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La présente invention est relative à un procédé de fonction- nement d'une centrale à vapeur avec générateur de vapeur à circulation forcée, installation de toubine y faisant suite et réchauffeur d'eau d'alimentation chauffé par le fluide moteur, ainsi qu'à une centrale permettant la mise en oeuvre de ce procédéo L'invention est caractérisée par le fait que le fluide moteur servant au chauffage du réchauffeur d'eau d'alimentation est prélevé, en fonctionnement normal, sur l'installation de turbines, et, lors de la mise en marche et en fonc- tionnement à faible charge, sur le système tubulaire du générateur de vapeuro
Il est incontestable que le réchauffeur du fluide moteur peut augmenter sensiblement le rendement thermique d'une centrale à vapeur.
Pour cette raison, on prélève de la vapeur dite de soutirage surles différents étages de la turbine pour chauffer, avec cette vapeur, le réchauffeur d'eau d'alimentation disposé sur le parcours du fluide moteur. Ce procédé donne de bons résultats en fonctionnement normal, mais non pour des charges partielleso Dans les différents étages de turbine, la pression baisse sensiblement proportionnellement à la quan- tité de vapeur qui y passe De ce fait, baisse également la température pour laquelle le fluide moteur se condense dans les réchauffeurs et cède à la chaleur qu'il contient à l'eau d'alimentation. Le réchauf- fage du fluide n'a plus la valeur la plus favorable.
L'invention permet de remédier à cet inconvénient en prélevant b fluide moteur servant à chauffer le réchauffeur d'eau d'alimentation, pendant le fonctionne- ment à faible puissance, dans le système tubulaire du générateur de va- peur.
La fluide moteur doit être prélevé en un point du système tubulaire où règne déjà une température appropriée. Ce point se trouve en aval de surfaces fortement chauffées situées dans la hambre de combustion ou au voisinage de celle-ci. Ces surfaces de chauffe doivent justement être bien refroidies afin de ne pas être détériorées par le fort chauffage.
En fonctionnement à faible charge, la quantité de fluide moteur dont a besoin l'installation de turbines ne suffirait plus pour refroidir suffisamment cette partie du système tubulaire Mais, si, conformément à l'invention, en fonctionnement à faible. char- ge, le fluide moteur est prélevé, pour chauffer le réchauffeur d'eau d'alimentation, en aval de cette surface de chauffe en danger, il passe toujours sur cette surface une quantité de fluide moteur suffisante pour assurer le refroidissement.
Les avantages de l'invention se font également sentir lorsque la turbine est encore à l'arrét et qu'il n'y arrive pas de vapeur, c'est- à-dire lors de la mise en marche. En procédant selon l'invention, le fluide moteur est chauffé dans le temps le plus court, sans que la chaleur enlevée soit perdue parce que le fluide moteur chauffé restitue toujours en partie la chaleur qu'il contient, dans le réchauffeur d'eau d'alimentation, au fluide moteur y arrivantpour la première foiso
La quantité de fluide moteur prélevée dans le système tubulaire peut être réglée en fonction de la pression dans le réchauffeur d'eau d'alimentation où passe ce fluide moteur, en particulier de sorte qu'en fonctionnement à ftable puissance et à la mise en marche, il règne constamment une pression déterminée réglable dans chacun des réchauf-.
feurs d'eau d'alimentation où passe ce fluide moteur. Par exemple, s'il arrivait au réchauffeur une plus grande quantité de fluide moteur qu'il ne peut s'y condenser eu égard à la température de l'eau d'ali- mentation à réchauffer et à la pression dans le réchauffeur, cette pression monterait et, de ce fait, la quantité de fluide moteur prise dans le système tubulaire serait réduite* Lors de la mise en marche, la
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pression à maintenir constante est réglée, de préférence, à la pression maximum admissible pour chaque réchauffeur d'eau d'alimentation.
De ce fait, on peut aussi retirer du système tubulaire la quantité optimum de fluide moteur dont la chaleur qu'elle contient peut être transmise à l'eau d'alimentation qui arrive.
Il est encore possible que, pour chauffer différents réchauffeurs, du fluide moteur soit prélevé en même temps dans l'installation de turbines et dans le système tubulaire du générateur de vapeur, et que, par conséquent, la zone de fonctionnement normal et celle de faible charge se recouvrent partiellement.
L'invention procure encore d'autres avantages particuliers consistant en ce que le fluide moteur, venant, en fonctionnement normal, de l'installation de turbines et, lors de la mise en marche et en faible charge, du système tubulaire du générateur de vapeur, peut arriver dans les mêmes réchauffeurs d'eau d'alimentation. Comme il existe déjà souvent dans une installation des réchauffeurs d'eau d'alimentation par vapeur de soutirage, il ne faut donc pas de nouveaux organes, si ce n'est quelques conduites et dispositifs de réglage.
La centrale servant à la mise en oeuvre du procédé de l'invention est caractérisée par des conduites de vapeur de soutirage allant de l'installation de turbines au côté primaire des réchauffeurs d'eau d'alimentation, une conduite de prélèvement allant d'un point du système tubulaire du générateur de vapeur situé en aval d'une surface de chauffe disposée dans la chambre de combustion ou près de celle-ci, également au côté primaire des réchauffeurs, et ,finalement, dans ces conduites, des dispositifs de réglage tels que, lorsque diminue le réchauffage effectué par du fluide moteur venant de l'installation de turbine, du fluide moteur provient du système tubulaire pour réchauffer l'eau d'alimentation.
Dans la conduite de prise venant du système tubulaire il peut se trouver, en amont des réchauffeurs, un organe de réglage de l'écoulement qui est réglé en fonction de la pression régnant dans le dernier réchauffeur, dans le sens de la circulation de l'eau d'alimentation, chauffé par du fluide moteur provenant du système tubulaire.
Il est bon que, de la conduite de, prise, en aval de cet organe de réglage, partent des conduites allant aux autres réchauffeurs chauffés par du fluide moteur venant du système tubulaire et dans chacune desquelles se trouve un organe de réglage de l'écoulement commandé par la pression régnant dans le réchauffeur correspondant, Grâce à un bon réchauffage de l'eau d'alimentation par du fluide moteur, il est possible que le réchauffeur connu, chauffé au gaz de fumées, ne soit plus en mesure de refroidir les gaz de fumées de façon économique. Il est par suite souvent avantageux de disposer le réchauffer chauffé au gaz de fumées, non pas à la dernière place, mais entre deux réchauffeurs chauffés par du fluide moteur.
Il est possible d'économiser une partie des réchauffeurs d'eau d'alimentation au moyen d'une centrale à vapeur dans laquelle la conduite de prélèvement et chacun de ses branchements sont reliés à une des conduites de vapeur de soutirage, et dans laquelle, en outre, des organes de réglage de l'écoulement sont montés dans les conduites de prélèvement et de branchement, organes qui réglent la quantité de fluide moteur prise dans le système tubulaire de telle sorte que la pression soit maintenue constante à une valeur réglable dans les échangeurs de chaleur et dans laquelle, enfin, dans les conduites de vapeur de soutirage sont prévus des organes d'arrêt qui s'ouvrent dès
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que la pression de vapeur dans les conduites de soutirage dépasse la valeur réglée,
les organes d'écoulement dans les conduites de pré- lévement et de branchement se fermant alors.
Par réchauffeur d'eau d'alimentation, il faut entendre ici tout dispositif dans lequel l'eau d'alimentation peut être réchauffée.
Il s'agit par conséquent auss bien de réchauffeurs par surface que par mélange. Dans ce dernier cas, est compris le réservoir d'eau d'a- limentation qui peut être utilisé pour le réchauffage ce celle-ci, le fluide moteur y arrivant directement en venant du système tubulaire et/ou de l'installation de turbines. Il importe peu en ce cas que le réservoir d'eau d'alimentation comporte ou non un dispositif de dégazageo Justement dans le cas du réservoir d'eau d'alimentation, l'invention présente encore un avantage supplémentaire. Comme la pression de vapeur à l'intérieur du récipient doit être maintenue au moins à une valeur réglable, on peut supprimer tous les dispositifs qui servaient jusqu'ici à empêcher que la pression de vapeur ne tombe trop bas.
On va décrire ci-dessous deux exemples de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 représente une centrale à vapeur dans laquelle un groupe de réchauffeurs d'eau d'alimentation peut être chauffé au moyen de vapeur de soutirage provenant de l'installation de turbines et un deuxième groupe au moyen de réchauffeurs chauffés par du fluide moteur provenant directement du système tubulaire.
La figure 2 représente une centrale à vapeur dans laquelle un groupe de réchauffeurs d'eau d'alimentation peut être chauffé aussi bien par de la vapeur de soutirage provenant de l'installation de turbines, que par du fluide moteur provenant du système tubulaire.
