BE1022566A9 - BALLOON STEAM GENERATOR HAVING REDUCED WALL THICKNESS USING MULTI-BALLOON CONFIGURATION - Google Patents
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Abstract
Générateur de vapeur industriel muni de moyens de connexion fluidique, comprenant un conduit de débordement (9) pouvant aussi jouer un rôle d’évent et un conduit d’alimentation de secours du ballon de séparation (11), reliant tous deux le ballon de stockage d’eau (8) au ballon de séparation eau/vapeur (1), ledit conduit d’alimentation de secours (11) étant muni d’une vanne actionnable (10) apte à s’ouvrir et à créer une situation de vases communicants entre le ballon de séparation eau/vapeur (1) et le ballon de stockage d’eau (8) en utilisant les conduits respectifs de débordement (9) et d’alimentation de secours (11), afin d’assurer un tempd’écoulement ou ROT requis, dans les différents modes de fonctionnement du générateur.
Industrial steam generator with fluidic connection means, comprising an overflow duct (9) which can also act as a vent and an emergency supply duct of the separation tank (11), both of which connect the storage tank of water (8) to the water / steam separation tank (1), said emergency supply duct (11) being provided with an actuatable valve (10) able to open and to create a situation of communicating vessels between the water / vapor separation tank (1) and the water storage tank (8) using the respective overflow (9) and emergency supply (11) ducts, in order to ensure a flow time or ROT required, in the different modes of operation of the generator.
Description
GENERATEUR DE VAPEUR A BALLON PRESENTANT UNE EPAISSEUR DE PAROI REDUITE PAR UTILISATION D’UNE CONFIGURATION MULTI-BALLONSBALLOON STEAM GENERATOR HAVING REDUCED WALL THICKNESS USING MULTI-BALLOON CONFIGURATION
Objet de l'invention [0001] La présente invention se rapporte au domaine des chaudières à ballon utilisées par exemple dans le secteur des centrales électriques ou des industries de processus, et qui sont soumises à des démarrages fréquents et rapides avec des pressions de fonctionnement élevées.Object of the Invention [0001] The present invention relates to the field of balloon boilers used for example in the sector of power plants or process industries, and which are subject to frequent and rapid starts with high operating pressures. .
[0002] En particulier, la présente invention se rapporte aux chaudières de type générateur de vapeur à récupération de chaleur ou HRSG (pour heat recovery steam generator).In particular, the present invention relates to boilers of the type heat recovery steam generator or HRSG (for heat recovery steam generator).
Arrière-plan technologique et état de la technique [0003] Actuellement, l’évolution du marché de l’énergie requiert une plus grande flexibilité des unités de production, avec des pressions de fonctionnement suffisamment élevées pour que, de plus en plus souvent, les épaisseurs des ballons de chaudière deviennent problématiques du point de vue de la fatigue cyclique.BACKGROUND AND TECHNOLOGY [0003] Currently, the evolution of the energy market requires greater flexibility of the production units, with operating pressures sufficiently high that, more and more often, the The thicknesses of boiler flasks become problematic from the point of view of cyclic fatigue.
[0004] On souhait e dès lors proposer un dimensionnement optimisé des ballons de chaudière pour que ceux-ci puissent résister à la fatigue, en particulier dans les conditions critiques qui sont les suivantes : - un nombre élevé de démarrages de la chaudière prévus dans le cahier des charges et ce avec des hauts gradients de montée en pression ; - une conception de ballons avec des parois épaisses pour les deux motifs suivants : o des pressions de conception élevées requises par des pressions de fonctionnement élevées ; o le recours à de grands diamètres pour satisfaire une demande de volumes de stockage plus importants, imposés par les transitoires ou les fonctionnements exceptionnels.It is therefore desired to propose an optimized dimensioning boiler balloons so that they can withstand fatigue, especially in the critical conditions that are: - a high number of boiler starts provided in the specifications and with high gradients of rise in pressure; a balloon design with thick walls for the following two reasons: high design pressures required by high operating pressures; o the use of large diameters to satisfy a demand for larger storage volumes, imposed by transients or exceptional operations.
