FR2981687A1

FR2981687A1 - Systeme et dispositif pour reguler la temperature dans un generateur de vapeur a recuperation de chaleur

Info

Publication number: FR2981687A1
Application number: FR1259974A
Authority: FR
Inventors: Raymond Pang
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2013-04-26
Also published as: RU2012144424A; RU2610976C2; US9074494B2; US20130098313A1; DE102012109945A1

Abstract

Le système régule la température dans un générateur de vapeur à récupération de chaleur (GVRC) (16). Le système de générateur de vapeur à récupération de chaleur (16) peut comprendre une première veine d'écoulement d'échappement (108). Le système de générateur de vapeur à récupération de chaleur (16) peut également comprendre une deuxième veine d'écoulement d'échappement (110). D'autre part, le système de générateur de vapeur à récupération de chaleur (16) peut comprendre un registre (124) configuré pour permettre de façon sélective à une portion de gaz d'échappement (34) de s'écouler sur la deuxième veine d'écoulement d'échappement (110).

Description

Système de générateur de vapeur à récupération de chaleur et système de commande associé L'objet de l'invention exposé ici concerne d'une manière générale des systèmes de générateurs de vapeur à récupération de chaleur, et plus particulièrement la régulation de la température dans un système de générateur de vapeur à récupération de chaleur (GVRC). Un système GVRC peut utiliser des gaz d'échappement de turbine à gaz pour chauffer un fluide s'écoulant dans des échangeurs de chaleur dans le système GVRC. Dans certaines configurations, le fluide peut être de la vapeur utilisée pour des corps haute pression, moyenne pression et/ou basse pression d'une turbine à vapeur. Dans certaines conditions, par exemple lorsque la turbine à gaz fonctionne avec une charge partielle ou en présence de températures ambiantes relativement élevées, la température du fluide dans les échangeurs de chaleur peut dépasser les limites de température calculées. Par conséquent, le système GVRC peut tenter de contrôler les températures du fluide s'écoulant dans les échangeurs de chaleur. Les températures de fluide peuvent être régulées à des niveaux prédéterminés pendant le fonctionnement de la turbine à gaz. Certains systèmes GVRC peuvent réguler les températures dans le GVRC par désurchauffe. Par exemple, ces systèmes GVRC peuvent pulvériser un fluide froid dans les échangeurs de chaleur, afin de refroidir le fluide se trouvant déjà dans les échangeurs de chaleur. Cette méthode peut abaisser la température du fluide, comme souhaité, mais le rendement thermique du système GVRC est réduit en raison du passage du chauffage du fluide au refroidissement du fluide et à nouveau au chauffage du fluide. Par conséquent, ces méthodes de désurchauffe peuvent avoir pour résultat une production et un rendement électriques réduits d'une centrale. De ce fait, on a besoin d'un système et d'un dispositif pour réguler la température dans un système GVRC, afin d'améliorer le rendement du système GVRC. Conformément à un premier mode de réalisation, un système de générateur de vapeur à récupération de chaleur (GVRC) comprend plusieurs échangeurs de chaleur, une première veine d'écoulement d'échappement configurée pour faciliter l'échange de chaleur entre les gaz d'échappement d'une turbine à gaz et un premier échangeur de chaleur de la pluralité d'échangeurs de chaleur, et une deuxième veine d'écoulement d'échappement configurée pour diriger une portion des gaz d'échappement afin de contourner le premier échangeur de chaleur.

Selon un deuxième mode de réalisation, un système de commande pour un système de générateur de vapeur à récupération de chaleur (GVRC) comprend un contrôleur configuré pour recevoir une première indication d'une première température, recevoir une deuxième indication d'une deuxième température, et déterminer au moins une veine d'écoulement d'échappement parmi une pluralité de veines d'écoulement d'échappement qui sera utilisée pour l'écoulement des gaz d'échappement, sur la base des première et deuxième indications de température. Selon un troisième mode de réalisation, un système de générateur de vapeur à récupération de chaleur (GVRC) comprend une première veine d'écoulement d'échappement, une deuxième veine d'écoulement d'échappement, et un premier registre configuré pour permettre de façon sélective à une portion de gaz d'échappement de s'écouler dans la deuxième veine d'écoulement d'échappement.

