Brevet FR2566511A1 — publié le 19851227

GENERATEUR DE VAPEUR HYBRIDE A PRPJCHAUFFAGE ET RECIRCULATION La présente invention est relative à des générateurs de vapeur pour centrales nucléaires et plus particulièrement à de tels générateurs de vapeur qui utilisent du liquide en recirculation pour préchauffer le liquide entrant dans le générateur. Dans un générateur de vapeur utilisant un premier fluide chauffé pour convertir un second fluide en vapeur, la pression de la vapeur est fonction de la différence de température moyenne logarithmique (DTML) entre les deux fluides. Ainsi, en augmentant la DTML on peut augmenter la pression de la vapeur. Une façon évidente d'augmenter la DTML est d'élever la température du fluide primaire. Cependant, dans les systèmes; nucléaires produisant de la vapeur, la température du fluide primnaire est un facteur limitatif dans la conception du système et est normalement fixée à une valeur maximale admissible pour des raisons de sécurité. L'accroissement de la DTML peut aussi être réalisé à l'intérieur du générateur de vapeur en le munissant d'une chambre de préchauffage dans laquelle l'eau d'alimentation est chauffée à une température inférieure au point d'ébullition. Des exemples de générateurs de vapeur comportant des dispositifs de préchauffage peuvent être trouvés dans les brevets des Etats-Unis numéros 3 804 069, 3 896 770 et 3 916 843. La complexité accrue d'un générateur de vapeur due à l'addition d'une section de préchauffage augmente la probabilité de corrosion excessive, d'encrassement accrQ, et de problèmes de coups de bélier. Le principal objet de la présente invention est de disposer d'un générateur de vapeur qui soit aussi simple et fiable qu'un générateur de vapeur sans préchauffage mais qui procure un meilleur rendement similaire à celui d'un générateur de vapeur avec préchauffeur. 25665 11 Avec cet objet en vue, la présente invention consiste en un générateur de vapeur comportant une partie formant calandre verticale comprenant une plaque tubulaire, une pluralité de tubes en U formant un faisceau de tubes pour assurer le transfert de chaleur d'un fluide primaire à un fluide secondaire de manière à vaporiser ce fluide secondaire, ledit faisceau de tubes étant disposé à l'intérieur dudit générateur de vapeur de telle façon que le fluide primaire circule à travers les tubes pour donner naissance à une partie formant jambage chaud et à une partie formant jambage froid, une plaque tubulaire placée au voisinage d'une extrémité de ladite calandre verticale pour recevoir les extrémités des tubes, une virole-enveloppe renfermant généralement ledit faisceau de tubes et disposée à l'intérieur de ladite calandre verticale pour former un passage annulaire descendant, des moyens pour séparer le liquide de la vapeur produite à partir dudit fluide secondaire et pour diriger ledit liquide dans ledit passage annulaire descendant, des moyens pour diviser ledit passage annulaire descendant en une première section voisine dudit jambage froid dudit faisceau de tubes et une seconde section voisine dudit jambage chaud dudit faisceau de tubes, et des moyens pour introduire l'eau d'alimentation dans ladite première section dudit passage descendant, dans laquelle ladite eau d'alimentation se mélange avec ledit liquide séparé, ladite virole-enveloppe étant associée avec ladite calandre verticale de façon à agir conjointement avec elle pour que le mélange de l'eau d'alimentation et du liquide séparé coule dans ledit jambage froid dudit faisceau de tubes, caractérisé par le fait que lesdits moyens de division dudit passage descendant sont coudés à leur extrémité supérieure vers les moyens d'introduction de l'eau d'alimentation de façon à limiter la quantité de liquide séparé chaud mélangé à l'eau d'alimentation et dirigé vers ledit jambage froid du faisceau de tubes. La présente invention combine la simplicité d'un générateur de vapeur h recirculation avec le rendement avantageux d'une unité de préchauffage. A l'intérieur de cette section du passage descendant, l'eau d'alimentation est préchauffée par mélange avec le fluide séparé en recirculation. Le mélange du fluide séparé en recir- culation et de l'eau d'alimentation est alors introduit dans la partie de jambage froid du faisceau de tubes. Une plaque formant cloison est disposée entre les jambages chaud et froid du faisceau de tubes pour