DE3304292C2

DE3304292C2 -

Info

Publication number: DE3304292C2
Application number: DE19833304292
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr.-Ing. 6945 Hirschberg De Sindelar
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1982-10-11
Filing date: 1983-02-09
Publication date: 1987-07-09
Also published as: GB2131929A; DE3304292A1; GB2131929B; GB8327102D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Ausregeln von Netzfrequenzeinbrüchen bei einem gleitdruckbetriebenen Dampfkraftwerkblock gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus der DE-PS 9 43 053. In dieser Patentschrift wird davon ausgegangen, daß bei Dampfkraftanlagen, die mit Zwischenüberhitzung des Dampfes arbeiten, im Dampfsystem Dampfzustände entstehen, welche ein gutes Frequenzverfahren unmöglich machen, sofern man nicht die unwirtschaftliche Düsen- oder Drosselsteuerung anwendet. Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wird vorgeschlagen, ein in die Kondensatdruckleitung eingebautes Regelventil zu betätigen und damit den Kondensatfluß durch die mit Anzapfdampf beheizten Vorwärmer zu unterbrechen. Dadurch steht mehr Arbeitsdampf in der Turbine zur Verfügung, so daß diese die angeforderte höhere Leistung abgeben kann. Zur Beschleunigung des Regelvorgangs ist ferner vorgesehen, Ventile in den Anzapfdampfleitungen der Turbine vorübergehend ganz oder teilweise zu schließen. Leider ist jedoch die mit einem derartigen Kondensatstopp erreichbare Leistungserhöhung der Turbine abhängig von der momentan gefahrenen Leistung des Kraftwerkblocks.

Die Betreiber von Kraftwerken fordern, daß die Leistungsregelung im Verbundnetz sowohl hinsichtlich der Schnelligkeit als auch hinsichtlich des Betrags bestimmte Mindestbedingungen einhalten muß. Diese Anforderungen sind beispielsweise genannt in der Publikation "Leistungsregelung im Verbundnetz. Heutiges Verhalten der Wirkleistungsregelung und zukünftige Anforderungen", herausgegeben von der Deutschen Verbundgesellschaft e. V. (DVG), Heidelberg, November 1980. Darin wird beispielsweise gefordert, daß die Leistungserhöhung des Kraftwerkblocks bei einem Einbruch der Netzfrequenz mindestens 5% der Kraftwerksblocknennleistung betragen muß, wobei die Hälfte der Leistungserhöhung bereits nach 5 Sekunden, die volle Leistungserhöhung nach 30 Sekunden zur Verfügung stehen muß. Diese und die weiteren Anforderungen werden im folgenden als "DVG-Netzanforderungen" bezeichnet. Derzeitige Anlagen mit Kondensatstopp und reinem Gleitdruckbetrieb sind nicht in der Lage, diese DVG-Netzanforderungen zu erfüllen.

Aus der Zeitschrift "VGB Kraftwerkstechnik", Heft 8, August 1982, Seiten 656 bis 665, ist ein Konzept für eine Blockregelung mit Frequenzstützung bei der Betriebsart "natürlicher Gleitdruck" bekanntgeworden, bei dem die elektrische Leistung über die Dampferzeugung geregelt wird und über den Turbinenregler das Dampfeinlaßventil vor der Turbine geöffnet bzw. gedrosselt wird. Bei gezielten Leistungsänderungen durch Verstellung des Grundsollwerts der Blockleistung oder bei Beheizungsstörungen soll sich danach der Block wie bei der Betriebsart "natürlicher Gleitdruck" verhalten. Bei einer Frequenzabweichung hingegen wird bei zunächst gedrosselter Stellung des Einlaßventils der Turbine die Speicherwirkung des Dampferzeugers über eine Regelung der Ventilöffnung ohne Verzögerung in Anspruch genommen, so daß die Verzugszeit des Dampferzeugers überbrückt wird. Für den Gleitdruckbereich wird ein Grundsollwert der Stellung des Einlaßventils eingestellt. Diese benötigte leistungsabhängige Androsselung der Einlaßventile muß zwischen 10% und 20% liegen, wenn die von den DVG- Anforderungen für kohlegefeuerte Kraftwerksblöcke geforderte Leistungserhöhung im Leistungsregelbereich von 100% bis 45% gewährleistet werden soll. Diese Androsselung bedeutet für einen Kraftwerksblock einen Wärmeverlust von 0,45 bis 1,1%, was bei heutigen Anlagen nicht mehr vertretbar ist. Außerdem geht das bekannte Konzept davon aus, daß bei einer Kondensationsturbine ein linearer Zusammenhang zwischen Dampfdruck, Ventilöffnung und elektrischer Leistung bestehe. Dies gilt jedoch nur im stationären Zustand.

Aus der Zeitschrift "VGB-Kraftwerkstechnik", April 1971, Seiten 151 bis 164, ist eine Leistungsregelung durch Kondensatstopp für ein Blockkraftwerk für Gleitdruckbetrieb mit Kohlefeuerung bekannt. Zwischen dem Kaltwasserspeicher und dem Niederdruck-Vorwärmerstrang ist eine regelbare Zubringerpumpe angeordnet, die es ermöglicht, den Kondensatstrom in wenigen Sekunden zu stoppen bzw. wieder voll anzufahren. Da diese Anlage keine Möglichkeit besitzt, die Leitungen für den Anzapfdampf zu den Vorwärmern zu sperren, ist sie nicht in der Lage, die DVG-Netzanforderungen zu erfüllen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches es ermöglicht, die DVG-Netzanforderungen einzuhalten und gleichzeitig den Kraftwerksblock mit minimalen Wärmeverlusten zu betreiben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Die Vorteile der Erfindung sowie weitere Ausgestaltungen derselben ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Es zeigen

Fig. 1 die schematische Darstellung eines kohlegefeuerten, gleitdruckbetriebenen Dampfkraftwerkblocks mit der zugehörigen Steuer- und Regelanlage,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf für die Aktivierung der resultierenden Stellreserve gemäß den DVG-Anforderungen,

Fig. 3 die zeitabhängigen Vorgänge beim Ausregeln eines Einbruchs der Netzfrequenz, wenn der Kraftwerksblock bei 40% der Nennleistung betrieben wurde und

Fig. 4 die zeitabhängigen Vorgänge beim Ausregeln eines Einbruchs der Netzfrequenz, wenn der Kraftwerksblock bei 100% der Nennleistung betrieben wurde.

