EP0050699B1 - Batterie de condensation directe par air à pressions d'échappement multiples et ensemble comportant de telles batteries - Google Patents

Batterie de condensation directe par air à pressions d'échappement multiples et ensemble comportant de telles batteries Download PDF

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EP0050699B1 EP80870047A EP80870047A EP0050699B1 EP 0050699 B1 EP0050699 B1 EP 0050699B1 EP 80870047 A EP80870047 A EP 80870047A EP 80870047 A EP80870047 A EP 80870047A EP 0050699 B1 EP0050699 B1 EP 0050699B1
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André Jules Paquet
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Hamon Sobelco SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B1/00—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser
    • F28B1/06—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser using air or other gas as the cooling medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B1/00—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser
    • F28B1/06—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser using air or other gas as the cooling medium
    • F28B2001/065—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser using air or other gas as the cooling medium with secondary condenser, e.g. reflux condenser or dephlegmator

Definitions

  • the present invention relates to special arrangements in a condenser with direct air condensation for the production of different condensing pressures and temperatures at the exhaust of the low pressure bodies of a turbine with multiple exhaust bodies.
  • the patent specification FR-A-2112497 describes a direct condensing coil comprising a bundle of condensing tubes which extends between two terminal enclosures and in which all the condensing tubes are traversed in series by steam from a single entry compartment.
  • the vapor condensation pressure is practically the same in all the tubes of the bundle, except for the pressure drops and it therefore does not allow the production of several groups of distinct condensation tubes with a different condensation pressure in each group. of tubes.
  • a direct condensing coil by air in which the bundle of condensing tubes is divided into several distinct groups, the tubes of each group extending between a steam inlet box and a box condensate outlet, each steam inlet box being connected separately to the exhaust of a low pressure body separate from the turbine and each condensate outlet box being connected to a condensate discharge pipe so that the different groups of condensing tubes form vapor circuits supplied in parallel which are swept in series by the flow of cooling air.
  • Figure 1 schematically shows two end enclosures 10 and 20 communicating with each other by a bundle of heat exchange tubes 5, 6.
  • the space in which the heat exchange tubes extend is traversed by a flow of air A which externally scans the tubes 5 and 6 in order to cause vapor condensation there.
  • the terminal enclosures 10 and 20 are divided into several boxes.
  • the enclosures 10 and 20 are divided by way of example into two boxes separated by a common partition.
  • the enclosure 10 is divided into two boxes 1 and 2 by a partition 11 and the enclosure 20 is divided into two boxes 3 and 4 by a partition 21.
  • In the box 1 opens a first group of condensation tubes and in the box 2 leads to another group of condensation tubes.
  • Each of these groups of condensing tubes also opens into a separate box, respectively 3 and 4, of the enclosure 20.
  • the boxes 1 and 3 on the one hand and the boxes 2 and 4 on the other hand are thus in communication between them by a group of condensation tubes.
  • Boxes 1 and 2 serve as steam inlet boxes connected to the exhausts of the low-pressure bodies of a turbine with multiple exhaust bodies through the pipes 7. Boxes 1 and 2 receive steam at different pressures and temperatures . These boxes 1 and 2 are in turn divided by an internal partition, 12 and 13 respectively, to form degassing boxes 14 and 15 within these inlet boxes.
  • Each group of condensing tubes is thus divided into two subgroups of tubes: a subgroup of downward tubes 5 and a subgroup of ascending tubes 6. Considering for example the group of tubes which extends between the boxes 1 and 3, a sub-group of descending tubes 5 opens into the box 1 outside the degassing box 14 and a sub-group of tubes 6 opens into the inside of the degassing box.
  • Boxes 3 and 4 serve as condensate outlet boxes and non-condensing vapor reversal boxes. The condensates are evacuated via lines 8.
  • the operation of the condensing unit is as follows.
  • the steam enters the coil through the inlet boxes 1 and 2. It descends towards the outlet boxes 3 and 4 through the tubes 5.
  • a flow of cooling air A blown or sucked in, with natural or forced circulation, circulates outside the tubes, successively sweeping the bundle of colder tubes then the bundle of hotter tubes, and it causes the condensation of the vapor in the tubes 5.
