CN110214220B - 用于提供超临界蒸汽的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于提供超临界蒸汽的系统，该系统包括：第一锅炉(12)，其通过燃烧第一燃料(52)来生成蒸汽；以及第二锅炉(14)，其通过导管(28)流体地连接到第一锅炉，第二锅炉通过燃烧第二燃料(60)将生成的蒸汽加热到超临界蒸汽温度，其中用语“超临界蒸汽”指定高于关于腐蚀的临界温度的蒸汽。导管的第一温度可低于临界腐蚀温度，且导管的第二温度大于或等于临界腐蚀温度。第一锅炉和第二锅炉的组合碳排放率可小于使用仅燃烧第一燃料的锅炉来生成蒸汽且将蒸汽加热到超临界蒸汽温度的组合碳排放率。第一锅炉可流体地连接到热交换器，热交换器通过由燃气涡轮产生的烟道气体将生成的蒸汽加热到超临界蒸汽温度。

Description

用于提供超临界蒸汽的系统和方法
技术领域
本发明的实施例大体上涉及动力设备技术，且更具体地涉及用于提供超临界蒸汽的系统和方法。
背景技术
锅炉是在燃烧室中燃烧燃料(诸如石油基产品和/或煤)以生成热量的装置。许多动力设备使用锅炉来生成蒸汽，蒸汽继而用来通过蒸汽涡轮发电机产生电力。每给定量的燃料由动力设备产生的电力的比率被称为设备的效率。可通过增加给蒸汽涡轮发电机供以动力的所生成的蒸汽的温度和/或压力来提高动力设备的效率。
因此，许多现代燃煤动力设备的锅炉生成在超临界蒸汽范围内的蒸汽，例如，具有大于或等于565℃的温度的蒸汽。然而，许多现代油基动力设备的锅炉在其维持超临界蒸汽生成的能力方面有限，由于通过燃烧石油基油产生的污染物倾向于在包含超临界蒸汽的导管的表面温度处或在该温度之上变为腐蚀性的。典型地，当此类污染物同包含超临界蒸汽的导管接触时，污染物可渣蚀(slag)、淤塞(foul)、腐蚀和/或损伤导管。大体上，在锅炉中焚烧/燃烧的石油基油的等级/质量越低，产生的污染物越多，且所得到的对导管的腐蚀越大。
许多精炼机正在增加高等级石油产品的产量，这导致低等级石油基油副产品(诸如油重残余物(“OHR”))的量上的增加。此类低等级石油基油最近的相对丰富现在使它们对于用作动力设备中的燃料是经济的。因此，许多现代油基动力设备现在设计成焚烧低等级石油基油。然而，如先前陈述的，通过燃烧低等级石油基油产生的污染物在包含超临界蒸汽的导管的表面温度处或在该温度之上变为腐蚀性的性质阻碍了现代油基动力设备的效率。
此外，低等级石油基油的燃烧倾向于产生大量的二氧化碳(“CO2”)。由于对CO2可有助于全球变暖所增加的关注，现在期望减少动力设备的CO2排放。
因此，所需要的内容是一种用于提供超临界蒸汽的系统和方法，其抑制由通过燃烧石油基油产生的污染物所引起的腐蚀，且/或比现有的油基动力设备排放更少的CO2。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种用于提供超临界蒸汽的系统。该系统包括第一锅炉和第二锅炉。第一锅炉通过燃烧第一燃料来生成蒸汽。第二锅炉通过导管流体地连接到第一锅炉，使得生成的蒸汽从第一锅炉流到第二锅炉，第二锅炉通过燃烧与第一燃料不同的第二燃料来将生成的蒸汽加热到超临界蒸汽温度。导管的第一温度低于临界腐蚀温度，在临界腐蚀温度处通过燃烧第一燃料产生的污染物腐蚀导管，且导管的第二温度大于或等于临界腐蚀温度。
在另一个实施例中，提供了一种用于提供超临界蒸汽的方法。该方法包括：通过在第一锅炉中燃烧第一燃料来生成蒸汽，第一锅炉通过导管流体地连接到第二锅炉，使得生成的蒸汽从第一锅炉流到第二锅炉；以及通过在第二锅炉中燃烧与第一燃料不同的第二燃料来将生成的蒸汽加热到超临界蒸汽温度。在此类实施例中，导管的第一温度低于临界腐蚀温度，在临界腐蚀温度处通过燃烧第一燃料产生的污染物腐蚀导管，且导管的第二温度大于或等于临界腐蚀温度。
在又一个实施例中，提供了一种用于提供超临界蒸汽的下游锅炉。下游锅炉包括燃烧室和蒸汽导管。燃烧室构造成通过燃烧第一燃料来生成热量。蒸汽导管与燃烧室加热接触且具有入口和出口。入口构造成流体地连接到上游锅炉，上游锅炉通过燃烧与第一燃料不同的第二燃料来生成蒸汽。出口构造成流体地连接到蒸汽涡轮发电机。当入口接收由上游锅炉生成的蒸汽时，燃烧室通过燃烧第一燃料将导管中接收的蒸汽加热到超临界蒸汽温度，使得蒸汽导管的温度大于或等于临界腐蚀温度，在临界腐蚀温度处通过燃烧第二燃料产生的污染物腐蚀蒸汽导管。
在又一个实施例中，提供了一种用于提供超临界蒸汽的系统。该系统包括第一锅炉和第二锅炉。第一锅炉通过燃烧第一燃料来生成蒸汽。第二锅炉通过导管流体地连接到第一锅炉，使得生成的蒸汽从第一锅炉流到第二锅炉，第二锅炉通过燃烧与第一燃料不同的第二燃料来将生成的蒸汽加热到超临界蒸汽温度。在此类实施例中，第一锅炉和第二锅炉的组合碳排放率小于使用仅燃烧第一燃料的一个或多个锅炉来生成蒸汽且将蒸汽加热到超临界蒸汽温度的组合碳排放率。
在又一个实施例中，提供了一种用于提供超临界蒸汽的方法。该方法包括：通过在第一锅炉中燃烧第一燃料来生成蒸汽，第一锅炉通过导管流体地连接到第二锅炉，使得生成的蒸汽从第一锅炉流到第二锅炉；以及通过在第二锅炉中燃烧与第一燃料不同的第二燃料来将生成的蒸汽加热到超临界蒸汽温度。在此类实施例中，第一锅炉和第二锅炉的组合碳排放率小于使用仅燃烧第一燃料的一个或多个锅炉来生成蒸汽且将蒸汽加热到超临界蒸汽温度的组合碳排放率。
