[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Durchlaufdampferzeugers mit
einer Verdampferheizfläche sowie einem der Verdampferheizfläche strömungsmediumsseitig
vorgeschalteten Vorwärmer sowie einer Vorrichtung zum Einstellen des Speisewassermassenstroms
Ṁ in die Verdampferheizfläche.
[0002] In einem Durchlaufdampferzeuger führt die Beheizung einer Anzahl von Dampferzeugerrohren,
die zusammen die gasdichte Umfassungswand der Brennkammer bilden, zu einer vollständigen
Verdampfung eines Strömungsmediums in den Dampferzeugerrohren in einem Durchgang.
Das Strömungsmedium - üblicherweise Wasser - wird vor seiner Verdampfung einem der
Verdampferheizfläche strömungsmediumsseitig vorgeschalteten Vorwärmer, üblicherweise
auch als Economizer bezeichnet, zugeführt und dort vorgewärmt.
[0003] Abhängig vom Betriebszustand des Durchlaufdampferzeugers und damit zusammenhängend
von der aktuellen Dampferzeugerleistung wird der Speisewassermassenstrom in die Verdampferheizfläche
geregelt. Bei Laständerungen sollten der Verdampferdurchfluss und der Wärmeeintrag
in die Verdampferheizfläche möglichst synchron geändert werden, weil sonst ein Überschwingen
der spezifischen Enthalpie des Strömungsmediums am Austritt der Verdampferheizfläche
nicht sicher vermieden werden kann. Ein solches unerwünschtes Überschwingen der spezifischen
Enthalpie erschwert die Regelung der Temperatur des aus dem Dampferzeuger austretenden
Frischdampfes und führt darüber hinaus zu hohen Materialbelastungen und somit zu einer
reduzierten Lebensdauer des Dampferzeugers.
[0004] Um ein Überschwingen der spezifischen Enthalpie und große Temperaturschwankungen
in jeden Betriebszustand des Dampferzeugers zu verhindern, ist eine Speisewasserdurchflussregelung
vorgesehen, die auch bei Lastwechseln die notwendigen Speisewassersollwerte in Abhängigkeit
vom Betriebszustand bereit stellt.
[0005] Aus der EP 0639 253 ist ein Durchlaufdampferzeuger bekannt, bei dem der Speisewasserdurchfluss
über eine Vorausberechnung der Speisewassermenge geregelt wird. Als Grundlage für
das Berechnungsverfahren dient dabei die Wärmestrombilanz der Verdampferheizfläche,
in die der Speisewassermassenstrom insbesondere am Eintritt der Verdampferheizfläche
eingehen sollte.
[0006] In der Praxis erweist sich die Messung des Speisewassermassenstroms unmittelbar am
Eintritt der Verdampferheizfläche jedoch als technisch aufwendig und nicht in jedem
Betriebszustand zuverlässig durchführbar. Statt dessen wird ersatzweise der Speisewassermassenstrom
am Eintritt des Vorwärmers gemessen und in die Berechnungen der Speisewassermenge
einbezogen, der jedoch nicht in jedem Fall gleich dem Speisewassermassenstrom am Eintritt
der Verdampferheizfläche ist.
[0007] Wenn sich nämlich die Temperatur des dem Vorwärmer zuströmenden Mediums oder aufgrund
einer veränderten Beheizung die Dichte des Strömungsmediums innerhalb des Vorwärmers
ändert, so kommt es zu Massenein- oder -ausspeicherungseffekten im Vorwärmer, und
der Speisewassermassenstrom am Eintritt des Vorwärmers ist nicht identisch mit dem
am Eintritt der Verdampferheizfläche. Werden diese Ein- und Ausspeicherungseffekte
bei der Regelung des Speisewasserdurchflusses nicht oder nur unzureichend berücksichtigt,
so kann es zum erwähnten Überschwingen der spezifischen Enthalpie und damit zu großen
Temperaturschwankungen des Strömungsmediums am Austritt der Verdampferheizfläche kommen.
[0008] Dabei ist die Größe der Temperaturschwankungen abhängig von der Geschwindigkeit des
Lastwechsels und bei einem schnellem Lastwechsel besonders groß. Deshalb war es bisher
notwendig, eine Begrenzung der Lastwechselgeschwindigkeit vorzunehmen und damit eine
geringere Effizienz des Dampferzeugers in Kauf zu nehmen. Darüber hinaus reduzierten
die bei eventuellen Betriebsstörungen auftretenden, schnellen und nicht kontrollierbaren
Lastwechsel die Lebensdauer des Dampferzeugers.
