CN113874603B - 用于改进锅炉和蒸汽涡轮机启动时间的系统和方法 - Google Patents

用于改进锅炉和蒸汽涡轮机启动时间的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于再热发电系统的系统，该系统包括：锅炉；以及混合器，该混合器流体耦接到该锅炉，涡轮机第一部段能够操作以接收来自该锅炉的处于第一温度的蒸汽。该涡轮机将处于第二温度的蒸汽供应给该锅炉或该混合器。该系统还包括：第一流量控制阀，该第一流量控制阀能够操作以控制通过该涡轮机的蒸汽流；以及传感器，该传感器能够操作以监测该锅炉系统中的至少一个操作特性。该系统还包括：控制单元，该控制单元被配置成接收所监测的操作特性并控制至少该第一流量控制阀，以控制被引导通过该涡轮机的蒸汽的量。

Description

用于改进锅炉和蒸汽涡轮机启动时间的系统和方法
背景技术
技术领域
如本文所述的实施方案整体涉及用于联合循环发电厂的热回收蒸汽发生器以及用于常规蒸汽发电厂的锅炉。更具体地，涉及用于改进蒸汽发生器的控制、性能和响应性的系统和方法。
领域的讨论
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、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，在空气焚烧粉煤锅炉中，将大气空气送入炉中并将其与粉煤混合以用于燃烧。在氧焚烧粉煤锅炉中，将浓缩水平的氧气送入炉中并将其与粉煤混合以用于燃烧。
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。
目前，大型燃煤厂从冷到其额定功率的80％用时12至20小时。使大型发电厂对发电需求做出更快响应存在至少两个主要挑战。即，当减小蒸汽涡轮机的负载时，再热系统中的压力与蒸汽流成正比下降。在大多数蒸汽发电厂中，最高给水加热器连接到冷再热系统。冷再热压力与锅炉入口处的给水温度直接相关。因此，当降低冷再热压力时，锅炉入口处的给水温度也降低。另外，随着再热压力降低，热再热系统的出口处的温度将下降，从而导致降低的循环效率和更久的再热循环。其次，蒸汽锅炉部件的温度循环可影响设计生命周期和容限，特别是对于暴露于大的温度变化的部件，例如高压蒸汽涡轮机和管道、超级加热器配置等。因此，通常将厂中的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的温度以减少厂、暖机以及甚至热重新重启启动循环时间，同时减少对厂部件的应力。
发明内容
在一个实施方案中，描述了一种用于再热蒸汽驱动的发电系统的系统。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，该锅炉系统在该燃烧系统操作时操作以产生蒸汽；以及混合器，该混合器具有流体耦接到该锅炉的输入端。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和第二蒸汽管道；以及涡轮机，该涡轮机具有能够操作以接收蒸汽的至少第一部段该涡轮机，其中该涡轮机的该第一部段的输入端通过该第一蒸汽管道流体连接到该锅炉和该混合器中的至少一者的输出端，并且能够操作以将处于第一温度的蒸汽从该锅炉系统运送到该涡轮机的该第一部段，其中该涡轮机的该第一部段的输出端流体连接到该第二蒸汽管道，并且该第二蒸汽管道能够操作以将处于第二温度的被加热蒸汽从该涡轮机的输出端运送到该锅炉的输入端和该混合器的输入端中的至少一者。此外，该系统包括：第一流量控制阀，该第一流量控制阀能够操作以控制通过该涡轮机的第一部段的蒸汽流蒸汽流；传感器，该传感器能够操作以监测该锅炉系统中的至少一个操作特性。该系统包括：控制单元，该控制单元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至少该第一流量控制阀，以在选定的条件下并且当该主锅炉系统不产生蒸汽时控制被引导通过该涡轮机的蒸汽的量。
在另一个实施方案中，本文所述的是一种再热发电系统的方法，该发电系统具有锅炉系统，该锅炉系统包括主锅炉和混合器，该主锅炉操作以在该燃烧系统操作时产生蒸汽，并且该混合器具有流体耦接到该主锅炉的输入端。该方法包括：将处于第一温度的蒸汽流从该混合器或该主锅炉可操作地连接到涡轮机的能够操作以接收蒸汽的至少第一部段，将该涡轮机的该第一部段的输出端可操作地连接到该锅炉的输入端和该混合器的输入端中的至少一者，以从该锅炉的输入端和该混合器的输入端中的至少一者运送处于第二温度的被加热蒸汽；可操作地连接第一流量控制阀，该第一流量控制阀能够操作以控制通过该涡轮机的该第一部段的蒸汽流。该方法还包括：监测该锅炉系统中的至少一个操作特性；用控制器接收与所监测的操作特性相关联的信息；以及控制至少该流量控制阀，以当该主锅炉系统不产生蒸汽以使该锅炉保温时，在选定的条件下控制被引导通过该涡轮机的该第一部段的蒸汽的量。
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
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：
图1是根据一个实施方案的发电系统的简化示意图；
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；
图3是根据一个实施方案的图1和图2的发电系统的锅炉的示意图。
并且
图4是根据一个实施方案的用于发电系统中的锅炉再热的控制例程的框图图示。
具体实施方式
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包括燃烧系统的热回收蒸汽发生系统一起使用，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。其他系统可包括利用宽泛范围的燃料(包括但不限于煤、石油和天然气)的其他类型的锅炉、炉和焚烧加热器。例如，设想的锅炉包括但不限于能够T型焚烧且壁焚烧的粉煤锅炉、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(包括受控的循环、天然循环和超临界锅炉)的悬浮燃烧器以及其他热回收蒸汽发生器系统。
如本文所述的实施方案涉及：发电系统，该发电系统具有包括燃烧系统的热回收蒸汽发生系统；以及用于该发电系统的方法和控制方案，该方法和控制方案提供用于改进和减少锅炉系统中的启动时间。在特定实施方案中，涉及一种系统和方法，该系统和方法提供该发电系统和锅炉的受控停工，以及在从低温条件启动发电厂时在锅炉/涡轮机/蒸汽管道系统中预保温和维持温暖，而在从热条件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。使锅炉系统部件保持温暖/预保温有利于更短的时间段来锅炉/蒸汽管道/涡轮机，从而允许典型的燃煤发电厂对突然的重启电网需求做出更快响应。此外，在低电网能量需求时期，例如，当电网需求低(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。
