Brevet FR2311925A1 — publié le 19761217

La présente invention concerne les installations thermi- ques de production d'énergie, notamment nucléaires, à cycle vapeur. 111e a trait, plus particulièrement, aux problèmes que pose la surchauffe de la vapeur produite à relativement basse pression dans de telles installations. I1 est déjà connu de surchauffer la vapeur avant son entrée dans la turbine et/ou entre deux étages, respectivement à haute et basse pression, de ladite turbine en prélevant de la vapeur vive à la sortie du générateur de vapeur et en la comprimant mécaniquement avant de l'introduire dans un surchauffeur où elle est aise en relation d'échange thermique indirect avec la vapeur à surchauffer.Un tel procédé est notamment décrit dans la demande de brevet français n0 73.45655 déposée le 20 décembre 1973 par la demanderesse. On obtient ainsi une amélioration sensible, mais surtout permanente, du rendement thermodynamique de l'installation I1 est connu d'autre part, de surchauffer la vapeur avant gon entrée dans la turbine et/ou entre deux étages, respectivement Â haute et basse pression, de ladite turbine en faisant appel à un fluide de chauffage auxiliaire, généralement à pression relativement élevée, empruntant sa chaleur a une source thermique indépendante, distincte de la source thermique de base de l'installation. A tem- pérature de surchauffe sensiblement égale à celle mise on oeuvre avec le procédé antérieur, on obtient une forte augmentation de la puissance délivrée sur le réseau du fait qu'aucun prélèvement de vapeur n'étant effectué au générateur, la totalité du fluide de travail participe à la production d'énergie. Par ailleurs, le supplément de puissance nécessaire pour chauffer le fluide auxi- liaire est obtenu avec un rendement très levé. Le fluide auxiliaire peut être un thermofluide usuel, liquide ou gazeux. I1 peut etre chauffé par un accumulateur de chaleur dans lequel de la chaleur est emmagasinée au moyen d'une résistance électrique par exemple. Une réalisation de ce genre est notamment décrite dans le brevet français n0 2 093 385. Suivant la demande de certificat d'addition n 75.14 664 audit brevet déposée le 12 mai 1975 par la demanderesse, le fluide auxiliaire est de la vapeur d'eau engendrée dans une chaudière alimentée en chaleur par l'accumulateur. L'invention a pour but d'effectuer la surchauffe de la vapeur selon un procédé combinant les deux modes opératoires définis ci-dessus, de manière à bénéficier de leurs avantages respectifs dans une proportion réglable à la demande suivant la mise en oeuvre plus ou moins importante de l'un ou l'autre desdits modes opératoires. L'invention a pour objet un procédé d'exploitation d'une installation thermique de production d'énergie à cycle vapeur comportant un générateur de vapeur alimenté on chaleur par une source thermique de base, notamment nucléaire, et une turbine alimentée en vapeur par ledit générateur, caractérisé par la com- binaison d'un premier mode opératoire suivant lequel on prélève de la vapeur vive au générateur de vapeur, on la comprime mécani querent et on en transfère au moins une partie de la chaleur au fluide de travail, et d'un second mode opératoire suivant lequel on emprunte de la chaleur à un fluide auxiliaire chauffé par une source thermique indépendante, distincte de la source thermique de base de l'installation et l'on transfère au moins une partie de cette chaleur au fluide de travail, ladite combinaison du premier et du second mode opératoire permettant ainsi d'effectuer la surchauffe du fluide de travail avant son entrée dans la turbine et/ou entre deux étages de ladite turbine. Le chauffage du fluide auxiliaire peut être assuré di rectement par la combustion d'un combustible fossile. De façon particulièrement avantageuse, le fluide auxiliaire est-de la vapeur d'eau engendrée dans une chaudière ainsi chauffée. Le chauffage du fluide auxiliaire peut autre assuré par un accumulateur de chaleur dans lequel de la chaleur est