L'objet de l'invention sera mieux compris à l'étude détaillée de la description de modes de réalisation de l'invention, pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés, où des références identiques désignent des éléments identiques, et sur lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un mode de réalisation d'une centrale électrique dotée d'un système GVRC, - la figure 2 est un schéma d'un mode de réalisation de la centrale électrique de la figure 1, dotée d'un système GVRC avec deux veines d'écoulement en dérivation de gaz d'échappement, - la figure 3 est un schéma d'un mode de réalisation de la centrale électrique de la figure 2, dotée d'un système GVRC avec quatre veines d'écoulement en dérivation de gaz d'échappement, et - la figure 4 est un organigramme d'un mode de réalisation d'un procédé de contrôle du flux de gaz d'échappement dans un système GVRC. Lors de la présentation des éléments des différents modes de réalisation de l'invention, les articles "un/une", "le/la/les" et "ledit/ladite/lesdits/lesdites" sont destinés à indiquer qu'il existe un ou plusieurs de ces éléments. Comme expliqué ci-après, certains modes de réalisation d'un système de générateur de vapeur à récupération de chaleur (GVRC) comprennent une première veine d'écoulement d'échappement qui facilite l'échange de chaleur entre les gaz d'échappement d'une turbine à gaz et un premier échangeur de chaleur. Pour réguler la température du fluide s'écoulant dans le premier échangeur de chaleur, le système GVRC comprend une deuxième veine d'écoulement d'échappement qui peut être utilisée pour contourner le premier échangeur de chaleur. Par exemple, le fluide peut s'écouler dans la première veine d'écoulement d'échappement et la deuxième veine d'écoulement d'échappement, lorsque le chauffage du fluide dans le premier échangeur de chaleur nécessite moins de chaleur. Cette manière de réguler la température du fluide dans le premier échangeur de chaleur peut permettre d'augmenter le rendement du système GVRC. Conformément à un mode de réalisation, il peut être prévu une troisième veine d'écoulement d'échappement qui peut être utilisée pour amener des gaz d'échappement supplémentaires à contourner le premier échangeur de chaleur et/ou à contourner un deuxième échangeur de chaleur. Par exemple, la troisième veine d'écoulement d'échappement peut être disposée en parallèle avec la deuxième veine d'écoulement d'échappement, de manière à ce que les gaz d'échappement s'écoulant dans les deuxième et troisième veines d' écoulement d' échappement contournent le premier échangeur de chaleur. D'autre part et/ou selon une autre possibilité, la troisième veine d'écoulement d'échappement peut être disposée en série avec la deuxième veine d'écoulement d'échappement, de manière à ce que les gaz d'échappement s'écoulant dans la deuxième veine contournent le premier échangeur de chaleur, et les gaz d'échappement s'écoulant dans la troisième veine contournent le deuxième échangeur de chaleur. Par ailleurs, des registres peuvent être utilisés pour autoriser de manière sélective les gaz d'échappement à s'écouler dans les deuxième et troisième veines d'écoulement. Les registres peuvent être placés dans différentes positions (par exemple ouverte, fermée ou une position intermédiaire) pour réguler le débit des gaz d'échappement s'écoulant dans les deuxième et troisième veines d'écoulement. Selon un autre mode de réalisation, un système d'actionnement peut déplacer le ou les registre(s) en fonction du retour d'un système de commande. Par exemple, lorsque des mesures d'un capteur dépassent un certain seuil, les registres peuvent s'ouvrir ou se fermer pour autoriser ou empêcher l'écoulement des gaz d'échappement dans les deuxième et troisième veines d'écoulement. De plus, un contrôleur peut être utilisé pour réguler la température du fluide s'écoulant dans le premier échangeur de chaleur. Par exemple, le contrôleur peut recevoir des signaux d'un ou plusieurs capteurs qui indiquent des températures dans le système GVRC. Ces signaux peuvent être utilisés par le contrôleur pour déterminer quelles veines d'écoulement doivent être utilisées pour le flux de gaz d'échappement. Concernant les dessins, on se réfère d'abord à la figure 1 qui est un schéma d'un mode de réalisation d'un système 10 de production d'énergie électrique à cycle combiné, comportant une turbine à gaz 12, une turbine à vapeur 14 et un système GVRC 16.

