FR2995628A1 - STEAM ENERGY CONVERSION CYCLE PRODUCED BY A SODIUM-COOLED QUICK-SOURCE REACTOR - Google Patents

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Frederic Lamarque
Bruno Renard
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Abstract

La présente invention concerne un cycle de conversion d'énergie par vapeur produite par un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium, présentant une première étape, dans laquelle on effectue une première détente de la vapeur issue d'un générateur de vapeur (2) associé au réacteur (1) pour la ramener depuis un état de départ de « cycle fossile » (21) à un état intermédiaire de température et de pression de la vapeur correspondant à un état de départ de « cycle nucléaire » (22), une deuxième étape dans laquelle on effectue une deuxième détente de la vapeur depuis l'état intermédiaire (22) jusqu'à obtenir une vapeur dans un premier état humide (23) situé sous la courbe de saturation de la vapeur (S), une troisième étape dans laquelle on sèche et on surchauffe la vapeur, et une quatrième étape dans laquelle on effectue une troisième détente de la vapeur depuis son état surchauffé (24) jusqu'à un deuxième état humide (25).The present invention relates to a steam energy conversion cycle produced by a sodium-cooled fast neutron reactor, having a first stage, in which a first expansion of the steam from an associated steam generator (2) is carried out. to the reactor (1) to return it from a "fossil cycle" start state (21) to an intermediate state of temperature and vapor pressure corresponding to a "nuclear cycle" start state (22), a second a step in which a second expansion of the steam from the intermediate state (22) is carried out until a vapor is obtained in a first wet state (23) under the steam saturation curve (S), a third step in wherein the steam is dried and superheated, and a fourth step in which a third expansion of the steam is performed from its superheated state (24) to a second wet state (25).

Description

Cycle de conversion d'énergie par vapeur produite par un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium La présente invention se rapporte à un cycle de conversion de l'énergie fournie par un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium (dit RNR sodium).The present invention relates to a conversion cycle of the energy provided by a sodium cooled fast neutron reactor (known as sodium RNR).

Elle concerne une installation nucléaire qui comprend au moins un réacteur nucléaire, un générateur de vapeur, des turbines à vapeur, et un sécheur et/ou un surchauffeur. L'ensemble est traversé par de l'eau gazeuse ou 10 liquide qui circule en circuit fermé et qui est soumise à des variations de température et de pression. On appelle « cycle » les variations de la température et de la pression de l'eau gazeuse ou liquide entre sa sortie du générateur de vapeur et son retour 15 dans le générateur de vapeur. Afin d'obtenir de meilleurs rendements de cycle, l'utilisation d'un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium est avantageuse. Cependant, les valeurs de température et de 20 pression en sortie d'un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium sont bien supérieures à celles généralement rencontrées dans un « cycle nucléaire », et se rapprochent de celles généralement rencontrées dans un « cycle fossile ». 25 Un « cycle nucléaire » correspond aux variations de température et de pression généralement rencontrées dans une installation nucléaire qui fonctionne usuellement avec une vapeur en sortie du générateur de vapeur proche de la courbe de saturation.It relates to a nuclear facility that includes at least one nuclear reactor, a steam generator, steam turbines, and a dryer and / or superheater. The assembly is traversed by gaseous or liquid water which circulates in a closed circuit and which is subjected to temperature and pressure variations. The term "cycle" refers to variations in the temperature and pressure of the gaseous or liquid water between its exit from the steam generator and its return to the steam generator. In order to obtain better cycle yields, the use of a sodium-cooled fast neutron reactor is advantageous. However, the temperature and pressure values at the outlet of a sodium cooled fast neutron reactor are much higher than those generally encountered in a "nuclear cycle", and are close to those generally encountered in a "fossil cycle". A "nuclear cycle" corresponds to the temperature and pressure variations generally encountered in a nuclear installation that usually operates with steam at the outlet of the steam generator close to the saturation curve.

Un « cycle fossile » correspond aux variations de température et de pression généralement rencontrées dans les centrales thermiques utilisant des chaudières à combustion.A "fossil cycle" corresponds to the temperature and pressure variations generally encountered in thermal power plants using combustion boilers.

