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REVENDICATIONS
1. Procédé pour faire varier le régime d'une turbine dans une installation comportant une génératrice de vapeur, une pompe d'eau d'alimentation produisant dans la génératrice une pression haute supérieure à la pression critique de la vapeur, un surchauffeur, au moins une vanne ajustable réductrice de pression située entre le surchauffeur et la génératrice de vapeur et permettant d'ajuster la pression de la vapeur sortant de la génératrice de vapeur et allant vers le surchauffeur, une turbine recevant la vapeur provenant du surchauffeur et au moins une vanne de commande de la turbine pour régler l'entrée de la vapeur dans la turbine, caractérisé en ce qu'il consiste à ajuster la vanne de commande de la turbine à une position ouverte déterminée,
à maintenir la vanne réductrice de pression en position d'ouverture complète et à faire varier le débit de la pompe d'eau d'alimentation de manière à faire varier la pression de vapeur dans la génératrice de vapeur entre la pression haute supérieure à la pression critique de la vapeur et une pression plus basse mais supérieure à la pression critique, ce qui a pour résultat de faire varier la pression de vapeur à la vanne de commande de la turbine entre la pression haute et la pression plus basse.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour faire varier le régime de la turbine entre 100% et 65% du régime nominal, on fait varier en outre le débit de la pompe d'eau d'alimentation de manière que la pression de la vapeur produite dans la génératrice de vapeur lorsque la turbine fonctionne à 85% du régime nominal soit égale à ladite pression haute et que la pression de la vapeur produite dans la génératrice de vapeur lorsque la turbine fonctionne à 65% du régime nominal soit égale à ladite pression plus basse, et on fait varier l'ouverture de la vanne de commande entre une position complètement ouverte, ce qui correspond à 100% du régime nominal, et ladite position ouverte déterminée, ce qui correspond à 85% du régime nominal.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour faire varier le régime de la turbine entre 65% du régime nominal et 0% du régime nominal, on fait varier en outre l'ouverture de la vanne réductrice de pression entre une position complètement ouverte, ce qui correspond à 65% du régime nominal, et une position complètement fermée, ce qui correspond à 0% du régime nominal.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour faire varier le régime de la turbine entre 100% et 65% du régime nominal, on ouvre en outre complètement la vanne de commande de la turbine et on fait varier le débit de la pompe d'eau d'alimentation de manière que la pression de la vapeur produite dans la génératrice de vapeur lorsque la turbine fonctionne à 100% du régime nominal soit égale à ladite pression haute et que la pression de la vapeur produite dans la génératrice de vapeur lorsque la turbine fonctionne à 65% du régime nominal soit égale à ladite pression plus basse.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que pour faire varier le régime de la turbine entre 65% du régime nominal et 0% du régime nominal, on fait varier en outre l'ouverture de la vanne réductrice de pression entre une position complètement ouverte, ce qui correspond à 65% du régime nominal, et une position complètement fermée, ce qui correspond à 0% du régime nominal.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour faire varier le régime de la turbine entre 100% et 85% du régime nominal, on ouvre en outre complètement la vanne de commande de la turbine et on fait varier le débit d'eau d'alimentation de la pompe, de manière que la pression de la vapeur produite dans la génératrice de vapeur lorsque la turbine fonctionne à 100% du régime nominal soit égale à ladite pression haute, et que la pression de la vapeur produite dans la génératrice de vapeur lorsque la turbine fonctionne à 85% du régime nominal soit égale à ladite pression plus basse.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que pour faire varier le régime de la turbine entre 85% et 0% du régime nominal, on fait varier en outre l'ouverture de la vanne réductrice de pression entre une position complètement ouverte, ce qui correspond à 85% du régime nominal, et une position complètement fermée, ce qui correspond à 0% du régime nominal.
L'invention concerne un procédé permettant de faire varier le régime d'une turbine dans une centrale à vapeur comportant une installation génératrice de vapeur à pression hypercritique et une turbine.
On a utilisé dans le passé diverses méthodes pour régler le régime des turbines à vapeur dans les centrales comportant une génératrice à vapeur pour produire de la vapeur sous pression et un surchauffeur disposé entre la génératrice de vapeur et la turbine. La turbine elle-même est généralement munie d'une ou plusieurs vannes de commande permettant de faire varier la quantité de vapeur fournie à la turbine, et par là de commander son régime.
Parmi les procédés permettant de commander le régime des turbines dans les installations fonctionnant à des pressions de vapeur inférieures à la pression critique on peut citer:
1) L'utilisation d'un système d'étranglement fournissant une pression constante et de vannes fonctionnant d'une manière séquentielle. La surface active de tuyère au premier étage de la turbine est variée d'une façon séquentielle par les vannes de commande, ce qui permet de commander le flux de vapeur arrivant sur la turbine.