In Fig. 1 erkennt man einen Kraftwerksblock mit einem kohlegefeuerten Kessel mit kleinem Speichervolumen, dem der Brennstoff über eine geregelte Aufgabevorrichtung 2 zugeführt wird. Der im Kessel 1 und im Überhitzer 3 erzeugte Hochdruckdampf gelangt über ein erstes, regelbares Einlaßventil 4 in den Hochdruckteil 5.1 einer Dampfturbine. Über einen Zwischenüberhitzer 6 und ein zweites, regelbares Einlaßventil 7 gelangt der Dampf in den Mitteldruckteil 5.2 und anschließend in den Niederdruckteil 5.3 der Dampfturbine. Am Mitteldruckteil 5.2 sind eine Anzapfdampfleitung D und G und am Niederdruckteil 5.3 Anzapfdampfleitungen E vorgesehen. An der Turbine ist ein Synchrongenerator 8 angeflanscht, der die erzeugte elektrische Energie ins Netz abgibt. Der den Niederdruckteil 5.3 der Turbine verlassende, entspannte Dampf wird in einem Kondensator 9 kondensiert und mit Hilfe einer ersten Kondensatpumpe 10 in einen Kaltkondensatbehälter 13 gefördert. Über eine Hauptkondensatpumpe 11, der ein Regelventil 12 für den Mindestdurchfluß der Hauptkondensatpumpe 11 parallel geschaltet ist, wird das Kaltkondensat durch ein Kondensatregelventil 14 in einen Niederdruck-Vorwärmerstrang 15.1, . . ., 15. n geleitet, worauf es in einen Speisewasserbehälter 17 gelangt. Der Niederdruck-Vorwärmerstrang besteht also aus einer Kette von n Wärmetauschern, wobei davon (n-1) rekuperative Niederdruck-Vorwärmer sind und der n-te ein Mischvorwärmer ist, der gleichzeitig den Speisewasserbehälter bildet. Der Niederdruck-Vorwärmerstrang 15.1 . . . 15. n und 17 wird in an sich bekannter Weise mittels Anzapfdampf aus der Turbine gespeist, wobei jedoch in die Anzapfdampfleitungen G, D, E Absperrorgane in Form von regelbaren Drehklappen 16.1 . . . 16.(n+1) eingebaut sind. Aus dem Speisewasserbehälter 17 wird das Kesselspeisewasser über eine Hochdruckpumpe 18 wieder in den Kessel 1 gefördert, worauf der Dampf-Wasser-Kreislauf von neuem beginnt.

Die regelungstechnische Anlage zum Betreiben des so beschriebenen Kraftwerkblocks besteht aus einem Leistungsregler 21, dem von einem Meßwertgeber 22 die Istdrehzahl n der Turbine und von einem Leistungsgeber 23 der Istwert der elektrischen Leistung P zugeführt werden. Der Sollwert P _S wird von einem Sollwertgeber 25 vorgegeben, wobei dieser Wert P _S durch einen Korrekturwert P _NR, der von einem Korrekturwertgeber 24 geliefert wird, korrigiert werden kann. P _S und P _NR zusammen bilden den Sollwert P _KW für die Kraftwerkblockleistung P _KW. Der Regler 21 erzeugt ein Stellsignal Y für die Stellung des ersten Einlaßventils 4 sowie ein Stellsignal Z für die Stellung des zweiten Einlaßventils 7. In der regelungstechnischen Anlage wird lediglich das Signal Y für die Stellung des ersten Einlaßventils 4 weiter ausgewertet. Das Stellsignal Z ist abhängig vom Stellsignal Y, wobei die Speicherwirkung des Zwischenüberhitzers 6 einkalkuliert wird.

Die regelungstechnische Anlage enthält ferner eine Einrichtung 31 zur Erkennung von Einbrüchen der Netzfrequenz f. Dieser Einrichtung 31 werden außer dem Istwert der Netzfrequenz f, der Turbinendrehzahl n und der Stellung Y des ersten Einlaßventils 4 auch die Soll- Istwertdifferenz der Stellung Y des Einlaßventils 4 zugeführt. Aufgabe der Einrichtung 31 ist es zu erkennen, ob es sich bei den gemessenen Abweichungen der Netzfrequenz f von der Synchronfrequenz f₀, z. B. 50 Hz, nur um kleine, statistische Netzfrequenzschwankungen - sogenanntes Rauschen - handelt, die nach herkömmlichen Methoden ausgeregelt werden können, oder um stärkere, länger andauernde Einbrüche der Netzfrequenz, z. B. infolge einer Überlastung des Netzes, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeregelt werden. Im letztgenannten Fall erzeugt die Einrichtung 31 ein Ausgangssignal, mit dem der Kondensatstopp und der Anzapfdampfstopp gesteuert werden. Die Einrichtung 31 erzeugt ferner ein Ausgangssignal, welches als adaptives Signal wirkt, und auf den Leistungsregler 21, auf einen im nachfolgenden noch zu beschreibenden Einlaßventilstellungsregler 41 sowie - über die Leitung B - auf eine ebenfalls noch zu beschreibende Grenz-Kondensatdurchflußregelung 101 einwirkt.

