WO2011006945A1 - Verfahren zur simulation eines betriebes einer technischen anlage anhand von zustandsgrössen - Google Patents
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- WO2011006945A1 WO2011006945A1 PCT/EP2010/060172 EP2010060172W WO2011006945A1 WO 2011006945 A1 WO2011006945 A1 WO 2011006945A1 EP 2010060172 W EP2010060172 W EP 2010060172W WO 2011006945 A1 WO2011006945 A1 WO 2011006945A1
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
- G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
Definitions
- the invention relates to a method for simulating an operation of a technical system, in particular a power plant operation of a power plant based on state variables.
- DE 196 35 033 A1 discloses a method for analyzing a process state of a technical installation, in which, on the basis of analytical comparisons, for each Part of the current actual state is determined depending on the influential adjacent plant parts.
- the invention has for its object to provide a method for simulating an operation of a technical system, in particular a power plant operation of a power plant based on state variables.
- An inventive method for simulating an operation of a technical system, in particular a power plant operation of a power plant, based on state variables provides that one or more parts of the plant power plant are divided into a number of segments and in addition to metrologically detected state variables of at least one of the plant parts Variety of state variables determined by means of a simulator and location-dependent, in particular segmentally, ie for the respective segment the associated state variable (s) can be determined.
- the plant part may be a countercurrent heat exchanger and / or a flue gas duct of the power plant.
- the method according to the invention provides that, based on determined values of one or more state variables for one, several or all segments of individual plant sections, a course of the state variable or a location-dependent state profile along the segment or segments is determined and displayed.
- a possible embodiment of the invention provides that all values of a state variable for a segment are averaged and the segment value of the mean, that is, the average value of the relevant state variable of the respective segment is used.
- the inventive method is used in a profitable way to produce a complex relationship between cause and effect, for example, load change within the overall technical system and / or part of the plant and illustrate this complex context, in particular a power plant staff and to illustrate. For example, it can be determined and visualized by means of the method according to the invention how a temperature is distributed during a starting process of the simulated power plant operation and / or which effects result, for example, from an additional fire within the plant part.
- a graphic dynamic representation of the state variables in the form of a location-dependent state profile i. Location-dependent progressions of several state variables, a stability of the power plant operation by simultaneous control of a variety of state variables are checked with a relatively low cost. As a result, implausibilities can be detected early and instabilities can already be identified during runtime.
- the respective state variable is determined as a function of at least one system parameter.
- a medium flowing through the plant part wherein the respective state variable is determined depending on a mate- rialigentician of the system part flowing through the medium.
- the respective state variable can be determined as a function of a material property of a wall of the plant part.
- at least one temperature and / or at least one pressure of at least one plant part, in particular a heat exchanger unit are determined as state variables.
- the state variables are determined as a function of characteristic values of at least one heating surface arranged in the heat exchanger unit and / or of a heat exchanger arranged in the heat exchanger unit.
- these state profiles can be combined to form a dynamic overall state profile.
- a determined course of the state variable, the state profile and / or the overall state profile are graphically output.
- the course of the state variable, the state profile and / or the overall state profile are preferably output or displayed graphically in a coordinate system preferably as a function of the location in the simulator and / or on the operating and monitoring surface of a control system.
- FIG. 1 shows a coordinate system with a temperature profile of a plant part, wherein the plant part is divided into four segments,
- FIG. 2 shows a coordinate system with a temperature profile of flowing media within a complete system at full load, wherein the entire system is composed of 16 system parts, which in turn are individually segmented,
- FIG. 3 shows a coordinate system with a temperature profile of flowing media within an overall system according to FIG. 2 at partial load. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
- the coordinate system 1 is output as a result of a simulation of a power plant operation of a power plant in a particularly advantageous manner in the simulator and / or on an operating and monitoring surface of a control system.
- a counterflow heat exchanger is a device that transfers thermal energy from a first medium M1 to a second medium M2. Countercurrent here means that the media Ml, M2 countercurrently flow past each other and in the ideal case, the temperatures of the flowing past each other media Ml, M2 are exchanged. That is, an originally cold medium reaches a temperature of the originally hot medium, and vice versa.
- the abscissa of the coordinate system 1 represents the location s within the Schmidtstromebenstedtragers, wherein the counter-current heat exchanger is divided as part of the plant in four equal segments Sl to S4 and thus the abscissa is divided into four equal segments Sl to S4 analog.