  • the condensates of the vapor flow towards the boxes 3 and 4, parallel to the current of vapor.
  • the non-condensed steam in the boxes 3 and 4 rises through the tubes 6 towards the degassing boxes 14 and 15.
  • the vapor condenses almost completely in these tubes 6.
  • the noncondensable gases accompanied by a small amount of saturated vapor, are evacuated towards noncondensable extractors by the vents 9.
  • the condensates are evacuated from the boxes 3 and 4 by the exits 8.
  • the cold evacuation can be discharged into the '' hot discharge by a hydraulic guard of sufficient height.
  • FIG. 2 shows an embodiment in which the steam supply is from the bottom into the inlet boxes 1 and 2 and in which the degassing boxes 14 and 15 are also located at the bottom of the battery.
  • the boxes 3 and 4 serve here as inversion boxes for non-condensed vapor.
  • the condensates which form in the tubes 6 fall back towards the inlet boxes 1 and 2 and the condensates which form in the tubes 5 descend into the degassing boxes 14 and 15, from where they are evacuated towards the boxes of input 1 and 2 via a hydraulic guard. All the condensates are evacuated from boxes 1 and 2 through lines 8.
  • the hot and cold bundles can also be arranged upside down as illustrated in FIG. 3.
  • the steam inlet box 1 is arranged at the bottom of the battery and the steam inlet box 2 is arranged at the top of the battery.
  • the reversing box 3 is located at the top of the battery to be in communication with the inlet box 1 by the first group of condensing tubes and the outlet box 4 is arranged at the bottom of the battery.
  • the condensate outlets 8 are always at the bottom of the battery.
  • a degassing box 14 is formed in the inlet box 1 at the bottom of the battery and the other degassing box 15 is formed in the inlet box 2 at the top of the battery.
  • a passage 16 is provided between the box 4 and the degassing box 14.
  • the vents 9 for the incondensables are therefore arranged one at the bottom of the battery and the other at the top of the battery.
  • This embodiment can be performed with hot steam supply from the top and cold steam supply from the bottom, or vice versa.
  • Figures 4, 5 and 6 illustrate variants of the arrangements of Figures 1, 2 and 3 respectively.
  • the coldest degassing box 14 is provided with a degassing pipe 9
  • the degassing box 15 of the warmer group (or each degassing box of a warmer group) is provided with means 17 for pour the incondensable gases from this group into the degassing box 14 ( Figures 4 and 5) or into the reversing box 3 ( Figure 6) of a cooler group.
  • the inlet boxes and the outlet and reversing boxes as well as the degassing boxes can have any geometric shape: parallelepiped, cylindrical or other.
  • the different boxes instead of being formed by means of common partitions in the terminal enclosures as illustrated in the attached drawings, can consist of separate boxes fitted with one-piece tubular plates or with separate plates. It will be recalled here that the number of boxes with different pressures and temperatures can be greater than two.
  • the tube bundle it is understood that it can extend not only vertically as illustrated in FIGS. 1 to 6, but also obliquely and horizontally. In the latter case, the condensate is evacuated not only by natural flow, but also by the breath of steam.
  • FIGS 7 and 8 show by way of example how two top-to-tail condensing coils according to the invention can be combined with a common hot steam inlet manifold 10.
  • the two coils are denoted 100 and 200.
  • the box hot steam inlet 2, which is common, is arranged at the top of the assembly, the cold steam inlet boxes 1 are arranged at the bottom of each battery in the enclosures 20A and 20B.
  • the same reference numerals as in the previous figures denote similar elements having equivalent functions.
  • a fan 30 is arranged at the bottom of the assembly to blow air through the batteries 100 and 200 so that the air sweeps outwardly the condensation tubes, successively attacking the bundle of cooler tubes, then the bundle of hotter tubes.

Description

  • La présente invention concerne des dispositions particulières dans un condenseur à condensation directe par air en vue de la réalisation de pressions et températures de condensation différentes à l'échappement des corps basse pression d'une turbine à corps d'échappement multiple.
  • Dans les centrales électriques thermiques classiques ou nucléaires, et dans le cas de turbines à fonds d'échappement multiples, il est apparu comme hautement rentable de réaliser des vides différents aux condenseurs partiels afférant aux différents fonds. Ces vides différents résultent de l'isolation côté vapeur de chacun des condenseurs et de leur alimentation en série par l'eau de refroidissement. Le niveau du gain de rendement qui en résulte dépend de la courbe d'efficacité de la turbine en fonction du vide.