2) L'utilisation de vannes à étranglement variable, où le régime de la turbine est modifié en faisant varier simultanément l'ouverture de toutes ces vannes, ce qui modifie le flux de vapeur arrivant sur la turbine.
3) L'utilisation d'un système permettant de modifier la pression de la vapeur à la sortie du générateur. ce qui permet de modifier la pression de la vapeur dans les tuyères et les vannes; dans ce système, les vannes de commande sont maintenues en position fixe.
4) Enfin, I'utilisation de dispositifs hybrides, correspondant aux procédés 1 et 3 ou 2 et 3, que l'on fait intervenir à différents régimes de fonctionnement.
Chaque procédé a ses avantages et ses inconvénients lorsqu'il est utilisé dans des installations industrielles. Le procédé adopté dépend de la manière dont la génératrice de vapeur et la turbine à vapeur sont conçues. On connait par exemple le procédé décrit dans le brevet US 4.241.585.
Alors que les procédés décrits ci-dessus sont utilisables sur des installations où la pression de la vapeur est inférieure à la pression critique, ils peuvent être inutilisables dans des installations à vapeur hypercritique, c'est-à-dire utilisant des pressions de vapeur supérieures à la pression critique. qui est de 225,6-105 Pa. Ceci est en partie dû à la construction des génératrices de vapeur. Dans les installations à vapeur hypocritique, la variation de la pression de vapeur est obtenue en modifiant le chauffage de la génératrice de vapeur, ce qui modifie la pression de la vapeur fournie à la turbine.
Ce procédé n'est pas utilisable dans toutes les installations à vapeur hypercritique: ainsi, dans les génératrices à vapeur hypercritique normalement utilisées aux Etats-Unis, on ne laisse jamais tomber la pression de la vapeur au-dessous de la pression critique lorsque la génératrice de vapeur est en service.
C'est le but de l'invention que de fournir un procédé permettant de faire varier le régime d'une turbine dans une installation génératrice à vapeur hypercritique et une turbine, qui consiste à faire varier la pression pour modifier dans un certain intervalle le régime de la turbine tout en (1) réduisant au minimum les changements de température et par conséquent les chocs thermiques auxquels est soumise la turbine haute-pression et en (2) améliorant le rendement thermique lorsque la turbine fonctionne à bas régime. Cette deuxième caractéristique peut permettre de faire d'importantes économies de carburant dans les centrales à vapeur.
Le procédé selon l'invention est défini par la revendication 1.
Dans une forme d'exécution de l'invention, on fait varier le
régime de la turbine entre 100% de son régime nominal et 85% de son régime nominal en ajustant l'ouverture de la vanne de commande entre la position d'ouverture complète (100%) et celle d'ouverture partielle (85%). Pour faire varier le régime de la turbine dans l'intervalle 85%-65% du régime nominal, on fait varier le débit de la pompe d'eau d'alimentation de manière à faire varier la pression dans la génératrice de vapeur entre une pression haute, c'est-à-dire supérieure d'une valeur déterminée à la pression critique (85%), et une pression plus basse, c'est-à-dire légèrement supérieure à la pression critique (65%). Pour faire varier le régime de la turbine dans l'intervalle allant de 65% à 0% du régime nominal, on fait varier l'ouverture de la vanne réductrice de pression entre sa position complètement ouverte (65%) et sa position complètement fermée (0%).
Dans une autre forme d'exécution de l'invention, pour faire varier le régime de la turbine dans l'intervalle allant de 100% à 65% du régime nominal, on ouvre complètement la vanne de commande et on fait varier le débit de la pompe d'eau d'alimentation de manière à faire varier la pression haute susmentionnée, c'est-à-dire supérieure d'une valeur déterminée à la pression critique (100%), et la pression plus basse susmentionnée, c'est-à-dire légèrement supérieure à la pression critique (65%). Pour faire varier le régime de la turbine dans l'intervalle allant de 65% à 0% du régime nominal, on modifie l'ouverture de la vanne réductrice de pression.
Dans une autre forme d'exécution de l'invention. on fait varier le régime de la turbine entre 100% et 85% de son régime nominal en maintenant la vanne de commande complètement ouverte et en faisant varier le débit de la pompe d'eau d'alimentation de manière à faire varier la pression dans la génératrice de vapeur entre la pression haute susmentionnée, c'est-à-dire supérieure d'une valeur déterminée à la pression critique (100%), et la pression plus basse susmentionnée, c'est-à-dire légèrement supérieure à la pression critique (85%).