Dem Einlaßventilstellungsregler 41 wird als Istwert der Wert Y, d. h. die Stellung des ersten Einlaßventils 4, und als Sollwert über einen Umschalter 44 entweder ein vorberechneter, von der momentan gefahrenen Kraftwerksblockleistung abhängiger Stellungssollwert Y _N aus einem Sollwertgeber 42 oder ein korrigierter, ebenfalls vorberechneter Stellungssollwert Y₁ aus einem Sollwertgeber 43 zugeführt. Hier soll noch erwähnt werden, daß die Umschaltung zwischen den beiden Sollwerten - ebenso wie die später noch in anderem Zusammenhang zu beschreibenden Umschaltungen - nicht nur, wie in der Zeichnung dargestellt, mit Hilfe eines mechanischen Umschalters unstetig erfolgen kann, sondern auch nach einer zeitabhängigen, stetigen Funktion.

Die im Einlaßventilstellungsregler 41 errechnete Differenz zwischen dem Sollwert Y _N bzw. Y₁ und dem Istwert Y der Einlaßventilstellung wirkt erstens auf die Einrichtung 31 ein, wo sie auf eine noch zu beschreibende Art und Weise deren Ausgangssignal beeinflußt, und zweitens auf einen Brennstoffregler 51, der in Abhängigkeit von der in einem Istwertgeber 52 gemessenen Brennstoffmenge eine Brennstoffaufgabestation 53 ansteuert.

Wird, wie in der Zeichnung dargestellt, der Druck p _K des Dampfes vor dem Überhitzer 3 in einem Drucksensor 45 gemessen, so kann dieser Dampfdruck als Hilfsregelgröße dazu herangezogen werden, den Brennstoffmengenregler 51 nach Art einer Kaskadenregelung anzusteuern. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, daß ein Anstieg oder Abfall des Dampfdruckes p _K die am schnellsten meßbare Reaktion des Kraftwerkblocks auf eine Vermehrung bzw. Verminderung der Brennstoffmenge ist. Die Änderung der elektrischen Leistung P folgt mit erheblicher Verzögerung.

Eine wichtige Größe ist die Menge des im Speisewasserbehälter 17 vorrätigen Speisewassers. Aus diesem Grund wird das in einem Meßwertgeber 62 gemessene Niveau in einem Speisewasserbehälter-Niveau-Regler 61 verglichen mit entweder einem Normal-Niveau H _N aus einem Sollwertgeber 63 oder einem reduzierten Niveau H₂ aus einem Sollwertgeber 64, wobei beide Sollwertgeber 63, 64 über einen Umschalter 65 umschaltbar sind. Der Ausgang des Speisewasserbehälter-Niveau-Reglers 61 beeinflußt einen Regler 91 zum Regeln der Stellung des Kondensatregelventils 14 derart, daß das Niveau im Speisewasserbehälter 17 nie unter das Minimal-Niveau H _min sinkt und nie über das Normal-Niveau H _N steigt.

Wie schon erwähnt, werden der Regler 81 zum Regeln der Stellung der Absperrorgane 16.1 . . . 16.(n+1) und der Regler 91 zum Regeln der Stellung des Kondensatregelventils 14 von der Einrichtung 31 zum Erkennen von Netzfrequenzeinbrüchen mit dem Stellungssollwert X versorgt, wobei der Stellungssollwert X mit Hilfe eines Umschalters 72 auch auf Massepotential gelegt werden kann, was die Bedeutung "Niederdruck-Vorwärmerstrang voll geöffnet" hat.

Den Reglern 81, 91 wird ferner eine Korrekturgröße zugeführt, die aus einem Vergleicher 82 kommt, an dessen Eingang wiederum Meßwerte von Meßstellen 83.1 . . . 83. n anliegen. Die Meßstellen 83.1 . . . 83. n messen die thermischen Spannungen in den Niederdruck-Vorwärmern 15.1 . . . 15. n, die bei den verschiedenen thermischen Belastungen der Niederdruck-Vorwärmer - Kondensatdurchfluß gestoppt, Kondensatdurchfluß stetig geregelt, Kondensatdurchfluß voll geöffnet - auftreten. Mit Hilfe der Korrekturgröße werden die Regler 81 bzw. 91 derart synchronisiert, daß die Menge des Anzapfdampfes exakt auf die Menge des gerade fließenden Kaltkondensats abgestimmt ist, so daß die thermischen Spannungen innerhalb vorgegebener, zulässiger Grenzen bleiben.

Dem Regler 91, der das Kondensatdurchflußventil 14 mit einem Stellungssignal X _V versorgt, wird ferner das Ausgangssignal eines Grenz-Kondensatdurchflußreglers 101 zugeführt. Dieser Regler 101 bildet den Soll-Istwertvergleich für den Grenz-Kondensatdurchfluß _K, wobei der Istwert durch einen Meßgeber 102 gemessen und der Sollwert entweder ein Normalwert _KN aus einem Sollwertgeber 103 oder ein reduzierter Sollwert _K2 aus einem Sollwertgeber 104 ist, wobei die Sollwerte mit Hilfe eines Umschalters 105 umschaltbar sind.

Der Regler 91 zum Regeln der Stellung des Kondensatdurchflußventils 14 gibt ferner ein Ausgangssignal X₁ ab, welches das Regelventil 12 für den Mindestdurchfluß der Hauptkondensatpumpe 11 dann mit Vorhalt öffnet, wenn das Kondensatregelventil 14 schnell geschlossen wird. Hierdurch wird nicht nur die für eine einwandfreie Funktion der Hauptkondensatpumpe 11 erforderliche Mindestfördermenge eingehalten, sondern vielmehr ein Druckstoß in der Kondensat-Rohrleitung wirksam vermieden.