[0009] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines
Dampferzeugers der oben genannten Art anzugeben, das eine weitgehend synchrone Änderung
des Speisewassermassenstroms durch die Verdampferheizfläche und des Wärmeeintrags
in die Verdampferheizfläche in jedem Betriebszustand ohne großen technischen Aufwand
ermöglicht.
[0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Vorrichtung zum Einstellen
des Speisewassermassenstroms
Ṁ eine Regelvorrichtung zugeordnet wird, deren Regelgröße der Speisewassermassenstrom
Ṁ ist und deren Sollwert
Ṁs für den Speisewassermassenstrom abhängig von einem der Dampferzeugerleistung zugeordneten
Sollwert L geführt ist, wobei der Regelvorrichtung als eine der Eingangsgrößen der
Istwert ρ
E der Speisewasserdichte am Eintritt des Vorwärmers zugeführt wird.
[0011] Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass zur synchronen Änderung von
Speisewassermassenstrom durch und Wärmeeintrag in die Verdampferheizfläche eine Wärmestrombilanzierung
der Verdampferheizfläche erfolgen sollte. Optimalerweise sollte dazu zwar am Eintritt
der Verdampferheizfläche eine Messung des Speisewassermassenstroms vorgesehen sein.
Weil sich jedoch die direkte Messung des Speisewassermassenstroms am Eintritt der
Verdampferheizfläche als nicht zuverlässig durchführbar erwiesen hat, ist diese nunmehr
an einer medienseitig geeignet vorgelagerten Stelle, nämlich am Eintritt des Vorwärmers,
vorgesehen. Da die möglicherweise auftretenden Massenein- und -ausspeicherungseffekte
im Vorwärmer den Messwert jedoch verfälschen könnten, sollten diese Effekte geeignet
kompensiert werden. Dazu sollte eine Berechnung des Speisewassermassenstroms am Eintritt
der Verdampferheizfläche aufgrund weiterer leicht zu gewinnender Messgrößen erfolgen.
Besonders geeignete Messgrößen zur Korrektur des am Eintritt des Vorwärmers gewonnenen
Messwerts für den Speisewassermassenstrom sind die mittlere Dichte des Strömungsmediums
in der Vorwärmerheizfläche und deren zeitliche Änderung.
[0012] Für eine besonders genaue Berechnung des Wärmestroms durch die Verdampferheizfläche
und auch eine besonders genaue Nachkorrektur des Messwerts für den Speisewassermassenstrom
ist vorteilhafterweise die zusätzliche Erfassung der Dichte des Strömungsmediums am
Austritt der Vorwärmerheizfläche vorgesehen. Damit ist eine besonders genaue Erfassung
und demzufolge auch Berücksichtigung der genannten Ein- und Ausspeicherungseffekte
ermöglicht. In zusätzlicher oder alternativer vorteilhafter Weiterbildung wird als
Sollwert
Ṁs für den Speisewassermassenstrom der Ausdruck

verwendet, wobei
Ṁ der Istwert des Speisewassermassenstroms am Eintritt des Vorwärmers,

die zeitliche Änderung der mittleren Dichte des Strömungsmediums im Vorwärmer und
V das Volumen des Vorwärmers sind. Durch den Beitrag

werden somit die genannten Ein- und Ausspeicherungseffekte berücksichtigt.
[0013] Wenn der Wärmeeintrag in das Strömungsmedium innerhalb des Vorwärmers stationär ist,
sich zeitlich also nicht ändert, so kann zur Berechnung Sollwertes
Ṁs anstelle der mittleren Dichte

näherungsweise die Dichte ρ
E des Strömungsmediums am Eintritt des Vorwärmers verwendet werden. In diesem Fall
kann nämlich die zeitliche Änderung der Dichte ρ
E gleich der zeitlichen Änderung der mittleren Dichte

gesetzt werden, so dass eine zusätzliche Erfassung der Dichte ρ
A des Strömungsmediums am Austritt der Verdampferheizfläche nicht erforderlich ist.