Le réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium de la centrale française RNR de Phénix présente des technologies de turbines à vapeur permettant un fonctionnement avec une vapeur travaillant à des conditions de température et de pression proches de celles rencontrées dans un « cycle fossile » et qui permettent à la vapeur de se détendre lors de ses passages dans une turbine haute-pression et une turbine moyenne-pression en conditions de vapeur sèche. Il est nécessaire que les conditions de température et de pression dans les différents composants de l'installation, dont les turbines et le surchauffeur, ne soient pas trop élevées afin d'atteindre des durées de vie de l'ordre de 60 ans.. Des températures plus basses réduisent les 20 risques de fluage des différents composants. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un cycle de conversion d'énergie par vapeur produite par un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium, améliorant la durée de vie des 25 matériels. A cette fin, le cycle selon l'invention de conversion d'énergie par vapeur produite par un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium est remarquable en ce qu'il présente : 30 - une première étape, dans laquelle on effectue une première détente de la vapeur issue d'un générateur de vapeur associé au réacteur pour la ramener depuis un état de départ de « cycle fossile » à un état intermédiaire de température et de pression de la vapeur correspondant à un état de départ de « cycle nucléaire », - une deuxième étape dans laquelle on effectue 5 une deuxième détente de la vapeur depuis l'état intermédiaire jusqu'à obtenir une vapeur dans un premier état humide situé sous la courbe de saturation de la vapeur, - une troisième étape dans laquelle on sèche et 10 on surchauffe la vapeur depuis son premier état humide pour l'amener dans un état de séchage et de surchauffe situé au dessus de la courbe de saturation, et - une quatrième étape dans laquelle on effectue une troisième détente de la vapeur depuis son état 15 surchauffé jusqu'à un deuxième état humide situé sous la courbe de saturation de la vapeur, la vapeur étant ensuite condensée et réacheminée vers le générateur de vapeur. Le cycle du réacteur à neutrons rapides refroidi 20 au sodium selon l'invention se situe davantage dans la zone de la vapeur saturée que les cycles des réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium de l'état de l'art, tout en travaillant avec les mêmes conditions de température et de pression directement en sortie du 25 générateur de vapeur qui sont proches de celles rencontrées dans les centrales thermiques. Le cycle selon l'invention permet d'augmenter le rendement par rapport à celui obtenu avec le réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium de la centrale 30 française RNR de Phénix.The sodium-cooled fast neutron reactor of the French Phénix RNR plant presents steam turbine technologies that allow operation with steam working under conditions of temperature and pressure close to those encountered in a "fossil cycle" and which allow Steam to relax during its passage in a high-pressure turbine and a medium-pressure turbine under dry steam conditions. It is necessary that the temperature and pressure conditions in the various components of the installation, including the turbines and the superheater, are not too high in order to achieve lifetimes of the order of 60 years. lower temperatures reduce the creep risks of the various components. In this context, the present invention aims to provide a steam energy conversion cycle produced by a sodium cooled fast neutron reactor, improving the life of the equipment. To this end, the cycle according to the invention for converting energy by steam produced by a sodium-cooled fast neutron reactor is remarkable in that it has: a first stage, in which a first expansion of steam from a steam generator associated with the reactor to return it from a "fossil cycle" start state to an intermediate state of temperature and vapor pressure corresponding to a "nuclear cycle" start state, a second step in which a second expansion of the steam from the intermediate state is carried out until a vapor is obtained in a first wet state under the steam saturation curve; a third step in which the steam is dried and 10 the steam is superheated from its first wet state to a state of drying and overheating above the saturation curve, and - a fourth step in lacquer A third expansion of the steam is carried out from its superheated state to a second wet state below the steam saturation curve, the steam then being condensed and fed back to the steam generator. The sodium-cooled fast neutron reactor cycle according to the invention is located more in the saturated vapor zone than the cycles of the state-of-the-art sodium cooled fast neutron reactors, while working with the same temperature and pressure conditions directly at the outlet of the steam generator that are close to those encountered in thermal power plants. The cycle according to the invention makes it possible to increase the yield relative to that obtained with the sodium-cooled fast neutron reactor of the French Phenix RNR plant.

Il peut être utilisé pour des réacteurs de grande puissance électrique jusqu'à des classes supérieures à 1500 MWe. L'invention permet d'utiliser un réacteur à 5 neutrons rapides refroidi au sodium avec des composants standard actuellement utilisés pour les centrales fossiles ou nucléaires. L'invention permet ainsi d'éviter de réaliser des surchauffeurs sur le modèle de ceux qui ont été utilisés 10 pour le réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium des centrales françaises RNR et qui sont difficiles à concevoir et coûteux à fabriquer. La vapeur dans son état de départ de « cycle fossile » est à une pression comprise entre 150 et 200 15 bars et à une température comprise entre 450 et 570°C. L'état intermédiaire est défini pour une pression comprise entre 30 et 50 bars et une température comprise entre 234 et 300°C. La vapeur dans son premier état humide est à une 20 température comprise entre 152 et 188°C et une pression comprise entre 5 et 12 bars après la deuxième détente. La vapeur dans son état de séchage et de surchauffe est à une température comprise entre 215 et 255°C et une pression comprise entre 5 et 12 bars. 25 La vapeur dans son état final est condensée à une température qui dépend de la source froide utilisée. La présente invention concerne également une installation de turbine à vapeur comprenant un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi au sodium, pour la 30 mise en oeuvre d'un cycle défini précédemment et : - au moins un générateur de vapeur, une turbine très haute-pression/haute température reliée au générateur de vapeur du réacteur nucléaire, dans laquelle on effectue une première détente de la vapeur issue du générateur de vapeur du réacteur pour la ramener depuis un état de départ de « cycle fossile » jusqu'à un état intermédiaire de température et de pression de la vapeur correspondant à un état de départ de « cycle nucléaire », - une turbine intermédiaire reliée à la turbine très haute-pression/haute température et fonctionnant en partie en vapeur saturée, dans laquelle on effectue une deuxième détente de la vapeur depuis l'état intermédiaire jusqu'à obtenir une vapeur dans un premier état humide situé sous la courbe de saturation de la vapeur, - un sécheur et un surchauffeur reliés à la turbine intermédiaire, dans lesquels on sèche la vapeur depuis son premier état humide et puis on la surchauffe pour l'amener dans un état de séchage et de surchauffe situé au dessus de la courbe de saturation, et - des turbines de sortie reliées au sécheur et au surchauffeur, dans lesquelles on effectue une troisième détente de la vapeur depuis son état surchauffé jusqu'à un deuxième état humide, la vapeur étant ensuite condensée et réacheminée vers le générateur de vapeur.It can be used for reactors of high electrical power up to classes above 1500 MWe. The invention makes it possible to use a sodium-cooled fast neutron reactor with standard components currently used for fossil or nuclear plants. The invention thus makes it possible to avoid making superheaters on the model of those used for the sodium-cooled fast neutron reactor of the French RNR plants, which are difficult to design and expensive to manufacture. The vapor in its "fossil cycle" starting state is at a pressure of between 150 and 200 bar and at a temperature of between 450 and 570 ° C. The intermediate state is defined for a pressure between 30 and 50 bar and a temperature between 234 and 300 ° C. The steam in its first wet state is at a temperature between 152 and 188 ° C and a pressure between 5 and 12 bar after the second expansion. The steam in its state of drying and overheating is at a temperature between 215 and 255 ° C and a pressure between 5 and 12 bar. The vapor in its final state is condensed at a temperature which depends on the cold source used. The present invention also relates to a steam turbine plant comprising a sodium-cooled fast neutron nuclear reactor, for the implementation of a previously defined cycle and: at least one steam generator, a very high pressure turbine / high temperature connected to the steam generator of the nuclear reactor, in which a first expansion of the steam from the reactor steam generator is carried out to bring it back from a starting state of "fossil cycle" to an intermediate temperature state and steam pressure corresponding to a "nuclear cycle" starting state, - an intermediate turbine connected to the very high-pressure / high-temperature turbine and operating in part in saturated steam, in which a second expansion of the turbine is carried out; steam from the intermediate state until a vapor is obtained in a first wet state below the saturation curve steaming, - a dryer and a superheater connected to the intermediate turbine, in which the steam is dried from its first wet state and then overheated to a state of drying and overheating above the saturation curve, and - output turbines connected to the dryer and the superheater, in which a third expansion of the steam is carried out from its superheated state to a second wet state, the steam then being condensed and redirected to the generator of steam.

De façon avantageuse, une conduite reliant la sortie de la turbine très haute pression et le surchauffeur permet un prélèvement de vapeur de chauffe en aval de la turbine très haute pression qui est utilisé par le surchauffeur.Advantageously, a pipe connecting the outlet of the very high pressure turbine and the superheater allows a sample of heating steam downstream of the very high pressure turbine which is used by the superheater.

La turbine intermédiaire est une turbine haute- pression et les turbines de sortie sont soit des turbines moyenne et basse- pression soit des turbines basse- pression seules. Les turbines basse-pression sont alimentées en parallèle. La turbine haute-pression et la turbine moyenne-pression (lorsqu'elle existe dans le deuxième 5 mode de réalisation) sont disposées dans un corps combiné. La turbine très haute-pression/haute température et la turbine intermédiaire sont agencées de façon à détendre la vapeur depuis un état de départ de 10 cycle fossile à une pression comprise entre 150 et 200 bars et à une température comprise entre 450 et 570°C, à un état de vapeur humide dont la température est comprise entre 152 et 188°C et la pression est comprise entre 5 et 12 bars après la première détente et la 15 deuxième détente. Le sécheur et le surchauffeur permettent à la vapeur de passer d'un premier état de vapeur humide dont la température est comprise entre 152 et 188°C et la pression est comprise entre 5 et 12 bars après la 20 deuxième détente, à un état de séchage et de surchauffe dont la pression est comprise entre 5 et 12 bars et la température est comprise entre 215 et 255°C. La turbine très haute-pression/haute température, la turbine intermédiaire, et les turbines de 25 sortie (sans turbine moyenne pression) entraînent en rotation à la fréquence du réseau, par exemple à 3000 tr/min, un arbre d'entrée d'un alternateur qui produit une puissance électrique inférieure à 1200 MWe. La turbine très haute-pression/haute 30 température, la turbine intermédiaire, et les turbines de sortie (avec turbine moyenne pression) entraînent en rotation à la demi-fréquence du réseau, par exemple à 1500 tr/min, un arbre d'entrée d'un alternateur qui produit une puissance électrique supérieure à 1200 MWe. L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaitront mieux à la lecture de la description 5 détaillée suivante donnée à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées. La figure 1 représente de façon schématique un premier mode de réalisation selon l'invention du réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium RNR. 10 La figure 2 représente de façon schématique un deuxième mode de réalisation selon l'invention du réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium RNR. La figure 3 représente un diagramme enthalpique, dit diagramme de Mollier, présentant, sur la courbe A, un 15 exemple proche d'une partie du cycle utilisé sur le réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium RNR de la centrale française de Phénix et, sur la courbe B, un exemple d'une partie du cycle selon l'invention utilisé sur un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium. 20 Le cycle selon l'invention illustré sur la figure 3 est réalisable par deux installations différentes de turbines à vapeur qui présentent chacune un réacteur nucléaire 1, 1' à neutrons rapides refroidi au sodium qui permet de libérer de l'énergie pour 25 réaliser de la vapeur dans un générateur de vapeur 2, 2', une turbine très haute-pression/haute température 3, 3', une turbine intermédiaire 4, 3", et des turbines de sortie 5, 4', 5', ces turbines étant aptes à mettre en rotation un arbre d'entrée 6a, 6a' d'un alternateur 6, 6' 30 qui produit de l'électricité. La turbine très haute-pression /haute température 3, 3' est reliée à un ou plusieurs générateurs de vapeur 2, 2' du réacteur nucléaire 1, 1', par une ou plusieurs canalisations, et permet d'effectuer une première détente de la vapeur pour la ramener depuis un état de départ de « cycle fossile » en sortie du générateur de vapeur 2, 2' du réacteur 1, 1' à un état intermédiaire de température et de pression de la vapeur caractéristique d'un état de départ de « cycle nucléaire ». Les vannes V, V' permettent de régler le débit 10 de vapeur issu du ou des générateurs de vapeur 2, 2'. Dans le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, la turbine intermédiaire est une turbine haute-pression 4 reliée par une canalisation à la turbine très haute-pression /haute température 3 et fonctionnant 15 en grande partie en vapeur saturée. La turbine haute-pression 4 permet d'effectuer une deuxième détente de la vapeur depuis l'état intermédiaire correspondant à un état de départ de « cycle nucléaire » jusqu'à obtenir une vapeur dans un 20 premier état humide sous la courbe de saturation S. Le séchage et la surchauffe de la vapeur sont ensuite réalisés en passant successivement dans un sécheur 7 séparant physiquement l'eau liquide et la vapeur puis un surchauffeur 8, ces appareils étant situés 25 dans une canalisation 12 entre la turbine haute-pression 4 et des turbines basse-pression 5. Le surchauffeur 8 situé en aval du sécheur 7 et en amont des turbines basse-pression 5 et un prélèvement réalisé sur la vapeur sortant de la turbine très haute- 30 pression/haute température 3 permettent de surchauffer la vapeur pour l'amener dans un état surchauffé au- dessus de la courbe de saturation S. Une conduite 13 reliant la sortie de la turbine très haute pression 3 et le surchauffeur 8 permet de réaliser ce prélèvement de vapeur de chauffe en aval de la turbine très haute pression 3 qui est utilisé par le surchauffeur 8.The intermediate turbine is a high pressure turbine and the output turbines are either medium and low pressure turbines or low pressure turbines alone. The low-pressure turbines are fed in parallel. The high pressure turbine and the medium pressure turbine (when it exists in the second embodiment) are arranged in a combined body. The very high pressure / high temperature turbine and the intermediate turbine are arranged to relax the steam from a fossil cycle start state at a pressure between 150 and 200 bar and at a temperature between 450 and 570 ° C. in a wet vapor state whose temperature is between 152 and 188 ° C and the pressure is between 5 and 12 bar after the first expansion and the second expansion. The dryer and the superheater allow the steam to pass from a first state of wet vapor having a temperature of between 152 and 188 ° C and a pressure of between 5 and 12 bars after the second expansion to a state of drying and overheating whose pressure is between 5 and 12 bar and the temperature is between 215 and 255 ° C. The very high pressure / high temperature turbine, the intermediate turbine, and the output turbines (without medium pressure turbine) rotate at the mains frequency, for example at 3000 rpm, an input shaft of an alternator that produces an electric power of less than 1200 MWe. The very high-pressure / high-temperature turbine, the intermediate turbine, and the output turbines (with medium-pressure turbine) drive in rotation at the half-frequency of the network, for example at 1500 rpm, an input shaft. an alternator that produces an electric power exceeding 1200 MWe. The invention will be better understood and its advantages will appear better on reading the following detailed description given for information only and in no way limitative, with reference to the appended figures. FIG. 1 schematically represents a first embodiment according to the invention of the fast neutron reactor cooled with sodium RNR. FIG. 2 schematically shows a second embodiment according to the invention of the sodium cooled fast neutron reactor RNR. FIG. 3 represents an enthalpic diagram, called a Mollier diagram, showing, on curve A, an example close to a part of the cycle used on the fast reacted fast neutron reactor RNR of the French plant of Phénix and, on curve B, an example of a part of the cycle according to the invention used on a fast neutron reactor cooled with sodium. The cycle according to the invention illustrated in FIG. 3 can be carried out by two different steam turbine plants, each of which has a sodium-cooled fast neutron reactor 1, 1 'which makes it possible to release energy in order to produce energy. steam in a steam generator 2, 2 ', a very high-pressure / high-temperature turbine 3, 3', an intermediate turbine 4, 3 ", and outlet turbines 5, 4 ', 5', these turbines being capable of rotating an input shaft 6a, 6a 'of an alternator 6, 6' 30 which produces electricity The very high-pressure / high-temperature turbine 3, 3 'is connected to one or more generators of steam 2, 2 'of the nuclear reactor 1, 1', by one or more pipes, and allows a first expansion of the steam to bring it back from a starting state of "fossil cycle" at the outlet of the steam generator 2, 2 'of reactor 1, 1' to an intermediate state of temper Ature and steam pressure characteristic of a "nuclear cycle" starting state. The valves V, V 'make it possible to regulate the flow rate of steam coming from the steam generator or generators 2, 2'. In the first embodiment illustrated in FIG. 1, the intermediate turbine is a high-pressure turbine 4 connected by a pipe to the very high-pressure / high-temperature turbine 3 and operating largely in saturated steam. The high-pressure turbine 4 makes it possible to carry out a second expansion of the steam from the intermediate state corresponding to a "nuclear cycle" starting state until obtaining a vapor in a first wet state under the saturation curve S The drying and overheating of the steam are then carried out by successively passing through a drier 7 physically separating the liquid water and the steam and then a superheater 8, these devices being situated in a pipe 12 between the high-pressure turbine 4 and Low-pressure turbines 5. The superheater 8 located downstream of the dryer 7 and upstream of the low-pressure turbines 5 and a sample taken on the steam leaving the very high-pressure / high-temperature turbine 3 make it possible to overheat the steam. to bring it into a superheated state above the saturation curve S. A line 13 connecting the output of the very high pressure turbine 3 and the superheater 8 makes it possible to Aliser this steam tapping downstream of the heated high pressure turbine 3 which is used by the superheater 8.

