Brevet FR2563319A1 — publié le 19851025

"Montage d'un circuit de conversion d'eau chaude en vapeur de chauffage ou d'utilisation technique". La présente invention concerne un montage à circuit de conversion d'eau chaude d'une centrale électrique ou d'une autre source, pour obtenir de la vapeur de chauffage ou utilisable dans la technique, montage qui comporte un réseau d'eau chaude, des générateurs de vapeur, des répartiteurs de vapeur et des circuits auxiliaires avec de la robinetterie. Dans les centrales électriques classiques, avant tout dans les centrales nucléaires avec extraction de chaleur, la chaleur est fournie à partir de turbines à condensation de vapeur. De façon analogue, on peut également obtenir de la chaleur dans des centrales nucléaires de chauffage. La chaleur obtenue sous la forme de vapeur que l'on extrait (dans le cas d'installations de chauffage nucléaires, directement à partir d'eau chaude) à une température comprise entre 160 et 2000 C. Cette vapeur ne peut même pas être transférée sur de petites distances, mais peut s'utiliser pour chauffer de l'eau sous pression, que l'on peut alors utiliser à un endroit de destination qui est distant de plusieurs dizaines de kilomètres.A l'endroit de l'utilisation, on peut employer l'eau sous pression, d'une part pour le chauffage, d'autre part pour différentes applications techniques. Le chauffage a l'aide de cette eau chaude est mis en application actuellement dans les agglomérations urbaines les plus récentes. Le chauffage par de l'eau chaude provenant de centrales électriques nucléaires est en effet intéressant. Les parties de ville plus anciennes ne sont en général malheureusement équipées que d'installations de répartition de vapeur. Modifier de telles installations de répartition de vapeur est très gênant et pratiquement impossible à réaliser au cours des prochaines décennies. Il apparait ainsi dans les grands ensembles qui ont une répartition de vapeur et une source de quantité- -suffisante d'eau chaude, de transformer une partie de cette eau chaude en vapeur de chauffage et en vapeur d'usage technique.On connait des circuits qui sont. équipés d'installations convertissant l'eau chaude en des quantités plus importantes de vapeur de chauffage et de vapeur à usage technique, en procédant de façon habituelle dans des installations de chauffage utilisant des combustibles fossiles. A partir de l'eau chaude, on forme de la vapeur basse pression et de la vapeur saturée à basse température dont on élève la température au paramètre correspndant du réseau de distribution de vapeur. Les montages propres à l'aide desquels on génère cette vapeur, qu'il s'-agisse de générateurs de vapeur, organes d'extension dynamiques ou analogues, sont toutefois généralement chauffés avec du combustible fossile. La possibilité théorique d'un chauffage électrique n'est pas envisageable à cause du rendement défavorable. Les inconvénients de l'utilisation de combustible fossile sont évidents. I1 s'agit avant tout de la pollution, directement dans les villes et dans leur environnement, ainsi qu'une disparition progressive de tels combustibles. Un autre inconvénient est le caractère peu économique de tels procédés de chauffage, dans la mesure où ils centrale nent le coût du transport du charbon, la formation de cendres, les pertes dans les cheminées et analogues. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de créer un montage d'un circuit de conversion d'eau chaude provenant d'une centrale électrique ou d'une autre source pour obtenir de la vapeur de chauffage ou à usage technique. A cet effet, l'invention concerne un montage du type ci-dessus caractérisé en ce que dans le circuit de vapeur il est prévu un ensemble à turbo-compresseur composé de plusieurs unités, avec une plage de vapeur aspirée comprise entre 10 000-150 O00m3lheure et plus, et en ce qu'en amont de chaque unité, il est prévu au moins un générateur de vapeur ou un autre élément générateur de vapeur tel qu'un organe d'extension dynamique, qui lorsque, branché entre les différentes unités des turbo-compresseurs, constitue en même temps un dispositif de refroidissement intermédiaire sans perte, qui dans tous les cas est réalisé comme récipient indépendant. Le dispositif de refroidissement intermédiaire, sans perte, est constitué par au moins un mélangeur qui reçoit une partie de l'eau chaude du réseau d'eau chaude. Les dispositifs de refroidissement sans pertie peuvent également être composés par un organe d'extension dynamique qui reçoit une partie de l'eau chaude provenant de la conduite d'eau chaude. Dans le circuit de vapeur on peut également brancher en parallèle une série d'ensembles turbocompresseurs susceptibles d'être mise en oeuvre ou d'être coupée. Une unité basse pression d'un ensemble turbo-compresseur peut être constituée par un compresseur axial avec une partie de passage comprenant plusieurs étages axiaux d'un compresseur d'air. Les rangées de stator des étages axiaux ont des aubes réglées en dehors de la position nulle. Les mêmes étages se répêtent plusieurs fois dans la partie de passage. Un avantage de ce circuit de conversion d'eau chaude provenant d'une centrale électrique ou d'une autre source d'eau chaude en vapeur de chauffage ou usage technique, est le rendement élevé de l'ensemble turbocompresseur branché dans ce circuit, en liaison avec des dispositifs de refroidissement intermédiaires, sans perte, branchés de façon appropriée, et cela dans une plage étendue, avec des compressions de 4 à 10 fois et plus, et la quantité de vapeur transférée. Les avantages écologiques et économiques de l'absence de combustibl-e fossile sont évidents. Le plus grand avantage est toutefois la possibilité de pouvoir conserver les installations de répartition de vapeur existantes dans les agglomérations urbaines. Une transformation de ces installai tons de répartition en installations de répartition d'eau chaude représenterait des investissements non rentables, abstraction faite des problèmes difficilement envisageables et permanents, liés au cours du temps à une telle transformation. Du fait du niveau de pression de l'ensemble turbo-compresseur, situé dans une plage de pression 0,15 à 0, 20 MPa pour la vapeur aspirée, et du fait de la quantité de chaleur transférée, il faut calculer les volumes les plus importants de vapeur aspirée. L'unité basse pression est ainsi avantageusement un turbo-compresseur axial qui présente un rendement adiabatique élevé à la compression tout en donnant une machine de faible encombrement. Il en résulte une surface au sol, faible, dans la salle des machines et une utilisation réduite de matériaux pour la fabrication. La présente invention sera décrite ciaprès à l'aide d'un exemple de réalisation d'un schéma d'un circuit pour convertir de l'eau chaude d'une conduite d'eau chaude en vapeur de chauffage ou d'application technique, avec trois organes d'extension dynamiques, en série, en cascade, de mélangeurs avec les accessoires et dans le circuit de vapeur, un ensemble turbo-compresseur formé de trois unités. Une conduite d'eau chaude 1 provenant d'une centrale électrique est dérivée en trois branches d'eau chaude 2, 3, 4. La première branche d'eau chaude 2 qui comporte un organe de réglage 5 est raccordée à un premier organe d'extension dynamique 6 et à partir de celuici une première branche d'eau chaude, prolongée 7, équipée d'un second organe de réglage 8, est relié à un second organe d'extension dynamique 9. Le second organe d'extension dynamique 9 est relié à un troisième organe d'extension dynamique 12 par l'intermédiaire d'une seconde branche d'eau chaude 10, prolongée, munie d'un troisième prg-ane de réglage 11 .Le troisième organe d'extension dynamique 12 est relié par une troisième conduite de liaison 13 comportant un premier organe de fermeture 14, à une troisième branche d'eau chaude 4. Dans- la troisième branche d'eau chaude 4, il est prévu un second organe de fermeture 15 en amont de la conduite de liaison 13. La seconde branche d'eau chaude 3 est raecordée à un premier mélangeur 16 et en amont de celui-ci il est prévu un quatrième organe de réglage 17. Une conduite de dérivation 18 issue de la seconde branche d'eau chaude 3, qui débouche dans un second mélangeur 19, est équipée dtun cinquième organe de réglage 20. La partie inférieure du premier et du second mélangeur 16, 19 est munie d'une première et d'une seconde conduite d'évacuation 21, 22 qui sont raccordées à un consommateur d'eau chaude.Des conduites d'évacuation analogues partant d'un séparateur 32 et des collecteurs de vapeur 26, 29 qui sont indiques par des flèches à la figure, sont reliés à la troisième branche d'eau chaude 4 branche non représentée au dessin). Chacune des conduites d'eau chaude 21, 22 est munie d'un organe de fermeture 23, 24 distinct. Le premier organe d'extension dynamique 10 est relié au premier collecteur de vapeur 26 par l'intermédiaire d'une première conduite de vapeur 25 ; dans ce collecteur débouche une première conduite de vapeur parallèle 27 provenant du premier mélangeur 16. Le second organe d'extension d-ynamique 9 est relié par l'intermédiaire de la seconde conduite de vapeur 28 au second collecteur de vapeur 29 dans lequel débouche la seconde conduite de vapeur 30 parallèle provenant du second mélangeur 19.L'organe d'extension dynamique 12 est relié par l'intermédiaire de la troisieme conduite de vapeur 31 par l'intermédiaire du séparateur 32, avec le quotient des pressions de 11 unité basse pression 33 de l'ensemble turbo-compresseur. Dans cet exemple de réalisation, l'unité basse pression 33 est constituée par un compresseur axial avec une partie de débit composée des étages axiaux d'un compresseur d'air dont les montages en série du stator présentent un réglage de base des aubes à l'extérieur de leur position nulle. Des étages identiques sont répétés plusieurs fois dans la partie de passage. L'unité basse pression 33 est entratnée par un moteur électrique autonome 34 par une première transmission 35 (les embra-yages ne sont pas représentés). Dans la partie basse pression 33, une branche basse pression 36 transfert de la vapeur surchauffée au second mélangeur 19. Une conduit de vapeur 37 pour aspirer l'unité de pression de moyenne 38 de l'ensemble, part du second collecteur de vapeur 39 -; cet ensemble ayant comme moyen d'entrainement commun avec l'unité haute pression 39 un moteur électrique 40, commun. Du côté haute pression, le moteur électrique 40 est relié à l'unité haute pression 39 par une seconde transmission 41 et du côté pression moyenne, il est relié par une troisième transmissio-n 42. Comme selon l'exemple, le moyen d'entratnement est branché sur le réseau électrique, il est avantageux d'utiliser un moyen d'entratnement synchrone pour compenser la composante réactive du courant électrique, afin d'améliorer le coefficient de puissance. Une branche de pression moyenne 43 relie l'unité de pression moyenne 38 en vapeur surchauffée au premier mélangeur 16. Le premier collecteur de vapeur 26 est relié par une cinquième conduite de vapeur 44 au côté aspirant de l'unité haute pression 39 de l'ensemble turbo-compresseur, dont le côté de pression est relié à une conduite de pression 45 fournissant de la vapeur utilisée en chauffage ou à des applications techniques. Les moyens d'embrayage entre la partie de pression moyenne et la partie haute pression de l'ensemble ne sont pas représentés au dessin. Une partie importante de l'eau chaude de la conduite d'eau chaude 1 passe par la première branche d'eau chaude 2 et les deux branches d'eau chaude prolongées 7, 10, en continue par tous les organes d'extension dynamique 6, 9, 12. Dans chacun de ces organes, on maintien les températures et les pressions constantes, toutefois les unes aux autres. Une partie de l'eau chaude ainsi fournie est transmise aux trois organes d'extension dynamiques 6, 9, 12 sous forme de vapeur saturée. De la vapeur basse pression et à basse température est transmise par le troisième organe d'extension dynamique 12 à travers le séparateur 32 vers le côté aspirant de l'unité basse pression 33 de l'ensemble turbo-compresseur. De la vapeur est aspirée dans le second collecteur de vapeur 29 de l'unité de pression moyenne 38 et dans le premier collecteur de vapeur 26 de l'unité haute pression 39.En outre, de la vapeur saturée provenant des mélangeurs 16, 19 corrspondant est envoyée aux collecteurs de vapeur 26, 29 qui fonctionnent en même temps comme séparateurs. Dans les mélangeurs 16, 19, il se produit un refroidissement de la vapeur surchauffée de la sortie des unités précédentes 38, 39 du compresseur par injection de petites quantités d'eau chaude de la seconde branche d'eau chaude 3, et de sa conduite de dérivation 18. Il en résulte une augmentation continue de la densité de la vapeur aspirée dans les différentes unités 33, 38, 39 ce qui permet une utilisation économique de l'énergie de l'eau ainsi transférée. De la vapeur sous presslon, surchauffée est transmise de la sortie de l'unité haute pression 39, par la conduite de pression 45 aux utilisateurs de chauffage ou d'application technique. L'eau chaude sort du troisième organe d'extension dynamique 12 par la conduite de liaison 13, pour arriver dans la troisième branche d'eau chaude 4 et de là elle va vers le consommateur d'eau chaude. Le consommateur est également alimenté en eau chaude excédentaire provenant du mélangeur 16 et 19 par la première conduite de sortie 21 et la seconde conduite de sortie 22. Dans le cas où l'on coupe le circuit de vapeur, l'alimentation en eau chaude est bouclée à l'aide des organes de réglage 5, 17 20 de la première et de la seconde branche d'eau chaude 2, 3. Le premier organe de fermeture 4 et les organes de fermeture propres 23, 24 sont fermés et l'organe de fermeture 15 est ouvert. Celà signifie que toute l'eau de la conduite d'eau chaude 1 est fournie au consommateur par la troisième branche d'eau chaude 4. Il existe une série de circuits possibles dans le cadre de la présente invention. A titre d'information, on mentionnera un circuit fondamental, comportant deux unités composées d'un ensemble à turbo-compresseur, qui comprend un organe d'extension dynamique d'entrée et un dispositif de refroidissement intermédiaire, sans perte constitué par un mélangeur, ces deux dispositifs comportant des séparateurs avec la robinetterie correspondante et recevant l'eau chaude de la conduite d'eau chaude. La vapeur saturée provenant de l'organe d'extension dynamique est aspirée à travers l'unité basse pression du turbocompresseur et est comprimée dans le mélangeur sous forme de vapeur surchauffée. De là, le fluide est envoyé à un séparateur uniquement sous forme de vapeur saturée dans l'unité haute pression du turbo-compresseur.Par la sortie, on envoie la vapeur ayant des paramètre-s de la vapeur chaude, dans le réseau utilisateur, en passant par la conduite de pression. Le système génère évidemment également de l'eau chaude de chauffage, directement de l'alimentation en eau chaude selon la demande à partir d'un mélangeur (non représenté dans le dessin). Une autre possibilité caractéristique du circuit selon l'invention est un système comportant un ensemble turbo-compresseur à deux unités, qui comporte deux organes d'extension dynamique branchés- en série, l'un de ces organes formant un générateur de vapeur saturée pour l'étage basse pression et le second constituant en outre un dispositif de refroidissement interméd-iaire et un générateur de vapeur saturé pour l'étage haute pression (cette variante n'est pas non plus représentée). Un avantage de ce circuit est de libérer une grande quantité de vapeur dans les organes d'extension dynamique. On rencontre toutefois la difficulté d'un poids spécifique non uniforme de la vapeur aspirée dans les différentes unités de l'ensemble. On peut toutefois résoudre cette difficulté en branchant quelques ensembles turbo-compresseurs fonctionnant en parallèle, et les différents organes d'extension dynamique travaillent en parallèle en étant reliés entre eux. Les unités de haute pression des turbo-compresseurs qui aspirent la vapeur ayant le poids spécifique le plus élevé, sont branchées de façon que ces unités fonctionnent toutes pendant que certaines unités basse pression ou de pression moyenne sont coupées ou ne sont même pas installées en pratique. Pour comprimer la vapeur d'eau dans une plage de pression de quatre à neuf on branche dans une boucle, un ensemble à turbo-compresseur composé de deux unités ; pour une plage de pression égale ou supérieure à 10, on prévoit un ensemble composé-de trois unités. Pour une quantité de vapeur aspirée Q > ou = à 60 OOOm3/h, on prévoit le montage d'une unité basse pression avec un turbo-compresseur axial. Pour une -quantité Q Le branchement d'une unité à turbocompresseur avec les paramètres ci-dessus dans le circuit pour convertir de l'eau chaude d'une conduite d'eau chaude en vapeur de chauffage ou vapeur à usage technique, il y a une solution qui dans cette plage technique donne un effet non encore atteint avec un rendement considérablement plus élevé. Dans ce circuit, l'ensemble à turbo-compresseurs constitue l'élément principal de ce processus technique. L'utilisation de compresseurs pour comprimer de la vapeur d'eau dans les différents processus technologiques est connue, par exemple lors de l'aspiration de vapeur chaude ou de vapeur de four à chaud. Dans l'industrie alimentaire, ou dans les procédés chimiques, les compresseurs font souvent partie de l'installation car elles accélèrent et rationnalisent le processus technologique proprement dit. Dans certaines opérations techniques, la vapeur d'eau constitue l'un des éléments techniques ou est même utilisée comme source de chaleur. Les compresseurs sont utilisés pour comprimer de la vapeur d'eau dévacuation et de permettre sa réinjection dans le processus technique. Dans tous les cas connus, il s'agit de machines, généralement de turbo-compresseurs radiaux, qui aspirent une vapeur d'eau à une pression de 0,1 jusqu'à 0,3 MPa, et la compression correspond à 2-2,5. I1 s'agit en général de circuit de travail de technique auxiliaire, sans nécessiter de circuit complexe et d'opérations de réglage compliquées. 1. Conduite d'eau chaude 2. Première branche d'eau chaude 3. Deuxième branche d'eau chaude 4. Troisième branche d'eau chaude 5. Premier organe de réglage 6. Organe d'extérieur dynamique 7. Première branche d'eau chaude prolongée 8. Deuxième organe de réglage 9. Deuxième organe d'extérieur dynamique 10. Deuxième branche d'eau chaude prolongée 11. Troisième organe de réglage 12. Troisième organe d'extérieur dynamique 13. Conduite de liaison 14. Premier organe de fermeture 15. Deuxième organe de fermeture 16. Premier mélangeur 17. Quatrième organe de réglage 18. Conduite de dérivation 19. Deuxième mélangeur 20. Cinquième organe de réglage 21. Première conduite de sortie 22. Deuxième conduite de sortie 23. Premier organe de fermeture propre 24. Deuxième organe de fermeture propre 25. Première conduite de vapeur 26. Premier collecteur de vapeur 27. Première conduite parallèle de vapeur 28. Deuxième conduite de vapeur 29. Deuxième collecteur de vapeur 30. Deuxième conduite parallèle de vapeur 31. Troisième conduite de vapeur 32. Séparateur 33. Unité basse pression 34. Moteur électrique indépendant 35. Première transmission 36. Branche basse pression de vapeur surchauffée 37 quatrième conduite de vapeur 38. Unité de moyenne pression 39. Unité de haute pression 40. Moteur électrique commun 41. Deuxième transmission 42. Troisième transmission 43. Branche moyenne pression de la vapeur surchauffée 44. Cinquièmre conduite de pression 45. Conduite de pression de vapeur de chauffage surchauffée REVENDICATIONS 10) Montage à circuit de conversion d'eau chaude d'une centrale électrique ou d'une autre source, pour obtenir de la vapeur de chauffage ou utilisable dans la technique, montage qui comporte un réseau d'eau chaude, des générateurs de vapeur, des répartiteurs de vapeur et des circuits auxiliaires avec de la robinetterie, montage caractérisé en ce que dans le circuit de vapeur il est prévu un ensemble à turbo-compresseur composé de plusieurs unités, avec une plage de vapeur aspirée comprise entre 101000-150.000 m3/heure et plus, et en ce qu'en amont de chaque unité (33, 38, 39) il est prévu au moins un générateur de vapeur ou un autre élément générateur de vapeur tel qu'un organe d'extension dynamique, qui lorsque, branché entre les différentes unités (33, 38, 393 des turbo-compresseurs, constitue en meme temps un dispositif de refroidissement intermédiaire sans perte, qui dans tous les cas est réalisé comme récipient indépendant. 20) Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement intermédiaire sans perte, est constitué par au moins un mélangeur (16, 19) qui reçoit une partie de l'eau chaude du réseau d'eau chaude. 3 ) Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement sans perte, est constitué par un organe d'extension dynamique (6, 9) qui reçoit une partie de l'eau chaude provenant de la conduite d'eau chaude. 40) Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs de refroidissement intermédiaies sans perte, sont constitués par une combinaison de mélangeurs (16, 19) et d'organes d'extension dynamique (6, 9) par exemple par les paires organes d'extension dynamique (6) - mélangeur (16), et organes d'extension dynamique (9) - mélangeur (19), qui sont branchés en parallèle sur le collecteur de vapeur (26, 29) qui leur correspond. 50) Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par plusieurs étages branchées en continu, en parallèle, sur les ensembles à turbo-compresseurs susceptibles d'être branchés et d'être coupés du circuit de vapeur. 60) Ensemble à turbo-compresseurs pour le montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que son unité basse pression est réalisée sous la forme d'un compresseur axial avec une partie de passage, comprenant des étages axiaux d'un compresseur d'air dont les rangées statoriques ont un réglage de base des aubes extérieurs à leur position nulle, les mêmes étages étant répétés plusieurs fois dans la partie de passage.