- the ordinate indicates the state quantity, which in the present embodiment is a temperature of the media M1, M2.
- a pressure within the plant part can be determined.
- a first temperature profile Tl represents a change in the temperature of the first medium M1 when it flows through the system part in the form of the countercurrent heat exchanger.
- a second temperature profile T2 indicates the change in the temperature of the second medium M2.
- the first medium Ml is a flue gas and the second medium M2 is a water / Dampfström, wherein within the Schmidtstromuzaübertragers based on the temperature characteristics
- Tl T2 can be seen that a heat of the first medium Ml is transferred to the second medium M2.
- the first medium Ml flows according to Figure 1 from left to right, wherein an inlet El of the first medium Ml takes place in a first segment Sl.
- the second medium M2 flows counter to, wherein an inlet E2 of the second medium M2 takes place in a fourth segment S4 of the countercurrent heat exchanger.
- each segment Sl to S4 of the countercurrent heat exchanger at least one value of the state variable, for. B. temperature value Tl s i to T1 S 4 for the first medium Ml, and at least one temperature value T2 S i to T2 S4 of the second medium M2 are determined.
- an average value of all values of the state variable in the respective segment S 1 to S 4 is determined and used as the segment state value for the simulation.
- the respective state variable can be determined as a function of at least one system parameter, a material property of the media M 1, M 2 flowing through the system component, and / or a material property of a wall of the system component.
- T2 S i to T2 S 4 is for the respective medium Ml, M2 an interpolation curve as a temperature profile Tl, T2 of the state variable Temperature determined.
- a first interpolation curve here identifies the first temperature profile Tl of the first medium M1 within the four segments S1 to S4, and a second interpolation curve identifies the second temperature profile T2 of the second medium T2 within the four segments S1 to S4.
- the respective temperature profile Tl, T2 is shown as a function of the location s, in particular as a function of the segments Sl to S4.
- a temperature difference .DELTA.T between the media Ml, M2 visualized and in the simulator and in a particularly advantageous manner / or output on the operator control and monitoring interface of the control system.
- the temperature difference .DELTA.T in this case is a measure of a possible heat transfer between the first and the second medium Ml, M2 and can be illustrated by the method in a particularly advantageous manner.
- a performance and / or efficiency of the simulated Jacobstromebenübertragers can or can be illustrated.
- the values of the state variables can be measured.
- FIGS. 2 and 3 a coordinate system 2 is shown in each case, wherein the coordinate system 2 in FIG. 2 has a temperature profile of a full load case as overall condition profile P '
- overall temperature profile P ' (hereinafter referred to as overall temperature profile P 'for clarity) and the coordinate system 2 shown in FIG. 3 as total state profile P''a temperature profile of a partial load case of the entire system, for example a flue gas duct of a power plant, as a result of a combination of state, in particular temperature profiles P is based on several plant components.
- the overall temperature profile P ', P "of the flue gas duct is shown in the coordinate system 2 shown in FIG. 2 and FIG.
- the flue gas duct is subdivided into a total of 16 system components, in particular 16, heating surfaces Hl to H16.
- each heating surface Hl to H16 is a certain part of the plant, such.
- a low-pressure evaporator a feedwater, a medium-pressure evaporator, a medium-pressure superheater and / or a high-pressure superheater assigned.
- the system components in the form of the heating surfaces H1 to H16 are each subdivided into a specific number of segments S1 'to S18' in the simulation model analogously to the segmentation of a countercurrent heat exchanger described above.
- each segment S 1 to S 18 of an installation part in the overall temperature profile P ', P " is represented by means of a single point, pixel, square or the like, wherein the point, the pixel or the square can be controlled individually.
- a composition of these individual points of a plant part, in particular a heating surface Hl to H16 gives the temperature profile P of this part of the plant.
- a combination of several or all of the temperature profiles P of several or all plant components gives the total temperature profile P ', P "of plant areas and / or of the entire plant.
- a course of the state profile of a plant part, in particular a heating surface Hl to H16 is formed in the present embodiment by stringing individual values of the individual segments Sl 'to S18.
- first temperature profile Tl 'of the first medium Ml based on the thick solid line and a second temperature profile T2 of the second medium M2 shown by the dashed line.
- a first temperature profile Tl '' of the first medium Ml is shown in accordance with a thermal circuit diagram at full load on the basis of the solid thin line.