Pour faire varier le régime de la turbine dans l'intervalle 85% 0% du régime nominal, on fait varier l'ouverture de la vanne réductrice de pression entre sa position complètement ouverte (85%) et sa position complètement fermée (0%).
De préférence, les différentes composantes de l'installation sont conçues de manière que l'on puisse modifier le régime de la turbine en modifiant la pression de la pompe d'alimentation entre une pression haute, c'est-à-dire supérieure d'une valeur déterminée à la pression critique, et une pression plus basse, mais suffisamment plus grande que la pression critique. La valeur de cette seconde pression dépend de la construction de la génératrice de vapeur.
Une mise en oeuvre du procédé selon l'invention sera décrite, à titre d'exemple, en se référant au dessin annexé, dans lequel
la fig. 1 est un schéma synoptique représentant une centrale fonctionnant avec de la vapeur hypercritique sur laquelle on peut utiliser le procédé suivant l'invention permettant de faire varier le régime de la turbine,
la fig. 2 est un graphique représentant la variation de la pression d'étranglement à la vanne de commande de la turbine en fonction de son régime lorsqu'on utilise un cycle de fonctionnement selon l'invention et un cycle de fonctionnement usuel, les fig. 3a, 3b, 3c sont des graphiques représentant la variation des principales températures de vapeur en fonction du régime d'une turbine utilisée dans une installation du type représenté sur la fig.
1, fonctionnant selon le cycle de l'invention et selon le cycle usuel,
les fig. 4a et 4b sont des graphiques représentant les pressions d'entrée et de sortie de la turbine haute-pression en fonction du régime de cette turbine lorsqu'elle est utilisée dans une installation du type représenté sur la fig. 1 fonctionnant selon le cycle de l'invention et selon le cycle usuel, et
la fig. 5 est un graphique représentant la variation du rendement énergétique en fonction du régime d'une turbine fonctionnant selon le cycle de l'invention et selon le cycle usuel.
La fig. 1 est un schéma synoptique représentant une installation typique génératrice de vapeur hypercritique-turbine. On voit que la vapeur est produite dans une génératrice de vapeur 1 et qu'elle passe par une ou plusieurs vannes réductrices de pression 2 et par un surchauffeur 3. Cette vapeur passe ensuite dans une conduite de vapeur 4 aboutissant à des vannes de commande 5 de la turbine qui commandent l'entrée de la vapeur au premier étage d'une turbine à haute pression 6. Bien qu'une seule vanne soit représentée, on peut en prévoir plusieurs comme dans le cas du procédé de commande (1) décrit plus haut utilisé dans les installations fonctionnant à des pressions de vapeur inférieures à la pression critique.
La vapeur passe ensuite de la turbine haute-pression 6 dans un premier réchauffeur 7 alimentant une première turbine à vapeur réchauffée 8. La vapeur sortant de cette première turbine à vapeur réchauffée peut être acheminée sur un second réchauffeur 9 alimentant une seconde turbine à vapeur réchauffée 10. La vapeur sortant de cette seconde turbine à vapeur réchauffée est acheminée sur des turbines basse-pression. La turbine haute-pression, la première et la seconde turbine à vapeur réchauffée et les turbines basse-pression sont toutes accouplées à une ou deux génératrices électriques 1 1 selon l'agencement des turbines. L'utilisation d'un second rechauf- feur 10 est optionnelle: lorsque cela est souhaité, la vapeur sortant de la première turbine à vapeur réchauffée 8 peut être directement acheminée sur une turbine basse-pression.
La vapeur sortant des turbines basse-pression va à un condenseur de vapeur 12. Le condensat 13 formé dans le condenseur est pompé par une pompe à condensat 14 par des réchauffeurs de condensat basse-pression 15 vers la pompe d'eau d'alimentation 16. La pompe d'eau d'alimentation envoie l'eau par des réchauffeurs d'eau haute-pression 17 dans le générateur de vapeur 18. Cette pompe d'eau d'alimentation 16 maintient la pression entre la pompe et la vanne de division à une valeur préalablement choisie et supérieure à la pression critique de la vapeur. Lorsque la vanne réductrice de pression 2 est complètement ouverte cette même pression va jusqu'à la vanne de commande 5 de la turbine.
La mise en oeuvre de la première forme d'exécution du procédé conçue pour l'installation de la fig. 1 se fait comme suit. Pour modifier le régime de la turbine haute-pression 6 dans l'intervalle 100%85% du régime nominal, on fait varier l'ouverture de la vanne de commande 5 entre la position d'ouverture complète (100% du régime nominal) et celle d'ouverture partielle (85% du régime nominal).