Der Vermeidung des Druckstoßes in den Niederdruck- Vorwärmern 15.1 . . . 15. n dient auch die Anordnung des Kondensatregelventils 14 vor dem ersten Niederdruck-Vorwärmer 15.1.

Im Normal-Betriebsfall wird das Regelventil 12 für den Mindestdurchfluß der Hauptkondensatpumpe 11 in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einem in einem Meßgeber 93 gemessenen Istwert des Kondensatdurchflusses _K und dem von einem Sollwertgeber 92 kommenden Sollwert geregelt.

Prinzipiell wäre es auch möglich, das Kondensatregelventil 14 zu ersetzen durch eine drehzahlgeregelte Kondensatpumpe mit geringer Stellzeit. Das noch zu beschreibende Regelverfahren wird dadurch nicht geändert.

Die regelungstechnische Anlage enthält ferner noch eine Umschaltlogik 71, der über (gestrichelt gezeichnete) Leitungen logische Eingangssignale zugeführt werden und die an ihrem Ausgang ebenfalls logische Signale abgibt. Die Eingangsgrößen der Umschaltlogik 71 kommen aus dem Leistungsregler 21, aus dem Kaltkondensatbehälter 13, wobei dessen maximaler Füllstand H _max ausgewertet wird, und dem Speisewasserbehälter 17, wobei dessen minimales Niveau H _min sowie ein reduziertes Normal-Niveau H _Z ausgewertet werden. Am Ausgang der Umschaltlogik 71 erscheint ein erstes Ausgangssignal A, welches den Umschalter 72 und den Umschalter 105 betätigt, sowie ein Ausgangssignal C, welches den Umschalter 44 betätigt.

Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf für die Aktivierung der resultierenden Stellreserve Δ P/P _N entsprechend den DVG-Anforderungen. Der Kraftwerksblock muß für einen Stellbereich der Primärregelung von mindestens 5% der Nennleistung ausgelegt sein. Bei fossilgefeuerten Kraftwerksblöcken, für die das erfindungsgemäße Regelverfahren konzipiert ist, soll innerhalb dieses Stellbereichs eine Leistungsänderungsgeschwindigkeit erreicht werden, die es ermöglicht, mindestens die Hälfte des Stellbereichs - entsprechend 2,5% - innerhalb von 5 Sekunden und den gesamten Stellbereich innerhalb von 30 Sekunden zu durchfahren. Diese DVG-Anforderungen sind für fossilgefeuerte Kraftwerksblöcke sehr scharf. Sie sind deshalb so scharf, weil von den im Einsatz befindlichen Kraftwerkeinheiten eines Unternehmens im allgemeinen nicht alle zur Primärregelung beitragen, z. B. weil einige Blöcke in reinem Gleitdruck betrieben werden. Die Anforderungen an jeden einzelnen primärgeregelten Block hinsichtlich Stellbereich und Leistungsänderungsgeschwindigkeit müssen daher höher sein als die durchschnittlichen Werte für die resultierende Stellreserve. Deshalb werden zur Zeit Wasserkraftwerke bzw. auch Kernkraftwerke, die höhere Leistungsänderungsgeschwindigkeiten als konventionelle thermische Blöcke erreichen, für die eigentliche Primärregelung herangezogen; nach bisherigen Verfahren geregelte, fossilgefeuerte Kraftwerksblöcke würden - wie schon eingangs erwähnt - eine ständige Androsselung der Einlaßventile zwischen 10% und 20% erfordern, wodurch jedoch Wärmeverluste von 0,45% bis 1,1% auftreten, was die Kraftwerksbetreiber kaum tolerieren können.

Anhand der Fig. 3 und 4 soll das erfindungsgemäße Regelverfahren im einzelnen erläutert werden. Dabei zeigt Fig. 3 das Verhalten des Kraftwerksblocks und der Steuer- und Regelanlage, wenn ein Netzfrequenzeinbruch dann eintritt, wenn die momentane Leistung P₀ des Kraftwerksblocks gleich 40% der Nennleistung P _N ist. Fig. 4 zeigt das Verhalten, wenn der Netzfrequenzeinbruch dann stattfindet, wenn die momentane Leistung P₀ des Kraftwerksblocks gleich der Nennleistung P _N ist. Auf den x-Achsen ist jeweils die Zeit t in Minuten aufgetragen. Auf den y-Achsen sind im obersten Diagramm die Netzfrequenz f, im mittleren Diagramm die Kraftwerks-Ist-Leistung P, die Brennstoffleistung P _B und die Leistung P _NDV des Niederdruck-Vorwärmerstrangs, und im unteren Diagramm die Stellung Y des ersten Einlaßventils 4, die Stellung X _V des Kondensatregelventils 14 und der Druck p _FD des Frischdampfes vor dem Einlaßventil 4 aufgetragen. Δ f ist die Größe des Netzfrequenzeinbruchs gegenüber der Netz-Synchronfrequenz f₀. P₀₀ = P₀+0,05·P _N ist die gemäß den DVG-Anforderungen um 5% der Nennleistung erhöhte Leistung. X _N ist die normale Stellung des Kondensatregelventils 14. Y _N ist die normale Stellung des ersten Einlaßventils 4. Y _max bezeichnet die maximal offene Stellung des Einlaßventils 4.

