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La présente invention concerne une installation à turbine à gaz pour la récupération et l'utilisation de la chaleur contenue dans un fluide chaud se présentant par intermittence, notamment dans des gaz d'évacuation.
Dans les installations industrielles, notamment dans les acié- ries, il se peut que des gaz d'évacuation se présentent par intermittence à la suite d'une réaction périodique. Si le fluide de travail d'une turbine à gaz est chauffé avec des gaz d'évacuation de ce genre, la capacité d'accumu- lation des échauffeurs et échangeurs de chaleur ne suffit généralement pas à maintenir le fonctionnement pendant les intervalles de travail. Dès que le gaz chaud n'arrive plus la température du fluide de travail s'abaisse ra- pidement, ce qui a pour conséquence non seulement une réduction rapide de la puissance, mais également des contraintes défavorables imposées aux orga- nes de la turbine.
Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients. Dans une installation à turbine à gaz du genre précité, ceci est obtenu par le fait que le fluide chaud transmet sa chaleur,dans un échauffeur à travers des parois, au fluide de travail de l'installation à turbine à gaz, tandis qu'entre l'entrée du fluide de travail dans l'échauffeur et l'entrée du flui- de de travail dans la turbine est prévu un accumulateur complémentaire de chaleur en échange permanent avec le fluide de travail et qui intervient pen- dent les périodes d'arrêt de l'arrivée du fluide chauffant pour céder au fluide de travail la chaleur nécessaire au fonctionnement de l'installation.
Cet accumulateur de chaleur peut être intercalé par exemple dans l'échauffeur entre le fluide chaud et le fluide de travail. Un agencement avantageux de l'installation à turbine à gaz consiste également à intercaler entre l'échauffeur et la turbine un accumulateur de chaleur que traverse le fluide de travail.
Le dessin annexé représente schématiquement deux modes de réalisation de l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre une installation à turbine à gaz comportant un accumulateur de chaleur distinct.
La fig. 2 montre une installation à turbine à gaz dans laquelle un accumulateur complémentaire est incorporé à l'échauffeur.
Dans les installations à turbine à gaz que montrent les figs.
1 et 2,le fluide de travail circule en circuit fermé. Le fluide de travail comprimé et chauffé se détend dans une turbine 12 passe ensuite dans un échan- geur de chaleur 2 et dans un réfrigérant 3 pour etre finalement ramené à une pression plus élevée dans un compresseur 4. Le fluide de travail comprimé est ensuite chauffé préalablement par le fluide de travail sortant de la turbine. La puissance utile est transmise à un alternateur 5.
Dans l'installation que montre la fig. 1, le fluide de travail comprimé et préalablement chauffé entre en un point 6 dans un échauffeur 7, dans lequel il est chauffé par un fluide chaud se présentant par intérim, t- tence, par exemple par des gaz d'évacuation, en circulant dans un serpentin tubulaire 8. Les gaz d'évacuation entrent par une tubulure 9 dans l'échauffeur et en sortent par une tubulure 10. Le fluide chaud transmet sa chaleur au fluide de travail à travers la paroi du serpentin tubulaire 8.
Entre le point d'entrée 6 du fluide de travail dans l'échauffeur et son point d'entrée dans la turbine 1 est prévu un accumulateur complémen- taire de chaleur. Celui-ci est constitué par un accumulateur de chaleur 11 intercalé entre l'échauffeur 7 et la turbine 1 et dans lequel la garniture d'accumulation 12 présente des canaux 13 pour le passage du fluide de travail.
Tant que le fluide chaud traverse l'échauffeur 7, celui-ci transmet la chaleur au fluide de travailo Toutefois, avant son entrée dans la turbine 1, ce fluide de travail cède une partie de sa chaleur à l'accumula-
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teur 11. Pendant les arrêts de l'arrivée du fluide chaud, l'accumulateur retransmet au contraire au fluide de travail la chaleur nécessaire au fonctionnement de l'installation à turbine à gaz. En choisissant convenablement les proportions de l'accumulateur on peut obtenir que les variations de la température du fluide de travail restant relativement faibles à l'entrée de la turbine, par exemple dans des limites inférieures à 50 C. L'installation peut alors être conçue de façon que la turbine fonctionne avec une température d'entrée ne variant qu'entre 625 et 675 c.
L'accumulateur de chaleur peut être également construit d'une autre manière appropriée. On peut faire circuler le fluide de travail dans les intervalles d'éléments empilés, par exemple de briques. La garniture d'accumulation peut même être constituée par des éléments métalliques résistant à la chaleur.