  • Le fascicule de brevet FR-A-2112497 décrit une batterie de condensation directe comprenant un faisceau de tubes de condensation qui s'étend entre deux enceintes terminales et dans lequel tous les tubes de condensation sont parcourus en série par la vapeur à partir d'un compartiment d'entrée unique. Dans cette disposition la pression de condensation de vapeur est pratiquement la même dans tous les tubes du faisceau, aux pertes de charge près et elle ne permet donc pas la réalisation de plusieurs groupes de tubes de condensation distincts avec une pression de condensation différente dans chaque groupe de tubes.
  • Ce problème est résolu suivant l'invention par une batterie de condensation directe par air dans laquelle le faisceau de tubes de condensation est divisé en plusieurs groupes distincts, les tubes de chaque groupe s'étendant entre une boîte d'entrée de vapeur et une boîte de sortie de condensats, chaque boîte d'entrée de vapeur étant connectée séparément à l'échappement d'un corps basse pression distinct de la turbine et chaque boîte de sortie de condensats étant connectée à une conduite d'évacuation de condensats de telle sorte que les différents groupes de tubes de condensation forment des circuits de vapeur alimentés en parallèle qui sont balayés en série par le flux d'air de refroidissement.
  • L'invention est exposée plus en détail dans ce qui suit sur quelques exemples typiques de modes de réalisation illustrés aux dessins ci-annexés sur lesquels :
    • la figure 1 représente schématiquement l'agencement intérieur d'une batterie de condensation suivant un premier mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 2 est une vue éclatée de l'agencement intérieur d'une batterie de condensation suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 3 est une vue éclatée de l'agencement intérieur d'une batterie de condensation suivant un troisième mode de réalisation de l'invention,
    • les figures 4, 5 et 6 illustrent des variantes d'exécution des agencements représentés aux figures 1, 2 et 3 respectivement,
    • la figure 7 représente schématiquement un ensemble combinant deux batteries de condensation selon l'invention,
    • la figure 8 est une coupe suivant la ligne Vlll-VIII de la figure 7.
  • La figure 1 montre schématiquement deux enceintes terminales 10 et 20 communiquant entre elles par un faisceau de tubes d'échange de chaleur 5, 6. L'espace dans lequel s'étendent les tubes d'échange de chaleur est traversé par un flux d'air A qui balaie extérieurement les tubes 5 et 6 afin d'y provoquer la condensation de vapeur.
  • Suivant l'invention, les enceintes terminales 10 et 20 sont divisées en plusieurs boîtes. Sur la figure 1 les enceintes 10 et 20 sont divisées à titre d'exemple en deux boîtes séparées par une cloison commune. L'enceinte 10 est divisée en deux boîtes 1 et 2 par une cloison 11 et l'enceinte 20 est divisée en deux boîtes 3 et 4 par une cloison 21. Dans la boîte 1 débouche un premier groupe de tubes de condensation et dans la boîte 2 débouche un autre groupe de tubes de condensation. Chacun de ces groupes de tubes de condensation débouche également dans une boîte distincte, respectivement 3 et 4, de l'enceinte 20. Les boîtes 1 et 3 d'une part et les boîtes 2 et 4 d'autre part se trouvent ainsi en communication entre elles par un groupe de tubes de condensation.
  • Les boîtes 1 et 2 servent de boîtes d'entrée de vapeur connectées aux échappements des corps basse pression d'une turbine à corps d'échappement multiple par les conduites 7. Les boîtes 1 et 2 reçoivent de la vapeur à des pressions et températures différentes. Ces boîtes 1 et 2 sont à leur tour divisées par une cloison interne, 12 et 13 respectivement, pour former des boîtes de dégazage 14 et 15 au sein de ces boîtes d'entrée. Chaque groupe de tubes de condensation se trouve ainsi partagé en deux sous-groupes de tubes : un sous-groupe de tubes descendants 5 et un sous-groupe de tubes ascendants 6. Considérant par exemple le groupe de tubes qui s'étend entre les boîtes 1 et 3, un sous-groupe de tubes descendants 5 débouche dans la boîte 1 à l'extérieur de la boîte de dégazage 14 et un sous-groupe de tubes 6 débouche à l'intérieur de la boîte de dégazage. Les boîtes 3 et 4 servent de boîtes de sortie des condensats et de boîtes d'inversion de la vapeur non condensée. Les condensats sont évacués par les conduites 8.
