用于强制流动废热蒸汽发生器的给水控制的制作方法

1.本发明涉及一种用于运行构成为废热蒸汽发生器的连续蒸汽发生器的方法。本发明此外涉及一种用于执行所述方法的强制流动蒸汽发生器。


背景技术：

2.用于benson蒸发器的给水控制设计基本上基于根据测量到的过程变量来计算用于给水质量流的预控信号。这种预控信号典型地从控制回路的已知的期望值或干扰变量或其变化中计算，并且最终以与控制器的输出信号相乘的方式修正。这预期控制器对期望值变化或干扰变量的反应并且提高控制器的动态，使得在蒸发器的出口处的期望的过热(期望值)在过程的所有可设想的阶段中能够尽可能好地设定。在竖直的结构形式的废热蒸汽发生器中首次使用benson蒸发器时，现在已经证实的是，与在已知的水平结构方式中相比，由于设计引起的所述控制器干预明显更显著。然而，由此控制回路的振荡性也提高。这导致给水控制阀的不足的调节精度(例如由于低的硬件质量)也附加地值得注意。因此，在极端情况下，在此外静态的设施运行中观察到明显数量级的不期望的过程残余波动。
3.例如在ep 2 212 618 b1中公开了一种用于benson废气蒸汽发生器的给水控制。在那里意在也对于作为废热锅炉连接的蒸汽发生器可用的、足够可靠的预测的质量流控制应尽可能匹配于废热锅炉的特点。在此，尤其应考虑，与在被点火的锅炉的情况下不同，在该情况下，点火功率不是允许足够可靠地推断出所基于的热流平衡的适合的参数。尤其地，在此应考虑，在对于废热锅炉等价的变量，即当前的燃气涡轮机功率或与其关联的参数，还有其他燃气涡轮机内部的参数能够参与，使得在热气进入到蒸汽发生器的烟气通道中时无法可接受地推断出焓关系是可能的。因此，在求取所需的给水流时所基于的热流平衡时，应利用其他的、尤其适合的参数，如在进入到蒸发器时的热气温度以及热气的质量流。
4.此外，ep 2 297 518 b1公开了，考虑表征在一个或多个蒸发器加热面的输出端处的焓的时间导数的修正值。
5.对于在太阳能热电厂中的应用，de 10 2010 040 210 a1同样公开了一种方法，其中为了创建用于给水质量流的期望值，考虑表征在一个或多个加热面的输入端处的流动介质的温度或密度的修正值。
6.us 2014/034044a1除了太阳热蒸汽发生器本身之外，同样要求保护用于运行所述太阳热蒸汽发生器的方法，其中预测地控制给水质量流的设定。为了所述目的，在此也利用修正值，通过所述修正值修正储存的或提取的热能的热存储效应。
7.最后，de 10 2011 004 263 a1也公开了一种用于运行太阳能加热的废气蒸汽发生器的方法，其中将用于给水质量流的期望值输送给用于设定给水质量流的设备，其中考虑表征修正值，通过所述修正值修正在一个或多个加热面中储存的或提取的热能的热存储效应。
8.因为在竖直的废热蒸汽发生器中首次使用benson蒸发器期间出现当前的问题，所以不存在用于解决问题的继续进行的方式。在具体情况下选择的问题解决方案在于，再次
稍微降低控制器的增益。然而，在该途径中，根据给出的边界条件，必须承受设施的较差的和在极端情况下也不期望的运行性能。


