Brevet FR2378944A1 — publié le 19780825

La présente invention concerne un dispositif pour refroidir et condenser la vapeur d'eau détendue par une turbine à vapeur, notamment pour installation thermique de production d'énergie. On sait que les sites, dans lesquels il est possible d'installer une centrale thermique à condenseur refroidi par de 11 eau de rivière ou par de liteau de mer, sont de plus en plus rares Les tours de refroidissement du type humide qui sont actuellement construites provoquent des nuisances dues à la condensation dans l'atmosphère de l'eau évaporée sous forme de nuages Pour éviter cet inconvénient, de nombreuses etudes ont e été effec tuées en vue d'utiliser l'air atmosphérique comme fluide de re- froidissement des condenseurs Etant donné que la chaleur spécifique et la masse volumique de l'air sont particulièrement faibles, on est amené à prévoir des débits considérables. C t est ainsi que, pour une centrale de 1.000 mégawatts, la condensation de la vapeur nécessiterait un débit d'air de 150.000 m3/sec. Le transfert direct de chaleur de la vapeur à ltair exigerait donc une section de passage de l'air dans ltéchangeur-condenseur dont la valeur serait considérable. Par ailleurs, un tel échangeur condenseur devrait etre installé à une distance notable de la turbine afin de pouvoir disposer de la surface indispensable. Pour assurer le transport, audit échangeur, de la vapeur sortant de la turbine, il y aurait lieu de prévoir, pour la puissance considérée ci-dessus, une centaine de tuyauteries de 120 cm de diamètre qui seraient parcourues à la vitesse de 250 mO/sec. en vison, On comprend qu'une telle installation soit difficilement réalisable. Aussi, les études effectuées jusqu'à présent ont logiquement abouti à envisager le transfert de chaleur de la vapeur à l'air de refroidissement au moyen d'un fluide caloporteur intermédiaire. Ce fluide caloporteur peut être, soit de 11eau, soit tout autre fluide se vaporisant à basse température sous une pression relativement élevée, ammoniac par exemple L'utilisation d'un fluide de transfert intermédiaire présente l'inconvénient d'introduire des écarts de température entre ledit fluide et d'une part la vapeur sortant de la turbine, d'autre part l'air de refroidissement. Une première solution connue consiste à faire appel à un condenseur de type dit "à surface" permettant de réaliser ltéchange indirect de la chaleur entre la vapeur et le fluide de transfert, lequel échange ensuite indirectement sa chaleur avec l'air dans la tour de refroidissement. Cette solution conduit à des écarts de température plus faibles et à des surfaces d'échange considérables. Une deuxième solution connue consiste à faire appel à un condenseur du type dit "à injection" ou par mélange permettant de ré- aliser ltéchange direct de la chaleur entre la vapeur et le fluide de transfert, en l'occurence de l'eau, lequel fluide de transfert échange ensuite indirectement sa chaleur avec l'air dans la tour de refroidissement. Cette solution présente l'avantage de supprimer l'un des écarts de température précités, à savoir ltécart de température entre la vapeur se condensant et l'eau formant fluide de transfert. Par ailleurs, les surfaces d'échange nécessaires sont considérablement réduites On ne saurait toutefois appliquer une telle solution pour des puissances supérieures à 200 mégalvatts. Un autre inconvénient résulte du fait qutil est indispensable d'éviter toute entrée d'air dans le faisceau d'échange situé dans la tour de refroidissement. A cet effet, on est amené à maintenir le fluide parcourant ce faisceau à la pression atmosphérique au moyen d'une pompe, une turbine de détente, placée sur le circuit de retour, permettant de récupérer une partie de lténergie ainsi dépensée.De telles dispositions annexes compliquent sensiblement 1' installation L'invention a pour but d'assurer le refroidissement et la condensation de la vapeur, grace à une disposition qui permette de bénéficier des avantages respectifs des deux solutions évoquées cidessus. Elle consiste essentiellement à réaliser un dispositif qui combine les moyens afférents à chacune de ces solutions, le dispositif comprenant au moins un condenseur à injection ou un condenseur mixte, à injection et à surface. L2invention a plus