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"Procédé et installation pour le redémarrage à chaud d'un ensemble générateur de vapeur-turbine d'une centrale électrique"
L'invention est relative aux centrales électriques à production de vapour ot, plus spécialement au redémarrage à chaud d'une centrale électrique à vapour à production du type à circulation forcée sans recyclage, fonctionnant dans uno gamme de pressions hyporcritiques et comportant un oircuit de réchauffage de la vapeur.
Contrairement à ce qui sa passe avec les chaudières
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hyp0crltiqus du type , ballnn, dans lesquelles il existe une J-# 1;4= capacité 1'oar.asinge d'eau, nn rencontre de graves difficultés au mO!'1ent du démarrage plus spécialement au ?';r;!1t r13: ^e:^urro,Joa a chaud dans l'utilisation des n?at0r9 1.i vaJeur hypercritiques sans ballon, à circulation f l';J''C 5'1 san:. recyclage.
. de ;1,)3 difficultés provient de ce que les pertes 6n c}a':" l':" tiano le condenseur pou...'':"'-. é%r excessives en raison Il±1 précautions quo l'on doit prendre,pour protéger emntn la ourchauffe et l' o ndl1.-.,mal5'o l11e nt à température éleV'6G les 3u'tftlcH:J 4;u'bu laires d' ci1H!f,1) do ohaleur qui garnisoent les parais du foyer, ainsi que celles qui constituent le surohouffgur et le réchauffeur.
En outre, pondant le fonctionnement das ohaudibren hyr1rcritiquea tu3, circulation frc6e qui doivent 6tre arrêtées e t 1."Q';Ú :Jas en marche frêquem''1ont., les températures de la vapeur à la sortie du surchauffeur et du réchauffeur doivent
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crreopondre à la température du métal des organes critiquas, tels que le corps et le rtor de la turbine alimentée en vapeur, de façon à prévenir toute déformation due à une contrainte thermique excessive.
Si les conditions de température de la vapeur imposées par le constructeur de la turbine na peuvent pas être complètement respectées pendant la période de démarrage, la durée des opérations prépara-
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toires n6cos9uires doit être prolongée, ce qui retarde le démarrage (le la turbine et donc la production de courant électrique, Ce.i retards sont trs coûteux et leur répétition
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fréquenta r"duit t 4 x i eusc;^ent le rendement de marche de la centrale électrique.
Dans 13 Ch:iUdll)r.:s à passage direct forcé du type
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modifié à circulation modifiée, les surfaces d'échange de chaleur des parois du foyer sont effectivement refroidies pendant le démarrage par la mise en recirculation d'une certaine quantité de fluide à travers ces surfaces situées dans une zone de fort dégagement de chaleur.
En conséquence, les pertes de chaleur dans le condenseur sont ainsi grand=- ment réduites puisqu'on ne maintient, en passade direct, que 10% du débit maximum au lieu de 30%, comme il est habi- tuellement nécessaire pendant la marche sans recirculatin Toutefois, quand le débit de combustjble est accru avec ce passage direct de 10%. afin de fournir à la turbine de la vapeur à une température qui corresponde à celle de ses organes critiques, il en résulte une température élevée des gaz de combustion qui traversent le s urchauffeur et le ré- chauffeur, laquelle température peut échauffer exagérément jusque détérioration le métal des surfaces d'échange de ces derniers.
En conséquence, le but principal de l'invention est d=. fournir un procédé et une installation de démarrage d'une turbine qui permettent la création d'une large gamme de tem pératures de la vapeur à l'entrée de la turbine, dans le but de l'accorder avec la température du métal des organes cri- tiques de ladite turbine pendant les périodes de redémarrage à chaud.
Un autre but important de l'invention est de créer, au moment où les conditions ci-dessus de température à l'en- trée de la turbine sont satisfaites, un débit suffisant de @ fluide en même tempo 4 travers les parties critiques des @ @ parois du foyer et à travers les organes de chauffage de . vapeur du générateur tels que le surchauffeur et le réchauffeur,,
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afin de protéger ces organes d'absorption de chaleur centre tout endommagement par une température élevée et d'éviter en même temps des pertes de chaleur excessives provoquées par l'eau de refroidis cèdent du condenseur.
Selon le procédé de l'invention relatif au redemarrage à chaud d'une centrale électrique à vap3ur, dans laquelle la température de la vapeur à l'entrée de la turbine doit être très proche de la température des organes critiques de celle ci, avec une centrale comprenant, d'une part, une chaudière vapeur ayant une section d'absorption de chaleur par radiat@@@n composée de tubes de foyer et une partie d'absorption de cha@ leur par convection, composée d'un surchauffeur et d'un ré- chauffeur, d'autre part, une turbine vapeur ayant un étage haute pression et un étage basse pression, ledit réchauffeur étant raccordé fonctionnellement entre lesdits étages haute et basse pressions,
pendant qu'on établit un courant ce fluide à travers les tubes du foyer à une vites3e suffisante pnur pour refroidir ces derniers et empêcher leur endommagement par la chaleur, on communique de la chaleur ce courant de fluide et on produit un mélange d'eau et de vapeur ; on sépa@@@ la vapeur d'avec l'eau et, selon l'invention, on opère de la manière suivante - on fait circuler une première fraction de la vapeur sé-. parée en dérivation par rapport au surohauffeur et àl'étage haute pression de la turbine, à travers ledit réchauffeur et vers l'entrée de l'étaga basse pression dela turbine ;
on fait circuler une seconde fraction de la vapeur sé- parée en dérivation par rapport à l'otage haute pression de la turbine, à travers le réchauffeur et vers l'entrée de l'é. tage basse pression de la turbine ; onfait circuler une trai- sième fraction de la vapeur séparée do la sortie du surchauf,- four vers l'entrée de l'étage haute pression de la turbine ;
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on règle la température de la vapeur qui va vers l'étage basse pression et de la vapeur qui va vers l'étage haute pression de la turbine pour les mettre respectivement en accord avec la température des organes critiques de cette dernière, en modifiant la proportion de chaleur absorbée dans ladite partie d'absorption de chaleur par radiation, en fonction de celle absorbée dans la partie d'absorption par convection et en modifiant la quantité de chaleur fournie en fonction de la totalité du fluide en circulation ;
on fait passer, d'une part, lesdites première et sec@@de fractions de vapeur à travers l'étage basse pression de la turbine et la troisième fraction de vapour à travers l'étage haute pression de la turbine pour faire démarrer celle-ci et la faire commencer à tourner.
