Bedarfslast- Management

Eines der wichtigsten Ziele beim Betrieb einer Dampfkesselanlage ist sicherzustellen, dass der Arbeitsdampfdruck (oder die Temperatur bei Heißwassersystemen) passend für jede Lastanforderung der Anlage ist. Gleichzeitig muss diese Aufgabe so effizient und kostengünstig wie möglich erfüllt werden.

In einer Anlage mit mehreren Kesseln kann diese Anforderung durch ein Bedarfslastmanagement erreicht werden. Dabei wird der Bedarf an Dampf optimiert und der Ausgang der Kesselanlage an die Arbeitsanforderungen angepasst. So wird gewährleistet, dass die Kessel nur bei Bedarf befeuert werden, was zu Einsparungen bei den Betriebskosten führt. Alternativ kann das Bedarfslastmanagement so konfiguriert werden, dass alle Kessel die gleiche Betriebszeit haben.

Das Applikationsmodul von Eurotherm für das Bedarfslastmanagement bietet Ihnen eine umfassende Zusammenstellung von Funktionen. Einige dieser Funktionen finden Sie im Folgenden beschrieben.

Bediener-Lastbelegung

Beim Bedarfsaufteilungsarrangement kann jeder Dampfkessel im Grundlastbetrieb oder im modulierenden Betrieb arbeiten. Dadurch wird die beste Lastverteilung zwischen den Kesseln ermittelt und somit werden die Gesamtbetriebskosten auf ein Minimum begrenzt.

Im Grundlastbetrieb ist die Umsetzung Aufgabe des Bedieners. Der gesamte Bedarf wird zwischen den Grundlast-Kesseln proportional zu der vom Bediener festgelegten Grundlast aufgeteilt. Im modulierenden Betrieb hingegen wird die Lastverteilung automatisch ohne Bedienereingriff vorgenommen. Der Gesamtbedarf, ohne die schon durch die Grundlast-Kessel abgedeckte Bedarfsmenge, wird zwischen den modulierenden Kesseln proportional zu deren Kapazität verteilt. Die Flexibilität der Regelmodule bietet Ihnen die dynamische Zuweisung einer Kombination der Kesselmodule zu der Dampfkesselanlage

Bedarfsaufteilung

Die effektivste Lastzuweisung in Kesselanlagen basiert nicht auf einer einfachen Betriebsentscheidung, sondern ist von Echtzeitberechnungen abhängig, die folgende Punkte mit einbeziehen:

Betriebssicherheitsgrenzen
Lastfluktuationen
Benötigte Abschaltcharakteristiken
Kesselkapazität

Eine weitere wichtige Entscheidung betrifft die Methode der Bedarfsaufteilung; je nach Arbeitsanforderungen parallel oder seriell. Das Eurotherm Regelmodul bietet Ihnen die Konfiguration für beide Methoden.

Im Parallelbetrieb teilen die verfügbaren Kessel den Gesamtbedarf gleichmäßig auf, indem sie alle Kessel mit gleicher Rate befeuern, bis der Bedarf gedeckt.
Bei ansteigender Last steigt die Befeuerungsrate aller modulierenden Kessel gleichermaßen, bis für die Bedarfserfüllung ein weiterer Kessel benötigt wird. An diesem Punkt verringert sich die Befeuerungsrate der aktiven Kessel, um die Befeuerungsrate des neuen Kessels zu kompensieren. In Abbildung 1 ist dieser Vorgang für eine ansteigende Last dargestellt.

Parallele Modulation wird hauptsächlich bei Dampfkesseln angewendet. Sie bietet die effizienteste Regelung, wenn relativ gleich bleibende Prozesslasten vorhanden sind. Da das System die Kesselanlage so moduliert, dass der gemeinsame Gesamtdruck auf den benötigten Sollweit eingestellt wird, kann der Regler eine weichere Reaktion auf Veränderungen der Lastbedingungen durchführen. (Abbildung 1: Parallele Bedarfsaufteilung)

Bei der seriellen Lastaufteilung dient zuerst ein Kessel der Modulation zur Erfüllung des Lastbedarfs. Am effektivsten geschieht das mit dem Bedarfsplan-Regelmodul von Eurotherm-Prozessautomation Steigt die Last, wird die Befeuerungsrate des modulierenden Kessels soweit erhöht, bis für die Bedarfserfüllung ein weiterer Kessel benötigt wird. An diesem Punkt wird ein weiterer Kessel eingeschaltet, der dann zum modulierenden Kessel wird. Die schon aktiven Kessel werden bis zur optimalen Befeuerungsrate hochgefahren. In Abbildung 2 ist dieser Vorgang für eine ansteigende Last dargestellt.

Serielle Modulation wird im Allgemeinen bei Heißwasserkesseln oder Fluktuationsdampflasten verwendet.
Diese Betriebsart erlaubt einzelnen Kesseln eine schnellere Reaktion auf Anlagenbedingungen, da der Kesseldruck auf den benötigten Sollwert justiert wird. (Abbildung 2: Serielle Bedarfsaufteilung)

Die stetig befeuerten Kessel werden als ‚Führungskessel‘ bezeichnet. Alle anderen Kessel sind ‚Folgekessel‘ mit Prioritätsvergabe. Ein Kessel mit höherer Priorität wird immer vor einem Kessel mit niedrigerer Priorität gestartet, d.h. der effektivste Kessel wird immer zuerst, der ineffektivste immer zuerst gestoppt.

Kesselbereitschaft

Diese Funktion wird erreicht, indem die verfügbaren Kessel heiß im Standby-Modus belassen werden, bis sie benötigt werden. Dies wird erzielt, indem die nicht verwendeten Kessel periodisch befeuert werden. Dabei wird der benötigte Druck durch höhere und niedrigere Bereitschaftsschwellwerte oder über Rezirkulation von Rücklaufwasser zur Wärmeerhaltung im Kessel aufrecht erhalten. Kesselbereitschaft bietet als größten Vorteil eine ‚Warmstart‘-Funktionalität, die die Reaktion der Anlage auf plötzliche Laständerungen stark verbessert.

8-Tage Timer

Eine weitere Verbesserung der Mensch-Maschine-Schnittstelle bietet der 8-Tage Timer (Tabelle 1). Kesselbereitschaft wird nach täglichen Hoch- und Tief-Bereitschaftsschwellwerten des Drucks geordnet. Zusätzlich steht ein benutzerdefinierter ‚Today‘-Plan zur Verfügung, der bei Bedarf geladen werden kann. Bis zu vier optionale Sessioneinstellungen können vorkonfiguriert und in einem übergeordneten Leitrechner gespeichert werden.

Multi-Sequenz-Programmauswahl

Um den Anlagenanforderungen gerecht zu werden und zusätzlich den Treibstoffverbrauch zu senken, kann die Kesselauslastung über eine Multi-Sequenz-Programmauswahl automatisiert werden. Die Betriebsarten der Boiler können entsprechend der konfigurierten täglichen Sessions oder nach Ereignisfolgen geplant werden. Dadurch bieten sich folgende Vorteile: