Brevet FR2602824A1 — publié le 19880219

La présente invention concerne la production d'énergie et a notamment pour objet les procédés de démarrage à froid des turbines à vapeur. On peut utiliser le procédé de l'invention pour des 5 turbines à vapeur, destinées à la production d'énergie électrique tant pour les turbines en service que pour celles en cours de mise au point. On connaît un procédé de démarrage à froid d'une turbine à vapeur dans lequel on commence par contrôler l'étanchéité 10 du système à vide en remplissant d'eau le condenseur, en ayant renforcé au préalable les appuis du condenseur au cours de la période précédant l'allumage de la chaudière. Une fois l'étanchéité vérifiée, on vidange l'eau du condenseur et on libère ce dernier des appuis supplémentai15 res. Ceci fait, on effectue la mise en marche du vireur de la turbine, on assure l'établissement du vide dans le condenseur,puis on assure une certaine élévation de la vitesse de rotation de la turbine. Les rotors et les corps de la turbine sont chauffés lentement par la vapeur provenant de la chaudière, jusqu'à ce que l'état thermique correspondant à la température supérieure de fragilité à froid du métal des rotors soit atteinte. Pendant le chauffage on effectue le contrôle indirect de l'état thermique des rotors d'après la température du métal des 25 corps. Ensuite, on accélère la vitesse de rotation de la ligne d'arbre jusqu'à sa vitesse de rotation nominale (voir, par exemple, "Introduction thermique relative au démarrage à partir de différents états thermiques et à l'arrêt d'une tranche de 300 MW utilisant une turbine K-300-240 LMZ" SPO 30 ORGRES, 1975, Moscou, pages ll et 12). Dans ce procédé de démarrage, on ne contrôle l'étanchéité au vide que jusqu'au niveau atteint par l'eau tandis que tous les éléments situés au dessus de ce niveau d'eau dans le condenseur ne sont pas contrôlés. De plus, selon ce procédé de démarrage, on n'accélère la vitesse de rotation de la ligne d'arbre jusqu'à sa valeur nominale qu'à l'expi- ration du temps réservé au régime de rotation au ralenti, ce qui augmente grandement le temps de démarrage du groupe turbogénérateur et aboutit à des pertes excessives du. combustible pendant le démarrage et, de ce fait, à une productivité insuffisante. On s'est donc proposé de mettre au point un procédé de démarrage à froid d'une turbine à vapeur dans lequel le chauffage des rotors et des corps, la création du vide dans le condenseur et l'accélération de la vitesse de rotation de la ligne d'arbre jusqu'à sa valeur nominale seraient réalisés de façon à réduire sensiblement le temps de démarrage d'une turbine à vapeur. Selon l'invention le procédé de démarrage à froid d'une turbine à vapeur comprend: la mise en marche du vireur; 15 la création du vide dans le condenseu-r; le contrôle de l'étanchéité du système à vide; le chauffage des rotors et des corps par la vapeur sous pression excédentaire jusqu'a ce que l'état thermique des rotors corresponde à la température supérieure de fragilité à froid du métal des rotors et l'élévation de la vitesse de rotation de la ligne d'arbre jusqu'à sa valeur nominale, le procédé prévoyant en outre qu'après la mise en marche du vireur, mais avant la création du vide dans le condenseur, on effectue le chauffage des rotors et des corps par de la vapeur fournie 25 par un générateur extérieur et, en même temps, on contrôle l'étanchéité du système à vide, puis on crée le vide dans. le condenseur et on élève la vitesse de rotation de la turbine jusqu'à sa valeur nominale. Le procédé de démarrage à froid d'une turbine à vapeur, 30 conforme à la présente invention, assure la production d'énergie électrique supplémentaire grâce à une réduction sensible du temps de démarrage d'une turbine à vapeur et, par conséquent, grâce à la diminution des pertes de combustible au cours du démarrage. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation non limitatif du procédé avec références à un dessin unique non limitatif annexé représentant une partie du schéma thermique d'une turbine à vapeur, comprenant des cylindres à moyenne et basse pressions et un système à vide. Le procédé de démarrage d'une turbine à vapeur sera examiné sur l'exemple d'une turbine à vapeur comportant une ligne d'arbre 1 représentée ici en deux parties avec un corps 2 à moyenne pression et un corps 3 à basse pression (la chaudière et le corps à haute pression ne sont pas représentés). Les faces d'extrémité des corps 2 et 3 sont munies de garnitures d'étanchéité 4. Le corps 3 à basse pression est en communication avec un condenseur 5 sur lequel est branché un éjecteur 6. Le corps 3 comporte des soupapes de sécurité 7. Une pompe 8 refoule l'eau amenée par la conduite 9, au condenseur 5. Les condensations formées dans le condenseur 5, sont évacuées au moyen des pompes 