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Installation pour le chauffage du fluide moteur de centrales thermiques dans lesquelles un fluide moteur gazeux, de préférence de l'air, décrit un circuit fermé sous pression.
L'invention concerne une installation pour le chauf- fage' du fluide moteur de centrales thermiques dans lesquelles un fluide moteur gazeux, de préférence de l'air, décrit constamment un circuit fermé sous pression. Dans de telles centrales, on laisse le fluide moteur, chauffé par un apport indirect de chaleur de l'extérieur, se détendre en cédant de la puissance à l'extérieure.
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soit de préférence dans au moins une turbine, pour le ramener en- suite à nouvelle à une pression plus élevée, soit de préférence dans au moins un turpo-compresseur.
Contrairement aux centrales comportant des turoines à gaz avec circuit ouvert du fluide mo- teur, le chauffage du fluide moteur n'y est pas réalisé par une comoustion directe de combustibles dans le courant du fluide moteur, mais par cession de chaleur au fluide moteur par une source de cnaleur extérieure àtravers des parois.
Dans des centrales thermiques à circuit fermé du fluide moteur, la puissance fournie à l'extérieur peut être réglée de façon simple en faisant .varier, à température constante, le poids spécifique du fluide moteur en circulation, cette variation étant sensiblement proportionnelle à la variation de puissance, ce qu'on peut réaliser par un apport ou un retrait temporaire correspodant de fluide moteur dans le ou hors du circuit.
Cependant, la modifi- cation, lors d'une variation de la puissance fournie, du poids spécifique du fluide moteur en circulation demande que la quantité de chaleur amenée de l'extérieur soit modifiée, c'est-à-dire réglée, simultanément avec le poids spécifique du fluide moteur si l'on veut éviter une variation exagérée des températures dans le circuit et, par suite, un grand danger pour les différentes parties de l'installation lesquelles travaillent déjà, le plus souvent, à un taux élevé.
La quantité de chaleur à fournir de l'extérieur au fluide moteur peut être produite par exemple par combustion d'huile dans un réchauffeur séparé à @ les gaz de combustion passant sur un côté de la surface d'échange de chaleur du réchauffeur à gaz et cédant leur chaleur à travers cette paroi au fluide moteur.
Un tel chauffage à huile peut être réglé relativement vite en agissant convenaolement sur le débit d'huile dans les brûleurs.
Si l'on employait, au lieu de brûleurs à huile, des brûleurs à charbon pulvérisé, un tel réglage rapide du débit de combustible,
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nécessaire dansjcertaines circonstances, serait également possible.
Or, il serait très désirable de pouvoir utiliser aussi, dans une centrale thermique du genre mentionné, des combustibles pon marché tels que charbon, tourbe etc. avec aussi peu de traitement pré- alable que possible. En effet, les frais de chauffage d'un ré- chauffeur à gaz pour une puissance donnée sont beaucoup plus élevés avec le chauffage à l'huile et au cnarbon pulvérisé qu'ils ne le seraient avec la combustion normale de charbon pour la production d'un même nombre de calories dans une chaudière à vapeur. Ceci -compromet l'économie de la centrale.
Pour une puissance constante, on pourrait aussi essayes de'brûler du charbon sur une grille et d'alimenter,avec les gaz de combustion ainsi obtenus, le réchauffeur à gaz dans le- quel il faut fournir au fluide moteur de la chaleur de l'extérieur.
Dans cette disposition, la grille, le foyer et les autres parties pourraient être avantageusement réunis en un ensemble avec le ré- chauffeur à gaz, comme dans la disposition à brûleurs et ainsi que est le cas dans les chaudières ordinaires à vapeur. Cependant, lorsqu'on fait varier rapidement le poids spécifique du fluide moteur en circulation, une telle combustion de charbon sur une grille ne permet pas de faire varier avec une vitesse correspon- dante le processus de la combustion, les températures de la grille et la chaleur de rayonnement.