- a flow direction of the media Ml, M2 is largely countercurrent, wherein the media Ml, M2, as described above, flow past each other in the opposite direction.
- An inlet El 'of the first medium M1 for example flue gas, takes place from the right, that is to say in the segment S18 of the heating surface H16.
- the first medium Ml cools through the countercurrent second medium M2, water / steam.
- a flow of the second medium M2 takes place except at the heating surfaces Hl to H16 in the form of evaporators, from left to right, in which case a continuous total temperature profile P ', P' 'results, if corresponding inlets and outlets of the second medium M2 the heating surfaces Hl to H16 are set together.
- the respective state variable of the media M1, M2 is determined as a function of characteristic quantities of the heating surfaces H1 to H16 arranged in the plant part.
- Sl to S4 Sl 'to S18' to determine a course of the state variable, a state profile P and / or a dynamic overall state profile P ', P "segment by segment and graphically represented by means of the coordinate system 1.
- Heating surfaces Hl to H16 impact Furthermore, can be illustrated by the graphical representation of how a temperature distribution during a starting process z. B. the power plant operation represents and / or how strong an additional fire affects.
- the location-dependent representation of the state profile / e P and / or of the overall state profile (s) P ', P "always represents a very clear overview of a current state of a simulated plant part or of the entire plant .
- the location-dependent representation of the state profile / e P and / or the overall state profile P ', P is a very good complement to the time-dependent trend curves mentioned in the prior art.
- P may be taken into account for decreases or they may assist the modeler in fine-tuning a variety of parameters.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation eines Kraftwerksbetriebes einer Kraftwerksanlage anhand von Zustandsgrößen, wobei ein oder mehrere Anlagenteile der Kraftwerksanlage in eine Anzahl von Segmenten (S1 bis S4, S1' bis S18') unterteilt werden und zusätzlich zu messtechnisch erfassten Zustandsgrößen mindestens eines der Anlagenteile eine Vielzahl von Zustandsgrößen mittels eines Simulators ermittelt und segmentweise für das jeweilige Segment (S1 bis S4, S1' bis S18') bestimmt werden.
Description
Beschreibung
Verfahren zur Simulation eines Betriebes einer technischen Anlage anhand von Zustandsgrößen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation eines Betriebes einer technischen Anlage, insbesondere eines Kraftwerksbetriebes einer Kraftwerksanlage anhand von Zustandsgrößen .
Im Allgemeinen sind Verfahren zur Simulation eines Kraftwerksbetriebes einer Kraftwerksanlage bekannt, wobei anhand von bekannten Simulatoren beispielsweise ein Kraftwerkspersonal geschult und/oder ausgebildet wird. Beispielsweise ist es möglich, ein Temperaturprofil für einen Anlagenteil der
Kraftwerksanlage anhand von einer Schar ausgewählter, zeitabhängiger Trendkurven aufzuzeichnen. Die Auswahl dieser Trendkurven beschränkt sich jedoch auf Werte, die in dem Anlagenteil tatsächlich gemessen werden. Dadurch kann nur eine Aus- wähl charakteristischer Werte für das Anlagenteil beobachtet werden. Simulatoren stellen üblicherweise eine Vielzahl zusätzlicher Informationen zur Verfügung, ohne diese jedoch beispielsweise für Schulungszwecke zu nutzen. Statische Temperaturprofile für verschiedene Lastpunkte werden oftmals durch einen Anlagenbetreiber und/oder einen Anlagenhersteller bereitgestellt.
Aus der DE 196 18 745 Al ist ein Simulationsverfahren für ein Kraftwerk bekannt, bei dem zum Beispiel der Teilbereich "Primärkreislauf" in eine Anzahl von Teilvolumina gegliedert wird, wobei die Simulation der zeitlichen Entwicklung jeder Phase ("flüssig" und "gasförmig") des Kühlmediums dabei für jedes Teilvolumen separat durchgeführt wird.
