VOIMALAITOSTEKNIIKKA MAMK YAMK Tuomo Pimiä

Transkriptio

1 VOIMALAITOSTEKNIIKKA 2016 MAMK YAMK Tuomo Pimiä

2 Voimalaitoksen säätötehtävät Voimalaitoksen säätötehtävät voidaan jakaa kolmeen toiminnalliseen : Stabilointitaso: paikalliset toimilaiteet ja säätimet Koordinointitaso: asetusarvojen valinta stabiloitavan tason säätöpiireille Tuotannon ohjauksen taso: kokolaitoksen toiminnan optimointi ja tuotantoyksikön säätö

3 Höyryvoimalaitoksen periaate

4 Lauhdevoimalaitoksen säädöt Lauhdevoimalaitoksen säädöt voidaan jakaa kattilan ja turbiinin yhteistoiminnan koordinoivaan blokkisäätöön ja viiteen pääsäätöpiiriin : 1. Syöttöveden määräsäätö C1 2. Tuorehöyryn lämpötilasäätö C2 3. Polttotehonsäätö C3 4. Sähkötehon/taajuuden säätö C4 5. Tulipesän paineensäätö C5

5 Lauhdevoimalan säätöpiirit

6 Syöttöveden määräsäätö Syöttöveden määrän säädön tehtävänä korvata kattilasta höyrynä poistuva vesimäärä uudella syöttövedellä Sekä pitää lieriössä oleva vedenpinta asetusarvossaan Ylös- ja alasajon aikana voidaan käyttää yksipistesäätöä (kun virtaama on pieni) Kolmipistesäätöä käytetään aina normaali käytön aikana

7 Lieriön pinnan 1 ja 3 pistesäädöt

8 Lieriön reagointi paineen vaihteluun Nopea paineen muutos lieriössä vaikuttaa yleensä pinnan korkeuteen Jos paine putoaa nopeasti lieriö ns. kuohahtaa jolloin vedessä olevien höyrykuplien koko kasvaa nopeasti samoin höyryntuotanto kasvaa väliaikaisesti Jos paine kasvaa osa höyrykuplien höyrystä lauhtuu ja veden/höyry seoksen tilavuus pienenee

9 Lieriön vajoamis- ja kouhumisilmiö

10 Tuorehöyryn lämpötilasäätö Höyrynlämpötilan säädön ensisijainen tehtävä on pitää tuorehöyryn lämpötila asetusarvossaan Tulistimet voivat myös vahingoittua jos riittävää jäähdytystä ei saada turvattua Säädölle on periaatteessa kolme eri toteutus tapaa: Ohjaamalla osa höyrystä tulistimen ohi Ohjaamalla osa savukaasusta tulistimen ohi Jäähdyttämällä höyryä vesiruiskutuksella

11 Höyryn lämpötilan kaskadisäätö Lämpötilaa säädetään yleensä kaskadisäädöllä Säädettävä muuttuja on höyrynlämpötila tulistimen jälkeen Ohjausmuuttujana on tulistinta edeltävän ruiskutus veden määrä

12 Polttotehonsäätö Voimalaitoksen säätötehtävät voidaan jakaa kolmeen toiminnalliseen : Stabilointitaso: paikalliset toimilaiteet ja säätimet Koordinointitaso: asetusarvojen valinta stabiloitavan tason säätöpiireille Tuotannon ohjauksen taso: kokolaitoksen toiminnan optimointi ja tuotantoyksikön säätö

13 Polttotehonsäätö Kattilaan menevää polttoainemäärää säädetään joko: Tuorehöyryn paineen mukaan Höyrynmassavirran mukaan Turbiinin sähkötehon mukaan Kattilan tuottama höyrynmäärä on suoraan verrannollinen poltettuun polttoaine määrää Syötetyn polttoaine määrän mukaan lasketaan tarvittava palamisilnmamäärä

14 Polttotehonsäätö Kattilan säätötapoja Kiinteänpaineen säätö Liukuvanpaineen säätö Ohjattu liukuvanpainensäätö

15 Peruskytkennän blokkisäätö Peruskytkennässä blokkisäätö muodostaa erilliset asetusarvot polttotehon säädölle ja turbiinin säädölle Näiden säätöpiirien välisen hierarkian perusteella voidaan erottaa kaksi erilaista säätörakennetta: Turbiini seuraa Kattila seuraa

16 Kiinteänpaineen säätö (kattila seuraa)

17 Kiinteänpaineen säätö (turbiini seuraa)

18 Sähkötehon/taajuuden säätö Voimalaitoksen sähkötehon päätehtävänä on tuotetun ja vaaditun sähkötehon tasapainon ylläpitäminen Lisäksi sähkön jännitteen, taajuuden ja laajuuden on pysyttävä halutuissa rajoissa Sähköverkon taajuus riippuu tuotetun ja kulutetun energianmäärän suhteesta Voimalaitos voi olla joko kytkettynä valtakunnan verkkoon tai olla ns. saarikäytössä

19 Valtakunnanverkko Suurissa verkoissa verkon taajuus määrää generaattorin pyörimisnopeuden Generaattori synkronoidaan käynnistyksen jälkeen verkkoon jolloin se ns. lukittuu verkon taajuuteen Kun jännite ja kierrosluku ovat vakioita muuttuu tehon muutoksessa höyryturbiinin tuottama vääntömomentti

20 Taajuuden säätö valtakunnanverkossa Suurissa verkoissa taajuuden säätöön osallistuu osa laitoksista Suomessa nämä ovat pääosin vesivoimaloita Laitoksen teho muuttuu tietyn määrän nimellistehostaan verkon taajuusvirheen funktiona

21 Valtakunnanverkko Suurissa verkoissa verkon taajuus määrää generaattorin pyörimisnopeuden Generaattori synkronoidaan käynnistyksen jälkeen verkkoon jolloin se ns. lukittuu verkon taajuuteen Kun jännite ja kierrosluku ovat vakioita muuttuu tehon muutoksessa höyryturbiinin tuottama vääntömomentti

22 Valtakunnanverkko Säätimellä voi olla kaksi erilaista säätötavoitetta Korjata verkon taajuusvirhe nollaan Korjata tietyllä nimellistehon osuudella taajuutta

23 Valtakunnanverkko

24 Saarikäyttö Saarikäytössä generaattorin pyörimisnopeutta tulee säätää erikseen ja se myös määrittelee verkon taajuuden Turbiinin höyrymäärää säädetään sähköverkon kulutuksen perusteella Turvallisuus tekijöitä Turbiini ei saa rynnätä kuorman pudotessa Kuorman pudotuksen aikana taajuus ei saa ylittää maksimiarvoaan

25 Saarikäyttö Taajuussäädön perusrakenne saarikäytössä

26 Tulipesän paineensäätö Perinteisesti voimalaitoskoon kattilat ovat ns. alipaine kattiloita tulipesä on hiukan alipaineinen Alipaine saadaan aikaiseksi savukaasupuhaltimella Savukaasupuhaltimen tehoa ohjataan tulipesän paineen mittauksen avulla Liiallinen alipaine tai ylipaine voi vahingoitaa tulipesän rakennetta

27 Tulipesän paineensäätö

28 Lähteitä Joroinen, T et. Al Voimalaitosautomaatio. Suomen Automaatioseura ry. Helsinki: Copy-Set Oy Kymenlaakson ammattikorkeakoulu / KyAMK Yksikön nimi 28

29