précisément pour objet un dispositif pour re- froidir la vapeur détendue par une turbine à vapeur, notamment pour installation thermique de production d'énergie, comprenant au moins un condenseur qui est formé par une enceinte raccordée à une sortie de ladite turbine et une tour de refroidissement du type sec, caractérisé par la combinaison d'un premier faisceau d'échange indirect de chaleur disposé dans la tour de refroidissement, ledit faisceau étant inséré dans un circuit fermé compor tant au moins un faisceau d'échangeur disposé dans une enceinte de condenseur, ledit circuit fermé étant parcouru par un fluide de transfert et d'un deuxième faisceau d'échange indirect de chaleur disposé dans la tour de refroidissement, en aval dudit premier faisceau, ledit deuxième faisceau étant inséré dans un circuit bouclé sur au moins une enceinte de condenseur, ledit circuit étant parcouru par de l'eau en relation d'échange thermique direct avec la vapeur condensée a l'intérieur de ladite enceinte. Suivant une première forme de l'invention, le dispositif comprend un seul condenseur, le premier faisceau étant inséré dans un cir- cuit fermé qui comporte un seul faisceau d'échangeur logé dans l'enceinte du condenseur et le deuxième faisceau étant inséré dans un circuit bouclé sur ladite enceinte. Suivant une deuxième forme de l'invention, le dispositif comprend deux condenseurs distincts, le premier faisceau étant inséré dans un circuit fermé qui comporte deux faisceaux d'échangeurs disposés en série et logés respectivement dans les deux enceintes de condenseurs et le deuxième faisceau étant inséré dans un circuit bouclé sur l'une desdites enceintes. Suivant une troisième forme de 11 invention, le dispositif comprend deux condenseurs distincts7 le premier faisceau étant inséré dans un circuit fermé qui comporte un seul faisceau d'échangeur logé dans enceinte de ltun des condenseurs et le deuxième faisceau étant in- séré dans un circuit bouclé sur l'enceinte de l'autre condenseur. Suivant une quatrième forme de l'invention, le dispositif comprend deux condenseurs distincts, le premier faisceau étant inséré dans un circuit fermé qui comporte deux faisceaux d'échangeurs disposés en série et logés respectivement dans les deux enceintes de condenseurs et le deuxième faisceau étant inséré dans un circuit bouclé sur lesdites enceintes placées en série. Le circuit bouclé sur au moins une enceinte de condenseur comprend avantageusement, quelle que soit la forme de l t invention, un poste de réchauffage de liteau parcourant ledit circuit par soutirage de vapeur à la turbine. L' invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit, faite en regard des dessins annexés, concernant différentes formes de réalisation données à titre d'exemples non limitatifs. La figure 1 représente le dispositif pour refroidir la vapeur détendue par une turbine, ledit dispositif étant réalisé suivant une première forme de l t invention. La figure 2 représente le même dispositif avec poste de réchauffage d'eau complémentaire. La figure 3 représente le dispositif réalisé suivant une deuxième forme de l'invention. La figure 4 représente le dispositif réalisé suivant une troisième forme de l'invention. La figure 5 représente le dispositif réalisé suivant une quatrième forme d l'invention. Sur la figure i, on voit une turbine à vapeur i qui est alimentée par un générateur de vapeur 2 du type usuel. La turbine 1 est couplée à un générateur électrique 3 qui dessert un réseau de consommation de courant. La vapeur détendue par la turbine 1 est admise dans un condenseur 4 qui est contenu dans une enceinte 5 raccordée, à sa partie supérieure, à la sortie de la turbine 1. A l'intérieur de l'enceinte 5, la vapeur se condense, comme il sera expliqué par la suite et les condensats sont ramenés au générateur de vapeur 2 au moyen d'une pompe alimentaire 6 qui est branchée à la partie inférieure de l'enceinte 5. Le repère 7 désigne une tour de refroidissement par air du type sec. A l'intérieur de la tour 7 sont logés deux faisceaux d'échange indirect de chaleur, à savoir un premier faisceau repéré 8 et un deuxième faisceau repéré 9 qui est disposé au dessus du précédent. Le faisceau 8 est inséré dans un circuit fermé 10 qui comprend un faisceau d'échangeur Il logé