Les deux turbines basse-pression 5 alimentées en parallèle et reliées au sécheur 7 et au surchauffeur 8 par une canalisation 12, permettent d'effectuer une troisième détente de la vapeur depuis son état surchauffé jusqu'à un état final. Il peut être utilisé plus de deux turbines basse-pression 5 pour réaliser cette troisième détente. L'eau récupérée au niveau du sécheur 7 et du surchauffeur 8 est renvoyée dans le cycle par des canalisations 11.The two low-pressure turbines 5 supplied in parallel and connected to the dryer 7 and the superheater 8 via a pipe 12 make it possible to carry out a third expansion of the steam from its superheated state to a final state. It can be used more than two low-pressure turbines 5 to achieve this third relaxation. The water recovered at the level of the dryer 7 and the superheater 8 is returned to the cycle by pipes 11.

Un dispositif 9, 10 de condenseur, de réchauffeurs et de pompes est utilisé pour ramener la vapeur condensée dans le générateur de vapeur 2, mais n'est pas décrit ici et est connu de l'état de la technique.A device 9, 10 for condenser, heaters and pumps is used to return the condensed vapor to the steam generator 2, but is not described here and is known from the state of the art.

Cette installation peut produire des puissances électriques de l'ordre de 600 à 1200 MWe . Dans le deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 2, la turbine intermédiaire est une turbine haute-pression 3" reliée à la turbine très haute- pression /haute température 3' par une canalisation et fonctionnant en grande partie en vapeur saturée. La turbine haute-pression 3, , permet d'effectuer une deuxième détente de la vapeur depuis l'état intermédiaire correspondant à un état de départ de « cycle nucléaire » jusqu'à obtenir une vapeur dans un premier état humide sous la courbe de saturation S.This installation can produce electrical powers of the order of 600 to 1200 MWe. In the second embodiment illustrated in FIG. 2, the intermediate turbine is a high-pressure turbine 3 "connected to the very high-pressure / high-temperature turbine 3 'by a pipe and operating largely in saturated steam. high-pressure 3,, makes it possible to carry out a second expansion of the steam from the intermediate state corresponding to a "nuclear cycle" start state until a vapor is obtained in a first wet state under the saturation curve S.