La fig. 1 montre également un dispositif permettant de modifier le niveau de pression dans le circuit du fluide de travail. A cet effet, on utilise d'une part un compression 15 actionné par un moteur 14 qui aspire l'air extérieur par un conduit 16 pour le refouler par un conduit 17 à clapet de retenue 18 et par un conduit 19 dans le circuit fermé au point 20, en vue de l'élévation du niveau de pression. On peut au contraire abaisser ce niveau de pression en laissant échapper de l'air par un conduit 22 dans lequel est intercalé un obturateur 21. Grâce à ce dispositif il est possible de régler le niveau de pression du circuit de façon que la puissance fournie par l'installation reste constante malgré les variations de la température du fluide de travail.
Lorsque la température s'abaisse il est nécessaire d'élever le niveau de pression, lorsque la température s'élève il est au contraire nécessaire d'abaisser le niveau de pression.
L'injection ou l'évacuation du fluide de travail peut également avoir lieu automatiquement en fonction de la température du fluide de travail, de façon qu'un rapport déterminé soit maintenu entre le niveau de pression et la température. D'autre part, un appareil mesurant la puissance fournie par l'installation peut agir directement sur le réglage du niveau de pression. Il est également possible de combiner les deux modes de réglage,le premier pouvant servir au réglage d'approche et le deuxième au réglage de précision.
Dans l'installation que montre la fig. 2, le fluide de travail comprimé et chauffé préalablement entre en 23 dans un échauffeur 24. A l'intérieur de cet échauffeur, le fluide circule dans des tubes 25 noyés dans une garniture d'accumulation 26.
Le fluide chaud qui se présente par intermittence entre en haut par une tubulure 27 dans l'échauffeur, passe dans des canaux 28 traversant la garniture d'accumulation et sort de l'échauffeur par une tubulure 29. La garniture d'accumulation 26 est donc interposée entre le fluide chaud passant dans les canaux 26. et le fluide de travail passant dans les tubes 25.
Le fluide chaud transmet sa chaleur à travers la garniture d'ac- cumlation 26 et à travers la paroi des tubes 25 au fluide de travail. Pendant la période de chauffage, une partie de la chaleur est retenue par la garniture d'accumulation. Dès que le fluide chaud cesse d'arriver, cette chaleur retenue est à son tour transmise au fluide de travail, de sorte que celui-ci continue de recevoir la chaleur nécessaire au fonctionnement de l'installation à turbine à gaz.
Lorsque le fluide de travail circule en circuit fermé, la turbine à gaz peut fonctionner d'une manière connue en soi avec de l'air ou un autre gaz. Cependant l'installation à turbine à gaz selon l'invention peut également fonctionner en circuit ouvert avec de l'air. Un compresseur aspire alors l'air extérieur et le refoule éventuellement après un chauffage préalable dans un échangeur à travers un échauffeur dans lequel il est chauffé par la chaleur du fluide chaud transmise à travers les parois.Après
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la détente dans la turbine,l'air est évacué à l'atmosphère directement ou indirectement après son passage dans l'échangeur de chaleur s'il est prévuo Les deux cas offrent l'avantage qu'un fluide de travail pur circule dans le circuit de travail.
REVENDICATIONS.
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The present invention relates to a gas turbine installation for the recovery and use of the heat contained in a hot fluid which occurs intermittently, in particular in exhaust gases.
In industrial plants, especially steel plants, flue gases may occur intermittently as a result of a periodic reaction. If the working fluid of a gas turbine is heated with such exhaust gases, the storage capacity of the heaters and heat exchangers is generally insufficient to maintain operation during the working intervals. As soon as the hot gas no longer arrives, the temperature of the working fluid drops rapidly, which results not only in a rapid reduction in power, but also in unfavorable stresses imposed on the parts of the turbine.
The aim of the invention is to remedy these drawbacks. In a gas turbine installation of the aforementioned type, this is achieved by the fact that the hot fluid transmits its heat, in a heater through walls, to the working fluid of the gas turbine installation, while between the entry of the working fluid into the heater and the entry of the working fluid into the turbine is provided with an additional heat accumulator in permanent exchange with the working fluid and which intervenes during periods of shutdown the arrival of the heating fluid to transfer to the working fluid the heat necessary for the operation of the installation.
This heat accumulator can be interposed for example in the heater between the hot fluid and the working fluid. An advantageous arrangement of the gas turbine installation also consists in interposing between the heater and the turbine a heat accumulator through which the working fluid passes.
The appended drawing schematically represents two embodiments of the object of the invention.
Fig. 1 shows a gas turbine installation comprising a separate heat accumulator.
Fig. 2 shows a gas turbine installation in which an additional accumulator is incorporated in the heater.
In the gas turbine installations shown in figs.
1 and 2, the working fluid circulates in a closed circuit. The compressed and heated working fluid expands in a turbine 12 then passes through a heat exchanger 2 and a condenser 3 to be finally brought back to a higher pressure in a compressor 4. The compressed working fluid is then heated. previously by the working fluid leaving the turbine. The useful power is transmitted to an alternator 5.
In the installation shown in fig. 1, the compressed and previously heated working fluid enters at a point 6 in a heater 7, in which it is heated by a hot fluid acting as an interim, t- tence, for example by exhaust gases, circulating in a tubular coil 8. The exhaust gases enter through a pipe 9 into the heater and exit through a pipe 10. The hot fluid transmits its heat to the working fluid through the wall of the tubular coil 8.
Between the point of entry 6 of the working fluid into the heater and its point of entry into the turbine 1 is provided an additional heat accumulator. This consists of a heat accumulator 11 interposed between the heater 7 and the turbine 1 and in which the accumulation lining 12 has channels 13 for the passage of the working fluid.
As long as the hot fluid passes through the heater 7, the latter transmits the heat to the working fluid. However, before entering the turbine 1, this working fluid gives up part of its heat to the accumulator.
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On the other hand, during stoppages in the hot fluid supply, the accumulator transmits back to the working fluid the heat necessary for the operation of the gas turbine installation. By suitably choosing the proportions of the accumulator it is possible to obtain that the variations in the temperature of the working fluid remaining relatively small at the inlet of the turbine, for example within limits below 50 C. The installation can then be designed so that the turbine operates with an inlet temperature varying only between 625 and 675 c.
The heat accumulator can also be constructed in another suitable way. The working fluid can be made to circulate in the intervals of stacked elements, for example bricks. The accumulation lining can even consist of heat-resistant metallic elements.
Fig. 1 also shows a device for modifying the pressure level in the working fluid circuit. For this purpose, on the one hand, a compression 15 is used, actuated by a motor 14 which sucks in the outside air through a duct 16 to deliver it through a duct 17 with a check valve 18 and via a duct 19 in the closed circuit at the point 20, with a view to raising the pressure level. On the contrary, this pressure level can be lowered by allowing air to escape through a duct 22 in which a shutter 21 is interposed. Thanks to this device, it is possible to adjust the pressure level of the circuit so that the power supplied by the installation remains constant despite variations in the temperature of the working fluid.
When the temperature drops it is necessary to raise the pressure level, when the temperature rises it is on the contrary necessary to lower the pressure level.
The injection or discharge of the working fluid can also take place automatically as a function of the temperature of the working fluid, so that a determined relationship is maintained between the pressure level and the temperature. On the other hand, a device measuring the power supplied by the installation can act directly on the pressure level adjustment. It is also possible to combine the two adjustment modes, the first being used for approach adjustment and the second for fine adjustment.
In the installation shown in fig. 2, the compressed and previously heated working fluid enters at 23 a heater 24. Inside this heater, the fluid circulates in tubes 25 embedded in an accumulation lining 26.
The hot fluid which is present intermittently enters the top through a pipe 27 into the heater, passes through channels 28 passing through the accumulation lining and leaves the heater through a pipe 29. The accumulation lining 26 is therefore interposed between the hot fluid passing through the channels 26. and the working fluid passing through the tubes 25.
The hot fluid transmits its heat through the storage liner 26 and through the wall of the tubes 25 to the working fluid. During the heating period, part of the heat is retained by the storage lining. As soon as the hot fluid stops arriving, this retained heat is in turn transmitted to the working fluid, so that the latter continues to receive the heat necessary for the operation of the gas turbine installation.
When the working fluid circulates in a closed circuit, the gas turbine can operate in a manner known per se with air or another gas. However, the gas turbine installation according to the invention can also operate in an open circuit with air. A compressor then sucks in the outside air and if necessary delivers it after preheating in an exchanger through a heater in which it is heated by the heat of the hot fluid transmitted through the walls.
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expansion in the turbine, the air is discharged to the atmosphere directly or indirectly after it has passed through the heat exchanger if provided o Both cases offer the advantage that a pure working fluid circulates in the circuit of work.
CLAIMS.