VDI VDE 3504-2003 Steam generator control - Furnace pressure control.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKDampferzeuger-RegelungFeuerraumunterdruck-RegelungSteam generator controlFurnace pressure controlVDI/VDE 3504Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/VDE-Handbuch RegelungstechnikVDI-Handbuch EnergietechnikVDI/VDE-R

2、ICHTLINIENZu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2003Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedICS 25.040.40; 27.10

3、0 August 2003Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Frhere Ausgabe: 10.00 Entwurf,deutschFormer edition: 10/00 draft, in German onlyInhalt Seite

4、Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Zweck und Geltungsbereich . . . . . . . . . . . . 21 Regelstrecke . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1 Beschreibung der Regelstrecke . . . . . . . 21.2 Konstruktion und Auslegung . . . . . . . . 31.3 Beharrungsverhalten . . . . . . . . . . . .

5、51.4 bergangsverhalten . . . . . . . . . . . . . 51.5 Weitere Kenngren der Regelstrecke . . . 62 Formulierung der Regelaufgabe . . . . . . . . 72.1 Sollwert der Feuerraumunterdruckregelung 72.2 Anforderungen an die Regelgte . . . . . . 83 Regelverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.1 Regelst

6、ruktur . . . . . . . . . . . . . . . . 93.2 Strgrenaufschaltung . . . . . . . . . . . 93.3 Schaltungsvarianten . . . . . . . . . . . . . 94 Verwirklichung des Regelkreises . . . . . . . 124.1 Messeinrichtung. . . . . . . . . . . . . . . 124.2 Stellglieder . . . . . . . . . . . . . . . . . 134.3 Kenn

7、gren der bertragungsglieder derRegeleinrichtung . . . . . . . . . . . . . . 15Anhang Gasdrcke entlang der Luft undRauchgaskanle fr Variante 1. . . . . . 16Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Objective and scope . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Controlled system . . .

8、 . . . . . . . . . . . . 21.1 Description of controlled system. . . . . . 21.2 Design and dimensioning . . . . . . . . . 31.3 Steady-state behaviour . . . . . . . . . . . 51.4 Transient behaviour . . . . . . . . . . . . 51.5 Further characteristics of the controlledsystem . . . . . . . . . . . . . .

9、 . . . . . 62 Definition of control task . . . . . . . . . . . 72.1 Setpoint of control task. . . . . . . . . . . 72.2 Control performance requirements. . . . . 83 Control concept . . . . . . . . . . . . . . . . 93.1 Control structure . . . . . . . . . . . . . . 93.2 Feedforward control . . . . . .

10、. . . . . . 93.3 Circuit variants . . . . . . . . . . . . . . . 94 Realisation of the control circuit . . . . . . . 124.1 Measuring equipment . . . . . . . . . . . 124.2 Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134.3 Characteristics of transmission elementsof the controlling system . . . . . .

11、. . . . 15Annex Gas pressures along air andflue-gas ducts, for Variant 1. . . . . . . 17VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)Ausschuss Leittechnik in konventionellen DampfkraftwerkenB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein

12、Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2003 2 VDI/VDE 3504VorbemerkungDie Neuausgaben der Richtlinien VDI/VDE 3501 bis3508 Dampferzeuger-Regelung“ werden nach Vor-liegen der gesamten Reihe die bisherigen Ausgabenaus den Jahren 1962 bis 1984 ersetzen. Sie wurdenweitgehend berarbeitet und dabei erweitert und

13、 er-gnzt. Die Richtlinien wurden im Fachausschuss 7.12Leittechnik in konventionellen Dampfkraftwerken“der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisie-rungstechnik (GMA) berarbeitet, dem Betreiber undPlaner von konventionellen Kraftwerken, Herstellervon Dampferzeugern und Fachleute der Kraftwerks-leit

