Brevet FR2137292A1 — publié le 19721229

On connatt des installations thermiques de génération d'énergie mécanique, comportant une chaudière et une turbine à vapeur, et dans lesquelles l'eau d'alimentation de la chaudière, de même que l'air de combustion du foyer, sont préalablement chauffés par de la vapeur partiellement détendue, soutirée à la turbine. Etant donné le volume spécifique élevé de la vapeur détendue, et la disposition des lieux dans les centrales thermiques, le réchauffage d'air par la vapeur exige des conduites de vapeur de forte section et de grande longueur. Pour éviter cette nécessité, on a proposé de n'employer les soutirages de vapeur que pour réchauffer l'eau du poste d'eau, et de prendre une partie de cette eau pour réchauffer l'aire Cette façon avantageuse d'exploiter la vapeur de soutirage pour réchauffer de l'air par eau interposée, se retrouve dans les installations pourvues d'un refroidisseur de fumées, et aménagées pour réchauffer l'air en deux étapes, la première de celles-ci s'effectuant dans un échangeur alimenté par le poste d'eau, et la deuxième dans le refroidisseur de fumées. a présente invention a pour objet d'apporter des perfectionnements aux installations thermiques de production d'énergie dans lesquelles on réchauffe l'air de combueotion, au moins en partie, par échange de chaleur avec de 11 eau réchauffée par de la vapeur soutirée à la turbine. Plus particulièrement, l'invention a pour but de faciliter le démarrage de ces installations. Quand on démarre à chaudière froide, il convient d'assurer, dès que possible, le réchauffage de l'air à une température convenable, par exemple 500C. Si ce démarrage a lieu par grands froids, avec une température atmosphérique inférieure à OOC, il faut éviter en outre le gel des premières nappes de l'échangeur situées vers l'arrivée d'air. L'invention propose d'installer, à cet effet, une source de vapeur auxiliaire, telle que chaudière auxiliaire, transformateur de vapeur, ou autre. A première vue, cette source de vapeur auxiliaire pourratt Astre installée à proximité de la gaine d'air et assurer directement le réchauffage de celui-ci. Une telle disposition ne nécessiterait pas de conduites de vapeur de grande longueur. Cependant, la Demanderesse préfère utiliser cette vapeur auxiliaire pour réchauffer l'eau qui circule dans le poste d'eau, et se servir de celle-ci pour réchauffer l'air. On évite ainsi la présence de deux faisceaux d'échange de chaleur dans la gaine d'air, dont l'un alimenté en vapeur pendant le démarrage mais introduisant en perma nence une résistance à la circulation de l'air, et l'autre en eau en régime normal.On facilite aussi la transition de la phase de démarrage au régime normal, transition qu'il serait difficile d'assurer convenablement, en réalisant une élévation uniformément progressive de la température de l'ar, s'il fallait mettre en service simultanément, dans la gaine d'air, deux réchauffeurs utilisant des fluides différents, à températures différentes et réduire progressivement le débit de l'un d'eux en augmentant celui de l'autre. En adoptant la solution proposée par l'invention, on a un seul type de faisceau d'échange dans la gaine d'air, alimenté par un seul et même fluide au démarrage et en régime normal, et la transition se fait simplement par réduction progressive du débit de vapeur auxiliaire, en fonction de la montée en température de 1' eau du poste d'eau résultant de la mise en service de la turbine et de ses soutirages. L'eau prélevée au poste d'eau circule dans le réchauffeur d'air par une dérivation de type connu et retourne ensuite au condenseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, la vapeur auxiliaire alimente un réchauffeur d'eau complémentaire, monté sur cette dérivation et appelé àfonctionner uniquement pendant les périodes de démarrage. Avantageusement, une vanne, disposée sur la conduite de retour au condenseur, commande le débit d'eau à travers le réchauffeur d'air en fonction de la température de l'eau au point de sortie de ce réchauffeur, afin d'assurer à cette température une valeur compatible avec le fonctionnement normal du condenseur. Dans les installations aménagées pour assurer un réchauffage complémentaire de l'air dans un refroidisseur de fumées, il convient d'exploiter au maximum la chaleur des fumées afin de réduire, la consommation de vapeur de soutirage. Ceci nécessite un réglage que l'invention se propose de réaliser en prélevant au poste d'eau de l'eau froide, ou partiellemen * échauffée, et en l'injectant dans le débit d'eau chaude qui alimente l'échangeur eau-vapeur. Ceci a pour effet de réduire la chaleur cédée à l'air par l'eau du poste d'eau, donc de diminuer la consommation de vapeur de soutirage, et d'abaisser la température moyenne au refroidissement de fumées. Le débit d'eau froide injectée est réglé en fonction de cette température moyenne. Selon une autre disposition avantageuse, c'est dans le dégazeur que se trouve le point de prélèvement au poste d'eau de l'eau d'a limentation du réchauffeur d'air. Ceci