Brevet FR2793874A1 — publié le 20001124

L'invention porte sur un dispositif pour condenser de la vapeur d'eau. Elle s'applique tout particulièrement à une installation de production d'énergie électrique fonctionnant suivant un cycle fermé eau-vapeur et comprenant un générateur de vapeur d'eau alimentant en vapeur d'eau une turbine à vapeur et un dispositif pour condenser la vapeur d'eau soutirée de la turbine afin de renvoyer l'eau provenant de cette condensation au générateur de vapeur. Pour être condensée, la vapeur d'eau peut être refroidie par échange thermique avec de l'eau ou avec de l'air. Les condenseurs refroidis par eau permettent d'obtenir des condensats ayant une teneur en oxygène inférieure à 7 microgrammes/kilogramme environ. Les condenseurs refroidis par air ou aérocondenseurs, de part leur structure, ne permettent pas d'obtenir des condensats dont la teneur en oxygène soit inférieure à 30 microgrammes/kilogramme. Dans les installations de production d'énergie électrique fonctionnant suivant un cycle fermé eau-vapeur, il est important que I'eau fournie au générateur de vapeur soit le moins possible chargée en oxygène pour éviter les phénomènes de corrosion par oxydation, notamment dans les éléments du générateur de vapeur. L'invention vise à perfectionner un aérocondenseur, plus particulièrement utilisé dans une installation de production d'énergie électrique suivant un cycle fermé eau-vapeur, pour obtenir des condensats ayant une teneur en oxygène analogue à celle des condensats obtenus par des condenseurs refroidis par eau, c'est-à-dire de l'ordre de 7 microgrammes/kilogramme. Les aérocondenseurs de telles installations de production d'énergie électrique sont généralement associés à une bâche de réserve. L'idée à la base de l'invention est d'intégrer un dégazeur dans la bâche de réserve d'un tel aérocondenseur. A cet effet, I'invention a pour objet un aérocondenseur comprenant une gaine pour collecter de la vapeur d'eau à condenser et la distribuer vers des tubes refroidis par air dans lesquels la vapeur d'eau est condensée, le condensat produit par les tubes refroidis par air étant stocké dans une bâche de réserve, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un pulvérisateur disposé dans la partie supérieure de la bâche pour pulvériser à l'intérieur de la bâche le condensat provenant des tubes refroidis par air, une tête de distribution alimentée en vapeur d'eau qui est disposée dans la partie inférieure de la bâche pour injecter de la vapeur d'eau au sein du condensat stocké dans la bâche pour 2 2793874 en extraire l'oxygène, une canalisation raccordée entre la bâche et la gaine pour évacuer l'oxygène extrait du condensat vers la gaine et un régulateur qui asservit l'ouverture d'une vanne d'alimentation en vapeur d'eau de la tête de distribution pour maintenir la pression de vapeur d'eau dans la partie supérieure de la bâche légèrement supérieure à la pression de vapeur d'eau dans la gaine. Un exemple de réalisation de l'aérocondenseur selon l'invention est décrit ci-après en détail et illustré sur la figure unique qui le montre très schématiquement installé dans une installation de production d'énergie électrique à cycle eau-vapeur. Sur la figure, I'aérocondenseur comprend une gaine 2 qui sert à collecter la vapeur d'eau à condenser et à la distribuer vers un ensemble de tubes refroidis par air 3 raccordés à la gaine et dans lesquels la vapeur d'eau est condensée. Sur la figure, on a représenté que deux tubes 3 mais il faut comprendre que l'aérocondenseur comporte un grand nombre de tels tubes. Bien que cela ne soit pas représenté sur la figure, chaque tube 3 est entouré d'ailettes annulaires servant à augmenter la surface d'échange thermique avec l'air atmosphérique. Ici, la vapeur d'eau à condenser provient d'une turbine à vapeur 4 couplée à un alternateur 5. La turbine à vapeur 4 reçoit la vapeur d'eau d'un générateur de vapeur 6; I'aérocondenseur 1 condense la vapeur d'eau provenant de la turbine 4 pour alimenter en eau le générateur de vapeur. Cet ensemble constitue une installation de production d'énergie électrique fonctionnant suivant un cycle fermé eau-vapeur. Dans ce cycle, I'eau produite par le condenseur 1 est envoyée, par I'intermédiaire d'une pompe 7, vers le générateur de vapeur 6. Cette pompe 7 puise l'eau E dans une bâche de réserve fermée 8 associée à l'aérocondenseur. Comme cela est connu, la bâche de réserve sert à réguler les variations de charges dans le cycle eau-vapeur. L'invention prévoit un système de dégazage intégré à cette bâche de réserve pour réduire la teneur en oxygène de l'eau stockée dans la bâche avant qu'elle soit renvoyée vers le générateur de vapeur. Le système de dégazage comprend un pulvérisateur 10 installé dans la partie supérieure de la bâche 8, pour pulvériser le condensat provenant des tubes 3 à l'intérieur de la bâche au-dessus de la masse d'eau 9 dans la bâche. Ici, la pression nécessaire à la pulvérisation est obtenue par la hauteur H de la 3 2793874 colonne d'eau entre la partie inférieure des tubes 3 par o s'écoule le condensat et la partie supérieure de la bâche de réserve. En outre, de la vapeur d'eau additionnelle VP est injectée au sein de la masse d'eau 9 