Le séchage et la surchauffe de la vapeur sont ensuite réalisés en passant successivement dans un sécheur 7' séparant physiquement l'eau liquide et la vapeur puis un surchauffeur 8', ces appareils étant situés dans des canalisations entre la turbine haute-pression 3" et une turbine moyenne-pression 4'. Le surchauffeur 8' en aval du sécheur 7' et en amont de la turbine moyenne-pression 4' et un prélèvement réalisé sur la vapeur sortant de la turbine très haute- pression/haute température 3' permettent de surchauffer la vapeur pour l'amener dans un état surchauffé au-dessus de la courbe de saturation S. Une conduite 13' reliant la sortie de la turbine très haute pression 3' et le surchauffeur 8' permet ce 15 prélèvement de vapeur de chauffe en aval de la turbine très haute pression 3' utilisé par le surchauffeur 8'. Il est ici illustré sur la figure 2 que la turbine haute-pression 3" et la turbine moyenne-pression 4' sont disposées dans un seul et même corps combiné. 20 La turbine moyenne-pression 4' et les deux turbines basse-pression 5' alimentées en parallèle et reliées à la turbine moyenne-pression 4' par une canalisation 12', permettent d'effectuer une troisième détente de la vapeur depuis son état surchauffé jusqu'à 25 un état final. Il peut être utilisé plus de deux turbines basse-pression 5' pour réaliser cette troisième détente. L'eau récupérée au niveau du sécheur 7' et du surchauffeur 8' est renvoyée dans le cycle par des canalisations 11'. 30 Un dispositif 9', 10' de condenseur, de réchauffeurs et de pompes est utilisé pour ramener la vapeur condensée dans le générateur de vapeur 2', mais n'est pas décrit ici et est connu de l'état de la technique. Comme illustré sur la figure 3, un diagramme de Mollier représente, en abscisse, l'entropie et en 5 ordonnée, l'enthalpie d'un fluide. Il permet notamment de figurer des changements d'état d'un fluide, en fonction des températures et des pressions. Ici, le fluide est de l'eau et une courbe de 10 saturation S de l'eau est représentée dans ce diagramme. La courbe de saturation S correspond à la limite entre deux domaines, l'eau se présentant, pour une entropie donnée, sous la forme de vapeur sèche pour les enthalpies supérieures à l'enthalpie de la courbe de 15 saturation S et de vapeur saturée (ou vapeur humide) pour les enthalpies inférieures à l'enthalpie de la courbe de saturation S. On donne le nom de vapeur saturée sèche à l'état de l'eau juste sur la courbe de saturation S. Le titre en eau de la vapeur humide augmente à mesure que 20 l'enthalpie diminue, jusqu'à atteindre un titre de 1 quand toute la phase vapeur est condensée en eau liquide. En d'autres termes, la courbe de saturation S délimite un domaine de vapeur humide saturée S2, par rapport à un domaine gazeux de vapeur sèche et 25 surchauffée S1. La courbe A représente un cycle similaire à celui utilisé sur le réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium RNR de la centrale française de Phénix. La courbe B représente un cycle utilisé sur le 30 réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium RNR selon l'invention.The drying and superheating of the steam are then performed by successively passing through a dryer 7 'physically separating the liquid water and the steam and a superheater 8', these devices being located in pipes between the high-pressure turbine 3 "and a medium-pressure turbine 4 'The superheater 8' downstream of the dryer 7 'and upstream of the medium-pressure turbine 4' and a sample taken on the steam leaving the very high pressure / high temperature turbine 3 'allow to superheat the steam to bring it into a superheated state above the saturation curve S. A pipe 13 'connecting the outlet of the very high pressure turbine 3' and the superheater 8 'allows this 15 sampling of heating vapor downstream of the super-high-pressure turbine 3 'used by the superheater 8' It is illustrated here in FIG. 2 that the high-pressure turbine 3 "and the medium-pressure turbine 4 'are arranged in one and the same combined body ed. The medium-pressure turbine 4 'and the two low-pressure turbines 5' fed in parallel and connected to the medium-pressure turbine 4 'via a pipe 12' make it possible to carry out a third expansion of the steam since its superheated state. up to 25 final state. It can be used more than two low-pressure turbines 5 'to achieve this third relaxation. The water recovered at the dryer 7 'and the superheater 8' is returned to the cycle by pipes 11 '. A condenser, heater and pump device 9 ', 10' is used to return the condensed vapor to the steam generator 2 ', but is not described here and is known from the state of the art. As illustrated in FIG. 3, a Mollier diagram represents, on the abscissa, the entropy and in ordinate, the enthalpy of a fluid. It allows to include changes in state of a fluid, depending on temperatures and pressures. Here the fluid is water and a saturation curve S of water is shown in this diagram. The saturation curve S corresponds to the limit between two domains, the water presenting, for a given entropy, in the form of dry vapor for the enthalpies greater than the enthalpy of the saturation curve S and of saturated vapor ( or wet vapor) for enthalpies less than the enthalpy of the saturation curve S. The name saturated dry steam is given in the state of water just on the saturation curve S. The water content of the steam As the enthalpy decreases, the moisture level increases until it reaches a titer of 1 when the entire vapor phase is condensed into liquid water. In other words, the saturation curve S delimits a saturated wet steam domain S2, with respect to a gaseous domain of dry and superheated steam S1. Curve A represents a cycle similar to that used on the fast reactor fast neutron reactor RNR of the French plant Phénix. Curve B represents a ring used on the RNR-cooled fast neutron reactor according to the invention.

Dans le cycle de la courbe A de l'état de la technique, de la vapeur en sortie d'un ou de plusieurs générateurs de vapeur du réacteur est à une température autour de 500°C et à une pression de l'ordre de 180 bars.In the cycle of the curve A of the state of the art, steam at the outlet of one or more steam generators of the reactor is at a temperature around 500 ° C. and at a pressure of about 180 ° C. bars.