技术实现要素：

9.因此，本发明的目的是，提供一种用于运行构成为废气蒸汽发生器的连续蒸汽发生器的方法，其中改进的给水控制引起设施的稳定的运行性能。此外，应给出一种尤其适合于执行所述方法的强制流动蒸汽发生器。
10.本发明通过如下方式实现针对方法的目的，即本发明提出，构成为废热蒸汽发生器的连续蒸汽发生器具有：预热器，所述预热器包括多个预热器加热面；和蒸发器，所述蒸发器包括多个在流体介质方面在预热器加热面下游连接的蒸发器加热面，在所述连续蒸汽发生器中，将用于给水质量流的期望值输送给用于设定给水质量流的设备，其中在创建用于给水质量流的期望值时，求取传递到蒸发器加热面中的流体上的废热流，以及此外在非稳态的设施运行时检测在蒸发器加热面中的流体中的质量存储和能量存储，将蒸发器中的质量存储的随时间变化的性能耦合于预热器中的质量存储的随时间变化的性能，其中借助在蒸发器中和在预热器中的密度变化的比例进行缩放。
11.重要的是要理解，在本发明中转义的观察者不与流体微粒有关并随其流过蒸发器，而是观察者将蒸发器作为平衡空间观察，流体流入和流出所述平衡空间。流体微粒在设施的正常运行中始终在从蒸发器输入端至蒸发器输出端的路径上吸收能量，无论设施运行是否稳态地或非稳态地进行。不同地，在观察根据本发明的系统时，在那里在设施的(蒸发器的)稳态运行中在蒸发器中的特定位置处在不同的时间测量相同的温度和压力，从而在描述过程的公式中的对应项的时间导数变成零。通过根据本发明的方法，现在考虑在蒸发器的非稳态运行中所述参数的随时间的变化。在此当然出现能量或质量存储和能量或能量提取。
12.借助所述方法，其中在现有技术中在最简单的情况下仅考虑传递到蒸发器中的流体上的、由废气中的热流减去加热管的壁材中的热存储得出的热流的、用于计算预控信号的算法被扩充了在蒸发器中的流体侧的质量和能量存储效应的影响，尤其对于竖直废热蒸汽发生器的所描述的应用情况进一步地改进预控信号的质量，从而使通过控制器进行的必要的修正最小化。这潜在地引起，控制器那么能够再次较弱地被参数化，使得不出现在上文中描述的问题，同时但是也不负面地影响设施的运行性能。
13.有利地，用于质量存储和能量存储的存储项从当前的测量值中确定。借此，能够实现尤其可靠地评估热流平衡从而求取尤其精确预先计算的给水期望值。
14.适当地，当前的测量值是在预热器输入端处、在预热器输出端处或在蒸发器输入端处和在蒸发器输出端处的压力和温度。
15.有利的是，通过沸腾焓和饱和焓的算数平均值来近似蒸发器中的流体的用于估计能量存储所需的比焓。
16.在此适当的是，沸腾焓和饱和焓经由在蒸发器输入端处或在蒸发器输出端处的至少一个压力测量来求取。
17.为了求取用于给水质量流的期望值对质量存储和能量存储的修正值有利地在考虑蒸发器中的沸腾焓和饱和焓的以及预热器中的流动介质的密度的时间导数来确定。关于
密度，尤其可以通过合适地测量在相应的预热器加热面的入口和出口处的温度和压力来定义和计算在预热器中的平均流体密度，其中适当地基于线性密度分布曲线。借此，能够补偿在瞬时过程中出现的质量存储效应。
18.如果例如在负荷改变时进入蒸发器加热面中的热量输入降低，那么在那里暂时存储流体。因此，在给水泵的输送流恒定的情况下，质量流将会在离开加热面时降低。这现在能够通过暂时提高给水质量流来补偿。
19.在实践中，所述随时间变化的过程或时间导数有利地经由第一和第二微分元件、优选dt1元件来求取，在输入侧在适当的测量部位，参数，如温度和压力，被输送给所述第一和第二微分元件。
20.在此有利的是，描述预热器中的密度变化的时间变化曲线的、用于估计质量存储的第一微分元件加载有对应于蒸发器加热面中的流动介质的总体积的增益系数。
21.当为相应的dt
‑
1元件选择适合的增益和时间常数时，借助本发明产生的用于给水质量流的修正信号可以有利地描绘质量和能量存储的效应。
22.尤其有利的是，第一微分元件加载有基本上对应于流动介质穿过蒸发器的通过时间的一半的时间常数。
23.此外有利的是，用于估计能量存储的第二微分元件加载有在5s和40s之间的时间常数。
24.关于强制流动蒸汽发生器，所述目的通过一种强制流动蒸汽发生器来实现，所述强制流动蒸汽发生器具有多个蒸发器加热面和多个在流动介质方面在上游连接的预热器加热面以及用于设定给水质量流的设备，所述设备可根据用于给水质量流的期望值操纵，其中期望值按照根据本发明的方法来设计。
25.借助本发明，可以明显地减少通过控制器对预控信号的修正并且控制器借助较小的增益参数化。借此能够消除在上文中描述的明显的数量级的不期望的过程残余波动的问题。设施的运行性能不受负面影响。
26.也可考虑用于预控信号(或甚至整个参数场)的根据经验得出的修正因数。然而，得出所述修正因数意味着非常大的耗费。与此相反，所描述的本发明基于物理方式并且不必进一步地参数化。
附图说明
27.本发明例如根据附图详细阐述。示意性地示出：
28.图1示出用于计算给水质量流的算法的简图，和