dans l'enceinte 5. Le circuit 10 est parcouru par un fluide, eau ou ammoniac par exemple, au moyen duquel la chaleur de la vapeur est transférée à l'air qui traverse, de bas en haut, la tour 7 Une pompe 12 assure la circulation du fluide dans le circuit 10 suivant le sens indiqué par les flèches. Par ailleurs, le circuit 10 est muni d'un système de sécurité formé par un vase dtexpansion 13 branché sur ledit circuit. Le faisceau 9 est inséré dans un circuit 14 qui est bouclé sur l'enceinte 5 du condenseur 4 Une pompe 15 et une turbine 16 sont respectivement montées en amont et en aval du faisceau 9, sur le circuit 14. La pompe 15 prélève de l'eau à la partie inférieure de l'enceinte 5 et la turbine 16 récupère une partie de l'énergie. L'eau est réintroduite dans l'enceinte 5 au moyen d'une rampe de pulvérisation 17 logée dans la partie supérieure de ladite enceinte. L'eau parcourant le circuit 14 constitue un autre fluide de transfert en relation dtéchange thermique direct avec les condensats0 Le condenseur 4, formé par l'enceinte 5, le faisceau d'échangeur 11 et la rampe de pulvérisation 17, assure le refroidissement et la condensation de la vapeur au moyen de deux fluides de transfert intermédiaires, d'une part l'eau ou l'ammoniac qui parcourt le circuit 10 et d'autre part l'eau qui parcourt le circuit 140 Les calories empruntées à la vapeur dans le condenseur 4, par ces deux fluides, sont ensuite cédées à ltair qui traverse, de bas en haut, la tour de refroidissement 70 Le condenseur 4 constitue un condenseur mixte, ctest-à-dire un condenseur qui est en même temps un condenseur à surface et un condenseur à injection ou par mélange.Les surfaces d'échange sont constituées par les parois du faisceau 11, tandis que ltinjection est assurée par la rampe de pulvérisation 17. La figure 2 illustre une disposition semblable à la précédente suivant laquelle il est prévu un poste de ré chauffage complémentaire 18 de l'eau parcourant le circuit 14. Le réchauffage de liteau est assuré par un soutirage de vapeur 19 à la turbine 1. Sur la figure 3, on a représenté une disposition suivant laquelle la turbine à vapeur comprend un premier corps la en parallèle avec un deuxième corps lb. Un condenseur est prévu à la sortie de chaque corps de turbine. Le repère 4a désigne le condenseur afférent au corps la et le repère 4b désigne le condenseur afférent au corps lb. Le condenseur 4a est dit "condenseur froid" et le condenseur 4b "condenseur chaud" étant donné les différences de niveau de température entre ces condenseurs.Le circuit 10 comprend, ici, deux faisceaux dtéchangeurs Ila et- 11b respectivement logés dans les enceintes 5a et 5b des condenseurs 4a et 4bo Ces deux faisceaux sont disposés en série, le faisceau 11a étant parcouru par 11eau ou l'ammoniac avant le faisceau ilb. La rampe de pulvérisation 17 est logée dans l'enceinte 5b. Le circuit 14 est bouclé sur l'en- ceinte 5b. Une pompe 20 supplémentaire permet de prélever le condensat à la partie inférieure de l'enceinte 5a pour l'introduire à la partie supérieure de l'enceinte 5b, au dessous du niveau de la rampe 17. Le repère 21 désigne le conduit de liaison des deux enceintes 5a et 5b. Le condenseur 4a est ici un simple condenseur à surface tandis que le condenseur 4b est un condenseur mixte. Dans le cas de la forme de réalisation suivant la figure 3, que l'on vient de décrire, on a, bien entendu, conservé les mêmes repères que sur les figures précédentes pour désigner les éléments identiques ou équivalents. il en sera de même pour les formes de réalisation suivant les figures 4 et 5 qui concernent également des dispositions a deux condenseurs, respectivement froid et chaud. Suivant la figure 4, le circuit 10 ne comprend, hors de la tour 7, qu'un seul faisceau dtéchangeur Il logé dans l'enceinte 5a. Le circuit 14 comprend la rampe 17 logée dans l'enceinte 5b. L'en ceinte 5a est reliée à I'enceinte 5b par le conduit 21 sur lequel est montée la pompe 20 qui prélève le condensat de enceinte 5a pour ltintroduire dans I1 enceinte 5b. Le condenseur 4a est, ici, un condenseur à surface, tandis que le condenseur 4b est un condenseur à injection ou par mélange. Suivant la figure 5, le circuit 10 comprend, hors de la tour 7, deux faisceaux d'échangeur fla et ilb disposés en