L'invention concerne aussi une installation servant au redémarrage à chaud d'un générateur de vapeur à passage direct foroé pourvu t d'un ensemble de production de chaleur comprenant une @@ne d'absorption de chaleur par radiation et une zone d'absorp.- tion de chaleur par conveotion ; d'un circuit à passage direct comprenant un surchauffeur, un étage haute pression d'une turbine, un réchauffeur et un étage basse pression d'une turbine, ce circuit à passage direct sans recyclage étant équipé d'une vanne disposée entre le surchauffeur et le reste du circuit situé en amnnt de ladite vanne ;
d'un premier circuit en dérivation par rapport à cette vanne, auquel est adjoint un réservoir de détente avec une vanne de réglage disposée dans ce circuit en dérivation entre ledit réservoir de détente et la partie du passage
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située en amont de cette vanne de réglage ; dtun second circuit pourvu d'une vanne, en dérivation par rapport au surohauffeur et à l'étage haute pression de la turbine ; d'un troisième circuit muni d'une vanne, en dérivation par rapport à l'étage haute pression de la turbine de moyens indicateurs de la température des zones critiquée de chacun dos otages haute et basse pressions de la turbine pendant le redémarrage à chaud du générateur de vapaur ;
de moyens indicateurs de la température de la vapeur entran' dans chacun de ces étages haute et basse pressions; de moyens régulant la chaleur fournie au générateur de vapeur en vue d'accorder la température de la vapeur entrant dans l'étage haute pression de la turbine avec la température des zones critiques de cet étage pendant le redémarrage à chaud ; de moyens réglant la circulation à travers l'un au moini desdits second et troisième circuits en dérivation ; de moyens pour maintenir, à travers le réchauffeur et le surchauffeur, un débit suffisant, de manière à empêcher leur endommagement par la chaleur ;
de moyens modifiant la proportion respective de chaleur absorbée par la zone d'absorption de chaleur par radiation et la zone d'absorption de chaleur par convection, en vue de régler la température de la vapeur qui entre dans l'étage basse pression de la turbine et d'accorder cette température de vapeur avec la température des organes critiques de cot étage pendant l'opération de redémarrage à chaud.
Afin que l'invention soit mieux comprise, on donnera maintenant, uniquement à titre d'exemple, une description
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d'un mode de réalisation de l'invention. On se référera à la figure unique annexée qui est un schéma où le foyer et les passages des gaz du générateur de vapeur sont représentés par un rectangle 10 dessiné en trait mixte.
Des brûleurs bascu- lanta 12 sont montés sur une paroi du foyer et sont agencés pour envoyer, d'une manière classique, a l'intérieur du foyer, . du combustible et de l'air venant d'un conduit 13 en four- nissant de la chaleur et de l'air qui donnent naissance aux gaz chauds de combustion. les parois du foyer sont garnies d tubes d'absorption de chalaur refroidis par un fluide, dési- gnés par la référence FW, qui représentent la partie principale de la section ou zone d'absorption de chaleur par radiation du générateur de vapeur de la centrale. Les autres surfaces d'absorption de chaleur peuvent comprendre un surchauffeur SH, un réchauffeur RH et un économiseur EC et constituent la section ou zone d'absorption de chaleur par convection.
Pendant le fonctionnement normal, le fluide passe de la bâche 14 du condenseur 00, à travers un appareil de déminéralisation D, un chauffeur à basse pression H1 d'eau d'alimentation, une pompe d'alimentation 16, un chauffeur à haute pression H2 d'eau d'alimentation, une vanne d'eau d'alimentation 18, à l'économiseur EC et pénètre en empruntant un conduit 19 dans les tubes FW des parois du foyer. A partir de cas derniers tubes, le fluide ohauffé, que l'on appellera maintenant vapeur, circule à travers un conduit 20 et une vanne de réglage de chaudière BT, et arrive au surohauffeur SH ou elle est chauffée davantage, emprunte ensuite un conduit 21 pour arriver à l'étage haute pression HP d'une turbine où on lui retire une partie de son énergie thermique en réduisant sa pression et sa température.
'. la sortie de l'étage haute pression HP, la vapeur passe dans
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un conduit 22 jusqu'au réchauffeur RH où elle est réchauffer et parvient ensuite par un conduit 23, à l'étage basse pression LP de la turbine. Les étages haute et basse pressions de cette dernière sont, de préférence, montés sur un arbre commun couplé à un générateur électrique G qui fournit de l'électricité. La vapeur qui sort de l'étage basse pression LP est dirigée vers le condenseur 00 où le condensat est recueilli dans la bâche 14, ce qui ferme le cycle à passage direct sans recyclage.
Les brûleurs 12 sont pourvus de mécanismes classiques 24 de basculement qui abaissent ou élèvent la flamme dans le foyer, de sorte qu'une surface plus ou moins grande des parois de celui-ci soit exposée aux gaz les plus chauds. On peut, de cette maniera, accroître ou diminuer la quantité de chaleur des gaz qui quittent le foyer ou zone d'absorption do chaleur par radiation en rendant disponible une quantité de chaleur plus ou moins grande dans les gaz qui passent sur les autres surfaces de chauffe ou zone d'absorption de chaleur par oonveotion, situées en aval du foyer, telles que le surchauffeur SH, le réchauffeur RH et l'écohomiseur EC qui absorbent principalement de la chaleur par convection.
On peut arriver au même résultat en utilisant une reoirculation classique des gaz, par exemple en faisant recirouler des gaz de combustion relativement froids prélevés dans une zone à basse température du passage des gaz de combustion prélevés par exemple en 25, et en dirigeant ces gaz au moyen d'un conduit 26 et d'une soufflante 27 de reciroulation des gaz, dans une région du foyer telle que celle désignée par la référence 28.