Pour faire varier le régime de la turbine dans l'intervalle d'approximativement 85-65% du régime nominal, on ajuste la vanne de commande 5 à une position déterminée partiellement ouverte et on ouvre complètement la vanne réductrice de pression 2. On fait varier alors la pression dans la génératrice de vapeur 1 et à la vanne de commande 5 en modifiant la pression de la pompe d'eau d'alimentation 16 dans un domaine situé entre une pression haute, c'est-à-dire supérieure d'une valeur déterminée à la pression critique, et une pression plus basse, c'est-à-dire légèrement supérieure à la pression critique.
Pour faire varier le régime de la turbine dans l'intervalle allant de 100% à approximativement 85% du régime nominal, on peut aussi ouvrir complètement les vannes de commande de la turbine et modifier la pression au niveau de ces vannes comme décrit précédemment.
Pour faire varier le régime de la turbine dans l'intervalle allant approximativement de 65% à 0% du régime nominal, on modifie l'ouverture de la vanne réductrice de pression 2. Quand on réduit l'ouverture de la vanne réductrice 2, on réduit la pression au niveau de la vanne de commande 5 partiellement ouverte à des pressions inférieures à la pression critique, réduisant ainsi la pression à l'entrée de la turbine haute-pression 6. La présence d'une ou plusieurs vannes réductrices de pression 2 garantit que la pression à l'intérieur de la génératrice de vapeur 1 restera supérieure de manière permanente à la pression critique, empêchant ainsi tout risque de dommages dû aux chocs thermiques à la génératrice de vapeur, ceci même lorsque la pression dans le surchauffeur 3 et la conduite de vapeur 4 en aval de la vanne 2 est inférieure à la pression critique.
Une autre mise en oeuvre conçue pour l'installation de la fig. 1 se fait comme suit. Pour modifier le régime de la turbine haute-pression dans l'intervalle allant de 100% à approximativement 65 /ó du régime nominal, on ouvre complètement la vanne de commande 5 de la turbine 6 et on fait varier la pression de la pompe d'eau d'alimentation 16 de manière à faire varier la pression à la vanne de commande 5 dans un domaine situé entre une pression haute, c'est-àdire supérieure d'une valeur déterminée à la pression critique, et une pression basse, c'est-à-dire légèrement supérieure à la pression critique.
Pour faire varier le régime de la turbine dans l'intervalle allant approximativement de 85 /ó à 0% du régime nominal, on fait varier l'ouverture de la vanne réductrice de pression entre les positions complètement ouverte (85% du régime nominal) et complètement fermée (0% du régime nominal).
Une caractéristique des trois méthodes est que l'on fait varier le régime dans une partie de l'intervalle de la variation totale en modifiant le débit de la pompe d'eau d'alimentation de manière à faire varier la pression de la vapeur produite entre une pression haute, c'est-à-dire supérieure d'une valeur déterminée à la pression critique, et une pression plus basse, c'est-à-dire légèrement supérieure à la pression critique.
Dans la fig. 2 on a représenté graphiquement la variation du régime de la turbine en fonction de la pression dans un cycle classique et de la pression dans un cycle utilisant la première forme d'exécution de l'invention dénommé pour des raisons de commodité Cycle de Dolan . Dans le cycle classique, où la vanne de commande 5 est soumise à une pression constante supérieure à la pression critique, la modification de régime est obtenue en modifiant l'ouverture de la vanne de commande de la turbine. Pour faire varier le régime de la turbine dans l'intervalle 100%-85% avec le Cycle de
Dolan, on utilise le même procédé que dans le cycle classique, c'est Åa-dire qu'on fait varier l'ouverture de la vanne de commande.
De ce fait, la pression à l'étranglement 21 reste supérieure à la pression critique 20 avec les deux cycles et la pression de la génératrice de vapeur 22 est identique.
Avec le Cycle de Dolan, on fait varier le régime de la turbine entre approximativement 85% du régime nominal et approximativement 65% du régime nominal en réduisant la pression à la vanne d'étranglement de la pression utilisée à plein régime à une pression légèrement supérieure à la pression critique 20. Comme cela a été expliqué plus haut, cela est réalisé en faisant varier la pression de la pompe d'eau d'alimentation 16 de manière à réduire la pression de la vapeur dans la génératrice 22. Le régime de la turbine est diminué au-dessous de 65% du régime nominal en fermant la vanne réductrice de pression qui, comme cela est représenté sur la fig. 2, réduit la pression à la vanne d'étranglement au-dessous de la pression critique tout en maintenant la pression de vapeur dans la génératrice à une valeur légèrement supérieure à la pression critique.