Le système 10 peut comprendre la turbine à gaz 12 pour entraîner un alternateur 18 (par exemple une charge). L'alternateur 18 peut par exemple être un générateur électrique destiné à produire de l'énergie électrique. D'autre part, la turbine à gaz 12 peut comprendre une turbine 20, une chambre de combustion 22 et un compresseur 24. Dans certains modes de réalisation, la chambre de combustion 22 peut recevoir du gaz naturel et/ou du combustible liquide d'un réchauffeur de gaz combustible 25 relié à la chambre de combustion 22. Selon un mode de réalisation, le système 10 peut également comprendre la turbine à vapeur 14 pour entraîner une charge 26. La charge 26 peut également être un générateur électrique destiné à produire de l'énergie électrique. Cependant, aussi bien l'alternateur 18 que la charge 26 peuvent être d'autres types de charges pouvant être entraînées par la turbine à gaz 12 et la turbine à vapeur 14. De plus, bien que la turbine à gaz 12 et la turbine à vapeur 14 semblent être utilisées en tandem pour entraîner l'alternateur 18 et la charge 26 sur un arbre commun, comme montré dans le mode de réalisation illustré, la turbine à gaz 12 et la turbine à vapeur 14 peuvent également être utilisées pour entraîner l'alternateur 18 et la charge 26 sur des arbres séparés. Toutefois, la configuration spécifique de la turbine à vapeur 14 ainsi que de la turbine à gaz 12 peut être spécifique à l'application et comporter n'importe quelle combinaison de corps. Le système 10 peut également comprendre un GVRC 16 à plusieurs étages. Dans le mode de réalisation illustré, les éléments du GVRC 16 sont une représentation simplifiée du système GVRC 16 et ne sont pas destinés à limiter les éléments pouvant être inclus dans le système GVRC 16. Au contraire, le système GVRC 16 est montré pour faire comprendre le fonctionnement général des systèmes à GVRC. D'autre part, le système GVRC 16 peut être prévu comme système GVRC 16 à étage unique ou comme tout autre type de système GVRC. Les gaz d'échappement 34 chauffés, provenant de la turbine à gaz 12, peuvent être transportés dans le système GVRC 16 et utilisés pour chauffer la vapeur destinée à alimenter la turbine à vapeur 14. Il faut savoir que la température des gaz d'échappement 34 peut varier en fonction d'un certain nombre de variables telles que la composition du combustible, les conditions ambiantes et/ou les conditions d'exploitation de la turbine à gaz 12. Par exemple, la température des gaz d'échappement 34 peut varier dans une plage comprise entre environ 300 et 400 °C pendant le fonctionnement typique. Dans des systèmes à cycle combiné, tels que le système 10, les gaz d'échappement 34 chauds peuvent s'écouler à partir de la turbine à gaz 12, passer dans le système GVRC 16 et servir à générer de la vapeur à un ou plusieurs niveaux de pression et à des températures élevées. La vapeur produite par le système GVRC 16 peut ensuite être envoyée dans la turbine à vapeur 14 pour produire de l'électricité. En outre, la vapeur produite peut être acheminée à n'importe quel autre processus pouvant utiliser de la vapeur surchauffée/saturée. Le cycle de la turbine à gaz 12 est souvent désigné comme "cycle de tête" ou cycle de Brayton, tandis que le cycle de génération de la turbine à vapeur 14 (par exemple cycle vapeur) est souvent appelé "cycle de base" ou cycle de Rankine. En combinant ces deux cycles, comme montré dans la figure 1, le système 10 de production d'électricité à cycle combiné peut donner un rendement global plus élevé de la centrale combinée. En particulier, la chaleur évacuée du cycle de tête peut être recueillie et servir pour générer de la vapeur pour le cycle de base. Dans le mode de réalisation représenté, la turbine à vapeur 14 peut comprendre un corps basse pression 28 (BP), un corps moyenne pression 30 (MP) et un corps haute pression 32 (HP). Chacun des corps de pression 28, 30 et 32 peut produire des gaz d'échappement. La vapeur d'échappement du corps basse pression 28 de la turbine à vapeur 14 peut être envoyée dans un condenseur 38 où elle est condensée pour obtenir un condensat liquide. Le condensat provenant du condenseur 38 peut à son tour être envoyé au corps basse pression du système GVRC 16, à l'aide d'une pompe à condensat 40. Ensuite, le condensat peut passer dans un économiseur basse pression 44 qui est utilisé pour chauffer le condensat. A partir de l'économiseur basse pression 44, le condensat peut être envoyé dans un évaporateur basse pression 46 doté d'une cuve sous pression 48 (par exemple une chaudière) utilisée pour produire de la vapeur à partir du condensat. La vapeur produite par l'évaporateur basse pression 46 peut passer dans un surchauffeur basse pression 50 où la vapeur est surchauffée puis dirigée vers le corps basse pression 28 de la turbine à vapeur 14.

Pour ce qui est de la cuve sous pression 48, le condensat chauffé peut être envoyé par une pompe moyenne pression 52 depuis la cuve 48 vers un économiseur moyenne pression 54 pour appliquer de la chaleur supplémentaire au condensat. A partir de l'économiseur moyenne pression 54, le condensat peut être envoyé vers un évaporateur moyenne pression 56 doté d'une cuve sous pression 58 (par exemple une chaudière) destinée à produire de la vapeur à partir du condensat. La vapeur de l'évaporateur moyenne pression 56 peut être envoyée à un surchauffeur moyenne pression 60 où la vapeur est surchauffée. La vapeur surchauffée peut ensuite passer dans un resurchauffeur primaire 62 et un resurchauffeur secondaire 64, avant d'être envoyée au corps moyenne pression 30 de la turbine à vapeur 14. Comme montré, les gaz d'échappement du corps moyenne pression 30 de la turbine à vapeur 14 peuvent être introduits dans le corps basse pression 28 de la turbine 14. Concernant encore la cuve sous pression 48, le condensat chauffé peut être envoyé par une pompe haute pression 66 depuis la cuve 48 vers un troisième économiseur haute pression 68 pour appliquer de la chaleur supplémentaire au condensat. A partir du troisième économiseur haute pression 68, le condensat peut être envoyé vers un deuxième évaporateur haute pression 70, puis vers un premier économiseur haute pression 72 où le condensat est chauffé davantage. Le condensat du premier économiseur haute pression 72 peut être envoyé dans un évaporateur haute pression 74 doté d'une cuve sous pression 76 (par exemple une chaudière) destinée à produire de la vapeur à partir du condensat. La vapeur quittant l'évaporateur haute pression 74 peut être acheminée vers un surchauffeur primaire à haute pression 78, un surchauffeur secondaire à haute pression 80 et un surchauffeur de finition à haute pression 82 où la vapeur est surchauffée et finalement envoyée au corps haute pression 32 de la turbine à vapeur 14. Comme montré, la vapeur d'échappement du corps haute pression 32 de la turbine à vapeur 14 peut à son tour être introduite dans les resurchauffeurs primaire et secondaire 62 et 64 et dans le corps moyenne pression 30 de la turbine à vapeur 14. Pendant le fonctionnement du système 10, le fluide qui traverse les différents échangeurs de chaleur (par exemple les économiseurs 44, 54, 68, 70 et 72, les surchauffeurs 50, 60, 78, 80 et 82, et les resurchauffeurs 62 et 64) peut passer au-dessus d'une température désirée. Par exemple, pendant le démarrage de la turbine à vapeur 14, pendant que la turbine à gaz 12 fonctionne, il peut être souhaitable de contrôler le fluide traversant les différents échangeurs de chaleur pour qu'il soit à une température prédéterminée d'environ 300 à 400 °C. D'autre part, dans certains modes de fonctionnement, il peut être souhaitable de contrôler le fluide traversant les différents échangeurs de chaleur pour qu'il soit à tout moment à une température inférieure à environ 500 à 700 °C, pendant le fonctionnement de la turbine à gaz 12. Pour cette raison, le GVRC 16 peut être disposé de manière à ce que les gaz d'échappement 34 puissent contourner certains échangeurs de chaleur et chauffent le fluide dans les échangeurs, lorsque cela est souhaité. Différents modes de réalisation de veines d'écoulement d'échappement en dérivation sont illustrés dans les figures 2 et 3. La figure 2 est un schéma d'un mode de réalisation de la centrale électrique 10 de la figure 1, dotée d'un système GVRC 16 avec deux veines d'écoulement d'échappement en dérivation. Les veines en dérivation sont utilisées pour dériver une portion des gaz d'échappement 34 d'une veine d'écoulement d'échappement principale. En outre, comme montré, la centrale électrique 10 comprend un système de commande 94 destiné à réguler le flux de gaz d'échappement 34 dans les veines d'écoulement d'échappement (par exemple les veines en dérivation et les veines d'écoulement principales). Le système de commande 94 comprend un contrôleur 96 qui envoie et reçoit des signaux de commande pour communiquer avec des dispositifs tels que des capteurs et des actionneurs. Le contrôleur 96 peut comprendre un ou plus d'un processeur pour exécuter des instructions enregistrées sur un dispositif de stockage, par exemple une mémoire. Le contrôleur 96 peut contrôler la veine d'écoulement pour que les gaz d'échappement 34 traversent le GVRC 16, en permettant aux gaz d'échappement de contourner au moins un échangeur de chaleur dans le GVRC 16. Différents capteurs sont reliés au contrôleur 96 pour fournir des indications à celui-ci. En particulier, un capteur de température de resurchauffeur 98 (par exemple un thermocouple) est relié à une veine d'écoulement entre le resurchauffeur secondaire 64 et le corps moyenne pression 30. Le capteur de température de resurchauffeur 98 mesure une température du fluide quittant le resurchauffeur secondaire 64 et fournit une indication de la température mesurée au contrôleur 96. D'autre part, un capteur de température haute pression 100 (par exemple un thermocouple) est relié à une veine d'écoulement entre le surchauffeur de finition haute pression 82 et le corps haute pression 32. Le capteur de température haute pression 100 mesure une température du fluide quittant le surchauffeur 82 et fournit une indication de la température mesurée au contrôleur 96.

