Brevet FR2503248A1 — publié le 19821008

La présente invention concerne les centrales électriques à turbine à vapeur et une unité de déaération- désurchauffage au condenseur. Une centrale électrique peut comprendre un générateur de vapeur et une turbine à vapeur, la turbine à vapeur étant entraînée par de la vapeur fournie par le générateur de vapeur et la vapeur d'échappement de la tur- bine étant condensée dans un condenseur pour être renvoyée au générateur de vapeur sous forme d'eau d'alimentation. On relie le générateur de vapeur à la turbine par un col- lecteur principal de vapeur et on réalise une conduite de dérivation entre le collecteur principal de vapeur, en amont des vannes d'admission de la turbine, et le conden- seur de la turbine pour rapidement envoyer de la vapeur directement dans le condenseur lors de certaines condi- tions de démarrage ou de survitesse. On réalise une boucle de recyclage en aval de la pompe de l'eau d'alimentation pour renvoyer une partie de l'eau d'alimentation (ou condensat) vers le condenseur. Ceci garantit une circulation minimum suffisante d'eau d'alimentation dans la pompe de l'eau d'alimentation même si la demande en eau d'alimentation du générateur de vapeur est inférieure au débit minimum requis de la pompe. Il est nécessaire de réaliser une unité de désurchauffage dans la conduite de dérivation de la vapeur, en amont du condenseur, de sorte que la vapeur qui peut être envoyée dans le condenseur par cette conduite de dérivation ait une température comprise dans les limi- tes de température de fonctionnement du condenseur. Ceci pour éviter des contraintes thermiques inutiles dans le condenseur. Un but de la présente invention est de réa- liser une unité de désurchauffage en amont du condenseur qui utilise l'eau d'alimentation en tant que partie du milieu de refroidissement. Dans les unités de désurchauf- fage des collecteurs principaux comme celle décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4 208 882 on a mis en place un système de commande qui règle l'alimentation en fluide de refroidissement du désurchauffeur selon cer- tains critères de demande tout en évitant un transport d'eau dans la turbine à vapeur. La présente invention en diffère en ce qu'on réalise une unité de désurchauffage dans la conduite de dérivation et que l'injection d'eau est continue alors que la demande en vapeur désurchauffée n'a lieu essentiellement qu'au démarrage ou dans des situations de survitesse potentielles. On alimente de façon continue le désurchauffage avec l'eau de recyclage dont le débit est calculé pour satisfaire à la fois les exigences de la pompe et du désurchauffage. La présente invention permet de satisfaire l'exigence de déaération de l'eau d'alimentation. En géné- ral, ce cas est traité par un déaérateur distinct du condenseur et considéré comme un équipement supplémentaire de la centrale. Cependant dans un souci de réduction et de simplification des critères de conception d'une centrale, on combine l'exigence de déaération avec celle d'une bou- cle de recyclage. Puisque le condenseur est normalement sous vide, l'exigence d'une déaération se manifeste au démarrage. La déaération est nécessaire pour réduire la corrosion des tubes de la chaudière. La présente invention cherche à réaliser une déaération combinée avec la boucle de recyclage et l'unité de désurchauffage. Un des buts de la présente invention est de réaliser une unité de désurchauffage dans une conduite de dérivation de la vapeur combinée avec une boucle de recyclage de l'eau d'alimentation. Un autre but de l'invention est de réaliser une unité de déaération combinée avec une boucle de recyclage de l'eau d'alimentation. Enfin l'invention a pour but la réalisation d'une unité combinée de déaération/désurchauffage pour une centrale électrique combinée avec une boucle de recy- clage de l'eau d'alimentation. Selon une forme de la présente invention, on réalise une unité de désurchauffage située dans une con- duite de dérivation de la vapeur raccordée entre le collec- teur principal de vapeur en amont des vannes d'admission et le condenseur. L'alimentation en eau de l'unité de désurchauffage suffit aux exigences de désurchauffage et est toujours disponible, empêchant ainsi tout retard s'il survenait une urgence de