[0014] Bei der Berechnung des Sollwertes
Ṁs für den Speisewassermassenstrom sollte berücksichtigt werden, dass das Signal der
Eintrittsdichtenänderung entsprechend der Durchlaufzeit des Systems verzögert werden
muss, wenn anstelle der mittleren Dichte

näherungsweise die Dichte ρ
E des Strömungsmediums am Eintritt des Vorwärmers verwendet wird. Daher wird der Istwert
ρ
E der Eintrittsdichte vorteilhafterweise durch ein in der Regelungstechnik übliches
Differenzierglied mit PT1-Verhalten in eine mit der Durchlaufzeit des Vorwärmers als
Zeitkonstante verzögerte Eintrittsdichtenänderung umgewandelt.
[0015] Insbesondere im Falle einer Beheizungsänderung im Vorwärmer jedoch, also eines instationären
Wärmeeintrags in das Strömungsmedium innerhalb des Vorwärmers, beispielsweise bei
einem Lastwechsel, ist die Berechnung der mittleren Dichte

und ihrer zeitlichen Änderung

allein durch die genäherte Verwendung der Eintrittsdichte nicht möglich. Da im arithmetischen
Mittel ρ
E und ρ
A in die Berechnung von

jeweils zur Hälfte eingehen, kann im Fall eines instationären Wärmeeintrags, aber
einer konstanten Eintrittsdichte ρ
E die halbe Änderung der Austrittsdichte ρ
A als Maß für die Dichteänderung im Vorwärmer verwendet werden.
[0016] Auch in diesem Fall erfolgt die Bildung der zeitlichen Ableitung des Dichtesignals
durch ein Differenzierglied. Da eine Änderung der Austrittsdichte dem Massenspeichereffekt
im Vorwärmer jedoch zeitlich nachgelagert ist, wird das Dichtesignal vorteilhafterweise
mit einer verhältnismäßig kleinen Zeitkonstante von etwa einer Sekunde PT1-verzögert.
[0017] Mit einer separaten Erfassung der Dichten des Strömungsmediums am Eintritt und am
Austritt des Vorwärmers können auf diese Weise Speisewasserein- und -ausspeicherungseffekte
im Vorwärmer berücksichtigt und der Sollwert des Speisewasserdurchflusses auf einfache
Weise dem Betriebszustand des Dampferzeugers angepasst werden.
[0018] Damit ist eine besonders genaue Regelung des Dampferzeugers auch in Fällen möglich,
bei denen sich die Temperatur des Speisewassers vor Eintritt in den Vorwärmer abrupt
ändert. Dies könnte beispielsweise durch den plötzlichen Ausfall einer dem Vorwärmer
vorgeschalteten externen Vorwärmstrecke geschehen. Bei einem derartigen Ausfall setzt
sich der Sprung in der Dichte des Strömungsmediums am Eintritt des Vorwärmers weitgehend
unverändert bis zum Austritt durch. Die Änderung der mittleren Dichte

des Strömungsmediums im Vorwärmer ist aber bereits durch die Änderung der Dichte
am Eintritt des Vorwärmers vollständig erfasst, so dass sich die Änderung der Dichte
am Austritt der Verdampferheizfläche nicht mehr auf die berechnete Korrektur am Sollwert
Ṁs des Speisewassermassenstroms auswirken darf. Daher ist vorzugsweise eine Korrekturschaltung
vorgesehen, die die Reaktion des DT1-Gliedes, das das Dichtesignal am Austritt des
Vorwärmers differenziert und verzögert, in diesem Fall kompensiert. Vorteilhafterweise
wird dazu das Eintrittsdichten-Signal einem Totzeitglied mit einer Zeitkonstanten
der Durchlaufzeit des Vorwärmers aufgeschaltet, entsprechend einer thermischen Zeitkonstanten
des Vorwärmers PT1-verzögert und das so erzeugte Signal dem Austrittsdichtesignal
negativ aufgeschaltet wird.
[0019] Diese Korrekturschaltung bewirkt in jedem Fall eine korrekte Berücksichtigung der
Dichteänderungen: Bei einer abrupten Temperaturänderung des zuströmenden Mediums wird
die Änderung der Austrittsdichte ρ
A wie beschrieben nicht berücksichtigt. Bleibt die Eintrittsdichte ρ
E jedoch konstant, ändert sich aber die Wärmezufuhr im Vorwärmer und damit die Austrittsdichte
ρ
A, so findet am Austritt des Vorwärmers keine Korrektur statt und der Effekt der Änderung
der Wärmezufuhr wird bei der Berechnung des Sollwertes
Ṁs für den Speisewassermassenstrom vollständig berücksichtigt.
