Brevet FR2230864A1 — publié le 19741220

La présente invention concerne un dispositif d'alimen- tato en fluide de comburant et en fluide d'injection de la chambre de combustion d'une installation de turbine à gaz. On rappelle que, dans une installation de turbine à gaz, les gaz chaudes sous pression qui actionnent la turbine à gaz proprement-dite sont constitués en tout ou partie par les gaz de combustion obtenus en brûlant dans la chambre de combustion, à pression constante et de façon continue, une certaine quantité de combustible (solide, liquide ou gazeux) dans un flux de fluide comburant préalablement comprimé. Toute installation de turbine à gaz doit donc obligatoirement comporter au moins un dispositif de compression destiné à la compression préalable du fluide comburant avant son introduction dans la chambre de combustion. La température du fluide comburant augmente en fin de compression ce nui, d'une cart, diminue le rendement volumétrique et d'autre part, peut entraîner, outre l'élévation de consommation de force motrice, des difficultés de graissage et des incidents mécaniques. Pour éviter cet inconvénient, il est déjà connu de faire appel à une compression étagée avec.refroidissement intermédiaire de chaque corps de compresseur. Jusqu'à présent, le refroidissement d fluide comburant, lors de sa compression étagée, se fait par de l'eau de circulation.Une telle installation de refroidissement présente l'inconvénient de perdre des calories qui sont alors à évacuer à une source froide, La Présente invention préconise d'utiliser un dispositif permettant d'éviter les inconvénients mentionnés ci-dessus tout en amélicrant le rendement du cycle d'une turbine à gaz fowctionnant avec injection d'un fluide. La présente invention a donc pour objet un dispositif d'alimentation en fluide comburant et en fluide d'injection de la chambre de combustion d'une installation de turbine 9 gaz comportant u @ moins un dispositif de compression tel qu'un compres se@r du fluide comburant, ledit compresseur étant réalisé en un ou plusieurs corps. Chaque corps de compresseur est couplé à un échangeur se chaleur dont le fluide chaud est constitué par le fluide comburant chauffé lors de son passage dans ledit corps du compresseur et dont le fluide froid est constitué par le fluide d'injection.Ce dispositif permet donc de refroidir le fluide comburant lors de sa compression étagée et simultanément de chauffer le fluide d'injection avant son utilisation dsns la chambre de combustion où il doit subir une vaporisation. Dans un mode préférentiel de l'invention, le fluide d'injection dans la chambre de combustion de la turbine se trouve réparti en parallèle entre les différents échangeurs de chaleur reliés à la sortie de chacun des corps du comnresseur. Etant donné que le dispositif selon l'invention comporte un réservoir de stockage du fluide comburant, qui peut être par exemple de l'air comprimé, il est particulièrement avanta geux de prévoir une réfrigération en fin de compression, c'està-dire à la sortie du dernier corps de compresseur et ceci quel que soit le nombre desdits corps de compresseurs. En effet dans le cas d'un stockage préalable du fluide comburant sous pression, avant son introduction dans la chambre de combustion, il faut pratiquer un refroidissement des gaz comprimés de manière à diminuer leur volume massique et donc de pouvoir en stocker le plus possible en poids dans un volume donné. On expliquera ci-après l'invention plus en détail en s'appuyant sur la figure annexée représentant le schéma d'une installation de turbine à gaz. Dans ce mode de réalisation, le compresseur du fluide comburant qui peut, par exemple, être l'air, est constitué par deux corps de compresseur I et 2, le compresseur basse-pression 1 aspirant directement de l'air atmosphérique. Dans cette même installation, les gaz chauds sous pression qui actionnent la turbine à gaz 3 sont constitués d'une part, par les gaz de combustion obtenus en brûlant dans la chambre de combustion 4, à pression constante et de façon continue, une quantité de combustible provenant d'un réservoir 5 dans un flux d'air préalable ment comprimé lors de la compression étagée dans les deux corps de compresseur 1 et 2.Les gaz actionnant la turbine 3 sont constitués, d'autre