Brevet FR2557922A1 — publié le 19850712

PROCEDE D'EXPLOITATION D'UN SYSTEME DE PRODUCTION COUPLEE CHALEUR-ENERGIE, EN PARTICULIER POUR DES CENTRALES INDUSTRIELLES La présente invention se rapporte à un procédé d'exploitation d'une production couplee chaleur-énergie, en fonction des besoins concomitants de fourniture de chaleur, pour des centrales énergétiques comportant au moins un genérateur électrique entrainé par une turbine à gaz et une chaudière de récupération des chaleurs perdues couplée à une turbine à gaz, ainsi qu'au moins un générateur électrique entraîné par une turbine à vapeur qui, pendant les périodes de temps sans besoin de chaleur, délivre la puissance N grâce au refroidissement de son conden- sateur par un moyen de réfrigération. Les centrales à vapeur pour la production couplée chaleur-énergie (centrales à buts multiples) sont bien connues dans la pratique. Elles se composent de chaudières à vapeur alimentées par différents combusti- bles ainsi que de turbo-générateurs à contre-pression ou à prélèvement des condensats. On connaît également une autre application de ces centrales énergétiques dans laquelle la vapeur est produite par une chaudière de récupération des chaleurs perdues (chaudière de réchauffe), par exemple de fours industriels, et o la centrale couvre avec un bon rendement aussi bien les besoins en électricité que les besoins de chaleur des installations industrielles. On connait en outre les centrales à cycle combiné (centrales gaz-vapeur) qui se composent d'une turbine à gaz, de sa chaudière de récupération des chaleurs perdues et de la turbine à vapeur entraînée par la vapeur de cette dernière chaudière. La turbine à gaz et la turbine à vapeur entrainent chacune un générateur électrique avec un bon rendement, mais ces centrales sont de toute façon peu utilisées pour la fourniture de chaleur. Dans les solutions précitees, un inconvénient typique réside dans le fait qu'en cas de fourniture de chaleur, la puissance électrique de la centrale diminue précisément à un moment o on ne le souhaite pas. Un autre inconvénient de ces centrales est dû au fait qu'elles ne peuvent pas utiliser de façon optimale la vapeur des chaudières de récupération des chaleurs perdues que l'on rencontre couramment dans les installa- tions industrielles, ni utiliser les avantages économiques et techniques que l'on peut obtenir par une chauffe additionnelle des chaudières de récupération des chaleurs perdues. L'un des buts de l'invention est précisément de créer un procédé combiné qui additionne en un seul système les avantages du cycle combiné permettant la production économique d'énergie électrique et de chaleur dans des centrales industrielles, la génération combinée chaleur-énergie et, le cas échéant, la récupération des chaleurs perdues, grâce à une chauffe additionnelle. A cet effet, dans le procédé d'exploitation d'une production couplée chaleur-énergie, selon l'invention, pendant les périodes de fourniture de chaleur, le condenseur est utilisé à une température plus élevée pour assurer la fourniture de chaleur avec une déconnection partielle ou totale du moyen de réfrigération tandis que la diminution de l'expansion et de la puissance spécifiques de la turbine à vapeur qui s'ensuit est compensée par une augmentation de la quantité de vapeur produite et une amélioration des caractéristiques de la vapeur de la chaudière de récupération des chaleurs perdues de la turbine à gaz à l'aide d'un chauffage complémentaire. Selon une autre fome de réalisation avantageuse de l'invention, la fourniture de chaleur à la turbine à vapeur et/ou à un échangeur de chaleur est assurée par au moins une autre chaudière de récupération des chaleurs perdues et/ou une autre chaudière à vapeur connectée au sys- tème, et dont la production de vapeur et les caractéristiques de cette vapeur sont augmentées, le cas échéant, par un chauffage complémentaire. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de divers modes de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé o: - la figure i est un schéma de principe d'une centrale énergétique à cycle combiné pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; - la figure 2 est un schéma de principe d'une centrale énergétique selon la figure 1, équipée d'une chaudière de récupé- ration des chaleurs perdues ou d'une autre chaudière à vapeur; - la figure 3 est un schéma de principe d'une centrale à turbine à vapeur équipée d'une chaudière de récupération des chaleurs perdues ou d'une autre chaudière à vapeur. A la figure 1, est représenté le schéma de principe d'une centrale énergétique gaz-vapeur (centrale à cycle combiné) qui convient pour la mise en oeuvre d'une variante de réalisation possible du procéde selon l'invention. Cette centrale énergétique se compose d'une turbine à gaz 1, qui entraîne un générateur électrique 2, tandis que les gaz d'échappement formés sont utilisés dans une chaudière de récupération des chaleurs perdues 3 pour la génération de vapeur. Cette vapeur entraîne une turbine à gaz 4 qui produit de l'énergie électrique dans un générateur électrique associé 5. Le condenseur 6 de la turbine à va- peur 4 est refroidi, pendant les périodes sans besoin de chaleur, par une tour de réfrigération 7 correspondant à la puissance nominale N de l'installation, tandis que pendant les périodes d'utilisation de cha- leur, cette puissance N est fournie à un utilisateur de chaleur 9 avec élimination partielle ou totale de la tour de réfrigération 7 et l'eau chaude produite est r*échauffée dans un échangeur de chaleur vapeur- eau 10 selon les besoins. Le condenseur 6 fonctionne ainsi avantageuse- ment à une température plus élevée nécessitée par le chauffage. La diminution de l'expansion de la vapeur qui s'ensuit est compensée pendant les périodes o un besoin de chaleur existe (livraison de