série et logés respectivement à l'intérieur des enceintes 5a et 5b. Le circuit 14 traverse en série lesdites enceintes qui sont respectivement munies de rampes 17a et 17b. Le conduit de liaison 21 fait partie du circuit 14. Les deux condenseurs 4a et 4b sont, ici, tous les deux du type mixte. Bien que l'invention ait été décrite en référence à plusieurs formes de réalisation, il va de soi qu'elle n'y est en rien limitée et que des modifications peuvent lui être apportées sans sortir de son domaine. il est possible, par exemple, de prévoir un ensemble de trois condenseurs, ou plus, convenablement raccordés aux premier et deuxième faisceaux d'échange de la tour de refroidissement suivant diverses combinaisons possibles, le dispositif comprenant au moins un condenseur à injection ou bien un condenseur mixte, a la fois à injection et à surface. Les premier et deuxième faisceaux d'échange1 au lieu d'être superposés, pourront être disposés côte à côte à la base de la tour de refroidissement, lesdits faisceaux étant balayés dans l'ordre par l'air traversant de bas en haut ladite tour Par rapport au sens de circulation de llairs le deuxième faisceau est donc toujours placé en aval du premier. On pourra, également, prévoir un piste de réchauffage, tel que celui illustré sur la figure 2, pour des dispositions conformes aux figures 3, 4 et 5. il est possible, bien entendu, de remplacer l'un quelconque des éléments décrits par un élément techniquement équivalent. L'invention couvre donc, outre-les exemples représentés, leurs différentes variantes d'exécution possibles. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour refroidir la vapeur détendue par une turbine â vapeur, notamment pour installation thermique de production dténergie, comprenant au moins un condenseur qui est formé par une enceinte raccordée à une sortie de ladite turbine et une tour de refroidissement du type sec, caractérisé par la com binaison d'un premier faisceau d'échange indirect de chaleur disposé dans la tour de refroidissement, ledit faisceau étant inséré dans un circuit fermé comportant au moins un faisceau d'échangeur disposé dans une enceinte de condenseur, ledit circuit fermé étant parcouru par un fluide de transfert et d'un deuxième faisceau d'échange indirect de chaleur disposé dans la tour de refroidissement, en aval dudit premier fais ceau, ledit deuxième faisceau étant inséré dans un circuit bouclé sur au moins une enceinte de condenseur, ledit circuit étant parcouru par de 1'eau-en relation d'échange thermique direct avec la vapeur condensée à l'intérieur de ladite en ceinte. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, comprenant un conden seur unique, caractérisé en ce que le premier faisceau est inséré dans un circuit fermé qui comporte un seul faisceau dréchangeur logé dans l'enceinte du condenseur et en ce que le deuxième faisceau est inséré dans un circuit bouclé sur ladite enceinte. 3 - Dispositif suivant la revendication i, comprenant deux con denseurs distincts, caractérisé en ce que le premier faisceau est inséré dans un circuit fermé qui comporte deux faisceaux d'échangeurs disposés en série et logés respectivement dans les deux enceintes de condenseurs et en ce que le deuxième faisceau est inséré dans un circuit bouclé sur l'une desdites enceintes. 4 - Dispositif suivant la revendication 1, comprenant deux conden seurs distincts, caractérisé en ce que le premier faisceau est inséré dans un circuit fermé qui comporte un seul faisceau d'échangeur logé dans l'enceinte de l'un des condenseurs et en ce que le deuxième faisceau est inséré dans un circuit bouclé sur l'enceinte de autre condenseur. 5 - Dispositif suivant la revendication 1, comprenant deux conden seurs distincts, caractérisé en ce que le premier faisceau est inséré dans un circuit fermé qui comporte deux faisceaux d'échangeurs disposés en série et logés respectivement dans les deux enceintes de condenseurs et en ce que le deuxième faisceau est inséré dans un circuit bouclé sur lesdites en ceintes placées en série. 6 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caracté risé en ce que le circuit bouclé sur au moins une enceinte de condenseur comprend un poste de réchauffage de l'eau parcou rant ledit circuit par soutirage de vapeur à la turbine.