part, par le gaz provenant de la vaporisation dans la chambre de combustion ZK du fluide d'injection qui dans ce mode de réalisation n'est autre que l'eau. Le fluide d'injection, à savoir l'eau, est utilisé comme fluide de refroidissement dans les échangeurs de chaleur 6 et 7 couplés respectivement aux corps de compresseur 1 et 2 avant d'être injecté dans la chambre de combustion 4 après passage dans un réservoir 8. Bien entendu, le fluide d'injection peut, avant son utilisation, être traité dans une installation classique 9 de traitement de l'eau. A la sortie de cette installation 9 le fluide d'injection alimente par l'intermédiaire d'une pompe 10 les échangeurs 6 et 7, le réservoir 8 et la chambre de combustion 4. On constate donc que dans ce mode de réalisation de l'invention, le fluide comburant, à savoir l'air, est refroidi par passage danses échangeurs de chaleur 6 et 7 au contact du fluide d'injection, ceci permettant un meilleur rendement volumétrique-de la compression étagée. Simultanément, le fluide d'injection s'échauffe de façon avantageuse par passage dans les échangeurs 6 et 7 avant de subir une vaporisation dans la chambre de combustion 4. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le fluide d'injection se trouve réparti en parallèle entre les échangeurs de chaleur 6 et 7. Les conduits d'évacuation de l*'eau de refroidissement de ces échangeurs se rejoignent en un point Il et comportent en amont de ce point de raccordement Il deux clapets anti-retour 12 et-13. Sur le schéma annexé l'installation comporte également un réservoir d'air sous pression 14 disposé entre la sortie du compresseur et la chambre de combustion 4. Ce réservoir 14, grâce à des clapets anti-retour 15 et 16 disposés convenablement sur la conduite d'air comprimé permet un stockage de l'air comprimé avant son introduction dans la chambre de combustion 4. De manière à stocker le maxi mum d'air comprimé dans ce réservoir 14, il faut diminuer le volume massique-de l'air comprimé. Pour ce faire, on prévoit en fin de compression, c'est-à-dire à la sortie du dernier corps de compresseur, une réfrigération de l'air comprimé. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit précédemment mais il est possible, sans pour autant sortir du cadre de l'invention, de réaliser diverses variantes de ce dispositif. Il est notamment possible de réaliser la compression étagée par passage dans plus de deux corps de compresseur, chacun dleux étant couplé à un échangeur de chaleur dont le fonctionnement est identique à celui décrit précédemment. Le dispositif selon l'invention permet ainsi d'obtenir un gain appréciable du rendement de cycle de fonctionnement de la turbine à gaz. On récupère en effet de la chaleur nuisible dans la phase de compression pour l'utiliser de façon profitable à l'entrée de la turbine de détente ou dans la chambre de combustion, REVEMDICATIONS 1 ) Dispositif d'alimentation en fluide comburant et en fluide d'injection de la chambre de combustion d'une installotion de turbine à az comportant au moins un dispositif de compression tel qu'un compresseur du fluide comburant, ledit compresseur étant réalisé en un ou plusieurs corps, caractérisé par le fait que chaque corps de compresseur est couplé à un changeur de chaleur dont le fluide chaud est constitué par le fluide comburant échauffé lors de son passage dans ledit corps du compresseur et dont le fluide froid est constitué par le flui de d'injection, de maniere à à refroidir le fluide comburant lors de sa compression et à chauffer le fluide d'injection avant son utilisation dans la chambre de combustion. 2 ) Dispositif selonl revendication 1, caractérisé par le fait mue le compresseur comporte au moins deux corps et sue le fluide d'injection dans la chambre de combustion de la turbine se trouve réparti en parallèle entre les différents échangeurs de chaleur reliés à la sortie de chacun des corps du compresseur. 30) Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'un échangeur de chaleur est monté à la sortie du dernier corps de compresseur de manière à refroidir le fluide comburant an fin de compression pour diminuer le volume massique dudit fluide comburants ce qui permet d'en stocker le plus possible dans un réservoir donné ménagé à cet effet.