Betrachtet man zunächst die Fig. 3, so erkennt man, daß zum Zeitpunkt t₀ ein Einbruch Δ f der Netzfrequenz f gegenüber der Synchronfrequenz f₀ auftritt, der eine bestimmte Größe übersteigt und für längere Zeit anhält. Ein derartiger Netzfrequenzeinbruch tritt üblicherweise bei einer Überlastung des Netzes durch Anschalten überdurchschnittlich vieler Verbraucher oder durch Ausfall eines oder mehrerer Kraftwerksblöcke auf. Für die Ausregelung von derartigen größeren Netzfrequenzeinbrüchen werden beim Verfahren nach der Erfindung üblicherweise zuerst die Einlaßventile aufgefahren und anschließend daran der Kondensatdurchfluß mehr oder weniger gestoppt. Wenn jedoch der Frequenzeinbruch so groß ist, daß er durch Verfahren der Einlaßventile allein nicht mehr ausgeregelt werden kann, wird der Niederdruck-Vorwärmerstrang gleichzeitig und parallel abgeschaltet. Bei dem Betriebszustand P₀ = 0,4·P _N befindet sich das Einlaßventil 4 zunächst in einer normalen, vorberechneten Stellung Y _N, die gegenüber dem Maximalwert Y _max um etwa 5% angedrosselt ist. Mit dieser Androsselung muß das Leistungsdefizit des Kondensatstopps ausgeglichen werden, um auf die von den DVG-Anforderungen geforderte 5%ige Leistungserhöhung zu kommen. Beim Auftreten des Netzfrequenzeinbruchs Δ f zum Zeitpunkt t₀ werden deshalb die Einlaßventile 4, 7 bis auf den Maximalwert Y _max aufgefahren und gleichzeitig das Kondensatregelventil 14 von seinem normalen Stellungswert X _N auf Null heruntergefahren. Gleichzeitig werden die Absperrorgane 16.1 . . . 16.(n+1) in den Anzapfdampfleitungen G, D, E synchron zum Kondensatregelventil 14 geschlossen, was jedoch in der Zeichnung nicht gesondert dargestellt ist.

Um einen unzulässigen Druckwasserstoß in der Rohrleitung zu verhindern, wird das parallel zur Hauptkondensatpumpe 11 geschaltete Regelventil 12 mit Vorhalt geöffnet.

Durch das Öffnen der Einlaßventile sinkt der Frischdampfdruck p _FD und der Kraftwerksblock kommt in die Betriebsart "natürlicher Gleitdruck". Die an das Netz abgegebene Leistung P steigt entsprechend den DVG- Anforderungen um 5% der Nennleistung, wobei der Leistungsanstieg durch das Abschalten der Anzapfdampfleitungen bis auf den maximalen Wert P _NDVmax ausgeschöpft wird. Gleichzeitig wird die Brennstoffleistung P _B erhöht. Zum Zeitpunkt t₁ übersteigt die Brennstoffleistung P _B die dem Netzfrequenz-Einbruch Δ _f entsprechende Kraftwerkblockleistung P₀₀, so daß die Stellung X _V des Kondensatregelventils über den Normalbetriebswert X _N hinaus geöffnet werden kann. Zum Zeitpunkt t₁ wird auch der Sollwert Y _N auf den anderen Sollwert Y₁ umgeschaltet. Das Nachfüllen des teilweise geleerten Speisewasserbehälters 17 beginnt und dauert bis zum Zeitpunkt t₃. Wie noch beschrieben wird, muß wegen des Eingriffs des Grenz- Kondensatdurchflußreglers 101 das Einlaßventil 4 geringfügig und kurzzeitig angedrosselt werden, um einen eventuellen Leistungsüberschuß an der Turbine auszuregeln. Das Androsseln der Einlaßventile 4, 7 und gegebenenfalls der dadurch überproportionale Anstieg des Frischdampfdrucks p _FD werden dazu benutzt, um das Einstellen der Brennstoffleistung P _B auf den neuen Beharrungszustand zu beschleunigen. Im Zeitpunkt t₂ ist das reduzierte Niveau H _Z im Speisewasserbehälter erreicht, so daß der bisher blockierte Kondensatstopp freigegeben werden kann.

Zum Zeitpunkt t₃ ist das Nachfüllen des Speisewasserbehälters auf das Normal-Niveau H _N beendet. Das Kondensatregelventil und synchron dazu die Absperrorgane in den Anzapfleitungen werden auf den Normalbetriebswert X _N zurückgestellt, ebenso die Einlaßventile auf ihren Normalbetriebswert Y _N, wobei der Sollwert von dem erhöhten Sollwert Y₁, der im allgemeinen dem Maximalwert Y _max entspricht, auf den der momentanen Kraftwerksleistung entsprechenden Normalwert Y _N zurückgeschaltet wird. Gleichzeitig wird die Brennstoffmenge auf ihren der neuen Kraftwerksleistung P₀₀ entsprechenden Wert eingeregelt, worauf sich auch der Frischdampfdruck p _FD auf seinen neuen Beharrungswert einstellt.

Um die Dauer des beschriebenen Regelvorgangs möglichst kurz zu halten, wird beim Eingreifen des Grenz- Kondensatdurchflußreglers 101 der ursprüngliche Sollwert Y _N für die Stellung der Einlaßventile 4, 7 auf einen höheren Sollwert Y₁ umgeschaltet. Damit wird verhindert, daß wegen der am Leistungsregler 21 immer noch anstehenden negativen Regelabweichung die Einlaßventile 4, 7 zugefahren werden, wodurch wie erwähnt die thermischen Verluste des Kraftwerkblocks unnötig erhöht würden. Die starke Androsselung der Einlaßventile 4, 7 hätte außerdem zwangsläufig eine unnötige Frischdampfdruckerhöhung zur Folge, die nach der Beendigung des Nachfüllens des Speisewasserbehälters 17 wiederum eine relativ große Druckreduzierung bedeuten würde.