Lors d'une diminution rapide du poids du fluide moteur en circulation, c'est-à-dire quand la centrale thermique doit faire face à une diminution de la charge, les sur- faces du réchauffeur à gaz et, par suite, le fluide moteur à chauf- fer s'échaufferaient momentanément beaucoup trop fortement, ce qui pourrait occasionner des endommagements du matériel et des explo- sions. Inversement, dans le cas d'une charge subite de la centrale thermique, c'est-à-dire quand le réchauffeur à gaz fait circuler un plus grand poids, il ne serait pas possible d'accroître le pro- cessus de combustion sur la grille dans une mesure correspondante.
Les températures dans le circuit fermé baisseraient, et l'augmen-
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tation voulue àe la capacité de cnare de la contrale nese mani- festerait pas. Il s'ensuit que pour des raison Side réglage, un foyer à brille sur laquelle on brûle du charbon ne se prête pas, contrairement aux centrales à vapeur, au fonctionnement de centra- les thermiques dans lesquelles le fluide moteur parcourt conti- nuellement un circuit fermé.
Le but visé par l'invention est de créer une instal- lation pour le chauffage du fluide moteur de centrales thermiques du type mentionné initialement, laquelle installation permet d'uti- liser comme source de chaleur du charbon brut, bon marché, sans qu'il faille s'accommoder des inconvénients d'un chauffage à grille qui viennent d'être décrits, et de l'impossibilité de s'adapter à des variations de chargo quelconques. A cet effet, la présente invention prévoit que le réchauffeur dans lequel le fluide moteur est chauffe est relié à un gazogène, et que la combustion des gaz fournis par ce dernier a lieu dans le réchauffeur. Le réglage du débit de gaz produit par le gazogéne s'y fait en fonction de la marche de la centrale thermique, de préférence en fonction de sa puissance fournie à l'extérieur.
Dans ce cas, le charbon est donc utilisé indirectement pour le chauffage du fluide moteur en ce qu'il est brûlé aans le gazogéne sur une grille en donnant du gaz de gazogène lequel est conduit aux brûleurs du réchauffeur à gaz de la centrale thermique où il est cornburé après avoir été mélangé à de l'air comourant secondaire. La chaleur ainsi produite est ensuite cédée à travers les surfaces d'échange de chaleur du ré- chaurieur à baz au fluide moteur parcourant le circuit fermé, dans une mesure nécessaire. Les gaz de combustion refroidis peuvent être évacués du récnauffeur à gaz par exemple au moyen d'un exhausteur.
Lorsqu'à un moment donné moins de chaleur par exemple est demandé au ci=cuit fermé parce que la demande de puissance extérieure baisse, il suffit de faire en sorte que moins de gaz est aspiré du gazogéne.
L'invention a l'effet technique avantageux qu'on peut @
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maintenant utiliser économiquement des combustibles bon marché, solides, tels que charbon brut, tourbe etc. pour le fonctionnement de centrales thermiques dans lesquelles le fluide moteur gazeux parcourt un circuit fermé et la charge est soumise à des fortes variations.
Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemple non limitatif et schématique- ment, sur le dessin annexé où:
La figure 1 montre une installation dans laquelle de l'air frais préchauffé par lesgaz sortant!du réchauffeur est intro- duit dans les brûleurs du réchauffeur, et
La figure 2 montre une installation dans laquelle de l'air frais préchauffé par les gaz sortant du réchauffeur est introduit dans le gazogène.
Dans un réchauffeur 1 il s'agit de chauffer un fluide moteur d'une centrale thermique, de préférence de l'air, parcourant un circuit fermé sous pression. Le chauffage proprement dit du fluide moteur s'effectue dans un échangeur de chaleur tubulaire 2 par lequel passent les gaz de combustion produits d'une manière décrite plus loin. Le chauffage du fluide moteur est poussé avanta- geusement dans le réchauffeur 1 au moins jusqu'à500 C. Le fluide moteur ainsi chauffé parvient, par une conduite 3, dans une turbine
4 où il se détent en fournissant du travail à une machine 5 qui peut être par exemple un alternateur.