[0005] On connaît trois types de solutions permettant de diminuer efficacement les problèmes de fatigue des ballons haute pression (HP) : - la chaudière à circulation forcée (ou « once through ») : le ballon HP de la chaudière est remplacé par un séparateur dont le diamètre est plus petit que celui du ballon. L’avantage est que la résistance à la fatigue est plus élevée car les épaisseurs mises en jeu sont plus faibles. Cette technologie alternative requiert un équipement de conduite de chaudière plus complexe et implique par ailleurs l’utilisation d’une qualité d’eau d’une très grande pureté. La capacité de stockage plus réduite, voire nulle, rend cependant plus critique certains fonctionnements exceptionnels ; - la chaudière à ballons multiples : au lieu de considérer un ballon unique pour un niveau de pression considéré dans la chaudière, le volume de stockage du ballon est réparti sur deux réservoirs de capacité totale équivalente. Les diamètres des deux réservoirs sont significativement inférieurs par rapport à celui d’un ballon unique, ce qui permet de réduire aussi les épaisseurs en jeu et ainsi améliorer sensiblement le problème de la fatigue. Des exemples de solutions proposées dans l’état de la technique sont décrits dans les documents WO 2012/129195 A2 et WO 2012/148656 A1. Dans un autre exemple commercialisé, on a proposé une solution consistant à placer des séparateurs à l’extérieur du ballon, afin de réaliser la dernière étape de séparation eau/vapeur à l’extérieur du ballon ce qui implique que le niveau normal de fonctionnement ainsi que le niveau de déclenchement par niveau haut du ballon principal peuvent être revus à la hausse. Ceci conduit à une réduction du diamètre et de l’épaisseur du ballon principal ; - les solutions liées au contrôle du procédé : o une méthode pour principalement limiter les gradients de montée en pression lors des démarrages de l’installation par l’emploi adéquat d’exutoires pour la vapeur produite (évents de vapeur, vanne de contournement de la turbine à vapeur, etc.). Ces exutoires sont asservis à une logique contrôlant la montée en pression/température dans le ballon. Le défaut majeur de cette solution est de retarder l’établissement de la pression nominale dans la chaudière (donc démarrage plus lent), ce qui est de nos jours de moins en moins compatible avec les besoins du marché ; o une autre méthode est de maintenir la chaudière plus ou moins « chaude », et donc plus ou moins sous pression, après un arrêt en prévision du prochain démarrage dans le but d’éviter les démarrages froids qui sont les plus contraignants d’un point de vue de la fatigue. Ce maintien en température/pression est rendu possible grâce à une injection de vapeur auxiliaire dans la chaudière principale. Les désavantages de cette méthode sont la nécessité d’avoir à proximité une source de vapeur auxiliaire disponible, et d’autre part de supporter la consommation d’énergie liée à cette consommation de vapeur ; o d’autres possibilités existent également comme le maintien à température des parois du ballon par échauffement direct des tôles (trace heating).Three types of solutions are known to effectively reduce the fatigue problems of high pressure balloons (HP): - the forced circulation boiler (or "ounce through"): the boiler HP balloon is replaced by a separator whose diameter is smaller than that of the balloon. The advantage is that the resistance to fatigue is higher because the thicknesses involved are lower. This alternative technology requires more complex boiler operating equipment and also involves the use of very high purity water quality. The reduced storage capacity, if any, makes more critical some exceptional operations; - multiple balloon boiler: instead of considering a single balloon for a pressure level considered in the boiler, the storage volume of the balloon is divided into two tanks of equivalent total capacity. The diameters of the two tanks are significantly lower compared to that of a single balloon, which also reduces the thicknesses involved and thus significantly improve the problem of fatigue. Examples of solutions proposed in the state of the art are described in documents WO 2012/129195 A2 and WO 2012/148656 A1. In another commercial example, it has been proposed to place separators on the outside of the flask in order to perform the last water / vapor separation step outside the flask which implies that the normal level of operation and that the level of trigger by high level of the main balloon can be revised upwards. This leads to a reduction in the diameter and thickness of the main balloon; - the solutions related to the control of the process: o a method to mainly limit the gradients of rise in pressure during start-up of the installation by the appropriate use of outlets for the produced steam (steam vents, bypass valve). steam turbine, etc.). These outlets are controlled by a logic controlling the rise in pressure / temperature in the balloon. The major flaw of this solution is to delay the establishment of the nominal pressure in the boiler (thus slower start), which is nowadays less and less compatible with the needs of the market; o Another method is to maintain the boiler more or less "hot", and therefore more or less under pressure, after a shutdown in anticipation of the next start in order to avoid the cold starts that are the most restrictive of a point from the perspective of fatigue. This maintenance temperature / pressure is made possible by an injection of auxiliary steam in the main boiler. The disadvantages of this method are the need to have a source of auxiliary steam available nearby, and secondly to support the energy consumption related to this consumption of steam; o Other possibilities also exist, such as keeping the walls of the flask at a temperature by direct heating of the sheets (trace heating).
