[发明专利]用于改进化石燃料发电系统中的启动时间的系统和方法

说明书

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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容