L'avantage du Cycle de Dolan par rapport à un cycle classique ressort sur les fig. 3 et 4.
A la fig. 3 on voit en (a) la variation de la température finale de la vapeur pour un cycle de Dolan et un cycle classique, en (b) la variation de la température de la vapeur à la sortie du premier réchauffeur 7 et en (c) la variation de la température de la vapeur à la sortie du second réchauffeur 9: ce sont des variations typiques approximatives représentées en fonction du régime exprimé en % par rapport au régime nominal; en (b) et (c) les courbes du cycle classique C sont en tirets et les courbes du Cycle de Dolan D en trait plein.
A la fig. 4 on voit en (A) la variation de la température d'entrée et en (B) la variation de la température de sortie de la turbine hautepression 6. Les courbes D correspondent au Cycle de Dolan, les courbes C à un cycle classique où la turbine 6 est commandée par une vanne de commande 5 et les courbes C2 à un cycle classique où la turbine est commandée par une tuyère et 2 vannes. Alors que la variation de la température de la vapeur entrant dans les turbines en fonction du régime de la turbine observé avec le Cycle de Dolan est très voisine de celle observée avec le cycle classique (fig. 3a, 3b, 3c),
I'utilisation du Cycle de Dolan provoque des changements de température moins importants dans la turbine haute-pression 6 lorsqu'on fait varier le régime de la turbine dans un large intervalle que l'utilisation d'un cycle classique, comme cela est illustré sur les fig. 4a et 4b.
Ceci-est important car les chocs thermiques dans cette turbine sont réduits.
Le fait d'avoir des températures de vapeur plus éievées dans un large intervalle de régimes améliore le rendement énergétique de l'installation.
Dans la fig. 5, on a comparé le rendement énergétique obtenu en utilisant un Cycle de Dolan conformément à la présente invention et le rendement énergétique obtenu en utilisant un cycle classique. Le rendement est exprimé en in en fonction du régime. La courbe C correspond au rendement d'un cycle classique, où la turbine est commandée avec une vanne de commande, Dl au rendement d'un
Cycle de Dolan, où la turbine est commandée avec une vanne de commande, et D2 au rendement d'un Cycle de Dolan où la turbine est commandée par une tuyère et 2 vannes. On voit qu'avec le Cycle de Dolan dans l'intervalle des régimes allant de 85% à environ 20% du régime nominal le rendement est meilleur qu'avec le cycle classique d'une turbine utilisant une pression constante reçue par l'intermédiaire d'une vanne de commande dont on modifie l'ouverture.
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CLAIMS
1. Method for varying the speed of a turbine in an installation comprising a steam generator, a feed water pump producing in the generator a high pressure greater than the critical pressure of the steam, at least a superheater an adjustable pressure reducing valve located between the superheater and the steam generator and making it possible to adjust the pressure of the steam leaving the steam generator and going towards the superheater, a turbine receiving the steam coming from the superheater and at least one valve turbine control valve to regulate the entry of steam into the turbine, characterized in that it consists in adjusting the turbine control valve to a determined open position,
maintain the pressure reducing valve in the fully open position and vary the flow rate of the feed water pump so as to vary the vapor pressure in the steam generator between the high pressure greater than the pressure critical steam and lower pressure but higher than the critical pressure, which results in varying the steam pressure at the turbine control valve between high pressure and lower pressure.
2. Method according to claim 1, characterized in that to vary the speed of the turbine between 100% and 65% of the nominal speed, the flow rate of the feed water pump is further varied so that the pressure of the steam produced in the steam generator when the turbine operates at 85% of the nominal speed is equal to said high pressure and the pressure of the steam produced in the steam generator when the turbine operates at 65% of the nominal speed is equal to said lower pressure, and the opening of the control valve is varied between a fully open position, which corresponds to 100% of the nominal speed, and said determined open position, which corresponds to 85% of the nominal speed .
3. Method according to claim 2, characterized in that to vary the speed of the turbine between 65% of the nominal speed and 0% of the nominal speed, the opening of the pressure reducing valve is also varied between a position fully open, which corresponds to 65% of the nominal speed, and a fully closed position, which corresponds to 0% of the nominal speed.
4. Method according to claim 1, characterized in that to vary the speed of the turbine between 100% and 65% of the nominal speed, the turbine control valve is also completely opened and the flow rate of the feed water pump so that the pressure of the steam produced in the steam generator when the turbine is operating at 100% of the rated speed is equal to said high pressure and the pressure of the steam produced in the steam generator when the turbine operates at 65% of the nominal speed is equal to said lower pressure.
