用于改进化石燃料发电系统中的启动时间的系统和方法与流程

用于改进化石燃料发电系统中的启动时间的系统和方法


背景技术：

1.如本文所述的实施方案总体上涉及化石燃料发电系统的现有或新燃烧系统，尤其涉及一种用于改进具有化石燃料锅炉和蒸汽涡轮机的发电系统中的启动时间的系统和方法。
2.锅炉通常包括其中燃料燃烧来生成热量以产生蒸汽的炉。燃料的燃烧产生热能或热量，该热能或热量用于加热和蒸发诸如水的液体，这产生蒸汽。所产生的蒸汽可用于驱动涡轮机以产生电力或为其他目的提供热量。化石燃料诸如粉煤、石油、天然气等是在锅炉的许多燃烧系统中使用的典型燃料。例如，在粉煤锅炉中，将大气空气送入炉中并将其与粉煤混合以用于燃烧。
3.锅炉/管道/涡轮机热块很好地适于电力市场，这些电力市场是容量负载并且是基本负载的以保持操作效率和部件生命周期。当今的电力市场由于可再生能源越来越多的参与，正在从基本负载转移到循环负载和峰值负载。许多电网系统面临的新兴挑战是与此类可再生能源的突然和循环的电力生产概况相关联的电网稳定性。随着越来越多的可再生能源加入到电网中，越来越需要以低功率操作化石燃料焚烧发电厂和/或改进快速启动以帮助稳定电网。
4.目前，大型燃煤发电厂从冷态到达到其满负荷额定值的80％通常需要用时12至20小时。要使大型蒸汽发电厂更快响应快速变化的电网需求，需要设备在30分钟而非12至20小时内启动并达到其额定容量的80％或更高，这面临至少两大挑战。首先，为满足锅炉设计压力，要求锅炉/蒸汽管道和涡轮机部件由具有大/厚横截面的钢制成。这些厚壁部件要求升温速率不超过或不高于约400℉/小时的锅炉饱和温升和100℉/小时的蒸汽涡轮机温升。限制最大升温/冷却变化率的原因是为了最大限度地减少这些相应部件中的热应力，最终关乎其可用使用寿命。其次，在负载循环操作中(从满额定容量下降到约50％容量并恢复到满额定容量——每天多次)，锅炉和涡轮机系统及其整体连接的部件可能经受较大温度变化，例如高压蒸汽涡轮机和管道、过热器构造等。这些温度变化会导致部件寿命急剧缩短，并导致随后更换的必要性。因此，通常将设备温度和再热压力保持在高水平，以便避免对锅炉和涡轮机部件施加与温度相关的应力。因此，期望将锅炉系统部件保持在较高温度以减少设备重启、暖机甚至热重启循环时间，同时减少对设备部件的应力。


技术实现要素：

5.在一个实施方案中，描述了一种用于预热蒸汽驱动型发电系统的系统。该系统包括：锅炉系统，该锅炉系统包括主锅炉，该主锅炉具有燃烧系统，该锅炉系统用于在燃烧系统工作时产生蒸汽；蒸汽锅筒，该蒸汽锅筒具有流体耦接到锅炉的输入端；过热器，该过热器具有输入端和输出端，过热器的输入端流体耦接到蒸汽锅筒的输出端，过热器能够操作以使在锅炉中产生的蒸汽过热；再热器，该再热器具有输入端和输出端，再热器能够操作以再热冷却膨胀蒸汽。该系统还包括：多个蒸汽管道，该多个蒸汽管道包括第一蒸汽管道、第二蒸汽管道和第三蒸汽管道，第一蒸汽管道具有流体连接到过热器的输出端的第一端；涡
轮机，该涡轮机至少具有高压部段和中压部段，涡轮机能够操作以接收蒸汽并将蒸汽转化为旋转动力，其中高压部段的输入端流体连接到第一蒸汽管道的第二端且能够操作以将过热蒸汽从锅炉系统的过热器运送到涡轮机的高压部段，其中高压部段的输出端流体连接到第二蒸汽管道的第一端和第二蒸汽管道的第二端且能够操作以将冷却蒸汽运送到再热器，再热器的输出端连接在第三蒸汽管道的第一端处，并且第三蒸汽管道的第二端连接到中压部段的输入端且能够操作以将再热蒸汽从再热器运送到涡轮机的中压部段；辅助热源，该辅助热源用于提供蒸汽；第一流量控制阀，该第一流量控制阀能够操作以控制从辅助热源到第一蒸汽管道的蒸汽流量；第二流量控制阀，该第二流量控制阀能够操作以控制从辅助热源到第三蒸汽管道的蒸汽流量；第一隔离阀，该第一隔离阀设置在第一蒸汽管道的第一端处，位于第一蒸汽管道与过热器之间，第一隔离阀能够操作以隔离第一蒸汽管道中与锅炉系统相关联的流；第二隔离阀，该第二隔离阀设置在第二蒸汽管道的第二端处，位于第一蒸汽管道与再热器的输入端之间，第二隔离阀能够操作以隔离第二蒸汽管道中与锅炉系统相关联的流；第三隔离阀，该第三隔离阀设置在第三蒸汽管道的第一端处，位于第三蒸汽管道与再热器的输出端之间，第三隔离阀能够操作以隔离第三蒸汽管道中与锅炉系统相关联的流；至少一个电加热器，该电加热器以可操作方式被构造成加热被引导到第一蒸汽管道和第三蒸汽管道的蒸汽；传感器，该传感器能够操作以监测锅炉系统中的至少一个操作特性；以及控制器，该控制器被配置成接收与所监测的操作特性相关联的信息，并且控制第一流量控制阀、第二流量控制阀、第三流量控制阀、第一隔离阀、第二隔离阀、第三隔离阀以及辅助热源和电加热器中的至少一者，以在选定条件下并且在主锅炉系统不产生蒸汽时控制供应到多个蒸汽管道和涡轮机的蒸汽的量。
6.在另一个实施方案中，提供了一种用于再热发电系统的系统。该系统包括：锅炉系统，该锅炉系统包括主锅炉，该主锅炉具有燃烧系统，该锅炉系统用于在燃烧系统工作时产生蒸汽，主锅炉具有水冷壁，蒸汽锅筒位于水冷壁的顶部处，蒸汽锅筒具有流体耦接到水冷壁的输入端；辅助热源，该辅助热源用于提供蒸汽或热水；第一流量控制阀，该第一流量控制阀以可操作方式连接到辅助热源和主锅炉，并且能够操作以控制从辅助热源到水冷壁的蒸汽或热水流量；第一隔离阀，该第一隔离阀设置在水冷壁处，第一隔离阀在闭合时能够操作以隔离从蒸汽锅筒到锅炉的水冷壁的水循环；传感器，该传感器能够操作以监测锅炉系统中的至少一个操作特性；以及控制器，该控制器被配置成接收与所监测的操作特性相关联的信息，并且至少控制第一流量控制阀、第一隔离阀和辅助热源，以在锅炉系统不产生蒸汽时在选定条件下控制供应到水冷壁的蒸汽或热水的量。
7.在另一个实施方案中，提供了一种用于预热发电系统的方法。该发电系统包括锅炉系统，该锅炉系统具有主锅炉和燃烧系统，该锅炉系统用于在燃烧系统工作时产生蒸汽，主锅炉具有水冷壁和蒸汽锅筒，蒸汽锅筒位于水冷壁的顶部区域处并且具有流体耦接到水冷壁的输入端。用于预热发电系统的方法包括：以可操作方式连接辅助热源，该辅助热源用于向锅炉系统提供蒸汽或热水；利用流量控制阀控制从辅助热源到主锅炉的水冷壁的蒸汽或热水流量，流量控制阀以可操作方式连接在辅助热源和主锅炉之间；利用隔离阀隔离从蒸汽锅筒到锅炉的水冷壁的水循环，隔离阀设置在主锅炉的水冷壁处；监测锅炉系统中的至少一个操作特性；利用控制器接收与所监测的操作特性相关联的信息；以及在锅炉系统不产生蒸汽来升温锅炉时，利用控制器控制流量控制阀、隔离阀和辅助热源中的至少一者，
以控制供应到主锅炉的水冷壁的蒸汽或热水的量。
8.通过本公开的技术实现了另外的特征和优点。本文详细描述了本公开的其他实施方案和方面。为了更好地理解本公开及优点和特征，参见说明书和附图。
附图说明
9.通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述，将更好地理解所述实施方案，其中：
10.图1是根据一个实施方案的发电系统的简化示意图；