  • Le fonctionnement de l'ensemble de condensation est le suivant. La vapeur pénètre dans la batterie par les boîtes d'entrée 1 et 2. Elle descend vers les boîtes de sortie 3 et 4 par les tubes 5. Un débit d'air de refroidissement A, soufflé ou aspiré, à circulation naturelle ou forcée, circule à l'extérieur des tubes, balayant successivement le faisceau de tubes plus froids puis le faisceau de tubes plus chauds, et il provoque la condensation de la vapeur dans les tubes 5. Sous l'effet de la pesanteur, les condensats de la vapeur s'écoulent vers les boîtes 3 et 4, parallèlement au courant de vapeur.
  • La vapeur non condensée dans les boîtes 3 et 4 remonte par les tubes 6 vers les boîtes de dégazage 14 et 15. La vapeur se condense presque totalement dans ces tubes 6. Sous l'effet de la pesanteur, les condensats produits dans les tubes 6 s'écoulent vers les boîtes de sortie 3 et 4, à contre-courant de la vapeur. Les gaz incondensables, accompagnés d'une petite quantité de vapeur saturante, sont évacués vers des extracteurs d'incondensables par les évents 9. Les condensats sont évacués des boîtes 3 et 4 par les sorties 8. L'évacuation froide peut être déchargée dans l'évacuation chaude par une garde hydraulique de hauteur suffisante.
  • La figure 2 représente un mode de réalisation dans lequel l'alimentation en vapeur se fait par le bas dans les boîtes d'entrée 1 et 2 et dans lequel les boîtes de dégazage 14 et 15 se trouvent également au bas de la batterie. Les boîtes 3 et 4 servent ici de boîtes d'inversion de vapeur non condensée. Les condensats qui se forment dans les tubes 6 retombent vers les boîtes d'entré 1 et 2 et les condensats qui se forment dans les tubes 5 descendent dans les boîtes de dégazage 14 et 15, d'où ils sont évacués vers les boîtes d'entrée 1 et 2 via une garde hydraulique. Tous les condensats sont évacués des boîtes 1 et 2 par les conduites 8.
  • Les faisceaux chaud et froid peuvent également être disposés en tête-bêche comme illustré à la figure 3. Dans cet exemple, la boîte d'entrée de vapeur 1 est disposée au bas de la batterie et la boîte d'entrée de vapeur 2 est disposée dans le haut de la batterie. La boîte d'inversion 3 est située dans le haut de la batterie pour être en communication avec la boîte d'entrée 1 par le premier groupe de tubes de condensation et la boîte de sortie 4 est disposée au bas de la batterie. Les sorties de condensats 8 sont toujours au bas de la batterie. Une boîte de dégazage 14 est formée dans la boîte d'entrée 1 au bas de la batterie et l'autre boîte de dégazage 15 est formée dans la boîte d'entrée 2 au haut de la batterie. Un passage 16 est prévu entre la boîte 4 et la boîte de dégazage 14. Les évents 9 pour les incondensables sont donc disposés l'un au bas de la batterie et l'autre dans le haut de la batterie. Ce mode de réalisation peut être exécuté avec alimentation en vapeur chaude par le haut et alimentation en vapeur froide par le bas, ou inversement.
  • Les figures 4, 5 et 6 illustrent des variantes des dispositions des figures 1, 2 et 3 respectivement. Dans ces variantes, la boîte de dégazage la plus froide 14 est munie d'une tubulure de dégazage 9, la boîte de dégazage 15 du groupe plus chaud (ou chaque boîte de dégazage d'un groupe plus chaud) est munie de moyens 17 pour déverser les gaz incondensables de ce groupe dans la boîte de dégazage 14 (figures 4 et 5) ou dans la boîte d'inversion 3 (figure 6) d'un groupe plus froid.
  • Dans les exemples décrits et illustrés il est bien entendu que les boîtes d'entrée et les boîtes de sortie et d'inversion ainsi que les boîtes de dégazage peuvent avoir une forme géométrique quelconque : parallélipipédique, cylindrique ou autre. Egalement, les différentes boîtes, au lieu d'être formées au moyen de cloisons communes dans les enceintes terminales comme illustré sur les dessins ci-annexés, peuvent être constituées de boîtes séparées équipées de plaques tubulaires d'une pièce ou de plaques distinctes. On rappellera ici que le nombre de boîtes à pressions et températures différentes peut être supérieur à deux. Quant au faisceau tubulaire, il est bien entendu qu'il peut s'étendre non seulement verticalement comme illustré aux figures 1 à 6, mais également obliquement et horizontalement. Dans ce dernier cas, l'évacuation des condensats est assurée, non seulement par écoulement naturel, mais également par le souffle de la vapeur.
  • Les figures 7 et 8 montrent à titre d'exemple comment deux batteries de condensation en tête-bêche selon l'invention peuvent être combinées avec un collecteur d'entrée de vapeur chaude commun 10. Les deux batteries sont notées 100 et 200. La boîte d'entrée de vapeur chaude 2, qui est commune, est disposée dans le haut de l'ensemble, les boîtes d'entrée de vapeur froide 1 sont disposées au bas de chaque batterie dans les enceintes 20A et 20B. Sur ces figures les mêmes références numériques que sur les figures précédentes désignent des éléments similaires ayant des fonctions équivalentes. On distingue le cloisonnement des enceintes terminales 10, 20A, 20B conformément aux principes décrits plus haut. Un ventilateur 30 est disposé dans le bas de l'ensemble pour souffler l'air à travers les batteries 100 et 200 en sorte que l'air balaie extérieurement les tubes de condensation, attaquant successivement le faisceau de tubes plus froids, puis le faisceau de tubes plus chauds.

Claims (6)

1. Batterie de condensation directe par air pour la réalisation de pressions et de températures de condensation de pressions et de températures de condensation différentes aux échappements des différents corps basse pression d'une turbine à corps d'échappement multiple, cette batterie comportant un faisceau de tubes de condensation qui s'étend entre deux enceintes terminales et qui est refroidi par un flux d'air qui balaie les tubes successivement, caractérisée en ce que le faisceau de tubes de condensation (5, 6) est divisé en plusieurs groupes distincts, les tubes de chaque groupe s'étendant entre une boîte d'entrée de vapeur (1, 2) et une boîte de sortie de condensats (3, 4), chaque boîte d'entrée de vapeur (1, 2) étant connectée séparément à l'échappement d'un corps basse-pression distinct de la turbine et chaque boîte de sortie de condensats (3, 4) étant connectée à une conduite d'évacuation de condensats (8) de telle sorte que les différents groupes de tubes de condensation forment des circuits de vapeur alimentés en parallèle qui sont balayés en série par le flux d'air de refroidissement.
2. Batterie de condensation selon la revendication 1, dans laquelle les boîtes appartenant à l'une au moins des enceintes terminales sont séparées l'une de l'autre par au moins une cloison commune (par exemple 11, 21).
3. Batterie de condensation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans laquelle une au moins desdites boîtes comporte une cloison (par exemple 12) pour former une boîte interne (par exemple 14) isolant, dans le groupe de tubes de condensation qui y débouchent, deux sous-groupes de tubes (5, 6) parcourus par des courants de vapeur en sens opposés.
4. Batterie de condensation selon la revendication 3, dans laquelle au moins une boîte interne (par exemple 14) est munie d'une tubulure de dégazage (9) pour l'extraction des gaz incondensables.
5. Batterie de condensation selon la revendication 3, dans laquelle la boîte de dégazage la plus froide (par exemple 14) est munie d'une tubulure de dégazage (9), les boîtes de dégazage des groupes plus chauds (par exemple 15) étant munies de moyens (17) pour déverser les gaz incondensables de ces groupes dans la boîte d'inversion (3) ou de dégazage (14) d'un groupe plus froid.
6. Ensemble de condensation, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs batteries selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 (par exemple 100, 200), une desdites enceintes terminales (par exemple 10) étant commune à plusieurs desdites batteries.
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