Aus der DE 196 35 033 Al ist ein Verfahren zur Analyse eines Prozesszustandes einer technischen Anlage bekannt, bei dem auf der Grundlage von analytischen Vergleichen für jedes An-
lagenteil der aktuelle Ist-Zustand in Abhängigkeit von den Einfluss nehmenden benachbarten Anlagenteilen bestimmt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Simulation eines Betriebes einer technischen Anlage, insbesondere eines Kraftwerksbetriebes einer Kraftwerksanlage anhand von Zustandsgrößen anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 an- gegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Simulation eines Betriebes einer technischen Anlage, insbesondere eines Kraftwerksbetriebes einer Kraftwerksanlage, anhand von Zustandsgrößen sieht vor, dass ein oder mehrere Anlagenteile der Kraftwerksanlage in eine Anzahl von Segmenten unterteilt werden und zu- sätzlich zu messtechnisch erfassten Zustandsgrößen mindestens eines der Anlagenteile eine Vielzahl von Zustandsgrößen mittels eines Simulators ermittelt und ortsabhängig, insbesondere segmentweise, d.h. für das jeweilige Segment die zugehörige/n Zustandsgröße/n, bestimmt werden.
Beispielsweise kann es sich bei dem Anlagenteil um einen Ge- genstromwärmeübertrager und/oder um einen Rauchgaskanal der Kraftwerksanlage handeln. Weiterhin sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass anhand ermittelter Werte einer oder mehrere Zustandsgrößen für ein, mehrere oder alle Segmente einzelner Anlagenteile ein Verlauf der Zustandsgröße bzw. ein ortsabhängiges Zustands- profil entlang des Segmentes oder der Segmente ermittelt und dargestellt wird. Eine mögliche Ausführungsform der Erfindung sieht dabei vor, dass alle Werte einer Zustandsgröße für ein Segment gemittelt werden und als Segmentwert der Mittelwert,
d.h. der gemittelte Wert der_betreffenden Zustandsgröße des jeweiligen Segments, verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient in Gewinn bringender Weise dazu, einen komplexen Zusammenhang zwischen Ursache und Wirkung beispielsweise bei Laständerung innerhalb der technischen Gesamtanlage und/oder des Anlagenteiles herzustellen und diesen komplexen Zusammenhang insbesondere einem Kraftwerkspersonal zu veranschaulichen und zu verdeutlichen. Z. B. kann anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt und visualisiert werden, wie sich eine Temperatur während eines Anfahrprozesses des simulierten Kraftwerksbetriebes verteilt und/oder welche Auswirkungen beispielsweise aus einem Zusatzfeuer innerhalb des Anlagenteiles resultieren.
Darüber hinaus kann durch eine grafische dynamische Darstellung der Zustandsgrößen in Form eines ortsabhängigen Zu- standsprofils, d.h. ortsabhängiger Verläufe mehrerer Zustandsgrößen, eine Stabilität des Kraftwerksbetriebes durch gleichzeitige Kontrolle einer Vielzahl von Zustandsgrößen mit einem vergleichsweise geringen Aufwand überprüft werden. Dadurch können Unplausibilitäten frühzeitig erkannt und Instabilitäten bereits während der Laufzeit identifiziert werden. Beispielsweise wird die jeweilige Zustandsgröße in Abhängigkeit von mindestens einem Anlagenparameter ermittelt.
In einer möglichen Ausführungsform wird z. B. als Anlagenparameter ein das Anlagenteil durchströmendes Medium bestimmt, wobei die jeweilige Zustandsgröße in Abhängigkeit einer Mate- rialeigenschaft des das Anlagenteil durchströmenden Mediums ermittelt wird.
Alternativ oder zusätzlich kann die jeweilige Zustandsgröße in Abhängigkeit einer Materialeigenschaft einer Wandung des Anlagenteiles ermittelt werden.