La turbine 4 actionne en même temps un turbo-compresseur 6. Le fluide moteur détendu, sortant de la turbine 4, passe par une conduite 7 dans un échangeur de chaleur 8 formant appareil à contre-courant où il cède de la cha- leur au fluide moteur comprimé par le turoo-compresseur 6, ce fluide passant du compresseur 6 par une conduite 9 dans 1'échangeur de chaleur tubulaire 8.
Après avoir cédé de la chaleur dans l'échan- geur de chaleur 8, le fluide moteur détendu passe par une conduite
10 dans le compresseur 6, tandis que le fluide moteur à pression plus élevée, lequel a recu ae la chaleur dans l'échangeur de cha- leur 8, passe par une conduite 11 dans l'échangeur de chaleur @
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tubulaire 2 du récnauffeur 1. un gazogène 12 d'un type connu en soi reçoit de l'air frais par une conduite 17. Le gaz produit dans ce gazogéne passe par une conduite 14, dans laquelle est montée une soupape de réglage 15, dans un orûleur 16 lequel est alimenté en outre en air frais préchauffé dans une conduite 13.
Le mélange de gaz de gazogéne et d'air frais préchauffé est;' brûlé dans le ré- chauffeur 1 et fournit les baz de combustion nécessaires au chauf- fage du @luide moteur de la centrale thermique. Les gaz sortant du réchauffeur 1 passent par une conduite 18 dans un éehangeur de chaleur 19 où ils cèdent le reste de leur chaleur à l'air frais parcourant la conduite 13 vers le brûleur 16. Les gaz brûlés sortent de l'écnaneur de chaleur 19 par une conduite 21 dans laquelle est intercalé un exhausteur 22 à débit réglable. L'exhausteur 22 pro- auit, par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 19 et de la conduite 18, l'évacuation des gaz brûlé(du réchauffeur 1.
Par un réglage du décit de cet exhausteur 22 il est possible d'influencer @@ quantité de az proquite dans le gazogéne 12 ; en effet, la quan- tité d'air frais arrivant par la conduite 17 dans le gazogéne dé- pena de la marche de l'exhausteur 22, et l'on sait que la quantité de gaz produite dans un gazogène peut être modifiée en n'agissant que sur la quantité d'air passant par la grille à charbon. En outre-, la quantité de Gaz produite dans le gazogène 12 peut encore être réglée instantanément au moyen du dispositif de réglage 15 dans la conduite d'amenée 14 au brûleur 16 du réchauffeur 1.
Le réglage du débit de 1'exhausteur 22, ou l'ajustement du dispositif 15 peuvent s'effectuer par exemple automatiquement en fonction de la puissance extérieure fournie gar la centrale. orsque le réclame de la puissance fournie par la centrale thermiquelieu par modification du poids spécifique du flaide motsur en circulation, or¯ peut obtenir une dépendance auto- matique de la production de gaz de générateur du poids spécifique moteur du fluide/en circulation, par exemple en agissant, en fonction de ce poids spécifique, sur le fonctionnement de l'exhausteur 22 ou sur la soupape de réglage 15.
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La forme de réalisation représentée sur la figure 2 se distingue de celle premièrement décrite en ce que l'air frais, pré- chauffé dans un échangeur de chaleur 23 au moyen des gaz brûlés évacués du réchauffeur 24, n'est pas conduit au brûleur 27 du ré- chauffeur 24, mais par une conduite 26 dans le gazogène 25. Le gaz produit dans ce dernier passe par une conduite 28 comportant un dispositif de réglage 29 dans le brûleur 27 où il se mêle à l'air frais arrivant par une conduite 30 pour donner ainsi le mélange à brûler dans le réchauffeur 24.