在又一个实施例中，提供了一种下游锅炉。下游锅炉包括燃烧室和蒸汽导管。燃烧室构造成燃烧第一燃料。蒸汽导管与燃烧室加热接触且具有入口和出口。入口构造成流体地连接到上游锅炉，上游锅炉通过燃烧与第一燃料不同的第二燃料来生成蒸汽。出口构造成流体地连接到蒸汽涡轮发电机。在此类实施例中，下游锅炉和上游锅炉的组合碳排放率小于仅燃烧第二燃料的一个或多个锅炉的组合碳排放率。
在又一个实施例中，提供了一种用于提供超临界蒸汽的系统。该系统包括：初级(primary)锅炉，其通过燃烧第一燃料来生成蒸汽；燃气涡轮，其通过燃烧与第一燃料不同的第二燃料产生烟道气体；以及热交换器，其分别通过第一导管和第二导管流体地连接到初级锅炉和燃气涡轮。生成的蒸汽和烟道气体分别从初级锅炉和燃气涡轮通过第一导管和第二导管流到热交换器，热交换器通过烟道气体将生成的蒸汽加热到超临界蒸汽温度。
在又一个实施例中，提供了一种用于提供超临界蒸汽的方法。该方法包括：通过在初级锅炉中燃烧第一燃料来生成蒸汽，初级锅炉通过第一导管流体地连接到热交换器，使得生成的蒸汽通过第一导管从初级锅炉流到热交换器；以及通过由在燃气涡轮中燃烧第二燃料产生的烟道气体将生成的蒸汽加热到超临界蒸汽温度，燃气涡轮通过第二导管流体地连接到热交换器，使得烟道气体通过第二导管流到热交换器，第二燃料与第一燃料不同。
附图说明
通过参照附图阅读非限制性实施例的以下描述，将更好地理解本发明，其中在下文：
图1是根据本发明的实施例的用于提供超临界蒸汽的系统的框图；
图2是根据本发明的实施例的描绘用于通过图1的系统提供超临界蒸汽的方法的流程图；
图3是图1的系统的额外的图，其中该系统包括氧焚烧锅炉；
图4是图1的系统的额外的图，其中该系统包括根据本发明的实施例的燃气涡轮；以及
图5是根据本发明的实施例的描绘用于通过图4的系统提供超临界蒸汽的方法的流程图。
具体实施方式
下文将详细地参照本发明的示例性实施例，其示例在附图中示出。只要可能，在附图各处使用的相同参考符号指的是相同或相似的部分，而不重复描述。
如本文中使用的，用语“大致”、“大体上”和“大约”指示相对于适合于实现构件或组件的功能目的的理想期望状况在可合理实现的制造和组装容限内的状况。如本文中使用的，“电耦合”、“电连接”和“电连通”意指所提及的元件直接或间接地连接成使得电流可从一个流到另一个。连接可包括直接传导连接(即，不带有介入的容性、感性或有源元件)、感性连接、容性连接和/或任何其它适合的电连接。可存在介入的构件。如本文中还使用的，用语“流体地连接”意指所提及的元件连接成使得流体(包括液体、气体和/或等离子体)可从一个流到另一个。因此，如本文中使用的，用语“上游”和“下游”描述所提及的元件相对于在所提及的元件之间和/或附近流动的流体的流径的位置。另外，如本文中使用的，用语“填充”包括完全和部分地用填充对象填充包含对象。如本文中使用的，用语“加热接触”意指所提及的对象彼此接近使得热量/热能可在它们之间传输。如本文中使用的，用语“临界腐蚀温度”和“临界腐蚀性温度”指的是通过燃烧燃料产生的污染物变为腐蚀性的以便渣蚀、淤塞、腐蚀和/或损伤锅炉的各种构件超出可接受水平所处的温度。如本文中使用的，用语“腐蚀”和“腐蚀性”意指能够通过化学方法(例如，氧化反应和/或酸碱反应)导致对材料的损伤。例如，当此类污染物同在污染物的临界腐蚀性温度之上的导管的表面接触时，污染物可熔化且粘到导管的表面，使得导管变得降解(degraded)/损伤，例如，熔化的污染物可在导管处淤塞和/或“侵蚀”。如本文中使用的，用语“超临界蒸汽”和“超临界蒸汽温度”指的是在通过第二加热源(例如，第二锅炉)第二次加热蒸汽到高于蒸汽先前通过第一加热源(例如，第一锅炉)所加热到的温度之后的蒸汽和其对应温度。如本文中还使用的，用语“组合碳排放”指的是由一个或多个锅炉/燃烧室生成的CO2的总量。因此，如本文中使用的，用语“组合碳排放率”指的是为产生给定量的电力和/或功率由一个或多个锅炉/燃烧室所生成的CO2的组合量。
此外，虽然关于生成超临界蒸汽的燃油锅炉描述了本文中公开的实施例，但要理解的是，本发明的实施例同样可适用于其中暴露于通过燃烧燃料产生的污染物的导管和/或其它结构元件需要加热到高于污染物的临界腐蚀性温度的温度的任何装置和/或过程，和/或其中期望减少CO2排放的过程。
因此，参照图1，提供了用于提供超临界蒸汽的系统10。系统10包括第一锅炉12和第二锅炉14。系统10还可包括蒸汽涡轮发电机16、空气预热器(“APH”)18、静电除尘器(“ESP”)和/或织物过滤器(“FF”)20、烟道气体脱硫单元(“FGD”)22、次级(secondary)空气源24、排气烟囱26、可具有一个或多个止回阀44，46的一个或多个导管28-42，和/或控制器48。