désurchauffage. L'équipement néces- saire pour accomplir cette fonction comprend une unité de désurchauffage en amont du condenseur de dimensions adé- quates pour supprimer la nécessité d'un système de com- mande et fonctionnant en continu. On réalise le mieux la fonction de déaération pour une température légèrement au-dessus de la tempéra- ture de saturation de la citerne (du condenseur). Pour cela on incorpore un élément de chauffage dans la boucle de recyclage de l'eau d'alimentation en amont de l'unité de désurchauffage, élément qui sera utilisé pour la déaé- ration. On fait alors circuler l'eau d'alimentation, on la réchauffe pour qu'elle se vaporise à la sortie de l'unité de désurchauffage après quoi les pompes à vide évacuent les gaz indésirables. L'élément de chauffage peut être n'importe quel élément connu de-la technique et est utilisé pour fournir une température supérieure d'environ ,50C à la température de saturation de la citerne. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: figure 1, un diagramme schématique d'une centrale électrique à cycle mixte comprenant une boucle de recyclage de l'eau d'alimentation et une unité de désurchauffage/déaération selon la présente invention; et figure 2, une vue détaillée de l'équipement désurchauffeur/déaérateur. La figure 1 représente l'application de la pré- sente invention à une centrale électrique à cycle mixte 11. Une centrale à turbine à vapeur 13 est thermiquement reliée à une centrale à turbine à gaz 15 par un générateur de vapeur à récupération de chaleur 17. La centrale à turbine à gaz comprend un compresseur 19 entraîné par une turbine à gaz 21 qui entraîne aussi une charge 23 qui peut être, par exemple, un générateur électrique ou un train d'engrenages. Une chambre de combustion (non représentée) brûle un mélange air/combustible pour fournir le fluide moteur de la turbine à gaz. Les gaz d'échappement (flèche 25) de la turbine à gaz sont utilisés comme source de chaleur pour le géné- rateur de vapeur à récupération de chaleur (ou chaudière) 17. Les gaz d'échappement chauds s'élevant dans la chau- dière chauffent un agencement à contre-courant contenant l'eau d'alimentation de la turbine à vapeur. On chauffe l'eau d'alimentation dans un économiseur, un évaporateur et un surchauffeur disposés en série pour avoir la tempé- rature la plus élevée de la vapeur dans le surchauffeur tandis qu'on trouve les gaz les plus froids dans la région de l'économiseur. L'échangeur de chaleur est un échangeur de chaleur sans contact direct déjà disponible dans la technique. On introduit le flux de vapeur provenant de la sortie 27 du surchauffeur dans la centrale à turbine à vapeur 13. La centrale à turbine à vapeur comprend une turbine à vapeur 31 qui entraîne une charge 33 qui peut être un générateur électrique ou un train d'engrenages. La turbine à vapeur comprend aussi un condenseur 35 pour condenser la vapeur d'échappement de la turbine. On relie la turbine à vapeur au générateur de vapeur à récupéra- tion de chaleur par un collecteur principal de vapeur 37 relié à la sortie 27 du surchauffeur et qui comprend une vanne 39 représentant les vannes propres à la commande de la turbine, y compris des vannes d'arrêt et des vannes d'admission. On raccorde une conduite de dérivation de vapeur 41 sur le collecteur principal de vapeur 37 en un point situé en amont des vannes de turbine 39 (dont une seule est représentée); ce circuit relie directement le générateur de vapeur au condenseur par une vanne de com- mande de dérivation 43. On amène l'eau d'alimentation au générateur de vapeur à récupération de chaleur par une conduite d'eau d'alimentation 49 qui comprend la pompe de l'eau d'alimentation 51. Le fonctionnement décrit plus loin de la cen- trale électrique à cycle mixte inclut le fonctionnement de la turbine à gaz quand on utilise les gaz d'échappe- ment de la turbine pour chauffer l'eau dans le générateur de vapeur à récupération de chaleur 17. La sortie du surchauffeur du générateur de vapeur à récupération de chaleur est reliée par des con- duites soit à la turbine à vapeur 31, soit au condenseur après quoi on pompe le condensat et on l'envoie par la conduite d'eau d'alimentation 49 vers le générateur de vapeur à récupération de chaleur. On réalise une boucle de recyclage 53 entre la conduite d'eau d'alimentation et le condenseur pour recy- cler une partie de l'eau d'alimentation dans le condenseur. Un des buts du recyclage est de réaliser un trajet de réaction de l'eau d'alimentation pompée pour satisfaire au débit minimum requis par la pompe qui peut être supé- rieur à la demande en eau d'alimentation du générateur de vapeur à récupération de chaleur. On a remarqué que le recyclage d'environ 25% du débit total d'eau d'alimenta- tion suffit à assurer un débit suffisant à la pompe et que l'on peut arriver à cela en dimensionnant correctement l'injecteur du désurchauffeur décrit ci-après. D'après la présente invention et en se réfé- rant à la figure on remarque que l'on peut avantageusement introduire l'eau d'alimentation recyclée dans un désur- chauffeur 55 o elle est combinée avec tout flux de sortie intermittent de la conduite de dérivation 41, De cette façon et selon la présente invention une source de fluide de désurchauffage est toujours disponible pour toute vapeur envoyée dans la conduite de dérivation 41. On peut utiliser n'importe quel type de désurchauffeur eau/vapeur. Cependant l'exemple choisi représenté figure 2 montre un raccord de jonction 61 qui relie la conduite de vapeur 41 et la conduite d'eau 53, tandis que la conduite de vapeur 41 se prolonge dans une conduite de mélange 63 et ensuite est fixée à la paroi du condenseur 35. L'extrémité interne de la conduite 53 peut être constituée par un pulvérisa- teur ou un injecteur 65 qui contribue à la régulation du débit et au processus de mélange pour le désurchauffage. En plus du désurchauffage, un processus propre au fonctionnement d'une centrale électrique est la déaé- ration. Dans les centrales classiques, ceci est quelque- fois réalisé dans une cuve appelée déaérateur. Cependant un des buts de conception qui a entraîné la présente invention est d'avoir une centrale aussi compacte et simple que possible. On souhaite déaérer en cas de faible débit ou au démarrage. En particulier, lors du démarrage précédant la production de vapeur, on utilise la pompe 51 pour recycler l'eau d'alimentation tandis que le vide est fait dans le condenseur. Cependant, il faut vaporiser l'eau recyclée lorsqu'elle retourne au condenseur. Pour réaliser cette vaporisation, il faut chauffer l'eau à une tempéra- ture légèrement au-dessus de la température de saturation. On introduit un élément de chauffage 66 dans la boucle de recyclage 53 pour fournir l'énergie de vaporisation néces- saire. L'élément de chauffage peut être une résistance électrique. Pour réaliser la vaporisation, et par là,la déaé- ration, on peut dire de façon empirique, qu'il suffit que l'élément de chauffage élève la température de l'eau d'en- viron 5,50C au-dessus de la température de la citerne. Le générateur de vapeur à récupération de chaleur est muni de vannes d'isolation 67 et 69, tandis que le condenseur comporte un clapet anti-retour. L'invention a généralement deux modes de fonc- tionnement. Pendant le démarrage de la turbine et dans toute autre situation de faible débit, l'élément de chauf- fage 66 est mis en marche pour chauffer l'eau d'alimenta- tion recyclée jusqu'à ce qu'elle atteigne une température légèrement audessus de la température de saturation de la citerne du condenseur. L'eau recyclée se vaporise au moment o elle retourne dans le condenseur et se trouve ainsi déaérée. Quand la déaération est terminée on peut arrêter l'élément chauffant. Dans des conditions telles qu'une survitesse ou une perte de chargeil faut fermer l'admission de la tur- bine ou les vannes d'admission 39 et dériver directement la vapeur sortant du générateur de vapeur à récupération de chaleur vers le condenseur. Pour éviter une incompati- bilité entre la température acceptable pour le condenseur et la température de la vapeur sortant de la chaudière, il faut que le débit de recyclage continuellement disponible soit suffisant pour désurchauffer la vapeur entrante. REVENDICATIONS 1. Centrale électrique (13) comprenant un géné- rateur de vapeur (17) qui fournit de la vapeur à une tur- bine à vapeur (31), l'échappement de la turbine étant relié à un condenseur (35) qui condense la vapeur d'échap- pement en eau d'alimentation pour le générateur de vapeur (17); un moyen (51) pour pomper l'eau d'alimentation du condenseur (35) vers le générateur de vapeur (17), le générateur de vapeur (17) étant relié à la turbine à vapeur (31) et au condenseur (35) par un collecteur prin- cipal de vapeur (37) et une conduite de dérivation (41) respectivement; centrale caractérisée en ce qu'elle com- porte: une boucle de recyclage (53) dont une pre- mière extrémité est raccordée au côté de refoulement du moyen de pompage (51); et un désurchauffeur (55) placé dans la conduite de dérivation (41) entre le générateur de vapeur (17) et le condenseur (35), la seconde extrémité de la boucle de recyclage (53) étant raccordée au désurchauffeur (55) pour que cette boucle de recyclage (53) fournisse un débit cons- tant à l'entrée du désurchauffeur (55). 2. Centrale électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la boucle de recyclage (53) recycle une partie de l'eau d'alimentation dans le condenseur (35); en ce qu'elle comprend un moyen de chauffage (66) de l'eau d'alimentation en amont du condenseur (35) pour que la température de l'eau d'alimentation soit légèrement supé- rieure à la température de saturation; et en ce que le désurchauffeur (55) comprend un moyen d'injection (65) pour envoyer l'eau d'alimentation chauffée dans le conden- seur (35) o elle se vaporise en vue de sa déaération. 3. Centrale électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caracterisée en ce que le désur- chauffeur (55) est raccordé à la conduite de dérivation (41) et à la boucle de recyclage (53) pour cque pendant l'opération de déaération le moyen de chauffage (66) fonctionne et qu'aucune vapeur de dérivation ne circule dans le désurchauffeur (55) alors que pendant l'opération de désurchauffage le moyen de chauffage (66) est arrêté et la vapeur de dérivation circule dans le désurchauffeur (55). 4. Centrale électrique selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'une partie de l'eau d'alimentation circule toujours dans le désurchauffeur (55) pour assurer un débit minimum suffisant à la pompe (51). 5. Centrale électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le collec- teur principal de vapeur (37) relie la sortie du générateur de vapeur (17) à l'entrée de la turbine à vapeur (31); le circuit de dérivation (41) relie le collecteur principal de vapeur (37) au condenseur (35) et comprend un désurchauffeur de vapeur (55); la boucle de recyclage (53) se trouve en aval de la pompe d'eau d'alimentation (51) pour renvoyer une partie de l'eau d'alimentation dans le condenseur (35); et un moyen de chauffage (66) est installé dans la boucle de recyclage (53) en amont du condenseur, le désurchauffeur reliant la conduite de dérivation (41) à la boucle de recy- clage (53) pour que de l'eau d'alimentation soit continuel- lement fournie au condenseur (35) par le désurchauffeur (55). 6. Centrale électrique comprenant un générateur de vapeur (17) fournissant de la vapeur à une turbine à vapeur (31), l'échappement de la turbine à vapeur (31) étant relié à un condenseur (35) qui transforme la vapeur en eau d'alimentation et au moins une pompe (51) reliée au condenseur (35) pour envoyer l'eau d'alimentation vers le générateur de vapeur (17); un collecteur principal de vapeur (37) reliant le générateur de vapeur (17) et la turbine à vapeur (31); une conduite de dérivation de vapeur (41) reliant le collecteur principal de vapeur (37) et le condenseur (35); une boucle de recyclage (53) reliée à la sortie de la pompe de l'eau d'alimentation (51) pour envoyer une partie de l'eau d'alimentation au condenseur (35); un désurchauffeur (55) dans la conduite de dérivation (41) et un moyen de chauffage de l'eau d'alimentation dans la boucle de recyclage (53), boucle dont l'extrémité aval est reliée au désurchauffeur; centrale caractérisée en ce que son fonctionnement comprend les opérations suivantes: pompage de la partie de l'eau d'alimentation de la boucle de recyclage (53) et envoi de celle-ci à tra- vers le moyen de chauffage (66), et le désurchauffeur (55) dans le condenseur (35); mise en marche du moyen de chauffage (66) en cas de faible débit pour déaérer la partie recyclée de l'eau d'alimentation; et arrêt du moyen de chauffage (66) quand la conduite de dérivation (41) fonctionne pour désurchauffer la vapeur de dérivation allant au condenseur (35).