emmagasinée par la combustion d'un combustible fossile ou par une résistance électrique. De façon particulièrement avantageuse, le fluide auxiliaire est de la vapeur d'eau engendrée dans une chaudière chauffée par l'accumulateur de chaleur. Llinvention a également pour objet une installation thermique de prod uction d'énergie à cycle vapeur comportant un générateur de vapeur alimenté en chaleur par une source thermique de base, notamment nucléaire, une turbine alimentée en vapeur par ledit générateur, un surchauffeur de vapeur disposé en amont de la turbine et/ou un surchauffeur de vapeur disposé entre deux étages de ladite turbine, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre - un premier circuit bouclé sur le générateur de vapeur et sur lequel est entée une pompe a chaleur pour comprimer de 19 vapeur vive prélevée audit générateur, ledit circuit assurant la circulation de la vapeur comprimée à travers au moins un surchauffeur, et - un deuxième circuit bouclé sur un dispositif agencé pour fournir un fluide auxiliaire chauffé par une source thermique indépen dante, distincte de la source thermique de base de l'installa- tion, ledit circuit assurant la circulation du fluide auxiliai- re à travers le ou les surchauffeurs traversés par le premier circuit. Le dispositif fournissant le fluide auxiliaire peut store chauffé directement par us combustible fossile. De façon particulièrement avantageuse, ledit dispositif est ne chaudière à vapeur ainsi chauffée. Le dispositif fournissant le fluide auxiliaire peut être un accumulateur de chaleur dans lequel de la chaleur est emmagasi- née au moyen de la source thermique indépendante ou, de façon particulièrement avantageuse, une chaudière à vapeur chauffée par un tel accumulateur de chaleur. La source thermique de l'accumulateur de chaleur peut être une chaudière chauffée par un combustible fossile eu un résistance électrique. L'installation comporte des moyens pour régler le débit de fluide en circulation dans chaque circuit, ces moyens étant avantageusement constitués par n ensemble de vannes convenable- ment disposées. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit, faite en regard du dessin annexé, concernant ne forme particulière de l'invention donnée à titre d'exemple non limitatif0 La figure unique représente, sous forme schématique, une installation selon l'invention. Sur la figure, on voit un réacteur nucléaire 1 qui alimente en fluide chauffant un générateur de vapeur 2 produisant de la vapeur vive saturée ou faiblement surchauffée. La vapeur sortant du générateur 2 par la ligne 3 est amenée à l'entrée d'un étage haute-pression 4 d'une turbine après avoir traversé un surchauffeur 5 dont il sera parlé plus explicitement ci-après. La vapeur détendue sortant de l'étage 4 est amenée par la ligne 6 à l'entrée de l'étage basse-pression 7 de la turbine après avoir traversé deux surchauffeurs, respectivement 8 et 9, dont il sera également parlé plus explicitement ci-après.Le repère 10 désigne un alternateur entratné par 1 a turbine pour produire du courant électrique sur le réseau. La vapeur détendue sortant de ltétage 7 de la turbine arrive dans un condenseur 11. Les condensats sont recyclés par ne pompe 12 vers le générateur 2 le long d'une ligne 13 sur laquelle sont montés un réchauffeur 14 å soutirage basse- pression et un réchauffeur 15 à soutiragehaute-pression. Les repères 16 et 17 désignent les lignes de soutirage respectifs des réchauffeurs 14 et 15. De la vapeur prélevée au point 18 de la ligne 3 est amenée, par la ligne 19, à l'entrée d'une pompe à chaleur 20 qui la comprime mécaniquement. La vapeur comprimée sortant de la pompe 20,est amenée par la ligne 21 dans le surchauffeur 5, et par la ligne 22 dans le surchauffeur 9. La vapeur comprimée se condense en traversant lesdits surchauffeurs et les condensats sont dirigés, respectivement par les lignes 23 et 24, vers le réchauffeur 15. De la vapeur vive prélevée en 25 de la ligne 19 est amenée, par la ligne 26, dans