第一锅炉12包括燃烧室50，其通过燃烧第一燃料52生成热量，例如，热能。第一锅炉12还可包括燃料入口54和排气出口56。燃料入口54允许第一燃料52通过导管40流到燃烧室50。排气出口56排出从在燃烧室50中燃烧第一燃料52产生的第一烟道气体。燃烧室50可与导管28(在下文中被称为蒸汽导管28)加热接触，导管28包含工作介质，例如，水和/或能够存储热能的另一种适当介质。在实施例中，排气端口56可通过导管34(在下文中被称为排气导管34)流体地连接到排气烟囱26，使得排出的第一烟道气体从燃烧室50流到排气烟囱26。如图1中示出的，APH 18、ESP/FF 20和FGD 22可设置在排气导管34中/沿着排气导管34设置，使得APH 18、ESP/FF 20和FGD 22在第一烟道气体通过排气烟囱26排出到大气中之前处理和/或清洁第一烟道气体。在实施例中，第一燃料52可为包括油重残余物(“OHR”)和/或重质燃料油(“HFO”)的油。如将了解的，在实施例中，OHR可为低等级石油燃料和/或固体燃料(例如，煤和/或石油焦炭，其可包含大量的金属(例如，V、Ni、Na等)和/或硫)的混合物。例如，在一些实施例中，第一燃料52的金属含量可为0至1000ppm，且硫含量按重量计可在0与15％之间。
第二锅炉14包括燃烧室58，其通过燃烧第二燃料60生成热量，例如，热能。第二锅炉14还可包括燃料入口62和排气出口64。燃料入口62允许第二燃料60通过导管42流到燃烧室58。排气出口64排出从在燃烧室58中燃烧第二燃料60产生的第二烟道气体。在实施例中，第二锅炉14的排气出口64可通过导管32(在下文中被称为烟道气体导管32)流体地连接，使得排出的第二烟道气体从第二锅炉14的燃烧室58流到第一锅炉12。例如，在此类实施例中，由第二锅炉14生成的烟道气体可与第一锅炉12的节约装置、给水加热线路和/或空气预热器(例如，APH 18)加热接触。在实施例中，烟道气体导管32可在第一锅炉12的对流旁路70处流体地连接到第一锅炉12。
如图1中示出的，燃烧室58也可与蒸汽导管28加热接触。蒸汽导管28包括入口66和出口68，其构造成分别流体地连接到第一锅炉12和蒸汽涡轮发电机16。如要了解的，在实施例中，蒸汽导管28可为单个导管或可包括流体地连接到彼此的段。例如，在实施例中，导管30(在下文中被称为超临界蒸汽导管30)可形成蒸汽导管28的部分，其将第二锅炉14连接到蒸汽涡轮发电机16。在实施例中，超临界蒸汽导管30可构造成(例如，超临界蒸汽导管30的壁可相对厚)包含超临界蒸汽。如要了解的，在实施例中，蒸汽导管28可形成第二锅炉14的部分且/或以其它方式设置在第二锅炉14中。
在实施例中，第一锅炉12和/或第二锅炉14可通过导管36(在下文中被称为次级空气导管36)流体地连接到次级空气源24，次级空气源24可分别向燃烧室50和58供应热空气以改进第一锅炉12和/或第二锅炉14的效率，例如，次级空气源24可在第一锅炉12与第二锅炉14之间共用。然而，在其它实施例中，第一锅炉12和第二锅炉14可利用独立的次级空气源。如图1中示出的，APH 18可设置在次级空气导管36中。
控制器48可包括至少一个处理器/CPU 72以及存储加热程序/应用的存储器装置74。控制器48可设置在系统10中，使得控制器48与各种构件(包括第一锅炉12和第二锅炉14)电子通信。
现在转到图2，示出了用于通过系统10提供超临界蒸汽的方法76。如要了解的，在实施例中，存储在存储器装置74中的加热应用可加载(loaded)到至少一个处理器/CPU 72中，使得通过加热应用使控制器48适于执行方法76的全部或部分。因此，在根据方法76的实施例中，第一锅炉12通过燃烧第一燃料52生成78蒸汽，使得包含蒸汽的导管28的第一温度低于临界腐蚀温度，在临界腐蚀温度处通过燃烧第一燃料52产生的污染物腐蚀导管28。在实施例中，导管28的第一温度可为暴露于通过燃烧第一燃料52产生的污染物的导管28的区段的温度。例如，在实施例中，通过燃烧第一燃料52产生的污染物可具有600℃的临界腐蚀温度。因此，第一锅炉12可构造成通过将包含在暴露于通过燃烧第一燃料52产生的污染物的导管28的区段中的蒸汽的温度限制到540℃来将导管28的第一温度限制到低于600℃的温度。虽然本文中公开的实施例通过限制包含在暴露于通过燃烧第一燃料52产生的污染物的导管28区段内的蒸汽的温度来限制导管28的第一温度，但要理解的是，其它实施例可通过限制第一燃料52的焚烧温度来限制导管28的第一温度。
生成的蒸汽然后通过蒸汽导管28流到第二锅炉14，在该处通过在燃烧室58中燃烧第二燃料60来将蒸汽加热80到超临界蒸汽温度，使得导管28的第二温度大于或等于第一燃料52的临界腐蚀温度。导管28的第二温度可为不暴露于通过燃烧第一燃料52产生的污染物的导管28的区段的温度。在实施例中，导管28的第二温度可在大约565℃ ~ 700℃之间。在实施例中，导管28的第二温度可在630℃ ~ 670℃之间，这允许所包含的蒸汽达到600℃~ 620℃处和/或600℃ ~ 620℃之间的超临界蒸汽温度。在实施例中，超临界蒸汽可具有594℃ ~ 625℃之间的温度。在其它实施例中，超临界蒸汽可具有高于625℃和/或低于594℃的温度。例如，在一些实施例中，超临界蒸汽可具有大约565℃或大于或等于700℃的温度。然而，要理解的是，前述范围仅为示例性的，且不意在为限制性的。
因此，如要了解的，在实施例中，第一锅炉12通过将工作介质加热到过热状态来提供蒸汽负荷的大部分，且第二锅炉14通过将过热的工作介质加热到超临界蒸汽温度来提供剩余的蒸汽负荷。