[0020] Ändert sich nun wie beispielsweise bei einem Lastwechsel gleichzeitig mit der Wärmezufuhr
auch die Eintrittsdichte ρ
E, so werden sowohl Massenein- und -ausspeicherungseffekte durch den Dichtesprung am
Eintritt als auch Speichereffekte aufgrund der veränderten Wärmezufuhr separat berücksichtigt.
Für die Korrektur am Austritt des Vorwärmers werden nur Änderungen, die durch die
veränderte Wärmezufuhr entstehen, berücksichtigt, weil die Änderungen, die durch den
Dichtesprung am Eintritt auch am Austritt zeitverzögert auftreten, nur am Eintritt
berücksichtigt und am Austritt kompensiert werden.
[0021] Vorteilhafterweise wird sowohl die Totzeit als auch die thermische Zeitkonstante
des Vorwärmers reziprok zur Last des Dampferzeugers angepasst.
[0022] Vorteilhafterweise ist die Speisewasserdurchflussregelung abhängig vom Betriebszustand
des Dampferzeugers zu- und abschaltbar.
[0023] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch
die Berechnung des Speisewassermassenstroms unter Berücksichtigung der mittleren Dichte
des Speisewassers im Vorwärmer als Korrekturterm die synchrone Regelung des Speisewasserdurchflusses
durch und des Wärmeeintrags in die Verdampferheizfläche auf besonders einfache und
zuverlässige Weise in allen möglichen Betriebszuständen des Durchlaufdampferzeugers
ein Überschwingen der spezifischen Enthalpie des Strömungsmediums am Austritt der
Verdampferheizfläche und große Temperaturschwankungen des erzeugten Frischdampfes
sicher verhindert und somit Materialbelastungen reduziert und die Lebensdauer des
Dampferzeugers erhöht.
[0024] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Darin zeigen:
- FIG 1
- eine Speisewasserdurchflussregelung für einen Durchlaufdampferzeuger,
- FIG 2
- eine alternative Ausführung der Speisewasserdurchflussregelung,
- FIG 3a
- ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf der spezifischen Enthalpie des Strömungsmediums
am Austritt der Verdampferheizfläche des Durchlaufdampferzeu- gers im Falle einer
abrupten Temperaturänderung des zuströmenden Speisewassers im Volllastbetrieb des
Durchlaufdampferzeugers,
- FIG 3b
- ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf der spezifischen Enthalpie im Falle einer
abrupten Temperaturänderung des zuströmenden Mediums im Teillastbetrieb des Durchlaufdampferzeugers,
und
- FIG 3c
- ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf der spezifischen Enthalpie im Falle eines
Lastwechsels.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
[0025] FIG 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zur Bildung des Sollwertes Ms. für den
Speisewassermassenstrom eines Durchlaufdampferzeugers. Der Durchlaufdampferzeuger
weist einen auch als Economizer bezeichneten Vorwärmer 2 für Speisewasser auf, der
sich in einem nicht näher dargestellten Gaszug befindet. Dem Vorwärmer 2 ist strömungsmediumsseitig
eine Speisewasserpumpe 3 vor- und eine Verdampferheizfläche 4 nachgeschaltet. In der
von der Speisewasserpumpe 3 zum Vorwärmer 2 geführten Speisewasserleitung ist eine
Messvorrichtung 5 zur Messung des Speisewassermassenstroms
Ṁ durch die Speisewasserleitung angeordnet.
[0026] Einem Antriebsmotor an der Speisewasserpumpe 3 ist ein Regler 6 zugeordnet, an dessen
Eingang als Regelgröße die Regelabweichung Δ
Ṁ des mit der Messvorrichtung 5 gemessenen Speisewassermassenstroms
Ṁ liegt. Dem Regler 6 ist die Vorrichtung 1 zur Bildung des Sollwertes
Ṁs für den Speisewassermassenstrom zugeordnet.