14、technik angehren. Diese Richtlinien sind in deneuropischen Bestellrichtlinien Abschnitt 7.1 bis 7.3genannt.Zweck und GeltungsbereichIm Richtlinienwerk VDI/VDE 3500 bis 3508 werdenHinweise fr die zweckmige Auslegung der Regel-kreise von Dampferzeugern eines konventionellenKraftwerks gegeben. Es hande

15、lt sich jeweils um selb-stndige Richtlinien, die jedoch in ihrem Inhalt weit-gehend aufeinander abgestimmt sind. Auf eine Be-schreibung der Regelstrecke folgt die Formulierungder Regelaufgabe. In einem folgenden Abschnittwerden geeignete Schaltungen der Regelkreise be-schrieben, und in einem weitere

16、n Teil wird auf die zurVerwirklichung der Regeleinheit notwendigen Mess-gerte und Stellglieder eingegangen. Die in diesenRichtlinien enthaltenen Erkenntnisse und Erfahrun-gen sind zwar weitgehend bekannt und anerkannt,sind aber bisher noch nicht in dieser Weise zusam-mengestellt worden.Die verwendet

17、en Begriffe und Darstellungen entspre-chen den Begriffsbestimmungen und Symbolen derNormen DIN 19 227 Symbole und Kennbuchstabenfr die Prozessleittechnik“, DIN 2481 Wrmekraft-anlagen“ und ISO 3511-3 Messen, Steuern, Regelnin der Verfahrenstechnik; Zeichen fr die funktio-nelle Darstellung“. Diese Ric

18、htlinie beschreibt Ma-nahmen zur Einhaltung des Feuerraumunterdruckesbei fossil beheizten Dampferzeugern.1 Regelstrecke1.1 Beschreibung der RegelstreckeBei der Verbrennung entstehen in der FeuerungRauchgase, die stndig aus dem Feuerraum, denRauchgaszgen mit den nachgeschalteten Heizfl-chen und etwai

19、gen Rauchgasreinigungsanlagen insPreliminary noteThe revisions of guidelines VDI/VDE 3501 through3508 ”Steam generator control“ will supersede theprevious editions issued in the years 1962 to 1984 assoon as the entire new series is available. They havebeen extensively revised and, in the process, ex

20、-panded and supplemented by the Technical Commit-tee 7.12 ”Instrumentation in conventional steampower stations“ of the VDI/VDE Society for Meas-urement and Automatic Control (VDI/VDE-GMA).This committee counts among its members operatorsand planners of fossil fired power stations, manufac-turers of

21、steam generators, and experts in power-sta-tion instrumentation and control. The guidelinesserve as references in the European guides for pro-curement, Section 7.1 through 7.3.Objective and scopeThe series of guidelines, VDI 3500 through 3508,gives guidance on the proper design of the control cir-cu

22、its for steam generators in fossil fired power sta-tions. Each of the guidelines is an independent docu-ment, but their contents are largely coordinated. Fol-lowing the description of the controlled system, thecontrol task is defined. A subsequent paragraph de-scribes appropriate circuitry for the c

23、ontrol circuits,and a further part deals with the measuring instru-ments and actuators needed to realise the control unit.The findings and experience contained in theseguidelines are widely known and acknowledged, butthe information has not previously been compiled inthis form.The terms and notation

24、s used are in accordance withthe definitions and symbols as given in the standardsDIN 19 227 ”Control technology; Graphical symbolsand identifying letters for process control engineer-ing“, DIN 2481 ”Thermal power stations“, andISO 3511-3 ”Process measurement control functionsand instrumentation Sym

25、bolic representation Part 3: Detailed symbols for instrument interconnec-tion“. This guideline describes measures serving tomaintain the negative pressure in the combustionchamber of fossil fired steam generators.1 Controlled system1.1 Description of controlled systemCombustion produces flue gases w

26、hich must be con-tinuously extracted, and released outside, from thecombustion chamber through the flues with down-stream heating surfaces, and any flue-gas cleaningB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2003