Après une première détente dans une turbine très haute-pression entre les points 11 et 12, la vapeur est à une température de l'ordre de 250°C et à une pression de l'ordre de 30 bars. Ensuite, la vapeur est surchauffée jusqu'au point 10 13. Entre les points 12 et 13, la température augmente de 250°C à 380°C, tandis que la pression reste globalement constante de l'ordre de 30 bars. La vapeur est alors détendue jusqu'au point 14 par une turbine moyenne-pression. Entre les points 13 et 15 14, la pression diminue de 30 bars à 5 bars et la température diminue de 380°C à 180°C. Puis, la vapeur est détendue jusqu'au point 15 par des turbines basse-pression. Un condenseur et des systèmes d'échangeurs de 20 chaleur et de pompes permettent ensuite de réinjecter la vapeur condensée dans le ou les générateurs de vapeur du réacteur. Dans un cycle selon l'invention, comme représenté sur la figure 3, la vapeur en sortie du ou des 25 générateurs de vapeur 2, 2' du réacteur 1, 1' est à une température d'environ 500°C et une pression d'environ 180 bars, cet état de départ étant représenté par le point 21 qui est confondu avec le point 11. Or, dans un « cycle nucléaire », le point de 30 départ est généralement proche de la courbe de saturation S.After a first expansion in a very high-pressure turbine between points 11 and 12, the steam is at a temperature of the order of 250 ° C and at a pressure of about 30 bars. Then, the steam is superheated to point 13. Between points 12 and 13, the temperature increases from 250 ° C to 380 ° C, while the pressure remains generally constant of the order of 30 bars. The steam is then expanded to point 14 by a medium-pressure turbine. Between points 13 and 14 the pressure decreases from 30 bar to 5 bar and the temperature decreases from 380 ° C to 180 ° C. Then the steam is expanded to point 15 by low pressure turbines. A condenser and heat exchanger and pump systems are then used to reinject the condensed vapor into the steam generator (s) of the reactor. In a cycle according to the invention, as shown in FIG. 3, the steam at the outlet of the steam generator or generators 2, 2 'of the reactor 1, 1' is at a temperature of approximately 500 ° C. and a pressure of about 180 bar, this starting state being represented by the point 21 which coincides with the point 11. However, in a "nuclear cycle", the starting point is generally close to the saturation curve S.

Une première détente ramène donc la vapeur qui est à une température de 500°C et à une pression de 180 bars au point 21, à un état intermédiaire à une température et à une pression correspondant au point 22, caractéristiques proches du point de départ d'un « cycle nucléaire traditionnel ». La première détente amène ainsi la vapeur du point 21 au point 22 correspondant à l'état de départ de « cycle nucléaire », situé au-dessus de la courbe de saturation S. Au point 22, la vapeur est sensiblement à une température de 280°C et à une pression de 40 bars sur la figure 3. La vapeur est détendue entre le point 22 et le 15 point 23 où elle est dans un premier état humide. Au point 23, la vapeur est sensiblement à une température de 170°C et à une pression de 7 bars. La vapeur est séchée et surchauffée depuis son premier état humide au point 23, jusqu'à un premier état 20 séché et surchauffé représenté par le point 24, la pression restant sensiblement constante. Au point 24, la vapeur est sensiblement à une température de 240°C et à une pression de 7 bars. Puis, la vapeur est détendue entre le point 24 et 25 un point final 25. Au point 25, la vapeur est sensiblement à une température de 35°C et à une pression de 60 mbars. Ces valeurs sont données à titre uniquement illustratif et dépendent des conditions vapeur données de 30 la source chaude au point 21 et de la source froide au point 25.A first expansion therefore reduces the steam which is at a temperature of 500 ° C. and at a pressure of 180 bar at point 21, to an intermediate state at a temperature and a pressure corresponding to point 22, characteristics close to the starting point of 'a traditional nuclear cycle'. The first expansion thus brings the steam from point 21 to point 22 corresponding to the "nuclear cycle" starting state, located above the saturation curve S. At point 22, the vapor is substantially at a temperature of 280 ° C. ° C and at a pressure of 40 bar in Figure 3. The steam is expanded between point 22 and point 23 where it is in a first wet state. At point 23, the steam is substantially at a temperature of 170 ° C and a pressure of 7 bar. The steam is dried and superheated from its first wet state at point 23 to a first dried and superheated state represented by point 24, the pressure remaining substantially constant. At point 24, the steam is substantially at a temperature of 240 ° C and a pressure of 7 bar. Then, the steam is expanded between point 24 and an end point 25. At point 25, the vapor is substantially at a temperature of 35 ° C and a pressure of 60 mbar. These values are given for illustrative purposes only and depend on the vapor conditions given from the hot source at point 21 and from the cold source at point 25.

Pour le point 21, il peut être prévu que la vapeur soit à une température comprise entre 450 et 570°C et à une pression comprise entre 150 et 200 bars dans l'état de départ de « cycle fossile ».For point 21, it may be provided that the vapor is at a temperature between 450 and 570 ° C and at a pressure between 150 and 200 bar in the starting state of "fossil cycle".

Pour le point 22, il peut être prévu que la vapeur soit à une température comprise entre 234 et 300°C et à une pression comprise entre 30 et 50 bars après la première détente. Pour le point 23, il peut être prévu que la 10 vapeur, dans le premier état humide, soit à une température comprise entre 152 et 188°C et une pression comprise entre 5 et 12 bars après la deuxième détente. Pour le point 24, il peut être prévu, après le séchage et le surchauffe, que la vapeur soit à une 15 température comprise entre 215 et 255°C et une pression comprise entre 5 et 12 bars. Pour le point 25, après la troisième détente, la vapeur dans le deuxième état humide est condensée à une température qui dépend de la source froide utilisée pour 20 le réacteur.For point 22, it may be provided that the steam is at a temperature between 234 and 300 ° C and at a pressure between 30 and 50 bar after the first expansion. For point 23, it can be provided that the vapor, in the first wet state, is at a temperature between 152 and 188 ° C and a pressure between 5 and 12 bar after the second expansion. For point 24, after drying and overheating, it can be provided that the steam is at a temperature between 215 and 255 ° C and a pressure between 5 and 12 bar. For point 25, after the third expansion, the steam in the second wet state is condensed at a temperature which depends on the cold source used for the reactor.