11.图2是根据一个实施方案的图1的发电系统的锅炉的示意图；
12.图3是根据另一个实施方案的发电系统的锅炉的示意图；并且
13.图4是根据另一个实施方案的发电系统的锅炉的示意图。
具体实施方式
14.下面将详细参考如本文所述的示例性实施方案，其示例在附图中示出。只要有可能，在整个附图中使用的相同附图标记指的是相同或相似的部分。虽然如本文所述的各种实施方案适合与燃烧系统一起使用，但一般来讲，为了清楚地说明，已选择并描述了诸如用于粉煤发电厂的粉煤锅炉。其他燃烧系统可包括利用各种不同燃料(包括但不限于煤、石油和天然气)的其他类型锅炉、熔炉和明火加热器。例如，设想的锅炉包括但不限于切向燃烧(t型燃烧)和壁式燃烧粉煤锅炉、循环流化床(cfb)和鼓泡流化床(bfb)锅炉、抛煤机锅炉、用于生物质锅炉的悬浮燃烧器、荷兰式锅炉、混合悬浮炉排锅炉以及火管锅炉。另外，其他燃烧系统可包括但不限于窑炉、焚化炉、明火加热器和玻璃熔炉燃烧系统。除非另有说明，否则在本公开中假定和参考的锅炉操作条件包括2650psig的典型发电厂蒸汽锅筒操作压力，1005℉的过热和再热出口蒸汽温度，但本公开适用于所有其他操作温度/压力水平。
15.如本文所述的实施方案涉及具有燃烧系统的发电系统，以及用于减少其启动时间和降低锅炉系统中的循环热应力的方法和控制方案。这些实施方案尤其涉及一种用于受控关闭该发电系统和锅炉的系统和方法，以及一种在冷态启动发电厂时对锅炉/涡轮机/蒸汽管道系统进行预热和保温并在热态重启发电厂时保持锅炉/涡轮机/蒸汽管道的压力/温度的方式。对这些锅炉系统部件进行预热有利于减少用于重启锅炉/蒸汽管道/涡轮机的时间，从而允许典型的燃煤发电厂更快响应突发性电网需求。此外，在低电网能量需求时期，例如，在电网需求低(可再生能源贡献高)时，可能/期望的是，需要一些化石燃料锅炉减少负载或甚至中断操作，作为维护和平衡电网的一部分工作。在这类情况下，根据所述实施方案中的一个或多个实施方案，代替将燃煤厂循环至最小负载，发起并进行停工过程，目的是在若干小时(例如，12小时多至若干天)的跨度内重启厂。
16.在锅炉/涡轮机在约50％至70％ mcr或更低负载下运行时，启动根据所述实施方案的锅炉关闭/重启程序，此时锅炉火焰熄灭(粉碎机被清空)，涡轮机节流阀闭合，并且熔炉烟气被吹除，在高温高压下开始“压火”过程。在一些实施方案中，对熔炉/燃烧系统进行吹扫，然后严密隔离以保存能量(锅炉压火)。在不工作时，锅炉的压力和温度将随时间缓慢衰减，然而，所述实施方案包括一种用于恢复这种不可避免的衰减的方法，该方法经由喷射蒸汽进入蒸汽管道、蒸汽锅筒和下锅筒以及间接地甚至涡轮机的受控导纳来提供升温喷射
蒸汽。在一个示例中，蒸汽由较小的辅助(副)锅炉或由次级蒸汽源(例如太阳能蒸汽源)供应以产生约500psig的主锅炉蒸汽锅筒压力，而无需点燃主锅炉。高压蒸汽涡轮机升温要求可通过来自辅助锅炉/次级蒸汽源的小蒸汽流来实现和维持。有利地，用于涡轮机保温的相同蒸汽还将用于所连接的蒸汽管道保温并且被加压以准备恢复电力生产。
17.图1示出了发电系统10，该发电系统包括燃烧系统11，该燃烧系统具有锅炉12，如发电应用中可采用的。锅炉12可以是在超临界或亚临界压力下操作的切向燃烧、壁式燃烧和工业或hrsg(热回收蒸汽发生器)或太阳能锅炉。所采用的锅炉可利用单一类型或组合类型的化石燃料或交替加热源将其能量释放到锅炉传热表面中。锅炉12包括灰料斗20、主燃烧器22和过热器27，在该过热器中的蒸汽可通过燃烧烟气过热。锅炉12还包括具有省煤器31的省煤器区28，在该省煤器区中，水可在进入蒸汽锅筒25或混合球体(25)(以下称为蒸汽锅筒25)之前被预热，以将水送到水冷壁23。可使用泵(图中未示出)帮助将锅炉水循环至水冷壁23并通过锅炉12。
18.通常，在发电系统10和燃烧系统11的运行中，锅炉12中的燃料燃烧会加热锅炉12的水冷壁23中的水。所加热的水与来自水冷壁的蒸汽的混合物(锅炉水)被收集在蒸汽锅筒25中，在该处锅炉水不仅与来自省煤器31的给水混合，而且蒸汽在离开蒸汽锅筒25时与锅炉水分离，然后传送到过热器27，在该处通过烟气将额外热量传递给蒸汽。然后将来自过热器27的过热蒸汽经由大体如60所示的管道系统引导至涡轮机50的高压部段52，在该处蒸汽膨胀并冷却以驱动涡轮机50，从而使发电机(图中未示出)转动来发电。之后，可将来自涡轮机50的高压部段52的膨胀蒸汽返回到再热器29以再热蒸汽，然后将蒸汽引导到涡轮机50的中压部段54，并最终引导到涡轮机50的低压部段56，在该处蒸汽连续膨胀和冷却以驱动涡轮机50。
19.如图1所示，燃烧系统11包括一系列传感器、致动器和监测装置，以监测和控制燃烧过程。此外，发电系统10也包括一系列传感器、致动器和监测装置，以监测和控制与根据所述实施方案的蒸汽发生和预升温相关联的加热过程。例如，发电系统10可包括多个流体流量控制装置，例如94、95(图2)，该多个流体流量控制装置控制系统10中的蒸汽流。在一个实施方案中，该多个流体流量控制装置可以是多个电致动阀，这些电致动阀可被调节以改变从中穿过的流体的量。该多个流量控制装置中的每个流量控制装置都能够由控制器100单独控制。
20.图2描绘了根据一个实施方案的用于减少热损失并预热发电系统110的至少一部分的系统的简化示意图。该系统和相关方法提供了一种用于减少锅炉112中的热损失并预热和维持操作特性的方法，这些操作特性包括但不限于至少涡轮机50和将锅炉112与涡轮机50互连的蒸汽管道系统60中的温度和压力。可容易理解，在冷态启动发电系统110时，任何预热或能量保存将帮助减少总体升温、蒸汽发生、发电启动时间(以下统称为启动时间)。此外，在锅炉112不工作且不产生蒸汽的情况下，发电系统110的部件中的每个部件将缓慢地开始向环境散热。热损失速率可基于环境温度、外部温度、特定部件、通风损失以及它们的保温程度而显著变化。因此，为延迟和减少热损失所做的努力将改善总体回收能力并由此改善启动时间。
21.在一个实施方案中，描述了一种系统构造和方法，该系统构造和方法用于在锅炉至少最初不工作时，减少热损失并采用升温蒸汽来维持操作特性(包括但不限于涡轮机50
和互连蒸汽管道60的温度)，以促进重启锅炉112和发电系统110。预热有利于更快重启锅炉112以及最终涡轮机50，从而允许燃煤发电厂更快响应突发性电网需求。为了应对电网低能量需求时期，可能需要一些化石燃料发电厂减少负载或甚至中断运行以保持电网平衡。在后一种情况下，所述实施方案用于减少热损失并确保提供升温蒸汽，从而加热主蒸汽管道例如60和蒸汽涡轮机50。此类升温有利于使锅炉112更快地转变为产生蒸汽，从而使发电系统110转变为比常规系统更快地进行电力生产。
22.继续图2，在需要关闭锅炉(即不产生蒸汽)的情况下，一旦烟气被充分吹扫，循环泵119就停止以防止整个系统发生进一步热损失。此外，任选地使用和关闭锅炉出口隔离风门117，以消除或最小化由于燃烧系统111中的通风效应导致的进一步热损失。在一个实施方案中，隔离风门117被选择和构造成为锅炉112的排气烟道提供紧密密封，以最小化/消除由于燃烧系统与烟囱诱导通风的连接所产生的通风而导致的对流能量损失。锅炉出口隔离风门117为多百叶风门或隔离型风门，其设计和制造用于紧密关闭能力，但其他构造也是可能的。
