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La présente invention concerne un procédé d'élimination des sels du fluide de travail de générateurs de vapeur à circulation forcée, en particulier fonctionnant sous une pression supérieure à la pression critique et dans lesquels une partie au moins des sels contenus dans le fluide de travail rest adhérente à la surface de chauffe de la zone de transformation., L'invention est caractérisée en ce que l'évacuation hors de la zone de transformation, des boues formées par les sels déposés s'effec- tue de temps en temps, tandis que le générateur de vapeur continue à fonc- tionner, au moyen d'un fluide de lavage et que, pendant ce temps, on fait passer le fluide de travail dans le générateur de vapeur en le faisant con- tourner la zone de transformation.
Il peut y avoir lieu d'éliminer les sels dans deux zones de transformation d'un générateur de vapeur et de maintenir la production de vapeur pendant l'évacuation des boues de sels d'une des zones de transformation, tandis que les sels se déposent dans l'autre zone de transformation. Il peut être aussi avantageux de dériver du circuit du fluide de travail, de préférence, le fluide de travail qui est nécessaire à l'évacuation des boues de sels déposés. De préférence le fluide de travail nécessaire à l'évacuation des boues de sels déposés peut être prélevé dans le préchauffeur du générateur de vapeur. Mais on peut aussi effectuer l'évacuation des boues de sels déposés au moyen d'un fluide de lavage introduit de l'extérieur.
Etant donné que l'eau qui sert de fluide de travail n'existe plus dans la zone des pressions supra-critiques qu'à l'état d'une phase unique, et que par suite en particulier dans la zone de la transformation, de la forme en gouttes à l'état de vapeur, les sels entraînés par le fluide de travail ne restent plus, comme dans l'état infra-critique, en majeure partie dans la phase liquide du fluide de travail, un séparateur d'eau du type courant ne peut plus servir à séparer les sels contenus dans l'eau d'alimentation.
En mettant à profit le fait que dans la zone d'un générateur de vapeur fonctionnant dans des conditions supra-critiques, dans laquelle s'effectue la transformation précitée, une fraction notable des sels contenus dans l'eau d'alimentation se dépose sur les surfaces de chauffe, on peut cependant réaliser une élimination efficace des sels, même dans la zone des pressions supra-critiques. Il suffit simplement à cet effet d'avoir soin que la zone de transformation, dans laquelle s'effectue la séparation des sels, soit reportée dans une surface de chauffe qui ne risque pas d'être endommagée par l'action de la chaleur ou du feu ou par l'accumulation de chaleur.
Il faut alors, à des intervalles de temps appropriés, éliminer par lavage les sels déposés sur des surfaces, par exemple chauffées séparément, du générateur de vapeur, et sur lesquelles le fluide de travail passe par l'état critique. A cet effet une solution connue consiste à interrompre complètement la production de vapeur et à refouler par une pompe le fluide de travail sous forme de fluide de lavage dans toute la chaudière jusqu'à ce que le lavage de la zone de transformation soit terminé. Il résulte de cette solution une longue interruption de la production de vapeur, qui pourrait à la rigeeus être admise dans une installation de chaudières peu importante, mais n'est supportable en aucune manière dans les grandes installations de production de vapeur, qui sont nécessaires dans les centrales de force motrice modernes.
L'invention a donc pour objet un moyen de remédier à ces difficultes ét d'évacuer les boues de sels déposés de la zone de transformation par un fluide de lavage, en maintenant le générateur de vapeur en service, tandis qu'on fait passer le fluide de travail dans le générateur de vapeur en le faisant contourner la zone de transformation.
D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-après avec le desssin schématique à l'appui, qui représente trois exemples de réalisation du dispositif convenant à l'application du procédé précité, et sur lequel:
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la fig. 1 représente soûs forme schématique la tuyauterie d'un générateur de vapeur à circulation forcée qui fonctionne avec une zoné.de transformation du fluide de travail, la fig. 2 représente un autre genre de tuyauterie et la fig. 3 représente sous forme schématique la tuyauterie d'un générateur de vapeur à circulation forcée qui fonctionne avec deux zones de transformation.
Les mêmes éléments des installations sont désignés par les..mêmes références sur les trois figures.
