Brevet FR2500910A1 — publié le 19820903

Circuit pour engendrer de la vapeur d'eau. faible concentration de produits chimiques La présente invention a été conçue pendant l'exécution d'un contrat passé avec le gouvernement des Etats-Unis sous le NO DE-_C-14-79-ET-3717. La présente invention concerne un circuit générateur de vapeur d'eau utilisé dans des centrales de production d'énergie à partir de vapeur d'eau pour transformer l'énergie thermique en électricité. La transformation de la chaleur provenant d'une source primaire,telle qu'un réacteur nucléaire,en électricité utilisa- ble est effectuée à l'aide d'une grande diversité de circuits de génération de vapeur d'eau. Un grand nombre de ces circuits donne naissance à des concentrations élevées d'impuretés aux endroits du circuit o l'ébullition de l'eau a lieu, problème que l'on résout fréquemment en utilisant des courants de purge qui éliminent ou recyclent de façon continue ou intermittente une partie d'un courant de fluide contenant des impuretés. Les systèmes de purge ne sont pas considérés efficaces du point de vue énergie étant donné que les calories contenues dans l'écoulement évacué sont habituellement perdue-s. Par conséquent, l'objet principal de la présente invention est de procurer un circuit de génération de vapeur d'eau qui évite les concentrations d'impuretés chimiques et réduit à un minimum les pertes d'énergie. En raison de cet objet, la présente invention réside en un circuit pour la génération de vapeur d'eau dans une centrale de génération d'énergie comprenant un évaporateur, un collecteur-séparateur de vapeur d'eau en communication de fluide avec ledit évaporateur pour recevoir la vapeur d'eau en provenance de ce dernier, une pompe de circulation disposée dans une canalisation de recirculation d'eau de manière h prélever une partie de l'écoulement de fluide en provenance du- dit collecteur-séparateur de vapeur d'eau et h renvoyer par pompage ladite partie k travers ledit évaporateur au cours d'un mode de fonctionnementavec recireulation,dudit circuit de génération de vapeur d'eau, un trajet d'écoulement de retour permettant un écoulement commandé depuis l'orifice de décharge de ladite pompe de circulation jusqu'au séparateur de vapeur d'eau étant prévu et ledit trajet d'écoulement de retour contenant une valve de commande réductrice d'écoulement adaptée pour s'ouvrir lorsque la pompe fonctionne à une vi- tesse faible et ladite canalisation de recirculation d'eau contenant un clapet de retenue qui est fermé quand la pompe fonctionne k des vitesses faibles, ladite valve de commande réductrice d'écoulement étant adaptée pour se fermer lorsque la vitesse de la pompe atteint une valeur prédéterminée pen- dant que ledit clapet de retenue est ouvert de manière k assu- rer un écoulement de recirculation k travers ledit évaporateur. Cette disposition eonstructive donne un circuit com- biné dont la souplesse d'utilisation permet un fonctionnement en "mode sans recyclage" eu-en nmode avec recyclage". Dans ce circuit combiné, la centrale fonctionne en mode sans recyclage dans la fourchette de génération d'énergie, en évitant ainsi une concentratien exagérée de produits ehimiques,et comme un système en recyclage eomplet pour le démarrage, l'arrt, les déclenchements, etc. L'eau d'alimentation pénètre dans un réservoir d'emmagasinage en se mélangeant avee l'eau reeyclée provenant d'un collecteur de séparation de vapeur d'eau. L'eau d'alimentation pénètre ensuite dans l'évaporateur sous la forme d'un liquide légèrement refroidi et sort sous la forme de vapeur d'eau d'une qualité maximale de 91 %. La vapeur d'eau pénètre dans le séparateur de vapeur d'eau k partir du- quel de la vapeur d'eau d'une qualité de 100 % pénètre dans le surchauffeur. Cette vapeur d'eau sort du surchauffeur sous une pression de 160 kg/cm2 et k une température de 460 C. L'eau séparée de la vapeur-d'eau sort par la base du séparateur, soit sous la forme d'un courant d'évacuation dirigé vers le réchauffeur d'eau d'alimentation d'amont,soit sous la forme d'un courant recyclé,de manière à se mélanger dans le réservoir d'emmagasinage avec l'eau d'alimenatation entrante. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description donnée ci-après en référence aux dessina annexés représentant k titre purement illustratif et non limitatif un mode de réalisation préféré et sur lesquels t la figure 1 est un schéma du circuit de génération de vapeur d'eau selon la présente invention dans le mode de fonctionnement sans recyclage; et la figure 2 est un schéma du circuit de génération de vapeur d'eau selon la présente invention dans le mede de fonctionnement avec recyclage. La figure 1 montre un circuit de génération de vapeur d'eau dans le mede de fonctionnement sans recyclage. Dans ce mode, la vitesse de la pompe de circulation 1 est réduite au point que le clapet de retenue 2 de la canalisation de circu- lation se ferme, en supprimant toute recirculation. Toutefois, l'écoulement continue k travers une boucle de retour contenant une valve de réduction 10 commandée par la pression. Pendant que la vitesse de la pompe est faible, la valve 10 s'ouvre en assurant un écoulement de retour d'environ 2 % de l'écoulement normal de la pompe de manière z A) k empocher un surchauffage de la pompe, B) à Stre prête dans le cas d'une perte d'eau d'alimentation normale, et C) k maintenir la température du réservoir d'emmagasinage 3 à une valeur inférieure k la tem- pérature du séparateur-collecteur 5 mais supérieure k la tem- pérature de l'eau d'alimentation. Au cours de ce mode, l'eau d'alimentation d'entrée de l'évaporateur 4 ne présente aucune concentration en impuretés chimiques et l'eau du réservoir de stockage 3 est maintenue k une concentration inférieure à celle du collecteur-séparateur 5 de manière à empêcher une concen- tration transitoire d'impuretés lors du passage à un mode de recirculation. Pour maintenir la température voulue dans le réservoir d'emmagasinage 3 et pour diluer les impuretés enlevées dans le séparateur 5, un faible écoulement de dérivation 8 (supposé être égal k 1 %) est détourné du courant principal d'eau d'alimentation. Cet écoulement se mélange avec une quantité similaire d'eau provenant du séparateur 5 et pénètre dans le réservoir d'emmagasinage 3. L'écoulement issu du réservoir d'emmagasinage 3 est renvoyé au séparateur 5 par l'intermé- diaire de la pompe 1 de circulation complétant le circuit. L'eau d'alimentation principale s'écoule directement dans l'évaporateur 4 o elle est transformée en de la vapeur d'eau de qualité 90 %. A l'intérieur du séparateur 5, les 10 % d'humidité sont éliminés et toute la vapeur d'eau est trans- portée jusqu'au surchauffeur 7. Les 10 % d'eau plus le 1 % d'écoulement de dérivatien 8 mentionne précédemment sont évacués k travers un réchauffeur 9 d'eau d'alimentation, situé en amont et k récupération de chaleur,puis k travers les ré- chauffeurs d'eau d'alimentation basse pression (non représen- tés) et parviennent au condenseur (non représendtés). Tout l'écoulement issu du condenseur traverse un déminéraliseur plein débit (non représenté) de manière que la pureté requise de l'eau d'alimentation soit obtenue. Un schéma du circuit combiné fonctionnant en mode de recirculation est représenté sur la figure 2. En mode de re- circulation, la vitesse de la pompe 1 de circulation est aug- mentée pour fournir le rapport de circulation voulu. -En pre- nant comme exemple un fonctionnement au rapport de circulation très faible de 1,1:1 (le rapport entre l'écoulement 15 péné- trant dans l'évaporateur et l'écoulement 16 de vapeur d'eau; voir figure 2) et avec la vapeur d'eau quittant le séparateur définiecomme étant de qualité 100 %, l'écoulement d'eau d'alimentation dans ce cas serait de 105 %. Cet écoulement est divisé avant de pénétrer dans le réservoir de mélange 6, 5 % étant dérivés vers le réservoir d'emmagasinage 3 et 100 % vers le réservoir de mélange 6. La pompe 1 de circulation délivre- rait 10 % s'écoulant k partir du réservoir d'emmagasinage 3 de manière à se mélanger avec les 100 % d'eau d'alimentation en donnant 110 % d'écoulement vers l'évaporateur 4. Les 10 % d'écoulement de circulation consistent en 5 % d'écoulement de dérivation mélangés avec 5 % d'écoulement