23.继关闭锅炉112后完成熔炉吹扫之后的所有时间内，烟气路径被隔离风门117可靠地隔离，并且将保持关闭，直到希望重启锅炉112为止。然而，隔离风门117将在所有预启动/预热操作期间保持关闭，直到在锅炉112中达到预期压力/温度，或者直到做出启动预热锅炉112的重启的决定。此时，锅炉出口隔离风门117才会打开，以启动燃烧空气风机(图中未示出)，从而在启动点火之前开始所需的熔炉吹扫过程。
24.继续图2，在一个示例性实施方案中，辅助锅炉70设有大体如80所示的相关管道和隔离阀94、95，其集成到发电系统110中，其中共同部件用共同附图标记标识。在一个实施方案中，通过来自辅助锅炉70的较小蒸汽流，辅助锅炉70确保使高压部段52和与将蒸汽输送到高压部段52相关联的互连蒸汽管道60的一部分(分别表示为61和62)维持在选定温度和压力下。有利地，由辅助锅炉70供应的蒸汽用于将高压部段52和蒸汽管道61和62维持在选定操作状态或特性，包括但不限于温度和压力，并且还可用于使所连接的蒸汽管道(例如，用于过热器27和再热器29的61、62和63)保温和加压，以准备将锅炉112和涡轮机50恢复到发电温度。
25.在一个实施方案中，辅助锅炉70被选择和构造成比发电系统110的锅炉112小得多的锅炉。例如，辅助锅炉70被额定为主要输送刚好足够的能量，以帮助使如本文所述的主蒸汽管道61、62和63以及至少涡轮机50的高压部段52和任选地中压部段54升温。通常，对于大多数发电系统110，预期辅助锅炉70的所需额定值将接近于主锅炉112的额定值的约0.10％至0.5％。辅助锅炉70可被构造成使用任何种类的可用燃料运行，例如煤、石油、天然气、电等。应当理解，与以非常低的水平运行大型主锅炉112相比，以接近其设计容量运行的小型锅炉处于其最有效且最环保的状态。因此，与以其设计额定值运行的小型锅炉相比，努力以低水平运行大型锅炉的成本更高，因为将其油/气燃烧能量传递到其锅炉水中以产生蒸汽的效率较低。所以，所述实施方案的基本主题是务实地采用小型、高效热源作为将发电系统110的全部或一部分保持在或接近预期操作温度(或至少尽可能保温)的手段。这些步骤都是为了减少和最小化将电力引入电网系统所需的时间。与主锅炉112的额定值相比，辅助锅炉70用于冷态预热蒸汽管道和涡轮机或用于将蒸汽管道60和涡轮机50维持在接近其额定温度/压力所需的设计蒸汽流量非常小，因为辅助锅炉70蒸汽将做的唯一“工作”是加热蒸
汽管道60和涡轮机50并将蒸汽管道60和涡轮机50维持在选定温度和压力下(即，定尺寸不需要包括任何用于发电的措施)。辅助锅炉70仅需要达到主锅炉112的额定值的上述小百分比，因为蒸汽管道60和涡轮机50将被隔离并且通常良好绝缘以保存和保持辅助锅炉70所需的能量。此外，维持操作特性(包括但不限于主蒸汽管道61、62和63以及至少涡轮机50的高压部段52的温度)控制来自辅助锅炉70的蒸汽温度并使其与涡轮机50的关键部件的温度更紧密地匹配，从而避免连续温度变化和梯度，这不仅会改善启动温度控制，还会减少冷启动热应力，否则冷启动热应力可能会对涡轮机50和燃烧系统110部件的总生命周期产生不利影响。
26.在一个实施方案中，来自辅助锅炉70的蒸汽被构造成具有一个或多个加热路径，这些加热路径可以独立分布。例如，辅助锅炉70可采用在发电系统110中按需串联布设的单个蒸汽输出路径。同样地，辅助锅炉70可采用在发电系统110中按需并联布设到多个位置的多个蒸汽输出路径。在一个实施方案中，辅助锅炉70被描绘为采用两个蒸汽输出路径，其中一个布设到与过热器27和高压部段52相关联的蒸汽管道(例如，61、62)，另一个以较低压力布设到与再热器29相关联的蒸汽管道(例如，63)。在一个实施方案中，来自辅助锅炉70的蒸汽经由管线81通过流量控制阀94被引导到蒸汽管道61的过热器端。与过热器27相关联的隔离阀91将过热器27与该蒸汽流分离。蒸汽穿过蒸汽管道61到达高压部段52，从而使涡轮机50的高压部段升温。随后，蒸汽通过蒸汽管道62返回到隔离阀92，然后经由热排放阀99传递到排放装置和热井(图中未示出)以最终再循环。类似地，沿着另一个路径，来自辅助锅炉70的蒸汽在选定的有限较低压力下经由管线82通过流量控制阀95被引导到蒸汽管道63的再热器端。与再热器29相关联的隔离阀93确保再热器与该蒸汽流分离。蒸汽穿过蒸汽管道63到达中压部段54，从而使中压部段54升温。随后，蒸汽传递到低压部段56并返回到排放装置和热井(图中未示出)以再循环。
27.在一个示例性实施方案中，管线81和82分别包括流量控制阀94和95，以调节和控制来自辅助锅炉70的两个路径中的蒸汽流，同时止回阀96确保蒸汽的隔离和适当定向流动。此外，在发电系统110和锅炉112正常运行期间，止回阀96和流量控制阀94、95将辅助锅炉70与锅炉的高压隔离。另外，管线81和82还包括电加热器84，以在必要时进一步加热来自辅助锅炉70的蒸汽，并且帮助使蒸汽管道60升温和维持系统110中的热量以用于选定的操作模式。在一个实施方案中，辅助锅炉70被构造成提供处于第一温度的蒸汽用于加热，而电加热器84被构造成向来自辅助锅炉70的蒸汽提供额外加热，以将蒸汽管道60加热到高于辅助锅炉70的水平。例如，为锅炉112的某些启动模式提供额外加热。在一个实施方案中，辅助锅炉70被构造成提供约500℉的蒸汽，而加热器84被构造成按需可控增加温度以使蒸汽管道60升温而不超过对所采用材料的约束。类似地，在选定条件下，流量控制阀97和98允许蒸汽在使蒸汽管道61、62和63升温之前直接从辅助锅炉70(或主锅炉112)流到涡轮机50，以单独预热涡轮机50。止回阀96确保蒸汽的隔离和适当定向流动。在一个实施方案中，如果/当需要时，供给高压蒸汽和低压蒸汽的管线81和82中的每条管线分别分支到高压部段52入口处和中压部段54入口处的接头，以便单独预热涡轮机50。分别设有流量控制阀97和98，以允许与主蒸汽管道60分开使相应涡轮机部段(例如，52、54)升温(如果控制室操作员如此选择)。在一个实施方案中，阀门97、98的出口接头将是现有涡轮升温控制阀的连接点。在运行期间，升温蒸汽将填充涡轮机部段，直至达到如涡轮机制造商所推荐的预期压力和温度以
及升温速率。在蒸汽释放其能量时，蒸汽冷凝并且经由现有壳体和节流排放阀排出涡轮机并进入现有冷凝器(图中未示出)，之后进入现有热井。一旦进入热井，冷凝物就被再循环。