permet de maintenir le réchauffeur d'air en service pendant un certain laps de temps, en cas d'arrêt accidentel des pompes d'extraction. Les objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront, par ailleurs, de la description que l'on va en donner ci-après, d'après un mode de réalisation choisi à titre d'exemple et schématiquement représenté sur la figure unique du dessin annexé. Sur le dessin, une turbine à vapeur 1, composée de deux corps moyenne et basse pression, respectivement désignés par les indices XP et BP, est associée à un poste d'eau de type connu, destiné à réchauffer par soutirages de vapeur l'eau d'alimentation de la chaudière. Une pompe d'extraction 3, retirant l'eau du condenseur, la transmet à une pompe de reprise 4 qui la met en circulation à travers deux réchauffeurs 5 et 6 à vapeur de soutirage. L'eau arrive ensuite à un dégazeur 7 également alimenté par vapeur soutirée, et muni en outre d'une admission de vapeur 8 en provenance du surchauffeur primaire. Une pompe d'alimentation 9 reprend l'eau du dégazeur et la livre à la chaudière, non représentée. Une conduite d'eau 10, placée en dérivation sur la ligne d'eau ainsi constituée, est aménagée pour prélever de l'eau du dégazeur et pour la renvoyer au condenseur 2; par l'intermédiaire d'un réchauffeur d'eau 1 1 chauffé par une source 14 de vapeur auxiliaire, et d'un faisceau 12 de surfaces d'échange de chaleur, formant réchauffeur d'air et situé dans une gaine d'air 13. Un ventilateur de soufflage 15 assure la mise en circulation de l'air le long de la gaine, et son arrivée au foyer de la chaudière, après lui avoir fait balayer successivement le réchauffeur d'air 12 et un refroidisseur de fumées 16. Celui-ci, du type régénératif ou statique, est disposé suivant un mode connu sur la gaine d'air 12 et sur la gaine de fumée 17. Une gaine d'air complémentaire 18, commandée par un registre 19, est placée en dérivation sur le tronçon de gaine d'air 13 occupé par le refroidisseur de fumées 16, pour mettre celui-ci en bypass au moment du démarrage. Une conduite d'eau 20, reliant la ligne d'eau principale, en aval du réchauffeur 5, à la dérivation 10, en amont du réchauffeur d'air 12, permet d'abaisser la température de l'eau fournie à celui-ci par la- dérivation 10, en y injectant de l'eau relativement froide, qui n'a pas traversé le réchauffeur 6 ni le dégazeur 7. Un capteur de température 21 détecte la température de l'eau sortant du réchauffeur d'air 12. Une vanne 22, qui commande le débit d'eau retournant au condenseur par la dérivation 10, est sous la dépendance du capteur 21, afin de maintenir la température de sortie de cette eau à une valeur déterminée. Le registre 19 et une vanne 23, qui commande le débit d'eau tiède à travers la dérivation 20, sont agencés l'un et l'autre pour passer en séquence sous la dépendance d'un capteur de température 24, qui détecte la température moyenne du refroidisseur de fumées 16. Le roule de ces liaisons de dépendance est de régler le débit d'air contournant le refroidisseur de fumées (pour réduire éventuellement ce débit à zéro), ainsi que la température d'eau chaude à l'admission au préchauffeur d'air -12, afin de maintenir la température moyenne de ce refroidisseur à une valeur convenable, 1 100C par exemple, susceptible d'éviter la formation de condensats acides tout en réduisant au maximum les pertes à la cheminée. Une vanne 25, qui commande l'apport de vapeur auxiliaire au réchauffeur d'eau 11, est asservie à un détecteur de température d'eau au dégazeur, désigné par l'indice 26, son action étant de réduire cet apport de vapeur au fur et à mesure de la monte en température au sein du dégazeur. On va maintenant décrire la mise en service, chaudière froide, de l'installation ainsi agencée, sur la base de données numériques données à titre d'exemple. Il est nécessaire, d'une part, d'assurer dès que possible, un préchauffage de l'air à 560C, d'autre part, d'éviter le gel des premières nappes de l'échangeur, coté entrée air, la température atmosphérique étant inférieure à 0 C. Au départ, les pompes d'extraction et de reprise sont en service ; les niveaux du condenseur et du dégazeur sont établis ; la régulation de la moyenne des températures air fumées règle 1100C. Dans ces conditions, l'installation étant froide, le registre 19 est grand ouvert et la vanne 23 est fermée. La mise en service du préchauffeur d'air consiste ; à établir une circulation d' eau dans le préchauffeur d'air 12 par couverture de 22 (l'eau circule dans celui-ci par gravité, le niveau du dégazeur étant 15 m plus haut que celui du condenseur) ; à mettre en service le réchauffeur d'eau auxiliaire 11 (le débit de vapeur de la source 14 est réglé de façon à maintenir la température de 1' eau entrant au préchauffeur d'air à 600C, ce cui permet alors de réchauffer 25 % du débit d'air nominal à 500C, le retour au condenseur s'effectuant à 400C) ; dès que la température de l'eau à la sortie du préchauffeur d'air atteint 400C à passer la vanne 22 sous la dépendance de la régulation de température 