Vorzugsweise werden als Zustandsgrößen mindestens eine Temperatur und/oder mindestens ein Druck mindestens eines Anlagenteiles, insbesondere einer Wärmetauschereinheit ermittelt. Denkbar ist auch, dass die Zustandsgrößen in Abhängigkeit von Kenngrößen mindestens einer in der Wärmetauschereinheit angeordneten Heizfläche und/oder eines in der Wärmetauschereinheit angeordneten Wärmeübertragers ermittelt wird. Ferner können anhand der ermittelten Werte einer oder mehrerer Zustandsgrößen mehrerer Anlagenteile diese Zustandsprofi- Ie zu einem dynamischen Gesamtzustandsprofil kombiniert werden . In einer möglichen Ausgestaltung werden bzw. wird ein ermittelter Verlauf der Zustandsgröße, das Zustandsprofil und/oder das Gesamtzustandsprofil grafisch ausgegeben. Vorzugsweise werden bzw. wird der Verlauf der Zustandsgröße, das Zustands- profil und/oder das Gesamtzustandsprofil grafisch in einem Koordinatensystem bevorzugt als eine Funktion vom Ort im Simulator und/oder auf der Bedien- und Beobachtungsoberfläche eines Leitsystems ausgegeben.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
FIG 1 ein Koordinatensystem mit einem Temperaturprofil eines Anlagenteiles, wobei das Anlagenteil in vier Segmente aufgeteilt ist,
FIG 2 ein Koordinatensystem mit einem Temperaturprofil von strömenden Medien innerhalb einer Gesamtanlage bei Volllast, wobei die Gesamtanlage aus 16 Anlagenteilen zusammengesetzt ist, welche wiederum einzeln segmentiert sind,
FIG 3 ein Koordinatensystem mit einem Temperaturprofil von strömenden Medien innerhalb einer Gesamtanlage gemäß Figur 2 bei Teillast.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Figur 1 ist ein Koordinatensystem 1 mit einem Temperatur- profil P, welches innerhalb eines Anlagenteiles, insbesondere eines Gegenstromwärmeübertragers ermittelt wurde, dargestellt.
Das Koordinatensystem 1 wird als Resultat einer Simulation eines Kraftwerksbetriebes einer Kraftwerksanlage in besonders vorteilhafter Weise im Simulator und/oder auf einer Bedien- und Beobachtungsoberfläche eines Leitsystems ausgegeben.
Ein Gegenstromwärmeübertrager ist eine Vorrichtung, die ther- mische Energie von einem ersten Medium Ml auf ein zweites Medium M2 überträgt. Gegenstrom bezeichnet hierbei, dass die Medien Ml, M2 einander entgegenkommend aneinander vorbeiströmen und im Idealfall die Temperaturen der aneinander vorbeiströmenden Medien Ml, M2 getauscht werden. D. h., dass ein ursprünglich kaltes Medium eine Temperatur des ursprünglich heißen Mediums erreicht und umgekehrt.
Die Abszisse des Koordinatensystems 1 stellt den Ort s innerhalb des Gegenstromwärmeübertragers dar, wobei der Gegen- Stromwärmeübertrager als Anlagenteil in vier gleiche Segmente Sl bis S4 unterteilt ist und somit die Abszisse analog in vier gleiche Segmente Sl bis S4 unterteilt wird.
Die Ordinate kennzeichnet die Zustandsgröße, welche in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Temperatur der Medien Ml, M2 ist.
Alternativ oder zusätzlich kann als Zustandsgröße beispielsweise auch ein Druck innerhalb des Anlagenteiles bestimmt werden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind in dem Koordinatensystem 1 zwei Temperaturverläufe Tl, T2 der in entgegen
gesetzter Richtung strömenden Medien Ml, M2 dargestellt. Dabei stellt ein erster Temperaturverlauf Tl eine Änderung der Temperatur des ersten Mediums Ml bei Durchströmen des Anlagenteiles in Form des Gegenstromwärmeübertragers dar. Ein zweiter Temperaturverlauf T2 kennzeichnet die Änderung der Temperatur des zweiten Mediums M2.
Beispielsweise ist das erste Medium Ml ein Rauchgas und das zweite Medium M2 ein Wasser-/Dampfström, wobei innerhalb des Gegenstromwärmeübertragers anhand der Temperaturverläufe
Tl, T2 erkennbar ist, dass eine Wärme des ersten Mediums Ml auf das zweite Medium M2 übertragen wird.
Das erste Medium Ml strömt gemäß Figur 1 von links nach rechts, wobei ein Eintritt El des ersten Mediums Ml in einem ersten Segment Sl erfolgt. Das zweite Medium M2 strömt entgegen gesetzt, wobei ein Eintritt E2 des zweiten Mediums M2 in einem vierten Segment S4 des Gegenstromwärmeübertragers erfolgt.