[0006] On définit ci-après deux notions importantes pour la suite de l’exposé : - ROT : le « run-out time » ou temps d’écoulement est une durée définie contractuellement dans le cahier des charges qui correspond à la durée pendant laquelle le ballon doit être capable de fonctionner sans être alimenté en eau par les pompes d’alimentation ; - « swell effect » ou effet de gonflement : avant le démarrage de la chaudière, l’évaporateur est rempli d’eau. Lorsque cette eau se réchauffe et atteint le point d’ébullition, un grand volume d’eau est poussé vers le ballon et remplacé dans les tubes de l’évaporateur par de la vapeur. Le ballon doit être dimensionné pour être capable d’accueillir ce volume d’eau en s’assurant de ne pas déborder vers les surchauffeurs. Ce phénomène peut également survenir lors de certains transitoires de charge.[0006] Two important notions are defined below for the rest of the presentation: - ROT: the "run-out time" or flow time is a contractually defined period of time which corresponds to the duration which the balloon must be able to operate without being supplied with water by the feed pumps; - "swell effect" or swelling effect: before starting the boiler, the evaporator is filled with water. When this water heats up and reaches the boiling point, a large volume of water is pushed to the flask and replaced in the evaporator tubes with steam. The balloon must be sized to be able to accommodate this volume of water, making sure not to overflow to the superheaters. This phenomenon can also occur during certain load transients.
[0007] Dans une configuration actuelle typique de l’état de la technique pour une chaudière à ballon représentée sur la FIG. 1, le ballon 1 est alimenté en eau par un conduit d’eau alimentaire 4 (feedwater line) qui contient une première vanne « A », dite vanne de contrôle 5 (feed watercontrol valve -FWCV).In a typical configuration of the state of the art for a balloon boiler shown in FIG. 1, the flask 1 is supplied with water by a feedwater line 4 (feedwater line) which contains a first valve "A", called control valve 5 (feed watercontrol valve -FWCV).
[0008] Le ballon 1 est connecté à sa boucle « tubes de descente d’eau - évaporateur - tubes de montée d’eau » : l’eau s’écoule du ballon 1 vers l’évaporateur par les descentes d’eau 6 (downcomers), l’eau passe dans les tubes de l’évaporateur 2 et y est partiellement évaporée. Ce mélange eau/vapeur est renvoyé vers le ballon 1 par les tubes de montée d’eau 7 (risers). Les deux phases eau/vapeur sont séparées dans le ballon par un(e) ou plusieurs équipements (méthodes) adéquat(e)s, connus en soi de l’homme de métier.The balloon 1 is connected to its loop "water descent tubes - evaporator - water up tubes": the water flows from the tank 1 to the evaporator by the water drops 6 ( downcomers), the water passes into the tubes of the evaporator 2 and is partially evaporated therein. This water / steam mixture is returned to the flask 1 by the riser tubes 7 (risers). The two water / vapor phases are separated in the flask by one or more appropriate equipment (methods), known to those skilled in the art.
[0009] Le niveau du plan d’eau dans le ballon est contrôlé par la vanne de contrôle « A » 5. La vapeur saturée au-dessus du plan d’eau du ballon s’échappe du ballon par un piètement 3 prévu à cet effet et est dirigée vers le réseau de vapeur via les surchauffeurs (le cas échéant), pour ensuite alimenter le process ou la turbine à vapeur utilisant la vapeur produite.The level of the body of water in the balloon is controlled by the control valve "A" 5. The saturated vapor above the body of water of the balloon escapes from the balloon by a base 3 provided for this purpose. effect and is directed to the steam network via the superheaters (if any), then feed the process or the steam turbine using the steam produced.
[0010] Le volume de ce ballon doit être suffisant pour le ROT et le swell effect considérés.The volume of this ball must be sufficient for the ROT and the swell effect considered.
[0011] Le document GB 241,961 A décrit un générateur de vapeur du type comprenant une section à rayonnement de chaleur et une section à convexion de chaleur, dans lesquelles les tubes sont disposés essentiellement de manière verticale et parallèlement les uns aux autres. Les tubes dans la section à rayonnement sont plus espacés que dans la section à convexion. Les sections de tubes sont reliées à deux ballons supérieurs de séparation eau/vapeur avec sortie de vapeur et également à un ballon à eau intermédiaire.[0011] GB 241,961 A discloses a steam generator of the type comprising a heat radiation section and a heat convection section, in which the tubes are arranged substantially vertically and parallel to one another. The tubes in the radiation section are further apart than in the convection section. The tube sections are connected to two upper water / steam separation tanks with steam outlet and also to an intermediate water tank.