21 et à mettre en marche le ventilateur de soufflage 15. Ensuite interviennent comme suit la montée en pression de la chaudière et la prise de charge : la chaudière est allumée et montée en pression ; dès que le niveau de pression en chaudière le permet, le dégazeur est lui aussi monté en pression (1,5 bar) ; au fur et à mesure de la montée en température de l'eau du dégazeur, le réchauffage de l'eau par la vapeur auxiliaire est réduit jusqu' à son élimination complète (la vanne 25 est refermée lorsque la température de l'eau dans le dégazeur dépasse 600C) ; la turbine est lancée, couplée puis montée en charge ; lorsque la moyenne des températures air-fumée atteint 1100cl le registre 19 commence à se refermer ; à pleine charge le registre 19 est fermé. La vanne 23, agencée pour n'entrer en service que quand le registre est fermé, s'ouvre de façon à maintenir la moyenne des températures air-fumées constante. En cas de démarrage chaudière chaude, la bâche du dégazeur 7 est maintenue en pression (1,5 bar) par l'intermédiaire de vapeur prise sortie primaire et admise en 8. Ce démarrage ne nécessite donc pas la mise en service du réchauffeur auxiliaire 11. L'entrée en service du préchauffeur d'air 12 ne demande pas d' interventions particulières si ce n'est sa mise en température avant le démarrage du ventilateur. En cas du déclenchement des pompes d'extraction, l'eau peut circuler dans le préchauffeur d'air, sous l'effet de la différence de pression entre dégazeur et condenseur à laquelle il faut ajouter celle due à la différence de niveau (15m). De plus, la capacité du dégazeur permet d'escompter un certain temps de fonctionnement du préchauffeur d'air sans alimentation du dégazeur. Ce temps peut être mis à profit pour faire démarrer la pompe d'extraction de secours. Les dispositions proposées permettent donc, entre autres, de refroidir au maximum les fumées et de réchauffer l'air par récupération d'énergie au plus bas niveau, d'éviter de véhiculer de 1' eau saturée, de réchauffer l'air par le même appareil dans tous les cas de fonctionnement et, par conséquent, d'éviter d'introduire sur le circuit de soufflage une résistance parasite; d'éviter le mélange d'eau entre circuit principal de vapeur et circuit auxiliaire et d'utiliser au minimum la vapeur auxiliaire ; de profiter de la capacité de réserve du dégazeur en cas de déclenchement des pompes d'extraction ; d'assurer un fonctionnement autonome du préchauffeur d'air par des chaînes de régulation simples. REVENDICATIONS 1. Installation thermique de génération d'énergie, comportant une chaudière, une turbine à vapeur, un poste d'eau pour réchauffer par soutirages de vapeur à la turbine l'eau d'alimentation à la chaudière, et une conduite d'eau placée en dérivation sur la ligne du poste d'eau pour en prélever de l'eau et la renvoyer au condenseur par l'intermédiaire d'un réchauffeur d'air d'alimentation du foyer de la chaudière, caractérisée par l'utilisation d' une source de vapeur auxiliaire adaptée à réchauffer l'eau fournie audit réchauffeur d'air dans certains cas de fonctionnement. 2. Installation suivant la revendication 1, comportant un réchauffeur d'eau complémentaire, monté sur la conduite d'eau en dérivation et alimenté par la source de vapeur auxiliaire. 3. Installation suivant la revendication 1 ou 2, dans laquelle l'eau fournie au réchauffeur d'air est prélevée au dégazeur du poste d'eau. 4. Installation suivant la revendication 3, dans laquelle le débit de vapeur auxiliaire est réglé en fonction de la température de l'eau au sein du dégazeur. 5. Installation suivant une quelconque des revendications précédentes, comportant une deuxième dérivation adaptée à alimenter le réchauffeur d'air à partir d'un point de prélèvement situé sur la ligne du poste d'eau, en amont du point de prélèvement de la première diérivation. 6. Installation suivant une quelconque des revendications précédentes, comportant un refroidisseur de fumées adapté à soumettre à un réchauffage complémentaire l'air sortant du réchauffeur d'air précité. 7. Installation suivant les deux revendications 5 et 6, dont la deuxième dérivation comporte une vanne de réglage de débit asservie à la température moyenne fumées-air du refroidisseur de fumées. 8. Installation suivant la revendication 7 comportant, placée en dérivation sur le tronçon de gaine d'air occupé par le refroidisseur de fumées, un conduit d'air auxiliaire commandé par un registre asservi à la température moyenne fumées-air dudit refroi disseur. 9. Installation suivant la revendication 8, dont la vanne de réglage de débit de la deuxième dérivation est agencée pour ne s'ouvrir que quand le registre de commande du conduit d'air auxiliaire est fermé. 10. Installation suivant une quelconque des revendications précédentes comportant, sur le conduit reliant le réchauffeur d'air au condenseur, une vanne asservie à température de l'eau à la sortie dudit réchauffeur et adaptée à régler le débit dans la, ou les dérivations, en fonction de la température de l'eau à la sortie dudit réchauffeur.