要理解的是，在实施例中，与第一燃料52相比，第二燃料60具有更高的等级且/或“更清洁”。如本文中关于燃料使用的，用语“清洁”和“脏”指的是通过燃烧燃料产生的CO2和/或腐蚀性污染物的水平，其中一定量的清洁燃料的燃烧比等量的脏燃料的燃烧产生更少的CO2和/或更少的腐蚀性污染物。例如，在实施例中，第二燃料60可为气体、各种液体燃料(例如，柴油、煤油和/或原油)的混合物，且另外可包括混合的固体燃料(例如，煤、褐煤和/或生物质)。在一些实施例中，第二燃料60可具有低的金属(例如，低于10ppm)和/或硫含量。因而，第二燃料60的燃烧可比第一燃料52的燃烧产生更少的污染物。因此，导管28的第二温度可高于导管28的第一温度，而在对导管28腐蚀的风险方面没有增加。
超临界蒸汽然后通过超临界蒸汽导管30流到蒸汽涡轮发电机16，蒸汽涡轮发电机16消耗(consumes)超临界蒸汽来产生82功率。例如，在实施例中，蒸汽涡轮发电机16可作为油基电功率生成设备/系统的部分来产生电功率。
继续，在实施例中，第二锅炉14还可包括再热入口83，其通过导管38(在下文中被称为再热导管38)流体地连接到蒸汽涡轮发电机16，使得第二锅炉14形成用于蒸汽涡轮发电机16的再热循环回路的部分，例如，第二锅炉14提供再热负荷。在此类实施例中，第二锅炉14可再热84先前由蒸汽涡轮发电机16消耗的蒸汽，且使再热蒸汽通过超临界蒸汽导管30返回到蒸汽涡轮发电机16。虽然在所提供的图中示出的实施例描绘了第二锅炉14使再热蒸汽通过超临界蒸汽导管30返回到蒸汽涡轮发电机16，但要了解的是，在其它实施例中，第二锅炉14可使再热蒸汽通过可存在于第二锅炉14与蒸汽涡轮发电机16之间的其它导管/流径返回到蒸汽涡轮发电机16。例如，在实施例中，导管38可穿过第二锅炉14延伸到蒸汽涡轮发电机16。
另外，虽然图1示出了系统10的实施例，其中第一锅炉12为空气焚烧锅炉，但要理解的是，在其它实施例中，第一锅炉12可为氧焚烧锅炉。因此，如图3中示出的，在此类实施例中，系统10还可包括气体处理单元(“GPU”)86和氧气源88。如图3中示出的，GPU 86可设置在排气导管34和次级空气导管36中。在此类实施例中，氧气可从氧气源88通过次级空气导管36分别流到第一锅炉12和第二锅炉14的燃烧室50和58，例如，氧气源88可在第一锅炉12与第二锅炉14之间共用。类似地，在实施例中，第二锅炉14可为空气焚烧锅炉或氧焚烧锅炉。此外，在实施例中，第一锅炉12和第二锅炉14可连接到独立的氧气源。
现在转到图4，在实施例中，系统10可包括通过导管96流体地连接到热交换器94的燃气涡轮92，如示出的，导管96可结合到第二/次级锅炉14中。在此类实施例中，燃气涡轮92通过燃烧燃料(其在实施例中可为第二燃料60)来生成功率(例如，电功率)，以产生从燃气涡轮92通过导管96流到热交换器94的烟道气体。热交换器94还通过导管28流体地连接到第一/初级锅炉12，使得生成的蒸汽从初级锅炉12流到热交换器94，热交换器94通过来自燃气涡轮92的烟道气体加热生成的蒸汽。在实施例中，热交换器94可将生成的蒸汽在被传送用于由蒸汽涡轮发电机16消耗之前加热到超临界蒸汽温度。在实施例中，初级锅炉12和燃气涡轮92的组合碳排放率可小于使用仅燃烧/焚烧第一燃料52的锅炉来生成蒸汽且将蒸汽加热到超临界蒸汽温度的组合碳排放率。如图4中还示出的，在实施例中，来自燃气涡轮92的烟道气体也可用来加热再热导管38中的蒸汽。
如图4中进一步示出的，在实施例中，第一阻尼器/阀98可设置在导管96内热交换器94的上游，这允许来自燃气涡轮92的烟道气体被转移远离热交换器94来用于通过排气烟囱100排放到大气中。另外，在实施例中，导管96可流体地连接到设置在热交换器94下游的第二阻尼器/阀102，这允许由燃气涡轮92产生的烟道气体被引导到：用于排放到大气中的烟囱26；ESP/FF 20正上游的一点；和/或导管36，使得烟道气体进入燃烧室50和/或58，以改进第一/初级锅炉12和/或第二/次级锅炉14的效率。
如将了解的，在实施例中，与对于初级锅炉12和/或次级锅炉14的启动程序时间(即，从启动初级锅炉12和/或次级锅炉14直到可生成功率(例如，电功率)所花费的时间量)相比，燃气涡轮92可具有更快的启动程序时间(即，从启动燃气涡轮92直到可生成功率(例如，电功率)所花费的时间量)。在此类实施例中，燃气涡轮92可提供用于所包括的(encompassing)动力设备比一些传统动力设备(其依赖于锅炉来用于生成蒸汽)更快地生成功率。特别地，通过将烟道气体转移出排气烟囱100，第一阻尼器98提供用于燃气涡轮92在第一锅炉12和/或第二锅炉14中开始燃烧之前用于生成功率。
例如，图5中示出的是用于通过系统10来提供超临界蒸汽的另一种方法104。在实施例中，存储在存储器装置74中的加热应用可加载到至少一个处理器/CPU 72中，使得通过加热应用使控制器48适于执行方法104的全部或部分。如图5中示出的，在实施例中，燃气涡轮92可用来在通过初级锅炉12和/或次级锅炉14生成108蒸汽之前生成106功率，其中阻尼器98将导管96内的烟道气体转移出排气烟囱100。一旦初级锅炉12和/或次级锅炉14生成108蒸汽，或恰好在生成108蒸汽之前，可调节阻尼器98，使得允许烟道气体通过导管96流到热交换器94，使得热交换器94将生成的蒸汽加热110到超临界温度，该蒸汽然后由蒸汽涡轮16消耗来产生112功率(例如，电功率)。