Es ist vorgesehen, dass für jedes Segment Sl bis S4 des Gegenstromwärmeübertragers mindestens ein Wert der Zustandsgrö- ße, z. B. Temperaturwert Tlsi bis T1S4 für das erste Medium Ml, und mindestens ein Temperaturwert T2Si bis T2S4 des zwei- ten Mediums M2 ermittelt werden. Bevorzugt wird ein Mittelwert aller Werte der Zustandsgröße in dem jeweiligen Segment Sl bis S4 ermittelt und als Segmentzustandswert für die Simulation verwendet. Darüber hinaus kann die jeweilige Zustandsgröße in Abhängigkeit von mindestens einem Anlagenparameter, einer Materialeigenschaft des bzw. der das Anlagenteil durchströmenden Medien Ml, M2 und/oder einer Materialeigenschaft einer Wandung des Anlagenteiles ermittelt werden.
Aus den ermittelten Temperaturwerten TlSi bis T1S4 und
T2Si bis T2S4 wird für das jeweilige Medium Ml, M2 eine Interpolationskurve als Temperaturverlauf Tl, T2 der Zustandsgröße
Temperatur ermittelt. Eine erste Interpolationskurve kennzeichnet hierbei den ersten Temperaturverlauf Tl des ersten Mediums Ml innerhalb der vier Segmente Sl bis S4 und eine zweite Interpolationskurve kennzeichnet den zweiten Tempera- turverlauf T2 des zweiten Mediums T2 innerhalb der vier Segmente Sl bis S4. Dabei ist der jeweilige Temperaturverlauf Tl, T2 als Funktion vom Ort s, insbesondere als Funktion von den Segmenten Sl bis S4 dargestellt. Anhand der Darstellung des ersten und des zweiten Temperaturverlaufes Tl, T2 als Zustands- oder Temperaturprofil P (im weiteren zur besseren Übersichtlichkeit kurz Temperaturprofil P genannt) kann in besonders vorteilhafter Weise eine Temperaturdifferenz ΔT zwischen den Medien Ml, M2 visuali- siert und im Simulator und/oder auf der Bedien- und Beobachtungsoberfläche des Leitsystems ausgegeben werden.
Die Temperaturdifferenz ΔT ist hierbei ein Maß für einen möglichen Wärmeübergang zwischen dem ersten und dem zweiten Me- dium Ml, M2 und kann anhand des Verfahrens in besonders vorteilhafter Weise veranschaulicht werden. Somit können bzw. kann eine Leistungsfähigkeit und/oder ein Wirkungsgrad des simulierten Gegenstromwärmeübertragers verdeutlicht werden. Zusätzlich können die Werte der Zustandsgrößen messtechnisch erfasst werden.
In den Figuren 2 und 3 ist jeweils ein Koordinatensystem 2 gezeigt, wobei dem Koordinatensystem 2 in Figur 2 als Gesamt- zustandsprofil P' ein Temperaturprofil eines Volllastfalles
(im weiteren zur besseren Übersichtlichkeit kurz Gesamttemperaturprofil P' genannt) und dem in Figur 3 dargestellten Koordinatensystem 2 als Gesamtzustandsprofil P' ' ein Temperaturprofil eines Teillastfalles der Gesamtanlage, beispiels- weise eines Rauchgaskanals eines Kraftwerkes, als Ergebnis einer Kombination von Zustands-, insbesondere Temperaturprofilen P mehrerer Anlagenteile zugrunde liegt.
Insbesondere ist in dem in Figur 2 und Figur 3 gezeigten Koordinatensystem 2 das Gesamttemperaturprofil P', P'' des Rauchgaskanals dargestellt. Dabei ist der Rauchgaskanal im vorliegenden Ausführungsbeispiel in insgesamt 16 Anlagentei- Ie, insbesondere in 16 Heizflächen Hl bis H16 unterteilt.
Hierbei ist jeder Heizfläche Hl bis H16 ein bestimmter Anlagenteil, wie z. B. ein Niederdruckverdampfer, ein Speisewasservorwärmer, ein Mitteldruckverdampfer, ein Mitteldrucküber- hitzer und/oder ein Hochdrucküberhitzer, zugeordnet.
Die Anlagenteile in Form der Heizflächen Hl bis H16 sind im Simulationsmodell analog zur eingangs beschriebenen Segmentierung eines Gegenstromwärmeübertragers jeweils in eine be- stimmte Anzahl von Segmenten Sl' bis S18' unterteilt.