le surchauffeur 8 où elle se condense, et les condensats sont dirigés par la ligne 27 vers le réchauffeur 15. Le repère 28 désigne un dispositif agencé pour fournir un fluide auxiliaire alimenté en chaleur par une source thermique indépendante, distincte de la source thermique de base de l'instal- latin constituée par le réacteur nucléaire 1. Les différentes formes que peut prendre le dispositif 28 seront explicitées plus loin. On admettra dans ce qui va suivre que le dispositif 28 est une chaudière à vapeur chauffée par un cembustible fossile et produisant, de ce fait, une vapeur à pression plus élevée que celle produite par le générateur 2. La vapeur sortant de la chaudière 28, par la ligne 29, est dirigée par la ligne 30 dans le surchauffeur 9 et, par la ligne 31, dans le surchauffeur 5. Les condensats sortant desdits surchauffeurs, respectivement pour les lignes 32 et 33, sont recyclés par la pompe 34 vers la chaudière 28, la long de la ligne 35 sur laquelle est montée ladite pompe. On voit que les surchauffeurs 5 et 9 sont alimentés en parallèle, d'une part par la vapeur basse-pression comprimée par la pompe à chaleur 20, d'autre part par la vapeur haute-pression produite par la chaudière 28. Suivant une variante possible de réalisation, les surchauffeurs 5 et 9 pourraient être alimentés en série. Le surchauf four 8, ou resurchauffeur primaire, est uniquement alimenté par prélèvement direct de vapeur vive de manière à assurer une resurchauffe initiale suivie d'une resurchauffe complémentaire assurée par le surchauffeur 9, ou resurchauffeur secondaire. Les surchauffeurs 5 et 9 sont alimentés simultanément par deux circuits distincts. Un premier circuit défini par les lignes 3, 19, 21, 22, 23, 24 et 13, sur lequel est montée la pompe 20, est bouclé sur le générateur 2. Un deuxième circuit bouclé sur la chaudière 28, est défini par les lignes 29, 30, 31, 32, 33 et 35. Des vannes permettent de régler le débit de fluide circulant dans chaque circuit. Une vanne 36 est montée sur la ligne 19, en amont de la pompe 20, et des vannes, respectivement 37 et 38, sur chacune des lignes 21 et 22 alimentées en vapeur par ladite pompe. Une vanne 39 est montée à la sortie de la chaudière 28, sur la ligne 29, et des vannes, respectivement 40 et 41, sur chacune des lignes 30 et 31. Une vanne 42 est mentie, par ailleurs, sur la ligne 26 en amont du surchauffeur 8. Pour simplifier la description on a admis jusqu'ici que le dispositif 28 était une chaudière à vapeur chauffée par un combustible fossile. Le dispositif 28 peut prendre, sans sortir du cadre do l'invention, différentes formes que l'on va maintenant expliciter. D'une façon générale le dispositif 28 est agencé pour fournir un fluide auxiliaire chauffé par tout moyen connu, ledit fluide auxiliaire pouvant etre un thermofluide liquide ou gazeux. Le dispositif 28 peut prendre la forme d'un accumulateur de chaleur dans lequeldela à chaleur est emmagasinée au moyen d'une source thermique indépendante de la source thermique de base de l'installation, telle- qu'une chaudière chauffée par un cosbustible fossile ou une résistance électriques Le repère 28 désigne alors globalement l'accumulateur de chaleur et sa source thermique. La chaleur fournie par l'accumulateur sert à chauffer un fluide auxiliaire tel qu'un thermofluide liquide ou gazeux. Le dispositif 28 peut prendre la forme d'une chaudière à vapeur chauffée par un-accumulateur de chaleur dans lequel de la chaleur est emmagasinée au moyen d'une source thermique indépendante de la source thermique de base de l'installation, telle qu'une chaudière chauffée par un combustible fossile ou une résistance électrique. Le repère 28 désigne alors rlobalerent la chaudière, l'accumulateur et sa source thermique. REVENDICATIONS 1. Procédé d'exploitation d'une installation thermique de produc tion d'énergie à cycle vapeur comportant un générateur de vapeur alimenté en chaleur par une source thermique de blase, notamment nucléaire, et une turbine alimentée