Fig. 4 zeigt das Verhalten von Kraftwerkblock und regelungstechnischer Anlage, wenn die momentane Leistung P₀ 100% der Nennleistung P _N des Kraftwerkblocks entspricht. Man erkennt dies daran, daß das Einlaßventil bereits auf dem Maximalwert Y _max steht. Der Wert Y bleibt zunächst auf Y _max, während die Stellung X _V von ihrem Normalbetriebswert X _N sehr schnell gegen Null heruntergefahren wird.

Mit dem Schließen des Kondensatregelventils 14 und der Absperrorgane 16.1 . . . 16.(n+1) steigt die Leistung P der Turbine synchron mit P _NDV an. Gleichzeitig wird über den Brennstoffregler mehr Brennstoff auf die Kesselfeuerung gegeben, so daß auch P _B ansteigt. Dieser Vorgang ist jedoch wesentlich langsamer.

Sobald die Dampfleistung des Kessels durch die vermehrte Zugabe von Brennstoff ansteigt, kann der Kondensatfluß entsprechend wieder freigegeben werden. P _NDV sinkt synchron mit dem Ansteigen von P _B. Gleichzeitig steigt X _V wieder. Sobald im Zeitpunkt t₁ die Brennstoffleistung P _B die um 5% erhöhte Blockleistung P₀₀ übersteigt, kann der Kessel mehr Leistung abgeben, als der Kraftwerksblock in das Netz liefern muß. Dieser Leistungsüberschuß wird dadurch aufgefangen, daß der Kondensatdurchfluß _K durch die Niederdruck-Vorwärmer 15.1 . . . 15. n über den Normalwert erhöht wird; das Kondensatregelventil 14 wird über den Normalstellungswert X _N geöffnet. Der Leistungsüberschuß von P _B über P₀₀ wird jetzt durch eine erhöhte Ableitung von Anzapfdampf aus der Turbine ausgeglichen. Zum Zeitpunkt t₁ beginnt deshalb das Nachfüllen des infolge des Kondensatstopps teilweise geleerten Speisewasserbehälters 17. Da der tatsächlich fließende Kondensatmassenstrom _K durch den Grenzdurchfluß-Regler 101 bestimmt wird und der Grenzdurchfluß abhängig ist von der momentanen Leistungsabgabe P des Kraftwerksblocks, könnte ein Leistungsüberschuß des Kessels über die benötigte Turbinenleistung entstehen. Dieser Leistungsüberschuß wird durch kurzzeitiges Androsseln der Einlaßventile 4, 7 im Zeitpunkt t₁ ausgeglichen. Aus diesem Grund steigt auch der Frischdampfdruck p _FD ab t₁ schneller an, als es dem reinen Gleitdruckbetrieb entsprechen würde. Die Androsselung der Einlaßventile 4, 7 wirkt auch, wie schon beschrieben, auf den Brennstoffregler 51 im Hinblick auf eine schnellere Steuerung der Brennstoffmenge auf einen Beharrungswert.

Solange das Nachfüllen des Speisewasserbehälters 17 andauert, ist die Regelung derart blockiert, daß ein Kondensatstop, beispielsweise bei einem neuerlichen Frequenzeinbruch, nicht eingeleitet werden kann. Sobald jedoch zum Zeitpunkt t₂ das Niveau im Speisewasserbehälter 17 das reduzierte Niveau H _Z erreicht, wird die Regelung freigegeben. Das Nachfüllen dauert jedoch noch so lange, bis das Normal-Niveau H _N erreicht wird; das ist im Zeitpunkt t₃ der Fall. Im Zeitpunkt t₃ werden das Kondensatregelventil 14 durch Reduzierung des Stellungswertes X _V auf X _N zugefahren und die Brennstoffmenge auf den Wert der momentanen Kraftwerksblockleistung P₀₀ reduziert. Ein Überschuß an Dampfleistung gegenüber der momentan an das Netz abgegebenen Leistung P wird durch kurzzeitiges Androsseln der Einlaßventile 4, 7 ausgeregelt. Infolge dieser Androsselung steigt auch der Druck p _FD des Frischdampfes kurzzeitig an, bis er sich infolge der reduzierten Brennstoffleistung P _B auf seinen neuen, der um 5% erhöhten Kraftwerksblockleistung P₀₀ entsprechenden Wert einstellt.

In dem Augenblick, in dem entweder am Leistungsregler 21 wieder eine positive Regelabweichung - Istwert ist kleiner als Sollwert - ansteht oder die tatsächliche Stellung der Einlaßventile 4, 7 den Wert des ursprünglichen Sollwerts Y _N erreicht, wird vom maximalen Stellungssollwert Y₁ auf den normalen Sollwert Y _N zurückgeschaltet. Somit steht nach Beendigung des Regelvorgangs die Steuer- und Regelanlage für die Ausregelung eines weiteren Netzfrequenzeinbruchs wieder voll zur Verfügung.