[0012] Le document US 2013/0145998 A1 se rapporte à un système comprenant un évaporateur, un réservoir d'eau en communication fluidique avec l'évaporateur, le réservoir d'eau étant situé en amont de l'évaporateur, et un premier ballon de vapeur en communication fluidique avec l'évaporateur, le premier ballon de vapeur étant situé en aval de l'évaporateur, où le réservoir d'eau fonctionne de façon à fournir l'eau d'alimentation de l'évaporateur, tout en maintenant un niveau d'eau prédéterminé dans le premier ballon de vapeur.US 2013/0145998 A1 relates to a system comprising an evaporator, a water tank in fluid communication with the evaporator, the water tank being located upstream of the evaporator, and a first balloon of steam in fluid communication with the evaporator, the first vapor balloon being located downstream of the evaporator, where the water reservoir operates to supply the evaporator supply water, while maintaining a predetermined water level in the first vapor balloon.
[0013] On trouve aussi dans l’état de la technique un arrangement de chaudière avec deux ballons ou plus connectés les uns aux autres, par exemple superposés, dans un certain nombre de brevets, parfois très anciens, pour les raisons précisées dans ces documents. Par exemple : - dans le générateur de vapeur à récupération de chaleur de WO 2012/148656 A1, réduire le diamètre et donc l’épaisseur du ballon, et augmenter la souplesse de fonctionnement (temps de démarrage plus court, température de fonctionnement de l’évaporateur atteinte plus rapidement) ; - dans le générateur de vapeur à récupération de chaleur de WO 2012/129195 A2, également réduire le diamètre et donc l’épaisseur du ballon, et par conséquent le gradient de température au travers de sa paroi au démarrage, lequel augmente la fatigue thermique sur le ballon et à son tour provoque une usure de celui-ci sous forme de fissures. La réduction d’épaisseur de ballon permet aussi de réduire le coût de fabrication. Ces préoccupations se retrouvent également dans le document EP 1 526 331 A1.There is also in the state of the art a boiler arrangement with two or more balloons connected to each other, for example superimposed, in a number of patents, sometimes very old, for the reasons specified in these documents. . For example: - in the heat recovery steam generator of WO 2012/148656 A1, reduce the diameter and therefore the thickness of the flask, and increase the operating flexibility (shorter start-up time, operating temperature of the evaporator reached faster); in the heat recovery steam generator of WO 2012/129195 A2, also reducing the diameter and thus the thickness of the flask, and consequently the temperature gradient through its wall at startup, which increases the thermal fatigue on the balloon and in turn causes wear thereof in the form of cracks. Balloon thickness reduction also reduces the cost of manufacture. These concerns are also found in EP 1 526 331 A1.
Buts de l'invention [0014] La présente invention vise à apporter une solution pour les chaudières à ballon soumises à des démarrages fréquents et rapides avec des pressions de fonctionnement élevées.OBJECTS OF THE INVENTION [0014] The present invention aims to provide a solution for balloon boilers subject to frequent and rapid starts with high operating pressures.
[0015] En particulier, l’invention vise à l’amélioration de la résistance à la fatigue du ballon, l’enjeu étant la durée de vie de cet équipement clef de la chaudière.In particular, the invention aims to improve the fatigue resistance of the balloon, the issue being the life of this key equipment of the boiler.
