FR2970511A1 - Systeme de production d'electricite - Google Patents
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Abstract
Système de production d'électricité (10) comportant un compresseur (30) servant à accroître une pression d'air ambiant d'entrée et une turbine (38) en aval du compresseur ayant un premier étage (381) et des étages supplémentaires (382) en aval du premier étage (381), la structure du premier étage (381) incluant un dispositif de combustion dans lequel l'air ambiant comprimé est mélangé à un combustible et dans lequel le mélange est brûlé pour produire des gaz d'échappement à haute température dont une énergie mécanique est extraite dans le premier étage (381) et les étages supplémentaires (382).
Description
B 1 1-6090FR 1 Système de production d'électricité La présente invention concerne un moteur à turbine à gaz permettant une recirculation des gaz d'échappement avec une injection de combustible depuis un injecteur situé dans l'un des premiers étages. En fonctionnement normal, des centrales électriques à turbine à gaz à cycle combiné produisent de grandes quantités d'oxydes d'azote (NOx) et de COz dans le cadre du processus de combustion. Depuis quelques années, la réduction des émissions, en particulier des NOx, est un objectif qui préoccupe de plus en plus les autorités. Ainsi, de gros moyens ont été consacrés à la réduction et/ou l'élimination de ces émissions indésirables. Lors de la combustion de combustibles hydrocarbonés, en particulier des liquides, les oxydes d'azote résultant de l'envoi d'air dans le dispositif de combustion, ainsi que les composés azotés dans les combustibles eux-mêmes (notamment la pyridine), créent des polluants dont la quantité doit être réduite ou supprimée avant le rejet dans l'atmosphère. Selon un premier aspect de l'invention, un système de production d'électricité est proposé et comporte un compresseur servant à accroître une pression d'air ambiant d'entrée et une turbine en aval du compresseur ayant un premier étage et des étages supplémentaires en aval du premier étage, la structure du premier étage incluant un dispositif de combustion dans lequel l'air ambiant comprimé est mélangé à un combustible et dans lequel le mélange est brûlé pour produire des gaz d'échappement à haute température dont une énergie mécanique est extraite dans le premier étage et les étages supplémentaires. Selon un autre aspect de l'invention, un système de production d'électricité est proposé et comporte un compresseur servant à comprimer de l'air ambiant, une turbine disposée en aval du compresseur et ayant un premier étage et des étages supplémentaires disposés en aval du premier étage, la structure du premier étage incluant un dispositif de combustion dans lequel l'air ambiant comprimé et un combustible sont mélangés et brûlés pour produire des gaz d'échappement à haute température dont une énergie mécanique est extraite dans le premier étage et les étages supplémentaires, et un système de recirculation de gaz d'échappement (EGR) disposé en aval de la turbine afin de recevoir les gaz d'échappement, le système d'EGR ayant un compresseur d'EGR servant à comprimer les gaz d'échappement et des conduits pour fournir les gaz d'échappement comprimés à la turbine, dans le premier étage et les étages supplémentaires. Selon encore un autre aspect de l'invention, une turbine est proposée et comporte un premier étage et des étages supplémentaires en aval du premier étage pour extraire de l'énergie mécanique de fluides à haute énergie fournis à celle-ci et un dispositif de combustion intégré dans la structure du premier étage, le dispositif de combustion comprenant une chemise de dispositif de combustion formant une zone de combustion annulaire ou tubo- annulaire s'étendant en amont d'injecteurs du premier étage. L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique illustrant un système de production d'électricité ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un premier étage d'une turbine du système de production d'électricité de la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue schématique du premier étage de la figure 2. Considérant la figure 1, un système de production d'électricité 10 est proposé et comporte un compresseur 30 d'air, une turbine 38 et un système 40 de recirculation de gaz d'échappement (EGR). Le système d'EGR 40 est disposé en aval de la turbine 38 et comprend un compresseur 41 d'EGR. De l'air ambiant entre dans le compresseur 30 d'air, il comprime l'air ambiant qui entre ensuite à une pression bien supérieure (et une température légèrement accrue) dans la turbine 38 via une conduite d'alimentation 31. La turbine 38 est disposée en aval du compresseur 30 d'air et a un premier étage 381 et deux étages supplémentaires 382 ou davantage, lesquels sont disposés en aval du premier étage 381. La structure du premier étage 381 inclut un dispositif de combustion. Dans ce dispositif de combustion, l'air ambiant comprimé est mélangé à un combustible, F, et le mélange d'air et de combustible est brûlé pour produire des gaz d'échappement à haute température desquels de l'énergie mécanique est extraite dans le premier étage et les étages supplémentaires 381, 382. Le combustible, F, peut contenir un constituant de combustible hydrocarboné tel que du gaz naturel qui, lorsqu'il se mélange à l'air ambiant comprimé et qu'il est brûlé, produit des gaz d'échappement à haute température qui servent de fluide de travail principal pour la turbine 38. La turbine 38 entraîne à son tour le compresseur 30 d'air et le compresseur 41 d'EGR. Une fois que le mélange est au moins partiellement usé, les gaz d'échappement à haute température, qui contiennent des quantités de Oz presque nulles et peuvent être appelés gaz d'échappement recyclés pour des raisons qui seront expliquées plus loin, sont rejetés depuis la turbine 38 via la conduite d'alimentation 39.