Für die Segmente Sl' bis S18' wurden die darzustellenden Zu- standsgrößen, die Temperaturwerte, z. B. Temperaturmittelwerte, der durch den Rauchgaskanal strömenden Medien Ml, M2 im Simulationsmodell ermittelt und dynamisch ortsabhängig grafisch dargestellt. Hierbei wird jedes Segment Sl bis S18 eines Anlagenteiles im Gesamttemperaturprofil P' , P' ' mittels eines einzelnen Punktes, Pixels, Quadrates o. ä. repräsentiert, wobei der Punkt, das Pixel oder das Quadrat einzeln angesteuert werden kann. Eine Zusammensetzung dieser einzelnen Punkte eines Anlagenteiles, insbesondere einer Heizfläche Hl bis H16 ergibt das Temperaturprofil P dieses Anlagenteiles. Eine Kombination mehrerer oder aller Temperaturprofile P mehrerer oder aller Anlagenteilen ergibt das Gesamttem- peraturprofil P' , P' ' von Anlagenbereichen und/oder der Gesamtanlage. Ein Verlauf des Zustandsprofils eines Anlagenteiles, insbesondere einer Heizfläche Hl bis H16 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Aneinanderreihung von Einzelwerten der einzelnen Segmente Sl' bis S18 gebildet.
Dabei ergibt sich ein örtlicher erster Temperaturverlauf Tl ' des ersten Mediums Ml anhand der dicken durchgezogenen Linie und ein zweiter Temperaturverlauf T2 des zweiten Mediums M2
anhand der gestrichelten Linie dargestellt. Zusätzlich ist anhand der durchgezogenen dünnen Linie ein erster Temperaturverlauf Tl ' ' des ersten Mediums Ml entsprechend einem Wärmeschaltplan bei Volllast dargestellt.
Eine Strömungsrichtung der Medien Ml, M2 ist weitgehend Gegenstrom, wobei die Medien Ml, M2, wie oben beschrieben, sich entgegen kommend aneinander vorbeiströmen. Ein Eintritt El' des ersten Mediums Ml, beispielsweise Rauchgas, erfolgt von rechts, also im Segment S18 der Heizfläche H16. Während einer Strömung nach links kühlt sich das erste Medium Ml durch das entgegenströmende zweite Medium M2, Wasser-/Dampf, ab. Eine Strömung des zweiten Mediums M2 er- folgt außer an den Heizflächen Hl bis H16 in Form von Verdampfern, von links nach rechts, wobei sich hierbei ein stetiges Gesamttemperaturprofil P' , P' ' ergibt, wenn entsprechende Eintritte und Austritte des zweiten Mediums M2 an den Heizflächen Hl bis H16 aneinander gesetzt werden.
Beispielsweise wird die jeweilige Zustandsgröße der Medien Ml, M2 in Abhängigkeit von Kenngrößen der in dem Anlagenteil angeordneten Heizflächen Hl bis H16 ermittelt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, anhand der ermittelten Werte einer oder mehrerer Zustandsgrößen für einzelne Segmente
Sl bis S4, Sl' bis S18' einen Verlauf der Zustandsgröße, ein Zustandsprofil P und/oder ein dynamisches Gesamtzustandspro- fil P' , P' ' segmentweise zu ermitteln und mittels des Koordinatensystems 1 grafisch darzustellen.
Beispielsweise ist es während eines Trainingsszenarios für Kraftwerkspersonal möglich, durch Darstellung eines dynami- sehen ortsabhängigen Temperaturprofils P, P', P'' ein komplexes Zusammenspiel von Heizflächen Hl bis H16 bei Lastveränderung innerhalb des Anlagenteiles zu verdeutlichen. Es kann sehr anschaulich gezeigt werden, wie sich beispielsweise An-
derungen der Temperatur an entsprechenden Heizflächen
Hl bis H16 auf weitere, z. B. in dem Anlagenteil angeordnete,
Heizflächen Hl bis H16 auswirken. Ferner kann durch die grafische Darstellung verdeutlicht werden, wie sich eine Temperaturverteilung während eines Anfahrprozesses z. B. des Kraftwerksbetriebes darstellt und/oder wie stark sich ein Zusatzfeuer auswirkt. Hierbei ist zu beachten, dass die ortsabhängige Darstellung des/der Zustands- profils/e P und/oder des/der Gesamtzustandsprofils/e P' , P' ' jeweils einen sehr anschaulichen Überblick über einen aktuellen Zustand eines simulierten Anlagenteiles bzw. der Gesamtanlage wiedergibt. Somit ist die ortsabhängige Darstellung des/der Zustandsprofils/e P und/oder des/der Gesamtzustands- profile P' , P' ' eine sehr gute Ergänzung zu den im Stand der Technik genannten zeitabhängigen Trendkurven.