arrivant du sépara- teur 5 de vapeur d'eau. On opère ainsi pour réduire la tempé- rature dans le réservoir d'emmagasinage 3 à une valeur comprise entre la température de saturation et la température de l'eau d'alimentation pour des considérations de phénomène transitoire. De plus, cette façon de faire sert à réduire la concentration chimique dans le collecteu" séparateur 5, ce qui représente un avantage pour les phénomènes transitoires chimiques en présence d'une variation de charge. Le mélange quittant l'évaporateur 4 a une qualité de 90 % de manière à éviter un surchauffage des tubes chauds. Les 10 % d'humidité sont éliminés dans le collec- teur-séparateur 5, la moitié de l'eau (c'est-à-dire 5 %) étant délivrée au réservoir d'emmagasinage 3 complétant ce circuit. L'eau restante est évacuée vers le réchauffeur 9 d'eau d'ali- mentation situé en amont. La vapeur d'eau provenant du collec- teur-séparateur 5 est ensuite surchauffée et délivrée à la turbine (non représentée). Dans un fonctionnement en mode de recirculation que l'on vient de décrire, la concentration d'impuretés dans l'eau d'admission de l'évaporateur 4 est égale à environ deux fois celle de l'eau d'alimentation entrante. Des rapports de circu- lation plus élevés exigent une évacuation ou purge plus intense pour des concentrations chimiques acceptables. Par exemple, avec un rapport de circulation de 1,5:1, une évacuation de 7 % est nécessaire pour maintenir un facteur de concentration égal à cinq fois la concentration de l'eau d'alimentation (la limite préférée). Toutefois, ceci ne représente pas un handicap particulier pour le circuit étant donné que l'on peut s'attendre à une utilisation de rapports de circulation plus grands unique- ment pendant de brèves périodes de temps au cours d'une partie des opérations de charge. La turbine proposée pour ce circuit a une conception mixte avec des éléments double flux haute pression (HP) et pression intermédiaire (IP) sur l'arbre tournant à 3600 tours par minute et deux éléments double flux basse pression (LP) avec une dernière rangée d'aubes de 1 mètre sur l'arbre tour- nant à 1800 tours par minute. La possibilité de deux modes de fonctionnement donne la souplesse nécessaire pour empacher une concentration d'im- puretés quand besoin est par un fonctionnement dans le mode sans recyclage et en passant à un mode de fonctionnement avec recirculation plus souhaitable quand la concentration des impuretés ne pose pas de problème. Le circuit générateur de vapeur décrit peu- gtre modifié dans le cadre de la présente invention. Par conséquent, la description qui précède doit ttre interprétée comme étant donnée à titre purement illustratif et non limitatif* 2500'910 REVENDICATION Circuit pour la génération de vapeur d'eau dans une centrale de génération d'énergie comprenant un évaporateur, un collecteur-séparateur de vapeur d'eau en communication fluidique avec ledit évaporateur pour recevoir la vapeur d'eau provenant de ce dernier, une pompe de circulation disposée dans une canalisation de recirculation d'eau de manière L éliminer une partie de l'écoulement de fluide arrivant du collecteur-séparateur de vapeur d'eau et à renvoyer par pompage ladite partie à travers ledit évaporateur pendant le mode de fonctionnement1avec recirculation,dudit circuit générateur de vapeur, caractérisé par le fait qu'un trajet d'écoulement de retour permettant un écoulement commandé, depuis l'orifice de décharge de ladite pompe de-circulation jusqu'au séparateur de vapeur d'eau, est prévu et que ledit trajet d'écoulement de retour contient une valve de commande (10) de réduction d'écou- lement adaptée pour s'ouvrir lorsque la pompe (11) fonctionne à une vitesse faible et que ladite canalisation de recircula- tion d'eau contient un clapet de retenue (2) qui se ferme aux vitesses de fonctionnement faibles de ladite pompe (1), ladite valve de commande (10) réductrice d'écoulement étant adaptée pour se fermer lorsque la vitesse de la pompe atteint une valeur prédéterminée pendant que ledit clapet de retenue (2) est ouvert pour permettre un écoulement de recirculation à travers ledit évaporateur (4).