WO2015107281A1 - Dispositif d'entraînement et de contrôle d'une machine tournante d'une installation de traitement, et installation de traitement comprenant un tel dispositif d'entraînement et de contrôle - Google Patents

Dispositif d'entraînement et de contrôle d'une machine tournante d'une installation de traitement, et installation de traitement comprenant un tel dispositif d'entraînement et de contrôle Download PDF

Info

Publication number
WO2015107281A1
WO2015107281A1 PCT/FR2014/053570 FR2014053570W WO2015107281A1 WO 2015107281 A1 WO2015107281 A1 WO 2015107281A1 FR 2014053570 W FR2014053570 W FR 2014053570W WO 2015107281 A1 WO2015107281 A1 WO 2015107281A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
turbine
electric motor
operating parameter
drive
rotating machine
Prior art date
Application number
PCT/FR2014/053570
Other languages
English (en)
Inventor
Eric Bourdon
Alain HUBERSON
Jacques Woillez
Olivier CREPON
Original Assignee
Vicat
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vicat filed Critical Vicat
Priority to US15/111,503 priority Critical patent/US20160334163A1/en
Priority to EP14831035.2A priority patent/EP3094936A1/fr
Publication of WO2015107281A1 publication Critical patent/WO2015107281A1/fr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/004—Systems for reclaiming waste heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F01K7/165—Controlling means specially adapted therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/001—Extraction of waste gases, collection of fumes and hoods used therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/008—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases cleaning gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
    • F27D17/004—Systems for reclaiming waste heat
    • F27D2017/006—Systems for reclaiming waste heat using a boiler

Definitions

  • the present invention relates to a device for driving and controlling a rotating machine and device for driving and controlling a rotating machine of a processing installation, and a processing installation comprising such a drive and control device. a processing installation, and a processing installation comprising such a drive and control device.
  • a treatment plant and more particularly a cooling plant for a hot product, comprises in a known manner:
  • a feed chute arranged to bring the hot product inside the cooling chamber
  • an evacuation chute arranged to evacuate the cooled product outside the cooling chamber
  • an insufflation duct arranged to inject cooling gas, such as cold air, into the interior of the cooling chamber
  • an extraction pipe arranged for extracting hot fumes, consisting of cooling gas and dust resulting from the contacts between the cooling gas and the hot product outside the cooling chamber, the extraction pipe being equipped with a draft fan driven by an electric motor.
  • the hot exhaust fumes can reach temperatures above 200 ° C, or even above 300 ° C.
  • the thermal energy lost by such a cooling installation is important.
  • a first known solution consists in thermally coupling a heat exchanger to the extraction pipe in such a way as to that the hot fumes flowing through the latter heat a heat transfer fluid flowing through the heat exchanger.
  • the calories recovered by the heat transfer fluid can then be used, for example, for a heating or drying operation in a treatment plant close to the cooling installation.
  • Such a mode of recovery although economical and effective, is not suitable for the production sites not equipped with facility likely to use the calories recovered on the cooling installation.
  • a second known solution consists in transforming part of the thermal energy lost by the cooling installation into electrical energy.
  • Such a solution consists more particularly in providing, in the cooling installation, an energy conversion circuit in which is intended to flow a heat transfer fluid and comprising:
  • an evaporator capable of being heated by the hot fumes flowing through the extraction pipe and able to vaporize the coolant flowing in the energy conversion circuit
  • a turbine capable of being driven by the coolant vaporized by the evaporator and capable of driving an alternator intended to produce electricity
  • a pump capable of pressurizing the condensed coolant and redirecting the heat transfer fluid into the evaporator.
  • a third known solution consists in transforming part of the thermal energy lost by the cooling installation into mechanical energy and using this mechanical energy directly to drive the draft fan in rotation, so as to overcome an alternator, and therefore to increase the energy efficiency of the cooling system, the compactness and the cost thereof.
  • This third solution consists more particularly in providing a second extraction pipe arranged to extract hot fumes outside the cooling chamber, to connect the second extraction line to the extraction line equipped with the draft fan. , to provide an energy conversion circuit as described above, to thermally couple the evaporator to the second extraction line and finally to couple in rotation the output shaft of the turbine to the draft fan.