紧接在炉吹扫和炉隔离之后，锅炉压力和温度将随时间推移缓慢衰减，然而所述实施方案包括通过经由蒸汽到蒸汽锅筒/锅炉中的受控进入而提供保温蒸汽来回收这种不可避免的衰减的方法和系统。在一个实施方案中，保温用回收由于涡轮机通风或部分通风而生成的热量来实现。在另一个实施方案中，保温可用来自辅助锅炉/第二蒸汽源的小蒸汽流来实现。蒸汽由较小的辅助(aux.)锅炉或由第二蒸汽源供应以产生大约28巴的蒸汽锅筒(或等同物)压力，而不需要焚烧主锅炉。
图1示出了发电系统10，该发电系统包括具有燃烧系统11的热回收蒸汽发生系统，该燃烧系统具有锅炉12，如发电应用中可采用的。锅炉12可以是切向焚烧锅炉(也称为T型焚烧锅炉)或壁焚烧锅炉。燃料和空气通过燃烧器组件14和/或与其相关联的喷嘴引入锅炉12中。燃烧系统10包括燃料源，诸如例如粉碎机16，该粉碎机被配置成将燃料诸如煤研磨至期望的细度。使用一次空气将粉煤从粉碎机16传递到锅炉12。空气源18向锅炉12提供二次空气或燃烧空气的供应，在该锅炉中该二次空气或燃烧空气与燃料混合并燃烧，如在下文中详细讨论的。在锅炉12为氧焚烧锅炉的情况下，空气源18可以是从进入空气气流或直接从大气中提取氧气的空气分离单元。
锅炉12包括：灰斗区20，该灰斗区位于主燃烧器区22下方，可从该灰斗区去除灰分；主燃烧器区22(也称为风箱)，在该主燃烧区中空气和空气燃料混合物被引入锅炉12中；燃尽区24，在该燃尽区中在主燃烧器区22中未燃烧的任何空气或燃料被燃烧；过热器区26，该过热器区具有过热器27，在该过热器中蒸汽可被燃烧烟道气过热。锅炉12还包括具有经济器31的经济器区28，在该经济器区中水可在进入蒸汽锅筒25或混合球体(25)之前被预热以将水送到水壁23。泵40可用于帮助将预热水循环至水壁23并通过锅炉12。燃料在锅炉12内用一次空气和二次空气的燃烧产生烟道气的气流，该烟道气的气流最终被处理并通过经济器区28下游的烟囱排出。如本文所用，诸如“下游”的方向意指在烟道气流动的大致方向上。类似地，术语“上游”与“下游”的方向相反，即与烟道气流动的方向相反地行进。
一般来讲，在发电系统10和燃烧系统11的操作中，燃料在锅炉12中的燃烧加热锅炉12的水壁23中的水，然后该水穿过蒸汽锅筒(或等同物)(在下文中称为锅筒25)传递到过热器区26中的过热器27，在过热器中烟道气将另外的热量施予到蒸汽。然后将来自过热器27的过热蒸汽通过大体示为60的管道系统引导至涡轮机50的高压部段52，在该高压部段中蒸汽膨胀并冷却以驱动涡轮机50，从而转动发电机58(图2)来发电。然后可将来自涡轮机50的高压部段52的膨胀蒸汽返回到过热器27下游的再热器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，在该低压部段处蒸汽连续膨胀和冷却以驱动涡轮机50。
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以及所产生的关于低过量空气操作的后果。例如，在整个系统中采用大体示为36的温度和压力监测器，以确保适当的控制、操作并且确保不超过操作极限。在另一个示例中，燃烧系统11可包括多个流体流量控制装置30，该多个流体流量控制装置向与燃烧器组件14相关联的每个燃料引入喷嘴供应用于燃烧的二次空气。在一个实施方案中，流体流量控制装置30可以是电致动的空气阻尼器，这些空气阻尼器可被调节以改变提供给与每个燃烧器组件14相关联的每个燃料引入喷嘴的空气量。锅炉12还可包括在炉周围的各种空间位置处的其他能够单独控制的空气阻尼器或流体流量控制装置(未示出)。流动控制装置30中的每一个流动控制装置能够由控制单元100单独控制，以确保对于每个喷嘴位置实现期望的空燃比和火焰温度。
燃烧系统11还可包括与每个单独的燃料引入喷嘴或燃烧器组件14相关联的火焰扫描装置32。火焰扫描装置32被配置成评估主燃烧器区22内的每个相应喷嘴位置处的局部化学计量(空燃比)。除了在每个喷嘴位置处检测相应的空气和燃料的数量之外，火焰扫描装置32还被配置成感测与每个燃烧器组件14相邻的火焰温度。
图1还示出，锅炉12的在过热器27、再热器29和经济器部段28中的经济器31下游的后烟道38配有监测装置42。监测装置42被配置用于测量和评估后烟道38内的气体种类，诸如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、汞(Hg)、二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、二氧化氮(NO2)、一氧化氮(NO)和氧气(O2)。SO2和SO3统称为SOx。类似地，NO2和NO统称为NOx。
继续操作锅炉12，在操作中，将预先确定比率的燃料和空气提供到燃烧器组件14中的每一个燃烧器组件以用于燃烧。当燃料/空气混合物在炉内燃烧并且产生烟道气时，监测燃烧过程和烟道气。特别地，感测并监测火球和火焰的各种参数、炉壁上的条件以及烟道气的各种参数。这些参数被传输或以其他方式传送到燃烧控制单元100，在该燃烧控制单元中这些参数根据存储在存储器中并由处理器执行的控制算法进行分析和处理。控制单元100被配置成根据一个或多个监测到的燃烧和烟道气参数以及炉壁条件来控制提供给锅炉12的燃料和/或提供给锅炉12的空气。
此外，发电系统10还包括监测和控制与根据所述实施方案的蒸汽发生和再热相关联的加热过程的一系列传感器、致动器和监测装置。例如，发电系统10可包括多个流体流量控制装置，例如66(图2)，该多个流体流量控制装置控制系统10中水或蒸汽流。在一个实施方案中，流体流量控制装置30可以是电致动阀，这些电致动阀可被调节以改变从中穿过的流的量。流动控制装置例如66中的每一个流动控制装置能够由控制单元100单独控制。发电系统10还可包括多个传感器，该多个传感器能够操作以监测发电系统10的各种其他操作参数，例如可根据需要采用温度传感器和压力传感器来监测系统10的众多部分中的操作和效果。在一个实施方案中，温度传感器和压力传感器各自可根据需要可操作地连接到控制单元100或另一个控制器，以实现本文所述的方法和功能。
图2描绘了根据一个实施方案的用于减少热损失并使发电系统110的至少一部分预保温的系统的简化示意图。该系统和相关联的方法提供了任选地减少锅炉12中的热损失并保温和维持操作特性的方式，这些操作特性包括但不限于至少涡轮机50和将锅炉12互连的蒸汽管道系统60中的温度和压力。可容易理解，当从低温条件启动现在用110表示的发电系统时，任何预保温将帮助减少总体保温、蒸汽发生、发电启动时间(在下文中统称为启动时间)。此外，在锅炉12不工作的情况下，发电系统110的部件中的每一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。为此，自然地，在锅炉12不工作的同时为延迟和减少发电系统110中的热损失所做的努力将改进总体回收能力，从而改进启动时间。