Principaux éléments caractéristiques de l'invention [0016] Un premier aspect de la présente invention se rapporte à un générateur de vapeur industriel comprenant : - un évaporateur, - un ballon de séparation eau/vapeur présentant un conduit de sortie de vapeur saturée, l’évaporateur étant en communication fluidique avec le ballon de séparation au moyen d’un conduit de montée d’eau, - un conduit d’entrée d’eau d’alimentation muni d’une vanne de contrôle, - un conduit de descente pour le retour de l’eau à une entrée de l’évaporateur, - ainsi qu’au moins un ballon de stockage d’eau en communication par des moyens de connexion fluidique entre le conduit d’entrée d’eau d’alimentation et le ballon de séparation eau/vapeur, caractérisé en ce que lesdits moyens de connexion fluidique comprennent un conduit de débordement pouvant aussi jouer un rôle d’évent et un conduit d’alimentation de secours du ballon de séparation, reliant tous deux le ballon de stockage d’eau au ballon de séparation eau/vapeur, ledit conduit d’alimentation de secours étant muni d’une vanne actionnable apte à s’ouvrir et à créer une situation de vases communicants entre le ballon de séparation eau/vapeur et le ballon de stockage d’eau en utilisant les conduits respectifs de débordement et d’alimentation de secours.Main features of the invention [0016] A first aspect of the present invention relates to an industrial steam generator comprising: - an evaporator, - a water / steam separation tank having a saturated steam outlet duct, the evaporator being in fluid communication with the separation flask by means of a water riser, - supply water inlet duct provided with a control valve, - descent duct for return water at an inlet of the evaporator, as well as at least one water storage tank in communication by means of fluid connection between the feedwater inlet duct and the separation tank water / vapor, characterized in that said fluidic connection means comprise an overflow duct which can also play a role of vent and a spare supply duct of the separation flask, connecting all d they the water storage tank to the water / steam separation tank, said emergency supply duct being provided with an actuatable valve able to open and create a situation of communicating vessels between the separation tank water / steam and the water storage tank using the respective overflow and emergency supply ducts.
[0017] Selon des formes d’exécution préférées de l’invention, le générateur de vapeur industriel comprend au moins une des caractéristiques suivantes ou une combinaison appropriée de celles-ci : - ledit conduit de descente relie directement le ballon de séparation eau/vapeur à l’entrée de l’évaporateur ; - le ballon de séparation eau/vapeur et le ballon de stockage sont essentiellement à la même hauteur moyenne ; - le générateur comporte N (N entier > 2) ballons de stockage d’eau en communication fluidique entre le conduit d’entrée d’eau d’alimentation et le ballon de séparation eau/vapeur et/ou entre eux, le diamètre ou plus généralement la taille des ballons étant d’autant plus réduit(e) que le nombre de ballons de stockage est élevé ; - les ballons de stockage sont remplacés par des éléments de tuyauterie ; - le conduit d’alimentation de secours du ballon de séparation est relié directement au conduit de descente et non au ballon de séparation eau/vapeur ; - le générateur comprend un économiseur situé en amont ou en aval de la vanne de contrôle ; - le générateur est du type chaudière à récupération de chaleur ou HRSG, verticale, horizontale ou mixte ; - le conduit de sortie de vapeur saturée est relié à un surchauffeur.According to preferred embodiments of the invention, the industrial steam generator comprises at least one of the following characteristics or an appropriate combination thereof: said downcomer directly connects the water / steam separation tank; at the entrance of the evaporator; the water / vapor separation flask and the storage flask are essentially at the same average height; the generator comprises N (N integer> 2) water storage flasks in fluid communication between the supply water inlet duct and the water / steam separation flask and / or between them, the diameter or more generally the size of the balloons being all the smaller as the number of storage flasks is high; - the storage tanks are replaced by pipe elements; - The backup supply duct of the separation tank is connected directly to the downcomer and not to the water / steam separation tank; the generator comprises an economizer located upstream or downstream of the control valve; the generator is of the type heat recovery boiler or HRSG, vertical, horizontal or mixed; the saturated steam outlet duct is connected to a superheater.
[0018] Un deuxième aspect de la présente invention se rapporte à un procédé de base pour générer un cycle de vapeur à haute pression au moyen d’un générateur de vapeur industriel comme décrit ci-dessus, en fonctionnement normal, c’est-à-dire lorsque le niveau d’eau dans le ballon de séparation se situe au-dessus d’un seuil critique prédéterminé, et de manière à assurer un temps d’écoulement ou ROT requis, comprenant au moins les étapes suivantes : i) le ballon de stockage, alimenté en eau par le conduit d’entrée d’eau d’alimentation muni de la vanne de contrôle, est complètement rempli ; ii) le ballon de stockage alimente le ballon de séparation par débordement via le conduit de débordement, la vanne actionnable étant fermée dans le conduit d’alimentation de secours du ballon de séparation ; iii) l’eau s’écoule du ballon de séparation vers l’entrée de l’évaporateur par le conduit de descente d’eau ; iv) l’eau est partiellement évaporée dans les tubes de l’évaporateur et le mélange eau/vapeur renvoyé vers le ballon de séparation par le conduit de montée d’eau, les deux phases eau/vapeur étant séparées dans le ballon de séparation, la phase vapeur étant évacuée en vue de son utilisation par le conduit de sortie de vapeur.A second aspect of the present invention relates to a basic method for generating a high pressure steam cycle by means of an industrial steam generator as described above, in normal operation, that is, that is, when the water level in the separation tank is above a predetermined critical threshold, and so as to provide a required flow time or ROT, comprising at least the following steps: i) the balloon storage tank, supplied with water by the supply water inlet duct provided with the control valve, is completely filled; ii) the storage tank feeds the overflow separation tank via the overflow pipe, the actuatable valve being closed in the spare supply pipe of the separation tank; iii) the water flows from the separation tank to the inlet of the evaporator via the downcomer; iv) the water is partially evaporated in the evaporator tubes and the water / vapor mixture returned to the separation tank via the water riser, the two water / vapor phases being separated in the separation flask, the vapor phase being evacuated for use by the steam outlet conduit.