此外，在实施例中，燃气涡轮92可在初级锅炉12和/或次级锅炉14仍在建造时和/或在初级锅炉12和/或次级锅炉14关闭以用于维护时用来生成功率。类似地，在实施例中，初级锅炉12和次级锅炉14可在燃气涡轮92关闭时继续通过蒸汽涡轮16生成功率。
如将进一步了解的，虽然本文中的实施例将系统10描绘为包括燃气涡轮92和次级锅炉14两者，但将理解的是，其它实施例可包括不带有次级锅炉14的燃气涡轮92，即，燃气涡轮92在一些实施例中可代替次级锅炉14。
返回到图1，还要理解的是，系统10可包括必要的电子器件、软件、存储器、存储装置、数据库、固件、逻辑/状态机、微处理器、通信链路、显示器或者其它视觉或音频用户接口、印刷装置以及任何其它输入/输出接口来执行本文中描述的功能和/或实现本文中描述的结果。例如，如先前提到的，系统10可包括至少一个处理器72以及系统存储器74，其可包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。系统10还可包括输入/输出控制器以及一个或多个数据存储结构。所有这些后面的元件可与至少一个处理器72通信，以便于系统10如上文论述的操作。可提供适合的计算机程序代码来用于执行许多功能，包括上文结合本文中公开的系统10以及方法76和104所论述的那些功能。计算机程序代码还可包括程序元件，诸如操作系统、数据库管理系统以及允许系统10与计算机外围装置(例如，传感器、视频显示器、键盘、计算机鼠标等)通过接口连接的“装置驱动”。
系统10的至少一个处理器72可包括一个或多个常规的微处理器以及一个或多个辅助的协处理器，诸如数学协处理器等等。彼此通信的元件不需要连续地向彼此发信号或传输。相反，此类元件可在必要时向彼此传输，可在某些时间制止交换数据，且可导致若干步骤被执行以在其间建立通信链路。
数据存储结构(诸如本文中论述的存储器)可包括磁性、光学和/或半导体存储器的适当组合，且可包括例如RAM、ROM、闪存驱动器、光盘(诸如高密度光盘和/或硬盘)或驱动器。数据存储结构可存储例如由系统10需要的信息和/或一个或多个程序，例如，计算机程序代码，诸如，适于引导系统10的加热应用和/或其它计算机程序产品。例如，程序可以以压缩、未编译和/或加密的格式存储，且可包括计算机程序代码。计算机程序代码的指令可从计算机可读介质读取到处理器的主存储器中。虽然程序中的指令序列的执行导致处理器执行本文中描述的处理步骤，但硬连线电路可代替软件指令或与软件指令组合来使用，以用于实现本发明的过程。因此，本发明的实施例不限于硬件和软件的任何特定组合。
程序也可在可编程硬件装置(诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑装置等等)中实现。程序也可在软件中实现，以用于由各种类型的计算机处理器来执行。可执行代码的程序可例如包括计算机指令的一个或多个物理或逻辑块，其可例如组织为对象、程序、过程或功能。不过，等同的(identified)程序的可执行内容不需要物理地定位在一起，而可包括存储在不同位置中的单独指令，其在被逻辑地连结在一起时形成程序且实现对于程序所陈述的目的，诸如，通过执行多个随机操作来保护隐私。在实施例中，可执行代码的应用可为许多指令的编译，且甚至可分布于若干不同的代码分区或代码段上，在不同的程序之中，以及横跨若干装置。
如本文中使用的用语“计算机可读介质”指的是向系统10的至少一个处理器72(或本文中描述的装置的任何其它处理器)提供或参与提供指令以用于执行的任何介质。此类介质可采取许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质包括例如光盘、磁盘或光磁盘，诸如存储器。易失性介质包括动态随机存取存储器(DRAM)，其典型地构成主存储器。例如，计算机可读介质的常见形式包括软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其它磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其它光学介质、RAM、PROM、EPROM或EEPROM(电可擦可编程只读存储器)、闪存EEPROM、任何其它存储器芯片或盒(cartridge)，或计算机可从其读取的任何其它介质。
各种形式的计算机可读介质可包含于将一个或多个指令的一个或多个序列传送到至少一个处理器以用于执行中。例如，指令最初可装在远程计算机(未示出)的磁盘上。远程计算机可将指令加载到其动态存储器中，且在以太网连接、电缆线路或电话线路(使用调制解调器)上传送指令。对计算装置(例如，服务器)本地的通信装置可在相应的通信线路上接收数据，且将数据放置在用于至少一个处理器的系统总线上。系统总线将数据传送到主存储器，至少一个处理器从主存储器取回指令且执行指令。可选地，由主存储器接收的指令可在由至少一个处理器执行之前或之后存储在存储器中。另外，指令可作为电气、电磁或光学信号(其为传送各种类型的信息的无线通信或数据流的示例性形式)通过通信端口接收。
要进一步理解的是，上文描述意在为说明性的，且非限制性的。例如，上文描述的实施例(和/或其方面)可彼此组合来使用。另外，可作出许多修改以使特定的情形或材料适于本发明的教导，而不脱离其范围。