在一个实施方案中，描述了一种系统配置和方法，该系统配置和方法提供用于当锅炉至少最初不工作时，减少热损失并采用保温蒸汽来保持操作特性(包括但不限于锅炉12、互连蒸汽管线60和涡轮机的温度)，以有利于重启锅炉12和发电系统110。保温有利于锅炉12以及最终涡轮机50更快地，从而允许燃煤发电厂对突然的重启电网需求做出更快响应。为了解决对电网59的低能量需求时期，可能需要一些化石燃料发电厂减少负载或甚至中断操作以保持电网59平衡。在后一种情况下，所述实施方案提供用于减少热损失并确保提供保温蒸汽，从而加热锅炉12和到蒸汽涡轮机50的主蒸汽管道例如60。此类保温有利于使锅炉12更快地转变为产生蒸汽，从而使发电系统110转变成比常规系统更快地进行电力生产。
在一个实施方案中，锅炉12停工并且不产生蒸汽。应当理解，操作者可采用各种努力来延迟和减少发电系统110中的热损失。例如，一旦已充分吹扫烟道气，任选地，停止/减慢循环泵40以防止整个发电系统110中的进一步热损失。此外，任选地采用阻尼器17并将其闭合，以避免在燃烧系统11中通过抽风效应的进一步热损失。在一个实施方案中，阻尼器17被选择和配置成提供锅炉12的排气烟道的紧密密封以使抽风损失最小化。
继续参见图2，在低电网能量需求时期，当化石燃料发电厂已经减小负载或甚至中断的负载时，所述实施方案用于使发电系统110保温。在一个实施方案中，从电网59中汲取电力，为作为马达的发电机58供电。在此类条件下(例如，低电网需求、可再生能源对电网的高贡献等)从电网59提取电力帮助平衡和稳定电网59。作为马达操作的发电机58转动涡轮机50。在此类条件下转动涡轮机50在一些情况下被称为转动或马达驱动，并且可导致涡轮机级的一些或部分涡轮机级通风，作为施予在涡轮机(特别是涡轮机50的高压部段52)中的蒸汽和摩擦上的功的结果，该通风将热量添加到涡轮机50中的蒸汽。因此，在一些实施方案中，涡轮机50的高压部段52下游的温度T2将高于涡轮机的高压部段52入口处的温度T1。此外，当蒸汽膨胀时，涡轮机50的高压部段52中将存在小的压降。在示例性实施方案中，所产生的热可被捕获并用于再热/保持锅炉12的温度。在一个实施方案中，可产生发电系统110额定功率的约5％＝10％并将该比率用于加热。然而，还应当理解，基于操作条件和涡轮机50中蒸汽的质量流量，可能不需要完全通风。在一些情况下，并且选择系统的可选配置，特别是当采用辅助加热器时，如本文所述，需要在涡轮机50中消耗更少的功以便有利于使锅炉12保温/保持在期望的温度和压力。此外，在一些实施方案中，涡轮机50的一部分或甚至部段(例如，涡轮机50的高压部段52)的一部分可能处于通风状态，而涡轮机的另一部分(例如，中压部段54或低压部段56)正在产生例如驱动发电机58的功。
继续参见图2，在一个实施方案中，当涡轮机50由发电机58旋转时，使涡轮机的蒸汽管道61和高压部段52中的蒸汽保温，或者至少另外的能量由于涡轮机50所施予的功而被吸收。然后将被加热蒸汽引导回到混合器25和锅炉12。在一个实施方案中，监测进入和离开涡轮机50的高压部段52的温度和压力，并将其引导至控制单元100以有助于控制。可操作循环泵40中的一个或多个循环泵以确保水混合和循环通过锅炉12和锅筒。在具有其他锅炉类型(包括天然循环锅炉)的实施方案中，可结合小的辅助循环泵40以有助于锅炉的水壁23中的水循环。
在一个实施方案中，流量控制阀67用于通过引导允许或多或少的蒸汽流动通过涡轮机50的高压部段52来控制涡轮机50的加热/冷却。在一个实施方案中，可通过涡轮机50的高压部段52将蒸汽加热至约450℃的目标温度，但不超过涡轮机50的高压部段52的叶片的温度极限。在一个实施方案中，不超过的涡轮机50的高压部段52的温度为约485℃。涡轮机50的高压部段52中蒸汽的加热由通过它的质量流量直接控制。在蒸汽温度接近最大允许的情况下，调节流量控制阀67以将另外的蒸汽引导至涡轮机50的高压部段52(从而将其冷却)。在涡轮机50的高压部段52的入口和出口处进行温度测量。控制单元100监测温度和压力，并且通过流量控制阀67调节蒸汽流以控制锅炉的保温且还确保防止涡轮机50超过高温极限。
在一个实施方案中，在混合器/锅筒25中用水喷射被加热蒸汽。被加热蒸汽加热锅炉12中的水以保持锅炉12中的温度和压力。此外，较高温度的蒸汽中的一些蒸汽传递到涡轮机50的中压部段54，然后通过低压部段56，以确保设计温度极限符合涡轮机的中压部段54和低压部段56。任选地，也可捕获来自这些部段的加热中的一些加热以有利于加热锅炉12，如本文所述。最终，剩余的蒸汽传递到冷凝器13并继续传递到热井，以便在锅炉12中再循环(未示出)。
应当理解，虽然相对于受控循环锅炉描述了所提供的示例，但此类描述仅仅是例示性的。如在蒸汽发生热回收系统中采用的锅炉12的其他配置也是可能的，包括但不限于天然循环锅炉和超临界锅炉。例如，在直流锅炉应用中(因为它们不具有任何锅筒)，来自涡轮机的热蒸汽的注入可发生在水壁入口或类似位置处。该效果将类似于在锅筒中的蒸汽注入。
继续参见图2，在一个实施方案中，来自涡轮机50的高压部段52的出口的蒸汽可能已经损失了足够的压力，使得可能期望压缩蒸汽以实现更高的压力和温度，从而有助于喷射/混合以再热并维持锅炉12的温度和压力。此外，与涡轮机50的高压部段52的出口侧相比，混合器/锅炉通常处于更高的压力。为此，在一个实施方案中，电驱动压缩机65可由控制单元100采用和控制以对被加热蒸汽加压，将其进一步加热，并且根据需要增加其压力以促进混合器25中的混合。温度和压力的增加有助于保持混合器25和锅炉12中的目标压力。在一个实施方案中，压缩机65将压力增加到略高于锅筒25中的当前压力，其中温度略高于锅筒25中水所经历的对应饱和温度。为了有利于这种控制，用可操作地连接到控制单元100的传感器36监测锅筒25中的温度和压力。在一个实施方案中，压缩机将压力增加至锅筒压力并使锅炉12保持温暖。在一个实施方案中，压缩机将压力增加至超过28巴psi的锅筒压力的目标锅筒压力，其中目标温度增加超过处于该压力的蒸汽的饱和度。应当理解，目标压力和温度可根据注入蒸汽的位置而变化。应当容易理解，电驱动压缩机以另一种方式操作是有利的，因为该电驱动压缩机对电网59提供另外的平衡和稳定。在采用间接混合的示例中，目标压力和温度将基于系统中流量和组分限制之间的差异。
在另一个实施方案中，由于在涡轮机50的高压部段52中施予涡轮机中的蒸汽和摩擦上的功，任选地，被加热蒸汽中的一些蒸汽被引导至涡轮机50的中压部段54，并且甚至任选地被引导至低压部段56。由于涡轮机50的中压部段54中的持续通风，热量还被添加到涡轮机50中的蒸汽。因此，涡轮机50的中压部段54下游的温度T4将高于涡轮机50的中压部段54入口处的温度T3。此外，当蒸汽膨胀时，涡轮机50的中压部段54中将存在小的压降。在示例性实施方案中，所产生的热可被捕获并用于再热/保持锅炉12的温度。在一个实施方案中，可通过涡轮机50的中压部段54的通风将蒸汽加热至约350℃的目标温度，但不超过涡轮机50的中压部段54的叶片的温度极限。在一个实施方案中，不超过的涡轮机50的中压部段54的温度为约400℃。此外，在另一个实施方案中，来自涡轮机50的中压部段54的出口的蒸汽可能已经损失了足够的压力，使得可能期望压缩蒸汽以实现更高的压力和温度，从而有助于喷射/混合以再热并维持锅炉12的温度和压力。为此，在一个实施方案中，电驱动压缩机66可由控制单元100采用和控制以对来自涡轮机50的中压部段54的被加热蒸汽加压，将其进一步加热，并增加其压力。温度和压力的增加有助于保持混合器25和锅炉12中的目标压力。在一个实施方案中，压缩机66将压力增加到略高于锅筒25中的当前压力，其中温度略高于锅筒25中水所经历的相应饱和温度。为了有利于此类控制，用可操作地连接到控制单元100的传感器36监测锅筒25中的温度和压力。在一个实施方案中，压缩机66将压力增加至如本文所述的目标压力，其中目标温度增加至少与如本文所述的目标压力相关联的饱和温度。应当容易理解，电驱动压缩机66的操作是有利的，因为该电驱动压缩机对电网59提供进一步的平衡和稳定。在一个实施方案中，流量控制阀d 69用于通过引导允许或多或少的蒸汽流动通过涡轮机50的中压部段54来控制涡轮机50的加热/冷却。在一个实施方案中，可通过涡轮机50的中压部段54的通风将蒸汽加热至约350℃的目标温度，但不超过涡轮机50的高压部段54的叶片的温度极限。在一个实施方案中，不超过的涡轮机50的中压部段52的温度为约385℃。
