Installation de production d'énergie
Les brevets suisse No 366056 et français No 1437467 décrivent des installations de production d'énergie destinées à utiliser la chaleur d'un fluide de température relativement basse, comprenant un générateur de vapeur chauffé par le fluide et alimentant un groupe de turbines, installations dans lesquelles, les turbines de ce groupe étant montées en série, un resurchauffeur de vapeur situé à proximité immédiate du groupe était disposé dans le circuit de vapeur entre deux turbines et chauffé au moins en partie par du liquide dérivé à la sortie d'un économiseur d'entrée du générateur de vapeur. On avait montré l'intérêt d'effectuer au voisinage de la turbine la resurchauffe faite à basse pression en apportant à cet effet la chaleur nécessaire par un débit d'eau prélevé à la sortie d'un économiseur.
La présente invention a pour objet une variante d'un tel agencement, variante intéressant particulièrement le cas où la vapeur est produite dans l'échangeur principal à travers une chaudière à circulation forcée du type à passage direct, ne comportant donc pas de réservoir eauvapeur.
L'installation de production d'énergie faisant l'objet de la présente invention, utilisant la chaleur d'un fluide de température relativement basse, comprend un générateur de vapeur chauffé par le fluide et alimentant un groupe d'au moins deux turbines haute et basse pression montées en série et un resurchauffeur de vapeur disposé à proximité immédiate de ce groupe et chauffé par du liquide dérivé à la sortie d'un économiseur du générateur, et est caractérisée par le fait que le générateur de vapeur est en deux parties disposées respectivement en amont et en aval sur le parcours d'écoulement du fluide chauffant, et en ce que le resurchauffeur comporte au moins un élément d'échange de chaleur communiquant par son admission avec la partie aval et par son évacuation avec la partie amont du générateur.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes de réalisation de l'installation objet de l'invention.
La fig. 1 est un schéma simplifié d'une première forme de réalisation.
La fig. 2 est une représentation semblable d'une seconde forme de réalisation.
La fig. 3 est un schéma d'une variante de la fig. 2.
Suivant la forme de réalisation représentée sur la fig.
1, un générateur de vapeur 1 utilise la chaleur du gaz de refroidissement d'un réacteur nucléaire, le gaz chaud provenant du réacteur (non représenté) étant admis par une tubulure 2 et le gaz refroidi sortant par une tubulure 3. Le générateur de vapeur est divisé en deux parties A et B se succédant dans cet ordre sur le parcours d'écoulement des gaz, la partie aval B étant adaptée à réchauffer l'eau d'alimentation jusqu'à une température un peu inférieure à celle de saturation tandis que la partie aval A est destinée à assurer la vaporisation et la surchauffe.
Des canalisations d'entrée 11 et de sortie 12 concernent la partie aval B; et des canalisations d'entrée 13 et de sortie 14 concernent la partie amont A. La canalisation de vapeur 14 alimente, par l'intermédiaire d'une vanne de réglage 15, une turbine haute pression 16. La vapeur détendue de celle-ci est envoyée, par l'intermédiaire d'un resurchauffeur 17, dans une turbine basse pression 18 comportant des soutirages 19, 20. La vapeur détendue dans la turbine 18 passe dans un condenseur 21. L'eau condensée dans ce dernier est reprise par une pompe d'extraction 22 et dirigée à travers des réchauffeurs 23, 24, respectivement alimentés par les soutirages 20 et 19, dans une bâche-tampon 25 d'où une pompe 26 dirige l'eau dans la canalisation d'entrée 11 de la partie aval B de la chaudière.
La canalisation de sortie 12 de la partie aval B dessert un ballon de transition 30 dans lequel débouche, d'autre part, une canalisation de vapeur surchauffée 31 prise en dérivation sur la conduite de vapeur 14 avec une vanne de réglage 32. Le ballon 30 constitue un dégazeur-réchauffeur d'eau d'alimentation du genre à plateaux par exemple; pour une description plus détaillée d'un tel ballon, on peut se référer par exemple aux pages 32-33 de l'ouvrage Steam Turbine Performance and Economics de R. L. Bartlett - McGraw Hill Ed.
Londres 1948. Le ballon est pourvu, d'autre part, d'un échangeur 33 dont l'entrée est raccordée à une dérivation 34 de la canalisation d'entrée 1 1 comportant un robinet de réglage 35, tandis que sa sortie 36 débouche dans l'espace de vapeur du ballon 30. L'espace de liquide du ballon est raccordé par un conduit 37 à une pompe de circulation 38 dont le refoulement est relié par une canalisation 39 à l'admission d'un élément d'échange de chaleur 40 du resurchauffeur 17. La sortie 41 de ce resurchauffeur 17 est raccordée à l'entrée 13 de la partie amont A de l'échangeur principal. Une dérivation 42, prévue en parallèle sur l'élément d'échange de chaleur 40 du resurchauffeur, est équipée d'un robinet de réglage 43.
L'eau admise en 11 dans la partie aval B de la chaudière s'y trouve réchauffée jusqu'à une température un peu inférieure à celle de saturation de l'eau. L'eau est dirigée ensuite vers le ballon 30 où elle est mélangée avec une petite fraction du débit de vapeur sortant du faisceau A. Dans le ballon, l'eau et la vapeur se trouvent en équilibre. Le réglage en 32 de l'admission de vapeur au ballon assure dans celui-ci la pression et la température désirées. Une certaine quantité d'air dissous est évacuée (non détaillé sur le dessin) vers le condenseur 21.