例如，在一个实施例中，提供了一种用于提供超临界蒸汽的系统。该系统包括第一锅炉和第二锅炉。第一锅炉通过燃烧第一燃料来生成蒸汽。第二锅炉通过导管流体地连接到第一锅炉，使得生成的蒸汽从第一锅炉流到第二锅炉，第二锅炉通过燃烧与第一燃料不同的第二燃料将生成的蒸汽加热到超临界蒸汽温度。导管的第一温度低于临界腐蚀温度，在临界腐蚀温度处通过燃烧第一燃料产生的污染物腐蚀导管，且导管的第二温度大于或等于临界腐蚀温度。在某些实施例中，第一燃料是重油残余物、重质燃料油和固体燃料中的至少一种。在某些实施例中，第一锅炉和第二锅炉中的至少一个为空气焚烧锅炉或氧焚烧锅炉。在某些实施例中，第二燃料是气体或气体与液体燃料或固体燃料中的至少一种混合的组合。在某些实施例中，第一锅炉和第二锅炉还各自流体地连接到共用的空气源。在某些实施例中，由第二锅炉燃烧第二燃料产生烟道气体，且第二锅炉还流体地连接到第一锅炉，使得烟道气体从第二锅炉流到第一锅炉。在某些实施例中，该系统还包括蒸汽涡轮发电机，其流体地连接到第二锅炉，使得超临界蒸汽从第二锅炉流到蒸汽涡轮发电机，蒸汽涡轮发电机消耗超临界蒸汽来产生功率。在某些实施例中，第二锅炉形成用于蒸汽涡轮发电机的再热循环回路的部分。
其它实施例提供用于一种用于提供超临界蒸汽的方法。该方法包括：通过在第一锅炉中燃烧第一燃料来生成蒸汽，第一锅炉通过导管流体地连接到第二锅炉，使得生成的蒸汽从第一锅炉流到第二锅炉；以及通过在第二锅炉中燃烧与第一燃料不同的第二燃料来将生成的蒸汽加热到超临界蒸汽温度。在此类实施例中，导管的第一温度低于临界腐蚀温度，在临界腐蚀温度处通过燃烧第一燃料产生的污染物腐蚀导管，且导管的第二温度大于或等于临界腐蚀温度。在某些实施例中，第一燃料是重油残余物、重质燃料油和固体燃料中的至少一种。在某些实施例中，第一锅炉和第二锅炉中的至少一个为空气焚烧锅炉或氧焚烧锅炉。在某些实施例中，第二燃料是气体或气体与液体燃料或固体燃料中的至少一种混合的组合。在某些实施例中，该方法还包括通过消耗超临界蒸汽的蒸汽涡轮发电机来产生功率，蒸汽涡轮发电机流体地连接到第二锅炉，使得超临界蒸汽从第二锅炉流到蒸汽涡轮发电机。在某些实施例中，该方法还包括通过第二锅炉来再热先前由蒸汽涡轮发电机消耗的蒸汽。
又一些其它实施例提供用于一种用于提供超临界蒸汽的下游锅炉。下游锅炉包括燃烧室和蒸汽导管。燃烧室构造成通过燃烧第一燃料来生成热量。蒸汽导管与燃烧室加热接触且具有入口和出口。入口构造成流体地连接到上游锅炉，上游锅炉通过燃烧与第一燃料不同的第二燃料来生成蒸汽。出口构造成流体地连接到蒸汽涡轮发电机。当入口接收由上游锅炉生成的蒸汽时，燃烧室通过燃烧第一燃料将导管中接收的蒸汽加热到超临界蒸汽温度，使得蒸汽导管的温度大于或等于临界腐蚀温度，在临界腐蚀温度处通过燃烧第二燃料产生的污染物腐蚀蒸汽导管。在某些实施例中，第一燃料是气体或气体与液体燃料或固体燃料中的至少一种混合的组合；且第二燃料是重油残余物、重质燃料油和固体燃料中的至少一种。在某些实施例中，燃烧室构造成流体地连接到共用的空气源，该空气源也流体地连接到上游锅炉。在某些实施例中，下游锅炉还包括烟道气体导管，其将燃烧室流体地连接到上游锅炉，使得使通过燃烧第一燃料产生的烟道气体与上游锅炉的节约装置或上游锅炉的给水线路加热接触。在某些实施例中，下游锅炉还包括再热蒸汽入口，其构造为用于蒸汽涡轮发电机的再热循环的部分从蒸汽涡轮发电机接收蒸汽。
又一些其它实施例提供用于一种用于提供超临界蒸汽的系统。该系统包括第一锅炉和第二锅炉。第一锅炉通过燃烧第一燃料来生成蒸汽。第二锅炉通过导管流体地连接到第一锅炉，使得生成的蒸汽从第一锅炉流到第二锅炉，第二锅炉通过燃烧与第一燃料不同的第二燃料来将生成的蒸汽加热到超临界蒸汽温度。在此类实施例中，第一锅炉和第二锅炉的组合碳排放率小于使用仅燃烧第一燃料的一个或多个锅炉来生成蒸汽且将蒸汽加热到超临界蒸汽温度的组合碳排放率。在某些实施例中，第一燃料是重油残余物、重质燃料油和固体燃料中的至少一种。在某些实施例中，第一锅炉和第二锅炉中的至少一个为空气焚烧锅炉或氧焚烧锅炉。在某些实施例中，第二燃料是气体或气体与液体燃料或固体燃料中的至少一种混合的组合。在某些实施例中，第一锅炉和第二锅炉还各自流体地连接到共用的空气源。在某些实施例中，由第二锅炉燃烧第二燃料产生烟道气体，且第二锅炉还流体地连接到第一锅炉，使得烟道气体从第二锅炉流到第一锅炉。在某些实施例中，该系统还包括蒸汽涡轮发电机，其流体地连接到第二锅炉，使得超临界蒸汽从第二锅炉流到蒸汽涡轮发电机，蒸汽涡轮发电机消耗超临界蒸汽来产生功率。
又一些其它实施例提供用于一种用于提供超临界蒸汽的方法。该方法包括：通过在第一锅炉中燃烧第一燃料来生成蒸汽，第一锅炉通过导管流体地连接到第二锅炉，使得生成的蒸汽从第一锅炉流到第二锅炉；以及通过在第二锅炉中燃烧与第一燃料不同的第二燃料来将生成的蒸汽加热到超临界蒸汽温度。在此类实施例中，第一锅炉和第二锅炉的组合碳排放率小于使用仅燃烧第一燃料的一个或多个锅炉来生成蒸汽且将蒸汽加热到超临界蒸汽温度的组合碳排放率。在某些实施例中，该方法还包括通过消耗超临界蒸汽的蒸汽涡轮发电机来产生功率，蒸汽涡轮发电机流体地连接到第二锅炉，使得超临界蒸汽从第二锅炉流到蒸汽涡轮发电机。在某些实施例中，该方法还包括通过第二锅炉来再热先前由蒸汽涡轮发电机消耗的蒸汽。