Dans la centrale de la figure 1, l'eau d'alimentation venant du condemseur @ 1 est refoulée, par la pompe à condensat 2, par la conduite 3 et les réchauffeurs 4 , 5 et 6 dans le réservoir d'eau d'alimentation 7. De là, une conduite 8 va, par la pompe d'eau d'alimentation 9 et les réchauffeurs d'eau d'alimentation 10, 11, 12 et 13, à un réchauffeur 14, chauffé par les gaz de fumée, du générateur de vapeur. Le fluide moteur, va, ensuite, par un autre réchauffeur 15, la soupape de réglage à pression différentielle 7 et la soupape d'alimentation 17, dans la surface de chauffe 18 dans laquelle se produit la transformation de l'eau en vapeur et qui est utilisée comme garnissage de la chambre de combustion.
Le fluide moteur va ensuite, en passant par un diaphragme doseur 19 et par la conduite 20, à la surface de chauffe 21 - un premier surchauffeur- puis, par la conduite 22, à la surface de chauffe 23 - le surchauffeur final - et de là, par la conduite 24, la soupape à vapeur 25 et la soupape 26 de réglage et de fermeture rapide, dans la turbine 27 qui actionne une génératrice 28. La turbine 27 peut comporter plusieurs étages entre lesquels éventuellement la vapeur peut être surchauffée. Après sa détente, le fluide moteur revient par la conduite 29 dans le condenseur 1 pour s'y condenser.
Le réglage de la quantité et de la température de la vapeur s'effectue de façon connue. La soupape d'alimentation 17 est actionnée par le manostat à pression différentielle 30, adjoint au diaphragme 19 et par le thermostat 31, disposé en aval de la surface de chauffe 18e La soupape 16 à pression différentielle est réglée de telle sorte qu'il se produit sur la soupape d'alimentation 17 une chute de pression constante, Entre les soupapes 16 et 17, se détache une conduite 32 au moyen de laquelle du fluide moteur peut être injecté, par la conduite 33, en aval de la surface de chauffe 18, et,
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par la conduite 34, en aval de la surface de chauffe 21, dans le système tubulaire du générateur de vapeur.
La quantité injectée est réglée dans la conduite 33 par l'organe de réglage de l'écoulement 35 commandé lui-même par les thermostats 36 et 37, situés en amont et fin aval respectivement de la surface de chauffe 21, et dans la conduite 34, par l'organe de réglage de l'écoulement 38, qui est commandé par les thermostats 39 et 40, disposés en amont et en aval respectivement de la surface de chauffe 23? Un manostat 41 règle la soupape à vapeur 25.Lors de la mise en marche, lorsque la pression à la sortie du générateur de vapeur est encore trop faible, la soupape à vapeur 25 reste fermée, la soupape de by-pass 42 est alors ouverte et le fluide moteur peut aller directement au condenseur 1 par la conduite de by-pass 43.
En fonctionnement normal, de la vapeur de soutirage provenant de la turbine 27 va, par les conduites 44, aux réchauffeurs d'eau d'alimentation 4, 5 et 6 et elle s'y condense en cédant de la chaleur à l'eau d'alimentation, le condensat pouvant aller, par les conduites 45, les pots de condensation 46 et la conduite 47, dans le condenseur 1, De la même façon, les conduites 48 font passer de la vapeur de soutirage prise dans la turbine 27 aux réchauffeurs à haute pression 10, 11 et 12 pour l'eau d'alimentation.
La vapeur peut également s'y condenser en cédant de la chaleur à l'eau d'alimentation, le condensat pouvant venir au réservoir d'eau d'alimentation 7 par les conduites 49, les pots de condensation 50 et la conduite 51
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Enfin, une conduite de prise de- vmpëür 52,munt<dane"aoupapedé z retenue 53, va directement au réservoir 7.
Lorsque l'eau d'alimentation n'a pas été assez fortement chauffée au moyen duréchauffage par de la vapeur de soutirage - c'est- à-dire lors de la mise en marche et du fonctionnement à faible charge- du fluide moteur peut être prélevé directement du système tubulaire, pour réchauffer l'eau d'alimentation, par la conduite 54, en un point situé en aval de la zone la plus fortement chauffée du généra- teur de vapeur. L'organe de réglage 55, monté dans la conduite 54 et qui règle la quantité de fluide moteur prélevée, est commandé par la pression régnant dans le réchauffeur 15 ou dans la conduite 56 allant à ce réchauffeur. De la conduite 54, un branchement 57 va au réchauf- feur 13. L'organe de réglage 58, qui règle la quantité de fluide moteur amenée au réchauffeur 13, est commandé par la pression régnant dans ce dernier.