在另一个实施方案中，任选地，当涡轮机50的高压部段52在通风或部分通风中操作时，蒸汽被引导至涡轮机50的中压部段54，甚至任选地被引导至低压部段56。在这种情况下，蒸汽用于驱动中压部段54和/或低压部段56，从而提供驱动发电机58所需的功。由于涡轮机50的高压部段52中的持续通风，热量还被添加到涡轮机50中的蒸汽，同时为至少涡轮机提供动力。因此，在这种情况下，涡轮机50的中压部段54下游的温度T4将低于涡轮机50的中压部段54入口处的温度T3。此外，当蒸汽膨胀提供功时，涡轮机50的中压部段54中将存在压降。在示例性实施方案中，所产生的电力可被捕获并用于驱动涡轮机50以支持涡轮机50的高压部段52的通风或部分通风和/或驱动发电机58并将少量电力引导到电网。例如，如果采用辅助加热器70(图3)，则可能存在可用于加热锅炉的过量热量，使得所产生的蒸汽中的一些蒸汽可用于涡轮中。
为了有利于这种控制，用可操作地连接到控制单元100的传感器36监测系统110中的温度和压力。在一个实施方案中，至少流量控制阀69和67可用于通过引导允许或多或少的蒸汽流动通过涡轮机50的高压部段52进行通风，并且通过涡轮机50的中压部段54进行通风或进行发电来控制涡轮机50的加热/冷却，同时可控制发电机58以作为发电机或马达操作。再次应当理解，如本文所述，涡轮机50的高压部段52用于通风，而中压部段54和低压部段56用于通风或发电。此类描述仅仅是例示性的，并且系统配置不是如此限制性的，涡轮机50的任何部段可用于通风，并且如果需要，任何其他部段可用于发电或通风。也就是说，例如，涡轮机50的高压部段52可用于发电或通风，而涡轮机的中压部段54用于通风。
现在也转向图3，图3描绘了根据一个实施方案的用于减少热损失并使发电系统110的至少一部分预保温的系统的另一个简化示意图。该系统与相对于图2所述的系统相同，不同的是在以下实施方案中包括另外的部件。再次，该系统和相关联的方法提供了任选地减少锅炉12中的热损失并保温和维持操作特性的方式，这些操作特性包括但不限于至少涡轮机50和将锅炉12互连的蒸汽管道系统60中的温度和压力。在一个实施方案中，描述了一种系统配置和方法，该系统配置和方法提供用于当锅炉至少最初不工作并且不产生蒸汽时，减少热损失并采用保温蒸汽来保持操作特性(包括但不限于锅炉12、互连蒸汽管线60和涡轮机的温度)，以有利于重启锅炉12和发电系统110。保温有利于锅炉12以及最终涡轮机50更快地，从而允许燃煤发电厂对突然的重启电网需求做出更快响应。
再次，在一个实施方案中，锅炉12停工并且不产生蒸汽。应当理解，操作者可如本文所述采用各种努力来延迟和减少发电系统110中的热损失。在一个实施方案中，再次从电网59中汲取电力，如本文所述为作为马达的发电机58供电，从而如本文所述转动涡轮机50并在其中产生热量。在示例性实施方案中，所产生的热可被捕获并用于再热/保持锅炉12的温度。在一个实施方案中，来自涡轮机50的被加热蒸汽然后通过热交换器68被引导到任选的压缩机65，以将其热量交换回混合器25和锅炉12。在这种情况下，由于来自涡轮机50的高压部段52的被加热蒸汽不与混合器锅筒25中的水直接混合，因此压缩机65是任选的并且可不需要均衡涡轮机高压部段52和混合器25之间的压力。热蒸汽被导引至热交换器68，该热交换器将进入混合器25和/或锅炉12中的水升温，然后再循环至涡轮机50。在另一个任选的实施方案中，压缩机65可安装在热交换器的下游，以在现在被冷却的蒸汽被重新引导至涡轮机50以便待再热时向其添加压力，或者可根据系统110的配置采用不同的任选压缩机64。此外，在另一个配置中，热交换器可与锅炉12的下管一起安装。再次，再热的目标是对涡轮机50的高压部段52加压，并从涡轮机50中提供期望的目标高温，以有利于锅炉12的保温并有利于锅炉12以及最终涡轮机50的暖/热启动。此阈值压力取决于厂特定特性，因为在涡轮机50的高压部段52中实现目标加热所需的蒸汽流的量取决于初始温度、压力、涡轮机几何形状和材料等。在一个实施方案中，涡轮机50中的目标加热为450℃，而来自压缩机的压力被选择为刚好高于锅筒中的压力。在一个实施方案中，目标锅筒压力为约28巴，但是根据系统的设计约束，其他压力也是可能的。热交换器68可具有适于在加热的压缩蒸汽和混合器25之间交换热量的任何配置。应当理解，采用热交换器68增加了用于再热的系统配置的灵活性，因为不需要解决涡轮机的高压部段52的输出端和混合器25之间的压力。也就是说，热交换器68有利于允许涡轮机的高压部段52的输出端和混合器25之间的压力差。同样，热交换器68可容易用于直接加热锅炉12中的水。
继续参见图3，在另一个实施方案中，来自涡轮机50的高压部段52的被加热蒸汽被引导至如本文所述的混合器25。此外，除了进一步加热混合器25中的水/蒸汽之外或作为进一步加热混合器25中的水/蒸的替代，可采用闪蒸槽电加热器70。被加热蒸汽加热锅炉12中的水以保持锅炉12中的温度和压力。在一个实施方案中，蒸汽可由涡轮机50的高压部段52加热至450℃的目标温度，但不超过涡轮机50的高压部段52的叶片的温度极限。在一个实施方案中，不超过的涡轮机50的高压部段52的温度为约485℃。在一个实施方案中，蒸汽可由辅助加热器加热至450℃的目标温度，但再次不超过锅筒25或涡轮机50的高压部段52的叶片的温度极限。在一个实施方案中，不超过的涡轮机50的高压部段52的温度为约485℃。实际目标温度和压力可根据系统的设计和配置而变化。例如，温度可取决于辅助加热器70(如果采用的话)的位置。在辅助加热器70位于涡轮机50的高压部段52的排气侧或出口侧的情况下，则目标温度为500℃-550℃的“该单元的标称设计温度”。由于叶片位于下游，因此需要存在关于叶片的任何另外的约束。然而，在辅助加热器70定位在涡轮机50的高压部段52的入口前面的实施方案中，则采用450℃作为目标以确保不超过涡轮机设计约束。在一个实施方案中，除了涡轮机50的完全通风之外或替代涡轮机50的完全通风，可采用辅助加热器。例如，根据包括锅炉12和涡轮机的给定发电系统110的设计和构造，以及蒸汽管道60中的损失，不同量的添加热量可足以保持锅炉中的期望的温度和压力。在此类条件下，来自涡轮机50的减少的加热可能是足够的。在另一个实施方案中，压缩机64可用于锅炉12和辅助加热器70与涡轮机50的高压部段52的输入端之间。在此实施方案中，压缩机64可用于确保被引导至涡轮机50的高压部段52的蒸汽的压力具有足够的压力和温度以用于在选定的条件下驱动涡轮机。