28.图3描绘了用于预热发电系统310的至少一部分的系统的简化示意图，其中来自图1和图2的共同元件用共同附图标记表示，并且可能类似但与本实施方案相关的元件的附图标记增加300以标识它们的区别。发电系统310和相关方法提供了一种减少热损失、预热和维持操作特性的方式，包括但不限于在锅炉312不工作时锅炉312、水冷壁323和蒸汽锅筒25中的温度和压力，例如，其可与图1中的锅炉12和蒸汽锅筒25相同，但根据本实施方案的应用进行调适或修改。此外，在锅炉312不工作的情况下(即，不产生蒸汽)，发电系统310的部件中的每个部件将缓慢地开始向环境散热/泄压。预热促进更快重启锅炉312以及最终向涡轮机50提供蒸汽，从而允许典型燃煤发电厂更快响应突发性电网需求。如上所述，为了应对电网低能量需求时期，可能需要一些化石燃料发电厂减少负载或甚至中断运行以保持电网平衡。在后一种情况下，所述实施方案确保提供升温水或蒸汽，从而加热锅炉和蒸汽锅筒25。此类升温有利于使锅炉312更快地转变为产生蒸汽，从而使发电系统310转变成比常规系统更快地进行电力生产。虽然所述实施方案针对采用对流加热和循环的自然循环锅炉，但是该等描述仅为示例。如本领域技术人员将理解的，所述实施方案可以容易地使用和应用于受控循环和超临界锅炉，其任选地使用所述循环或其内部循环系统来促进升温。此外，虽然所述实施方案涉及在辅助热源370中采用热水加热，但是应当理解，也可以如本文所述采用蒸汽，并进行必要的修改以根据需要包括蒸汽喷射，从而在锅炉312中混合蒸汽和热水。
29.继续图3，在一个实施方案中，锅炉被关闭(不产生蒸汽)。一旦烟气被充分吹扫，任选地，停止循环泵(如果配备)以防止整个系统的进一步热损失。此外，任选地使用和关闭隔离风门317，以避免由于燃烧系统311中的通风效应导致的进一步热损失。在一个实施方案中，隔离风门317被选择和构造成为锅炉312的排气烟道提供紧密密封，以最小化通风损失。在一个实施方案中，视情况而定，在烟气进入空气预热器(图中未示出)或scr(选择性催化还原器)(图中未示出)之前，隔离风门317位于锅炉出口管道中。应当理解，空气预热器和scr是燃烧系统中通常连接的烟气设备，但是位于燃烧边界之外，并且不是所述实施方案的主题。气体出口风门317连同燃烧空气风机入口百叶窗和出口隔离风门将有效地关闭所连接的烟囱的对流力。辅助热源370设有大体如380所示的相关管道和阀门390、396，其集成到发电系统310中。通过来自辅助热源370的小蒸汽流，辅助热源370确保使锅炉312、水冷壁323和蒸汽锅筒25分别维持在选定温度和压力下。
30.在一个实施方案中，辅助热源370被选择和构造成比发电系统310的锅炉312小得多的额定锅炉。例如，辅助热源370的尺寸正好足够大，以帮助使如本文所述的锅炉312和蒸汽锅筒25升温。通常，对于大多数发电系统310，预期辅助热源370的尺寸将接近于主锅炉312的尺寸的约0.3％至2.0％，但其他尺寸也是可能的，具体取决于加热要求、绝缘、环境温度、锅炉尺寸等。辅助热源370可被构造成使用任何种类的可用燃料以及煤、石油、天然气、电等运行。在一个实施方案中，辅助热源为锅炉。在另一个实施方案中，辅助热源370为电加热器。应当理解，以接近容量运行的小型锅炉处于其最有效且最环保的状态。相反，基于控制功能、效率、部件寿命预期和环境考虑，努力以低容量水平运行大型锅炉(例如，锅炉312)则不太有利。因此，所述实施方案的基本主题是务实地采用小型、高效热源或主锅炉内的残
余热能作为将发电系统310的全部或一部分保持在或接近预期操作温度(或至少尽可能保温)的手段。这些步骤都是为了减少和最小化使发电系统310达到发电能力所需的时间。此外，维持主锅炉312和蒸汽锅筒25的温度避免了重复温度变化和梯度，该等重复温度变化和梯度可能影响发电系统310部件的总生命周期。
31.在一个实施方案中，来自辅助热源370的蒸汽或热水被构造成具有一个或多个加热路径，这些加热路径可以独立分布。例如，辅助热源370可采用在发电系统310中按需串联布设的单个热水或蒸汽输出路径。同样地，辅助热源370可采用在发电系统310中按需并联布设到多个位置的多个热水或蒸汽输出路径。在一个实施方案中，辅助热源370被描绘为采用经由选定阀门系统布设到锅炉312的单个热水输出路径。在一个实施方案中，来自辅助热源370的蒸汽或热水经由管线381通过流量控制阀390被引导到锅炉312的水冷壁。在辅助热源370供应蒸汽的情况下，可以采用喷洒器315来促进在水冷壁323处混合蒸汽。在一个实施方案中，应当理解，如果蒸汽是为锅炉3570所选的热源，则可能需要对图3的系统进行一些修改/添加，包括但不限于添加喷洒器/混合室、采用辅助热源370作为具有分离锅筒的蒸汽锅炉、或在较高压头/较低容量循环泵下运行。另外，再循环泵将需要旁路或再循环管线，以允许在作为蒸汽锅炉运行时在辅助热源370的锅炉启动期间控制锅筒液位，并且在流量控制阀390的下游需要设置止回阀，以防止来自主锅炉312的水回流。
32.隔离阀396隔离水从蒸汽锅筒25到任选的喷洒器315和/或水冷壁323的入口的正常路径。蒸汽或热水穿过水冷壁323到达蒸汽锅筒25，随后从蒸汽锅筒25经由管线382返回到泵375，然后返回到辅助热源370以被再热和再循环。隔离阀392、394和流量控制阀390促进在选定操作条件下和在锅炉312正常运行期间将泵375、辅助热源370与锅炉隔离，以避免将辅助热源370暴露于与锅炉312运行相关联的高压，并且在正常运行期间不妨碍锅炉312的自然循环。
33.图4描绘了根据一个实施方案的用于减少热损失并预热发电系统410的至少一部分的系统的简化示意图。该系统和相关方法提供了一种用于减少锅炉412中的热损失并预热和维持操作特性的方式，这些操作特性包括但不限于锅炉412、涡轮机50和将锅炉412与涡轮机50互连的蒸汽管道系统60中的至少一者的温度和压力。可容易理解，在冷态启动发电系统410时，任何预热将帮助减少总体升温、蒸汽发生、发电启动时间(以下统称为启动时间)。此外，在锅炉412不工作的情况下，发电系统410的部件中的每个部件将缓慢地开始向环境散热。热损失的速率可基于环境温度、外部温度、特定部件以及它们的隔离程度而显著变化。因此，为延迟和减少热损失所做的努力将改善总体回收能力并由此改善启动时间。
34.在一个实施方案中，描述了一种系统构造和方法，该系统构造和方法用于在锅炉最初不工作时，减少热损失并采用升温蒸汽来维持涡轮机50和互连蒸汽管道线60的温度，以促进重启锅炉412和发电系统410。预热有利于更快重启锅炉412以及最终涡轮机50，从而允许发电厂更快响应突发性电网需求。所述实施方案提供用于减少热损失并确保提供升温蒸汽，从而加热锅炉412、主蒸汽管道例如60和蒸汽涡轮机50。此类升温有利于使锅炉412更快地转变为产生蒸汽，从而使发电系统410转变成比常规系统更快地进行电力生产。
35.继续图4，锅炉412关闭且不工作。一旦烟气被充分吹扫，任选地，停止循环泵419以防止整个系统的进一步热损失。此外，关闭隔离风门417，以避免由于燃烧系统411中的通风效应导致的进一步热损失。在一个实施方案中，隔离风门417被选择和构造成为锅炉412的