  • the thermal power of the turbine decreases while at the same time the power of the draft fan needs to to be maximum. It may follow an insufficient extraction of hot fumes, and thus a decrease in the efficiency of the installation, or even a degradation of it.
  • the entire cooling system may be in default.
  • the present invention aims to remedy these disadvantages.
  • the technical problem underlying the invention therefore consists in providing a device for driving and controlling a rotating machine of a treatment plant, and more particularly of a cooling installation, which ensures optimum operation and reliable treatment facility regardless of the operating conditions thereof.
  • the present invention relates to a device for driving and controlling a rotating machine, such as a fan and in particular a draft fan, of a processing installation, for example a cooling installation of a hot product, such as a clinker from an oven, the drive and control device comprising:
  • a turbine provided with an output shaft capable of providing a driving torque
  • coupling means arranged to couple in rotation the output shafts of the turbine and of the electric motor to the rotating machine of the treatment plant
  • control unit arranged to control the operation of the electric motor and the turbine, the control unit being arranged to define a set value of an operating parameter of the rotating machine, such as the speed of rotation of the machine; rotating machine, according to at least one characteristic operation of the treatment plant, and for regulating a turbine operating parameter and an operating parameter of the electric motor according to the at least one characteristic quantity so as to bring the value of the operating parameter of the rotating machine closer to one another the defined setpoint.
  • Such a configuration of the drive and control device makes it possible, in the event of a turbine failure and during the start-up phases of the treatment plant, to ensure optimum rotational speed of the rotating machine simply by controlling the speed of rotation. operation of the electric motor so as to reach the defined setpoint.
  • the presence of the electric motor makes it possible, when the drive torque supplied by the turbine is insufficient due in particular to fluctuations in the production process of the hot product, to provide a complementary drive torque so as to maintain a positive torque. optimal rotation drive of the rotating machine.
  • the electric motor makes it possible to provide a driving torque capable of completing or replacing the driving torque supplied by the turbine under certain operating conditions of the treatment installation.
  • the drive and control device is configured to drive and control a rotating machine of a treatment plant equipped with at least one hot smoke extraction pipe, such as an outlet or a chimney.
  • the treatment plant may for example be a boiler including a thermal power station, a cement preheater or a blast furnace.
  • the rotating machine could be for example a pump, a compressor, an elevator, a conveyor, a grinder, a draft fan or any other type of machine. fan fitted to a treatment plant equipped with at least one hot smoke extraction pipe.
  • control unit is able to simultaneously regulate the operating parameter of the turbine, such as the speed of rotation of the turbine, and the operating parameter of the electric motor, such as the rotational speed of the electric motor, as a function of the at least one characteristic variable of the operation of the processing installation so as to bring the value of the operating parameter of the rotary machine closer to the defined setpoint value.
  • control unit is arranged to control the operation of the electric motor and the turbine according to at least:
  • control unit regulates the operating parameter of the turbine in a manner that to bring the value of the operating parameter of the rotating machine to the set setpoint
  • the control unit simultaneously regulates the operating parameter of the turbine and the operating parameter of the electric motor so as to bring the value of the operating parameter of the rotating machine to the set value defined.
  • control unit is arranged to control the operation of the electric motor and the turbine according to at least one failure mode in which the turbine is not powered and the electric motor is powered. electrically and provides a driving torque, and wherein the control unit regulates the operating parameter of the electric motor so as to bring the value of the operating parameter of the rotating machine to the set setpoint.
  • the drive and control device comprises means for determining the operating parameter of the rotating machine.
  • These determination means comprise for example a speed sensor arranged to determine the speed of rotation of the rotating machine.
  • control unit is arranged to regulate the operating parameter of the electric motor as a function of the at least one characteristic quantity and the operating parameter of the rotating machine.
  • the drive and control device comprises means for determining the operating parameter of the turbine, such as the speed of rotation of the turbine.
  • These determination means comprise for example a speed sensor arranged to determine the speed of rotation of the turbine.