[0019] Un troisième aspect de la présente invention se rapporte à un procédé pour générer un cycle de vapeur à haute pression au moyen d’un générateur de vapeur industriel comme décrit ci-dessus, en fonctionnement particulier ou dégradé, c’est-à-dire lorsque le niveau d’eau dans le ballon de séparation se situe au-dessous d’un seuil critique prédéterminé, comprenant au moins les étapes du procédé de base, mais où l’étape ii) est remplacée par l’étape suivante : ii) la vanne actionnable s’ouvre au moins partiellement, le conduit de débordement fait alors office d’évent et le ballon de stockage alimente le ballon de séparation par le conduit d’alimentation de secours du ballon de séparation, le volume du ballon de stockage participant à assurer le ROT requis par vases communicants.A third aspect of the present invention relates to a method for generating a high-pressure steam cycle by means of an industrial steam generator as described above, in particular operation or degraded, that is to say that is, when the water level in the separation flask is below a predetermined critical threshold, comprising at least the steps of the basic process, but where step ii) is replaced by the following step: ii) the actuatable valve opens at least partially, the overflow duct then acts as a vent and the storage tank feeds the separation tank through the spare supply duct of the separation tank, the volume of the storage tank participating storage to ensure the required ROT by communicating vessels.
[0020] Un quatrième aspect de la présente invention se rapporte à un procédé pour générer un cycle de vapeur à haute pression au moyen d’un générateur de vapeur industriel comme décrit ci-dessus, comprenant, en phase de démarrage, au moins les étapes du procédé de base, mais où l’étape ii) est remplacée par l’étape suivante : ii) la vanne actionnable s’ouvre et reste en position ouverte de manière à accueillir le volume d’eau correspondant à l’effet de gonflement à la fois dans le ballon de séparation et dans le ballon de stockage.A fourth aspect of the present invention relates to a method for generating a high-pressure steam cycle by means of an industrial steam generator as described above, comprising, in the start-up phase, at least the steps of the basic method, but where step ii) is replaced by the following step: ii) the actuatable valve opens and remains in the open position to accommodate the volume of water corresponding to the swelling effect to both in the separation flask and in the storage flask.
Brève description des figures [0021] La figure 1 représente schématiquement une chaudière à ballon de séparation selon l’état de la technique.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES [0021] FIG. 1 schematically represents a boiler with separation tank according to the state of the art.
[0022] La figure 2 représente schématiquement une chaudière multi- ballons selon la présente invention.[0022] FIG. 2 schematically represents a multi-balloon boiler according to the present invention.
Description d'une forme d'exécution préférée de l'invention [0023] La solution proposée dans le cadre de la présente invention fait partie des solutions à ballons multiples.DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION [0023] The solution proposed in the context of the present invention is part of the multiple balloon solutions.
[0024] Le principe est de répartir sur deux réservoirs au moins, ou plus de deux réservoirs dans une version généralisée de l’idée de base, le volume de stockage nécessaire pour assurer d’une part un temps d’écoulement (ROT) imposé et d’autre part pour accueillir le volume de gonflement (swell effect) lors du démarrage ou des transitoires de charge.The principle is to distribute on at least two tanks, or more than two tanks in a generalized version of the basic idea, the storage volume necessary to ensure on the one hand a flow time (ROT) imposed and secondly to accommodate the swell effect when starting or charging transients.