Lorsque le fluide moteur s'est condensé en cédant de la chaleur à l'eau d'alimentation qui passe dans les réchauffeurs 13 et 15, il peut revenir dans le réservoir 7 en passant Par les pots de condensation 59; la conduite 6P et le réchauffeur 12.
Les régulateurs de pression des organes de réglage de l'é- coulement 55 et 58 sont réglés pour une pression déterminée. Si l'on passe du fonctionnement normal au fonctionnement à faible charge, la pression tombe aux points de br anchement des conduites de vapeur de soutirage 48 et 44, sensiblement proportionnellement à la diminution de la quantité de vapeur. La vapeur de soutirage se condense donc dans les réchauffeurs avec une température plus faible, correspondant à cette pression. En conséquence, l'eau d'alimentation est moins for- tement réchauffée et le rendement thermique de toute l'installation diminue.
Lorsque l'eau d'alimentation est à une plus faible tempéra- ture, la différence de température entre la vapeur de chauffage, provenant du système tubulaire, pour les réchauffeurs 13 et 15, et l'eau d'alimentation est cependant plus élevée. L'eau d'alimentation peut prendre une plus grande quantité de chaleur que précédemment.
En conséquence, il se condense une plus grande 'quantité de fluide moteur provenant du système tubulaire et la pression dans les deux
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réchauffeurs 13 et 15 diminue. Les organes de réglage de Maniement 58 et 55 s'ouvrent immédiatement dans une plus grande mesure de sorte que,lorsque le réchauffage effectué par la vapeur de soutirage diminue, il se produit automatiquement un plus fort réchauffage effectué par du fluide moteur pris dans le système tubulaire. Lorsque la centrale à vapeur fonctionne à une pression inférieure à la pression critique, on peut éventuellement supprimer l'organe de réglage 55 car le pot de condensation 59 du réchauffeur 15 effectue un réglage analogue.
De la conduite 54, se détache encore une autre conduite 61 qui communique avec la conduite 52 de vapeur de soutirage. Un organe de réglage de l'écoulement 62, commandé par la pression régnant dans le réservoir 7 ou dans le branchement 62, règle la quantité de fluide moteur passant par le branchement 61. En outre, cette conduite comporte une soupape de retenue 63. Le régulateur de pression de l'organe de réglage 62 fonctionne en combinaison avec les soupapes de retenue 53 et 63 de telle sorte qu'une pression réglable est maintenue constante dans le résersoir pour autant que la vapeur de soutirage se trouvant dans la conduite ' n'est pas à une pression supérieure à la valeur réglée En ce cas, l'organe de réglage 62 et la soupape de retenue 63 se ferment.
Si la pression de la vapeur de soutirage bais-
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se en-dessous de la vapeur réglée, la soupape de'retenue-e3 s% fer- me et l'organe de réglage 62 et la soupape de retenue 63 s'ouvrent de telle sorte que la pression reste sensiblement constante dans le réservoir 7. On n'a donc pas à craindre que la pression régnant dans le réservoir 7 tombe en dessous de la pression atmosphérique, auquel cas de l'air pourrait pénétrer dans le système tubulaire.
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90u:: (lc ci,; c3. u ;ea.^.o, il est = .".ri ".",i9 ''. conduite de prélè't'e:xieIli 54 une soupape d' CIa.r>e;E'n'z i.14 . A , ,.'i' ,"t: conduite d'échappement 65 disposée entre le réservoir 7 et le condenseur 1, est ouverte par l'organe de réglage 66 èfJ quo la t e::5 jo= dans le réservoir 7 dépasse une valeur admissible,
La centrale à vapeur représentée sur la figure 2 est de construction sensiblement la même que celle de la centrale précédenteo Toutefois, la conduite de prélèvement 54 ne va plus à un réchauffeur d'alimentation propre mais elle communique avec les conduites 48 de vapeur de soutirage de sorte que les mêmes réchauffeurs 10, 11 et 12 peuvent être réchauffés par de la vapeur de soutirage dans les turbines aussi bien que par du fluide moteur provenant du système tubulaire.
De la conduite 54, se détachent les conduites 67, 68, et 69 qui débouchent dans les trois conduites 48 de vapeur de soutirage. La quantité de fluide moteur passant dans la conduite 68 est réglée par l'organe de réglage de l'écoulement 70 et celle passant dans la conduite 69 est réglée par l'organe 71. Les deux organes 70 et 71 sont commandés, comme l'organe 62 de la conduite 61, par la pression régnant dans le réchauffeur correspondant ou la conduite qui y aboutit. La totalité du fluide moteur provenant du système tubulaire est commandée par l'organe de réglage 55 commandé lui-même par la pression régnant dans le dernier réchauffeur 12 dans le sens de l'écoulement de l'eau d'alimentation.
En outre, dans les conduites 6%, 68 et 69 se trouvent les soupapes de retenue 72, dans les conduites de vapeur de soutirage 48, les soupapes de retenue 73 et dans les conduites de vapeur de soutirage 44, les soupapes de retenue 74.
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Le fluide moteur peut passer dans la conduite de prélèvement 54 à partir d'un point situé directement en aval de la surface de chauffe 18, située dans la chambre de combustion ou près de celle-ci, ou encore par une conduite 75 se détachant à l'extrémité du système tubulaire du générateur de vapeur. Les vannes 76 et 77 permettent d'assurer au choix la liaison avec un de ces deux points de prélèvement.
En fonctionnement, chaque régulateur.de pression des organes d'écoulement 55, 62, 70 et 71 est réglé à une valeur fixée Si la pression de la vapeur de soutirage baisse dans les conduites 48 et 52, par exemple lors d'un fonctionnement à faible charge, en dessous de cette valeur réglée, tous les organes de réglage de l'écoulement ci-dessus s'ouvrent, de telle sorte que la pression réglée est maintenue constante dans les réchauffeurs 10, Il et 12 et le réservoir 7 tandis que les soupapes de retenue 73 et 53 se ferment.
En particulier, lors de la mise en route, la valeur réglée de la pression correspondra à la valeur maximum admissible pour le réchauffeur d'eau d'alimentation. De cette manière, il est possible de prélever du système tubulaire le maximum de la quantité de fluide moteur dont l'eau d'alimentation qui passe peut prendre la chaleur qu'elle contient, tandis que le restant du fluide moteur, peut aller au condenseur 1, par la conduite de by-pass 43, après refroidissement des surfaces de surchauffe 21 et 23.
Afin de pouvoir mettre en marche aussi vite que possible, il est avantageux, au début de cette mise en marche, de prélever le fluide moteur, par la canalisation 75, à la fin du système tubulaire du générateur de vapeur, car on y obtient déjà plus tôt des températures plus élevées qu'immédiatement en aval de la surface de chauffe 18.
Il est particulièrement avantageux qu'après la mise en marche, les régulateurs de pression soient réglés de telle sorte qu'ils ouvrent les organes de réglage de l'écoulement correspondant non pas simultanément mais les uns après les autres. Par exemple, l'organe de réglage 55 peut s'ouvrir pour une pression qui correspond à environ 60% de la pression de la vapeur de soutirage, régnant dans la première conduite 48 à charge normale 9 L'organe de réglage 70 pourrait s'ouvrir à 50% de la valeur normale de' la pression de la vapeur de soutirage régnant dans la deuxième conduite 48, l'organe 71 à 40% de la valeur normale de la pression de la vapeur de soutirage dans la troisième conduite 48 et l'organe 62 à 30% de la valeur normale de la pression de la vapeur de soutirage dans la conduite 52.
De cette manière, il est possible de passer très graduellement du fonctionnement à charge normale à celui à faible charge, parce que différents réchauffeurs d'eau sont chauffés simultanément aussi bien par de la vapeur de soutirage que par de la vapeur provenant du système tubulaire, @ On n'a décrit les deux centrales représentées que pour expliquer l'objet de l'invention. De nombreuses variantes sont possibles..
En particulier, le nombre des réchauffeurs d'eau d'alimentation peut être sensiblement plus grand. En outre, par exemple, il n'est pas toujours nécessaire, avec les deux groupes de réchauffeurs selon la figure 1, de prévoir un réchauffeur à fluide moteur en aval d'un réchauffeur chauffé au gaz de fumées,, De même, le fluide moteur pourrait être prélevé en un autre point du système tubulaire que celui repré- senté, lorsque le fluide moteur y est à une température élevée cor- respondante.