L'eau reprise dans le ballon par la pompe de circulation 38 est envoyée par celle-ci vers le resurchauffeur 17 au voisinage des turbines. Après passage dans le resurchauffeur, l'eau retourne dans la chaudière pour être à nouveau réchauffée, puis vaporisée et surchauffée dans la partie amont A. En agissant sur le débit d'eau admis dans la dérivation 42 du resurchauffeur, on peut régler la température de resurchauffe et la température de retour d'eau à l'échangeur principal.
Le ballon 30 ainsi disposé assure le dégazage de l'eau avant son passage dans le circuit de vaporisation.
Par ailleurs, il sert de ballon de démarrage.
En effet, pendant toute la période de resurchauffe et de montée en température de la chaudière, l'eau ou la vapeur produite est dirigée en totalité vers ce ballon (ouverture complète de 32 et fermeture de 15) tant que les caractéristiques de pression et de température ne permettent pas son admission à la turbine.
Les avantages du dispositif décrit ressortent de ses différentes fonctions:
- la température de l'eau de resurchauffe peut être
maintenue constante, quelle que soit la charge de
l'installation;
- le dégazage de l'eau est assuré à toutes charges
dans de bonnes conditions, la pression de déga
zage pouvant être maintenue constante ou conser
ver une valeur suffisante suivant le mode de régu
lation de l'installation;
- le circuit annexe nécessaire au démarrage de l'ins
tallation se trouve simplifié.
La présence du ballon donne, en outre, davantage de souplesse de fonctionnement à l'installation.
Le circuit 33, 34 prévu en dérivation sur la partie aval B de l'échangeur permet en effet de dériver une fraction de l'eau d'alimentation dans le ballon. On peut faire varier ainsi le rapport de la chaleur prise par les parties amont et aval de l'échangeur et agir en conséquence sur la surchauffe de la vapeur.
Dans la fonne de réalisation et dans la variante des fig. 2 et 3, le ballon de transition est utilisé comme générateur de vapeur basse pression. La chaleur nécessaire à la vaporisation de la vapeur basse pression est fournie, dans ces conditions, par l'eau en provenance du resurchauffeur. On réalise ainsi un cycle de vapeur à deux étages de pression et une resurchauffe. On sait que le rendement de tels cycles est élevé.
Cette disposition est particulièrement intéressante pour les centrales nucléaires intégrées. Dans ces installations, la traversée de l'enceinte sous pression par les tuyauteries de vapeur pose des problèmes difficiles, en particulier lorsqu'il s'agit de tuyauteries de gros diamètres nécessitées pour la vapeur à basse pression. Cette sujétion exclut pratiquement la possibilité de réaliser directement dans les échangeurs principaux les deux étages de pression. La présente installation résout cette difficulté.
Dans la forme de réalisation de la fig. 2, la partie B qui est en aval sur la circulation du fluide chauffant est alimentée par la pompe d'alimentation 26 qui refoule dans la tuyauterie 1 1 I'eau aspirée dans un dégazeur 45.
Ce dégazeur 45 est lui-même alimenté d'une part par le poste d'eau 44 qui reçoit l'eau condensée introduite par la pompe d'extraction 22, des soutirages 19 et 20 sur la turbine basse pression 18.
A la sortie des éléments B, l'eau réchauffée est en totalité envoyée par 12 dans l'élément 40 du resurchauffeur 17 avant de parvenir par 47 au ballon de détente 48.
Par détente dans le ballon 48, l'eau provenant du resurchauffeur 17 se vaporise partiellement. La pression dans le ballon 48 est réglée à un niveau voisin de la pression de vapeur sortant de la turbine haute pression 16.
Une liaison 49 permet le mélange de ces deux flux de vapeur. Ce mélange passe ensuite dans un second élément 50 du resurchauffeur 17 avant d'être introduit dans la turbine basse pression 18.
La partie amont A de l'échangeur est alimentée à partir du ballon 48 par la pompe 51. Elle fournit la vapeur qui alimente la turbine haute pression 16.
Comme on le voit, le débit total de l'eau traversant l'échangeur B passe dans le resurchauffeur 17 avant de parvenir au ballon 48 pour passer dans le circuit de vaporisation de l'échangeur A.
Dans la variante de la fig. 3, l'ensemble de l'installation est le même que dans la fig. 2: échangeur en deux parties A et B, resurchauffeur 17 à éléments 40 et 50.
Mais l'eau provenant de l'élément 40 du resurchauffeur au lieu d'être envoyée par 47 dans un ballon de détente 53 passe dans un échangeur tubulaire 54.
Cet échangeur 54 est disposé dans le ballon 53, lequel est alimenté en eau d'autre part à partir du dégazeur 45 par la pompe basse pression 55 et le conduit 56. Cette eau est réchauffée, puis vaporisée dans le ballon 53.
La vapeur produite est mélangée à la vapeur détendue sortant de la turbine haute pression 16 et le mélange est resurchauffé en 50 dans le resurchauffeur 17, avant son entrée dans la turbine basse pression 18. L'alimen tation en eau du ballon 53 est réglée par 57 de façon à maintenir un niveau constant dans le ballon 53.
Dans d'autres variantes, on pourrait envisager, par exemple, une resurchauffe complémentaire par de la vapeur vive ou plusieurs resurchauffes selon les dispositions du brevet français déjà mentionné. On pourrait également prévoir, dans tous les autres cas, un by-pass de resurchauffe côté eau ou encore une disposition en parallèle, côté eau, du surchauffeur et du ballon de transition.