Claims (15)

REVENDICATIONS1. Cycle de conversion d'énergie par vapeur produite par un réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium, caractérisé en ce qu'il présente : - une première étape, dans laquelle on effectue une première détente de la vapeur issue d'un générateur de vapeur (2) associé au réacteur (1) pour la ramener depuis un état de départ de « cycle fossile » (21) à un état intermédiaire de température et de pression de la vapeur correspondant à un état de départ de « cycle nucléaire » (22), - une deuxième étape dans laquelle on effectue une deuxième détente de la vapeur depuis l'état intermédiaire (22) jusqu'à obtenir une vapeur dans un premier état humide (23) situé sous la courbe de saturation de la vapeur (S), une troisième étape dans laquelle on sèche et on surchauffe la vapeur depuis son premier état humide (23) pour l'amener dans un état de séchage et de surchauffe (24) situé au dessus de la courbe de saturation (S), et - une quatrième étape dans laquelle on effectue une troisième détente de la vapeur depuis son état surchauffé (24) jusqu'à un deuxième état humide (25) situé sous la courbe de saturation de la vapeur (S), la vapeur étant ensuite condensée et réacheminée vers le générateur de vapeur.REVENDICATIONS1. Vapor energy conversion cycle produced by a sodium-cooled fast neutron reactor, characterized in that it has: a first stage, in which a first expansion of the steam from a steam generator ( 2) associated with the reactor (1) to return it from a "fossil cycle" start state (21) to an intermediate state of temperature and vapor pressure corresponding to a "nuclear cycle" start state (22) a second step in which a second expansion of the steam is carried out from the intermediate state (22) until obtaining a vapor in a first wet state (23) situated under the saturation curve of the vapor (S), a third step in which the steam is heated and superheated from its first wet state (23) to a drying and overheating state (24) above the saturation curve (S), and fourth step in laqu a third expansion of the steam is effected from its superheated state (24) to a second wet state (25) under the saturation curve of the vapor (S), the steam then being condensed and rerouted to the generator of steam. 2. Cycle selon la revendication 1, caractérisé en 30 ce que la vapeur dans son état de départ de « cycle fossile » (21) est à une pression comprise entre 150 et200 bars et à une température comprise entre 450 et 570°C.2. Cycle according to claim 1, characterized in that the steam in its starting state of "fossil cycle" (21) is at a pressure between 150 and 200 bar and at a temperature between 450 and 570 ° C. 3. Cycle selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'état intermédiaire (22) est défini pour une pression comprise entre 30 et 50 bars et une température comprise entre 234 et 300°C.3. Cycle according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the intermediate state (22) is defined for a pressure between 30 and 50 bar and a temperature between 234 and 300 ° C. 4. Cycle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vapeur dans son premier état humide (23) est à une température comprise entre 152 et 188°C et une pression comprise entre 5 et 12 bars après la deuxième détente.4. Cycle according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the vapor in its first wet state (23) is at a temperature between 152 and 188 ° C and a pressure between 5 and 12 bar after the second relaxation. 5. Cycle selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la vapeur dans son état de séchage et de surchauffe (24) est à une température comprise entre 215 et 255°C et une pression comprise entre 5 et 12 bars.5. Cycle according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the steam in its state of drying and overheating (24) is at a temperature between 215 and 255 ° C and a pressure between 5 and 12 bars. 6. Cycle selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la vapeur dans son état final (25) est condensée à une température 25 qui dépend de la source froide utilisée.6. Cycle according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the vapor in its final state (25) is condensed at a temperature 25 which depends on the cold source used. 7. Installation de turbine à vapeur comprenant un réacteur nucléaire (1, 1') à neutrons rapides refroidi au sodium, caractérisée en ce qu'elle comprend, pour la mise 30 en oeuvre d'un cycle selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 : - au moins un générateur de vapeur (2, 2'),une turbine très haute-pression/haute température (3, 3') reliée au générateur de vapeur (2, 2') du réacteur nucléaire (1, 1'), dans laquelle on effectue une première détente de la vapeur issue du générateur de vapeur (2, 2') du réacteur (1, 1') pour la ramener depuis un état de départ de « cycle fossile » (21) jusqu'à un état intermédiaire de température et de pression de la vapeur correspondant à un état de départ de « cycle nucléaire » (22), - une turbine intermédiaire (4, 3") reliée à la turbine très haute-pression/haute température (3, 3') et fonctionnant en partie en vapeur saturée, dans laquelle on effectue une deuxième détente de la vapeur depuis l'état intermédiaire (22) jusqu'à obtenir une vapeur dans un premier état humide (23) situé sous la courbe de saturation de la vapeur (S), - un sécheur (7, 7') et un surchauffeur (8, 8') reliés à la turbine intermédiaire (4, 3"), dans lesquels on sèche la vapeur depuis son premier état humide (23) et puis on la surchauffe pour l'amener dans un état de séchage et de surchauffe (24) situé au dessus de la courbe de saturation (S), et - des turbines de sortie (5, 4', 5') reliées au sécheur (7,7') et au surchauffeur (8,8'), dans lesquelles on effectue une troisième détente de la vapeur depuis son état surchauffé (24) jusqu'à un deuxième état humide (25), la vapeur étant ensuite condensée et réacheminée vers le générateur de vapeur (2, 2').7. A steam turbine plant comprising a sodium-cooled fast neutron nuclear reactor (1, 1 '), characterized in that it comprises, for implementing a cycle according to any one of claims 1 to to 6: - at least one steam generator (2, 2 '), a very high-pressure / high-temperature turbine (3, 3') connected to the steam generator (2, 2 ') of the nuclear reactor (1, 1 '), in which a first expansion of the steam from the steam generator (2, 2') of the reactor (1, 1 ') is carried out to return it from a