dans la bâche de réserve 8 par l'intermédiaire d'une tête de distribution 1, par exemple un tuyau crépiné, disposée dans la partie inférieure de la bâche pour que la vapeur d'eau VP ainsi injectée soit bien répartie dans cette masse d'eau. Cette vapeur d'eau VP traverse la masse d'eau 9 en extrayant l'oxygène dissout et les autres gaz éventuels et se condense en presque totalité sur le condensat pulvérisé en le réchauffant. Ce réchauffage entraîne une augmentation de la pression de la vapeur d'eau dans la bâche, augmentation qui est égale à la différence entre la pression de saturation de la vapeur d'eau aux températures après et avant réchauffage. Une canalisation 12 est raccordée entre la gaine 2 et la partie supérieure de la bâche de réserve 8 pour évacuer l'oxygène extrait de la masse d'eau 9 avec les autres gaz dissous dans la masse d'eau 9 vers la gaine 2 du condenseur o une pompe à vide non représentée est montée pour extraire ces gaz. Pour éviter qu'une grande quantité de vapeur d'eau injectée dans la bâche s'échappe complètement par la canalisation 12, celle-ci est partiellement fermée par un diaphragme 17 dont l'ouverture est calibrée pour ne laisser passer que la quantité de gaz saturé en vapeur d'eau à ventiler vers la gaine 2 en fonction de la charge et un régulateur 13 asservit le débit d'alimentation de la tête de distribution 11 de vapeur d'eau à une mesure différentielle de pression Dp de la vapeur d'eau dans la gaine et dans la partie supérieure de la bâche de façon à obtenir le réchauffage de l'eau et la ventilation. Plus particulièrement, le régulateur 13 asservit l'ouverture d'une vanne 14 d'alimentation en vapeur d'eau de la tête de distribution 11 pour maintenir la pression de vapeur d'eau mesurée dans la bâche légèrement supérieure, de l'ordre de 10 millibars, à la pression de vapeur d'eau mesurée 16 dans la gaine 2. En variante, l'ouverture de la vanne 14 est asservie à une mesure du niveau d'eau dans un ballon d'eau disposé au-dessus de la bâche et raccordé en sortie à celle-ci (sous son niveau d'eau) et en entrée aux tubes refroidis par air de l'aérocondenseur de sorte à être en équilibre de pression avec l'aérocondenseur. La consigne est choisie ici à une hauteur h du niveau d'eau dans le ballon au-dessus du niveau d'eau dans la bâche. Cette hauteur h correspond à une différence de pression Dp. 4 2793874 A noter que le dégazage selon l'invention est réalisé sans perte d'énergie calorifique dans le cycle eau-vapeur puisque l'énergie calorifique apportée par la vapeur d'eau additionnelle VP injectée dans la bâche est utilisée pour réchauffer le condensat qui s'écoule dans celle-ci et qui servira à alimenter le générateur de vapeur 6. Dans une installation de production d'énergie électrique telle que présentée plus haut, cette vapeur d'eau additionnelle VP pour le dégazage est avantageusement soutirée à une pression suffisante du générateur de vapeur ou de la turbine à vapeur. 2793874 REVENDICATIONS 1/ Un aérocondenseur comprenant une gaine (2) pour collecter de la vapeur d'eau à condenser et la distribuer vers des tubes refroidis par air (3) dans lesquels la vapeur d'eau est condensée, le condensat produit par les tubes refroidis par air étant stocké dans une bâche de réserve (8), caractérisé en ce qu'il comprend en outre un pulvérisateur (10) disposé dans la partie supérieure de la bâche pour pulvériser à l'intérieur de la bâche le condensat provenant des tubes refroidis par air, une tête de distribution (11) alimentée en vapeur d'eau qui est disposée dans la partie inférieure de la bâche pour injecter de la vapeur d'eau au sein du condensat stocké dans la bâche pour en extraire l'oxygène, une canalisation (12) raccordée entre la bâche et la gaine pour évacuer l'oxygène extrait du condensat vers la gaine et un régulateur (13) qui asservit l'ouverture d'une vanne (14) d'alimentation en vapeur d'eau de la tête de distribution pour maintenir la pression de vapeur d'eau dans la partie supérieure de la bâche légèrement supérieure à la pression de vapeur d'eau dans la gaine. 2/ L'aérocondenseur selon la revendication 1, dans lequel la pression de pulvérisation du condensat dans la bâche est obtenue par la hauteur de la colonne d'eau (H) entre la partie supérieure de la bâche et les tubes de refroidissement par air. 3/ L'aérocondenseur selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel le débit d'alimentation de la tête de distribution en vapeur d'eau est asservi à une mesure différentielle de pression (Dp) de vapeur d'eau dans la gaine et dans la bâche. 4/ L'aérocondenseur selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel le débit d'alimentation de la tête de distribution en vapeur d'eau est asservi à une mesure de niveau dans un ballon raccordé entre la bâche et les tubes refroidis par air et en équilibre de pression avec l'aérocondenseur. / Une installation de production d'énergie électrique fonctionnant suivant un cycle fermé eau-vapeur comprenant un aérocondenseur selon l'une des revendications 1 à 4 raccordé entre une turbine à vapeur et un générateur de vapeur, dans laquelle la vapeur d'eau (VP) servant à alimenter la tête de distribution est soutirée du générateur de vapeur ou de la turbine à vapeur.