  • control unit is arranged to regulate the operating parameter of the turbine as a function of the at least one characteristic quantity and the operating parameter of the turbine.
  • control unit is arranged to compare the actual operating parameter of the rotating machine with the defined setpoint.
  • control unit is arranged to control the transition from the nominal operating mode to the hybrid operating mode when a passage condition is detected by the control unit.
  • the passage condition may be for example the flow of a predetermined period of time without the operating parameter of the rotating machine has reached the set value defined.
  • control unit is arranged to control the operation of the electric motor and the turbine according to at least one starting mode in which the turbine is not powered and does not provide torque.
  • the electric motor is electrically powered and provides drive torque, and wherein the control unit regulates the operating parameter of the electric motor so as to bring the value of the operating parameter of the rotating machine closer to the defined setpoint.
  • the drive and control device comprises for example at least one determination element arranged to determine the at least one operating characteristic of the treatment plant.
  • the determining element may be a pressure sensor, and for example a pressure sensor configured to determine the pressure in a treatment chamber of the treatment facility.
  • the determination element could also be a flow sensor, and for example a flow sensor configured to determine the flow rate of a blower of the treatment plant, the flow rate of a hot flue gas extraction line. the treatment plant or the flow of a hot product or fuel through the treatment chamber.
  • the determining element could furthermore be a temperature sensor, and for example a temperature sensor configured to determine the temperature of the hot flue gases flowing in a hot flue gas extraction line of the treatment plant.
  • control unit is arranged to compare the at least one characteristic quantity determined by the determination element with a predetermined reference value.
  • control unit comprises a first speed regulator arranged to regulate the rotational speed of the turbine, and a second speed regulator arranged to regulate the speed of rotation of the electric motor.
  • the control unit comprises a controller arranged to control the first and second speed controllers as a function of the at least one characteristic quantity.
  • the controller can also be called master controller, and the first and second speed controllers can be named respectively first and second slave controllers.
  • the controller is arranged to determine and transmit a first control setpoint to the first speed controller and a second control setpoint to the second speed controller.
  • the controller is configured such that, when the electric motor and the turbine are in the nominal operating mode, the value of the second command setpoint transmitted to the second speed regulator is lower, and preferably slightly lower, to the value of the first instruction of control transmitted to the first speed controller, so that the speed control of the rotating machine through the second speed controller is triggered only if the speed of the turbine is insufficient for a predetermined time.
  • the second speed regulator when the electric motor and the turbine are in nominal operating mode, the second speed regulator is arranged to transmit a torque setpoint to the electric motor only if a passage condition is detected by the controller, which passage condition is triggered only if the defined setpoint is not reached with the first speed controller.
  • the controller is connected to the determination element and is arranged to compare the predetermined value and the determined characteristic quantity.
  • the controller is arranged to control the first and second speed controllers as a function of the difference between the predetermined value and the at least one determined characteristic quantity.
  • the coupling means comprise a coupling system that can be coupled to the rotating machine of the processing installation so as to transmit an output torque to the rotating machine, the system coupling means being arranged to couple in rotation the output shaft of the turbine and the output shaft of the electric motor.
  • the coupling system used in the present invention is in particular known in the field of mechanical equipment, in particular for driving an alternator by two turbine wheels or for driving a drive shaft. single propeller from two engines on a ship.
  • the coupling system comprises at least a first portion coupled to the output shaft of the turbine, a second portion coupled to the output shaft of the electric motor, and a third portion. able to be coupled to the rotating machine.
  • the drive and control device may for example comprise a clutch element movable between a clutch position in which the turbine is adapted to be coupled to the rotating machine and a disengagement position in which the turbine is unfit to be coupled to the rotating machine. More particularly, the clutch element can be movable between a clutch position in which the turbine is coupled to the coupling system and a disengagement position in which the turbine is uncoupled from the coupling system.
  • the drive and control device comprises an energy conversion circuit capable of converting thermal energy lost by the treatment plant into mechanical energy and into which a heat transfer fluid is intended to flow.