Le système de production d'électricité 10 peut comporter en outre un échangeur de chaleur 50. La conduite d'alimentation 39 peut acheminer les gaz d'échappement jusqu'à l'échangeur de chaleur 50, par lequel de la chaleur est retirée des gaz d'échappement recyclés pour produire de l'électricité supplémentaire, et les gaz d'échappement recyclés sont refroidis. Ces gaz d'échappement recyclés relativement froids sont ensuite acheminés jusqu'au compresseur 41 d'EGR dans lequel les gaz d'échappement recyclés sont comprimés à une pression bien supérieure, sous la forme d'un courant de recyclage. Un conduit primaire 481 fournit au premier étage 381 de la turbine 38 les gaz d'échappement recyclés comprimés à partir d'un étage haute pression du compresseur 41 d'EGR. Des conduits secondaires 482, 47 et 46 fournissent les gaz d'échappement recyclés comprimés aux étages supplémentaires 382 de la turbine 38 à partir d'étages à pression moyenne à basse du compresseur 41 d'EGR. En outre, le système de production d'électricité 10 peut comprendre également un conduit 35 pour fournir de l'air ambiant comprimé destiné à alimenter les systèmes de soutirage de l'installation. La quantité d'air comprimé peut varier en fonction des besoins de la centrale et des exigences de concentration de Oz dans les EGR. Considérant les figures 2 et 3, le premier étage 381 de la turbine 38 comporte le dispositif de combustion 60. Le dispositif de combustion 60 comprend une chemise annulaire 61 de dispositif de combustion, laquelle est formée pour définir une zone de combustion 62 dans laquelle a lieu la combustion de l'air ambiant comprimé et du combustible F. La chemise annulaire 61 du dispositif de combustion est en outre formée de manière à avoir des trous de refroidissement 63, lesquels peuvent être alimentés par au moins une partie des gaz d'échappement comprimés à haute pression fournis par le conduit primaire 481. Une autre partie des gaz d'échappement comprimés à haute pression peut également servir à refroidir la chemise annulaire 61 du dispositif de combustion à l'aide de procédés de refroidissement par effusion, dilution et/ou film.
Le dispositif de combustion 60 comporte en outre un agencement annulaire ou tubo-annulaire d'injecteurs 74 du premier étage, qui sont alimentés chacun par l'intermédiaire de premières et secondes tubulures radiales 641, 642. Les premières tubulures radiales 641 s'étendent radialement vers l'intérieur en direction des injecteurs 64 depuis un premier volume externe 70 afin de fournir le combustible F au dispositif de combustion 60. Le premier volume externe 70 peut comprendre un premier collecteur annulaire 71 à section transversale sensiblement ovoïde. Les secondes tubulures radiales 642 s'étendent radialement vers l'intérieur en direction des injecteurs 64 depuis un second volume externe 80 afin de fournir au dispositif de combustion 60 l'air ambiant comprimé issu du compresseur 30 d'air. Le second volume externe 80 peut contenir un second collecteur annulaire 81 à section transversale sensiblement ovoïde.