27、 VDI/VDE 3504 3 Freie abgefhrt werden mssen. Die Rauchgase kn-nen durch natrlichen Zug oder durch Saugzug-geblse abgesaugt werden. Steht der abgesaugteRauchgasstrom nicht im Gleichgewicht mit demdurch die Verbrennung erzeugten Rauchgasstrom, sondert sich der Druck im Feuerraum.Die Regelstrecke umfas

28、st den Rauchgasweg vomFeuerraum bis zur Rauchgasableitung bzw. einemGleichdruckpunkt hinter Saugzuggeblse. Die Rege-lung des Unterdruckes im Feuerraum entfllt bei Kes-seln mit berdruckfeuerungen, da bei ihnen Rauch-gase infolge des Drucks der Verbrennungsluft durchden Feuerraum und die Rauchgaszge h

29、indurch insFreie gefrdert werden.Der prinzipielle Druckverlauf einer Feuerungsanlagekann der Anlage entnommen werden.Die Strgren sind die von der Kessellast abhngigeFeuerungsleistung, Brennerzu- und -abschaltungen,Unregelmigkeiten bei der Brennstoffzuteilung,nderungen der Brennstoffqualitt, Falschlu

30、ftein-brche durch ffnen von Klappen, Rublasen, Zu-und Abschaltungen sowie Drehzahlnderungen vonGeblsen, nderungen in der Rauchgasrcksaugungund Umlasten auf Bypassbetrieb von Rauchgasreini-gungsanlagen. Zustzlich knnen sich die im Rauch-gasweg liegenden Geblse gegenseitig beeinflussen.1.2 Konstruktio

31、n und AuslegungDas Verhalten der Regelstrecke wird durch eine Viel-zahl verschiedener Einflsse bestimmt. Diese knnenz.B. sein:Verhltnis des Rauchgasweg-Volumens zumRauchgas-VolumenstromDruckverlust im Luft- und Rauchgassystem ein-schlielich der Rauchgas-ReinigungsanlageGasgeschwindigkeit an den Heiz

32、flchen und inden KanalquerschnittenResonanzverhalten des Systems aus Brennkam-mer, Brenner und LuftfhrungStell- und Regelverhalten mehrerer in Serie oderparallel betriebener VentilatorenGleichbeaufschlagung paralleler Systemeschnelle Massenstromnderungen infolge Klap-pennderungen oder Verbrennungsst

33、rungen1.2.1 FeuerungDie Auslegung der Feuerung, insbesondere die Auf-teilung der Luft- und Brennstoffstrme und die rtli-che Anordnung der Zufhrungen beeinflusst das Ver-halten der Regelstrecke.plants. Flue gas may be extracted using naturaldraught or induced draught fans. If the flue-gas flowextract

34、ed is not in equilibrium with the flow of fluegas produced by combustion, combustion-chamberpressure will vary.The controlled system comprises the path taken bythe flue gas from the combustion chamber up to theflue-gas exhaust or up to a point of constant pressuredownstream of the induced draught fa

35、n. Control ofthe negative pressure in the combustion chamber isnot necessary where the boiler is heated by an over-pressure burner, as the pressure of the air blown in forcombustion will displace the flue gas through thecombustion chamber and the flues to the outside.The pressure characteristics in

36、a furnace are schemat-ically illustrated in the annex.Disturbing variables are the heat input depending onthe boiler load, the connection and disconnection ofburners, irregularities in fuel supply, variations in fuelquality, ingress of air caused by opening flaps, sootbubbles, connection and disconn

37、ection as well asspeed variations of fans, variations in flue-gas recir-culation, and switchover to bypass operation of flue-gas cleaning plants. Also, the fans in the flue-gas linemay interact.1.2 Design and dimensioningThe response of the controlled system is determinedby a multitude of differing

38、influences. Examples are:the magnitude of the volume of the flue-gas line inrelation to the flue-gas volume flowpressure losses in the air and flue-gas systems, in-cluding the flue-gas cleaning plantvelocity of the gas at the heating surfaces and induct cross sectionsresonance behaviour of the syste