5. Method according to claim 4, characterized in that to vary the speed of the turbine between 65% of the nominal speed and 0% of the nominal speed, the opening of the pressure reducing valve is also varied between a position fully open, which corresponds to 65% of the nominal speed, and a fully closed position, which corresponds to 0% of the nominal speed.
6. Method according to claim 1, characterized in that to vary the speed of the turbine between 100% and 85% of the nominal speed, the turbine control valve is also completely opened and the flow rate is varied. feed water to the pump, so that the pressure of the steam produced in the steam generator when the turbine operates at 100% of the nominal speed is equal to said high pressure, and the pressure of the steam produced in the generator steam when the turbine operates at 85% of the nominal speed is equal to said lower pressure.
7. Method according to claim 6, characterized in that to vary the speed of the turbine between 85% and 0% of the nominal speed, the opening of the pressure reducing valve is further varied between a fully open position, which corresponds to 85% of the nominal speed, and a fully closed position, which corresponds to 0% of the nominal speed.
The invention relates to a method for varying the speed of a turbine in a steam power plant comprising a steam generator installation at hypercritical pressure and a turbine.
Various methods have been used in the past to control the speed of steam turbines in power plants having a steam generator to produce pressurized steam and a superheater disposed between the steam generator and the turbine. The turbine itself is generally provided with one or more control valves making it possible to vary the quantity of steam supplied to the turbine, and thereby to control its speed.
Among the methods enabling the speed of turbines to be controlled in installations operating at vapor pressures below the critical pressure, there may be mentioned:
1) The use of a throttle system providing constant pressure and valves operating sequentially. The active nozzle area on the first stage of the turbine is varied sequentially by the control valves, which makes it possible to control the flow of steam arriving on the turbine.
2) The use of variable throttle valves, where the speed of the turbine is modified by simultaneously varying the opening of all these valves, which modifies the flow of steam arriving on the turbine.
3) The use of a system allowing to modify the vapor pressure at the outlet of the generator. which makes it possible to modify the pressure of the vapor in the nozzles and the valves; in this system, the control valves are kept in a fixed position.
4) Finally, the use of hybrid devices, corresponding to methods 1 and 3 or 2 and 3, which are used in different operating modes.
Each process has its advantages and disadvantages when used in industrial plants. The process adopted depends on how the steam generator and the steam turbine are designed. The process described in US Pat. No. 4,241,585 is known, for example.
While the methods described above can be used in installations where the vapor pressure is lower than the critical pressure, they can be unusable in hypercritical vapor installations, that is to say using higher vapor pressures. at critical pressure. which is 225.6-105 Pa. This is partly due to the construction of the steam generators. In hypocritical steam installations, the variation of the vapor pressure is obtained by modifying the heating of the steam generator, which modifies the pressure of the steam supplied to the turbine.
This process cannot be used in all hypercritical steam installations: thus, in hypercritical steam generators normally used in the United States, the steam pressure is never allowed to drop below the critical pressure when the generator steam is in service.
It is the object of the invention to provide a method making it possible to vary the speed of a turbine in a hypercritical steam generator installation and a turbine, which consists in varying the pressure in order to modify within a certain interval the speed of the turbine while (1) minimizing the temperature changes and consequently the thermal shocks to which the high-pressure turbine is subjected and (2) improving the thermal efficiency when the turbine is operating at low speed. This second characteristic can make it possible to make significant fuel savings in steam power plants.
The method according to the invention is defined by claim 1.
In one embodiment of the invention, the
turbine speed between 100% of its nominal speed and 85% of its nominal speed by adjusting the opening of the control valve between the fully open position (100%) and that of partial opening (85%). To vary the speed of the turbine in the range 85% -65% of the nominal speed, the flow rate of the feed water pump is varied so as to vary the pressure in the steam generator between a pressure high, that is to say higher by a determined value at the critical pressure (85%), and a lower pressure, that is to say slightly higher than the critical pressure (65%). To vary the speed of the turbine in the range from 65% to 0% of the nominal speed, the opening of the pressure reducing valve is varied between its fully open position (65%) and its fully closed position ( 0%).
In another embodiment of the invention, to vary the speed of the turbine in the range from 100% to 65% of the nominal speed, the control valve is fully opened and the flow rate of the feed water pump so as to vary the above-mentioned high pressure, that is to say a given value greater than the critical pressure (100%), and the above-mentioned lower pressure, ie slightly above the critical pressure (65%). To vary the speed of the turbine in the range from 65% to 0% of the nominal speed, the opening of the pressure reducing valve is modified.