starting state of "fossil cycle" (21) to at an intermediate state of temperature and vapor pressure corresponding to a "nuclear cycle" start state (22), - an intermediate turbine (4, 3 ") connected to the very high pressure / high temperature turbine (3) , 3 ') and operating in part in saturated steam, in which a second expansion of the steam is carried out from the int ermediaire (22) to obtain a vapor in a first wet state (23) located under the steam saturation curve (S), - a dryer (7, 7 ') and a superheater (8, 8') connected to the intermediate turbine (4, 3 "), in which the steam is dried from its first wet state (23) and then overheated to a state of drying and overheating (24) above the saturation curve (S), and - exit turbines (5, 4 ', 5') connected to the dryer (7,7 ') and the superheater (8,8'), in which a third expansion of the vapor from its superheated state (24) to a second wet state (25), the vapor then being condensed and rerouted to the steam generator (2, 2 '). 8. Installation de turbine à vapeur selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'une conduite (13, 13') reliant la sortie de la turbine très haute pression(3, 3') et le surchauffeur (8, 8') permet un prélèvement de vapeur de chauffe en aval de la turbine très haute pression (3, 3') qui est utilisé par le surchauffeur (8, 8').Steam turbine plant according to Claim 7, characterized in that a line (13, 13 ') connecting the outlet of the very high pressure turbine (3, 3') and the superheater (8, 8 ') allows a sample of heating steam downstream of the very high pressure turbine (3, 3 ') which is used by the superheater (8, 8'). 9. Installation de turbine à vapeur selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que la turbine intermédiaire est une turbine haute-pression (4) et les turbines de sortie sont des turbines basse- pression (5) alimentées en parallèle.9. Steam turbine plant according to claim 7 or 8, characterized in that the intermediate turbine is a high-pressure turbine (4) and the output turbines are low-pressure turbines (5) fed in parallel. 10. Installation de turbine à vapeur selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que la turbine intermédiaire présente une turbine haute-pression (3"), les turbines de sortie présentent une turbine moyenne-pression (4') et des turbines basse- pression (5') alimentées en parallèle.Steam turbine plant according to claim 7 or 8, characterized in that the intermediate turbine has a high-pressure turbine (3 "), the output turbines have a medium-pressure turbine (4 ') and low turbines - pressure (5 ') fed in parallel. 11. Installation de turbine à vapeur selon la 20 revendication 10, caractérisée en ce que la turbine haute-pression (3") et la turbine moyenne-pression (4') sont disposées dans un corps combiné.11. Steam turbine plant according to claim 10, characterized in that the high pressure turbine (3 ") and the medium pressure turbine (4 ') are arranged in a combined body. 12. Installation de turbine à vapeur selon l'une 25 des revendications 7 à 11, caractérisée en ce que la turbine très haute-pression/haute température (3, 3') et la turbine intermédiaire (4, 3") sont agencées de façon à détendre la vapeur depuis un état de départ de cycle fossile (21) à une pression comprise entre 150 et 200 30 bars et à une température comprise entre 450 et 570°C, à un état de vapeur humide (23) dont la température est comprise entre 152 et 188°C et la pression est compriseentre 5 et 12 bars après la première détente et la deuxième détente.12. Steam turbine plant according to one of claims 7 to 11, characterized in that the very high-pressure / high-temperature turbine (3, 3 ') and the intermediate turbine (4, 3 ") are arranged in whereby the vapor is released from a fossil cycle start state (21) at a pressure of between 150 and 200 bar and at a temperature of 450 to 570 ° C at a wet vapor state (23) having a temperature is between 152 and 188 ° C and the pressure is between 5 and 12 bars after the first expansion and the second expansion. 13. Installation de turbine à vapeur selon l'une 5 des revendications 7 à 12, caractérisée en ce que le sécheur (7, 7') et le surchauffeur (8, 8') permettent à la vapeur de passer d'un premier état de vapeur humide (23) dont la température est comprise entre 152 et 188°C et la pression est comprise entre 5 et 12 bars après la 10 deuxième détente, à un état de séchage et de surchauffe (24) dont la pression est comprise entre 5 et 12 bars et la température est comprise entre 215 et 255°C.13. Steam turbine plant according to one of claims 7 to 12, characterized in that the dryer (7, 7 ') and the superheater (8, 8') allow the steam to pass from a first state wet steam (23) having a temperature of from 152 to 188 ° C and a pressure of from 5 to 12 bar after the second expansion to a state of drying and overheating (24) whose pressure is between 5 and 12 bar and the temperature is between 215 and 255 ° C. 14. Installation de turbine à vapeur selon l'une 15 des revendications 7, 8, 9, 12, 13 caractérisée en ce que la turbine très haute-pression/haute température (3), la turbine intermédiaire (4), et les turbines de sortie (5) entraînent en rotation à la fréquence du réseau, un arbre d'entrée d'un alternateur (6) qui produit une puissance 20 électrique inférieure à 1200 MWe.14. Steam turbine plant according to one of claims 7, 8, 9, 12, 13, characterized in that the very high-pressure / high-temperature turbine (3), the intermediate turbine (4), and the turbines output means (5) rotate in rotation at the mains frequency, an input shaft of an alternator (6) which produces an electric power of less than 1200 MWe. 15. Installation de turbine à vapeur selon l'une des revendications 7, 8, 10, 11, 12, 13, caractérisée en ce que la turbine très haute-pression/haute température 25 (3'), la turbine intermédiaire (3"), et les turbines de sortie (4', 5') entraînent en rotation à la demi-fréquence du réseau un arbre d'entrée d'un alternateur (6') qui produit une puissance électrique supérieure à 1200 MWe.15. Steam turbine plant according to one of claims 7, 8, 10, 11, 12, 13, characterized in that the very high-pressure / high-temperature turbine (3 '), the intermediate turbine (3 ") ), and the output turbines (4 ', 5') rotate at the half-frequency of the network an input shaft of an alternator (6 ') which produces an electric power greater than 1200 MWe.
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