[0025] Dans la nouvelle configuration contenant l’amélioration proposée selon l’invention représentée sur la FIG. 2, deux volumes doivent être distingués : le réservoir de stockage 8 et le ballon de chaudière proprement dit 1, effectuant la séparation eau/vapeur. Le réservoir ou ballon de stockage 8 est alimenté en eau par le conduit d’eau alimentaire 4 qui contient une première vanne « A », dite vanne de contrôle 5. Ce réservoir de stockage 8 est, lors du fonctionnement normal, complètement rempli et alimente le ballon de chaudière 1 par le conduit de débordement 9. En fonctionnement normal, une seconde vanne « B », dite vanne actionnable 10, équipant le conduit d’alimentation de secours du ballon 11 (backup drum feeding line - BFL), est fermée.In the new configuration containing the proposed improvement according to the invention shown in FIG. 2, two volumes must be distinguished: the storage tank 8 and the boiler ball proper 1, carrying out the separation water / steam. The tank or storage tank 8 is supplied with water by the food water pipe 4 which contains a first valve "A", called the control valve 5. This storage tank 8 is, during normal operation, completely filled and supplied with water. the boiler balloon 1 through the overflow duct 9. In normal operation, a second valve "B", called the actuatable valve 10, fitted to the backup supply duct 11 (backup drum feeding line - BFL), is closed .
[0026] Le ballon de chaudière est connecté à sa boucle « tubes de descente - évaporateur - tubes de montée » : l’eau s’écoule du ballon 1 vers l’évaporateur 2 par les descentes d’eau 6, l’eau passe alors dans les tubes de l’évaporateur 2 et y est partiellement évaporée, ce mélange eau/vapeur étant renvoyé ensuite vers le ballon 1 par les tubes de montée 7. Les deux phases eau/vapeur sont séparées dans le ballon 1 par un(e) ou plusieurs équipements (méthodes) adéquat(e)s, connus en soi de l’homme de métier.The boiler balloon is connected to its loop "down tubes - evaporator - risers": the water flows from the tank 1 to the evaporator 2 by the water drops 6, the water passes then in the tubes of the evaporator 2 and is partially evaporated, this water / steam mixture being then returned to the tank 1 by the riser tubes 7. The two water / vapor phases are separated in the tank 1 by a ) or several equipment (methods) adequate, known to those skilled in the art.
[0027] Le niveau du plan d’eau dans le ballon 1 est contrôlé par la vanne de contrôle « A » 5. La vapeur saturée au-dessus du plan d’eau du ballon 1 s’échappe du ballon par le piètement 3 prévu à cet effet et est dirigée vers le réseau de vapeur via les surchauffeurs (le cas échéant), pour ensuite alimenter le process ou la turbine à vapeur utilisant la vapeur produite.The level of the water in the tank 1 is controlled by the control valve "A" 5. The saturated steam above the water level of the balloon 1 escapes from the balloon by the base 3 provided for this purpose and is directed to the steam network via the superheaters (if any), then feed the process or the steam turbine using the steam produced.
[0028] En fonctionnement particulier, lorsque le niveau du ballon de séparation 1 descend en dessous d’un seuil critique choisi, ou lorsque les pompes alimentaires déclenchent, la vanne actionnable « B » 10 s’ouvre partiellement ou complètement : le conduit de débordement 9 fait alors office d’évent et la BFL 11 alimente le ballon 1. Par le principe des vases communicants, le volume du réservoir de stockage contribue alors à assurer le ROT requis. Le conduit de débordement 9 doit cependant déboucher à une position suffisamment basse dans le ballon séparateur 1 pour éviter toute montée excessive d’eau dans la partie supérieure du ballon avec débordement dans le surchauffeur ou dans les tubes du circuit de vapeur.In particular operation, when the level of the separation tank 1 falls below a selected critical threshold, or when the food pumps trigger, the actuatable valve "B" 10 opens partially or completely: the overflow conduit 9 acts as a vent and the BFL 11 feeds the balloon 1. By the principle of communicating vessels, the volume of the storage tank then contributes to ensure the required ROT. The overflow conduit 9 must, however, lead to a sufficiently low position in the separator tank 1 to prevent any excessive rise of water in the upper part of the tank with overflow in the superheater or in the tubes of the steam circuit.
[0029] De plus, au démarrage, selon le nouveau mode d’exécution, on peut maintenir la vanne actionnable « B » 10 en position ouverte de telle manière que lorsque l’effet de gonflement survient, le surplus d’eau correspondant est accueilli dans les deux réservoirs au lieu d’un précédemment, le ballon de chaudière 1 et le réservoir de stockage 8, qui contribuent ensemble par le principe des vases communicants à absorber le volume total d’eau fourni.In addition, at startup, according to the new embodiment, one can maintain the actuatable valve "B" 10 in the open position so that when the swelling effect occurs, the corresponding excess water is allowed in the two tanks instead of one previously, the boiler balloon 1 and the storage tank 8, which together contribute by the principle of communicating vessels to absorb the total volume of water supplied.