empêcher que le mélange du c8té du jambage froid ne se mélange avec le restant du fluide en re- circulation qui pénètre dans le faisceau de tubes du c8té du jambage chaud de manière usuelle. L'invention apparaltra plus clairement au vu de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préférentiel de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe verticale, avec une partie en élévation, d'un générateur de vapeur construit selon un mode de réalisation de la présente invention; la figure 2 est une coupe transversale du générateur de vapeur de la figure 1, coupe effectuée selon la ligne II-II; et la figure 3 est une coupe transversale du générateur de vapeur de la figure 1, coupe effectuée selon la ligne III-III. Comme représenté sur la figure 1, un générateur de vapeur 10 comporte une partie 12 formant coque verticale et une pluralité de tubes en U 14, formant un faisceau 16 de tubes disposé à l'intérieur de la calandre i2. La partie infé- rieure 18 de la calandre a un certain diamètre et la partie supérieure 20 de celle-ci un diamètre plus grand; la transition entre les parties supérieure et inférieure, 20 et 18 respective- ment est assurée par une partie tronconique 22. La partie inférieure de la calandre 18 est fixée à une partie de tête 24 de forme hémisphérique. Une plaque tubulaire 26 fait partie intégrante de la tête 24 et reçoit les extrémités des tubes en U 14. Une plaque formant cloison 28 divise la tête 24 en deux compartimente 30 et 32 généralement égaux. Le compar- timent d'entrée 30 possède une buse d'admission 34 pour le fluide primaire et le compartiment de sortie 32 possède une buse de sortie 36. Le fluide primaire entrant par la buse d'admission 34 est dirigé vers le faisceau de tubes 16 qu'il traverse de façon à créer une partie de jambage chaud 38 et une partie de jambage froid 40 à l'intérieur du faisceau. Une virole-enveloppe 42 entoure le faisceau de tubes et forme une chambre annulaire 44 entre la virole-enveloppe 42 et la calandre 12. La vapeur produite à l'intérieur du faisceau I0 16 passe dans la partie supérieure de la calandre 20 et traverse divers moyens séparateurs de liquide comme indiqué par les flèches en pointillé. Deux trous d'homme 46 diamétralement opposes permettent l'accès à l'intérieur de la partie supérieure de la calandre qui renferme deux séparateurs indépendants 48 et 50 pour l'humidité ou le liquide. Le premier séparateur 48 est du type centrifuge et comprend une pluralité detubes ascendants et d'ailettes tourbillonnantes, comme on en trouve communément dans les générateurs de vapeur. Le second séparateur d'humidité 50 comprend deux groupes de séparateurs du type à crochet et poche ou en chevron selon des structures connues. Le liquide séparé par ces séparateurs d'humidité est remis en circulation en coulant dans une chambre à liquide 52 comme indiqué par les flèches en trait plein 54. Le liquide de recirculation est dirigé vers le passage annulaire descendant 44. Une plaque de division 56 partant de la chambre 52 descend dans le passage annulaire descendant 44, divisant ainsi le passage annulaire descendant en une première et une seconde sections 58 et 60, dans lesquelles la section 58 se trouve au voisinage de la partie de jambage froid 40 du faisceau de tubes 16, tandis que la seconde section 60 se trouve au voisinage de la partie de jambage chaud 38 du faisceau de tubes 16. Une entrée de fluide secondaire ou d'eau 62 munie d'un anneau ou d'une buse d'alimentation est disposée à proximité du faisceau de tubes de telle façon que l'eau qui entre est dirigée vers le bas comme indiqué par la flèche 66 en trait plein pour aller dans la première section du passage annulaire descendant divisé. Les structures existantes d'injection d'eau d'alimentation peuvent être aisément modifiées pour obtenir ce résultat, par exemple en plaçant tous les tubes en J d'injection d'un seul côté de l'anneau d'alimentation en eau. Lorsqu'elle traverse en descendant cette section, l'eau d'alimentation est préchauffée par mélange avec le liquide en recircUlation. En bas de la première section du passage annulaire descendant, le mélange est introduit du côté du jambage froid 40 du faisceau de tubes 16 par circulation naturelle. Une plaque de séparation 68 est disposée ebtre les côtés du jambage chaud 38 et du jambage froid 40 du faisceau pour empêcher que ne se mélangent d'une part le mélange liquide de recirculaton/ eau d'alimentation et d'autre part le liquide de recirculation qui est introduit en bas du côté de jambage chaud 38. Cette plaque de séparation 68 s'étend à partir de la plaque tubulaire 26 jusqu'à une hauteur prédéterminée dans le faisceau de tubes 16. Les figures 2 et 3 sont des coupes transversales du générateur de vapeur de la figure 1 faites selon les lignes II-II et III-III, respectivement. Sur chacune de ces figures est représenté le diviseur 56 ayant pour but de diviser le passage annulaire descendant 44 en une première et une seconde sections, respectivement 58 et 60. La figure 3 montre que la plaque de séparation 68 sitend diamétralement à travers la virole- enveloppe 42 dans la partie inférieure du faisceau de tubes 16. A son sommet, le diviseur 56 est coude vers le dispositif d'admission 62 de l'eau secondaire de façon à limiter la quantité d'eau en*recirculation mélangée à l'eau d'alimentation qui est généralement plus froide que l'eau en recirculation. Le mélange de l'eau d'alimentation avec l'eau en recirculation rduit la différence moyenne de température disponible dans le préchauffeur, ce qui tend à diminuer le rendement. Cependant, le fait de limiter la quantité d'eau en recirculation mélangée avec l'eau d'alimentation réduit la différence moyenne de température seulement à un moindre degré. Par ailleurs, cette diminution de rendement est compensée par l'accroissement du coefficient de transfert de chaleur du côté secondaire dans le préchauffeur qui résulte de la plus grande vitesse massique du mélange eau d'alimentation/ eau en recirculation. R E V E N D I C A.T I O N S 1. Générateur de vapeur comportant une partie formant calandre verticale (12) comprenant une plaque tubulaire (26), une pluralité de tubes en U (i4) formant un faisceau de tubes pour assurer le transfert de chaleur d'un fluide primaire à un fluide secondaire de manière à vaporiser ce fluide secondaire,-ledit faisceau de tubes étant disposé à l'intérieur dudit générateur de vapeur de telle façon que le fluide primaire circule à travers les tubes pour donner naissance à une partie formant jambage chaud (38) et à une-partie formant jambage froid (40), une plaque tubulaire (26) placée au voisinage d'une extrémité de ladite calandre verticale (12) pour recevoir les extrémités des tubes, une virole- enveloppe (42) renfermant généralement ledit faisceau de tubes et disposée à l'intérieur de ladite calandre verticale (12) pour former un passage annulaire descendant (44), des moyens (48) pour séparer le liquide de la vapeur produite à partir dudit fluide secondaire et pour diriger ledit liquide dans ledit passage annulaire descendant (44), des moyens (56) pour diviser ledit passage annulaire descendant en une première section (58) voisine dudit jambage froid (40) dudit faisceau de tubes et une seconda section (60). - voisine dudit jambage chaud (38) dudit faisceau de tubes, - et des moyens (64) pour introduire l'eau d'alimentation dans ladite première section (58) dudit passage descendant, dans laquelle ladite eau d'alimentation se mélange avec ledit liquide séparé, ladite viroleenveloppe étant associée avec ladite calandre verticale de façon à agir conjointement avec elle pour que le mélange de l'eau d'alimentation et du liquide séparé coule dans ledit jambage froid dudit faisceau de tubes, caractérisé par le fait que lesdits moyens (56) de division dudit passage descendant sont coudés à leur extrémité supérieure vers les moyens (64) d'introduction de l'eau d'alimentation de façon à limiter la quantité de liquide séparé chaud mélangé à l'eau d'alimentation et dirigé vers ledit jambage froid (40) du faisceau de tubes. 25665 1 1 2. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractdrisé par le fait qu'une plaque de séparation (68) est disposée entre les jambages chaud et froid dudit faisceau de tubes pour éviter le mélange des liquides qui sont introduits dans ledit faisceau de tubes en provenance desdites première et seconde sections dudit passage descendant. 3. Générateur de vapeur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite plaque de séparation (68) s'élève à partir de la plaque tubulaire jusqu'à une hauteur prédéterminée le long dudit faisceau de tubes. uoRl:eo!lqnd eunone e ne!l 9uuop e,u oJawnu 9a SIlIVd -3113i1.lSntaNI 3131UdOUd V 3. lVNO.LVN lnlIlSNI Z' 5 995 - 3SlVONVUi 3nDolndau O