Eventuellement, on peut n'utiliser qu'une partie de la chaleur résiduelle des gaz de combustion sortant du réchauffeur pour le préchauffage de l'air comburant nécessaire dans le gazo- gène ou dans le réchauffeur. Une partie de cette chaleur résiduelle peut aussi être utilisée dans un échangeur de chaleur secondaire pour fournir de la puissance, pour des besoins de chauffage etc.
Lorsqu'on n'attache pas une grande importance à l'économie ther- mique, on peut renoncer au préchauffage de l'air frais nécessaire par les gaz brûlés du réchauffeur. Dans un cas pareil, la chaleur des gaz sortant du réchauffeur peut être utilisée pour d'autres besoins de chauffage ou de préchauffage.
Au lieu d'un exhausteur aspirant d'abord de l'air frais à travers la grille du gazogène et ensuite les gaz produits à travers le réchauffeur, on peut aussi prévoir une soufflerie à débit réglable laquelle amène au gazogène l'air frais dont il a besoin, et refoule ensuite les gaz de gazogène produits et les gaz brûlés à travers le gazogène, le réchauffeur et, éventuellement, le préchauffeur.
Au lieu d'effectuer le réglage de la quantité de gaz produite par le gazogène en fonction de la puissance cédée par la centrale thermique à l'extérieur, on peut aussi l'effectuer en fonction d'une autre quantité ayant une relation avec le fonction- nement de cette centrale, par exemple en fonction de la pression ou d'une température à un point quelconque de la centrale. C'est
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ainsi qu'on pourrait aussi faire varier le débit de l'exhausteur ou de la soufflerie à adjoindre au gazogène en fonction de la température des parois de l'échangeur de chaleur'tabulaire du ré- chauffeur dans lequel le iluide moteur parcourant un circuit fermé doit recevoir indirectement de la chaleur de l'extérieur.
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Installation for heating the driving fluid of thermal power plants in which a gaseous driving fluid, preferably air, describes a closed circuit under pressure.
The invention relates to an installation for heating the motive fluid of thermal power stations in which a gaseous motive fluid, preferably air, constantly describes a closed circuit under pressure. In such plants, the motive fluid, heated by an indirect supply of heat from the outside, is allowed to relax by yielding power to the outside.
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either preferably in at least one turbine, to then bring it back again to a higher pressure, or preferably in at least one turbocompressor.
Unlike power plants comprising gas turbines with an open circuit of the driving fluid, the heating of the driving fluid is not carried out there by a direct combustion of fuels in the current of the driving fluid, but by transfer of heat to the driving fluid by an external source of heat through the walls.
In closed-circuit thermal power plants for the working fluid, the power supplied to the outside can be regulated in a simple manner by varying, at constant temperature, the specific weight of the working fluid in circulation, this variation being substantially proportional to the variation. power, which can be achieved by a corresponding temporary supply or withdrawal of motor fluid in or out of the circuit.
However, the modification, during a variation of the power supplied, of the specific weight of the circulating working fluid requires that the quantity of heat supplied from the outside be modified, that is to say regulated, simultaneously with the specific weight of the working fluid if one wants to avoid an exaggerated variation of the temperatures in the circuit and, consequently, a great danger for the various parts of the installation which already work, most often, at a high rate.
The amount of heat to be supplied from the outside to the working fluid can be produced, for example, by combustion of oil in a separate heater with the combustion gases passing over one side of the heat exchange surface of the gas heater and transferring their heat through this wall to the driving fluid.
Such an oil heater can be regulated relatively quickly by adjusting the oil flow rate in the burners.
If one employed, instead of oil burners, pulverized coal burners, such a rapid adjustment of the fuel flow,
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necessary in certain circumstances would also be possible.