[0030] Du principe de l’invention peuvent découler les alternatives et généralisations suivantes : - le principe de l’amélioration proposée est indépendant du type de chaudière considéré : HRSG verticale ou horizontale ou mixte ; - dans l’idée de base, aux côtés du ballon de chaudière, un seul réservoir de stockage est considéré. Rien n’empêche cependant de généraliser l’idée en augmentant au besoin le nombre de réservoirs de stockage pour diminuer davantage les diamètres de ceux-ci et donc encore davantage les épaisseurs des ballons/réservoirs (qui pourraient à la limite être un ensemble de tuyauteries) ; - il est possible de considérer que la BFL soit connectée directement dans le tuyau de descente au lieu d’être connectée sur le ballon ; - le principe de l’amélioration proposée est indépendant des méthodes et équipements utilisés pour effectuer la séparation des phases eau/vapeur ainsi que le séchage de la vapeur ; - le principe de l’amélioration proposée est indépendant de la géométrie exacte de l’alimentation en eau du système et de son évent, l’essentiel étant d’assurer que le ballon et le(s) réservoir(s) de stockage puissent fonctionner en vases communicants lorsque cela est requis ; - le principe de l’amélioration proposée est indépendant de la position de la FWCV « A » 5, c’est-à-dire en amont ou en aval des économiseurs de la chaudière ; - le principe de l’amélioration proposée est indépendant du type d’organe de régulation des vannes « A » et « B ».From the principle of the invention can derive the following alternatives and generalizations: - the principle of the proposed improvement is independent of the type of boiler considered: HRSG vertical or horizontal or mixed; - In the basic idea, alongside the boiler balloon, only one storage tank is considered. However, nothing prevents us from generalizing the idea by increasing, if necessary, the number of storage tanks to further reduce the diameters of these and therefore even more the thicknesses of the balloons / tanks (which could at the limit be a set of pipes ); - it is possible to consider that the BFL is connected directly in the down pipe instead of being connected to the balloon; - the principle of the proposed improvement is independent of the methods and equipment used to effect the separation of the water / vapor phases as well as the drying of the steam; - the principle of the proposed improvement is independent of the exact geometry of the system water supply and its vent, the main thing being to ensure that the balloon and the storage tank (s) can operate in communicating vessels when required; - the principle of the proposed improvement is independent of the position of the FWCV "A" 5, that is to say upstream or downstream of the economizers of the boiler; the principle of the proposed improvement is independent of the type of valve regulator "A" and "B".
[0031] La solution proposée dans le cadre de la présente invention se différencie de celles déjà divulguées et le cas échéant protégées dans l’état de la technique par les points suivants notamment. Selon la présente invention : A. les tubes de descente sont connectés au ballon effectuant la séparation eau/vapeur ; B. les deux ballons ne requièrent pas d’être à des élévations différentes pour que le principe de base de l’amélioration fonctionne (mais ils pourraient l’être) ce qui simplifie le dessin de la charpente environnante ; C. l’alimentation du ballon effectuant la séparation eau/vapeur se fait par débordement du ballon de stockage. De ce fait le ballon de stockage est totalement rempli d’eau en fonctionnement normal, ce qui maximise son volume utile.The solution proposed in the context of the present invention differs from those already disclosed and where appropriate protected in the state of the art by the following points in particular. According to the present invention: A. the downpipes are connected to the balloon effecting the water / vapor separation; B. the two balloons do not need to be at different elevations for the basic principle of improvement to work (but they could be) which simplifies the design of the surrounding framework; C. the supply of the flask performing the water / vapor separation is by overflow of the storage flask. As a result, the storage tank is completely filled with water during normal operation, which maximizes its useful volume.
Liste des symboles de référence 1. ballon de séparation 2. évaporateur 3. sortie de vapeur 4. entrée d’eau d’alimentation (à partir de l’économiseur) 5. vanne de contrôle de l’eau d’alimentation « A » 6. tubes de descente d’eau 7. tubes de montée d’eau 8. réservoir de stockage 9. conduit de débordement 10. vanne actionnable « B » 11 .conduit d’alimentation de secours du ballon de séparationList of reference symbols 1. separation tank 2. evaporator 3. steam outlet 4. supply water inlet (from the economizer) 5. "A" supply water control valve 6. water down tubes 7. water riser tubes 8. storage tank 9. overflow duct 10. actuatable valve "B" 11. Spare supply line of separation tank
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