Brevet FR2016921A1 — publié le 19700515

L'invention concerne un procédé de travail pour l'amélioration du rendement thermique d'une installation de turbine à vapeur à charge partielle, avec préchauffage de l'eau d'alimentation par vapeur soutirée, à 55 r au maximum de l'augmentation Gienthalpie théoriquement possible avec la pression de vapeur vive, au-dessus de l'enthalpie de condensationO Toutes les installations actuelles de turbines à vapeur de puissances supérieures à 50 M W ont un préchauffage à plusieurs étages, avec vapeur soutirée pour récnauffage de l'eau d'alimentation0 La température de l'eau d'alimentation à ltentrde de la chaudière et le nombre des étages de préchauffa- ge sont largement conditionnés par des considérations économi quels, C'est ainsi que la température de sortie du dernier réchauffeur vu dans le sens de l'écoulement de l'eau d'alimentation est, dans les chaudières à vapeur conventionnelles limitée par les exigences d'un bon rendement de chaudière au-dessous de l'optimum thermique.Dans les centrales atomiques elle est souvent beaucoup plus basse, ce qui est à attribuer à ce que, dans le réacteur, l'eau à réchautter sert simultanément de moyen de refroidissement et que, par suite, sa température d'entrée ne doit pas être trop élevées Dans toutes ces réalisations, la température finale de préchauffage de l'eau d'alimentation est fixée pour la pleine charge oU pour une charge optimale Elle s'abaisse à charge partielle, suivant la diminution de pression de soutirage qui décrot à peu près proportionnellement avec la quantité de vapeur vive, ce qui exerce une aotion particulièrement déSavora- ble lorsque le préchauffage de l'au de refroidissement à pleine charge a lieu à la moitié ou moins seulement de l'augmentation théoriquement possible de l'enthalpie par rapport à lUenthalpie de condensation.Pour y remédier, on sait constituer le dernier réchauffeur avec la pression de vapeur la plus élevée sous forme de réchauffenr à mélange, réglé sur une température de sortie déterminée0 Celle-ci est maintenue à peu près constante même lorsque la charge diminue, car le soutirage correspondant est commutable et par suite la pression dans le réchauffeur peut être maintenue, même pour les plus basses charges partiellesO Rendre le soutirage commutable pour l'ensemble des réchauffeurs est trop compliqués Si, par contre, seul le dernier, le réchaufeur à mélange est commutable, l'écart de réchauffage à charge partielle est anormalement grand, ce qui est thermodynamiquement défavorable, et le profit est relativement faible. L'invention a pour but, dans les installations de turbines à vapeur dont le préchauffage de l'eau d'alimentation est limitée à pleine charge, d'améliorer le rendement thermique décroissant lorsque la charge diminuez Pour résoudre ce problème, on emploie d'après l'invention, un procédé de travail caractérisé en ce que, jusqu'à une charge partielle déterminée, de préférence la demi-charge, la totalité de la quantité d'eau d'alimentation, - pour les charges partielles plus élevées la quantité d'eau d'alimentation correspondant à la charge partielle définie - , est encore réchauffée supplémentairement après le dernier préchauffage, par vapeur soutirée dont la pression est plus élevée que la pression de vapeur du dernier étage de préchauffage. Un montage pour réaliser oe procédé est caractérisé par au moins un réchauffeur à surface, branché, dans le sens de l'écoulement de l'eau d'alimentation à la suite du dernier réchauffeur ayant la plus haute pression de vapeur, et qui est alimenté, seulement à charge partielle, par un étage de la turbine dont la pression est plus élevée que la pression de vapeur de l'étage pour le dernier réchauffeur s il est traversé continuellement par l'eau, mais seulement par la quantité d'eau d'alimentation calculée pour la charge partielle0 Ce montage est, de plus, caractérisé par un by-pass , connu en soi , shuntant le réchauffeur supplémentaire, qui est fermé pour la charge partielle déterminée et au-dessous, et est traversé par une partie de l'eau d'alimentation aux charges plus élevées. L'invention sera exposée plus en détail ci-dessous à l'aide du dessin sur lequel une installation de turbine à vapeur est schématiquement représentée à titre d'exemple Celle-ci comporte essentiellement la turbine haute pression 1 et la tur- bine basse pression 2, qui entrassent le générateur électrique 3. La vapeur condensée dans le condenseur 4 est envoyée sous forme d'eau d'alimentation3 par la pompe de condenseur 5 et la pompe d'alimentation de chaudière 6, aux réchaurfeurs chauffés par vapeur soutirée, dont seuls sont représentés les réchauffeurs 7 et 8, pour se déverser dans le générateur de vapeur 9, un réacteur par exemple. On a supposé ici que, pour des raisons d'exploitation, le préchauffage de l'eau d'alimentation ne doit pas dépasser Une certaine limite, A charge partielle, les pressions de soutirage tombent à peu près proportionnellement à la quantité de vapeur vive et, par suite, la température linale de préchauffage de l'eau d'alimentation pouvant être atteinte, décroît également, ce qui iait que le rendement, déjà plus mauvais à charge par tielle, diminue encore.Pour alors augmentera à charge partielle, la température ae l'eau d'alimentation qui arrive dans le géné rateur de vapeur, et par suite le rendement, on monte à la suite du dernier réchauffeur 8, dans le sens de l'écoulement de l'eau d'alimentation, un réchautteur supplémentaire à surface 10.Il n'est conçu que pour la quantité d'eau