又一些其它实施例提供下游锅炉。下游锅炉包括燃烧室和蒸汽导管。燃烧室构造成燃烧第一燃料。蒸汽导管与燃烧室加热接触且具有入口和出口。入口构造成流体地连接到上游锅炉，上游锅炉通过燃烧与第一燃料不同的第二燃料来生成蒸汽。出口构造成流体地连接到蒸汽涡轮发电机。在此类实施例中，下游锅炉和上游锅炉的组合碳排放率小于仅燃烧第二燃料的一个或多个锅炉的组合碳排放率。
又一些其它实施例提供用于一种用于提供超临界蒸汽的系统。该系统包括：初级锅炉，其通过燃烧第一燃料来生成蒸汽；燃气涡轮，其通过燃烧与第一燃料不同的第二燃料产生烟道气体；以及热交换器，其分别通过第一导管和第二导管流体地连接到初级锅炉和燃气涡轮。生成的蒸汽和烟道气体分别从初级锅炉和燃气涡轮通过第一导管和第二导管流到热交换器，热交换器通过烟道气体将生成的蒸汽加热到超临界蒸汽温度。在某些实施例中，第一导管的第一温度低于临界腐蚀温度，在临界腐蚀温度处通过燃烧第一燃料产生的污染物腐蚀第一导管，且第一导管的第二温度大于或等于临界腐蚀温度。在某些实施例中，初级锅炉和燃气涡轮的组合碳排放率小于使用仅燃烧第一燃料的一个或多个锅炉来生成蒸汽且将蒸汽加热到超临界蒸汽温度的组合碳排放率。在某些实施例中，第一燃料是重油残余物、重质燃料油和固体燃料中的至少一种。在某些实施例中，热交换器结合到次级锅炉中，次级锅炉加热生成的蒸汽。在某些实施例中，次级锅炉通过燃烧第二燃料来加热所生成的蒸汽。在某些实施例中，第二燃料是气体或气体与液体燃料或固体燃料中的至少一种混合的组合。
又一些其它实施例提供用于一种用于提供超临界蒸汽的方法。该方法包括：通过在初级锅炉中燃烧第一燃料来生成蒸汽，初级锅炉通过第一导管流体地连接到热交换器，使得生成的蒸汽通过第一导管从初级锅炉流到热交换器；以及通过由在燃气涡轮中燃烧第二燃料产生的烟道气体将生成的蒸汽加热到超临界蒸汽温度，燃气涡轮通过第二导管流体地连接到热交换器，使得烟道气体通过第二导管流到热交换器，第二燃料与第一燃料不同。在某些实施例中，第一导管的第一温度低于临界腐蚀温度，在临界腐蚀温度处通过燃烧第一燃料产生的污染物腐蚀第一导管，且第一导管的第二温度大于或等于临界腐蚀温度。在某些实施例中，初级锅炉和燃气涡轮的组合碳排放率小于使用仅燃烧第一燃料的一个或多个锅炉来生成蒸汽且将蒸汽加热到超临界蒸汽温度的组合碳排放率。在某些实施例中，第一燃料是重油残余物、重质燃料油和固体燃料中的至少一种。在某些实施例中，热交换器结合到次级锅炉中，次级锅炉加热生成的蒸汽。在某些实施例中，次级锅炉通过燃烧第二燃料来加热所生成的蒸汽。在某些实施例中，该方法还可包括在热交换器已通过烟道气体加热生成的蒸汽之后将烟道气体引导到初级锅炉或次级锅炉中的至少一个中。在某些实施例中，该方法还可包括在通过在初级锅炉中燃烧第一燃料来生成蒸汽之前通过燃气涡轮生成功率。
因此，如要了解的，通过使用第二锅炉14将由第一锅炉12生成的蒸汽加热到临界腐蚀温度，系统10可在导管28区段(其同通过燃烧第一燃料52产生的污染物接触)的第一温度不超过通过燃烧第一燃料52产生的污染物的临界腐蚀温度的情况下产生超临界蒸汽。因此，系统10的一些实施例在不增加腐蚀风险的情况下改进油基动力设备的效率。
另外，其中第一燃料52是低等级油(诸如OHR)的一些实施例允许油基动力设备在利用丰富的低等级燃料时在超临界蒸汽状况下操作。
此外，在一些实施例中，第二锅炉14可小于第一锅炉12。因此，在此类实施例中，第二锅炉14可设置在系统10内接近于蒸汽涡轮发电机16，从而减少超临界蒸汽导管30的长度和成本。例如，在此类实施例中，超临界蒸汽导管30的长度可为在不带有此类第二锅炉的常规锅炉布置的情况下其将具有的长度的大约三分之一。
还此外，通过燃烧比第一燃料52产生更少量的CO2的第二燃料60，本发明的一些实施例减少由动力设备排放的CO2的量。换句话说，本发明的一些实施例将一些蒸汽加热负荷从第一锅炉12卸(offload)到第二锅炉14，其中第二锅炉14焚烧第二燃料60，第二燃料60比由第一锅炉12焚烧的第一燃料52排放更少的CO2。因此，如将了解的，在本发明的一些实施例中，生成超临界蒸汽所需要的第一锅炉12和第二锅炉14的组合碳排放低于使用仅焚烧第一燃料52(例如，高CO2排放的燃料)的一个或多个锅炉生成相同量的超超临界蒸汽的组合碳排放。
还此外(Yet further still)，通过将气体用作第二燃料60，本发明的一些实施例提供用于更高的烟道气体速度、更紧密的导管间距和/或对于吹灰器减少的需要。
此外，通过利用燃气涡轮发电机加热生成的蒸汽，一些实施例提供用于所包括的动力设备在初级锅炉和/或次级锅炉完成之前通过燃气涡轮生成电功率。
另外，将理解的是，本发明的实施例可在新的动力设备建造期间和/或通过改造现有动力设备(其在改造之前可在亚临界温度处(例如，低于565℃)生成蒸汽)来实现。因此，本发明的一些实施例可延长现有动力设备的使用寿命，且特别是主要焚烧煤的现有动力设备的使用寿命。
如要了解的，虽然本文中描述的材料的尺寸和类型意在限定本发明的参数，但它们决不是限制性的，且为示例性实施例。在本领域技术人员查阅上文描述时，许多其它实施例将对本领域技术人员显而易见。因此，本发明的范围应参照所附权利要求书连同此类权利要求书给予权利的等同物的完整范围来确定。在所附权利要求书中，用语“包括了”和“在其中”用作相应用语“包括”和“其中”的简明英语等同物。此外，在以下权利要求书中，诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上部”、“下部”、“底部”、“顶部”等的用语仅用作标记，且不意在对其对象施加数字或位置要求。此外，以下权利要求书的限制不是以器件加功能的格式撰写的，且不意在像这样解释，除非且直到此类权利要求限制明确地使用随后是无另外结构的功能陈述的短语“用于...的器件”。