现在也转向图4，描述了根据一个实施方案的用于在通风模式下采用涡轮机50来预热蒸汽发生系统110的操作方法200。在一个实施方案中，实现控制系统以控制用于涡轮机通风的发电机58、辅助锅炉/闪蒸槽70、压缩机65、66、控制阀67、72和任何隔离阀(未示出)等的操作，从而执行所述方法。在一个实施方案中，此类控制功能可全部或部分地在控制单元100或另一个控制器中实现。在一个实施方案中，预想了多种操作模式。应当理解，虽然描述了两种操作模式，但此类描述仅用于示例的目的。可容易地预想各种其他和另外的操作模式，并且应当充分理解，变型形式和其他模式操作是可能的。在一个实施方案中，采用涡轮机50使蒸汽发生系统110预热/保温的操作模式涉及暖机/保持锅炉温度和压力，如通常可能是促进热启动所需的。其他操作模式可涉及保持发电系统操作特性，这些操作特性包括但不限于选定的温度和压力下更长持续时间的温度和压力。
图4描绘了根据一个实施方案的用于减少锅炉中的热损失并使锅炉12保温的方法200。在此类条件下，锅炉12及其水壁23以及混合器25和至少一个蒸汽管道61根据需要保持温热以有利于启动。在此类条件下，在过程步骤210处，监测锅炉12和/或混合器锅筒25、涡轮机入口和出口的操作特性，这些操作特性包括但不限于温度和/或压力。如过程步骤220所示，如果温度小于选定的阈值，则发起再热过程，否则监测继续。应当理解，特定的所选温度可根据特定的锅炉12、混合器20、蒸汽管道60、涡轮机50、环境温度等而变化。在一个实施方案中，如果温度降到约200℃以下，则再热锅炉12，但其他温度选择也是可能的。在一个实施方案中，期望将锅炉12、混合器25、蒸汽管道60和/或涡轮机50中的至少一者保持在刚好足以维持它们的压力的温度。
继续方法200，如在过程步骤230处所描绘，通过将蒸汽引导到涡轮机50的至少高压部段52来发起再热过程，发电机58作为马达被激活以驱动涡轮机50并开始向涡轮机50的至少高压部段52施予功。控制流量控制阀66以允许被加热蒸汽流向混合器25。如在过程步骤240处所描绘，任选地，在一个实施方案中，操作压缩机65(如果采用的话)以进一步压缩被加热蒸汽并匹配锅炉12/混合器25中的压力。任选地，在另一个实施方案中，操作辅助热源70(如果采用的话)，进一步加热来自混合器25的蒸汽，如在过程步骤250处所描绘。任选地，应当理解，辅助热源70可在将热水引导至锅炉12之前焚烧并保温，虽然不需要使辅助热源70保温。在另一个选项中，如在过程步骤260处所描绘，也可采用中间部段加热以进一步促进锅炉再热。应当理解，虽然方法200的各个步骤以特定顺序描绘，但它们不需要以此类顺序并且以此类顺序描述仅仅出于说明实施方案的示例的目的。一些步骤可讨论，一些步骤可容易地以不同的顺序进行。继续方法200，如在过程步骤270处所描绘，通过流量控制阀66控制通过涡轮机50的至少高压部段52的蒸汽流，以在不超过涡轮机约束的情况下获得期望的温度上升。继续参见图4，并且方法200重复进行监测在再热期间的温度，直到实现选定的操作特性(包括但不限于再热温度或压力)，或者重启锅炉512，如在过程步骤270处所描绘。如在过程步骤280处所描绘，在一个实施方案中，当期望重启锅炉12以返回至服务、流量控制阀66(并且闭合任何其他任选采用的装备)时，发电机未被激励并被连接以作为发电机操作。启动锅炉12和相关联的装备(例如，启动风扇、点燃点火器和油/NG燃烧器焚烧)。有利地，锅炉12的焚烧速率可快速增加至可能的最高速率，因为使部件中的每一个部件都预保温。当约蒸汽流已建立时，如在过程步骤290处所描绘。如果需要，辅助热源70可保持在连续操作中以继续帮助保温和重启。由所述实施方案提供的发电系统及其控制为操作者提供经济、排放物和操作益处。特别地，可通过优化锅炉的再热时间来实现燃料节省和排放物减少。发电系统11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/混合器再热过程来提供主锅炉停工和重启。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避免了操作或使用操作下游装备(包括用于所需空气质量控制装备的风扇和泵)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。
除了节省操作之外，所述实施方案的发电系统还提供了对新厂或锅炉设计和构造的资本成本节省。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。
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，除了用于锅炉再热过程控制之外，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。
在一个实施方案中，描述了一种用于再热蒸汽驱动的发电系统的系统。该系统包括锅炉系统，该锅炉系统包括：主锅炉，该锅炉系统操作以产生蒸汽；以及混合器，该混合器具有流体耦接到该锅炉的输入端。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和第二蒸汽管道；以及涡轮机，该涡轮机具有能够操作以接收蒸汽的至少第一部段该涡轮机，其中该涡轮机的该第一部段的输入端通过该第一蒸汽管道流体连接到该锅炉和该混合器中的至少一者的输出端，并且能够操作以将处于第一温度的蒸汽从该锅炉系统运送到该涡轮机的该第一部段，其中该涡轮机的该第一部段的输出端流体连接到该第二蒸汽管道，并且该第二蒸汽管道能够操作以将处于第二温度的被加热蒸汽从该涡轮机的输出端运送到该锅炉的输入端和该混合器的输入端中的至少一者。此外，该系统包括：第一流量控制阀，该第一流量控制阀能够操作以控制通过该涡轮机的第一部段的蒸汽流；传感器，该传感器能够操作以监测该锅炉系统中的至少一个操作特性；以及发电机，该发电机可操作地连接到该涡轮机，该发电机可作为马达操作并且被配置成从电网接收电力并驱动该涡轮机。该系统包括：控制单元，该控制单元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该发电机和第一流量控制阀中的至少一者，以在选定的条件下并且当该主锅炉系统不产生蒸汽时控制被引导通过该涡轮机的蒸汽的量。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：在该多个蒸汽管道、该主锅炉、该混合器和该涡轮机中的至少一者中测量该至少一个操作特性。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：在该涡轮机的该第一部段的出口处测量该至少一个操作特性。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：该至少一个操作特性包括温度和压力中的至少一者。