La chemise annulaire 61 du dispositif de combustion s'étend dans la direction circonférentielle autour d'un axe central longitudinal et vers l'amont depuis les injecteurs 64 du premier étage. La chemise annulaire 61 du dispositif de combustion comprend une partie terminale annulaire bombée 611 à l'extrémité amont. Ainsi, une zone de mélange et la zone de combustion 62 sont formées chacune sous la forme d'une zone annulaire en amont des injecteurs du premier étage. Une pluralité de dispositifs d'amorçage de combustion tels que des bougies d'allumage peuvent être présents dans la zone de combustion 62 afin d'y amorcer sélectivement la combustion. Comme représenté sur les figures 2 et 3, l'air ambiant comprimé et le combustible F se mélangent l'un avec l'autre un peu en amont des injecteurs 64 du premier étage et, pendant qu'ils se mélangent, s'écoulent vers l'amont en direction de l'extrémité annulaire bombée 611. Une fois que la combustion survient, les fluides s'écoulent en sens inverse au-delà des injecteurs 64 du premier étage. Les injecteurs 64 du premier étage peuvent être obliques ou autrement dotés d'une forme profilée afin que les fluides puissent être dirigés de manière à s'écouler dans les directions axiale et circonférentielle depuis les injecteurs 64 du premier étage jusqu'aux aubes de la turbine.
Liste des repères 10 30 31 35 38 381 382 39 40 41 481 482, 47, 46 50 60 61 611 62 63 64 641 642 70 71 81 Système de production d'électricité Compresseur d'air Conduite d'alimentation Conduit Turbine Premier étage Etages supplémentaires Conduite d'alimentation Système d'EGR Compresseur d'EGR Conduit primaire Conduits secondaires Echangeur de chaleur Dispositif de combustion Chemise Extrémité bombée Zone de combustion Trous de refroidissement Injecteurs du premier étage Premières tubulures radiales Secondes tubulures radiales Premier volume externe Second volume externe Second collecteur annulaire
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Système de production d'électricité (10), comportant : un compresseur (30) servant à accroître une pression d'air ambiant d'entrée ; et une turbine (38) en aval du compresseur (30) ayant un premier étage (381) et des étages supplémentaires (382) en aval du premier étage (381), la structure du premier étage (381) incluant un dispositif de combustion (60) dans lequel l'air ambiant comprimé se mélange à un combustible et dans lequel le mélange est brûlé pour produire des gaz d'échappement à haute température dont une énergie mécanique est extraite dans le premier étage et des étages supplémentaires (381, 382).
- 2. Système de production d'électricité (10) selon la revendication 1, dans lequel les étages supplémentaires comprennent deux étages supplémentaires (382) ou davantage.
- 3. Système de production d'électricité (10) selon la revendication 1, comportant en outre un système de recirculation de gaz d'échappement (EGR) (40) en aval de la turbine (38) destiné à recevoir les gaz d'échappement et à fournir à la turbine (38) les gaz d'échappement dans le premier étage (381) et les étages supplémentaires (382).
- 4. Système de production d'électricité (10) selon la revendication 3, dans lequel le système d'EGR (40) comprend un compresseur (41) d'EGR afin de comprimer les gaz d'échappement.
- 5. Système de production d'électricité (10) selon la revendication 4, dans lequel le système d'EGR (40) comprend en outre un conduit primaire (481) servant à faire passer des gaz d'échappement comprimés à haute pression d'un étage haute pression du compresseur (41) d'EGR au premier étage (381).
- 6. Système de production d'électricité (10) selon la revendication 4, dans lequel le système d'EGR (40) comprend en outre des conduits secondaires (482, 47, 46) servant à faire passer des gaz d'échappement comprimés à pression moyenne et basse des étages à pression moyenne et basse du compresseur (41) d'EGR aux étages supplémentaires (382).
- 7. Système de production d'électricité (10) selon la revendication 1, dans lequel la turbine (38) comprend un premier volume externe (70) pour fournir le combustible au dispositif de combustion (60).
- 8. Système de production d'électricité (10) selon la revendication 7, dans lequel le premier volume externe (70) comprend un premier collecteur annulaire (71) en communication fluidique avec des injecteurs (64) du premier étage (381).
- 9. Système de production d'électricité (10) selon la revendication 1, dans lequel la turbine (38) comprend un second volume externe (80) afin de fournir l'air ambiant comprimé au dispositif de combustion (60).
- 10. Système de production d'électricité (10) selon la revendication 9, dans lequel le second volume externe (80) comprend un second collecteur annulaire (81) en communication fluidique avec des injecteurs (64) du premier étage (381).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Effective date: 20180928 |