Suivant la fig. l, le fluide de travail liquide refoulé par une pompe 1 arrive en passant dans un préchauffeur 2 et un tuyau 3 dans un échangeur de chaleur 4 dans lequel le fluide de travail se transforme à l'état de vapeur. En sortant, le fluide de travail maintenant à l'état de vapeur passe par un tuyau 5 et une vanne à plusieurs voies 6 et arrive dans un surchauffeur 7. La vapeur qui s'y surchauffe passe par un tuyau 9 et arrive dans l'échangeur de chaleur dans lequel il chauffe à la température supra-critique le fluide qui y arrive par le tuyau 3 et est déjà préchauffé. Pendant que se produisent ces phénomènes, les sels contenus dans le fluide de travail se déposent sur les surfaces de chauffages de l'échangeur de chaleur.
La vapeur surchauffée sort alors de l'échangeur de chaleur par un tuyau 10 et arrive en passant dans un dernier surchauffeur 11 aux points d'utilisation non représentés.
Si les sels se sont déposés dans l'échangeur de chaleur au point d'en rendre nécessaire l'évacuation sous forme de boues, on établit en manoeuvrant la vanne à plusieurs voies 6 la communication avec la conduite de dérivation 8 en empêchant ainsi le fluide de travail de passer dans l'échangeur de chaleur et dans le tuyau 5. Le fluide de travail arrive maintenant directement du préchauffeur 2 par le tuyau 8 dans le surchauffeur 7, dans lequel il se transforme et d'où il sort en passant par un tuyau de communication 13 qui comporte un organe de fermeture 12 maintenant ouvert, pour arriver dans le dernier surchauffeur 11 et de là aux points d'utilisation.
Le générateur de vapeur continue donc à fonctionner sans interruption, tandis que la séparation des sels du fluide moteur s'interrompt temporairement jusqu'à ce que les sels séparés dans la zone de transformation de l'échangeur de chaleur en aient été évacués sous forme de boues. Pour effectuer cette évacuation, on dispose entre l'échangeur de chaleur 4 et la vanne à plusieurs voies 6, un tuyau d'évacuation des boues 14 qui part du tuyau 5 et comporte un organe de fermeture 15. En-réglant d'une manière appropriée la section de passage de cet organe de fermeture 15 on peut faire passe dans'l'échangeur de chaleur 4 une fraction du fluide de travail refoulé par la pompe 1, y dissoudre les sels qui s'y sont séparés et les entraîner sous forme de boues par le tuyau 14.
Une fois l'évacuation des boues terminée, on fait de nouveau passer le fluide de travail dans la zone de transformation de l'échangeur de chaleur, pour en séparer les sels qu'il contient, en changeant la position de la vanne à voies multiples 6 et en fermant les organes de fermeture 12 et 15. Etant donné que le temps nécessaire à l'évacuation des boues est relativement court, les dépôts de sels ne sont pas à craindre pendant ce temps dans le surchauffeur, dans lequel le fluide moteur se transforme et qui constitue une zone de transformation, au lieu de'l'échangeur de chaleur, en particulier si on conduit le feu d'une manière appropriée. Les fonctions de la vanne à voies multiples peuvent évidemment être remplies par d'autres organes de fermeture appropriés, quiéquipent éventuellement les divers- tuyaux.
La fig. 2 représente une variante de l'installation de production de vapeur de la fig. l.Les tuyaux 3 et 5 qui communiquent avec la zone de transformation de l'échangeur de chaleur 4 peuvent être soustraits à la circulation du fluide de travail au moyen d'organes de fermeture 16 et 17.
Le tuyau de dérivation 8 de l'échangeur de chaleur comporte un organe de fermeture 18. Le chauffage de la zone de transformation s'effectue par les
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tuyaux 9 et 10. Le fluide de lavage des sels déposés dans la zone de trans- formation y arrive par un tuyau 20 qui comporte un organe de fermeture 19 et il en sort par le tuyau 14 qui comporte l'organe de fermeture 15.'Alors que suivant la fig. 1 le fluide de lavage est prélevé en un point approprié du préchauffeur, le fluide de lavage de la fig. 2 est prélevé dans le éir- cuit du fluide de travail en un autre point convenant à cet effet. On peut aussi faire usage d'un fluide de lavage ne provenant pas du circuit du flui- de de travail servant à la production de vapeur.
Il convient de choisir pour le lavage et l'évacuation des boues une eau préchauffée à une tempéra- ture aussi élevée que possible pour éviter de refroidir inutilement l'échan- geur de chaleur.
La fig. 3 représente une installation de production de vapeur dans laquelle les sels contenus dans le fluide de travail se déposent dans deux zones de transformation. En manoeuvrant des vannes d'une manière ap- propriée, on peut faire en sorte que les sels contenus dans le fluide de travail se déposent dans une zone de transformation, tandis que les sels qui se sont déposés dans l'autre zone de transformation en sont évacués sous forme de boues, en ne donnant lieu à aucune interruption de service du générateur de vapeur avec du fluide moteur débarrassée sels.
Par exemple, s'il s'agit de laver les surfaces de l'échangeur de chaleur 4 chauffées au moyen des tuyaux 9 et 10 comportant des organes de fermeture 21 et 22 et sur lesquelles une quantité de sels suffisante s'est déposée, on évacue sous forme de boue par le tuyau 14, après avoir fermé les organes de fermeture 21 et 22 ainsi que le dispositif de fermeture 17 et ouvert d'une manière ap- propriée les organes de fermeture 15 et 16, les sels qui se sont déposés dans ]:.9 échangeur de chaleur 4, au moyen d'une fraction du fluide de travail passant dans le générateur de vapeur, prélevée dans le préchauffeur 2.
Pen- dant ce temps, le fluide de travail passe du préchauffeur 2 par le tuyau 3', dont l'organe de fermeture 16' est ouvert dans l'échangeur de chaleur 4' et par le tuyau 5', dont l'organe de fermeture 17' est ouvert, dans le surchauf- feur 7. En-en sortant, il passe à l'état surchauffé sous forme de flue de chauffage par l'organe de fermeture 21' ouvert et le tuyau 9' dans l'chan- geur de chaleur 4' d'oû il arrive en passant par le tuyau 10' et l'organe de fermeture 22' ouvert dans le dernier surchauffeur 11, puis au .points d'uti- lisation non représentés. Les organes de fermeture 19' du tuyau 20' du flui- de de lavage, ainsi que l'organe de fermeture 15' du tuyau d'évacuation des boues 14' restent fermés.
S'il s'agit d'évacuer les boues de la zone de- transformation qui se trouve dans l'échangeur de chaleur 4, on interrompt l'arrivée du fluide de travail dans cette zone en fermant l'organe 16'. De même on ferme les organes 17', 21 et 22', on refoule par la pompe dans la zone de transformation le fluide de lavage par le tuyau 20', l'organe 19' étant ouvert, et on évacue les- boues de sels par le tuyau.14' dont l'organe de fermeture 15' est ouvert. Pendant que s'effectue l'évacuation des boues de l'échangeur de chaleur 4', le fluide de travail se débarrasse de ses sels dans l'échangeur de chaleur 4, les organes 16, 17, 21 et 22 étant ouverts et l'organe 15 étant fermé.
La mise en circuit alternative des échangeurs de chaleur avec les zones de transformation qui s'y trouvent dans le circuit du fluide de travail permet ainsi de faire fonctionner le générateur de va- peur sans interruption avec du fluide de travail débarrassé de ses sels.
Pour des raisons d'opportunité, la zone de transformation des exemples représentés se trouve en dehors du générateur de vapeur proprement dit. Il,est important en ce qui concerne sa position qu'elle ne risque pas de s'endommager sous l'action du feu ou du rayonnement. On peut aussi envi- sager de la disposer à l'intérieur du générateur de vapeur par exemple dans le carneau des fumées, en prenant des précautions appropriées. Le chauffage de la zone de transformation s'effectue alors, suivant les conditions exis- tantes, de la manière la plus avantageuse comme l'indique la fige 2, par les tuyaux9 et 10.
Le chauffage de la zone de transformation peut aussi s'effec- tuer évidemment par d'autres moyens spéciaux appropriés, quoique le chauffa- ge par le fluide de travail débarrassé de ses sels, suivant 1 'invention, soit
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lui-même très avantageux. Il peut aussi y avoir lieu d'augmenter l'étendue des surfaces chauffées de l'échangeur de chaleur, sur lesquelles les sels à évacuer se déposent, par des moyens appropriés de préférence par des nervures. Pour appliquer le procédé suivant l'invention, le meilleur moyen consiste à employer des échangeurs de chaleur tubulaires. Les organes de fermeture peuvent consister en des vannes ou tiroirs qui réalisent une fermeture complète ou une réduction de section de passage.
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The present invention relates to a process for removing salts from the working fluid of forced circulation steam generators, in particular operating at a pressure above the critical pressure and in which at least part of the salts contained in the working fluid remain. adherent to the heating surface of the transformation zone. The invention is characterized in that the evacuation from the transformation zone of the sludge formed by the deposited salts takes place from time to time, while the steam generator continues to operate, by means of a washing fluid and during this time the working fluid is passed through the steam generator, bypassing it the transformation zone.
It may be necessary to remove the salts in two processing zones of a steam generator and to maintain the production of steam during the removal of the salt sludge from one of the processing zones, while the salts are deposited. in the other processing zone. It may also be advantageous to derive from the working fluid circuit, preferably the working fluid which is necessary for the removal of the salt sludge deposited. Preferably, the working fluid necessary for removing the deposited salt sludge can be taken from the preheater of the steam generator. But it is also possible to remove the salt sludge deposited by means of a washing fluid introduced from the outside.
Given that the water which serves as the working fluid no longer exists in the zone of supra-critical pressures except in the state of a single phase, and that consequently in particular in the zone of transformation, of the drop form in the vapor state, the salts entrained by the working fluid no longer remain, as in the infra-critical state, mainly in the liquid phase of the working fluid, a water separator of the common type can no longer be used to separate salts from feed water.
By taking advantage of the fact that in the zone of a steam generator operating under supra-critical conditions, in which the aforementioned transformation takes place, a significant fraction of the salts contained in the feed water is deposited on the heating surfaces, however, effective elimination of salts can be achieved, even in the area of supra-critical pressures. It suffices for this purpose to take care that the transformation zone, in which the separation of the salts takes place, is transferred to a heating surface which does not risk being damaged by the action of heat or fire or heat build-up.
It is then necessary, at appropriate time intervals, to wash off the salts deposited on surfaces, for example separately heated, of the steam generator, and on which the working fluid passes through the critical state. To this end, a known solution consists in completely interrupting the production of steam and in pumping the working fluid in the form of washing fluid through the entire boiler until the washing of the transformation zone is finished. The result of this solution is a long interruption of the production of steam, which could at times be allowed in a small boiler installation, but is in no way bearable in large steam production installations, which are necessary in modern motive power plants.
The object of the invention is therefore a means of overcoming these difficulties and of removing the salt sludge deposited from the transformation zone by a washing fluid, while maintaining the steam generator in service, while the working fluid in the steam generator bypassing the transformation zone.
Other characteristics of the invention will emerge from the detailed description which is given below with the supporting schematic drawing, which represents three embodiments of the device suitable for the application of the aforementioned method, and on which:
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fig. 1 shows a schematic form of the piping of a forced circulation steam generator which operates with a working fluid transformation zone, FIG. 2 shows another type of piping and FIG. 3 shows in schematic form the piping of a forced circulation steam generator which operates with two transformation zones.
The same elements of the installations are designated by the same references in the three figures.
According to fig. 1, the liquid working fluid delivered by a pump 1 arrives passing through a preheater 2 and a pipe 3 in a heat exchanger 4 in which the working fluid is transformed into the vapor state. On leaving, the working fluid, now in the vapor state, passes through a pipe 5 and a multi-way valve 6 and arrives in a superheater 7. The vapor which overheats there passes through a pipe 9 and arrives in the heat exchanger in which it heats to the supra-critical temperature the fluid which arrives there through pipe 3 and is already preheated. While these phenomena occur, the salts contained in the working fluid are deposited on the heating surfaces of the heat exchanger.
The superheated steam then leaves the heat exchanger through a pipe 10 and arrives passing through a last superheater 11 at the points of use not shown.
If the salts are deposited in the heat exchanger to the point of making it necessary to discharge it in the form of sludge, by operating the multi-way valve 6, communication with the bypass line 8 is established, thus preventing the fluid working fluid to pass through the heat exchanger and into pipe 5. The working fluid now arrives directly from preheater 2 through pipe 8 into superheater 7, in which it is transformed and from where it exits through a communication pipe 13 which comprises a closure member 12 now open, to arrive in the last superheater 11 and from there to the points of use.
The steam generator therefore continues to operate without interruption, while the separation of salts from the working fluid is temporarily interrupted until the salts separated in the transformation zone of the heat exchanger have been discharged from it in the form of sludge. To carry out this evacuation, there is placed between the heat exchanger 4 and the multi-way valve 6, a sludge evacuation pipe 14 which starts from the pipe 5 and comprises a closure member 15. By adjusting in a manner suitable for the passage section of this closure member 15, it is possible to pass a fraction of the working fluid discharged by the pump 1 through the heat exchanger 4, to dissolve therein the salts which have separated therein and to entrain them in the form of of sludge through the pipe 14.
Once the sludge evacuation is complete, the working fluid is again passed through the transformation zone of the heat exchanger, to separate the salts it contains, by changing the position of the multiple-way valve 6 and by closing the closure members 12 and 15. Since the time required for the sludge to discharge is relatively short, salt deposits are not to be feared during this time in the superheater, in which the working fluid is collected. transforms and which constitutes a transforming zone, instead of the heat exchanger, especially if the fire is conducted in an appropriate manner. The functions of the multiple-way valve can of course be fulfilled by other suitable shut-off members, which optionally equip the various pipes.
Fig. 2 shows a variant of the steam production installation of FIG. 1. The pipes 3 and 5 which communicate with the transformation zone of the heat exchanger 4 can be withdrawn from the circulation of the working fluid by means of closing members 16 and 17.
The bypass pipe 8 of the heat exchanger comprises a closure member 18. The transformation zone is heated by means of
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pipes 9 and 10. The fluid for washing the salts deposited in the transformation zone arrives there through a pipe 20 which comprises a closure member 19 and leaves it through the pipe 14 which comprises the closure member 15. ' While according to fig. 1 the washing fluid is taken from a suitable point of the preheater, the washing fluid of FIG. 2 is taken from the working fluid circuit at another point suitable for this purpose. It is also possible to use a washing fluid which does not come from the circuit of the working fluid serving for the production of steam.
Preheated water to as high a temperature as possible should be chosen for washing and sludge disposal to avoid unnecessary cooling of the heat exchanger.
Fig. 3 shows a steam production installation in which the salts contained in the working fluid are deposited in two transformation zones. By operating valves in a proper manner, it is possible to ensure that the salts contained in the working fluid are deposited in one transformation zone, while the salts which are deposited in the other transformation zone in are evacuated in the form of sludge, giving rise to no interruption of service of the steam generator with the motive fluid freed from salts.
For example, if it is a question of washing the surfaces of the heat exchanger 4 heated by means of the pipes 9 and 10 comprising closure members 21 and 22 and on which a sufficient quantity of salts has deposited, it is discharges in the form of sludge through the pipe 14, after having closed the closure members 21 and 22 as well as the closure device 17 and properly opened the closure members 15 and 16, the salts which have settled in] :. 9 heat exchanger 4, by means of a fraction of the working fluid passing through the steam generator, taken from the preheater 2.
During this time, the working fluid passes from the preheater 2 through the pipe 3 ', the closure member 16' of which is open in the heat exchanger 4 'and through the pipe 5', the control member of which is open. closure 17 'is open, in the superheater 7. On exiting, it goes into the superheated state in the form of a heating flow by the closure member 21' open and the pipe 9 'in the chan- heat generator 4 'from which it arrives passing through the pipe 10' and the closing member 22 'opened in the last superheater 11, then at the points of use not shown. The closure members 19 'of the hose 20' of the washing fluid, as well as the closure member 15 'of the sludge discharge pipe 14' remain closed.
If it is a question of evacuating the sludge from the transformation zone which is located in the heat exchanger 4, the arrival of the working fluid in this zone is interrupted by closing the member 16 '. Likewise, the members 17 ', 21 and 22' are closed, the washing fluid is delivered by the pump into the transformation zone through the pipe 20 ', the member 19' being open, and the salt sludge is evacuated. by the pipe. 14 'whose closure member 15' is open. While the sludge is evacuated from the heat exchanger 4 ', the working fluid gets rid of its salts in the heat exchanger 4, the members 16, 17, 21 and 22 being open and the member 15 being closed.
The alternating circuiting of the heat exchangers with the transformation zones located therein in the working fluid circuit thus makes it possible to operate the steam generator without interruption with working fluid freed from its salts.
For reasons of expediency, the transformation zone of the examples shown is located outside the steam generator proper. It is important with regard to its position that it does not risk being damaged by the action of fire or radiation. It is also possible to envisage placing it inside the steam generator, for example in the flue gas pipe, by taking appropriate precautions. The heating of the transformation zone is then carried out, according to the existing conditions, in the most advantageous manner as shown in figure 2, by pipes 9 and 10.
The heating of the transformation zone can of course also be effected by other suitable special means, although the heating by the working fluid freed from its salts, according to the invention, is either
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itself very advantageous. It may also be necessary to increase the extent of the heated surfaces of the heat exchanger, on which the salts to be removed are deposited, by suitable means, preferably by ribs. To apply the process according to the invention, the best way is to use tubular heat exchangers. The closure members can consist of valves or drawers which achieve complete closure or a reduction in the passage section.