Auch ist es möglich, das/die Zustandsprofil/e P und/oder das/die Gesamtzustandsprofile P' , P' ' im Koordinatensystem 1, 2 statisch für verschiedene Lastpunkte zu kennzeichnen, so dass anhand des/der ermittelten Zustandsprofils/e P und/oder des/der ermittelten Gesamtzustandsprofils/e P' , P' ' eine momentane Last abgeschätzt werden kann. Die beschriebenen dynamischen ortsabhängigen Zustands- und/oder Gesamtzustandsprofile P, P' , P' ' , beispielsweise in Bezug auf die Temperatur der in dem Anlagenteil strömenden Medien Ml, M2, ermöglichen einem Modellierer eine Stabilität eines simulierten Kraftwerksbetriebes durch gleichzeitige Kontrolle einer Vielzahl von Zustandsgrößen mit verhältnismäßig geringem Aufwand zu überprüfen. Unplausibilitäten
und/oder Instabilitäten können während einer Laufzeit ohne großen Aufwand frühzeitig erkannt werden. Durch statisches Eintragen von verschiedenen Lastpunkten in das jeweilige Koordinatensystem 1, 2 ist es möglich, sich nach einem Anfahren verschiedener Lastpunkte einen Überblick über Güte und/oder Genauigkeit der Simulation eines Simulati-
onsmodells zu verschaffen. Das/die Zustandsprofil/e P
und/oder das/die Gesamtzustandsprofile P', P'' kann bzw. können für Abnahmen berücksichtigt werden oder sie können den Modellierer während einer Feineinstellung verschiedenster Pa- rameter unterstützen.
Claims
1. Verfahren zur Simulation eines Kraftwerksbetriebes einer Kraftwerksanlage anhand von Zustandsgrößen, wobei
ein oder mehrere Anlagenteile der Kraftwerksanlage in eine Anzahl von Segmenten (Sl bis S4, Sl' bis S18') unterteilt werden und zusätzlich zu messtechnisch erfassten Zustandsgrößen mindestens eines der Anlagenteile eine Vielzahl von Zustandsgrößen mittels eines Simulators ermittelt und segment- weise für das jeweilige Segment (Sl bis S4, Sl' bis S18') bestimmt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass anhand der ermittelten Werte einer oder mehrerer Zustandsgrößen für einzelne Segmente (Sl bis S4, Sl' bis S18') ein Verlauf der Zustandsgröße bzw. ein Zustandsprofil entlang des Segmentes (Sl bis S4, Sl' bis S18') ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Zustandsgröße in Abhängigkeit von mindestens einem Anlagenparameter ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Zustandsgröße in Abhängigkeit einer Materialeigenschaft eines das Anlagenteil durchströmenden Mediums (Ml, M2) ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Zustandsgröße in Abhängigkeit einer Materialeigenschaft einer Wandung des Anlagenteils ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass als Zustandsgrößen mindestens eine Temperatur und/oder mindestens ein Druck mindestens eines Anlagenteils, insbesondere einer Wärmetauschereinheit ermittelt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgrößen in Abhängigkeit von Kenngrößen mindestens einer in der Wärmetauschereinheit angeordneten Heizfläche (Hl bis H16) und/oder eines in der Wärmetauschereinheit angeordneten Wärmeübertragers ermittelt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass anhand der ermittelten Werte mehrerer Zustandsgrößen mehrerer Segmente (Sl bis S4, Sl' bis S18') mehrere Zustandsprofile segmentweise ermittelt und zu einem dynamischen Gesamtzustandsprofil kombiniert werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Verlauf der Zu- standsgröße, das Zustandsprofil und/oder das Gesamtzustands- profil grafisch ausgegeben werden bzw. wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Verlauf der Zu- standsgröße, das Zustandsprofil und/oder das Gesamtzustands- profil grafisch in einem Koordinatensystem (1, 2) ausgegeben werden bzw. wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Verlauf der Zu- standsgröße, das Zustandsprofil und/oder das Gesamtzustands- profil in dem Koordinatensystem (1, 2) als Funktion von einem Ort (s) ausgegeben werden bzw. wird.
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