39、m consisting ofcombustion chamber, burner, and air ductsactuator and control response of several fans con-nected in series or in paralleluniform pressurisation of parallel systemsrapid variations in mass flow due to adjustmentsof flaps or disturbances in combustion1.2.1 FurnaceThe dimensioning of th

40、e furnace, in particular the ap-portionment of air and fuel flows and the arrange-ment of supply lines will influence the response ofthe controlled system.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2003 4 VDI/VDE 350

41、4Bei Brennstoffabschaltungen (Feuer Not-Aus“), beiFrischlfterausfall oder Rauchgasgeblseabschaltun-gen mit nachfolgender Brennstoffabschaltung kn-nen insbesondere bei dichtverschweiten Feuerru-men hohe Brennkammerunter- und -berdrcke auf-treten. Die Gre dieser Druckstrungen bestimmtmagebend die Bere

42、chnungsdrcke zur Festigkeits-auslegung der groflchigen Feuerraumwnde.Um diese Druckstrungen und damit die Berech-nungsdrcke klein zu halten, werden folgende Ma-nahmen empfohlen:Vermeidung kurzer Flammenausfallzeiten durcheine gleichmige Reduktion des Brennstoffein-trages in den Feuerraum unter Ausnu

43、tzung dervorgeschriebenen Sicherheitszeitberwachung von Feuerraumgrenzdrcken, diebei berschreiten der berdruckgrenze zurFrischlfterabschaltung und bei Unterschreitungder Unterdruckgrenze zur SaugzugabschaltungfhrenVermeidung von Zwangsumschaltungen in denHandbetrieb durch Verwendung zu kleiner Mess-

44、bereiche im Normalbetrieb. Anzustreben ist eineVerstellung der Stellorgane innerhalb der Toleranzder Berechnungsdrcke.Schnelle Verstellung der Stellorgane im StrfallVermeidung zu hoher spezifischer Stutzenarbeitendurch Geblseberdimensionierung (hohe Null-frderhhe)Sicherstellung eines freien Rauchgas

45、weges beiAusfall nachgeschalteter Rauchgasgeblse1.2.2 FeuerraumvolumenDas Feuerraumvolumen wird bestimmt durch die ge-whlte Heizflchenbelastung, die Brennstoffart unddie Feuerungsart.1.2.3 RauchgaswegDer Rauchgasweg besteht aus den Rauchgaszgenmit den Heizflchen fr Dampf (Hochdruck, Mittel-druck), S

46、peisewasser und Verbrennungsluft sowieden Rauchgas-Reinigungsanlagen (RRA), denRauchgas-Wiederaufheizungsanlagen (RWA) undden verbindenden Rauchgaskanlen. Die Gre derHeizflchen ist durch die Kesselbauart, durch die auf-genommene Wrmeleistung, durch die Unterteilungder Heizflchen und durch die Hhe de

47、r Luftvorwr-mung bestimmt.Folgende Unterlagen dokumentieren die Gegeben-heiten der Rauchgaswege:Fuel lock-outs (”furnace emergency shutdown“),forced draught fan failures, and flue-gas fan shut-downs followed by fuel lock-out can entail high neg-ative or positive pressures in the combustion cham-ber,

48、 particularly in case of seal-welded furnaces. It isthe magnitude of these pressure disturbances that de-termines, to a large degree, the design pressures forthe planning of the structural stability of large furnacewalls.The following measures are recommended to keepthese pressure disturbances, and

49、thus the design pres-sures, small:Avoid short-term flame failures by reducing fuelsupply to the combustion chamber slowly, makinguse of the prescribed safety timeMonitor combustion-chamber pressure limitswhich lead to forced draught fan shutdown in caseof exceeding the positive-pressure limit, and to in-duced draught fan shutdown in case of exceedingthe negative-pressure limitAvoid forced switchovers to manual operationwhich are du