[0027] Diese Vorrichtung ist für eine besonders bedarfsgerechte Bestimmung des Sollwerts
Ṁs ausgelegt. Dabei ist berücksichtigt, dass die Erfassung des Istwerts des Speisewassermassenstroms
M nicht unmittelbar vor der Verdampferheizfläche 4, sondern bereits vor dem Vorwärmer
2 erfolgt. Dadurch könnten sich infolge von Massenein- oder -ausspeicherungseffekten
im Vorwärmer 2 Ungenauigkeiten bei der Messwertbestimmung für den Speisewassermassenstrom
Ṁ ergeben. Um diese zu kompensieren, ist eine Korrektur dieses Messwerts unter Berücksichtigung
der Dichte ρ
E des Speisewassers am Eintritt des Vorwärmers 2 vorgesehen. Die Vorrichtung 1 hat
u. a. als Eingangsgrößen einerseits einen von einem Sollwertgeber 7 abgegebenen Sollwert
L für die Leistung des Durchlaufdampferzeugers und andererseits den aus der Druck-
und Temperaturmessung einer Messvorrichtung 9 bestimmten Istwert ρ
E der Dichte des Speisewassers am Eintritt des Vorwärmers 2.
[0028] Der Sollwert L für die Leistung des Durchlaufdampferzeugers, der sich im Betrieb
immer wieder zeitlich verändert und der im (nicht dargestellten) Feuerungsregelkreis
direkt auf den Brennstoffregler gegeben wird, wird auch dem Eingang eines ersten Verzögerungsgliedes
13 der Vorrichtung 1 zugeführt. Dieses Verzögerungsglied 13 gibt ein erstes Signal
oder einen verzögerten ersten Leistungswert L1 ab. Dieser erste Leistungswert L1 wird
den Eingängen von Funktionsgebereinheiten 10 und 11 des Funktionsgebers der Speisewasserdurchflussregelung
1 zugeführt. Am Ausgang der Funktionsgebereinheit 10 erscheint ein Wert
Ṁ (L1) für den Speisewassermassenstrom, und am Ausgang der Funktionsgebereinheit 11
erscheint ein Wert Δh(L1) für die Differenz aus der spezifischen Enthalpie h
IA am Austritt der Verdampferheizfläche 4 und der spezifischen Enthalpie h
IE am Eintritt dieser Verdampferheizfläche 4. Die Werte
Ṁ und Δh als Funktionen von L1 sind aus Werten für
Ṁ und Δh ermittelt, die im stationären Betrieb des Durchlaufdampferzeugers gemessen
wurden, und in den Funktionsgebereinheiten 10 bzw. 11 hinterlegt.
[0029] Die Ausgangsgrößen
Ṁ (L1) und Δh(L1) werden in einem Multiplikationsglied 14 des Funktionsgebers der Vorrichtung
1 miteinander multipliziert. Der gewonnene Produktwert
Q̇(L1) entspricht dem Wärmestrom in die Verdampferheizfläche 4 beim Leistungswert L1
und wird, ggf. nach Korrektur durch einen in einem Differenzierglied ?? aus der Eintrittsenthalpie
ermittelten, für Ein- oder Ausspeicherungseffekte im Verdampfer charakteristischen
Leistungsfaktor, als Zähler in ein Dividierglied 15 eingegeben. Als Nenner wird in
das Dividierglied 15 die mit einem Summierglied 19 gebildete Differenz zwischen einem
Sollwert h
SA(L2) der spezifischen Enthalpie am Austritt der Verdampferheizfläche 4 und dem Istwert
h
IE der spezifischen Enthalpie am Eintritt der Verdampferheizfläche 4, der mit Hilfe
der Messvorrichtung 9 gemessen wird, eingegeben.
[0030] Der Sollwert h
SA(L2) wird einer dritten Funktionsgebereinheit 12 des Funktionsgebers der Vorrichtung
1 entnommen. Der Eingangswert der Funktionsgebereinheit 12 entsteht am Ausgang eines
zweiten Verzögerungsgliedes 16, dessen Eingangsgröße der erste Leistungswert L1 am
Ausgang des ersten Verzögerungsgliedes 13 ist. Dementsprechend ist der Eingangswert
der dritten Funktionsgebereinheit 12 ein zweiter Leistungswert L2, der gegenüber dem
ersten Leistungswert L1 verzögert ist. Die Werte h
SA(L2) als Funktion von L2 sind aus Werten für h
SA ermittelt, die im stationären betrieb des Durchlaufdampferzeugers gemessen wurden,
und in der dritten Funktionsgebereinheit 12 hinterlegt.
[0031] Dem Ausgang des Dividiergliedes 15 kann der Sollwert
Ṁs für den Speisewassermassenstrom für die in einem Summierglied 23 stattfindende Bildung
der dem Regler 6 zugeführten Regelabweichung des mit der Vorrichtung 5 gemessenen
Istwerts für den Speisewassermassenstrom in den Vorwärmer 2 entnommen werden.