排气烟道提供紧密密封，以最小化通风损失。隔离风门417在进入空气预热器(图中未示出)或scr(图中未示出)之前位于锅炉出口管道中。空气预热器和scr是连接的烟气设备，但是位于燃烧边界之外，并且不是所述实施方案的一部分。气体出口风门连同燃烧空气风机入口百叶窗和出口隔离风门将有效地关闭所连接的烟囱的对流力。另外，在一个示例性实施方案中，辅助锅炉470设有大体如80所示的相关管道和隔离阀91-99，其集成到发电系统410中，其中共同部件用共同附图标记标识。在一个实施方案中，辅助锅炉470通过经由喷洒器415喷射蒸汽进入蒸汽锅筒25和下锅筒的受控导纳来提供升温喷射蒸汽，以供给锅炉412和使水冷壁423升温，从而确保维持锅炉412中的温度和压力。在一个实施方案中，蒸汽可由辅助锅炉470充分供应以产生并维持蒸汽锅筒25中约500psig的压力。有利地，由辅助锅炉470供应的蒸汽用于将锅炉412、蒸汽锅筒25、高压部段52以及蒸汽管道61和62保持在选定温度和压力下，并且还可用于使所连接的用于过热器27和再热器29的蒸汽管道61、62和63保温和加压，以准备将锅炉412恢复运行，使得能够以最小或减少的延迟进行电力生产。
36.辅助锅炉470被选择和构造成比发电系统410的锅炉4712小得多的锅炉。例如，辅助锅炉470的尺寸正好足够大，以帮助使如本文所述的锅炉412、蒸汽锅筒25、主蒸汽管道61、62和63以及涡轮机50的至少高压部段52升温。通常，对于大多数发电系统410，预期辅助锅炉470的尺寸将接近于主锅炉412的尺寸的约3％至10％。在另一个实施方案中，辅助锅炉的容量将接近于锅炉412的容量的约5％至8％。辅助锅炉470可被构造成使用任何种类的可用燃料运行，例如煤、石油、天然气、电等。应当理解，以接近容量运行的小型锅炉处于其最有效且最环保的状态。相反，从控制、效率和环境考虑来看，努力以低容量水平运行大型锅炉是困难的。因此，所述实施方案的基本主题是务实地采用小型、高效热源作为将发电系统410的全部或一部分保持在或接近预期操作温度的手段。这些步骤都是为了减少和最小化使发电系统410达到发电能力(以及减少由循环加热引起的应力，该应力会导致锅炉部件的寿命缩短)所需的时间。此外，维持锅炉412、蒸汽锅筒25、主蒸汽管道61、62和63以及涡轮机50的至少高压部段52的温度避免了连续温度变化和梯度，该等连续温度变化和梯度可能影响涡轮机50和锅炉系统40部件的总生命周期。
37.在一个实施方案中，来自辅助锅炉470的蒸汽被构造成具有一个或多个加热路径，这些加热路径可以独立分布。例如，辅助锅炉470可采用在发电系统410中按需串联布设的单个蒸汽输出路径。同样地，辅助锅炉470可采用在发电系统410中按需并联布设到多个位置的多个蒸汽输出路径。在一个实施方案中，辅助锅炉470被描绘为采用两个蒸汽输出路径，其中一个布设到与过热器27和高压部段52相关联的蒸汽管道(例如，61、62)，另一个布设到与再热器29相关联的蒸汽管道63。在一个实施方案中，来自辅助锅炉470的蒸汽经由管线81通过流量控制阀94被引导到蒸汽管道61的过热器端。与过热器27相关联的隔离阀91将过热器27与该蒸汽流分离。蒸汽穿过蒸汽管道61到达高压涡轮机52，从而使高压涡轮机升温。随后，蒸汽通过蒸汽管道62返回到隔离阀92，然后经由热排放阀99传递到排放装置和热井(图中未示出)以最终再循环。类似地，沿着另一个路径，来自辅助锅炉470的蒸汽在选定的有限较低压力下经由管线82通过流量控制阀95被引导到蒸汽管道63的再热器端。与再热器29相关联的隔离阀93确保再热器与该蒸汽流分离。蒸汽穿过蒸汽管道63到达中压部段54，从而使蒸汽管道63和中压部段54升温。随后，蒸汽传递到低压部段56并返回到放装置和冷凝器/热井(图中未示出)以再循环。
38.在一个实施方案中，管线81和82分别包括流量控制阀94和95，以调节和控制来自辅助锅炉470的两个路径中的蒸汽流，同时止回阀96确保蒸汽的隔离和适当定向流动。此外，在发电系统410和锅炉412正常运行期间，止回阀96和流量控制阀94、95将辅助锅炉470与锅炉的高压隔离。另外，管线81和82还可包括电加热器84，以进一步加热来自辅助锅炉4770的蒸汽，并且帮助使蒸汽管道60升温和维持系统410中的热量以用于选定的操作模式。在一个实施方案中，辅助锅炉470被构造成提供处于第一温度的蒸汽用于加热，而电加热器84被构造成向来自辅助锅炉470的蒸汽提供额外加热，以加热蒸汽管道60。例如，为锅炉12的某些启动模式提供额外加热。在一个实施方案中，辅助锅炉470被构造成提供约500℉的蒸汽，而加热器84被构造成按需可控增加温度以使蒸汽管道60升温而不超过所采用材料的设计温度。类似地，在选定条件下，流量控制阀97和98允许蒸汽在使蒸汽管道61、62和63升温之前直接从辅助锅炉470(或图中未示出的主锅炉12)流到涡轮机50，以单独预热涡轮机50。止回阀96确保蒸汽的隔离和适当定向流动。在一个实施方案中，如果/当需要时，供给高压蒸汽和低压蒸汽的管线81和82中的每条管线分别分支到高压部段52入口处和中压部段54入口处的接头，以便单独预热涡轮机50。设有流量控制阀97和98，以允许与主蒸汽管道60分开使相应涡轮机部段(例如，52、54)升温(如果控制室操作员如此选择)。在一个实施方案中，阀门97、98的出口接头将是现有涡轮升温控制阀的连接点。在运行期间，升温蒸汽将填充涡轮机，直至达到如涡轮机制造商所推荐的压力和温度以及升温速率。在蒸汽释放其能量时，蒸汽冷凝并且经由现有壳体和节流排放阀排出涡轮机并进入现有冷凝器(图中未示出)，之后进入现有热井。一旦进入热井，冷凝物就被再循环。
39.继续图4，在一个实施方案中，通过来自辅助锅炉470的小蒸汽流，辅助锅炉470还确保使锅炉412、水冷壁423和蒸汽锅筒25分别维持在选定温度和压力下。在一个实施方案中，来自辅助锅炉470的高压侧的蒸汽经由管线81通过流量控制阀485被引导到锅炉412的水冷壁。可采用喷洒器或锅筒415来促进在水冷壁423处以及在蒸汽锅筒25中按需混合蒸汽，以维持或增加其中的温度和压力，从而促进重启主锅炉412。有利地，在维持水冷壁423和锅筒的温度和压力时，过热器27和再热器29也通过来自所加热水冷壁423的对流被加热。流量控制阀485还促进在选定操作条件下和在锅炉412正常运行期间将辅助锅炉470与锅炉412隔离，以避免将辅助锅炉470暴露于与主锅炉412运行相关联的高压。
40.继续图4，在一个实施方案中，任选地采用具有喷洒器的一个或多个蓄能器433，以在升高温度和压力下储存冷凝物。在一个实施方案中，在主锅炉412熄火并且蒸汽锅筒25的压力衰减到其设计操作压力的约75％之后，蓄能器433开始充压，以捕获系统410中剩余的一些能量。在这种情况下，涡轮机50仍可在锅炉412燃烧熄灭的情况下产生一些动力。此时，蒸汽涡轮机将已开始其关闭过程并且其节流阀接近关闭位置。同时，在蓄能器流量控制阀487开始打开时，涡轮机阀门(图中未示出)开始关闭，从而对已控制在约1000psig的部分填充蓄能器433进行充压。结果，来自过热器27的蒸汽被滞留在蓄能器433中的冷凝水冷凝。蓄能器将借助于来自锅炉412的任何剩余余热继续建压。在一个实施方案中，如果蓄能器433中的压力在达到选定充压压力之前就开始衰减，则所有蓄能器隔离阀(例如，486、487、488、489)在达到最大充压时关闭。在一个实施方案中，采用2000psig的目标压力，但其他压力也是可能的。此外，在一个实施方案中，如果锅炉412的蒸汽锅筒压力已经开始衰减或者处于其额定压力的约95％，则可以关闭阀门91、92和93以开始热待机时段。气体出口风门417和