De plus, un capteur de température de gaz d'échappement 102 (par exemple un thermocouple) est relié à une veine d'écoulement entre la turbine à gaz 12 et le GVRC 16. Le capteur 102 mesure une température du fluide quittant la turbine à gaz 12 et fournit une indication de la température mesurée au contrôleur 96. Un capteur de flux de gaz d'échappement 104 est relié entre la turbine à gaz 12 et le GVRC 16. Ce capteur 104 mesure une quantité de gaz d'échappement s'écoulant de la turbine à gaz 12 au GVRC 16 et fournit une indication du débit mesuré de gaz d'échappement au contrôleur 96. Le capteur de débit de gaz 104 peut être n'importe quel type de capteur d'écoulement ou de débitmètre. En général, les gaz d'échappement 34 entrant dans le GVRC 16 s'écoulent sur une veine d'écoulement d'échappement principale 106 qui est généralement située dans une région centrale et le long de la longueur du GVRC 16. Cette veine principale 106 facilite l'échange de chaleur entre les gaz d'échappement 34, provenant de la turbine à gaz 12, et un ou plusieurs échangeurs de chaleur (par exemple les économiseurs 44, 54, 68, 70 et 72, les surchauffeurs 50, 60, 78, 80 et 82, et les resurchauffeurs 62 et 64). Les gaz d'échappement 34 peuvent également être envoyés dans une première veine d'écoulement en dérivation d'échappement 108 et/ou une deuxième veine d'écoulement en dérivation d'échappement 110, de sorte qu'une portion des gaz d'échappement contourne un ou plusieurs échangeurs de chaleur (par exemple les surchauffeurs 78, 80 et 82, et les resurchauffeurs 62 et 64). Dans certains modes de réalisation, environ 0 à 25%, 5 à 35% ou 20 à 40% des gaz d'échappement 34 entrant dans le GVRC 16 peuvent s'écouler dans chacun des veines d'écoulement en dérivation d'échappement 108 et 110. Il convient de noter que dans un mode de réalisation de ce type, si les deux veines 108 et 110 sont ouvertes pour permettre aux gaz d'échappement 34 de s'y écouler, environ le double des gaz d'échappement 34 entrant dans le GVRC 16 peut s'écouler dans les veines d'écoulement en dérivation d'échappement 108 et 110 (par exemple environ 0 à 50%, 10 à 70% ou 40 à 80% des gaz d'échappement 34 entrant dans le GVRC 16 peuvent s'écouler à travers la combinaison des veines 108 et 110). A noter que les gaz d'échappement 34 peuvent être dirigés pour s'écouler dans la première veine d'écoulement d'échappement en dérivation 108 en utilisant un registre d'entrée 112 (par exemple une porte). Le registre d'entrée 112 peut ouvrir ou fermer l'accès à la première veine d'écoulement d'échappement en dérivation 108, en se déplaçant dans l'une des directions 114. En outre, le registre d'entrée 112 peut être ouvert et fermé en utilisant un actionneur 116 qui est commandé par le contrôleur 96. De plus, un registre de sortie 118 peut être utilisé pour contrôler le flux des gaz d'échappement 34 quittant la première veine d'écoulement d'échappement en dérivation 108. Là aussi, ce registre de sortie 118 peut s'ouvrir et se fermer en se déplaçant dans une des directions 120, après avoir été déplacé par un actionneur 122 commandé par le contrôleur 96.