Dans un générateur classique de vapeur passage direct
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modifie, un circuit de reciroulation du fluide est superposé au circuit à passage direct grâce à un conduit 30 qui relie la sortie des tubes de foyar FW au conduit: 19 qui aboutit à l'entrée de ces derniers. Une pompe de recirculation 32 est montée sur le conduit 19. pour créer cette circulation accrue du fluide à travers les tubes FW et pour la maintenir à une valeur égale ou supérieure à une vitesse de sécurité, par exemple 0,91 m/sec., pour empêcher l'endommagement des tubes par la chaleur.
Les conditions d'exploitation das centrales à vapeur modernes exigent de plus en plus des unités qui puissent être arrêtées pendant de courtes périodes, quelques heures, puis remises en service. Pendant la marche d'une turbine à vapeur, sa structure interne atteint la température de la vapeur à la sortie des étages qui peut, par exemple, être de l'ordre de 538 C dans les installations modernes. Quand une turbine est arrêtée, il faut plusieurs jours d'attente pour que la température du métal, à l'intérieur, avoisine la température extérieure.
En conséquence, il est souvent nécessaire que la turbine soit remise en marche avant que ce refroidissement ne soit accompli. On appelle cela un redémarrage à chaud que l'on effectue généralement par admission de vapeur à une température ot une pression admissibles, d'abord par l'étage haute pression et ensuite par l'étage basse pression.
Conformément à l'invention, dans le cas où les étages haute et basse pressions sont montés sur un arbre commun, en peut en outre effectuer le démarrage de la turbine en admette d'abord de la vapeur à basse pression à une température conve nable dans l'étatge basse pression ou étage à vapeur réchauffa de la turbine et, ensuite dans l'étage haute pression.
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Pour mettre en oeuvre ces deux variantes 'du procède, que l'on expliquera ci-dessous en détail, on utilise les
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dispositifs de réglage de la température de l'invaotion,
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dans le but d'accorder la, température de la vapeur avec
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la tempdratn erganes critiques de la turbine, On 0>"1';' iqy.J::'u ta.r :rmn le redémarrage à chaud à l'aide de l'état i=aute pr3sstcn da la turbin3.
Au clé'bu la c'1'3.\..1,liè.r'3 est emplie e ee taous ?ra{!Sion juqu 1 l 1& soptia de? tube'3 FW des !'t"!5.3 du tr.'16;].
QU?1'1,J la vanna de yeglj.ge 't,T de la chaudière est fernëe, une c-1-roi, .¯,û.n directe ô 'eau 0.'aimenttt.on de 1 01 environ du 1ê ' ^IFt,Y'!Ulû: at établie travers l'économ1aeur Eau et les '.iy.,.,. 1'"." ài parois elle sort par la vanne d'extraction 13E de 1?. chaudière C;i,Sros2ûkl. sur un conduit 33 conduisant à un ré- '<o.x de détente ou séparateur S. On créa on outre un ocuraft de recirculation dans 19 tubes de foyor ';9 à l'aida 3e coiduits 30, 19 et dl' la pompe de recirculation J2, à un t-é'bi t suffisant pour atteindre un débit total do 3C aU moins ! travers ces tubes de foyer ?W.
Une perte de charge ooaside- !'!1":'1c Je produit (par excsiple de 245 à 70 1:g/om.) à t!':Wt;;r::1 la Vanhi1 B ce qui fait qu 1 une quantité d'eau se t!'llu<:j,'or'1l9 en vapeur, l'eau t la vapeur étant recueillies daus le :;:1':payatsjr S, La vapeur liberté -Û,.,trc3 co dernier peu'; ci1'r:n'ç,;' à travoe-s 1 conduit 35 i9t la. vaaae SA d'admission au ux'" chauffeur 3H pour pénétrer dana cehi:!,-o1 Ë3", pa.r''fCî:1.ï* ;3P'7"ß:: û'g sa n conduit 21 fà 1 f <StuGG bFu4ûe T7,',cs...3i1 h7 Je' 'le ".;lf"Mite, 'On débit de 3: seu.i3:nen bzz'} à él>it 'ilP..:d"1a1. dq Tfirà)À3 -3s'< t'f.r3.'.'!'a1'L néces3alrc à l'entr de la 'surfine pi=J= le. faire démarrer et nt;':;,3" 1n faire tourner, 3 'l*,: ±.,'lâ,s un débit de 3 gaz 10% peut travorsar le n..L3aLisiLV.SNtJc,kwar 3K,
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'u91.;
5d.'' le reste, G' ì'r .d. 7 51 i était dirigé sur le condenseur CO au moyen du conduit ?-6; de la vanne de dérivation SP du surchauffeur et du conduit 37 représentes en -trait mixte.
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ria6 vin;c due dérivation SP du eurchauffeur régls autc.. matiquesent la pression dans la séparateur S par un régula-' tour de pression 39. Cette pression peut 4-ui%o reit6nue à uuc valeur rol'.tivpant basse (par exemple 70 kg/cm , coene indiqua précédemment) convenable pour le démarrage de la turbine avce une perte minimum par laminage à traversles vannes d'admission à cetta dernière.
Comme on l'a indiqué plus haut, au moment du redémarrage à chaud, le corps ou d'autres pièces critiques de la turbine peuvent avoir conservé une température do l'ordre de 538 C.
Afin d'éviter loe contraintes thermiques néfastes, il est extrêmement souhaitable d'accorder, aussi étroitement que possible à cotte température, la température de la vapeur ad- mise. Avec un débit à travers la chaudière de 10% et un taux de combustion correspondant, la température à la sortie du surchauffeur est généralement bien inférieure aux températures qui règnent dans le corps de la turbine.
Si on accroît la quantité de combustible brûlé pour atteindre la température élevée voulue de la vapeur, par exemple 538 C, à la sortie du surchauffeur et à l'entrée de la turbino, la température des gaz qui pénètrent dans le réchauffeur pourrait dépasser, pendant la démarrage lorsqu'un débit de 3% soulagent sort de l'étage haute pression HP de la turbine en direction de ce réchauffeur, la température maximum de sécurité, par exemple 538 C, à laquelle les tubes de ce dernier pouvant être exposés. En conséquence, ces tubes pourraient être
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eér1.euomel1t endommagés par li. chaleur.