循环泵419可被关闭/关停以保存残余炉热。上述过程基于任何特定尺寸的锅炉412和系统410的特定额定值和容量来设计并由燃烧系统411控制。
41.在一个实施方案中，蓄能器433经由控制阀487从1000psig的初始控制压力开始充压，直到达到可能的最大压力，但在任何情况下都不高于2000psig的蓄能器最大操作压力。在达到最大可实现的蓄能器压力时，控制阀487关闭并且之后蓄能器将被视为“充满”。随着时间的推移，在蓄能器通过止回阀释放其所包含的能量时，蓄能器压力将逐渐衰减。在蓄能器压力下降到小于500psig时，蓄能器将经由辅助/替代能量源被再充压，直至达到该能量源的最大操作压力，但在任何情况下都不高于2000psig。在一个实施方案中，该辅助/替代能量源的最大操作压力可以是最小1500psig。
42.继续图4，在一个实施方案中，任选地采用具有喷洒器的一个或多个蓄能器433，以在升高温度和压力下储存冷凝物，从而在锅炉412至少几天不工作的一段时间后改善锅炉412的重启。在重启锅炉412时，来自蓄能器433的加热、加压冷凝物可用于继续预热锅炉412，同时蓄能器433中的冷凝水也可用于经由使用蓄能器排水阀486来快速改善主锅炉412的锅炉水质量。另外，蓄能器433中的冷凝水水位可以由辅助锅炉470经由阀门486和488维持，或者由主锅炉412经由阀门488或阀487维持。如果并且仅在在主锅炉412启动期间需要时，利用所存储的冷凝物有助于最小化启动时间，这通过减少如在业内通常经历的相关联锅炉水排放延迟时段来实现。此外，在锅炉412启动期间，来自蓄能器433的储存蒸汽可经由控制阀486被引导到锅炉412的下锅筒415和蒸汽锅筒25中的喷洒器以用于预热。同时，通过打开控制阀94和95，来自蓄能器433的少量蒸汽被引导到蒸汽管道61和再热管道62。出于启动目的，蓄能器433可独立充当升温或补充蒸汽源，并且与辅助锅炉470一起补充水。出于保温目的，蓄能器43可独立操作，直到当蓄能器433耗尽其能量时调用辅助锅炉770提供蒸汽。
43.在一个实施方案中，在运行期间，来自辅助锅炉470的蒸汽被引导到多个路径。例如，在一个实施方案中，同时或单独采用多达三个主蒸汽路径，这些路径具有如选定操作模式所必需的可控且可变流量。在一个实施方案中，大管道(例如，直径约8")从标记为471的辅助锅炉蒸汽锅筒的顶部布设到喷射蒸汽流量控制阀485。在流量控制阀485的下游，蒸汽流可被分成两个路径，一个被引导到主锅炉的蒸汽锅筒25，另一个被引导到下锅筒415或它们之间的交叉管。到每个锅筒(例如，25、415)的蒸汽流分配可由尺寸适合工厂特定设计要求的内部流量孔(图中未示出)控制。
44.在另一个实施方案中，第二和第三流动路径将蒸汽从辅助蒸汽锅筒471最终引导到主蒸汽管道(例如，61和63)以使主蒸汽管道升温，或者附加地或替代地分别引导到涡轮机50的高压部段52或中压部段54。在一个实施方案中，该第二流动路径将蒸汽从辅助锅炉470的蒸汽锅筒471引导到压力控制阀472，以降低用于再热器路径和涡轮机50的中压部段54的压力。在一个实施方案中，升温蒸汽然后返回到辅助锅炉470，在该处蒸汽被过热约100℉，流入收集集管(如rh所示)。然后，蒸汽流可通过现有蒸汽阀98被引导到涡轮机50的中压部段54，并且/或者蒸汽可被引导到再热器蒸汽管道63，首先流过所连接的止回阀96，然后流过蒸汽流量控制阀95，接着流过电蒸汽加热器84，之后终止于蒸汽管线63，如本文先前所述。在一个实施方案中，蒸汽供应管道82的尺寸可以是约2"直径，在进入大蒸汽管道(63)的接入点处具有1-1/2"接头。蒸汽流进入蒸汽管道63，释放其能量，并通过升温蒸汽阀98流入涡轮机50的停用中压部段54的入口。在蒸汽使涡轮机50的中压部段54升温时，一些蒸汽冷
凝并且通过现有涡轮机排放阀(图中未示出)被移除到冷凝器，然后被移除到热井(图中未示出)，在该处水被返回到辅助锅炉(470)或根据需要储存。对进入涡轮机50的中压部段54的升温蒸汽进行温度监测，以确保不超过涡轮机温度和压力约束。升温蒸汽温度控制可通过经由控制阀96将“回火蒸汽”引入蒸汽管道(例如，61或63)中和/或控制由电蒸汽加热器84提供的加热来实现。
45.在一个实施方案中，用于蒸汽管道61的第三升温蒸汽流动路径连接到过热器29，并且类似于上述路径，但有两个变化。经由蒸汽管道81的蒸汽流动路径不利用压力控制阀(如经由蒸汽管道82的再热器升温蒸汽流动路径那样)，因为此路径是针对过热器27的较高操作温度和压力来设计和构型的。类似地，进入涡轮机50的高压部段52的升温蒸汽的一部分被引导到蒸汽管道62中，由此剩余蒸汽能量使蒸汽管道62升温。另外，第二个变化在于，在一个实施方案中，辅助锅炉470向主锅炉412和蒸汽管道60以及蒸汽涡轮机50提供蒸汽。升温和加压蒸汽经由锅炉412和过热器27被引导到蓄能器433中。在省煤器给水管道中设有止回阀以防止给水回流。蒸汽流被引导通过流量控制阀487，并且被引导到位于立式蓄能器433基座附近的蒸汽喷洒器(图中未示出)中。在一个实施方案中，蓄能器包括多个立式蓄能器，蒸汽/水流被引导到卧式保温锅筒(图中未示出)，并且蒸汽/水被引导到第二卧式蒸汽分离锅筒，在该处水位被控制。在一个实施方案中，控制器100执行包括操纵控制阀487、94、95、488、486和489以控制蒸汽流量和水位的过程。在一个实施方式中，保温锅筒通过下导管连接到保冷锅筒，该下导管用于在正被加压的蓄能器433中提供自然循环流，从而提高冷凝效率。蒸汽在最上面的卧式锅筒中被分离。最上面的卧式锅筒为蒸汽分离锅筒，并且保温锅筒位于该分离锅筒的下方。在蒸汽分离锅筒的顶部共有三(3)个出口蒸汽流动路径。一个蒸汽流动路径经由流量控制阀94被引导到过热器蒸汽管道61。第二蒸汽流动路径经由流量控制阀95被引导到再热器蒸汽管道63。减压控制阀472仅在辅助锅炉470运行时才被投入运行。
46.第三个也是最终蒸汽流动路径经由流量控制阀487到达主锅炉蒸汽锅筒25，其中蒸汽流被引导到歧管(图中未示出)中，该歧管位于蒸汽锅筒25内部正常水位以下并且配备浸没在该水位以下的若干蒸汽喷洒器(图中未示出)，从而释放蓄能器能量以被吸收到主锅炉(412)的锅炉水中。蒸汽在穿过过热器27后经由阀门487被引导到蓄能器433，并且在与过热器27出口集管处的温度和压力相对应的温度和压力下加热储存在蓄能器433中的冷凝物。冷凝物作为补充水经由阀门486被引导到锅炉水冷壁423。另外，隔离阀488和486在正常锅炉操作条件(例如，比由控制系统410控制的蓄能器控制“起始压力”1000psig更高的温度和压力)下将蓄能器与锅炉412和锅筒25隔离。