[0032] Am Ausgang des zweiten Verzögerungsgliedes 16 liegt der Eingang eines Differenziergliedes
17, dessen Ausgang negativ auf ein Summierglied 18 geschaltet ist. Dieses Summierglied
18 korrigiert den Wert für den Wärmestrom
Q̇(L1) in die Verdampferheizfläche 4 um das Ausgangssignal des Differenziergliedes 17.
[0033] Die von der Messvorrichtung 9 gemessenen Istwerte von Temperatur und Druck des Speisewassers
am Eintritt des Vorwärmers 2 werden in einem Differenzierglied 22 in einen Istwert
ρ
E der Speisewasserdichte am Eintritt des Vorwärmers 2 umgerechnet. Dieser wird auf
den Eingang eines Differenziergliedes 22 gegeben und mit dem Volumen des Vorwärmers
multipliziert. Der so berechnete Näherungswert Δ
Ṁ für die Änderung des Speisewassermassenstroms aufgrund von Ein- und Ausspeicherungseffekten
innerhalb des Vorwärmers 2 wird über ein in das Differenzierglied 22 integriertes
Verzögerungsglied mit der Durchlaufzeit des Speisewassers durch den Vorwärmer 2 als
Zeitkonstante einem Summierglied 24 zugeführt, das den Sollwert für den Massenstrom
Ṁs aus dem Differenzierglied 15 um Δ
Ṁ korrigiert und somit die Berücksichtigung von Massenein- und -ausspeicherungseffekten
aufgrund einer Änderung der Temperatur und damit der Dichte des Speisewassers am Eintritt
des Vorwärmers 2 bei der Regelung des Speisewassermassenstromes ermöglicht.
[0034] FIG 2 zeigt eine alternative Ausführung der Speisewasserdurchflussregelung, die auch
im Falle einer zeitlichen Änderung des Wärmeeintrags innerhalb des Vorwärmers 2 die
zuverlässige Berücksichtigung von Massenein- und -ausspeicherungseffekten bei der
Regelung des Speisewassermassenstromes ermöglicht.
[0035] Die Speisewasserdurchflussregelung nach FIG 1 ist dazu im Ausführungsbeispiel nach
FIG 2 um die Berücksichtigung der Dichte ρ
A des Strömungsmediums am Austritt des Vorwärmers 2 ergänzt. Zur Bestimmung der Dichte
des Strömungsmediums am Austritt des Vorwärmers 2 ist am Austritt des Vorwärmers 2
eine Messvorrichtung 21 zur Messung des Druckes und der Temperatur des Strömungsmediums
vorgesehen. Das Rechenglied 26 ermittelt als Eingangssignal für ein nachgeschaltetes
Summierglied 30 aus der Messung von Temperatur und Druck den Istwert für die Dichte
ρ
A des Strömungsmediums am Austritt des Vorwärmers 2. Das Ausgangssignal des Summierglieds
30 wird einem Differenzierglied 36 zugeführt, das deren zeitliche Ableitung multipliziert
mit dem Volumen des Vorwärmers 2 als Ausgangssignal liefert. Dieses Ausgangssignal,
das die zeitliche Änderung des Speisewassermassenstromes Δ
ṀA am Austritt des Vorwärmers 2 wiedergibt, wird auf ein Summierglied 36 gelegt, das
als zweite Eingangsgröße die Änderung Δ
ṀE des Speisewassermassenstromes am Eintritt des Vorwärmers 2 aufweist.
[0036] Das Summierglied 36 hat als Ausgangssignal die aus Δ
ṀA und Δ
ṀE berechnete mittlere Änderung des Speisewassermassenstroms Δ
Ṁ aufgrund von Massenein- und -ausspeicherungseffekten im Vorwärmer 2. Das Ausgangssignal
des Dividiergliedes 36 wird am Summierglied 24 dem Ausgangssignal des Dividiergliedes
15 zur Korrektur des Sollwertes des Speisewassermassenstroms aufgeschaltet.