Während des sogenannten Kondensatstopps wird der Kessel 1 aus dem Speisewasserbehälter 17 versorgt, während der Speisewasserbehälter 17 selbst nicht nachgefüllt wird. Bei längerem Andauern dieser Betriebsart kann ein minimaler Wasserstand H _min im Speisewasserbehälter 17 erreicht werden. In diesem Fall muß ohne Rücksicht auf den Bedarf des Leistungsreglers 21 der Kondensatstopp sofort beendet werden. Dies wird durch die Umschaltlogik 71 veranlaßt, welche sofort auf die bereits beschriebene Betriebsart "Nachfüllen" umschaltet. Hierbei wird jedoch der Kondensatdurchfluß nur geringfügig über den Wert erhöht, der im Normalbetrieb dem momentanen Leistungssollwert entsprochen hat. Es wird also nicht der Grenzdurchfluß, sondern ein verringerter Durchfluß entsprechend dem Sollwert _K2 eingeschaltet. Wenn das Niveau im Speisewasserbehälter 17 das gegenüber dem Minimal-Niveau H _min etwas erhöhte Niveau H₂ erreicht hat, übernimmt der Niveauregler 61 die Steuerung des Kondensatregelventils 14, so daß der Speisewasserinhalt auf diesem Niveau gehalten wird. Dieses etwas erhöhte Niveau H₂ wird so lange geregelt, bis die Leistung P durch den Anstieg der Brennstoffleistung P _B auf den geforderten Sollwert P₀₀ gebracht wird. Ist dies erreicht, wird der Auffüllvorgang entsprechend der bereits beschriebenen Betriebsart "Nachfüllen" freigegeben. Auf diese Weise wird der einwandfreie Betrieb des Kraftwerkblocks gewährleistet und gleichzeitig das wegen der Unterbrechung des Kondensatstopps zwangsläufig eingetretene Leistungsdefizit möglichst klein gehalten.

Wie schon eingangs erwähnt, dient das erfindungsgemäße Verfahren dazu, größere, länger dauernde Netzfrequenzeinbrüche auszuregeln. Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß im Lastpunkt P₀=P _N keine Androsselung der Eingangsventile erforderlich ist und daß beim Lastpunkt P₀ = 0,4·P _N nur etwa 5% Androsselung nötig sind, um den strengen DVG-Anforderungen an einen gleitdruckbetriebenen, kohlebefeuerten und mit Zwangsdurchlaufkessel mit Zwischenüberhitzung ausgestatteten Kraftwerksblock gerecht zu werden.

Zum Ausregeln der erwähnten kleinen, stochastischen Netzfrequenzabweichungen werden die Einlaßventile in der Praxis auch im Lastpunkt 100% P _N geringfügig, d. h. etwa um 2% angedrosselt. Dies wird bei der Berechnung der Sollwerte Y _N bzw. Y₁ für die Stellung der Einlaßventile 4,7 berücksichtigt.

Claims

1. Verfahren zum Ausregeln von Netzfrequenzeinbrüchen bei einem gleitdruckbetriebenen Dampfkraftwerkblock, enthaltend

- einen Kessel mit träger Feuerung und kleinem Speichervolumen,
- eine mehrstufige Dampfturbine mit Zwischenüberhitzung des Dampfes und Anzapfleitungen,
- ein drosselbares Einlaßventil vor der Dampfturbine,
- ein drosselbares Einlaßventil hinter dem Zwischenüberhitzer,
- eine Hauptkondensatpumpe,
- einen Kaltkondensatbehälter,
- einen Niederdruck-Vorwärmerstrang,
- ein Kondensatregelventil in der Kondensatleitung des Niederdruck-Vorwärmerstrangs,
- einen Speisewasserbehälter und
- Absperrorgane in den Anzapfleitungen von der Turbine zum Niederdruck-Vorwärmerstrang,

wobei bei plötzlichen Belastungen der Dampfturbine der Niederdruck-Vorwärmerstrang ausgeschaltet wird, indem das Kondensatregelventil in der Kondensatleitung und die Absperrorgane in den Anzapfleitungen ganz oder teilweise geschlossen werden, und bei Überschreitung der benötigten Kesselleistung bzw. bei Entlastung der Dampfturbine das Kondensatregelventil weiter geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß zunächst die Einlaßventile (4, 7) stetig geöffnet und der Niederdruck-Vorwärmerstrang (15.1, . . ., 15. n, 17) stetig ausgeschaltet werden, wobei das Kondensatregelventil (14) und die Absperrorgane (16.1, . . ., 16.(n+1)) synchron zugefahren werden,
- daß gleichzeitig die Brennstoffzufuhr zum Kessel (1) korrespondierend erhöht wird,
- daß beim Auftreten eines Dampfleistungsüberschusses der Niederdruck-Vorwärmerstrang (15.1, . . ., 15. n, 17) wieder stetig eingeschaltet wird, indem das Kondensatregelventil (14) und die Absperrorgane (16.1, . . ., 16. n) synchron geöffnet werden,
- daß anschließend das Kondensatregelventil (14) über die der momentanen Turbinenleistung entsprechende Betriebsstellung hinaus geöffnet wird,
- daß gleichzeitig die Brennstoffzufuhr zum Kessel (1) bei voll geöffneten Einlaßventilen (4, 7) weiterhin erhöht wird,
- daß der Sollwert für die Stellung der Einlaßventile (4, 7) auf einen zweiten höheren Wert (Y₁) umgeschaltet wird, wodurch die Brennstoffzufuhr auf einen neuen Beharrungszustand eingestellt wird,
- daß bei beendeter Nachfüllung des Speisewasserbehälters (17) das Kondensatregelventil (14) in seine der momentanen Turbinenleistung entsprechende Betriebsstellung gebracht wird, die Einlaßventile (4, 7) entsprechend der geforderten Turbinenleistung angedrosselt werden, der Sollwert für die Stellung der Einlaßventile (4, 7) auf seinen Normalwert (Y _N ) zurückgeschaltet wird, wobei der Normalwert (Y _N ) abhängig ist von der mittels Ausschalten des Niederdruck-Vorwärmerstrangs (15.1 . . .) erreichbaren Erhöhung der Turbinenleistung, und die Brennstoffzufuhr auf diesen definitiven Beharrungszustand eingeregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen der Einlaßventile (4, 7) und das Schließen der Absperrorgane (16.1, . . ., 16. n) und des Kondensatregelventils (14) gleichzeitig erfolgen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung (Z) des Einlaßventils (7) hinter dem Zwischenüberhitzer (6) von der Stellung (Y) des Einlaßventils (4) vor der Dampfturbine abhängig gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die thermischen Spannungen im Niederdruck-Vorwärmerstrang (15.1, . . ., 15. n, 17) gemessen werden und daß das Öffnen und Schließen der Absperrorgane (16.1, . . ., 16. n) und des Kondensatregelventils (14) so synchronisiert wird, daß die thermischen Spannungen die zulässigen Werte nicht überschreiten.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Sollwert (Y₁) des Reglers (41) für die Stellung der Einlaßventile (4, 7) nach dem Öffnen des Kondensatregelventils (14) auf maximal offen umgeschaltet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach beendeter Nachfüllung des Speisewasserbehälters (17) der Sollwert für die Stellung der Einlaßventile (4, 7) auf seinen errechneten Normalwert (Y _N ) zurückgeschaltet wird, sobald entweder der Istwert (P _ist ) der Kraftwerksblockleistung unter den Sollwert (P _S ) sinkt oder die tatsächliche Androsselung der Einlaßventile (4, 7) den errechneten Wert (Y _N ) erreicht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Absinken des Wasserstandes (H) im Speisewasserbehälter (17) auf ein minimales Niveau (H _min ) und bei gleichzeitigem Ausgeschaltetsein des Niederdruck-Vorwärmerstrangs (15.1, . . ., 15. n, 17)

- der Niederdruck-Vorwärmerstrang (15.1, . . ., 15. n, 17) wieder eingeschaltet wird,
- anschließend das Kondensatregelventil (14) geringfügig über die der momentanen Kesselleistung entsprechende Betriebsstellung hinaus geöffnet wird,
- bei Erreichen eines gegenüber dem minimalen Wasserstand (H _min ) etwas erhöhten Niveaus (H₂) das Kondensatregelventil (14) so geregelt wird, daß dieses Niveau (H₂) gehalten wird, bis die Turbinenleistung (P _ist ) durch die Auswirkung der erhöhten Brennstoffzufuhr ihren Sollwert erreicht bzw. überschreitet und
- dann das eigentliche Nachfüllen des Speisewasserbehälters (17) durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsregelung durch Ein- und Ausschalten des Niederdruck-Vorwärmerstrangs (15.1, . . ., 15. n, 17) wieder freigegeben wird, sobald ein vorgegebener, ausreichender Wasserstand (H _Z ) im Speisewasserbehälter (17) erreicht ist, der jedoch noch unter dem Wert (H _N ) der Niveauregelung im Normalbetrieb liegt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim schnellen Schließen des Kondensatregelventils (17) ein Regelventil (12) für den Mindestdurchfluß der Hauptkondensatpumpe (11) mit Vorhalt geöffnet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzufuhr nicht nur in Abhängigkeit von der Soll-Istwertdifferenz der Stellung (Y) der Einlaßventile (4, 7), sondern auch in Abhängigkeit vom gemessenen Wert des Dampfdrucks (p _K ) hinter dem Verdampfer des Kessels (1) geregelt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzufuhr nicht nur in Abhängigkeit von der Soll-Istwertdifferenz der Stellung (Y) der Einlaßventile (4, 7), sondern auch in Abhängigkeit von dem gemessenen Druckabfall über den Einlaßventilen (4, 7) geregelt wird.

12. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung (31) zur Erkennung von Einbrüchen der Netzfrequenz (f) und zum Ansteuern der Regler (81, 91) für die Absperrorgane (16.1, . . ., 16.n) und das Kondensatregelventil (14),
- einen Leistungsregler (21), der in Abhängigkeit von einem Leistungssollwert (P _K ) und den Istwerten der elektrischen Leistung (P) und der Turbinendrehzahl (n) die Einlaßventile (4, 7) verstellt und gleichzeitig die Einrichtung (31) zur Erkennung von Einbrüchen der Netzfrequenz (f) und einen Einlaßventilstellungsregler (41) beeinflußt,
- den Einlaßventilstellungsregler (41), dessen Sollwert zwischen zwei Sollwertgebern (42, 43) umschaltbar ist, und der einen Brennstoffregler (51) mit einem Sollwert versorgt,
- den Brennstoffregler (51), der die Menge des dem Kessel (1) zugeführten Brennstoffs regelt,
- den Regler (81) zum Regeln der Stellung der Absperrorgane (16.1, . . ., 16. n) in den Anzapfleitungen (D, E, G) der Turbine (5.2, 5.3),
- den Regler (91) zum Regeln der Stellung des Kondensatregelventils (14),
- einen Speisewasserbehälter-Niveau-Regler (61), dessen Sollwert zwischen zwei Sollwertgebern (63, 64) umschaltbar ist, und der den Regler (91) zum Regeln der Stellung des Kondensatregelventils (14) in Abhängigkeit vom Niveau im Speisewasserbehälter (17) ansteuert,
- einen Regler (101) für den Grenz-Kondensatdurchfluß ( _K ), dessen Sollwert zwischen zwei Sollwertgebern (103, 104) umschaltbar ist, und
- eine Umschaltlogik (71), die die Umschaltung der Sollwerte für die Regler (81, 91) zum Regeln der Stellung der Absperrorgane (16.1, . . ., 16. n) bzw. des Kondensatregelventils (14), für den Regler (101) des Grenz-Kondensatdurchflusses ( _K ) sowie für den Einlaßventilstellungsregler (41) durchführt in Abhängigkeit vom Leistungsregler (21) sowie von den Niveaus (H _min , H _Z ) im Speisewasserbehälter (17) bzw. (H _max ) im Kaltkondensatbehälter (13).