47.由所述实施方案提供的发电系统及其控制为操作员提供了经济、排放和操作益处。特别地，可通过根据锅炉的热启动和冷启动条件两者优化预热时间来实现燃料节省和排放减少。发电系统110通过精确控制涡轮机通风、任选的压缩机和任选的辅助热源以及选择性锅炉/蒸汽锅筒再热过程来提供主锅炉关闭和重启。例如，通过促进主锅炉停工和重启，从而允许发电系统更好地响应于网格电网需求的变化，可针对操作中的每个锅炉实现显著的节省。由于与有效操作发电机以使用涡轮机来促进系统保温和重启相关联的燃料和排放物的量较低，因此可实现这些成本节省。这种减少还导致排放物改进，因为避免了在功率降低的低效条件下操作主锅炉。此外，在主锅炉不工作时采用涡轮机通风进行再热，这避
免了操作或使用为操作下游装备(包括用于所需空气质量控制装备的风机和泵)所需的辅助电力的需要。辅助电力的减少转化为实现给定生产水平需要更少的燃料和蒸汽，这继而进一步减少了燃料需求并提高了效率。
48.除了节省操作之外，所述实施方案的发电系统还为新厂或锅炉设计和构造节省了资本成本。特别地，利用本文所公开的控制系统，可以设计/计划用于较低锅炉重启约束的装备。此外，所述实施方案的发电系统提供对现有的改装厂或锅炉设计和构造的资本节省和经常成本节省。特别地，利用本文所公开的系统和方法，可以修改现有装备以实现更低的重启约束，同时实现更快的重启。
49.虽然所述实施方案的发电系统允许实时监测由控制器用来精确控制涡轮机通风和锅炉再热的众多操作参数，但所述实施方案在这方面不限于此。特别地，除了用于锅炉预热过程控制之外，还可存储和编译各种传感器反馈，以用于诊断和预测分析，从而用于过程和装备的资产性能和维护评估。也就是说，可将从各种传感器和测量装置获得的数据存储或传输到中央控制器等，使得可评估和分析装备和过程性能。例如，可将传感器反馈用于评估装备健康状况，以用于安排维护、修理和/或更换。
50.尽管在实施方案中，软件应用程序中指令序列的执行使得至少一个处理器执行本文所述的方法/过程，但可使用硬连线电路来代替或结合用于实现所述方法/过程的软件指令。因此，本文所述的实施方案不限于硬件和/或软件的任何特定组合。
51.如本文所用，“电通信”或“电耦接”意味着某些部件被配置成通过经由直接或间接电连接的直接或间接信令来彼此通信。如本文所用，“机械耦接”是指能够支持用于在部件之间传递转矩的必要力的任何耦接方法。如本文所用，“以可操作方式耦接”是指直接或间接连接。连接不一定是机械附接。
52.如本文所用，以单数形式列举并且以词语“一个”或“一种”开头的元件或步骤应该被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明这种排除。此外，对所述实施方案中的“一个实施方案”的提及不旨在被解释为排除也包含所列举特征的其他实施方案的存在。此外，除非明确相反说明，否则“包括”、“包含”或“具有”具有特定属性的一个元件或多个元件的实施方案可包括不具有该属性的其他此类元件。
53.另外，虽然本文所述材料的尺寸和类型旨在限定与所述实施方案相关联的参数，但它们决不是限制性的并且是示例性实施方案。在回顾以上描述时，许多其他实施方案对本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，应参考所附权利要求书来确定本发明的范围。此类描述可包括本领域的普通技术人员想到的其他示例，并且如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言相同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等同结构元件，则此类其他示例预期在权利要求书的范围内。在所附权利要求书中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的纯英文等同形式。此外，在以下权利要求书中，术语诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“底部”、“顶部”等仅用作标记，并且不旨在对它们的对象施加数值或位置要求。此外，不是以平均值加函数格式书写的以下权利要求书的限制不旨在解释为此类限制，除非且直到此类权利要求书限制在其他结构的空隙函数的说明之后明确使用短语“用于
……
的方式”。

技术特征：
1.一种用于再热蒸汽驱动型发电系统(110)的系统，所述系统包括锅炉系统(112)，所述锅炉系统包括：主锅炉(22)，所述主锅炉具有燃烧系统(111)，所述锅炉系统用于在所述燃烧系统工作时产生蒸汽；蒸汽锅筒(25)，所述蒸汽锅筒具有流体耦接到锅炉(12)的输入端；过热器(27)，所述过热器具有输入端和输出端，所述过热器的所述输入端流体耦接到所述蒸汽锅筒(25)的输出端，所述过热器能够操作以使在所述锅炉(112)中产生的蒸汽过热；再热器(29)，所述再热器具有输入端和输出端，所述再热器能够操作以再热冷却膨胀蒸汽；多个蒸汽管道(60)，所述多个蒸汽管道包括第一蒸汽管道(61)、第二蒸汽管道(62)和第三蒸汽管道(63)，所述第一蒸汽管道具有流体连接到所述过热器(27)的所述输出端的第一端；涡轮机(50)，所述涡轮机至少具有高压部段(52)和中压部段(54)，所述涡轮机能够操作以接收蒸汽并将所述蒸汽转化为旋转动力，其中所述高压部段的输入端流体连接到所述第一蒸汽管道(61)的第二端且能够操作以将过热蒸汽从所述锅炉系统的所述过热器(27)运送到所述涡轮机的所述高压部段，其中所述高压部段(52)的输出端流体连接到所述第二蒸汽管道(62)的第一端和所述第二蒸汽管道的第二端且能够操作以将冷却蒸汽运送到所述再热器(29)，所述再热器的输出端连接在所述第三蒸汽管道(63)的第一端处，并且所述第三蒸汽管道的第二端连接到所述中压部段(54)的输入端且能够操作以将再热蒸汽从所述再热器运送到所述涡轮机的所述中压部段；辅助热源(70)，所述辅助热源用于提供蒸汽；第一流量控制阀(94)，所述第一流量控制阀能够操作以控制从所述辅助热源到所述第一蒸汽管道的蒸汽流量；第二流量控制阀(95)，所述第二流量控制阀能够操作以控制从所述辅助热源(70)到所述第三蒸汽管道的蒸汽流量；第一隔离阀(91)，所述第一隔离阀设置在所述第一蒸汽管道的所述第一端处，位于所述第一蒸汽管道与所述过热器(27)之间，所述第一隔离阀能够操作以隔离所述第一蒸汽管道中与所述锅炉系统相关联的流；第二隔离阀(92)，所述第二隔离阀设置在所述第二蒸汽管道的所述第二端处，位于所述第一蒸汽管道与所述再热器(29)的所述输入端之间，所述第二隔离阀能够操作以隔离所述第二蒸汽管道中与所述锅炉系统相关联的流；第三隔离阀(93)，所述第三隔离阀设置在所述第三蒸汽管道的所述第一端处，位于所述第三蒸汽管道与所述再热器(29)的所述输出端之间，所述第三隔离阀能够操作以隔离所述第三蒸汽管道中与所述锅炉系统相联的流；至少一个电加热器(84)，所述至少一个电加热