10 à condensat, vers un réchauffeur ll muni d'éjecteur 12. A la sortie du réchauffeur 11, les condensations sont dirigées soit vers le système de récupération à travers une vanne 13 soit vers le système de recirculation du condensat, ramené par une conduite 14 dans le condenseur 5. Le mélange vapeur/air qui sort des garnitures d'étanchéi25 té 4 est amené au réchauffeur 11 par l'intermédiaire des conduite 15. La vapeur produite par un générateur extérieur ou auxiliaire (non représenté) parvient par la conduite 16 aux garnitures d'étanchéité 4 et aussi à la conduite 20 d'amenée 30 de la vapeur au corps 2 à moyenne pression en passant par la conduite 17, à travers la vanne 18 et le régulateur 19. Le branchement de la conduite 17 sur la conduite 20 est réalisé à un point situé entre la vanne d'arrêt 21 de la conduite d'alimentation en vapeur et le corps 2 à moyenne 35 pression. Le démarrage d'une turbine à vapeur est réalisé de la manière suivante. Pour chauffer la ligne d'arbre 1 et les corps 2 et 3, le vireur (non représenté) est mis en marche, la vapeur produite par le générateur extérieur (non représenté) est amenée par la conduite 16 aux garnitures d'étanchéité 4 des corps 2 et 3; la pompe 8 d'alimentation en eau du condenseur et les pompes 10 à condensat sont mises en marche, l'éjecteur 6 étant au repos. Le réchauffeur 11 et son éjecteur 12 commencent à fonctionner simultanément avec la mise en fonctionnement de la ligne de recirculation 14 par ouverture de la vanne d'arrêt 13. Le système à vide se trouve préparé à recevoir la vapeur de réchauffage provenant du générateur extérieur. Pour assurer l'arrivée de la vapeur, on ouvre la vanne d'arrêt 18 15 de la conduite 17, vanne d'arrêt 21 étant fermée, et on règle, à l'aide du régulateur 19, la pression dans les corps 2 et 3. La valeur admissible de cette pression est fonction de la résistance du condenseur 5 et est maintenue par le régulateur 19. Si la pression monte au dessus de la valeur 20 tolérable, les soupapes de sécurité 7 du corps 3 à basse pression entrent en jeu. Pendant la montée en température l'air contenu dans les corps 2 et 3 est progressivement chassé par la vapeur vers le condenseur 5 et la pression partielle de la vapeur croît 25 dans l'ensemble du système à vide. Lorsque cette pression dépasse la pression atmosphérique se produit automatiquement le contrôle par la vapeur de l'étanchéité du système à vide. Un défaut d'étanchéité est localisé par l'échappement de la vapeur. La pression partielle de vapeur progresse et atteint 30 une valeur constante. Quand la pression partielle de la vapeur dans le corps 2 à chauffer est maximale, la température de saturation correspondant à cette pression est voisine de la température supérieurede la fragilité à froid du métal utilisé ou le 35 rotor de ce corps 2. Pendant le processus de montée en température, on effectue 26O2824 le contrôle indirect de l'état thermique du rotor. Ce processus est arrêté lorsque la température du métal du rotor du corps 2 devient égale à la température de saturation de la vapeur injectée. L'éjecteur 6 commence à fonctionner et crée un vide dans le condenseur 5. Après l'établissement du vide, on effectue l'allumage de la chaudière (non représentée sur le dessin) pour assurer la mise en régime du condenseur 5. Lorsque la vapeur en amont de la turbine atteint les caractéristiques requises, elle est amenée dans le corps 2 et la ligne d'arbre 1 accélère sa rotation, la conduite 17 étant préalablement obturée au moyen de la vanne d'arrêt 18. Etant donné que la ligne d'arbre 1 a été chauffée avant sa mise en vitesse, l'élévation de la vitesse de rotation jusqu'à sa valeur nominale s'effectue à partir de la vitesse de rotation assurée par le vireur, c'est-à-dire, sans chauffer la ligne d'arbre 1 en régime de rotation au ralenti. RE V E N D I C A T I O N Procédé de démarrage à froid d'une turbine à vapeur comprenant: la mise en marche du vireur; la création du vide dans le condenseur (5); le contrôle de l'étanchéité. du système à vide; le chauffage des rotors et des corps cylindres (2,3) par la vapeur à pression excédentaire jusqu'a ce que l'état thermique des rotors corresponde à la température supérieure de fragilité à froid du métal des rotors; et l'élévation de la vitesse de rotation de la ligne d'arbre (1) jusqu'à sa valeur nominale, procédé caractérisé en ce qu'après la mise en marche du vireur mais avant la création du vide dans le condenseur (5) on effectue le chauffage des rotors et des corps (2,3) par de la vapeur produite par un générateur extérieur sous une pression compatible avec la résistance du condenseur et, en 15 même temps, on contrôle l'étanchéité du système à vide, puis on réalise le vide dans le condenseur (5) et on élève la vitesse de rotation de la ligne d'arbre (1) jusqu'à la vitesse nominale.