chaleur) par un chauffage supplémentaire ou complémentaire 11 de la chaudière de récupération des chaleurs perdues 3 de la turbine à gaz 1, ce qui fait que la chaudière 3 produit plus de vapeur avec de meilleures caractéristiques (pression, température) de telle façon que la puissance de la turbine à vapeur 4 ne diminue pas. On voit sur la figure 2 une variante possible du procédé explicité précédemiLent, le système précité étant connecté également du côté vapeur à une autre chaudière de récupération des chaleurs perdues ou à une autre chaudiere à vapeur 8. Cette chaudière supplémentaire 8 améliore le Dilan vapeur du système et augmente la capacité de chauffage. La connec- tion et le mode de fonctionnement exposés à la figure 1 diffèrent de cette variante seulement du fait que, pour les excès de vapeur impor- tants, il existe la possibilité d'enclencher également une autre turbine à vapeur 4' et un autre générateur électrique 5', qui sont figurés à la figure 2 en traits interrompus. Pendant les périodes sans besoin de chaleur, la turbine à gaz 1 peut même être déconnectee, ce qui réduit l'excès de vapeur ainsi que la puissance électrique. Lorsque l'énergie électrique manquante peut être fournie par d'autres sources, la turbine à gaz 1 peut servir de réserve de secours. La couverture des besoins de chaleur supplémentaires ou la compensation des fournitures de puissance de la turbine à vapeur 4 qui s'ensuivent, peuvent aussi être fournies ici par le chauffage complémentaire 11 utilisé pour les chaudières de récupération des chaleurs perdues et/ou d'autres chaudières à vapeur 3, 8. La figure 3 montre une telle variante d'utilisation du procédé selon l'invention dans laquelle aucune turbine à gaz n'est prévue dans le système et o la vapeur nécessaire est produite à partir d'une ou plusieurs chaudières de récupération des chaleurs perdues et/ou à partir d'autres chaudières à vapeur 8. L'énergie électrique est produite par une turbine à vapeur 4 reliee à un générateur électrique 5. La fourni- ture de chaleur s'effectue ici également via le condenseur 6 porté à une température plus élevée par déconnection partielle ou totale de la tour de réfrigération 7. La réduction de l'expansion de la vapeur est égale- ment compensée ici par une augmentation de la production de vapeur et une amélioration des caractéristiques de cette vapeur à partir de la chaudière de récupération des chaleurs perdues et/ou de l'autre chau- dière à vapeur 8, ces caractéristiques améliorees étant obtenues le cas écheant par le chauffage complémentaire 11 utilisé pour la chaudière 8. Les autres éléments du système correspondent à ceux de la figure 1. Les principaux avantages du procéde selon l'invention sont les suivants: une meilleure consommation spécifique de chaleur, - une utilisation optimale des chaleurs perdues aussi bien en hiver qu'en été, - une diminution des frais d'investissement par utilisation d'un chauffage supplémentaire, - enfin, la certitude d'obtenir une puissance électrique garantie dans les centrales à couplage mixte chaleur-énergie. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'exploitation d'une production couplée chaleur- énergie en fonction des besoins concomitants de fourniture de chaleur, pour des centrales énergétiques comportant au moins un générateur électrique entraîné par un turbine à gaz et une chaudière de récupération des chaleurs perdues couplée à la turbine à gaz, ainsi qu'au moins un générateur électrique entraîné par une turbine à vapeur qui, pendant les périodes sans besoin de chaleur, délivre la puissance N grâce au refroidissement de son condenseur par un moyen de réfrigéra- tion, caractérisé en ce que, pendant les périodes de fourniture de chaleur, le condenseur (6) est utilisé à une température plus élevée pour assurer la fourniture de chaleur avec une déconnection partielle ou totale du moyen de réfrigération (7) tandis que la diminution de l'ex- pansion et de la puissance spécifiques de la turbine à vapeur (4) qui s'ensuit est compensée par une augmentation de la quantité de vapeur produite et une amélioration des caractéristiques de la vapeur de la chaudière de récupération (3) des chaleurs perdues de la turbine à gaz à l'aide d'un chauffage complémentaire (11). 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fourniture de chaleur à la turbine à vapeur (4) et/ou à un échangeur de chaleur (10) est assurée par au moins une autre chaudière de récupéra- tion des chaleurs perdues et/ou une autre chaudière à vapeur (8) connec- tée au système et dont la production de vapeur et les caractéristiques de cette vapeur sont augmentées ou respectivement améliorées, le cas échéant, par un chauffage complémentaire (11). 3.- Procédé pour l'exploitation d'une production couplée chaleur- énergie en fonction des besoins concomitants de fourniture de chaleur pour des centrales énergétiques comportant au moins une chaudière de récupération des chaleurs perdues et/ou une autre chaudière à vapeur ainsi qu'au moins une turbine à vapeur et un générateur électrique entrainé par une turbine à vapeur qui, pendant les périodes sans besoin de chaleur, délivre une puissance N grâce au refroidissement de son condenseur par un moyen de réfrigération, caractérisé en ce que pendant les périodes de fourniture de chaleur le condenseur (6) est utilisé à une température plus élevée pour assurer la fourniture de chaleur avec une déconnection partielle ou totale du moyen de réfrigération (7) tandis que la diminution de l'expansion et de la puissance spécifiques de la turbine à vapeur (4) qui s'ensuit, est compensée par une augmen- tation de la quantité de vapeur produite et une amélioration des carac- téristiques de la vapeur de la chaudière de récupération des chaleurs perdues et/ou de l'autre chaudière à vapeur (8) à l'aide d'un chauffage complémentaire (11).