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：控制供应到该涡轮机的该第一部段的蒸汽的量，以保持该涡轮机的该第一部段中的至少一者的选定的约束。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：这些选定的约束包括温度、温度梯度和压力中的至少一者。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：这些选定的约束包括485℃的温度和28巴的压力中的至少一者。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：第一压缩机，该第一压缩机可操作地连接在该涡轮机的该第一部段的该输出端与锅炉的该输入端和该混合器的该输入端中的至少一者之间，该第一压缩机能够由控制器控制并且能够操作以接收来自该涡轮机的该第一部段的该被加热蒸汽并增加该被加热蒸汽的压力或温度中的至少一者。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：该第一压缩机将该被加热蒸汽的压力增加到至少该锅炉和该混合器中的该至少一者中的压力。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：辅助热源，该辅助热源操作以向该锅炉、该混合器、该蒸汽管道以及该涡轮机的该第一部段中的至少一者提供蒸汽，并且其中该控制器能够操作以控制该辅助热源，使得蒸汽被加热并被引导至该锅炉、该混合器和该涡轮机的该第一部段中的该至少一者。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：该辅助热源为该涡轮机提供足够的热量，以将该锅炉、该混合器、该蒸汽管道和该涡轮机中的至少一者保持在期望的温度或压力。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：该涡轮机具有至少第二部段，其中该涡轮机的该第二部段的输入端流体连接并且能够操作以从该涡轮机的该第一部段的输出端、该锅炉的输出端和该混合器的输出端中的至少一者接收处于第三温度的蒸汽；其中该涡轮机的该第二部段的输出端流体连接并且能够操作以将处于第四温度的蒸汽从涡轮机的第二部段的输出端运送到该锅炉的输入端和该混合器的输入端中的至少一者。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：第二流量控制阀，该第二流量控制阀能够操作以控制通过该涡轮机的第二部段的蒸汽流；并且其中该控制单元被配置成接收与另一个所监测的操作特性相关联的信息并且控制该第二流量控制阀，以控制被引导通过该涡轮机的第二部段的蒸汽的量。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：与来自该涡轮机的该第一部段的输出端、该锅炉的输出端和该混合器的输出端中的至少一者的处于第三温度的蒸汽相比，来自涡轮机的中压部段的输出端的处于第四温度的该被加热蒸汽处于更高的温度。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：第二压缩机，该第二压缩机可操作地连接在该涡轮机的该第二部段的输出端与锅炉的该输入端和该混合器的该输入端中的至少一者之间，该第二压缩机能够由该控制器控制并且能够操作以接收来自该涡轮机的该第二部段的该被加热蒸汽并增加该被加热蒸汽的压力或温度中的至少一者。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：该第二压缩机将该被加热蒸汽的压力增加到至少该锅炉和该混合器中的该至少一者中的压力。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：热交换器，该热交换器可操作地连接以接收来自该涡轮机的该第一部段的该处于第一压力的被加热蒸汽，并且将热量传递到该锅炉或该混合器中的处于另一个压力的水和蒸汽中的至少一者。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：在选定的条件下被引导通过该涡轮机的蒸汽的量被配置成向该锅炉、该蒸汽管道、该混合器和该涡轮机中的至少一者提供足够的热量，以将每一者保持在选定的温度或压力。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：在该主锅炉、该混合器或该涡轮机处测量该至少一个操作特性。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：控制供应到该涡轮机的该第一部段的蒸汽的量，以保持该涡轮机的该第一部段、这些蒸汽管道或它们的连接部中的至少一者的选定的约束。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：该涡轮机的该第一部段和该第二部段中的至少一者以通风或部分通风模式操作。
除了上述特征中的一个或多个特征之外或作为替代形式，该系统的另外的实施方案可包括：该涡轮机的该第一部段是高压部段，并且该涡轮机的第二部段是中间动力部段。
在另一个实施方案中，本文所述的是一种再热发电系统的方法，该发电系统具有锅炉系统，该锅炉系统包括主锅炉和混合器，该主锅炉操作以在操作时产生蒸汽，并且该混合器具有流体耦接到该主锅炉的输入端。该方法包括：将处于第一温度的蒸汽流从该混合器或该主锅炉可操作地连接到涡轮机的能够操作以接收蒸汽的至少第一部段，将该涡轮机的该第一部段的输出端可操作地连接到该锅炉的输入端和该混合器的输入端中的至少一者，以从该锅炉的输入端和该混合器的输入端中的至少一者运送处于第二温度的被加热蒸汽；可操作地连接第一流量控制阀，该第一流量控制阀能够操作以控制通过该涡轮机的该第一部段的蒸汽流，并且将发电机可操作地连接到该涡轮机，该发电机能够作为马达操作并且被配置成从电网接收电力并驱动该涡轮机。该方法还包括：监测该锅炉系统中的至少一个操作特性；用控制器接收与所监测的操作特性相关联的信息；以及控制该流量控制阀和该发电机中的至少一者，以当该主锅炉系统不产生蒸汽以使该锅炉保温时，在选定的条件下控制被引导通过该涡轮机的该第一部段的蒸汽的量。
除了上述一个或多个特征外，或作为替代形式，该方法的另外的实施方案可包括：该至少一个操作特性是测量的该主锅炉、该混合器、该蒸汽管道和该涡轮机中的至少一者的温度。
最后，还应当理解，系统110和控制单元100可包括必要的电子器件、软件、存储器、储存装置、数据库、固件、逻辑/状态机、微处理器、通信链路、显示器或其他视觉或音频用户界面、打印装置、以及用于执行本文所述功能和/或实现本文所述结果的任何其他输入/输出界面。例如，如前所述，系统可包括至少一个处理器和系统存储器/数据存储结构，该至少一个处理器和系统存储器/数据存储结构可包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。系统10的至少一个处理器可包括一个或多个常规微处理器以及一个或多个补充协处理器，诸如数学协处理器等。本文讨论的数据储存器结构可包括磁性、光学和/或半导体存储器的适当组合，并且可包括例如RAM、ROM、闪存驱动器、光学盘诸如致密盘和/或硬盘或驱动器。