De manière similaire, les gaz d'échappement 34 peuvent être envoyés dans la deuxième veine d'écoulement d'échappement en dérivation 110, en utilisant un registre d'entrée 124. Le registre d'entrée 124 peut ouvrir ou fermer l'accès à la deuxième veine d'écoulement d'échappement en dérivation 110, en se déplaçant dans l'une des directions 126, après avoir été déplacé par un actionneur 128 commandé par le contrôleur 96. De plus, un registre de sortie 130 peut être utilisé pour contrôler le flux des gaz d'échappement 34 quittant la deuxième veine d' écoulement d'échappement en dérivation 110. Là aussi, ce registre de sortie 130 peut s'ouvrir et se fermer en se déplaçant dans une des directions 132, après avoir été déplacé par un actionneur 134 commandé par le contrôleur 96. Il est appréciable que les registres 112, 118, 124 et 130 peuvent être déplacés (par exemple activés) dans une position ouverte ou fermée ou n'importe quelle position intermédiaire (par exemple partiellement ouverte). Par exemple, le contrôleur 96 peut commander les registres 112, 118, 124 et 130 pour qu'ils soient ouverts de 10 à 50%, de 30 à 95%, de 5 à 60% ou de 0 à 100%. La position particulière des registres 112, 118, 124 et 130 peut être fonction d'une détermination effectuée par le contrôleur 96, par exemple en fonction des températures momentanées et/ou visées des capteurs de température 98, 100 et 102. D'autre part, les actionneurs 116, 122, 128 et 134 peuvent être de n'importe quel type, par exemple à commande hydraulique, pneumatique, électrique ou mécanique.

Pendant le fonctionnement, le contrôleur 96 peut déterminer quelle(s) veine(s) d'écoulement doit/doivent être utilisée(s) pour envoyer les gaz d'échappement 34 à travers le GVRC 16. Dans certains modes de réalisation, la détermination de la veine d'écoulement peut être fondée sur les indications des capteurs de température 98, 100 et/ou 102. Il est appréciable que dans certains modes de réalisation, il peut y avoir un décalage entre la température détectée par les capteurs de température 98, 100 et 102 et la température réelle sur les capteurs de température. Par exemple, en raison de ce décalage, la température indiquée par les capteurs 98, 100 et 102 peut arriver avec un retard d'environ 10 à 20 secondes (c'est-à-dire que les capteurs de température 98, 100 et 102 peuvent mettre environ 10 à 20 secondes pour mesurer une température précise). Par conséquent, lorsqu'on utilise des turbines à gaz 12 à démarrage rapide, les capteurs 98, 100 et 102 peuvent indiquer une température qui est différente de la température actuelle. Ainsi, le contrôleur 96 peut compenser le décalage de temps des capteurs de température 98, 100 et 102. Dans certains modes de réalisation, le contrôleur 96 peut utiliser des températures historiques pour estimer la température actuelle. Par exemple, dans un système avec des capteurs de température présentant un décalage de 10 secondes, le contrôleur 96 peut utiliser des mesures de température prises 15 secondes auparavant et 10 secondes auparavant, pour déterminer une vitesse de changement de température. Ensuite, la vitesse de changement de température peut être utilisée pour estimer la température actuelle. Il est appréciable que le contrôleur 96 peut utiliser les mesures des capteurs de température 98, 100 et 102 en tant que partie d'une boucle de commande externe pour commander les registres 112, 118, 124 et 130, et peut effectuer une régulation lente des registres.

Une fois la veine d'écoulement déterminée, le contrôleur 96 peut commander les veines d'écoulement pour que les gaz d'échappement 34 s'écoulent dans le ou les veine(s) déterminée(s), de manière à ce que le fluide traversant les échangeurs de chaleur dans le GVRC ne soit pas surchauffé. Ainsi, le contrôleur 96 peut autoriser les gaz d'échappement 34 de façon sélective à traverser différents éléments chauffants, en sélectionnant des veines d'écoulement d'échappement. Par exemple, le contrôleur 96 peut déterminer que moins de chaleur est nécessaire pour chauffer le fluide traversant les échangeurs de chaleur. Par conséquent, le contrôleur 96 peut commander les registres 112 et 118 pour qu'ils s'ouvrent, permettant ainsi aux gaz d'échappement 34 de s'écouler dans la première veine d'écoulement d'échappement en dérivation 108. A l'inverse, le contrôleur 96 peut déterminer qu'une plus grande chaleur est nécessaire pour chauffer le fluide traversant les échangeurs de chaleur, de manière à ce que le fluide traversant les échangeurs ne soit pas sous-chauffé. Par conséquent, le contrôleur 96 peut commander les registres 112 et 118 pour qu'ils se ferment, empêchant ainsi les gaz d'échappement 34 de s'écouler dans la première veine d'écoulement d'échappement en dérivation 108. On notera que les registres 124 et 130 peuvent être commandés de la même manière que les registres 112 et 118. Il est appréciable que les première et deuxième veines d'écoulement d'échappement en dérivation 108 et 110 peuvent se situer à des endroits différents de ceux représentés, de manière à ce que n'importe lequel des échangeurs de chaleur puisse être contourné soit par la première soit par la deuxième veine d'écoulement d'échappement en dérivation 108 et 110. D'autre part, les première et deuxième veines d'écoulement d'échappement en dérivation 108 et 110 peuvent s'étendre sur une longueur inférieure ou supérieure à celle représentée (par exemple les veines 108 et 110 peuvent s'étendre le long d'un échangeur de chaleur (par exemple l'échangeur 82) ou de tous les échangeurs de chaleur (par exemple les échangeurs 50, 60, 62, 64, 78, 80 et 82)). De plus, bien qu'il n'y ait qu'une entrée et une sortie pour chaque veine 108 et 110 représentées sur la figure 2, il peut y avoir, dans certains modes de réalisation, plusieurs entrées et une sortie, une entrée et plusieurs sorties ou plusieurs entrées et plusieurs sorties dans les veines 108 et 110 pour contrôler le flux des gaz d'échappement 34.