en vapeur par ledit générateur, caractérisé par la combinaison d'ug preuS mode opératoire suivant lequel on prélève de la vapeur vive au générateur de vapeur, on la comprime mécaniquement et on en transfère au moins une partie de la chaleur au fluide de travail, et deun second mode opératoire suivant lequel on emprunte de la chaleur à un fluide auxiliaire chauffé par une source thermique indépendante, distincte de la source thermique de base de l'ins- tallation et l'on transfère au moins une partie de cette chaleur au fluide de travail, ladite combinaison du premier et du second mode opératoire permettant ainsi d'effectuer la surchauffe du fluide de travail avant son entrée dans la turbine et/ou entre deux étages de ladite turbine. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage du fluide auxiliaire est assuré directement par la combustion d'un combustible fossile. 3. Procédé suivant la r-vendicatin 2 caractérisé en ce que le fluide auxiliaire est de la vapeur d'eau engendrée dans une chaudière chauffée par un combustible fossile. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage du fluide auxiliaire est assuré par un accumulateur de chaleur. 50 Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la chaleur emmagasinée dans l'accumulateur de chaleur est fournie par la combustion d'un combustible fossile. 6. Procédé auivant la revendication 4, caractérisé en ce que la chaleur emmagasinée dans l'accumulateur de chaleur est fournie par une résistance électrique. 7. Procédé suivant l'une des revendications 4 à 6, caracterisien ce que le fluide auxiliaire est do la vapeur d'eau engendrée dans une chaudière chauffée par l'accumulateur de chaleur. 8. Installation thermique de production d'énergie à cycle vapeur comportant un générateur de vapeur alimenté en chaleur par une source thermique de base, notamment nucléaire, une turbine alimentée en vapeur par ledit générateur, un surchauffeur de vapeur disposé en amont de la turbine et/ou un surchauffeur de vapeur disposé entre deux étages de ladite turbine, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre - un premier circuit bouclé sur le générateur de vapeur et sur lequel est montée une pompe à chaleur pour comprimer de la vapeur vive prélevée audit générateur, ledit circuit assurant la circulation de la vapeur comprimée à travers au moins un surchauffeur, et - un deuxième circuit bouclé sur un dispositif agencé pour four- nir un fluide auxiliaire chauffe par une source thermique indépendante, distincte de la source thermique de base de l'installation, ledit circuit assurant la circulation du fluide auxiliaire à travers le ou les surchauffeurs traver sés par le premier circuit. 9. Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce que le dispositif fournissant le fluide auxiliaire est chauffée directement par un combustible fossile. 10. Installation suivant la revendication 9, caractérisée on ce que le dispositif fournissant le fluide auxiliaire est une chaudière à vapeur. 11. Installation suivant la revendication 8, caractérisée on ce que le dispositif fournissant le fluide auxiliaire est n accumulateur de chaleur dans lequel de la chaleur est emmaga- sinée au moyen de la source thermique indépendante. 12. Installation suivant la revendication 8, caractérisée on ce que le dispositif fournissant le fluide auxiliaire est une chaudière à vapeur chauffée par n accumulateur de chaleur dans lequel la chaleur est emmagasinée au moyen de la source thermi- que indépendante. 13. Installation suivant l'une dos revendications 11 ou 12, carac terisée en ce que la source thermique indépendante est une ehau- fière chauffé par un combustible fossile. 14. Installation suivant l'une des revendications 11 ou 12, carac- térisée en ce que la source thermique indépendante est une résistance électrique. 15. Installation suivant l'une quelconque des revendications 8 à 14, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour régler le débit de fluide on circulation dans chaque circuit.