Brevet FR2306941A1 — publié le 19761105

Lt présente invention se rapporte à un Procédé dt-vwpo- ration-distillation et à une installation mettant cn oeuvr le procédé et permettant d'utiliser la chaleur perdre à la sortie de turbines a vapeurs. La production d'énergie électrique est souvent réalisée per detente de vapeur d'eau, produite à une pression élevée, dans une turbine qui entraine un alternateur. La vapeur peut ainsi autre détendue à moyenne ou basse pression pour être utilisée à des chauffages divers. C'est le cas de beaucoup d'ìndustries qui utilisent l'énergie sous les formes électrique et thermique. Il est toutefois rare que ltéquilibre puisse être obtenu entre les deux formes d'énergie utilisées et lton peut dire que, dans ltensemble, la quantité de vapeur nécessaire à la production d'énergie électrique et réutilisée ensuite dépasse largement les besoins en énergie thermique. Ce phénomène se trouve accentué par le fait que la vapeur d'eau représente une forme d'énergie qu'il est pratiquement impossible de transporter au-delà d'une distance de quelques kilomètres. La vapeur d'eau est donc fréquemment utilisée à la production complémentaire d'énergie électrique et, pour cela, est détendue sous vide avant d'être condensée. Le vide sous lequel peut fonctionner la turbine à son dernier étage est conditionné par la température de l'eau qui peut être utilisée pou le refroidissement du condenseur. On peut dire que la vapeur sort ainsi de la turbine à des tensions comprises entre 30 et 70 mm de mercure correspondant à des températures de saturation de 30 à 45 C. Cette vapeur d'eau représente une énergie non négligeable et ce sont 570 à 58x0 kCal par kg de vapeur qui sont dissipées dans le condenseur faute de pouvoir être utilisées à des fins plus nobles par suite de leur très bas potentiel. Par ailleurs, toutes ces unités de production d'énergie ont des besoins assez importants en eau épurée. Ces besoins représentent les pertes diverses en eau du circuit, purges -e chau dières, condensats perdus, chauffage par injection de vapeur, en- trainements aux dégazages, etc. Un procédé d'évaporation-distillatin connu, conçu par la demanderesse, utilisait l'énergie ele la vapeur détendue à 1 ':Vd- poration d'eau brute en vue de la production d'eau distillée Ü;- ceptible d'être réinjectée dans le circuit d'eau de chaudière, sans traitement spécial ou après un très léger traitement de finition. L'emploi d'un évaporateur à descendage, tel que décrit dans le brevet de Paul KESTNER du 29 Nai 1905 (brevet français No 361.524) s'impose le plus souvent dans une telle utilisation, à cause de sa souplesse de fonctionnement et de son aptitude à assurer une évaporation continue et régulière même avec une chute de température très faible entre la vapeur de chauffage et la vapeur d'évaporation ; mais il est certain qu il peut être remplacé par n'importe quel type d'appareil d'évaporation présentant des qualités équivalentes. Dans ce type d'évaporateur, le liquide à évaporer est introduit par le haut et descend en couche mince le long de la paroi. Le séparateur est en bas. Le procédé connu ci-dessus présente l'inconvénient d'obliger à produire en permanence une quantité d'eau condensée dépassant largement les besoins de l'utilisateur. La présente invention a donc pour objet un procédé de distillation d'eau par un évaporateur relié à un condenseur et utilisant la chaleur de la vapeur à très basse pression sortant de turbines de production d'énergie alimentées en vapeur à haute pression, qui permet d'éviter l'inconvénient ci-dessus. Un tel procédé est essentiellement caractérisé par le fait qu'il permet d'utiliser en totalité ou en partie la chaleur de la vapeur sortant de la turbine et à obtenir la distillation de l'eau sans aucune modification de la pression de sortie de turbine ni de la quantité d'eau nécessaire à la condensation, ctest-à-dire d'une manière parfaitement gratuite sur le plan énergétique. L'installation permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus, est essentiellement caractérisée par le fait qu'elle comprend un évaporateur du type à descendage, ou de tout type équivalent, associé à un condenseur complémentaire. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description ci-après faite d'un mode de réalisation d'une instal latin d'évaporation-distlllation, donné à titre d'exe.?le, en réfé rence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente schématiquement un dispositif connu ayant un évaporateur associé au condenseur de la turbine - la figure 2 représente schématiquement un dispositif selon l'invention, ayant un condenseur complémentaire et un condenseur principal. Un dispositif connu d'évaporation-distillation comprend, selon la figure 1, un évaporateur E dans lequel l'eau à évaporer est amenée en a dans le circuit de circulation de liquide, cette circulation étant assurée par une pompe P. Ce liquide est évaporé dans un échangeur tubulaire de l'évaporateur E, chauffé par la vapeur détendue sortant de la turbine T, un joint plein J obligeant la vapeur à se diriger vers l'évaporateur E par un conduit t1. La vapeur évaporée dans l'évaporateur E est dirigée par un conduit t2 vers le condenseur C, prévu pour condenser la vapeur détendue sortant de la turbine et refroidi par de l'eau entrant en c et sortant en d. Une purge du circuit d'eau d'évaporation est prévue par la tubulure b. Ce dispositif permet de recueillir en f l'eau condensée dans l'évaporateur E et provenant de la condensation de la vapeur sortie de la turbine T, et en e une quantité d'eau distillée au condenseur C sensiblement égale et provenant de la condensation de l'eau évaporée dans l'évaporateur E. Ce dispositif assure une production d'eau distillée extrêmement économique, puisque l'énergie consommée ne représente qu'une très faible perte de puissance disponible sur l'arbre de la turbine par suite d la légère augmentation de la pression absolue de la vapeur d'échappement. Ce dispositif présente l'inconvénient qu'il oblige l'utilisateur à produire en permanence presque deux fois (en e et f) la quantité d'eau condensée qu'il produisait auparavant, cette production totale dépassant largement ses besoins. Le dispositif selon l'invention, représenté à la figure 2, permet par contre d'assurer une production d'eau distillée d'appoint pratiquement indépendante de la quantité de vapeur traversant la turbine, en complétant le dispositif connu de la figure 1 par l'adjonction d'un condenseur complémentaire CC. Ce condenseur co- plémentaire a pour mission d'assurer à lui seul la condensation de la totalité de la vapeur évaporée dans E. Ce condenseur est refroidi par liteau froide, prélevée en c1 sur la conduite c avant son entrée dans le condenseur principal C. L'écart de température nécessaire au fonctionnement de l'évaporateur E résulte de la différence de tension qui régnera dans les condenseurs CC et C par suite de la différence de température de l'eau de refroidissement circulant dans les condenseurs. Dans un exemple, donné à titre d'illustration sans aucun caractère limitatif, la vapeur peut sortir de la turbine à la pression absolue de 0,0569 kg/cm2 correspondant à une température de saturation de 350C, et le condenseur CC est refroidi par de l'eau entrant à 150C et sortant à 300C. L'évaporateur E est chauffé par de la vapeur sous une pression absolue de 0,0569 kg/cm2 et peut émettre une vapeur sous une tension de 0,0429 kg/cm2, soit une température de saturation de 300C. L'évaporateur dispose donc d'une chute de température de 35 - 30 = 50C. Cette vapeur d'évaporation à 300C peut facilement être condensée par de l'eau qui est disponible à 1500 et qui pourrait sortir du condenseur CC à 250C. Dans ce cas il serait possible en faisant passer dans le condenseur CC toute l'eau froide disponible, de condenser à la pression de 0,0429 kg/cm2 une quantité de vapeur égale à la moitié de la quantité de vapeur sortant de la turbine puisque un kg de vapeur condensée dans l'évaporateur E donne, à peu de chose près, un kg de vapeur à condenser dans le condenseur complémentaire CC. La seconde moitié de la vapeur sortant de la turbine T passera par un conduit t3 dérivé sur le conduit t1 et sera condensée normalement dans le condenseur principal qui serait refroidi par l'eau sortant de CC à 250C et rejetée à 3saC, Ceci étant admis, il est facile de voir que si l'on ne fait passer dans le condenseur complémentaire CC que, par exemple, la moitié de l'eau froide nécessaire, on aura dans ce condenseur l'absorption d'un quart des calories à rejeter, les trois quarts complémentaires étant échangés dans le condenseur principal C. De la même manière on peut, en réglant, par exemple par une vanne V montée en dérivation sur l'arrivée d'eau froide c1 et la sortie d'eau c2 au condenseur-CC, la proportion du débit d'eau transitant par le condenseur CC, régler à n'importe quelle valeur comprise entre zéro (cas de la vanne V grande ouverte) et la valeur nominale de calcul (cas de la vanne V fermée) la quantité d'eau distillée d'appoint recueillie en e'. Il va de soi qu'il faut doter le condenseur CC d'un dispositif A d'extraction d'air permettant d'extraire les incondensables sous la tension qui règne dans ce condenseur et qui sera toujours plus faible que celle du condenseur principal C. L'examen critique de la figure 2 montre que dans la plupart des eas, on a intérêt à alimenter en a dans le circuit d'évaporation de l'évaporateur E, de l'eau prélevée en a à la sortie du condenseur principal C et de ce fait réchauffée. I1 apparaît nettement à l'examen de l'exemple donné cidessus à titre d'illustration, que la présence de l'évaporateur E ne modifie en rien les conditions de condensation de la vapeur turbinée, donc l'énergie disponible à l'arbre de la turbine. La production d'eau distillée d'appoint est donc totalement gratuite sur le plan énergétique. La quantité d'eau nécessaire à la condensation n'est pas modifiée, pas plus que les températures d'entrée et de sortie d'eau, puisqulil n'y a aucun apport de calories supplémentaires à éteindre et que la condensationfinale dans le condenseur C se fait toujours à la même tension. Enfin, l'opération d'évaporation se fait à basse température, ce qui limite les risques de corrosion du matériel en cas de traitement d'eauXagr-essive. Ces risques de corrosion ne sont pas, en tous cas, supérieurs à ceux que l'on peut rencontrer dans le condenseur principal C. Il va de soi que si l'on a parlé jusqu'à présent de distillation d'eau par évaporation, c'est uniquement parce qu'il s'agit là du cas le plus fréquemment rencontré, mais que le procédé peut s'appliquer à l'évaporation de n'importe quelle autre solution vaporisable. RrvENDTCATIots 1. Procédé de distillation d'eau par un évaporateur relié à un condenseur et utilisant la chaleur de la vapeur à très basse pression sortant de turbines de production d'énergie alimentées en vapeur à haute pression, caractérisé par le fait qu'il permet d'utiliser en totalité ou en partie la chaleur de la vapeur sortant de la turbine et à obtenir la distillation de l'eau sans aucune modification de la pression de sortie de turbine (T) ni de la quantité d'eau nécessaire à la condensation, c'est-à-dire d'une manière parfaitement gratuite sur le plan énergétique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la quantité d'eau distillée produite peut être réglée facilement à n importe quelle valeur comprise entre zéro et la capacité nominale de l'évaporateur (E), sans aucune perturbation au fonctionnement de la turbine (I). 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'eau alimentant l'évaporateur (E) peut être de l'eau prélevée à la sortie d'un condenseur principal (C) et partiellement réchauffée, ou de l'eau de n'importe quelle autre provenance. 4. Procédé selon l'ensemble des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que ltévaporation-distillation de l'eau se fait à très basse température, ce qui limite les risques de corrosion. 5. Procédé selon l'ensemble des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que n importe quel corps vaporisable autre que l'eau peut être évaporé gratuitement. 6. Installation permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'ensemble des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait qu'elle comprend un évapcrateur (E) du type à descendage ou de tout type équivalent, associé à un condenseur complémentaire (CC). 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée par le fait que le condenseur principal (C) est relié à un conduit (t3) de sortie de vapeur de la turbine (T), une dérivation (t1) sur ce conduit étant reliée à l'évaporateur (E). 8. Installation selon la revendication 6, caractérisée par le fait-que le condenseur complémentaire (CC) adjoint à l'éva- porateur (E) assure la condns,ation de la totalité de la vapeur évaporée dans l'évaporateur, -et est refroidi par une dérivation (c1) de la conduite de refroidissement (c) du condenseur principal (C). 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée par le fait qu'une valve de réglage (V) est montée en dérivation entre l'arrivée (c1) d'eau de refroidissement au condenseur complémentaire (CC) et la sortie (c2) d'eau de refroidissement vers le condenseur principal (C), cette vanne permettant de régler le débit d'eau de refroidissement à travers le condenseur complémentaire (CC) et par conséquent la quantité d'eau distillée d'appoint à prélever sur le condenseur principal (Cz