[0037] Im Fall einer Betriebsstörung, die zu einer abrupten Temperaturänderung des dem Vorwärmer
2 zuströmenden Speisewassers, beispielsweise beim plötzlichen Ausfall einer vorgelagerten
Vorwärmstrecke, führt, muss das Ausgangssignal des Rechengliedes 26 noch um den Effekt
der veränderten Eingangsdichte korrigiert werden. Geschieht dies nicht, so wird der
Effekt des Dichtesprunges am Eintritt des Vorwärmers 2 zweimal berücksichtigt, nämlich
bei der Erfassung der Dichte des Speisewassers am Eintritt und am Austritt des Vorwärmers
2. Um dies zu korrigieren, wird das Ausgangssignal des Differenziergliedes 20 einem
Totzeitglied 28 mit der Durchlaufzeit des Speisewassers durch den Vorwärmer 2 als
Zeitkonstante aufgeschaltet. Das so erzeugte Signal wird über ein Verzögerungsglied
32 mit einer thermischen Speicherkonstante des Vorwärmers 2 dem Summierglied 30 negativ
aufgeschaltet. Somit wird der Effekt des Dichtesprungs am Eintritt des Vorwärmers
2 im Austrittsdichtesignal eliminiert und damit nur einmal und nicht doppelt bei der
Berechnung des Korrekturmassenstroms berücksichtigt.
[0038] Die Speisewasserdurchflussregelung unter Verwendung der Vorrichtung 1 ermöglicht
in jedem Betriebszustand des Dampferzeugers eine besonders einfache Bestimmung des
Sollwertes
Ṁs für den Speisewassermassenstrom durch die Verdampferheizfläche 4. Durch eine genaue
Abstimmung dieses Speisewassermassenstroms auf den Wärmeeintrag in der Verdampferheizfläche
können große Schwankungen der Austrittstemperatur des Frischdampfes und ein Überschwingen
der spezifischen Enthalpie am Austritt der Verdampferheizfläche 4 sicher verhindert
werden. Hohe Materialbelastungen durch Temperaturschwankungen, die zu einer verminderten
Lebensdauer des Durchlaufdampferzeugers führen, können somit vermieden werden.
[0039] Der in FIG 3a gezeigte Verlauf (Kurvenzüge I bis III) der drei spezifischen Enthalpien
in kJ/kg am Austritt der Verdampferheizfläche 4 in Abhängigkeit von der Zeit t wurde
für einen Durchlaufdampferzeuger im Volllastbetrieb bei einem Ausfall einer dem Vorwärmer
2 vorgeschalteten Vorwärmestrecke ermittelt. Der Kurvenzug I in FIG 3a gilt für den
Fall, dass die durch die simulierte Betriebsstörung hervorgerufene Dichteänderung
des Speisewassers am Eintritt des Vorwärmers 2 bei der Speisewasserdurchflussregelung
nicht berücksichtigt wird, dass also als Sollwert
Ṁs für den Speisewassermassenstrom das unkorrigierte Ausgangssignal des Dividierglieds
15 nach FIG 1 oder 2 verwendet wird.
[0040] Der Kurvenzug II gilt für den Fall, dass lediglich wie in FIG 1 dargestellt die zeitliche
Änderung der Dichte ρ
E am Eintritt des Vorwärmers 2 und damit nur die Massenein- und -ausspeicherungseffekte
aufgrund des Temperatursprunges am Eintritt des Vorwärmers 2 bei der Speisewasserdurchflussregelung
berücksichtigt wird. Massenein- und -ausspeicherungseffekte aufgrund einer veränderten
Beheizung im Vorwärmers 2 und damit eines veränderten Wärmeeintrags in das Speisewasser
bleiben unberücksichtigt. Dieser Fall entspricht der Speisewasserdurchflussregelung
aus FIG 1.
[0041] Der Kurvenzug III zeigt schließlich den zeitlichen Verlauf der spezifischen Enthalpie
unter zusätzlicher Berücksichtigung der Massenein- und -ausspeicherungseffekte aufgrund
einer veränderten Beheizung im Vorwärmer 2, was der Speisewasserdurchflussregelung
aus FIG 2 entspricht. In diesem Fall hat das Summierglied 24 aus FIG 2 als zweite
Eingangsgröße neben der Ausgangsgröße des Differenzierglieds 15 die aus Δ
ṀA und Δ
ṀE berechnete mittlere Änderung des Speisewassermassenstroms Δ
Ṁ . Die Speisewasserdurchflussregelung berücksichtigt in diesem Fall also nicht nur
die Dichte ρ
E am Eintritt des Vorwärmers 2, sondern zusätzlich die Dichte ρ
A an seinem Austritt. Durch die separate Erfassung beider Dichten ρ
E und ρ
A können Massenein- und -ausspeicherungseffekte sowohl aufgrund einer veränderten Beheizung
im Vorwärmer 2 als auch aufgrund einer veränderten Temperatur des Speisewassers am
Eintritt des Vorwärmers 2 berücksichtigt werden.