29.图2示出测量变量和从中推导的用于计算给水质量流的期望值的算法中的变化的近似，如其在发电厂自动化中应实现的那样。
具体实施方式
30.图1示意地示出从本发明中得出的用于计算用于给水质量流的期望值的算法的变化。在此，在虚线框内示出本发明重要的算法部分并且在虚线框外示出现有技术。
31.因此，用于给水质量流的期望值由用于蒸发器的给水质量流和在预热器中储存或提取的质量流组成，其中用因数f
ctrl
修正。
32.根据现有技术，用于蒸发器的给水质量流作为由废气传递到蒸发器中的流体的热流和用于蒸发器中的焓变化的期望值δh
ev,set
的商得出。传递到蒸发器中的流体上的热流又由废气中的热流减去加热管的壁材料中的储热得出。
33.根据本发明，用于传递到蒸发器中的流体上的热流的项通过两个其他项补充和修正。
34.第一修正涉及蒸发器中的质量存储效应，第二修正涉及蒸发器中的能量存储效应。
35.质量存储效应在图1的质量流中通过(质量存储)和h
ev，out，set
(在蒸发器的出口处的焓)的乘积示出。代表能量存储效应。
36.根据本发明对所述值进行适当地近似，使得其能够从测量到的过程变量中确定。
37.图2示出所述测量变量或在强制流动废热蒸汽发生器中的测量点和其处理。
38.根据图2的强制流动废热蒸汽发生器包括：用于设作为流动介质的给水的称作为节能器的预热器1，其具有多个预热器加热面2；以及蒸发器3，所述蒸发器具有多个在流动介质方面在预热器加热面2下游连接的蒸发器加热面4。跟随蒸发器3的是具有对应的过热器加热面13的过热器12。加热面处于未详细示出的烟道中，所述烟道被加载有相关联的燃气轮机设施的废气。
39.强制流动蒸汽发生器如已经详述的那样设计用于可控的给水加载。为此，在给水泵31下游连接有由伺服马达32操控的节流阀33，使得经由适当地操控节流阀33，可以设定由给水泵31朝向预热器1的方向输送的给水量或给水质量流。为了求取用于被输送的给水质量流的当前的特性值，在节流阀33下游连接有用于求取穿过给水管路35的给水质量流的测量装置34。伺服马达32经由控制元件36操控，所述控制元件在输入侧加载经由数据线路37输送的用于给水质量流的期望值和经由测量装置34求取的给水质量流的当前的实际值。通过在这两个信号之间求差，将调整需求传送给控制器36，使得在实际值与期望值存在偏差时，经由马达32的操控进行节流阀33的对应的调整。
40.为了以预测地、预见地或面向未来或当前需要地设定给水质量流的方式求取用于给水质量流的尤其符合需要的期望值数据线路37在输入侧与设计用于预设用于给水质量流的期望值的给水流动控制装置38连接。所述给水流动控制装置设计用于根据蒸发器加热面4中的热流平衡来求取用于给水质量流的期望值其中用于给水质量流的期望值通过如下方式求取，即确定传递到蒸发器加热面4中的流体上的废热流并且此外考虑在蒸发器加热面4中的流体中的质量存储和能量存储。在牺牲完整性的情况下，但为了清楚地示出，图2在给水流动控制装置38中仅示出对于给水质量流期望值的根据本发明的修正重要的元件。从现有技术中已知的部分没有示出。
41.用于确定用于给水质量流的期望值的测量值是压力值和温度值，并且测量部位位于预热器输入端5、预热器输出端6或蒸发器输入端7和蒸发器输出端8的区域中。
42.求取的测量值在功能元件14、15、16、17和18中处理。借助于第一、第二和第三功能元件14、15和16，从压力和温度的测量值中确定在预热器1和蒸发器3的加热面的不同位置
处的流体的密度。第四和第五功能元件17和18从测量到的压力值中提供沸腾焓和饱和焓。
43.对用于质量存储的存储项进行近似，其方式为：从在预热器输入端5处和在预热器输出端6处求取的密度中首先经由第一加法元件19和第一乘法元件20形成平均值，所述平均值随后在第一微分元件9中借助对应选择的时间常数进一步被处理并且在第二乘法元件21中加载对应于蒸发器加热面4中的流动介质的总体积v
ev
的增益系数。
44.进一步的缩放在随后的第三乘法元件22中借助在蒸发器3中和在预热器1中的密度变化的比例来进行，所述比例借助于第一和第二减法元件23和24和第一除法元件25以如在图2中示出的方式确定。
45.对用于能量存储的存储项进行近似，其方式为：从求取的焓中借助于第二加法元件26和第四乘法元件27形成平均值。所述平均值良好地用于表示蒸发器3中的流体的比焓。
46.用于能量存储的存储项现在通过两个项的和来确定。第一项通过如下方式求取，将蒸发器3中的流体的比焓在第二微分元件10中借助对应选择的时间常数进一步处理并且在第五乘法元件28中以在负荷最大和最小的情况下在蒸发器中的流体质量的平均值加载。所述平均值出于简化视作为在时间上恒定的值。第二项通过如下方式求取：将在蒸发器3中的流体的比焓与用于质量存储的存储项相乘。这在第六乘法元件29中进行。
47.在第三加法元件30中将两个项汇合。
48.在给水控制的功能规划中从而在发电厂自动化中实现对应的算法。