另外，可将使控制器适应于执行本文所公开的方法的软件应用程序从计算机可读介质读取到至少一个处理器的主存储器中。因此，本发明的实施方案可实时执行本文所公开的方法。如本文所用，术语“计算机可读介质”是指向系统10的至少一个处理器(或本文所述装置的任何其他处理器)提供或参与提供指令以供执行的任何介质。此类介质可采取多种形式，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学、磁性或光磁性的盘，诸如存储器。易失性介质包括动态随机存取存储器(DRAM)，其通常构成主存储器。计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、固态驱动器(SSD)、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其他光学介质、RAM、PROM、EPROM或EEPROM(电可擦可编程的只读存储器)、FLASH-EEPROM、任何其他存储器芯片或匣、或计算机可读取的任何其他介质。
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。
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，“操作地耦接”指的是可以是直接或间接的连接。连接不一定是机械附接。
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。
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(inwhich)”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”。

Claims (27)

1.一种用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，包括：
锅炉系统，包括：
主锅炉，所述主锅炉操作以产生蒸汽；以及
混合器，所述混合器具有流体耦接到所述主锅炉的输入端；
多个蒸汽管道，所述多个蒸汽管道具有第一蒸汽管道和第二蒸汽管道；
涡轮机，所述涡轮机具有能够操作以接收蒸汽的至少第一部段，其中到所述涡轮机的所述第一部段的输入端经由所述第一蒸汽管道流体连接到所述主锅炉和所述混合器中的至少一个的输出端，并且能够操作以把来自所述锅炉系统的处于第一温度的蒸汽运送到所述涡轮机的所述第一部段，其中所述涡轮机的所述第一部段的输出端流体连接到所述第二蒸汽管道，以及所述第二蒸汽管道能够操作以在所述主锅炉不工作且不产生蒸汽时将处于第二温度的加热蒸汽从所述涡轮机的所述第一部段的所述输出端运送到所述主锅炉的输入端和所述混合器的输入端中的至少一个；
第一热交换器，所述第一热交换器能够操作地连接以从所述涡轮机的至少所述第一部段的所述输出端接收处于所述第二温度的所述加热蒸汽，并将热量传递到来自所述主锅炉或所述混合器的水和蒸汽中的至少一个和用于所述主锅炉的给水；以及
闪蒸槽，所述闪蒸槽能够操作以接收来自所述主锅炉和所述混合器中的一个的处于所述第一温度和第一压力下的加热水和蒸汽，并且将其闪蒸成处于更低压力下的蒸汽，所述闪蒸槽能够操作以将处于所述更低压力下的所述蒸汽提供到所述涡轮机的所述第一部段。
2.根据权利要求1所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，还包括：
第一流量控制阀，所述第一流量控制阀能够操作以控制通过所述涡轮机的所述第一部段的蒸汽流；
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；以及
控制单元，所述控制单元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至少所述第一流量控制阀，以在选定的条件下并且当所述锅炉系统不产生蒸汽时控制被引导通过至少所述涡轮机的所述第一部段的蒸汽的量。
3.根据权利要求2所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，其中：
在所述多个蒸汽管道、所述主锅炉、所述混合器和所述涡轮机中的至少一个中测量所述至少一个操作特性。
4.根据权利要求3所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，其中：
所述至少一个操作特性包括温度和压力中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，其中，控制供应到所述涡轮机的所述第一部段的所述蒸汽的量，以维持所述涡轮机的至少所述第一部段的选定约束。
6.根据权利要求5所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，其中：
所述选定约束包括温度、温度梯度和压力中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，还包括热能储存系统，所述热能储存系统能够操作地连接到至少所述主锅炉或所述混合器，并且能够操作以将热量传递到所述主锅炉。
8.根据权利要求7所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，其中，所述热能储存系统是熔盐系统和任何其它液体/固体可感测储存介质中的至少一个。
9.根据权利要求7所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，其中，所述热能储存系统被配置成向从所述闪蒸槽流到所述涡轮机的所述第一部段的所述蒸汽提供热量。
10.根据权利要求7所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，其中，所述热能储存系统被配置成在充电模式下操作，所述充电模式储存从在正常操作期间的所述蒸汽驱动的发电系统或可再生能源中的至少一个获得的热量。
11.根据权利要求7所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，其中，所述热能储存系统被配置成在放电模式下操作，以向所述主锅炉、所述蒸汽管道或所述涡轮机的所述第一部段中的至少一个提供加热，其中所述热能储存系统的放电时间根据在低负载操作下由所述涡轮机提供的所述热量而减少。
12.根据权利要求7所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，还包括：
第二热交换器，所述第二热交换器能够操作地连接以把在给定的温度或压力下来往于所述热能储存系统的热量在另一压力下传递到所述主锅炉或所述混合器中的水和蒸汽中的至少一个。
13.根据权利要求1所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，还包括：