In another embodiment of the invention. the speed of the turbine is varied between 100% and 85% of its nominal speed by keeping the control valve fully open and by varying the flow rate of the feed water pump so as to vary the pressure in the steam generator between the above-mentioned high pressure, that is to say greater than a determined value at the critical pressure (100%), and the aforementioned lower pressure, that is to say slightly higher than the pressure critical (85%).
To vary the speed of the turbine in the range 85% 0% of the nominal speed, the opening of the pressure reducing valve is varied between its fully open position (85%) and its fully closed position (0%) .
Preferably, the various components of the installation are designed so that the speed of the turbine can be modified by modifying the pressure of the feed pump between a high pressure, that is to say higher than a value determined at the critical pressure, and a lower pressure, but sufficiently greater than the critical pressure. The value of this second pressure depends on the construction of the steam generator.
An implementation of the method according to the invention will be described, by way of example, with reference to the accompanying drawing, in which
fig. 1 is a block diagram representing a power plant operating with hypercritical steam on which the process according to the invention can be used, making it possible to vary the speed of the turbine,
fig. 2 is a graph showing the variation of the throttle pressure at the turbine control valve as a function of its speed when using an operating cycle according to the invention and a usual operating cycle, FIGS. 3a, 3b, 3c are graphs representing the variation of the main vapor temperatures as a function of the speed of a turbine used in an installation of the type shown in FIG.
1, operating according to the cycle of the invention and according to the usual cycle,
fig. 4a and 4b are graphs representing the inlet and outlet pressures of the high-pressure turbine as a function of the speed of this turbine when it is used in an installation of the type shown in FIG. 1 operating according to the cycle of the invention and according to the usual cycle, and
fig. 5 is a graph representing the variation in energy efficiency as a function of the speed of a turbine operating according to the cycle of the invention and according to the usual cycle.
Fig. 1 is a block diagram representing a typical installation generating hypercritical steam-turbine. It can be seen that the steam is produced in a steam generator 1 and that it passes through one or more pressure reducing valves 2 and through a superheater 3. This steam then passes through a steam line 4 leading to control valves 5 of the turbine which controls the entry of steam to the first stage of a high pressure turbine 6. Although a single valve is shown, several can be provided as in the case of the control method (1) described more high used in installations operating at vapor pressures below the critical pressure.
The steam then passes from the high-pressure turbine 6 into a first heater 7 supplying a first heated steam turbine 8. The steam leaving this first heated steam turbine can be conveyed to a second heater 9 supplying a second heated steam turbine 10. The steam leaving this second heated steam turbine is routed on low-pressure turbines. The high-pressure turbine, the first and second heated steam turbines and the low-pressure turbines are all coupled to one or two electric generators 11 according to the arrangement of the turbines. The use of a second reheater 10 is optional: when desired, the steam leaving the first heated steam turbine 8 can be directly fed to a low-pressure turbine.
The steam leaving the low-pressure turbines goes to a steam condenser 12. The condensate 13 formed in the condenser is pumped by a condensate pump 14 by low-pressure condensate heaters 15 to the feed water pump 16 The feed water pump sends the water through high-pressure water heaters 17 into the steam generator 18. This feed water pump 16 maintains the pressure between the pump and the division valve. to a value previously selected and greater than the critical vapor pressure. When the pressure reducing valve 2 is fully open, this same pressure goes up to the control valve 5 of the turbine.
The implementation of the first embodiment of the method designed for the installation of FIG. 1 is as follows. To modify the speed of the high-pressure turbine 6 in the interval 100% 85% of the nominal speed, the opening of the control valve 5 is varied between the fully open position (100% of the nominal speed) and that of partial opening (85% of nominal speed).
To vary the speed of the turbine in the range of approximately 85-65% of the nominal speed, the control valve 5 is adjusted to a determined partially open position and the pressure reducing valve 2 is fully opened. then the pressure in the steam generator 1 and at the control valve 5 by modifying the pressure of the feed water pump 16 in a range situated between a high pressure, that is to say one higher value determined at the critical pressure, and a lower pressure, that is to say slightly higher than the critical pressure.
To vary the speed of the turbine in the range from 100% to approximately 85% of the nominal speed, it is also possible to completely open the turbine control valves and modify the pressure at these valves as described above.