However, it would be very desirable to be able also to use, in a thermal power station of the type mentioned, cheap fuels such as coal, peat etc. with as little pre-treatment as possible. Indeed, the heating costs of a gas heater for a given power are much higher with heating with oil and pulverized carbon than they would be with normal combustion of coal for the production of carbon. 'the same number of calories in a steam boiler. This compromises the economy of the plant.
For a constant power, one could also try to burn coal on a grate and to feed, with the combustion gases thus obtained, the gas heater in which it is necessary to supply the working fluid with heat from the gas. outside.
In this arrangement, the grate, the hearth and the other parts could advantageously be united in an assembly with the gas heater, as in the burner arrangement and as is the case in ordinary steam boilers. However, when the specific weight of the circulating working fluid is varied rapidly, such combustion of coal on a grate does not allow the combustion process, the temperatures of the grate and the heat to be varied with a corresponding speed. radiant heat.
When the weight of the circulating working fluid decreases rapidly, that is to say when the thermal power plant has to cope with a decrease in load, the surfaces of the gas heater and, consequently, the fluid The heating engine would temporarily heat up much too strongly, which could cause equipment damage and explosions. Conversely, in the event of a sudden load of the thermal power plant, i.e. when the gas heater circulates a greater weight, it would not be possible to increase the combustion process on the gas heater. grid in a corresponding measure.
The temperatures in the closed circuit would drop, and the increase
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The desired level of control capacity would not be evident. It follows that for side adjustment reasons, a fire pit on which coal is burned is not suitable, unlike steam power plants, for the operation of thermal power stations in which the motive fluid continuously travels through a circuit. closed.
The aim of the invention is to create an installation for heating the motive fluid of thermal power stations of the type initially mentioned, which installation makes it possible to use raw coal, inexpensive, as a source of heat, without having to it is necessary to come to terms with the drawbacks of a grid heater which have just been described, and of the impossibility of adapting to any variations in load. To this end, the present invention provides that the heater in which the working fluid is heated is connected to a gasifier, and that the combustion of the gases supplied by the latter takes place in the heater. The gas flow rate produced by the gasogen is adjusted there as a function of the operation of the thermal power station, preferably as a function of its power supplied to the outside.
In this case, the coal is therefore used indirectly for heating the motive fluid in that it is burned in the gasogen on a grid, giving gasifier gas which is led to the burners of the gas heater of the thermal power station where it is burnt. is curved after being mixed with secondary current air. The heat thus produced is then transferred through the heat exchange surfaces of the backheater to the working fluid flowing through the closed circuit, to the extent necessary. The cooled combustion gases can be removed from the gas heater, for example by means of an enhancer.
When at a given moment less heat for example is requested from the closed cooker because the demand for external power drops, it suffices to ensure that less gas is sucked from the gasogen.
The invention has the advantageous technical effect that one can @
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now economically using cheap, solid fuels, such as raw coal, peat etc. for the operation of thermal power stations in which the gaseous driving fluid runs through a closed circuit and the load is subjected to strong variations.
Embodiments of the subject of the invention are shown, by way of nonlimiting example and diagrammatically, in the accompanying drawing where:
Figure 1 shows an installation in which fresh air preheated by the gas exiting the heater is introduced into the heater burners, and
FIG. 2 shows an installation in which fresh air preheated by the gases leaving the heater is introduced into the gasifier.
In a heater 1, it is a question of heating a motor fluid of a thermal power station, preferably air, passing through a closed circuit under pressure. The actual heating of the working fluid takes place in a tubular heat exchanger 2 through which the combustion gases produced pass in a manner described below. The heating of the driving fluid is advantageously pushed into the heater 1 at least up to 500 C. The driving fluid thus heated arrives, via a pipe 3, in a turbine.
4 where it is relaxed by providing work to a machine 5 which may for example be an alternator.