技术特征：
1.一种用于运行构成为废热蒸汽发生器的连续蒸汽发生器的方法，所述连续蒸汽发生器具有：预热器(1)，所述预热器(1)包括多个预热器加热面(2)；和蒸发器(3)，所述蒸发器(3)包括多个在流动介质方面在所述预热器加热面(2)下游连接的蒸发器加热面(4)，其中将用于给水质量流的期望值输送给用于设定所述给水质量流的设备，其中在创建用于所述给水质量流的所述期望值时，求取传递到所述蒸发器加热面(4)中的流体上的废热流，以及此外在非稳态的设施运行中检测在所述蒸发器加热面(4)中的流体中的质量存储和能量存储，其特征在于，将在所述蒸发器(3)中的质量存储的随时间变化的性能耦合于在所述预热器(1)中的质量存储的随时间变化的性能，其中借助在所述蒸发器(3)中和在所述预热器(1)中的密度变化的比例进行缩放。2.根据权利要求1所述的方法，其中基于当前的测量值确定用于质量存储和能量存储的存储项。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述当前的测量值是在预热器输入端(5)处、在预热器输出端(6)处或在蒸发器输入端(7)处和在蒸发器输出端(8)处的压力和温度。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中通过沸腾焓和饱和焓的算数平均值来近似用于评估所述能量存储所需的在所述蒸发器(3)中的流体的比焓。5.根据权利要求4所述的方法，其中经由在蒸发器输入端(7)处的或在蒸发器输出端(8)处的至少一个压力测量求取沸腾焓和饱和焓。6.根据权利要求5所述的方法，其中评估在所述蒸发器(3)中的沸腾焓和饱和焓的以及在所述预热器(1)中的流动介质的密度的时间导数。7.根据权利要求6所述的方法，其中经由第一和第二微分元件(9，10)求取所述时间导数。8.根据权利要求7所述的方法，其中描述所述预热器(1)中的密度变化的时间变化曲线的、用于估计所述质量存储的第一微分元件(9)加载有对应于所述蒸发器加热面(4)中的流动介质的总体积的增益系数。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述第一微分元件(9)加载有基本上对应于流动介质穿过所述蒸发器(3)的通过时间的一半的时间常数。10.根据权利要求7所述的方法，其中用于估计所述能量存储的第二微分元件(10)加载有时间常数，所述时间常数在5s和40s之间。11.一种强制流动废热蒸汽发生器(11)，具有多个蒸发器加热面(4)和多个在流动介质方面在上游连接的预热器加热面(2)以及用于设定给水质量流的设备，所述设备能根据用于所述给水质量流的期望值操纵，其中所述期望值借助根据权利要求1至10中任一项所述的方法设计。
技术总结
本发明涉及一种用于运行构成为废热蒸汽发生器的连续蒸汽发生器的方法，所述连续蒸汽发生器具有：预热器(1)，所述预热器包括多个预热器加热面(2)；和蒸发器(3)，所述蒸发器包括多个在流动介质方面在预热器加热面(2)下游连接的蒸发器加热面(4)，其中将用于给水质量流的期望值输送给用于设定给水质量流的设备，其中在创建用于给水质量流的期望值时，求取传递到蒸发器加热面(4)中的流体上的废热流，以及此外在非稳态的设施运行中检测在蒸发器加热面(4)中的流体中的质量存储和能量存储，其特征在于，将在蒸发器(3)中的质量存储的随时间变化的性能耦合于在预热器(1)中的质量存储的随时间变化的性能，其中借助在蒸发器(3)中和在预热器(1)中的密度比例进行缩放。本发明同样涉及一种强制流动废热蒸汽发生器(11)。样涉及一种强制流动废热蒸汽发生器(11)。样涉及一种强制流动废热蒸汽发生器(11)。


技术研发人员：扬
受保护的技术使用者：西门子能源全球有限两合公司
技术研发日：2019.09.19
技术公布日：2021/6/29