La figure 3 est une vue schématique d'un mode de réalisation de la centrale électrique 10 de la figure 2, dotée d'un système GVRC 16 avec quatre veines d'écoulement d'échappement en dérivation. Comme montré, le GVRC 16 peut comprendre une troisième veine d'écoulement d'échappement en dérivation 146 et une quatrième veine d'écoulement d'échappement en dérivation 148, de sorte qu'une portion des gaz d'échappement contourne un ou plusieurs échangeurs de chaleur (par exemple les économiseurs 70, 72 et les surchauffeurs 50 et 60). D'autre part, dans certains modes de réalisation, la troisième veine d'écoulement d'échappement en dérivation 146 peut être raccordée à la première veine d'écoulement d'échappement en dérivation 108, par l'intermédiaire d'une première veine d'écoulement intermédiaire 150. De la même manière, dans certains modes de réalisation, la quatrième veine d'écoulement d'échappement en dérivation 148 peut être raccordée à la deuxième veine d'écoulement d'échappement en dérivation 110, par l'intermédiaire d'une deuxième veine d'écoulement intermédiaire 152. Les gaz d'échappement 34 peuvent être dirigés pour s'écouler dans la troisième veine d'écoulement d'échappement en dérivation 146, en utilisant un registre d'entrée 154. Le registre d'entrée 154 peut ouvrir et fermer l'accès à la troisième veine d'écoulement d'échappement en dérivation 146, en se déplaçant dans l'une des directions 156, après avoir été déplacé par un actionneur 158 commandé par le contrôleur 96. De plus, un registre de sortie 160 peut être utilisé pour contrôler le flux des gaz d'échappement 34 quittant la troisième veine d'écoulement d'échappement en dérivation 146. Là aussi, ce registre de sortie 160 peut s'ouvrir et se fermer en se déplaçant dans une des directions 162, après avoir être déplacé par un actionneur 164 commandé par le contrôleur 96.

De manière similaire, les gaz d'échappement 34 peuvent être envoyés dans la quatrième veine d'écoulement d'échappement en dérivation 148, en utilisant un registre d'entrée 166. Le registre d'entrée 166 peut ouvrir et fermer l'accès la quatrième veine d'écoulement d'échappement en dérivation 148, en se déplaçant dans l'une des directions 168, après avoir été déplacé par un actionneur 170 commandé par le contrôleur 96. De plus, un registre de sortie 172 peut être utilisé pour contrôler le flux des gaz d'échappement 34 quittant la quatrième veine d'écoulement de gaz d'échappement en dérivation 148. Là aussi, ce registre de sortie 172 peut s'ouvrir et se fermer en se déplaçant dans une des directions 174, après avoir été déplacé par un actionneur 176 commandé par le contrôleur 96. Il est appréciable que les registres 154, 160, 166 et 172 peuvent être déplacés (par exemple activés) dans une position ouverte ou fermée ou n'importe quelle position intermédiaire.

D'autre part, les actionneurs 158, 164, 170 et 176 peuvent être de n'importe quel type, par exemple à commande hydraulique, pneumatique, électrique ou mécanique. Il est appréciable que les première, deuxième, troisième et quatrième veine d'écoulement d'échappement en dérivation 108, 110, 146 et 148 peuvent se situer à des endroits différents de ceux représentés, de manière à ce que n'importe lequel des échangeurs de chaleur puisse être contourné par n'importe laquelle des veine d'écoulement d'échappement en dérivation 108, 110, 146 et 148. En utilisant les veine d'écoulement d'échappement en dérivation 108, 110, 146 et 148, le contrôleur 96 peut être en mesure de contrôler la température du fluide traversant les échangeurs de chaleur, de manière à ce que le fluide ne soit ni surchauffé ni sous-chauffé. La figure 4 représente un organigramme d'un mode de réalisation d'un procédé 190 pour contrôler le flux de gaz d'échappement dans un système GVRC 16. Au bloc 192, le contrôleur 96 peut recevoir une première indication d'une première température. Par exemple, le contrôleur 96 peut recevoir la première indication de la première température d'un ou plusieurs des capteurs de température 98, 100 et 102. Ensuite, au bloc 194, le contrôleur 96 peut recevoir une deuxième indication d'une deuxième température. Il est à noter que la deuxième indication de la deuxième température peut provenir du même capteur (par exemple la première et la deuxième indication peuvent provenir du capteur 98) ou d'un capteur différent (par exemple la première indication peut émaner du capteur 98 et la deuxième du capteur 100). Par exemple, la première température peut être mesurée par le capteur de température haute pression 100, à peu près 2 minutes après le démarrage de la turbine à gaz 12. La deuxième température peut être mesurée par le capteur de température haute pression 100, à peu près 4 minutes après le démarrage de la turbine à gaz 12. Sur la base de ces deux indications de températures, le contrôleur 96 peut déterminer que le fluide s'écoulant vers le corps haute pression 32 augmente trop rapidement. Ensuite, au bloc 196, le contrôleur 96 peut déterminer une ou plusieurs veines d'écoulement d'échappement pour l'écoulement des gaz d'échappement, en fonction des deux indications. Une détermination de ce type peut être utilisée pour contrôler la température du fluide s'écoulant dans les échangeurs de chaleur dans le système GVRC 16. D'autre part, la détermination peut se fonder, du moins en partie, sur les première et deuxième indications de température. Par conséquent, le contrôleur 96 peut déterminer qu'une veine d'écoulement en dérivation devrait être utilisée. Au bloc 198, le contrôleur 96 peut commander la ou les veines d'écoulement d'échappement, pour que les gaz d'échappement 34 puissent s'y écouler. Par exemple, le contrôleur 96 peut ouvrir ou fermer les registres dans n'importe laquelle des veines d'écoulement d'échappement en dérivation 108, 110, 146 et 148 pour contrôler l'écoulement des gaz d'échappement 34. Il est à noter que, bien que certains types de centrales électriques 10 aient été décrits dans les figures 1 à 4, le GVRC 16 avec les veines d'écoulement en dérivation peut être utilisé dans tout type de centrale électrique 10 ou tout autre système. De manière analogue, il peut y avoir un nombre plus faible ou plus élevé de systèmes et de dispositifs, ou des systèmes et dispositifs différents dans le GVRC 16 que ceux décrits et représentés ici.

Ainsi, les veines d'écoulement en dérivation peuvent être utilisées avec n'importe quel type de système de GVRC 16, de sorte que les gaz d'échappement 34 peuvent contourner la veine d'écoulement 106 principale. En utilisant les veines d'écoulement en dérivation, la température du fluide traversant les échangeurs de chaleur du GVRC 16 peut être régulée (c'est-à-dire que le débit des gaz d'échappement 34 chauds traversant les échangeurs peut être modifié à volonté). Dans une configuration de ce type, il n'est pas nécessaire de prévoir des désurchauffeurs et de ce fait, les éléments et coûts associés aux désurchauffeurs n'entrent pas en ligne de compte pour le système GVRC 16. D'autre part, en utilisant les veines d'écoulement en dérivation, le système GVRC 16 peut avoir un rendement thermique plus élevé que les systèmes utilisant des désurchauffeurs pour réguler la température du fluide dans les échangeurs de chaleur. Par exemple, dans certains modes de réalisation, l'utilisation des veines d'écoulement en dérivation peut améliorer le rendement du système GVRC 16 d'environ 0,001 à 1,000%.

Nomenclature des pièces 10 Système de production d'électricité 12 Turbine à gaz 14 Turbine à vapeur 16 Système GVRC 18 Alternateur 20 Turbine 22 Chambre de combustion 24 Compresseur 25 Réchauffeur de gaz combustible 26 Charge 28 Corps basse pression 30 Corps moyenne pression 32 Corps haute pression 34 Gaz d'échappement chauffés 38 Condenseur 40 Pompe à condensat 44 Economiseur basse pression 46 Evaporateur basse pression 48 Cuve sous pression 50 Surchauffeur basse pression 52 Pompe moyenne pression 54 Economiseur moyenne pression 56 Evaporateur moyenne pression 58 Cuve sous pression 60 Surchauffeur moyenne pression 62 Resurchauffeur primaire 64 Resurchauffeur secondaire 66 Pompe haute pression 68 Economiseur haute pression 70 Economiseur haute pression 72 Economiseur haute pression 74 Evaporateur haute pression 76 Cuve sous pression 78 Surchauffeur haute pression 80 Surchauffeur haute pression 82 Surchauffeur haute pression 94 Système de commande 96 Contrôleur 98 Capteur de température de resurchauffeur 100 Capteur de température haute pression 102 Capteur de température de gaz d'échappement 104 Capteur de flux de gaz d'échappement 106 Veine d'écoulement d'échappement principale 108 Veine d'écoulement d'échappement en dérivation 110 Veine d'écoulement d'échappement en dérivation 112 Registre d'entrée 114 Directions 116 Actionneur 118 Registre de sortie 120 Directions 122 Actionneur 124 Registre d'entrée 126 Directions 128 Actionneur 130 Registre de sortie 132 Directions 134 Actionneur 146 Veine d'écoulement d'échappement en dérivation 148 Veine d'écoulement d'échappement en dérivation 150 Première veine d'écoulement intermédiaire 152 Deuxième veine d'écoulement intermédiaire 154 Registre d'entrée 156 Directions 158 Actionneur 160 Registre de sortie 162 Directions 164 Actionneur 166 Registre d'entrée 168 Directions 170 Actionneur 172 Registre de sortie 174 Directions 176 Actionneur 190 Procédé 192 Bloc 194 Bloc 196 Bloc 198 Bloc

Claims

REVENDICATIONS1. Système de générateur de vapeur à récupération de chaleur (GVRC) (16), comprenant : plusieurs échangeurs de chaleur; une première veine d'écoulement d'échappement (108) configurée pour faciliter l'échange de chaleur entre les gaz d'échappement (34) d'une turbine à gaz et un premier échangeur de chaleur de la pluralité d'échangeurs de chaleur; et une deuxième veine d'écoulement d'échappement (110) configurée pour diriger une portion des gaz d'échappement (34) afin de contourner le premier échangeur de chaleur.
2. Système (16) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une troisième veine d'écoulement d'échappement configurée pour diriger une portion des gaz d'échappement (34) afin de contourner le premier échangeur de chaleur.
3. Système (16) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une troisième veine d'écoulement d'échappement configurée pour diriger une portion des gaz d'échappement (34) afin de contourner un deuxième échangeur de chaleur, sachant que la troisième veine d'écoulement d'échappement ne dirige pas une portion des gaz d'échappement pour contourner le premier échangeur de chaleur.
4. Système (16) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une troisième veine d'écoulement d'échappement configurée pour diriger une portion des gaz d'échappement (34) afin de contourner le premier échangeur de chaleur et un deuxième échangeur de chaleur.
5. Système (16) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un registre (124, 130) configuré pour permettre de façon sélective au flux de gaz d'échappement (34) de contourner le premier échangeur de chaleur, en faisant passer les gaz d'échappement par la deuxième veine d'écoulement d'échappement (110).
6. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième veine d'écoulement d'échappement (110) est configurée pour contourner un premier surchauffeur haute pression, un deuxième surchauffeur haute pression et un premier resurchauffeur, le premier surchauffeur haute pression étant relié à un évaporateur haute pression et au deuxième surchauffeur haute pression, le deuxième surchauffeur haute pression étant relié à un troisième surchauffeur haute pression, et le premier resurchauffeur étant relié à un deuxième resurchauffeur et à un surchauffeur moyenne pression.
7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une troisième veine d'écoulement d'échappement configurée pour contourner le surchauffeur moyenne pression et un économiseur haute pression, l'évaporateur haute pression étant relié à l'économiseur haute pression.
8. Système de commande pour un système de générateur de vapeur à récupération de chaleur (GVRC), comprenant : un contrôleur (96) configuré pour : recevoir une première indication d'une première température; recevoir une deuxième indication d'une deuxième température; et déterminer au moins une veine d'écoulement d'échappement parmi une pluralité de veines d'écoulement d'échappement qui serautilisée pour l'écoulement des gaz d'échappement, sur la base des première et deuxième indications de température.
9. Système de commande selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un premier capteur (100), configuré pour fournir la première indication de la première température, et un deuxième capteur (98) configuré pour fournir la deuxième indication de la deuxième température.
10. Système de commande selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première indication de la première température est une température de vapeur haute pression, et la deuxième indication de la deuxième température est une température de vapeur resurchauffée.
11. Système de commande selon la revendication 9, caractérisé en ce que les premier et deuxième capteurs (100, 98) sont constitués de thermocouples.
12. Système de commande selon la revendication 8, caractérisé en ce que le contrôleur (96) est configuré pour réguler le flux de gaz d'échappement dans la pluralité de veines d'écoulement d'échappement, en fonction de la au moins une veine d'écoulement d'échappement déterminée.
13. Système de commande selon la revendication 12, caractérisé en ce que le contrôleur (96) est configuré pour réguler le flux de gaz d'échappement dans la pluralité de veines d'écoulement d' échappement, en sélectionnant une ou plusieurs veines d' écoulement d' échappement.
14. Système de commande selon la revendication 12, caractérisé en ce que le contrôleur (96) est configuré pour réguler le flux de gaz d'échappement dans la pluralité de veines d'écoulement d'échappement, en commandant un registre.
15. Système de commande selon la revendication 12, caractérisé en ce que le contrôleur (96) est configuré pour réguler le flux de gaz d'échappement dans la pluralité de veines d'écoulement d'échappement, en autorisant les gaz d'échappement à contourner au moins un échangeur de chaleur du système de générateur de vapeur à récupération de chaleur (16).
16. Système de commande selon la revendication 12, caractérisé en ce que le contrôleur (96) est configuré pour réguler le flux de gaz d'échappement dans la pluralité de veines d'écoulement d'échappement, en ouvrant un ou plusieurs registres pour autoriser le flux d'échappement à s'écouler dans une veine d'écoulement en dérivation, et en fermant le ou les registres pour empêcher le flux d'échappement de s'écouler dans la veine d' écoulement en dérivation.
17. Système de générateur de vapeur à récupération de chaleur (GVRC) (16), comprenant : une première veine d'écoulement d'échappement (108); une deuxième veine d'écoulement d'échappement (110); et un premier registre configuré pour permettre de façon sélective à une portion de gaz d'échappement de s'écouler dans la deuxième veine d'écoulement d'échappement (110).
18. Système (16) selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend une troisième veine d'écoulement d'échappement (146) et un deuxième registre configuré pour permettre de façon sélective aux gaz d'échappement de s'écouler dans la troisième veine d'écoulement d'échappement (146).
19. Système (16) selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend un contrôleur (96) configuré pour activer le premier registre.
20. Système (16) selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend un actionneur configuré pour déplacer le registre entre une position ouverte et une position fermée.