[0042] FIG 3b zeigt den Verlauf (Kurvenzüge I bis III) der drei spezifischen Enthalpien
in kJ/kg am Austritt der Verdampferheizfläche 4 in Abhängigkeit von der Zeit t für
einen Durchlaufdampferzeuger im Teillastbetrieb (50 % der maximalen Leistung) bei
einem Ausfall der dem Vorwärmer 2 vorgeschalteten Vorwärmstrecke.
[0043] Der Kurvenzug I in FIG 3b gilt wie in FIG 3a für den Fall, dass die durch den Ausfall
der dem Vorwärmer 2 vorgeschalteten Vorwärmstrecke hervorgerufene Dichteänderung des
Speisewassers am Eintritt des Vorwärmers 2 bei der Speisewasserdurchflussregelung
nicht berücksichtigt wird, dass also als Sollwert
Ṁs für den Speisewassermassenstrom das unkorrigierte Ausgangssignal des Dividierglieds
15 nach FIG 1 oder 2 verwendet wird.
[0044] Der Kurvenzug II in FIG 3b gilt wie in FIG 3a für den Fall, dass lediglich wie in
FIG 1 dargestellt die zeitliche Änderung der Dichte ρ
E am Eintritt des Vorwärmers 2 bei der Speisewasserdurchflussregelung berücksichtigt
wird. Massenein-und -ausspeicherungseffekte aufgrund einer veränderten Beheizung im
Vorwärmer 2 bleiben unberücksichtigt. Dieser Fall entspricht der Speisewasserdurchflussregelung
aus FIG 1.
[0045] Der Kurvenzug III in FIG 3b zeigt wie in FIG 3a den zeitlichen Verlauf der spezifischen
Enthalpie unter zusätzlicher Berücksichtigung der Massenein- und -ausspeicherungseffekte
aufgrund einer veränderten Beheizung im Vorwärmer 2, was der Speisewasserdurchflussregelung
aus FIG 2 entspricht.
[0046] FIG 3c zeigt den Verlauf (Kurvenzüge I bis III) der drei spezifischen Enthalpien
in kJ/kg am Austritt der Verdampferheizfläche 4 in Abhängigkeit von der Zeit t für
einen Durchlaufdampferzeuger bei einem Lastwechsel von Volllast- auf Teillastbetrieb
(100 % auf 50 % Last).
[0047] Der Kurvenzug I in FIG 3c gilt wie in FIG 3a für den Fall, dass die durch den Ausfall
des Vorwärmers 2 hervorgerufene Dichteänderung des Speisewassers am Eintritt des Vorwärmers
2 bei der Speisewasserdurchflussregelung nicht berücksichtigt wird, dass also als
Sollwert
Ṁs für den Speisewassermassenstrom das unkorrigierte Ausgangssignal des Dividierglieds
15 nach FIG 1 oder 2 verwendet wird.
[0048] Der Kurvenzug II in FIG 3c gilt wie in FIG 3a für den Fall, dass lediglich wie in
FIG 1 dargestellt die zeitliche Änderung der Dichte ρ
E am Eintritt des Vorwärmers 2 bei der Speisewasserdurchflussregelung berücksichtigt
wird. Massenein-und -ausspeicherungseffekte aufgrund einer veränderten Beheizung im
Vorwärmer 2 bleiben unberücksichtigt. Dieser Fall entspricht der Speisewasserdurchflussregelung
aus FIG 1.
[0049] Der Kurvenzug III in FIG 3c zeigt wie in FIG 3a den zeitlichen Verlauf der spezifischen
Enthalpie unter zusätzlicher Berücksichtigung der Massenein- und -ausspeicherungseffekte
aufgrund einer veränderten Beheizung im Vorwärmer 2, was der Speisewasserdurchflussregelung
aus FIG 2 entspricht.
[0050] Die Diagramme nach den Figuren 3a, 3b und 3c zeigen, dass die Speisewasserdurchflussregelung
1 aus FIG 1 oder 2 zur Vermeidung eines Überschwingens der spezifischen Enthalpie
am Austritt der Verdampferheizfläche 4 besonders geeignet ist.