eines Speisewassermassenstroms ein Sollwert für den Speisewassermassenstrom zugeführt wird, wobei bei der Erstellung des Sollwerts für den Speisewassermassenstrom ein auf ein Fluid in den Verdampferheizflächen (4) übertragener Abwärmestrom ermittelt wird sowie ferner Massenspeicherung und Energiespeicherung im Fluid in den Verdampferheizflächen (4) beim instationären Anlagenbetrieb erfasst werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitliches Verhalten der Massenspeicherung im Verdampfer (3) an ein zeitliches Verhalten einer Massenspeicherung im Vorwärmer (1) gekoppelt wird, wobei eine Skalierung mit einem Verhältnis der Dichteänderungen im Verdampfer (3) und im Vorwärmer (1) erfolgt.
     
    2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Speicherterme für Massenspeicherung und Energiespeicherung aus aktuellen Messwerten bestimmt werden.
     
    3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die aktuellen Messwerte Drücke und Temperaturen am Vorwärmereingang (5), am Vorwärmerausgang (6) respektive Verdampfereingang (7) und am Verdampferausgang (8) sind.
     
    4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine für die Abschätzung der Energiespeicherung benötigte spezifische Enthalpie des Fluids im Verdampfer (3) durch den arithmetischen Mittelwert von Siede- und Sättigungsenthalpie approximiert wird.
     
    5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei Siedeenthalpie und Sättigungsenthalpie über mindestens eine Druckmessung entweder am Verdampfereingang (7) oder am Verdampferausgang (8) ermittelt werden.
     
    6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zeitliche Ableitungen der Siede- und Sättigungsenthalpien im Verdampfer (3) sowie einer Dichte des Strömungsmediums im Vorwärmer (1) ausgewertet werden.
     
    7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die zeitlichen Ableitungen über erste und zweite Differenzierglieder (9, 10) ermittelt werden.
     
    8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das den zeitlichen Verlauf der Dichteänderung im Vorwärmer (1) für die Abschätzung der Massenspeicherung beschreibende erste Differenzierglied (9) mit einem dem Gesamtvolumen des Strömungsmediums in den Verdampferheizflächen (4) entsprechenden Verstärkungsfaktor beaufschlagt wird.
     
    9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei das erste Differenzierglied (9) mit einer im Wesentlichen der Hälfte der Durchlaufzeit des Strömungsmediums durch den Verdampfer (3) entsprechenden Zeitkonstante beaufschlagt wird.
     
    10. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das zweite Differenzierglied (10) für die Abschätzung der Energiespeicherung mit einer Zeitkonstante beaufschlagt wird, die zwischen 5s und 40s liegt.
     
    11. Zwangdurchlauf-Abhitzedampferzeuger (11) mit einer Anzahl von Verdampferheizflächen (4) und einer Anzahl von strömungsmediumseitig vorgeschalteten Vorwärmerheizflächen (2) dadurch gekennzeichnet, dass der Zwangsdurchlauf-Abhitzedampferzeuger eine Vorrichtung zum Einstellen eines Speisewassermassenstroms umfasst, die anhand eines Sollwerts für den Speisewassermassenstrom führbar ist, wobei der Sollwert anhand des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgelegt ist.
     


    Claims

    1. Method for operating a once-through steam generator designed as a waste-heat steam generator, with a pre-heater (1), comprising a number of pre-heater heating surfaces (2), and with an evaporator (3), comprising a number of evaporator heating surfaces (4) connected downstream on the flow medium side of the pre-heater heating surfaces (2), in which a device for setting a feedwater mass flow is fed a setpoint value for the feedwater mass flow, wherein a waste heat flow transferred to a fluid in the evaporator heating surfaces (4) is determined in the creation of the setpoint value for the feedwater mass flow and furthermore mass storage and energy storage in the fluid in the evaporator heating surfaces (4) are detected during non-steady-state plant operation,
    characterized in that a behavior over time of the mass storage in the evaporator (3) is coupled to a behavior over time of a mass storage in the pre-heater (1), wherein scaling is carried out with a ratio of the changes in density in the evaporator (3) and in the pre-heater (1).
     
    2. Method according to Claim 1, wherein storage terms for mass storage and energy storage are determined from current measured values.
     
    3. Method according to Claim 2, wherein the current measured values are pressures and temperatures at the pre-heater input (5), at the pre-heater output (6) or at the evaporator input (7) and at the evaporator output (8).
     
    4. Method according to one of the preceding claims, wherein a specific enthalpy of the fluid in the evaporator (3) required for the estimation of the energy storage is approximated by the arithmetic mean value of the boiling enthalpy and saturation enthalpy.
     
    5. Method according to Claim 4, wherein the boiling enthalpy and the saturation enthalpy are determined by way of at least one pressure measurement either at the evaporator input (7) or at the evaporator output (8).
     
    6. Method according to Claim 5, wherein temporal derivatives of the boiling and saturation enthalpies in the evaporator (3) and also a density of the flow medium in the pre-heater (1) are evaluated.
     
    7. Method according to Claim 6, wherein the temporal derivatives are determined by way of first and second differential elements (9, 10).
     