The turbine 4 simultaneously actuates a turbo-compressor 6. The expanded working fluid, leaving the turbine 4, passes through a pipe 7 in a heat exchanger 8 forming a counter-current device where it gives off heat to the turbine. motive fluid compressed by the turbo-compressor 6, this fluid passing from the compressor 6 through a pipe 9 in the tubular heat exchanger 8.
After releasing heat into the heat exchanger 8, the expanded working fluid passes through a pipe
10 in the compressor 6, while the higher pressure working fluid, which has received the heat in the heat exchanger 8, passes through a line 11 in the heat exchanger @
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tubular 2 of the heater 1. a gasifier 12 of a type known per se receives fresh air via a pipe 17. The gas produced in this gasogen passes through a pipe 14, in which is mounted a control valve 15, in an orûleur 16 which is additionally supplied with preheated fresh air in a pipe 13.
The mixture of gas generator gas and preheated fresh air is; ' burnt in heater 1 and supplies the combustion baz necessary for heating the engine @ engine of the thermal power station. The gases leaving the heater 1 pass through a pipe 18 in a heat exchanger 19 where they give up the rest of their heat to the fresh air flowing through the pipe 13 towards the burner 16. The burnt gases leave the heat exchanger 19 by a pipe 21 in which is interposed an enhancer 22 with adjustable flow. The exhauster 22 produces, via the heat exchanger 19 and the pipe 18, the evacuation of the burnt gases (from the heater 1.
By adjusting the decit of this enhancer 22 it is possible to influence the quantity of az proquite in the gasogen 12; in fact, the quantity of fresh air arriving through line 17 into the gasifier depends on the operation of the exhauster 22, and it is known that the quantity of gas produced in a gasifier can be modified in n 'acting only on the quantity of air passing through the charcoal grill. Furthermore, the quantity of Gas produced in the gasifier 12 can still be instantly adjusted by means of the adjustment device 15 in the supply line 14 to the burner 16 of the heater 1.
The flow rate adjustment of the exhauster 22, or the adjustment of the device 15 can be carried out automatically, for example, as a function of the external power supplied to the unit. hen the demand for the power supplied by the thermal power station by modifying the specific weight of the circulating fluid, or¯ can obtain an automatic dependence of the generator gas production on the engine specific weight of the circulating fluid, for example by acting, depending on this specific weight, on the operation of the exhauster 22 or on the adjustment valve 15.
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The embodiment shown in Figure 2 differs from that first described in that the fresh air, preheated in a heat exchanger 23 by means of the flue gases discharged from the heater 24, is not led to the burner 27. heater 24, but via a pipe 26 in the gasifier 25. The gas produced in the latter passes through a pipe 28 comprising an adjustment device 29 in the burner 27 where it mixes with the fresh air arriving through a pipe 30 to thereby give the mixture to be burnt in the heater 24.
Optionally, only a part of the residual heat of the combustion gases leaving the heater can be used for preheating the combustion air required in the gasoline or in the heater. Part of this waste heat can also be used in a secondary heat exchanger to provide power, for heating needs etc.
If great importance is not attached to thermal economy, it is possible to dispense with the preheating of the fresh air required by the flue gases from the heater. In such a case, the heat of the gases leaving the heater can be used for other heating or preheating needs.
Instead of an exhaust fan first sucking fresh air through the gasifier grid and then the gases produced through the heater, it is also possible to provide a blower with an adjustable flow rate which brings the fresh air to the gasifier. needs, and then discharges the produced gasifier gases and the burnt gases through the gasifier, the heater and, optionally, the preheater.
Instead of adjusting the quantity of gas produced by the gasifier according to the power transferred by the thermal power station to the outside, it can also be adjusted according to another quantity having a relation with the function. - nement of this plant, for example according to the pressure or temperature at any point of the plant. This is
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so that the flow rate of the exhauster or of the blower to be added to the gasifier could also be varied as a function of the temperature of the walls of the heat exchanger tabular of the reheater in which the motor iluide traversing a closed circuit must receive heat indirectly from the outside.
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