该书面描述使用示例来公开本发明的若干实施例(包括最佳模式)，且还使本领域普通技术人员能够实施本发明的实施例，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域普通技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括带有与权利要求书的字面语言无实质的差别的等同结构元件，此类其它示例意在处于权利要求书的范围内。
如本文中使用的，以单数陈述且冠以词语“一个”或“一种”的元件或步骤应理解为不排除所述元件或步骤的复数，除非明确地陈述此类排除。此外，对本发明的“一个实施例”的提及不意在解释为排除也结合所陈述的特征的额外实施例的存在。此外，除非明确相反地陈述，“包括”、“包括了”或“具有”具有特定性质的一个元件或多个元件的实施例可包括不具有该性质的额外此类元件。
由于可在不脱离本文中涉及的本发明的精神和范围的情况下在上文描述的发明中作出某些改变，意图的是，在附图中示出的上文描述的主题的全部应仅解释为示出本文中发明构思的示例，且不应解释为限制本发明。

Claims (11)

1.一种用于提供超临界蒸汽的系统，所述系统包括：
初级锅炉，其通过燃烧第一燃料来生成蒸汽；
燃气涡轮，其通过燃烧与所述第一燃料不同的第二燃料产生烟道气体；
热交换器，其分别通过第一导管和第二导管流体地连接到所述初级锅炉和所述燃气涡轮，使得所述生成的蒸汽和所述烟道气体分别从所述初级锅炉和所述燃气涡轮通过所述第一导管和所述第二导管流到所述热交换器，所述热交换器通过所述烟道气体将所述生成的蒸汽加热到超临界蒸汽温度；
其中，所述热交换器结合到次级锅炉中，所述次级锅炉加热所述生成的蒸汽；
其中，所述次级锅炉通过燃烧所述第二燃料来加热所述生成的蒸汽。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一导管的第一温度低于临界腐蚀温度，在所述临界腐蚀温度处通过燃烧所述第一燃料产生的污染物腐蚀所述第一导管，且所述第一导管的第二温度大于或等于所述临界腐蚀温度。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述初级锅炉和所述燃气涡轮的组合碳排放率小于使用仅燃烧所述第一燃料的一个或多个锅炉来生成所述蒸汽且将所述蒸汽加热到超临界蒸汽温度的组合碳排放率。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一燃料是重油残余物、重质燃料油和固体燃料中的至少一种。
5.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的系统，其特征在于，所述第二燃料是气体或气体与液体燃料或固体燃料中的至少一种混合的组合。
6.一种用于提供超临界蒸汽的方法，所述方法包括：
通过在初级锅炉中燃烧第一燃料来生成蒸汽，所述初级锅炉通过第一导管流体地连接到热交换器，使得所述生成的蒸汽通过所述第一导管从所述初级锅炉流到所述热交换器；以及
通过由在燃气涡轮中燃烧第二燃料产生的烟道气体将所述生成的蒸汽加热到超临界蒸汽温度，所述燃气涡轮通过第二导管流体地连接到所述热交换器，使得所述烟道气体通过所述第二导管流到所述热交换器，所述第二燃料与所述第一燃料不同；
其中，所述热交换器结合到次级锅炉中，所述次级锅炉加热所述生成的蒸汽；
其中，所述次级锅炉通过燃烧所述第二燃料来加热所述生成的蒸汽。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一导管的第一温度低于临界腐蚀温度，在所述临界腐蚀温度处通过燃烧所述第一燃料产生的污染物腐蚀所述第一导管，且所述第一导管的第二温度大于或等于所述临界腐蚀温度。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述初级锅炉和所述燃气涡轮的组合碳排放率小于使用仅燃烧所述第一燃料的一个或多个锅炉来生成所述蒸汽且将所述蒸汽加热到超临界蒸汽温度的组合碳排放率。
9.根据权利要求6至权利要求8中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一燃料是重油残余物、重质燃料油和固体燃料中的至少一种。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述热交换器已通过所述烟道气体加热所述生成的蒸汽之后，将所述烟道气体引导到所述初级锅炉或所述次级锅炉中的至少一个中。
11.根据权利要求6至权利要求8中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在通过在所述初级锅炉中燃烧所述第一燃料来生成蒸汽之前通过所述燃气涡轮生成功率。
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