器以可操作方式被构造成加热被引导到所述第一蒸汽管道和所述第三蒸汽管道的蒸汽；传感器，所述传感器能够操作以监测所述锅炉系统中的至少一个操作特性；和控制器(100)，所述控制器被配置成接收与所监测的操作特性相关联的信息，并且控制所述第一流量控制阀(94)、所述第二流量控制阀(95)、第三流量控制阀(95)、所述第一隔离阀(91)、所述第二隔离阀(92)、所述第三隔离阀(93)以及所述辅助热源(70)和所述电加热器(84)中的至少一者，以在选定条件下并且在所述主锅炉系统不产生蒸汽时控制供应到所述多个蒸汽管道(60)和所述涡轮机(50)的蒸汽的量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中：所述至少一个操作特性是在所述多个蒸汽管道(60)、所述主锅炉(22)、所述蒸汽锅筒(25)和所述涡轮机(50)中的至少一者中测量，并且/或者辅助锅炉(70)包括限压阀(96)以向所述第三蒸汽管道(63)和所述涡轮机(50)的所述中压部段(54)提供减压的蒸汽，并且/或者向所述第三蒸汽管道和所述涡轮机的所述中压部段提供的压力限于约650psi。3.根据权利要求1所述的系统，其中：所述至少一个操作特是在所述第一蒸汽管道(61)、所述主锅炉(22)、所述蒸汽锅筒(25)和所述涡轮机(50)中测量。4.根据权利要求3所述的系统，其中：所述至少一个操作特性包括温度和压力中的至少一者，并且/或者所述至少一个操作特性是在所述第一蒸汽管道的所述第一端处测量的温度。5.根据权利要求1所述的系统，其中：控制供应到所述多个蒸汽管道和所述涡轮机的蒸汽的量，以维持所述涡轮机的所述高压部段和所述中压部段中的至少一者的选定约束。6.根据权利要求5所述的系统，其中：所述选定约束包括温度、温度梯度和压力中的至少一者。7.根据权利要求6所述的系统，其中：所述选定约束包括所述多个蒸汽管道中的一个蒸汽管道和所述涡轮机中的至少一者的温度、温度梯度和压力中的至少一者。8.根据权利要求1所述的系统，还包括：第三流量控制阀(390)，所述第三流量控制阀以可操作方式连接在所述辅助锅炉(370)和所述锅炉系统之间；至少一个喷洒器(315)，所述至少一个喷洒器设置在所述主锅炉(312)和/或所述蒸汽锅筒(25)处，所述喷洒器能够操作以将来自所述辅助锅炉(370)的蒸汽与所述喷洒器中的水混合，并且其中所述控制器(100)能够操作以控制所述辅助锅炉(370)和所述第三流量控制阀(390)中的至少一者，使得蒸汽被引导到所述至少一个喷洒器(315)，以在选定操作条件下使所述锅炉和/或所述蒸汽锅筒(25)升温。9.根据权利要求8所述的系统，其中：所述选定操作条件包括维持所述主锅炉和/或所述蒸汽锅筒中的温度和压力中的至少一者。10.根据权利要求9所述的系统，其中：所述温度为400℉，并且/或者所述选定操作条件包括在所述主锅炉不产生蒸汽且所述主锅炉处于低于选定温度的温度时，并且/或者蓄能器被构造成在所述主锅炉不工作时储存蒸汽。11.根据权利要求1所述的系统，还包括：第四流量控制阀(485)，所述第四流量控制阀以可操作方式连接到所述锅炉系统(412)；和蓄能器(433)，所述蓄能器流体连接到所述第四流量控制阀，
所述蓄能器能够操作以收集来自所述锅炉系统的冷凝物并经由所述第四控制阀接收来自所述锅炉系统的蒸汽。12.根据权利要求11所述的系统，其中：所述蓄能器(433)被构造成在选定温度和压力下储存蒸汽。13.一种用于再热发电系统(10)的系统(111)，所述系统包括锅炉系统(12)，所述锅炉系统包括主锅炉(22)，所述主锅炉具有燃烧系统(11)，所述锅炉系统用于在所述燃烧系统工作时产生蒸汽，所述主锅炉具有水冷壁(23)，蒸汽锅筒(25)位于所述水冷壁的顶部处，所述蒸汽锅筒具有流体耦接到所述水冷壁的输入端；辅助热源(70)，所述辅助热源用于提供蒸汽或热水；第一流量控制阀(97)，所述第一流量控制阀以可操作方式连接到所述辅助热源和所述主锅炉，并且能够操作以控制从所述辅助热源到所述水冷壁的蒸汽或热水的流量；第一隔离阀(90)，所述第一隔离阀设置在所述水冷壁处，所述第一隔离阀在闭合时能够操作以隔离从所述蒸汽锅筒到所述锅炉的所述水冷壁的水循环；传感器，所述传感器能够操作以监测所述锅炉系统中的至少一个操作特性；和控制器(100)，所述控制器被配置成接收与所监测的操作特性相关联的信息，并且至少控制所述第一流量控制阀、所述第一隔离阀和所述辅助热源，以在所述锅炉系统不产生蒸汽时在选定条件下控制供应到所述水冷壁的蒸汽或热水的量。14.根据权利要求13所述的系统(111)，还包括：泵(419)，所述泵用于使所述热水循环通过所述辅助热源(70)和所述主锅炉(12)的所述水冷壁(23)，其中所述主锅炉是自然循环锅炉。15.一种用于预热发电系统(310)的方法，所述发电系统(310)具有锅炉系统(312)，所述锅炉系统包括主锅炉(22)和燃烧系统(311)，所述锅炉系统用于在所述燃烧系统工作时产生蒸汽，所述主锅炉具有水冷壁(323)和蒸汽锅筒(25)，所述蒸汽锅筒位于所述水冷壁的顶部区域处并且具有流体耦接到所述水冷壁的输入端，所述方法包括：以可操作方式连接辅助热源(370)，所述辅助热源用于向所述锅炉系统(312)提供蒸汽或热水；利用流量控制阀(390)控制从所述辅助热源(370)到所述主锅炉(22)的所述水冷壁(323)的蒸汽或热水的流量，所述流量控制阀以可操作方式连接在所述辅助热源和所述主锅炉之间；利用隔离阀(396)隔离从所述蒸汽锅筒到所述锅炉的所述水冷壁(323)的水循环，所述隔离阀设置在所述主锅炉(22)的所述水冷壁(323)处；监测所述锅炉系统(312)中的至少一个操作特性；利用控制器(100)接收与所监测的操作特性相关联的信息；以及在所述锅炉系统(312)不产生蒸汽来升温所述锅炉时，利用所述控制器(100)控制所述流量控制阀(390)、所述隔离阀(391)和所述辅助热源(370)中的至少一者，以控制供应到所述主锅炉(22)的所述水冷壁(323)的蒸汽或热水的量。

技术总结
本发明提供了一种用于再热发电系统(10)的系统，该系统包括锅炉(12)和辅助热源(70)，该锅炉具有水冷壁(23)和蒸汽锅筒(25)，蒸汽锅筒具有流体耦接到水冷壁(23)的输入端，辅助热源提供加热流体。该系统还包括第一流量控制阀(94)，该第一流量控制阀连接到辅助热源和锅炉，以控制从辅助热源(70)到水冷壁(23)的加热流体的流量；第一隔离阀(390)，该第一隔离阀设置在水冷壁处，以隔离从蒸汽锅筒(25)到水冷壁的加热流体循环；以及传感器，该传感器用于监测锅炉中的至少一个操作特性。该系统还包括控制器(100)，该控制器用于控制流量控制阀(94)、隔离阀(390)和辅助热源(70)中的至少一者，以在锅炉(12)不产生蒸汽时控制供应到水冷壁(23)的加热流体的量。(23)的加热流体的量。(23)的加热流体的量。


技术研发人员：B
受保护的技术使用者：通用电气公司
技术研发日：2022.01.04
技术公布日：2023/8/13