Pour provenir cot .;ndo'1\"'1.o,j"::::::!lt or prévit, c<:':I1'c;!"':i/...tlt à. l'invention, qu'une fraction 11..1 débit de '0% du 2<,#ra;J 1: passage direct quittant le séparateur S, .par exemple un debit
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compris entre 0 ot 7? passe n dérivation par rapport as. àG='chauffeur 3H et -"" 1'±tage hnii4, pression HP duo 1 tLtL3.is'.1 grt1ce à un conduit 36 et Et une va:znw' de dérivation du 5u::=". chauffeur, 1 oom"1li1 on l'a décrit precëd3:.e!Tt!.
On ,.â t'¯lY;s .'x en outre, des moyens oupplê"'1.entaires pour U0, si l't à4t.# E. travers le surchauffeur 3H excède 3f, une partie luu c->na;#1 4 vapeur passe en dérivation seulement par rapport à l'etage haute pression, grâce à un conduit 38 et à une vanne de drainage SD du surchauffeur. Les valeurs de ces débits sont ajustées
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par des régulateurs do pressinn 39s 40 et 41, d'une rianiero classique bien connue.
Le courant à travers les conduits 36 et 38 se combine dans le conduit 22 avec le courant de vapeur quittant l'étage haute pression HP pour fournir au total au surchauffeur, un débit de 10%. Ce débit de 10%, calcule par rapport au débit maximum de marche normale, est plus que suffisant pour refroidir les tubes du rchauffeur pendant le redémarrage à chaud.
Après avoir décrit le procédé et les moyens de protec. tion du réchauffeur quand on élève la température à l'entra de l'étage haute pression HP de la turbine jusqu'à la tempé-. rature nécessitée par les zones critiques de celle-ci (jusqu'à 538 C par exemple), on décrira maintenant le procédé et les moyens selon l'invention, de réglage ou de régulation de la température de la vapeur à l'entrée de la turbine.
Ce procédé, ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, consiste
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à réglor l'arrivée d'air et de 90mbustible à l'aide d'une vanne
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de réglage 42 en réponse à un signal d'erreur reçu d'un comparateur de températures ou régulateur 43. Celui-ci oompare la température T1des znes critiques de l'étage HP de la turbine à la température T2 de la vapeur et, par l'intermédiaire de la vanne de réglage 42, accroît le débit de combus- tible jusque ce que les températures T1 1 et T2 s'accordent.
Bien qu'un débit de 10% du débit maximum traverse le réchauffeur RH pour en assurer la protection, la température T3 de la vapeur à la sortie de ce réchauffeur doit, de même, être augmentée pour qu'elle atteigne la température T4 des zonas critiques de l'étage basse pression LP de la turbine.
Il existe selon l'invention, deux variantes que l'on déorira maintenant, pour arriver à ce résultat.
Selon une première variante du procédé de l'invention, on règle la température T3 à la sortie du réchauffeur en élevant les brûleurs basculants 12 pour qu'une moindre quantité de chaleur soit absorbée par les tubes du foyer FW et, en conséquence, qu'une plus grande quantité de chaleur soit absorbée par les surfaces de chauffe par convection, telles que celles du réchauffeur RH. Ainsi, la température T3 de la vapeur dans le réchauffeur RH est comparés, par un comparateur de températures 44, à la température Il 4 des zones critiques de l'étage basse pression LP de la turbine.
Le signal d'erreur qui en résulte est transmis au mécanisme de basculement 46 dans le but de régler l'inclinaison des brûleurs 12 et, de cette façon, d'élever la température il 3 de la vapeur à la sortie du réchauffeur RH jusque ce qu'elle atteigne la température T4 des zones critiques de la turbine,
Selon l'autre variante du procédé de l'invention, on transmet le signal d'erreur émis par le comparateur 44 à un
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régulateur 48 qui règle la vitesse de la soufflante 27 de recirculation des gaz, ou bien on transmet le signal d'erreur à un régulatour 50 chargé de régler la position de registres 52 dans le conduit de recirculation 26.
De cette manière, en ré- glant le débit de recirculation, on peut élever la tempéra- ture des gaz à la sortie du foyer pour élever la température
T3de la vapeur quittant le réchauffeur RH jusqu'à ce qu'elle atteigne la température T4 des zonas critiques de l'étage 'basse pression LP de la turbine,
Quand les températures T2 et T3 de la vapeur aux vanner respectives 54 et 56 d'admission à la turbine ons une valeur convenable et que les vannes d'arrêtSV sont entièrement ou- vertes, on ouvre les vannes de réglage CV et IV pour laisser pénétrer une faible quantité de vapeur qui commence à entraî- ner la turbine.
Le fonctionnement de la vanne d'admission IV est coordonné ou lié mécaniquement à la vanne d'admission CV de l'étage haute pression, de sorte qu'il entre appreximative- ment la même quantité de vapeur dans les deux étages. '?on conti- nuant à ouvrir les vannes d'admission, on accroît la. vitesse de la turbine, on la met en synchronisme et on lui impose une charge minimum.
La pression à la sortie du réchauffeur est réglée au- tomatiquement par une vanne BP montée sur le conduit 58 condui- sant au condenseur CO et par un régulateur de pression 60.
Cette pression est maintenue à un niveau bas convenable qui correspond au débit à travers les étages haute et basse pressions de la turbine pendant l'entraînement de démarrage et la mise en synchronisme.
Le débit d'eau d'alimentation envoyée à la chaudière et le débit de vapeur sortant de celle-ci, sont fixés à une
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valeur convenable qui assure une marge raisonnable au-dessus du besoin minimal en vapeur de la turbine. Dans ces condi- tions, les vannes do l'appareillage de démarrage telles que les BE, SP et SD maintiennent automatiquement les pressions voulues pendant l'entraînement et la mise en charge initiale de la turbine. Pour accroître la charge de calle-ci, on aug- mente la débit d'eau d'alimentation à la chaudière et la quan- tité de combustible brûle. Les vannes SP et BP se fermant au- tomatiquement quand le débit de vapeur atteint la capacité de la vanne BE.
Le courant de fluide est transféré ensuite à la vanne BT et la charge de la chaudière est contrôlée de la Manière normale classique.
On expliquera maintenant le redémarrage à chaud à l'aide de l'étage basse pression de la turbine.
Quand on fait démarrer la turbine par l'intermédiaire de l'étage basse prassion LP conformément à l'invention, on réglo la chute de pression à travers la vanne SP pur établir un débit convenable à travers le surchauffeur SH en vue de re- froidir les tubes de ce dernier. Quand les vannes d'admission à l'étage haute pression HP de la turbine sont fermées, la fraction de vapeur qui traverse la surchauffeur SH en pro- venance du séparateur S emprunte le conduit 38, la vanne SD, arrivé dans le conduit 22, rejoint la partie restante qui a traversé le conduit 36, la vanne SP et qui parvient éga- lement au conduit 22.
Les deux fractions du courant de vapeur traversent ensuite le réchauffeur RH en direction de l'entrée de l'étage basse pression LP de la turbine pour commencer à entraîner celle-ci lorsque la température T3 de la vapeur à la sortie du réchauffeur RH a été élevée jusqu'à la tempé-- rature T4 régnant dans les zones critiques de cet étage
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basse pression.
On réalise cette correspondance des températures T3 et T4' conformément à l'invention, comme on l'a expliqué plus haut, en réglant l'inclinaison du brûleur 12 ou en régulant la quantité de gaz en recirculation à travers le conduit 19, en réponse aux signaux d'erreur thermique reçus du comparateur de températures 44.
Quand la température de la vapeur h la vanne de réglage IV atteint une valeur convenable, on ouvre cette vanne pour admettre dans l'étage à basse température LP, de la vapeur qui entraîne la turbine. Aussitôt que cette vanne est entiè- rement ouverte, on accroît l'alimentation de la turbine en fournissant de la vapeur à une température convanablo à l'étage haute pression HP.
Conformément à l'invention, la température T2 est rendue acceptable, par élévation jusqu'à la température T1 qui règne dans les zones critiques de l'étage HP, par un accroissement du débit de combustible en réponse aux signaux d'erreur thermique reçus du comparateur 43, de la manière précédemment décrite à propos du redémarrage à chaud à l'aide de l'étage haute pression de la turbine.
On peut constater, d'après ce qui précède, que l'invention apporte des améliorations importantes à l'opération de redémarrage à chaud des centrales électriques à générateur de vapeur hypercritique à passage direct forcé sans recyclage. Ces améliorations comprennent une nouvelle combinaison des moyens d'inclinaison des brûleurs ou de recir- oulation des gaz, avec différentes vannes de circulation et de dérivation du fluide, de façon que la température de la vapeur de redémarrage soit portée jusqu'à la valeur élevée (telle que 538 C) conservée par les organes Métalliques
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critiques de la turbine.
Conformément 4 l'invention, cette élévation de la température de la vapeur en concordance avec la température du métal de la turbine est atteinte avec un débit direct grandement limité qui élimine les pertes de chaleur excessive. par l'eau de refroidissement du condenseur.
En même temps, en dépit du courant direct limité et des hautes températures atteintes par la vapeur, l'invention rend possible, à travers les tubes de foyer-, le surchauffeur et le réchauffeur, un débit suffisant à protéger les surfaces de chauffe de ces derniers contre tout endommagement par la chaleur qui pourrait résulter autrement de la quantité relativement grande de combustible brûlé, nécessaire à produire la température de la vapeur qui correspond à la température des organes critiquer de la turbine pendant les redémarrages à chaud,
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"Method and installation for the hot restart of a steam generator-turbine assembly of a power station"
The invention relates to power plants producing steam ot, more especially to the hot restart of a steam power plant with production of the forced circulation type without recycling, operating in a range of hyporcritical pressures and comprising a reheating pipe steam.
Contrary to what happens with the boilers
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type, ballnn, in which there is a J- # 1; 4 = capacity of the water trap, nn encounters serious difficulties at the start of the start-up, more especially at the start of the start-up. r13: ^ e: ^ urro, Joa hot in the use of n? at0r9 1.i hypercritical value without balloon, with circulation f l '; J''C 5'1 san :. recycling.
. of; 1,) 3 difficulties comes from the fact that the losses 6n c} a ': "l':" tiano the condenser for ... '': "'-. é% r excessive due to Il ± 1 precautions quo l 'we must take, to protect against ourheating and the o ndl1 .-., mal5'o l11e nt at high temperature the 3u'tftlcH: J 4; u'bu laires d' ci1H! f, 1) do oheat which garnishes the parais of the hearth, as well as those which constitute the surohouffgur and the heater.
In addition, considering the hyrrcritical ohaudibren operation, frc6e circulation which must be stopped and 1. "Q '; Ú: Jas frequently running, the temperatures of the steam at the outlet of the superheater and the heater must be
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increase the temperature of the metal of critical components, such as the body and the rotor of the steam fed turbine, so as to prevent any deformation due to excessive thermal stress.
If the steam temperature conditions imposed by the turbine manufacturer cannot be completely observed during the start-up period, the duration of the preparatory operations.
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necessary to be prolonged, which delays the start-up (the turbine and therefore the production of electric current, These delays are very expensive and their repetition
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frequenta reduces t 4 x i eusc; ^ ent the operating efficiency of the power station.
In 13 Ch: iUdll) r.:s forced direct passage of the type
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modified with modified circulation, the heat exchange surfaces of the walls of the hearth are effectively cooled during start-up by recirculating a certain quantity of fluid through these surfaces located in a zone of high heat release.
Consequently, the heat losses in the condenser are thus greatly reduced since only 10% of the maximum flow rate is maintained in direct passage instead of 30%, as is usually necessary during operation without recirculation However, when the fuel flow is increased with this direct passage by 10%. in order to supply the turbine with steam at a temperature which corresponds to that of its critical components, the result is a high temperature of the combustion gases which pass through the superheater and the reheater, which temperature can heat up excessively until the temperature deteriorates. metal of the exchange surfaces of the latter.
Accordingly, the main aim of the invention is d =. provide a method and installation for starting a turbine which allows the creation of a wide range of temperatures of the steam at the inlet of the turbine, in order to match the temperature of the metal of the cry organs - ticks of said turbine during hot restart periods.
Another important object of the invention is to create, at the moment when the above conditions of temperature at the inlet of the turbine are satisfied, a sufficient flow of fluid at the same tempo 4 through the critical parts of the pipes. @ walls of the fireplace and through the heating elements of. steam generator such as superheater and heater ,,
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in order to protect these heat absorbing members from damage by high temperature and at the same time avoid excessive heat loss caused by the cooled water failing from the condenser.
According to the method of the invention relating to the hot restart of a vap3ur power plant, in which the temperature of the steam at the inlet of the turbine must be very close to the temperature of the critical parts thereof, with a plant comprising, on the one hand, a steam boiler having a section for absorbing heat by radiators made up of hearth tubes and a section for absorbing heat by convection, made up of a superheater and 'a heater, on the other hand, a steam turbine having a high pressure stage and a low pressure stage, said heater being operatively connected between said high and low pressure stages,
while this fluid is drawn up through the furnace tubes at a rate sufficient to cool them and prevent heat damage, heat is imparted to this flow of fluid and a mixture of water and water is produced. steam; the vapor is separated from the water and, according to the invention, the procedure is as follows - a first fraction of the vapor is circulated. trimmed in bypass with respect to the superheater and the high pressure stage of the turbine, through said heater and towards the inlet of the low pressure stage of the turbine;
a second fraction of the separated steam is circulated in bypass with respect to the high pressure hostage of the turbine, through the heater and towards the inlet of the e. low pressure stage of the turbine; a third fraction of the steam separated from the outlet of the superheater is circulated, - the furnace towards the inlet of the high pressure stage of the turbine;
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the temperature of the steam that goes to the low pressure stage and of the steam that goes to the high pressure stage of the turbine is adjusted to bring them respectively into agreement with the temperature of the critical parts of the latter, by modifying the proportion heat absorbed in said radiation heat absorption part, depending on that absorbed in the convection absorption part and changing the amount of heat supplied depending on the totality of the circulating fluid;
on the one hand, said first and sec @@ steam fractions are passed through the low pressure stage of the turbine and the third vapor fraction through the high pressure stage of the turbine to start the latter. ci and start it spinning.
The invention also relates to an installation for the hot restart of a direct passage steam generator provided with a heat production assembly comprising a radiation heat absorption zone and an absorption zone. .- heat generation by convection; a direct passage circuit comprising a superheater, a high pressure stage of a turbine, a heater and a low pressure stage of a turbine, this direct passage circuit without recycling being equipped with a valve arranged between the superheater and the rest of the circuit located amnnt of said valve;
a first bypass circuit with respect to this valve, to which is added an expansion tank with an adjustment valve arranged in this bypass circuit between said expansion tank and the part of the passage
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located upstream of this control valve; dta second circuit provided with a valve, in bypass relative to the superheater and to the high pressure stage of the turbine; a third circuit provided with a valve, bypassing from the high pressure stage of the turbine, means for indicating the temperature of the areas criticized by each of the high and low pressure hostages of the turbine during the hot restart of the turbine steam generator;
means for indicating the temperature of the steam entrained in each of these high and low pressure stages; means regulating the heat supplied to the steam generator in order to match the temperature of the steam entering the high pressure stage of the turbine with the temperature of the critical zones of this stage during the hot restart; means regulating circulation through at least one of said second and third branch circuits; means for maintaining, through the heater and the superheater, a sufficient flow rate, so as to prevent their damage by heat;
means modifying the respective proportion of heat absorbed by the radiation heat absorption zone and the convection heat absorption zone, in order to regulate the temperature of the steam entering the low pressure stage of the turbine and matching this vapor temperature with the temperature of the critical side stage components during the hot restart operation.
In order for the invention to be better understood, a description will now be given, purely by way of example.
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of an embodiment of the invention. Reference will be made to the single attached figure which is a diagram in which the hearth and the gas passages of the steam generator are represented by a rectangle 10 drawn in phantom.
Toggle burners 12 are mounted on a wall of the fireplace and are arranged to send, in a conventional manner, inside the fireplace. fuel and air coming from a duct 13 supplying heat and air which give rise to the hot combustion gases. the walls of the furnace are lined with fluid-cooled chalaur absorption tubes, designated by the reference FW, which represent the main part of the radiation heat absorption section or zone of the plant's steam generator . The other heat absorption surfaces may include an SH superheater, an RH heater and an EC economizer and constitute the convection heat absorption section or zone.
During normal operation, the fluid passes from the tank 14 of the condenser 00, through a demineralization device D, a low pressure heater H1 of feed water, a feed pump 16, a high pressure heater H2 feed water, a feed water valve 18, to the EC economizer and enters via a conduit 19 in the FW tubes of the walls of the fireplace. From the last case of tubes, the heated fluid, which will now be called steam, circulates through a pipe 20 and a LV boiler control valve, and arrives at the superheater SH where it is further heated, then takes a pipe 21 to reach the high pressure HP stage of a turbine where part of its thermal energy is removed by reducing its pressure and temperature.
'. the outlet of the high pressure HP stage, the steam passes through
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a conduit 22 to the RH heater where it is reheated and then arrives via a conduit 23, at the low pressure LP stage of the turbine. The high and low pressure stages of the latter are preferably mounted on a common shaft coupled to an electric generator G which supplies electricity. The vapor which leaves the low pressure stage LP is directed towards the condenser 00 where the condensate is collected in the tank 14, which closes the cycle with direct passage without recycling.
The burners 12 are provided with conventional tilting mechanisms 24 which lower or raise the flame in the hearth, so that a greater or lesser area of the walls thereof is exposed to the hottest gases. In this way, it is possible to increase or decrease the quantity of heat of the gases which leave the hearth or zone of absorption of heat by radiation by making available a greater or less quantity of heat in the gases which pass over the other surfaces of the gas. heater or heat absorption zone by oonveotion, located downstream of the fireplace, such as the SH superheater, the RH heater and the EC eco-homer, which mainly absorb heat by convection.
The same result can be achieved by using conventional recirculation of the gases, for example by recirculating relatively cold combustion gases taken from a low temperature zone of the passage of the combustion gases taken for example at 25, and by directing these gases to the by means of a duct 26 and a fan 27 for recirculating the gases, in a region of the hearth such as that designated by the reference 28.
In a conventional direct passage steam generator
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modified, a fluid reciroulation circuit is superimposed on the direct passage circuit by means of a conduit 30 which connects the outlet of the foyar tubes FW to the conduit: 19 which ends at the inlet of the latter. A recirculation pump 32 is mounted on line 19. to create this increased circulation of the fluid through the FW tubes and to maintain it at a value equal to or greater than a safety speed, for example 0.91 m / sec., to prevent heat damage to the tubes.
The operating conditions of modern steam power plants increasingly demand units that can be shut down for short periods, a few hours, and then returned to service. During the operation of a steam turbine, its internal structure reaches the temperature of the steam at the outlet of the stages which can, for example, be of the order of 538 C in modern installations. When a turbine is stopped, it takes several days for the temperature of the metal inside to approach the outside temperature.
As a result, it is often necessary for the turbine to be restarted before this cooling is accomplished. This is called a hot restart which is generally carried out by admitting steam at an allowable temperature and pressure, first through the high pressure stage and then through the low pressure stage.
According to the invention, in the case where the high and low pressure stages are mounted on a common shaft, the turbine can also be started up by first admitting low pressure steam at a suitable temperature in the turbine. The low pressure state or steam stage warmed up from the turbine and then into the high pressure stage.
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To implement these two variants of the procedure, which will be explained in detail below, the
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invaotion temperature control devices,
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in order to match the temperature of the vapor with
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the critical temperature of the turbine, On 0> "1 ';' iqy.J :: 'u ta.r: rmn the warm restart using the state i = aute pr3sstcn da la turbin3.
At the key'bu the c'1'3. \ .. 1, liè.r'3 is filled e ee taous? Ra {! Sion juqu 1 l 1 & soptia de? tube'3 FW des! 't "! 5.3 du tr.'16;].
QU? 1'1, J the vanna of yeglj.ge 't, T of the boiler is fernëe, a c-1-king, .¯, û.n direct ô' water 0. 'aimenttt.on of about 1 01 of the 1st '^ IFt, Y'! Ulû: was established through the Water Saver and the '.iy.,.,. 1 '"." ati walls it exits through the extraction valve 13E of 1 ?. boiler C; i, Sros2ûkl. on a duct 33 leading to a re- '<ox of expansion or separator S. We created in addition a recirculation ocuraft in 19 foyor tubes; 9 to the aid 3rd coiduits 30, 19 and to the recirculation pump J2, at a flow rate sufficient to achieve a total flow rate of at least 3C! through these fire tubes?
A pressure drop ooaside-! '! 1 ":' 1c I produce (by excsiple of 245 to 70 1: g / om.) At t! ': Wt ;; r :: 1 the Vanhi1 B which makes that 1 a quantity of water is t! 'llu <: j,' or'1l9 in vapor, the water and the vapor being collected daus le:;: 1 ': payatsjr S, The vapor freedom -Û,., trc3 co last bit '; ci1'r: n'ç ,;' at travoe-s 1 leads 35 i9t la. vaaae SA of admission to the ux '"driver 3H to enter dana cehi:!, - o1 Ë3", pa.r''fCî: 1.ï *; 3P'7 "ß :: û'g sa n leads 21 fà 1 f <StuGG bFu4ûe T7, ', cs ... 3i1 h7 Je' 'le ".; lf" Mite,' On debit of 3: seu.i3: nen bzz '} à él> it 'ilP ..: d "1a1. dq Tfirà) À3 -3s' <t'f.r3. '.'! 'a1'L néces3alrc at the entry of the' surfine pi = J = le. start and nt; ':;, 3 "1n run, 3' l * ,: ±., 'lâ, s a flow of 3 gas 10% can travel the n..L3aLisiLV.SNtJc, kwar 3K,
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5d. '' The rest, G 'ì'r .d. 751 i was directed to the CO condenser by means of duct? -6; of the bypass valve SP of the superheater and of the pipe 37 represented in mixed -treatment.
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ria6 vin; c due bypass SP of the autheater adjusted autc .. matics the pressure in the separator S by a pressure regulator 39. This pressure can be 4-ui% o reit6nue uuc low rol 'tivpant value (for example 70 kg / cm (coene indicated previously) suitable for starting the turbine with minimum rolling loss through the inlet valves at this last.
As noted above, by the time of the hot restart, the body or other critical parts of the turbine may have maintained a temperature of the order of 538 C.
In order to avoid adverse thermal stress, it is extremely desirable to tune, as closely as possible at this temperature, the temperature of the vapor allowed. With a flow rate through the boiler of 10% and a corresponding combustion rate, the temperature at the outlet of the superheater is generally much lower than the temperatures prevailing in the body of the turbine.
If the quantity of fuel burnt is increased to reach the desired high temperature of the steam, for example 538 C, at the outlet of the superheater and at the inlet of the turbine, the temperature of the gases entering the heater could exceed, for starting when a flow rate of 3% relieves comes out of the high pressure HP stage of the turbine towards this heater, the maximum safety temperature, for example 538 C, to which the tubes of the latter may be exposed. As a result, these tubes could be
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between 0 ot 7? pass n derivation with respect to as. àG = 'driver 3H and - "" 1' ± floor hnii4, HP pressure duo 1 tLtL3.is'.1 thanks to a duct 36 and Et une va: znw 'bypass of 5u :: = ". driver, 1 oom "1li1 it has been described above: .e! Tt !.
We, .â t'¯lY; s .'x in addition, oupplê "'1.entary means for U0, if the t at 4t. # E. through the superheater 3H exceeds 3f, a part luu c-> na ; # 1 4 steam passes in bypass only with respect to the high pressure stage, thanks to a pipe 38 and a drainage valve SD of the superheater. The values of these flows are adjusted
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by regulators do pressinn 39s 40 and 41, from a well-known classic rianiero.
The current through conduits 36 and 38 combines in conduit 22 with the vapor flow leaving the high pressure HP stage to provide the superheater with a total flow rate of 10%. This 10% flow rate, calculated in relation to the maximum flow rate for normal operation, is more than sufficient to cool the heater tubes during a warm restart.
After having described the process and the means of protec. tion of the heater when the temperature at the entrance of the high pressure HP stage of the turbine is raised to the temperature. erature required by the critical areas thereof (up to 538 C for example), we will now describe the method and the means according to the invention, for adjusting or regulating the temperature of the steam at the inlet of the turbine.
This process, as indicated above, consists
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to regulate the air and fuel inlet using a valve
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adjustment 42 in response to an error signal received from a temperature comparator or regulator 43. This compares the temperature T1 of the critical zones of the HP stage of the turbine with the temperature T2 of the steam and, by the 'intermediary of the adjustment valve 42, increases the fuel flow rate until the temperatures T1 1 and T2 agree.
Although a flow rate of 10% of the maximum flow passes through the RH heater to ensure protection, the temperature T3 of the steam at the outlet of this heater must, likewise, be increased so that it reaches the temperature T4 of the zones. reviews of the LP low pressure stage of the turbine.
According to the invention, there are two variants which will now be described in order to achieve this result.
According to a first variant of the method of the invention, the temperature T3 at the outlet of the heater is adjusted by raising the tilting burners 12 so that a smaller quantity of heat is absorbed by the tubes of the fireplace FW and, consequently, that more heat is absorbed by convection heating surfaces, such as those of the RH heater. Thus, the temperature T3 of the steam in the heater RH is compared, by a temperature comparator 44, with the temperature II 4 of the critical zones of the low pressure stage LP of the turbine.
The resulting error signal is transmitted to the tilting mechanism 46 for the purpose of adjusting the inclination of the burners 12 and in this way raising the temperature il 3 of the steam at the outlet of the heater RH until this time. that it reaches the temperature T4 of the critical areas of the turbine,
According to the other variant of the method of the invention, the error signal emitted by the comparator 44 is transmitted to a
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regulator 48 which regulates the speed of the gas recirculation fan 27, or else the error signal is transmitted to a regulator 50 responsible for adjusting the position of the registers 52 in the recirculation duct 26.
In this way, by regulating the recirculation flow rate, the temperature of the gases at the outlet of the furnace can be raised to raise the temperature.
T3 of the steam leaving the RH heater until it reaches the temperature T4 of the critical zones of the low pressure LP stage of the turbine,
When the steam temperatures T2 and T3 at the respective turbine inlet valves 54 and 56 have a suitable value and the shut-off valves SV are fully open, the adjustment valves CV and IV are opened to allow entry a small amount of steam which begins to drive the turbine.
The operation of the IV inlet valve is coordinated or mechanically linked to the CV inlet valve of the high pressure stage, so that approximately the same amount of steam enters both stages. Continuing to open the inlet valves is increased. speed of the turbine, it is put in synchronism and a minimum load is imposed on it.
The pressure at the outlet of the heater is automatically regulated by a LP valve mounted on the pipe 58 leading to the CO condenser and by a pressure regulator 60.
This pressure is maintained at a suitable low level which corresponds to the flow rate through the high and low pressure stages of the turbine during start-up drive and synchronization.
The feed water flow rate sent to the boiler and the steam flow rate leaving it, are set at a
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a suitable value which ensures a reasonable margin above the minimum steam requirement of the turbine. Under these conditions, starting equipment valves such as the BE, SP and SD automatically maintain the desired pressures during drive and initial loading of the turbine. To increase the heat load, the feed water flow rate to the boiler is increased and the amount of fuel is burned. The SP and BP valves close automatically when the steam flow reaches the capacity of the BE valve.
The fluid stream is then transferred to the LV valve and the boiler load is controlled in the normal conventional manner.
The hot restart will now be explained using the low pressure stage of the turbine.
When the turbine is started via the low pressure stage LP according to the invention, the pressure drop across the valve SP is adjusted to establish a suitable flow rate through the superheater SH in order to cool. the tubes of the latter. When the inlet valves to the high pressure HP stage of the turbine are closed, the fraction of steam which passes through the superheater SH coming from the separator S borrows the pipe 38, the valve SD, arriving in the pipe 22, joins the remaining part which has passed through conduit 36, the valve SP and which also reaches conduit 22.
The two fractions of the steam stream then pass through the RH heater towards the inlet of the low pressure LP stage of the turbine to begin to drive the latter when the temperature T3 of the steam at the outlet of the RH heater has been high until the temperature T4 prevailing in the critical zones of this stage
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low pressure.
This correspondence of temperatures T3 and T4 'is achieved in accordance with the invention, as explained above, by adjusting the inclination of the burner 12 or by regulating the quantity of gas recirculating through the duct 19, in response. thermal error signals received from temperature comparator 44.
When the temperature of the steam h regulating valve IV reaches a suitable value, this valve is opened to admit into the low temperature stage LP, steam which drives the turbine. As soon as this valve is fully open, the supply to the turbine is increased by supplying steam at a convanable temperature to the high pressure HP stage.
According to the invention, the temperature T2 is made acceptable, by raising to the temperature T1 which prevails in the critical areas of the HP stage, by an increase in the fuel flow rate in response to the thermal error signals received from the comparator 43, in the manner previously described in connection with the hot restart using the high pressure stage of the turbine.
It can be seen from the foregoing that the invention brings significant improvements to the operation of hot restarting of power plants with direct passage hypercritical steam generator without recycling. These improvements include a new combination of the means for tilting the burners or recirculating the gases, with different circulation and bypass valves for the fluid, so that the temperature of the restarting steam is raised to the high value. (such as 538 C) preserved by Metal organs
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turbine reviews.
In accordance with the invention, this rise in the temperature of the steam in accordance with the temperature of the metal of the turbine is achieved with a greatly limited direct flow rate which eliminates excessive heat loss. by the condenser cooling water.
At the same time, in spite of the limited direct current and the high temperatures reached by the steam, the invention makes possible, through the hearth tubes, the superheater and the reheater, a flow rate sufficient to protect the heating surfaces from these. last against any heat damage that might otherwise result from the relatively large amount of fuel burned, necessary to produce the steam temperature that corresponds to the temperature of the critical parts of the turbine during hot restarts,