第一压缩机，所述第一压缩机能够操作地连接在所述涡轮机的所述第一部段的所述输出端与所述主锅炉的所述输入端和所述混合器的所述输入端中的至少一个之间，所述第一压缩机能够操作以接收来自所述涡轮机的所述第一部段的所述加热蒸汽并增加其压力或温度中的至少一个。
14.根据权利要求13所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，其中：
所述第一压缩机将所述加热蒸汽的压力增加到至少所述主锅炉和所述混合器中的至少一个中的所述加热蒸汽的压力。
15.根据权利要求13所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，还包括：
第二压缩机，所述第二压缩机能够操作地连接在所述主锅炉或所述混合器与所述涡轮机的所述第一部段的输入端之间，所述第二压缩机能够操作以增加供应到所述涡轮机的所述第一部段的所述蒸汽的压力或温度中的至少一个。
16.根据权利要求1所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，还包括：
辅助热源，所述辅助热源操作以向所述主锅炉、所述混合器、所述蒸汽管道和所述涡轮机的所述第一部段中的至少一个提供蒸汽；
其中所述辅助热源被配置成加热蒸汽并且将蒸汽引导到所述锅炉、所述混合器以及所述涡轮机的所述第一部段中的至少一个。
17.根据权利要求16所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，其中：
所述辅助热源向所述涡轮机的所述第一部段提供足够的热量，以将所述主锅炉、所述混合器、所述蒸汽管道和所述涡轮机的所述第一部段中的至少一个保持在期望的温度或压力。
18.根据权利要求1所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，还包括：
所述涡轮机具有至少第二部段，其中所述涡轮机的所述第二部段的输入端流体连接并且能够操作以便从所述涡轮机的所述第一部段的所述输出端接收处于第三温度的蒸汽，其中所述涡轮机的所述第二部段的所述输出端流体连接并且能够操作以便将处于第四温度的蒸汽从所述涡轮机的所述第二部段的所述输出端运送到所述主锅炉的输入端和所述混合器的输入端中的至少一个。
19.根据权利要求18所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，其中：
来自所述涡轮机的所述第二部段的所述输出端的处于第四温度的所述加热蒸汽的温度高于来自所述涡轮机的第一部段的所述输出端、所述主锅炉的输出端和所述混合器的输出端中的至少一个的处于第三温度的蒸汽的温度。
20.根据权利要求18所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，其中，所述涡轮机的所述第一部段和所述第二部段中的至少一个在通风模式或部分通风模式下操作。
21.根据权利要求18所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，其中，所述涡轮机的所述第一部段是高压部段，并且所述涡轮机的所述第二部段是中压部段。
22.根据权利要求1所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，其中：
在选定条件下被引导通过所述涡轮机的所述至少所述第一部段的所述蒸汽的量被配置成向所述主锅炉、所述蒸汽管道、所述混合器和所述涡轮机的所述第一部段中的至少一个提供足够的加热，以将每个保持在选定的温度或压力。
23.根据权利要求1所述的用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，还包括：
发电机，所述发电机能够操作地连接到所述涡轮机，所述发电机能够作为马达操作并且被配置成从电网接收电力并驱动所述涡轮机或者由所述涡轮机驱动并发电以将电力引导至所述电网；以及
控制单元，所述控制单元被配置成接收与所监测的操作特性相关联的信息并且在另一个选定的条件下控制至少所述发电机。
24.一种温暖发电系统的方法，所述发电系统具有包括主锅炉和混合器的锅炉系统，所述主锅炉操作以产生蒸汽，并且所述混合器具有流体耦接到所述主锅炉的输入端，所述方法包括：
将蒸汽流能够操作地连接到涡轮机的至少第一部段，所述涡轮机能够操作以接收处于第一温度的蒸汽；
将所述涡轮机的所述第一部段的输出端能够操作地连接到所述主锅炉的输入端和所述混合器的输入端中的至少一个，以用于在所述主锅炉不工作时将处于第二温度的加热蒸汽运送到所述主锅炉；
能够操作地连接第一热交换器，以接收来自所述涡轮机的至少所述第一部段的所述输出端的处于第二温度的所述加热蒸汽，并将热量传递给来自所述主锅炉或所述混合器的水和蒸汽中的至少一个，以及用于所述主锅炉的给水；以及
能够操作地连接闪蒸槽以接收来自所述主锅炉和所述混合器中的一个的处于第一温度和第一压力的加热水和蒸汽，并将其闪蒸成处于更低压力的蒸汽，所述闪蒸槽能够操作以将处于所述更低压力的所述蒸汽提供给所述涡轮机的所述第一部段。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括：
能够操作地连接第一流量控制阀，所述第一流量控制阀能够操作以控制通过所述涡轮机的所述第一部段的蒸汽流量；
监测所述锅炉系统中的至少一个操作特性；
用控制单元接收与所监测的操作特性相关联的信息；以及
用所述控制单元控制所述第一流量控制阀中的至少一个以控制在选定条件下被引导通过所述涡轮机的至少所述第一部段的蒸汽的量。
26.根据权利要求24所述的方法，还包括将热能储存系统能够操作地连接到至少所述主锅炉或所述混合器。
27.一种用于温暖蒸汽驱动的发电系统的系统，包括：
锅炉系统，包括：
主锅炉，所述主锅炉操作以产生蒸汽；以及
混合器，所述混合器具有流体耦接到所述主锅炉的输入端；
多个蒸汽管道，所述多个蒸汽管道具有第一蒸汽管道和第二蒸汽管道；
涡轮机，所述涡轮机具有能够操作以接收蒸汽的至少第一部段，其中所述涡轮机的所述第一部段的输入端经由所述第一蒸汽管道流体连接到所述主锅炉和所述混合器中的至少一个的输出端，并且能够操作以把来自所述锅炉系统的处于第一温度的蒸汽运送到所述涡轮机的所述第一部段，其中所述涡轮机的所述第一部段的输出端流体连接到所述第二蒸汽管道，以及所述第二蒸汽管道能够操作以在所述主锅炉不工作且不产生蒸汽时将处于第二温度的加热蒸汽从所述涡轮机的所述第一部段的所述输出端运送到所述主锅炉的输入端和所述混合器的输入端中的至少一个；
热交换器，所述热交换器能够操作地连接以接收来自所述涡轮机的至少所述第一部段的所述输出端的处于所述第二温度的所述加热蒸汽，并将热量传递到来自所述主锅炉或所述混合器的水和蒸汽中的至少一个，以及用于所述主锅炉的给水；
闪蒸槽，所述闪蒸槽能够操作以从所述主锅炉和所述混合器中的一个接收处于所述第一温度和第一压力下的加热水和蒸汽并将其闪蒸成处于更低压力的蒸汽，所述闪蒸槽能够操作以将处于所述更低压力的所述蒸汽提供到所述涡轮机的所述第一部段；以及
热能储存系统，所述热能储存系统能够操作地连接到至少所述主锅炉或所述混合器并且能够操作以将热量传递到所述主锅炉。
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