d'alimentation correspon dant à une charge partielle déterrminéea et il est continuelle ment traversé par de l'eau d'alimentationX lu cssté vapeur, il est alimenté, au moyen de sa propre canaisation de soutirage 11, par un étage de la turbine 1 dont la pression de vapeur est plus élevée que celle de l'étage eorrespondani au dernier réchauf feur 8o I1 est prévu , en outre, un by-pass 12 qui, en ce qui concerne l'eau, contourne le réchauffeur 10o Lorsque la charge diminue, les pressions de va peur et, par suite, aussi l'importance du préchauffage diminuent. Pour rendre actif lu rechauSEeur supplémentaire 10 par admission de vapeur, il suffit d'ouvrir la valve 13 sur la conduite de soutirage 11, ce qui peut être réalisé au moyen d'un interrup teur à pression, qui agit lorsque la pression de la valeur sou tirée en amont du réchauffeur 8 est tombée de 10 % par exemple0 Il peut alors se produire le cas oW l'eau d'alimentation est portée à une température plus grande qu'en pleine chargez Si une certaine température finale de réchauffage ne doit pas entre dé passée, l'ouverture de la valve 13 s'opère de la même façon, mais elle règle la pression dans le réchauffeur 10 à la pression qui régne dans le réchauffeur 8 à pleine charge, A pleine charge, une partie de l'eau d'alimenta tion passe par le réchauffeur 10, et l'autre partie par le by pass 12o Il serait naturellement possible de règle, lorsque la charge décroît, le guidage d'eau d'alimentation de telle sorte que le réchauffeur supplémentaire 10 soit continuellement traver sé par la totalité de la quantité pour laquelle il est conçu, le by-pass étant étranglé pour ne laisser passer que le reste, Hais ceci impliquerait un système de réglage, relativement compliqué, Il est plus simp1e et cela satisfait en général les exigences9 de fermer le by-pass 12 par la valve 14, lorsque la quantité totale de l'eau d'alimentation tombe a a quantité pour laquelle est établi le récnauffeur 10, ce qui lut à nouveau être réalisé par un interrupteur à pression.A Ses Draleurs plus élevées que la charge partielle fixée vai, pour des considéra tions économiques sera choisie avantageusement à la demi-charge, il s'ouvre et il est de nouveau travers par une partie de l'eau d'alimentation0 Il faut encore mentionner qu'au lieu d'un seul réchauffeur supplémentaire, on peut également en utiliser plu sieurs, Beur alimentation cat vapeur peut être simultanée ou successivement par paliers0 l'utilisation du procédé suivant l'invention apporte, à charge partielle, et gracie à un préchauffage plus éle- ve de l'eau d'alimentation, un accroissement du rendement ther mique, Mais, au point de vue déonomique, il nest intéressant que dans des installations dans lesquelles pour des raisons d'exploitation, 18accroissement de lgenthalpie de l'eau de re froidissement , par rapport à l'enthalpie de condensation à pleine charge, est limité à 50 ou au plus 55 % de la vapeur thé oriquement possible0 Dans ces installations, la décroissance du préchauffage de l'eau à charge partielle se fait fortement sen tir, alors que dans des installations ayant un accroissement d'enthalpie supérieur à celui indiqué, l'application du procédé deviens irrationnelle, en raison des trais élevés entraînés par le réchauffeur supplémentaire0 Celui-ci peut être de dimensions relativement réduites, car il n'est à concevoir que pour une partie de l'eau d'alimentation0 Son réglage est simple et ne po se pas de problème particulier0 REVitNDICATi0NS lo Procédé de travail pour l'amélioration au rendement thermique d'une installation de turbine à vapeur à charge partielle, avec préchauftage de l'eau d'alimentation, par soutirage de vapeur, jusqu'à 55 ffi au maximum de l'augmentation théoriquement possible de l'enthalpie correspondant à la pression de vapeur vive, au-dessus de 1'enthalpie de condensation, caractérisé en ce que, jusqu'à une charge partielle déterminée, de préférence la demi-cnarge, la totalité de l'eau de refroidissement p dans le cas de charge partielle plus élevée, la quantité d'eau d'alimentation correspondant à la charge partielle déterminée, est réchauffée, après le dernier préchauffage, additionnellement par vapeur soutirée, dont la pression se situe au-dessus de la pression de vapeur du dernier étage de préchauffage0 2o Dispositif pour la réalisation du procédé suivant la revendication 1 caractérisé par au moins un réchauffeur supplémentaire à surface (10) branche dans le sens de l'écoulement de l'eau d'alimentation à la suite du dernier réchauffeur (8) ayant la plus haute pression de vapeur, et qui est alimenté, seulement à charge partielle, par un étage de la turbine (1) dont la pression est plus élevée que la pression de vapeur de l'étage pour le dernier réchauffeur ; ce réchauffeur étant continuellement traversé par l'eau, mais seulement par la quantité d'eau d'alimentation calculée pour la charge partielle ; ce dispositif étant en outre caractérisé par un by-pass (12) connu en soi - shuntant le réchauffeur supplémentaire (10), qui est fermé pour la charge partielle déterminée et au-dessous, et est traversé par une partie de l'eau d'alimentation aux charges plus élevées0 3. Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé par une valve de réglage (13) dans une conduite de soutirage (11) allant de la turbine (1) au réchauffeur supplémentaire (10) ; valve qui s'ouvre au-dessous de la pleine charge et règle la pression dans le réchauffeur supplémentaire (10) approximativement à la valeur de la pression qui règne à pleine charge dans le dernier réchauièur (8)o