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La présente invention concerne un procédé destiné à déconnec- ter provisoirement du réseau une génératrice actionnée par une installation d'énergie à vapeur qui possède une chaudière à circulation forcée avec au moins deux systèmes tubulaires montés en parallèle, chauffés indépendamment chacun par un foyer et présentant chacun une partie formant évaporateur et une partie formant surchauffeur, et dont l'installation de turbines est ré- partie en trois étages de détente avec, chaque fois, un surchauffeur inter- médiaire intercalé, le surchauffeur intermédiaire à haute pression se trouvant entre le premier et le deuxième étage étant chauffé par un premier foyer et le surchauffeur intermédiaire à basse pression se trouvant entre le deuxième et le troisième étage étant chauffé par le second foyer.
L'invention concerne en outre une installation d'énergie à vapeur pour l'exécution du procédé.
Les chaudières à vapeur à deux chambres de combustion sont destinées en général à de grandes puissances. Dans des installations de ce genre, les surchauffeurs intermédiaires doivent être placés dans une zone de température élevée, c'est-à-dire le plus près possible des chambres de combustion, afin qu'une quantité de chaleur suffisamment grande puisse être amenée à la vapeur à surchauffer. Mais. si les surchauffeurs intermédiaires sont montés au voisinage des chambres de combustion, il faut qu'ils soient refroidis par un courant de vapeur qui les traverse pendant l'allumage des chambres de combustion ou que le chauffage soit assez faible pour que les surchauffeurs ne puissent subir aucun dommage.
Les génératrices électriques doivent parfois être déconnectées du réseau, par exemple en raison de court-circuit, de mise à la terre accidentelle ou autres perturbations. Dans les machines motrices à vapeur qui actionnent de telles génératrices, la soupape de fermeture rapide se ferme immédiatement après car, sans cela, la turbine s'emballerait après la suppression'de la charge.
Sans doute, toute l'installation peut - elle être arrêtée jusqu'à ce que le défaut soit éliminé ; mais comme, à cause de l'ir- régularité du refroidissement à l'intérieur des turbines, il faut d'abord ', attendre le complet refroidissement de celles-ci et ne remettre ensuite que lentement toute l'installation en pleine marche, il n'est possible de reconnecter la génératricequ'au bout de 12 à 24 heures au plus tôt. Cet intervalle de temps comparé au temps nécessaire à l'éliminer du défaut qui peut exiger une demi-heure au moins encore est inadmissible.
Une autre possibilité consiste à étrangler suffisamment l'arrivée de la vapeur au moyen de la soupape de fermeture rapide pour que la turbine continue à marcher à sa vitesse angulaire nominale et actionne encore le cas échéant les machines auxiliaires. Comme il serait anti-économi- que, dans ces grandes installations, de laisser échapper toute la vapeur résiduelle ou de la ramener au condenseur pendant une assez longue période de temps en contournant la turbine, il faut réduire la puissance du chauffage et la quantité d'eau d'alimentation. La puissance du chauffage doit être suffisamment abaissée pour que les surchauffeurs intermédiaires qui ne sont refroidis que par une petite quantité de vapeur ne subissent pas de dommages.
Mais la quantité d'eau d'alimentation ne peut pas être diminuée dans la même mesure, une vitesse minimum de l'agent de fonctionnement étant nécessaire dans les tubes. La vapeur-pénétrant dans la turbine a donc une température moindre qu'en marche normale. De ce fait, les turbines sont donc refroidies non seulement par émission de chaleur vers l'extérieur mais encore par la vapeur plus froide. Il se produit alors également un refroidissement irrégulier de sorte qu'il faut bientôt arrêter la turbine car elle se détériorerait sans cela.
De nouveau l'installation ne peut être remise en pleine marche qu'après refroidissement intégral de la turbine,
Suivant la présente invention on peut éviter un arrêt de l'installation de turbines en cas de déconnexion temporaire d'une génératrice du réseau en mettant en oeuvre les mesures suivantes :
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A) La génératrice est déconnectée du réseau ;-
B) L'arrivée de vapeur à l'installation de turbines est assez étranglée pour que le débit de vapeur suffise à maintenir la vitesse angulaire nominale et le reste de la vapeur est conduit directement du système tubulaire chauffé par le premier foyer et du système tubulaire chauffé par le second foyer dans le condenseur en passant par le surchauffeur intermédiaire à basse pression, en contournant l'installation de turbines.
C) La puissance du premier foyer est abaissée autant que l'exige le surchauffeur à haute pression qui n'est refroidi que par la faible quantité de vapeur qui s'écoule à travers les turbines.
D) La quantité d'eau d'alimentation amenée au système tubulaire chauffé par le premier foyer est abaissée à 15 à 40% de son importance correspondant à la puissance continue maximum.
E) La température de la vapeur est réglée de façon que, dans tous les étages de l'installation de turbines et dans les surchauffeurs intermédiaires intercalés, elle ne tombepas au-dessous de 80% de la tempéra,ture de marche normale.
F) L'interruption ayant pris fin, la génératrice est de nouveau connectée au réseau, toute la vapeur surchauffée est conduite aux turbines et la quantité d'eau d'alimentation ainsi que la puissance de chauffa- ge augmentées.
Pendant la'durée de déconnexion, entre génératrice et réseau, l'installation de turbines est actionnée pour l'essentiel par la vapeur provenant de l'un des deux systèmes tubulaires. Comme il est envoyé de la vapeur pour refroidissement par le surchauffeur intermédiaire qui est chauffé par le même foyer que ce système tubulaire, la puissance du chauffage et la quantité d'eau d'alimentation peuvent être réglées l'une sur l'autre de façon que la température de la vapeur traversant les turbines conserve sa valeur en marche ou tombe tout au plus à 80% de cette valeur. Les turbines ne se refroidissent donc pas complètement et, de ce fait, elles peuvent être alimentées à bref délai avec la quantité de vapeur normale après élimination du défaut dans le réseau et après reconnexion de la génératrice.
Après la mesure B, les mesures complémentaires suivantes peuvent encore être exécutées : la puissance du second foyer est abaissée à 15 à 40% de sa valeur maximum ; la quantité d'eau d'alimentation amenée au système tubulaire chauffé par le second foyer est abaissée à 15 à 40% de la valeur qui correspond à la puissance continue maximum.
En outre, dans le cas d'installations de turbines qui, en dehors de la génératrice, actionnent aussi des machines auxiliaires, on peut, à la mesure B, n'étrangler la quantité de vapeur qu'assez pour que le débit de vapeur amené à l'installation de turbins suffise à maintenir la vitesse angulaire nominale et à actionner les machines auxiliaires.
Il est avantageux également que la faction de la vapeur provenant du système tubulaire chauffé par le second foyer, qui est amenée dans le surchauffeur intermédiaire à basse pression en contournant les deux premiers étages de turbines et le surchauffeur à haute pression intercalé soit refroidie par injection d'eau. On peut empêcher par ce moyen des surchauffages éventuels dans le surchauffeur intermédiaire à basse pression et dans les parties de l'installation en aval.
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Une installation d'énergie à vapeur destinée à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention peut être caractérisée par une con- duite allant de la sortie du système tubulaire chauffe par le second'foyer à l'entrée du surchauffeur intermédiaire à basse pression, en contournant les deux premiers étages de l'installation de turbines et le surchauffeur à haute pression intercalé, puis par un refroidisseur à injection placé dans cette conduite et à partir duquel de l'eau peut être amenée dans le condenseur, en outre par une seconde conduite allant directement de la sortie du système tubulaire chauffé par le premier foyer dans le condenseur, et enfin par un refroidisseur à injection placé dans cette seconde conduite,
dans lequel peut être amené de l'agent de fonctionnement quittant le surchauffeur intermédiaire à basse pression et hors duquel de l'eau séparée peut être conduite dans le condenseur. De plus un dispositif de réglage est à recommander, dispositif à l'aide duquel la quantité d'eau qui est injectée dans la vapeur s'écoulant par le premier refroidisseur à injection est réglée en fonction de la température de la vapeur entrant dans le surchauf- feur intermédiaire à basse pression.
On expliquera plus en détail un exemple de réalisation de l'objet de l'invention en se référant au dessin.
L'installation d'énergie à vapeur représentée possède un jeu de turbines avec un étage à haute pression 1, un étage à pression moyenne 2 et un étage à basse pression 3. placés sur un arbre commun, et une génératrice 4 ainsi que des machines auxiliaires 4a. La chaudière de cette installation présente deux chambres de combustion, dont la chambre de combustion 5 est chauffée par un foyer 6 et la chambre de combustion par un foyer 8.
En marche, de l'eau provenant du condenseur 9. est amenée dans le réchauffeur 12 par la conduite 11 au moyen de la pompe d'alimentation 10. De là, l'agent de fonctionnement s'écoule d'une part, en passant par la soupape à pression différentielle 13 et la soupape d'alimentation 14 dans l'évaporateur 15 et le surchauffeur 16 qui sont chauffés par le foyer 6, et, d'autre part, en passant par la soupape à pression différen- tielle 17 et la soupape d'alimentation 18, dans l'évaporateur 19 et le surchauffeur 20 qui sont chauffés par le foyer 8.
En aval des deux soupapes à vapeur 21 et 22 à la sortie des surchauffeurs, respectivement 16 et 20, l'agent de fonctionnement se rassemble et il est conduit dans l'étage à haute pression 1 par la conduite 23 en passant par la soupape à fermeture rapide 24 et la soupape régulatrice ±* De là il s'écoule par la conduite 26 dans le surchauffeur à haute pression 27 chauffé par le foyer 6, puis dans l'étage à pression moyenne 2. par la conduite 28 et en passant par soupape 29, ensuite, par la conduite 30, dans le surchauffeur intermédiaire à basse pression 31 chauffé par le foyer 8, puis, par la conduite 32 en passant par la soupape 33, dans l'étage à basse pression 3, et il revient de là dans le condenseur 9.
Si la génératrice est déconnectée du réseau, la soupape à fermeture rapide 24 entre immédiatement en action après suppression de la charge des turbines et elle étrangle l'arrivée de la vapeur jusqu'à ce que les turbines soient encore maintenues à leur vitesse angulaire nominale et actionnent les machines auxiliaires 4a.
La vapeur en excédant provenant du système tubulaire chauffé par le foyer 8 est conduite en passant par la soupape de dérivation 34, le refroidisseur à injection de % l'eau séparée peut être amenée dans le condenseur 9 en passant par le pot de condensation 36 et la conduite 37 - puis par la conduite 38, la couche principale 30, le surchauffeur intermédiaire à basse pression 11, la conduite principale 32, en passant par la soupape 39 et par la conduite 40 dans le refroidisseur à injection 41 et enfin par la conduite 42 dans le condenseur 9.
De l'eau peut être amenée aussi, à partir du refroidisseur à injection 41, dans le condenseur 9. en passant par le pôt de condenseur 43 et la conduite 44.
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A partir du système tubulaire chauffé par le foyer 6. la vapeur en excédent peut s'écouler directement, en passant par la soupape de dérivation 45, dans le refroidisseur à injection 41, et de là dans le condenseur. En vue du réglage de la température de la vapeur en excédent, et le condenseur ne suffisant pas à condenser cette vapeur excédentaire en totalité, la vapeur peut être refroidie dans le refroidisseur à injection 35 au moyen d'un dispositif d'injection 46 qui reçoit de l'eau d'alimentation lui arrivant par la conduite 47 et la soupape 48,et dans le refroidisseur à injection 41 au moyen du dispositif d'injection 50 qui reçoit de l'eau d'alimentation lui arrivant par la même conduite en passant par la soupape 49.
Le plus rapidement possible après fonctionnement de la soupape de fermeture rapide, la puissance du foyer 6 est assez abaissée suffisamment pour que le surchauffeur intermédiaire à haute pression 27 qui n'est que faiblement refroidi ne subisse aucun dommage. De plus, le débit d'eau d'alimentation est assez réduit dans le système tubulaire chauffé par le foyer 6 pour que soit juste maintenue la vitesse minimum de l'agent de fonctionnement dans les tubes, c'est-à-dire environ 15 à 40% de la quantité d'eau d'alimentation qui correspond à la puissance continue maximum.
Selon la construction de la chaudière et selon la durée d'interruption à escompter, peut conserver à l'alimentation de l'autre système tubulaire sa valeur normale ou bien l'abaisser aussi à 15 à 40%. La puissance du foyer 8 est réglée de façon que la température de la vapeur à la sortie du surchauf- feur 20 ne soit pas inférieure à 80 % de la température de la vapeur en marche normale. Ceci est possible parce que le surchauffeur intermédiaire à basse pression 31 est refroidi et ne peut pas être endommagé par le chauf- l'age.
L'installation de turbines reçoit alors la faible quantité de vapeur qui lui est nécessaire essentiellement du système tubulaire chauffé par le foyer 8. La faction restante de la vapeur provenant du même système tubulaire est refroidie dans le refroidisseur à injection 35 au moyen du dispositif d'injection 46 avant sa réunion avec la vapeur issue de l'étage à moyenne pression 2.. Il est avantageux alors de régler la soupape !il en fonction de la température de la vapeur dans la conduite 30 après le mélange. La quantité d'eau d'injection du refroidisseur à injection 41 réglée par la soupape ±9 peut être influencée également en fonction de la température de la vapeur quittant ce refroidisseur.
Il suffit d'alimenter en vapeur seulement l'étage à basse pression 3.dans la même mesure que les deux premiers étages de l'installation de turbines, pendant que la vapeur résiduelle est amenée dans le condenseur 9 en passant par la soupape 39 et le refroidisseur à injection 41.
De cette manière la turbine conserve sensiblement sa température de marche dans toutes ses parties, et, après la fin de l'interruption, on peut dans le plus bref délai, amener à la turbine la totalité de la vapeur surchauf- fée et augmenter la quantité d'eau d'alimentation et la puissance du chaut- fage.
Les foyers 6 et 8 peuvent être d'un genre quelconque, foyers à gaz, a mazout ou à charbon par exemple. Les foyers à charbon nécessitant en général un foyer d'allumage de moindre puissance fonctionnant au mazout ou au gaz, il est souvent avantageux d'utiliser ce foyer d'allumage par exemple pour le foyer 6 au moment où le surchauffeur intermédiaire à haute pression 27 n'est que faiblement refroidi.
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The present invention relates to a method for temporarily disconnecting from the network a generator operated by a steam power plant which has a forced circulation boiler with at least two tubular systems connected in parallel, each independently heated by a fireplace and having each a part forming an evaporator and a part forming a superheater, and of which the turbine installation is divided into three expansion stages with, each time, an intermediate superheater interposed, the high pressure intermediate superheater located between the first and the second stage being heated by a first furnace and the low pressure intermediate superheater between the second and the third stage being heated by the second furnace.
The invention further relates to a steam power plant for carrying out the method.
Steam boilers with two combustion chambers are generally intended for large capacities. In installations of this kind, the intermediate superheaters must be placed in a high temperature zone, that is to say as close as possible to the combustion chambers, so that a sufficiently large quantity of heat can be brought to the combustion chamber. steam to overheat. But. if the intermediate superheaters are mounted in the vicinity of the combustion chambers, they must be cooled by a stream of steam which passes through them during the ignition of the combustion chambers or that the heating be low enough so that the superheaters cannot withstand no damage.
Electric generators sometimes need to be disconnected from the grid, for example due to short circuit, accidental grounding or other disturbances. In steam powered engines which operate such generators, the quick shut-off valve closes immediately afterwards, otherwise the turbine would rev up after the load was removed.
Without doubt, the whole installation can be stopped until the fault is eliminated; but since, because of the irregularity of the cooling inside the turbines, it is necessary first of all to wait for the latter to cool completely and then only slowly put the whole installation back into full operation, It is only possible to reconnect the generator after 12 to 24 hours at the earliest. This time interval compared to the time necessary to eliminate it from the fault, which may require at least half an hour at least, is inadmissible.
Another possibility consists in throttling the arrival of steam sufficiently by means of the rapid shut-off valve so that the turbine continues to run at its nominal angular speed and still actuates the auxiliary machines if necessary. Since it would be uneconomical in these large installations to let all the residual steam escape or return it to the condenser for a fairly long period of time bypassing the turbine, the heating output and the amount of heat must be reduced. feed water. The heating output must be lowered enough so that intermediate superheaters which are cooled only by a small amount of steam do not suffer damage.
But the amount of feed water cannot be decreased to the same extent, since a minimum speed of the operating agent is required in the tubes. The steam entering the turbine therefore has a lower temperature than in normal operation. As a result, the turbines are therefore cooled not only by emission of heat to the outside but also by the cooler vapor. This also results in uneven cooling so that the turbine must be stopped soon because it would otherwise deteriorate.
Once again, the installation cannot be restarted until the turbine has completely cooled down,
According to the present invention, it is possible to avoid stopping the turbine installation in the event of a temporary disconnection of a generator from the network by implementing the following measures:
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A) The generator is disconnected from the grid; -
B) The steam supply to the turbine installation is constricted enough for the steam flow to be sufficient to maintain the nominal angular speed and the rest of the steam is conducted directly from the tubular system heated by the first furnace and from the tubular system heated by the second combustion chamber in the condenser passing through the low pressure intermediate superheater, bypassing the installation of turbines.
C) The power of the first furnace is lowered as much as required by the high pressure superheater which is cooled only by the small quantity of steam which flows through the turbines.
D) The quantity of feed water supplied to the tubular system heated by the first stove is reduced to 15 to 40% of its magnitude corresponding to the maximum continuous power.
E) The temperature of the steam is regulated in such a way that, in all stages of the turbine installation and in the intermediate superheaters inserted, it does not fall below 80% of the normal operating temperature.
F) The interruption having ended, the generator is again connected to the network, all the superheated steam is led to the turbines and the quantity of feed water as well as the heating power increased.
During the period of disconnection, between generator and network, the turbine installation is essentially operated by steam coming from one of the two tubular systems. As steam is sent for cooling by the intermediate superheater which is heated by the same furnace as this tubular system, the heating output and the amount of feed water can be adjusted to each other so that the temperature of the steam passing through the turbines retains its value during operation or falls at most to 80% of this value. The turbines therefore do not cool completely and, as a result, they can be supplied with the normal quantity of steam at short notice after elimination of the fault in the network and after reconnection of the generator.
After measurement B, the following additional measurements can still be carried out: the power of the second focus is reduced to 15 to 40% of its maximum value; the quantity of feed water supplied to the tubular system heated by the second hearth is reduced to 15 to 40% of the value which corresponds to the maximum continuous power.
In addition, in the case of turbine installations which, apart from the generator, also operate auxiliary machines, it is possible, at measure B, to throttle the quantity of steam only enough so that the flow of steam supplied the installation of turbines is sufficient to maintain the nominal angular speed and to operate the auxiliary machines.
It is also advantageous that the fraction of the steam coming from the tubular system heated by the second furnace, which is brought into the intermediate low pressure superheater bypassing the first two turbine stages and the interposed high pressure superheater is cooled by injection of d. 'water. In this way, possible overheating in the low-pressure intermediate superheater and in the parts of the plant downstream can be prevented.
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A steam energy installation intended for carrying out the process according to the invention may be characterized by a duct running from the outlet of the tubular system heated by the second furnace to the inlet of the intermediate low pressure superheater. , bypassing the first two stages of the turbine installation and the interposed high pressure superheater, then by an injection cooler placed in this pipe and from which water can be brought into the condenser, moreover by a second pipe going directly from the outlet of the tubular system heated by the first furnace in the condenser, and finally by an injection cooler placed in this second pipe,
into which operating medium can be supplied leaving the low pressure intermediate superheater and out of which separated water can be conducted into the condenser. In addition an adjustment device is to be recommended, a device with the aid of which the quantity of water which is injected into the steam flowing through the first injection cooler is regulated as a function of the temperature of the steam entering the superheater - low pressure intermediate fume.
An exemplary embodiment of the object of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing.
The steam power plant shown has a set of turbines with a high pressure stage 1, a medium pressure stage 2 and a low pressure stage 3. placed on a common shaft, and a generator 4 as well as machines auxiliaries 4a. The boiler of this installation has two combustion chambers, the combustion chamber 5 of which is heated by a hearth 6 and the combustion chamber by a hearth 8.
In operation, water from the condenser 9. is fed into the heater 12 through the line 11 by means of the feed pump 10. From there, the operating medium flows on the one hand, passing by the differential pressure valve 13 and the supply valve 14 in the evaporator 15 and the superheater 16 which are heated by the furnace 6, and, on the other hand, through the differential pressure valve 17 and the supply valve 18, in the evaporator 19 and the superheater 20 which are heated by the fireplace 8.
Downstream of the two steam valves 21 and 22 at the outlet of the superheaters, respectively 16 and 20, the operating agent collects and it is led into the high pressure stage 1 via line 23, passing through the valve to quick closing 24 and the regulating valve ± * From there it flows through line 26 into the high pressure superheater 27 heated by the furnace 6, then into the medium pressure stage 2. through line 28 and passing through valve 29, then, through line 30, in the low-pressure intermediate superheater 31 heated by the hearth 8, then, through line 32, passing through valve 33, in the low-pressure stage 3, and it returns from there in the condenser 9.
If the generator is disconnected from the network, the quick-closing valve 24 comes into action immediately after removing the load from the turbines and it throttles the arrival of steam until the turbines are still maintained at their nominal angular speed and operate the auxiliary machines 4a.
The excess steam from the tubular system heated by the furnace 8 is conducted through the bypass valve 34, the chiller with the injection of% the separated water can be brought into the condenser 9 through the condensate trap 36 and line 37 - then through line 38, main layer 30, low pressure intermediate superheater 11, main line 32, passing through valve 39 and through line 40 in the injection cooler 41 and finally through line 42 in the condenser 9.
Water can also be brought, from the injection cooler 41, into the condenser 9, passing through the condenser pot 43 and the pipe 44.
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From the tubular system heated by hearth 6, excess steam can flow directly, through bypass valve 45, into injection cooler 41, and thence into the condenser. With a view to controlling the temperature of the excess steam, and the condenser not being sufficient to condense this excess steam entirely, the steam can be cooled in the injection cooler 35 by means of an injection device 46 which receives feed water arriving to it through line 47 and valve 48, and into injection cooler 41 by means of injection device 50 which receives feed water arriving to it through the same line passing by valve 49.
As quickly as possible after operation of the rapid shut-off valve, the power of the furnace 6 is sufficiently lowered enough so that the high pressure intermediate superheater 27 which is only slightly cooled does not suffer any damage. In addition, the feed water flow rate is reduced enough in the tubular system heated by the hearth 6 so that the minimum speed of the operating agent in the tubes is just maintained, that is to say about 15 at 40% of the quantity of feed water which corresponds to the maximum continuous power.
Depending on the construction of the boiler and the length of the interruption to be expected, the supply of the other tubular system can keep its normal value or it can also be reduced to 15 to 40%. The power of the furnace 8 is adjusted so that the temperature of the steam at the outlet of the superheater 20 is not less than 80% of the temperature of the steam in normal operation. This is possible because the low pressure intermediate superheater 31 is cooled and cannot be damaged by heating.
The turbine installation then receives the small quantity of steam which it needs essentially from the tubular system heated by the furnace 8. The remaining fraction of the steam coming from the same tubular system is cooled in the injection cooler 35 by means of the device d. injection 46 before its reunion with the vapor from the medium pressure stage 2. It is then advantageous to adjust the valve according to the temperature of the vapor in line 30 after mixing. The amount of injection water from the injection cooler 41 set by the valve ± 9 can also be influenced depending on the temperature of the steam leaving this cooler.
It suffices to supply steam only to the low pressure stage 3, to the same extent as the first two stages of the turbine installation, while the residual steam is fed into the condenser 9 through the valve 39 and the injection cooler 41.
In this way the turbine substantially retains its operating temperature in all its parts, and, after the end of the interruption, it is possible in the shortest possible time to bring all of the superheated steam to the turbine and increase the quantity. feed water and the power of the heating.
The fireplaces 6 and 8 can be of any kind, gas, oil or coal fireplaces for example. Since charcoal fireplaces generally require a lower power firebox that runs on oil or gas, it is often advantageous to use this firebox, for example for firebox 6 when the high pressure intermediate superheater 27 is only slightly cooled.