    8. Method according to Claim 7, in which the first differential element (9), describing the variation over time of the change in density in the pre-heater (1) for the estimation of the mass storage, is subjected to a gain factor corresponding to the total volume of the flow medium in the evaporator heating surfaces (4).
     
    9. Method according to either of Claims 7 and 8, wherein the first differential element (9) is subjected to a time constant corresponding to substantially half the transit time of the flow medium through the evaporator (3).
     
    10. Method according to Claim 7, wherein the second differential element (10) for the estimation of the energy storage is subjected to a time constant that lies between 5 s and 40 s.
     
    11. Forced-flow waste-heat steam generator (11) with a number of evaporator heating surfaces (4) and a number of pre-heater heating surfaces (2) connected upstream on the flow medium side, characterized in that the forced-flow waste-heat steam generator comprises a device for setting a feedwater mass flow, which can be guided on the basis of a setpoint value for the feedwater mass flow, wherein the setpoint value is designed on the basis of the method according to one of Claims 1 to 10.
     


    Revendications

    1. Procédé de fonctionnement d'un générateur de vapeur à circulation forcée constitué en générateur de vapeur à récupération de la chaleur perdue ayant un préchauffeur (1), comprenant un certain nombre de surfaces (2) de chauffe de préchauffeur et ayant un évaporateur (3), comprenant un certain nombre de surfaces (4) de chauffe d'évaporateur monté en aval du côté du fluide en écoulement des surfaces (2) de chauffe du préchauffeur, dans lequel on envoie une valeur de consigne du courant massique d'eau d'alimentation à un dispositif de réglage d'un courant massique d'eau d'alimentation, dans lequel, pour l'établissement de la valeur de consigne du courant massique d'eau d'alimentation, on détermine un flux de chaleur perdue transmise à un fluide dans les surfaces (4) de chauffe de l'évaporateur ainsi qu'on détecte en outre une accumulation de masse et une accumulation d'énergie dans le fluide dans les surfaces (4) de chauffe de l'évaporateur, lors d'un fonctionnement non stationnaire de l'installation,
    caractérisé en ce que l'on couple un comportement dans le temps de l'accumulation de masse dans l'évaporateur (3) à un comportement dans le temps d'une accumulation de masse dans le préchauffeur (1), une mise à l'échelle s'effectuant avec un rapport des variations des densités dans l'évaporateur (3) et dans le préchauffeur (1).
     
    2. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel on détermine des termes d'accumulateur pour l'accumulation de masse et l'accumulation d'énergie à partir de valeurs de mesure en cours.
     
    3. Procédé suivant la revendication 2, dans lequel les valeurs de mesure en cours sont des pressions et des températures à l'entrée (5) du préchauffeur, à la sortie (6) du préchauffeur, respectivement à l'entrée (7) de l'évaporateur et la sortie (8) de l'évaporateur.
     
    4. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel on obtient une approximation d'une enthalpie spécifique du fluide dans l'évaporateur (3), nécessaire pour l'estimation de l'accumulation d'énergie, par la valeur moyenne arithmétique de l'enthalpie d'ébullition et de l'enthalpie de saturation.
     
    5. Procédé suivant la revendication 4, dans lequel on détermine l'enthalpie d'évaporation et l'enthalpie de saturation par au moins une mesure de la pression, soit à l'entrée (7) de l'évaporateur, soit à la sortie (8) de l'évaporateur.
     
    6. Procédé suivant la revendication 5, dans lequel on exploite des dérivées en fonction du temps des enthalpies d'ébullition et de saturation dans l'évaporateur (3), ainsi qu'une densité du fluide en écoulement dans le préchauffeur (1).
     
    7. Procédé suivant la revendication 6, dans lequel on détermine des dérivées en fonction du temps par des premier et deuxième éléments (9, 10) différenciateurs.
     
    8. Procédé suivant la revendication 7, dans lequel on soumet le premier élément (9) différenciateur, décrivant, pour l'estimation de l'accumulation de masse, la courbe en fonction du temps de la variation de la densité dans le préchauffeur (1), à un facteur de renforcement correspondant au volume d'ensemble du fluide en écoulement dans les surfaces (4) de chauffe de l'évaporateur.
     
    9. Procédé suivant l'une des revendications 7 ou 8, dans lequel on soumet le premier élément (9) différenciateur à une constante de temps correspondant sensiblement à la moitié du temps de passage du fluide en écoulement dans l'évaporateur (3) .
     
    10. Procédé suivant la revendication 7, dans lequel on soumet le deuxième élément (10) différenciateur pour l'évaluation de l'accumulation en énergie à une constante de temps, qui est comprise entre 5s et 40s.
     
    11. Générateur (11) de vapeur à circulation forcée et à récupération de la chaleur perdue, comprenant un certain nombre de surfaces (4) de chauffe d'évaporateur et un certain nombre de surfaces (2) de chauffe de préchauffeur en amont du côté du fluide en écoulement, caractérisé en ce que le générateur de vapeur à circulation forcée et à récupération de la chaleur perdue comprend un dispositif de réglage d'un courant massique d'eau d'alimentation, qui peut être conduit à l'aide d'une valeur de consigne du courant massique d'eau d'alimentation, dans lequel la valeur de consigne est conçue à l'aide du procédé suivant l'une des revendications 1 à 10.
     




    Zeichnung











    Angeführte Verweise

    IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



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    In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente