SUIZER FRERES SOCIETE ANONYME
à Winterthur (Suisse)
La présente invention est relative à un générateur de vapeur à récupération de chaleur perdue, destiné en particulier à l'utilisation de la chaleur contenue dans les gaz d'échappement de turbines à gaz.
Le but de la présente invention consiste
à réaliser un générateur de vapeur à récupération de chaleur perdue dans lequel une simple adaptation à l'exploitation en charge partielle est rendue possible moyennant de faibles investissements.
Ce problème est résolu, conformément à l'invention, en ce sens que deux carneaux montés parallèlement côté gaz, revêtus de surfaces de chauffe conduisant le fluide de travail sont prévus au moins sur une partie de la longueur du générateur de vapeur parcourue par les
gaz d'échappement et en ce sens que le générateur de vapeur comprend un premier foyer supplémentaire et un deuxième foyer supplémentaire à mettre en action indépendamment
du premier, le premier foyer supplémentaire étant disposé dans l'un des deux carneaux et conçu de façon qu'il chauffe à plus de 900[deg.]0 le flux de gaz entrant dans ce carneau
et le deuxième foyer supplémentaire, situé entre l'entrée des gaz d'échappement dans le générateur de vapeur et
la surface de chauffe de l'autre carneau, étant conçu de telle sorte qu'il chauffe à moins de 900[deg.]C au moins une partie du flux des gaz d'échappement pénétrant dans le générateur de vapeur.
Grâce à la subdivision en deux carneaux
<EMI ID=1.1>
deux foyers supplémentaires à mettre en action indépendamment l'un de l'autre, une bonne faculté d'adaptation du générateur de vapeur à récupération de chaleur perdue aux différentes charges est rendue possible, tandis que l'incidence de la chaleur sur les surfaces de chauffe disposées dans les deux carneaux peut être variée simplement en influençant les foyers supplémentaires. Le deuxième foyer supplémentaire peut être situé à proximité de l'entrée de l'autre carneau, de sorte que la chaleur sortant de ce foyer ne s'exerce que sur le flux de gaz parcourant l'autre carneau. Toutefois; il est avantageux en général de disposer le deuxième foyer supplémentaire
à l'entrée des gaz d'échappement dans le générateur de vapeur, afin que le- flux entier des gaz d'échappement soit chauffé par ce foyer.
Selon une autre conception avantageuse de l'invention, le carneau, dans lequel le premier foyer supplémentaire se trouve, est limité par une surface de chauffe d'évaporateur formant une paroi tubulaire, et l'autre carneau comprend des surfaces de chauffe de surchauffeur chauffées en substance uniquement par contact.
Il en résulte une bonne utilisation thermique de la matière pour les surfaces de chauffe, car une partie de la paroi tubulaire forme également la cloison de séparation entre les deux carneaux et est chauffée par conséquent à partir des deux côtés. Ceci entraîne en soi non seulement une augmentation de la surface de transmission de chaleur active, mais les contraintes thermiques de la paroi tubulaire sont aussi réduites simultanément.
Un exemple de réalisation de l'invention est décrit en détail ci-après à l'aide du dessin annexé au présent mémoire, représentant schématiquement un générateur de vapeur à récupération de chaleur perdue conforme à l'invention.
Selon l'exemple de réalisation représenté au dessin, le générateur de vapeur à récupération de chaleur perdue, désigné par 11 dans l'ensemble, est chauffé par les gaz d'échappement d'un turbogroupe se composant d'un compresseur 1, d'une chambre de combustion 2 et d'une turbine à gaz 5 accouplée, par l'intermédiaire d'un arbre 4, avec le compresseur 1 et un générateur électrique 3.
La sortie de la turbine à gaz 5 est reliée, par l'inter- médiaire d'un conduit de branchement 10 formant l'entrée
<EMI ID=2.1> laquelle est rectangulaire en section droite et est équipée de différentes surfaces de chauffe.
Le générateur de vapeur est subdivisé en deux carneaux 15 et 16, montés parallèlement côté gaz, dans la partie de l'enveloppe 12 se raccordant au conduit de branchement 10. Le carneau 15 est limité par une paroi tubulaire 14 en forme de puits, constituée de tubes montés
<EMI ID=3.1>
<EMI ID=4.1>
et qui, en partant d'un collecteur 39 à section droite
<EMI ID=5.1>
En aval des deux carneaux 15 et 16, le générateur de vapeur 11 comprend un carneau commun 17 raccordé au conduit de sortie de gaz 20 aboutissant à une
<EMI ID=6.1>
partie supérieure, on a disposé, comme le montre le dessin^ un préchauffeur d'eau d'alimentation 30 formé de serpentins et accroché à des organes non représentés de l'enveloppe
12. La sortie du préchauffeur d'eau d'alimentation 30 débouche dans un réservoir d'eau d'alimentation 31 servant en même temps de dégazeur d'une manière connue en soi,
non représentée en détail. L'eau d'alimentation provenant du réservoir 31 est amenée, au moyen d'une pompe 32, à
une surface de chauffe d'économiseur 33 formé également
de serpentins et accroché à l'enveloppe 12, comme le montre le dessin, au-dessous du préchauffeur d'eau d'alimentation 30. La surface de chauffe d'économiseur 33 aboutit
<EMI ID=7.1>
levée au moyen d'une pompe de circulation 38 et est conduite au collecteur 39 de la paroi tubulaire 14. La paroi
<EMI ID=8.1>
première surface de chauffe d'évaporateur dont la partie inférieure 9 comme indiqué au dessin, est chauffée par rayonnement au soysn du premier foyer supplémentaire 25. Au collecteur 40 de la paroi tubulaire 14, on a raccordé une deuxième surface de chauffe d'évaporateur 42 constituée de plusieurs serpentins et disposée dans le carneau 15.
La sortie de la deuxième surface de chauffe d'évaporateur
42 débouche dans une troisième surface de chauffe d'évaporateur 45 se situant dans le carneau commun 17 entre la surface de chauffe d'économiseur 33 et la sortie des deux carneaux 15 et 16. Cette troisième surface de chauffe se compose également de plusieurs serpentins et débouche dans le tambour vapeur-eau 36. A la chambre de vapeur du tambour
36, on a raccordé une surface de chauffe de présurchauffeur
51 constituée de serpentins, disposée dans le carneau 15 au-dessus de la deuxième surface de chauffe d'évaporateur <EMI ID=9.1>
<EMI ID=10.1>
finale 55 formée également de serpentins, mais située
dans le carneau 16. La vapeur vive produite par la surface de chauffe de surchauffeur finale 55 est amenée à
une turbine à vapeur non représentée par l'intermédiaire d'un conduit 60. Les surfaces de chauffe 45, 55, 51 et 42, ainsi que la paroi tubulaire 14 sont accrochées, comme
les surfaces de chauffe 30 et 33, à l'enveloppe 12 du générateur de vapeur.
Pour approvisionner en combustible le premier et le deuxième foyer supplémentaire 25, 26, on utilise une pompe 60 reliée, côté aspiration, à un réservoir d'alimentation en combustible non représenté et,
côté refoulement, au foyer supplémentaire 25 ou 26 par l'intermédiaire de conduits 71 et 72. Une soupape 23
reliée à un régulateur 83 par un servomoteur est incorporée au conduit 71 et sert à régler la quantité de combustible parvenant au foyer supplémentaire 25. L'entrée valeur
réelle du régulateur 83 est raccordée, par l'intermédiaire d'une ligne de signalisation 85, à un capteur de pression
82 raccordé au conduit de vapeur vive 60. La valeur prescrite de la pression de vapeur vive est amenée au régulateur 83 par une ligne de signalisation 84.
Une soupape 74, reliée à un régulateur 90
par un servomoteur, est incorporée au conduit 72 et sert
à régler l'approvisionnement en combustible du foyer supplémentaire 26. Comme valeur réelle, on amène, au
<EMI ID=11.1>
<EMI ID=12.1>
<EMI ID=13.1>
<EMI ID=14.1>
<EMI ID=15.1>
prescrite de la température concernée parvient au régu- lateur 90 par l'intermédiaire d'une ligne de signalisation
93. Il est possible également de faire agir simultanément les deux capteurs de température 91 et 92 sur le régulateur
90, l'une des deux grandeurs de mesure étant immixée en tant que grandeur perturbatrice.
Comme air de combustion, on amène, au premier et au deuxième foyer supplémentaire 25 et 26, le gaz provenant du générateur de vapeur 11, contenant encore une teneur suffisante en oxygène et soutiré du générateur de vapeur au point 18 où il est partiellement refroidi. L'acheminement du gaz du point de soutirage 18 aux foyers se fait au moyen d'une soufflerie 67, au côté aspiration de laquelle est raccordé un conduit 75 qui bifurque en un
<EMI ID=16.1>
<EMI ID=17.1>
point de bifurcation du conduit 75, on a prévu un distributeur 95 en forme de clapet qui, ppr un réglage approprié, établit le rapport précis des quantités de gaz passant par
<EMI ID=18.1>
aux foyers 25 et 26 est réglée en influençant la vitesse
de rotation de la soufflerie 67. Un autre distributeur 35 en forme de clapet est prévu dans le conduit de branchement
10, la quantité de gaz affluant au carneau 15 peut être réduite à zéro à l'aide du distributeur 35.
Pendant le fonctionnement du générateur de vapeur, les gaz d'échappement de la turbine 5 sont chauffés,
<EMI ID=19.1>
26. Le gaz ainsi chauffé est réparti dans les deux carneaux
15 et 16 en fonction de la position du distributeur 35. Par suite de la cession de chaleur du gaz affluant au carneau 16 <EMI ID=20.1>
s'établit, à la sortie de cette surface de chauffe, une
<EMI ID=21.1>
quelle.un haut rendement de turbine à vapeur est obtenu. Le flux partiel de gaz pénétrant dans le carneau 15 est chauffé à une valeur de plus de 900[deg.]C à l'aide du premier foyer supplémentaire 25, la chaleur étant transmise à la paroi tubulaire 14 en substance par le rayonnement des flammes, ainsi qu'à la deuxième surface de chauffe d'évaporateur 42 et à la surface de chauffe de présurchauffeur
51 en substance par contact. En entrant dans la deuxième surface de chauffe d'évaporateur 42, le gaz a une température d'environ 900[deg.]C. Par refroidissement sur les sur-
<EMI ID=22.1>
à l'extrémité du carneau 15 est approximativement égale
à celle régnant à l'extrémité du carneau 16, si bien que les deux flux de gaz entrent à la même température approximativement dans le carneau commun 17 où les surfaces de chauffe 45, 33 et 30 leur prélèvent encore de la chaleur.
Si la puissance de la turbine à gaz 5 est réduite, la température du gaz s'abaisse à la sortie de la turbine à gaz, tandis que la quantité de gaz sortante reste pratiquement la même. Si la valeur prescrite amenée au régulateur 90 par la ligne de signalisation 93 est maintenue constante, l'alimentation en combustible du deuxième foyer supplémentaire 26 est augmentée par suite de l'abaissement initial de la température aux capteurs 91 et/ou 92. Par conséquent, la température réduite du gaz sortant de la turbine 5 est compensée.
SUIZER BROTHERS LIMITED COMPANY
in Winterthur (Switzerland)
The present invention relates to a waste heat recovery steam generator, intended in particular for the use of the heat contained in the exhaust gases of gas turbines.
The aim of the present invention is
to achieve a waste heat recovery steam generator in which a simple adaptation to operation at partial load is made possible with low investment.
This problem is solved, according to the invention, in the sense that two flues mounted in parallel on the gas side, coated with heating surfaces leading the working fluid are provided at least over a part of the length of the steam generator traversed by the
exhaust gas and in that the steam generator comprises a first additional furnace and a second additional furnace to be activated independently
of the first, the first additional hearth being placed in one of the two flues and designed so that it heats the flow of gas entering this flue to more than 900 [deg.] 0
and the second additional hearth, located between the inlet of the exhaust gases into the steam generator and
the heating surface of the other flue, being designed so that it heats to less than 900 [deg.] C at least a part of the flow of the exhaust gases entering the steam generator.
Thanks to the subdivision into two flues
<EMI ID = 1.1>
two additional hotplates to be put into action independently of each other, good adaptability of the waste heat recovery steam generator to different loads is made possible, while the incidence of heat on the surfaces of heaters arranged in the two flues can be varied simply by influencing the additional fireplaces. The second additional fireplace can be located near the entrance to the other flue, so that the heat coming out of this fireplace is exerted only on the gas flow through the other flue. However; it is generally advantageous to have the second additional hearth
at the entrance of the exhaust gases into the steam generator, so that the entire flow of the exhaust gases is heated by this fireplace.
According to another advantageous design of the invention, the flue, in which the first additional hearth is located, is limited by an evaporator heating surface forming a tubular wall, and the other flue comprises heated superheater heating surfaces. in substance only by contact.
This results in a good thermal use of the material for the heating surfaces, since part of the tubular wall also forms the partition wall between the two flues and is therefore heated from both sides. This in itself not only results in an increase in the active heat transfer area, but the thermal stresses of the tubular wall are also simultaneously reduced.
An exemplary embodiment of the invention is described in detail below with the aid of the drawing appended hereto, schematically showing a waste heat recovery steam generator according to the invention.
According to the embodiment shown in the drawing, the waste heat recovery steam generator, designated by 11 in the whole, is heated by the exhaust gases of a turbogroup consisting of a compressor 1, a combustion chamber 2 and a gas turbine 5 coupled, via a shaft 4, with the compressor 1 and an electric generator 3.
The outlet of the gas turbine 5 is connected via a branch pipe 10 forming the inlet
<EMI ID = 2.1> which is rectangular in cross section and is equipped with different heating surfaces.
The steam generator is subdivided into two flues 15 and 16, mounted in parallel on the gas side, in the part of the casing 12 connecting to the connection duct 10. The flue 15 is limited by a tubular wall 14 in the form of a well, consisting of of mounted tubes
<EMI ID = 3.1>
<EMI ID = 4.1>
and which, starting from a collector 39 with a straight section
<EMI ID = 5.1>
Downstream of the two flues 15 and 16, the steam generator 11 comprises a common flue 17 connected to the gas outlet duct 20 leading to a
<EMI ID = 6.1>
at the top, there is arranged, as shown in the drawing ^ a feed water preheater 30 formed of coils and attached to not shown members of the casing
12. The outlet of the feed water preheater 30 opens into a feed water tank 31 serving at the same time as a degasser in a manner known per se,
not shown in detail. The feed water from the reservoir 31 is brought, by means of a pump 32, to
an economizer heating surface 33 also formed
of coils and hung from the casing 12, as shown in the drawing, below the feed water preheater 30. The economizer heating surface 33 terminates
<EMI ID = 7.1>
lifted by means of a circulation pump 38 and is conducted to the manifold 39 of the tubular wall 14. The wall
<EMI ID = 8.1>
first evaporator heating surface, the lower part 9 of which, as shown in the drawing, is heated by radiation by means of soysn from the first additional furnace 25. To the manifold 40 of the tubular wall 14, a second evaporator heating surface 42 has been connected. made up of several coils and placed in the flue 15.
The outlet of the second evaporator heating surface
42 opens into a third evaporator heating surface 45 located in the common flue 17 between the economizer heating surface 33 and the outlet of the two flues 15 and 16. This third heating surface also consists of several coils and opens into the steam-water drum 36. To the steam chamber of the drum
36, a pre-superheater heating surface has been connected
51 consisting of coils, arranged in the flue 15 above the second evaporator heating surface <EMI ID = 9.1>
<EMI ID = 10.1>
final 55 also formed by coils, but located
in the flue 16. The live steam produced by the final superheater heating surface 55 is brought to
a steam turbine not shown via a duct 60. The heating surfaces 45, 55, 51 and 42, as well as the tubular wall 14 are hooked, as
the heating surfaces 30 and 33, to the casing 12 of the steam generator.
To supply the first and the second additional hearth 25, 26 with fuel, a pump 60 is used connected, on the suction side, to a fuel supply tank, not shown, and,
on the discharge side, to the additional hearth 25 or 26 via conduits 71 and 72. A valve 23
connected to a regulator 83 by a servomotor is incorporated in the duct 71 and serves to regulate the quantity of fuel reaching the additional combustion chamber 25. The value input
regulator 83 is connected, via a signal line 85, to a pressure sensor
82 connected to the live steam line 60. The prescribed value of the live steam pressure is brought to the regulator 83 by a signal line 84.
A valve 74, connected to a regulator 90
by a servomotor, is incorporated into the conduit 72 and serves
to regulate the supply of fuel to the additional hearth 26. As real value, we bring, to
<EMI ID = 11.1>
<EMI ID = 12.1>
<EMI ID = 13.1>
<EMI ID = 14.1>
<EMI ID = 15.1>
prescribed temperature is sent to controller 90 via a signal line
93. It is also possible to make the two temperature sensors 91 and 92 act simultaneously on the regulator.
90, one of the two measured quantities being mixed in as a disturbing quantity.
As combustion air, the gas from the steam generator 11, still containing a sufficient oxygen content and withdrawn from the steam generator at point 18, where it is partially cooled, is fed to the first and second additional furnaces 25 and 26. The gas is routed from the draw-off point 18 to the fireplaces by means of a blower 67, to the suction side of which is connected a duct 75 which branches off into a
<EMI ID = 16.1>
<EMI ID = 17.1>
bifurcation point of the conduit 75, a valve-shaped distributor 95 is provided which, by appropriate adjustment, establishes the precise ratio of the quantities of gas passing through
<EMI ID = 18.1>
at hotplates 25 and 26 is regulated by influencing the speed
of rotation of the blower 67. Another valve 35 in the form of a valve is provided in the connection duct
10, the quantity of gas flowing to the flue 15 can be reduced to zero using the distributor 35.
During the operation of the steam generator, the exhaust gases of the turbine 5 are heated,
<EMI ID = 19.1>
26. The gas thus heated is distributed in the two flues
15 and 16 depending on the position of the distributor 35. As a result of the heat transfer of the gas flowing to the flue 16 <EMI ID = 20.1>
is established at the exit of this heating surface, a
<EMI ID = 21.1>
which.a high efficiency of steam turbine is obtained. The partial flow of gas entering the flue 15 is heated to a value of more than 900 [deg.] C by means of the first additional hearth 25, the heat being transmitted to the tubular wall 14 in substance by the radiation of the flames. , as well as to the second evaporator heating surface 42 and to the preheater heating surface
51 in substance by contact. On entering the second evaporator heating surface 42, the gas has a temperature of about 900 [deg.] C. By cooling on the sur-
<EMI ID = 22.1>
at the end of the flue 15 is approximately equal
to that prevailing at the end of the flue 16, so that the two gas streams enter at approximately the same temperature into the common flue 17 where the heating surfaces 45, 33 and 30 still take heat from them.
If the power of the gas turbine 5 is reduced, the temperature of the gas is lowered at the outlet of the gas turbine, while the quantity of outgoing gas remains practically the same. If the prescribed value supplied to the regulator 90 by the signal line 93 is kept constant, the fuel supply to the second additional furnace 26 is increased as a result of the initial lowering of the temperature to the sensors 91 and / or 92. Therefore, , the reduced temperature of the gas leaving the turbine 5 is compensated.