To vary the speed of the turbine in the range of approximately 65% to 0% of the nominal speed, the opening of the pressure reducing valve 2 is modified. When the opening of the reducing valve 2 is reduced, reduces the pressure at the partially open control valve 5 at pressures below the critical pressure, thereby reducing the pressure at the inlet of the high-pressure turbine 6. The presence of one or more pressure reducing valves 2 guarantees that the pressure inside the steam generator 1 will remain permanently above the critical pressure, thus preventing any risk of damage due to thermal shock to the steam generator, even when the pressure in the superheater 3 and the steam line 4 downstream of the valve 2 is lower than the critical pressure.
Another implementation designed for the installation of FIG. 1 is as follows. To modify the speed of the high-pressure turbine in the range from 100% to approximately 65% of the nominal speed, the control valve 5 of the turbine 6 is completely opened and the pressure of the pump is varied. feed water 16 so as to vary the pressure at the control valve 5 in a range between a high pressure, that is to say higher by a value determined at the critical pressure, and a low pressure, c ' that is, slightly above the critical pressure.
To vary the speed of the turbine in the range of approximately 85% to 0% of the nominal speed, the opening of the pressure reducing valve is varied between the fully open positions (85% of the nominal speed) and completely closed (0% of nominal speed).
A feature of the three methods is that the speed is varied in part of the total variation range by modifying the flow rate of the feed water pump so as to vary the pressure of the steam produced between a high pressure, that is to say higher by a determined value at the critical pressure, and a lower pressure, that is to say slightly higher than the critical pressure.
In fig. 2 is shown graphically the variation of the turbine speed as a function of the pressure in a conventional cycle and the pressure in a cycle using the first embodiment of the invention called for convenience Dolan cycle. In the conventional cycle, where the control valve 5 is subjected to a constant pressure greater than the critical pressure, the change in speed is obtained by modifying the opening of the turbine control valve. To vary the speed of the turbine in the interval 100% -85% with the Cycle of
Dolan, we use the same process as in the classic cycle, that is to say that we vary the opening of the control valve.
As a result, the throttle pressure 21 remains higher than the critical pressure 20 with the two cycles and the pressure of the steam generator 22 is identical.
With the Dolan Cycle, the turbine speed is varied between approximately 85% of the nominal speed and approximately 65% of the nominal speed by reducing the pressure at the throttle valve from the pressure used at full speed to a slightly higher pressure at the critical pressure 20. As explained above, this is achieved by varying the pressure of the feed water pump 16 so as to reduce the pressure of the vapor in the generator 22. The speed of the turbine is reduced below 65% of nominal speed by closing the pressure reducing valve which, as shown in fig. 2, reduces the pressure at the throttle valve below the critical pressure while maintaining the vapor pressure in the generator at a value slightly above the critical pressure.
The advantage of the Dolan Cycle compared to a conventional cycle is shown in Figs. 3 and 4.
In fig. 3 we see in (a) the variation of the final steam temperature for a Dolan cycle and a conventional cycle, in (b) the variation of the steam temperature at the outlet of the first heater 7 and in (c) the variation of the temperature of the steam at the outlet of the second heater 9: these are approximate typical variations represented as a function of the speed expressed in% relative to the nominal speed; in (b) and (c) the curves of the classical cycle C are in dashes and the curves of the Dolan D cycle in solid lines.
In fig. 4 we see in (A) the variation of the inlet temperature and in (B) the variation of the outlet temperature of the high-pressure turbine 6. The curves D correspond to the Dolan cycle, the curves C to a conventional cycle where the turbine 6 is controlled by a control valve 5 and the curves C2 to a conventional cycle where the turbine is controlled by a nozzle and 2 valves. While the variation of the temperature of the steam entering the turbines as a function of the turbine speed observed with the Dolan Cycle is very close to that observed with the conventional cycle (fig. 3a, 3b, 3c),
The use of the Dolan Cycle causes less significant temperature changes in the high-pressure turbine 6 when the speed of the turbine is varied over a wide range than the use of a conventional cycle, as illustrated in fig. 4a and 4b.
This is important because the thermal shocks in this turbine are reduced.
Having higher vapor temperatures over a wide range of regimes improves the energy efficiency of the installation.
In fig. 5, the energy yield obtained using a Dolan cycle in accordance with the present invention was compared with the energy yield obtained using a conventional cycle. The yield is expressed in in depending on the regime. Curve C corresponds to the efficiency of a conventional cycle, where the turbine is controlled with a control valve, Dl to the efficiency of a
Dolan cycle, where the turbine is controlled with a control valve, and D2 at the performance of a Dolan cycle where the turbine is controlled by a nozzle and 2 valves. It can be seen that with the Dolan cycle in the speed range from 85% to about 20% of the nominal speed, the efficiency is better than with the conventional cycle of a turbine using a constant pressure received via d '' a control valve whose opening is modified.