  • the energy conversion circuit comprising the turbine and being able to supply the turbine with heat transfer fluid.
  • the energy conversion circuit comprises for example a supply member, such as a supply valve, arranged upstream of the turbine and arranged to adjust the heat transfer fluid supply flow of the turbine.
  • the control unit is arranged to control the transition from the nominal operating mode to the failure mode when a failure condition is detected.
  • the failure condition can be for example the detection of a failure of the turbine or the energy conversion circuit, and for example a failure of the evaporator or the condenser.
  • the failure condition may also be the fact that the rotational speed of the rotating machine reaches a minimum threshold value.
  • control unit is arranged to adjust the position of the power supply member belonging to the energy conversion circuit as a function of the at least one characteristic variable of the operation of the treatment plant so as to regulate the heat transfer fluid flow rate of the turbine, and therefore the speed of rotation of the turbine.
  • the energy conversion circuit further comprises an evaporator capable of being heated by a source of thermal energy lost by the treatment plant, such as a hot flue gas discharge. by the treatment plant, and able to vaporize and pressurize the heat transfer fluid flowing in the energy conversion circuit, the turbine being adapted to be driven by the vaporized and pressurized heat transfer fluid.
  • a source of thermal energy lost by the treatment plant such as a hot flue gas discharge.
  • the treatment plant able to vaporize and pressurize the heat transfer fluid flowing in the energy conversion circuit, the turbine being adapted to be driven by the vaporized and pressurized heat transfer fluid.
  • the energy conversion circuit comprises a condenser able to condense the coolant relaxed repressed by the turbine.
  • the energy conversion circuit further comprises a recirculation element, such as a pump or a compressor, arranged to direct the condensed heat transfer fluid towards the evaporator.
  • control unit is able to control the operation of the turbine and the electric motor as a function of at least one characteristic quantity of the operation of the energy conversion circuit, such as the temperature at the inlet of the turbine.
  • the present invention further relates to a treatment plant, for example a cooling plant for a hot product, such as a clinker from an oven, the treatment plant comprising:
  • a treatment chamber and more particularly a cooling chamber
  • a first extraction pipe arranged for extracting hot fumes outside the treatment chamber, the first extraction pipe being equipped with a draft fan coupled in rotation with the output shafts of the electric motor and of the turbine of the drive and control device.
  • the treatment plant further comprises a feed chute arranged to bring the hot product inside the treatment chamber, and an evacuation chute arranged to evacuate the product cooled outside the treatment chamber.
  • control unit is able to define the set value of the operating parameter of the fan as a function of at least one characteristic variable of the operation of the treatment chamber, such as the pressure of the treatment chamber.
  • control unit is able to regulate the operating parameter of the turbine and the operating parameter of the electric motor as a function of the at least one characteristic quantity of the operation of the enclosure in order to bring the value of the operating parameter of the fan closer to the defined setpoint.
  • the treatment plant further comprises a second extraction pipe arranged to extract fumes. hot outside the treatment chamber, the second extraction line being connected to the first extraction line upstream of the draft fan and being thermally coupled to the energy conversion circuit.
  • the second extraction pipe is fluidly connected to the evaporator of the energy conversion circuit so that the evaporator is heated by the hot fumes flowing through the second extraction pipe.
  • the evaporator is thus arranged to vaporize the heat transfer fluid of the energy conversion circuit from calories drawn from the hot fumes circulating in the second extraction pipe.
  • the second extraction pipe comprises a first pipe portion arranged to fluidly connect the treatment chamber to an inlet of the evaporator, and a second pipe portion arranged to fluidly connect a leaving the evaporator at the first extraction line.
  • the first extraction pipe is equipped with a regulating element arranged upstream of the connection zone between the first and second extraction pipes and arranged to regulate the flow of hot smoke. in the first extraction line.
  • control unit is arranged to adjust the position of the adjustment member provided on the first extraction pipe so as to modify the flow of hot fumes in the first pipe of extraction.
  • the second extraction pipe is equipped with an inlet member, such as an inlet valve, arranged upstream of the evaporator and arranged to adjust the flow rate of hot smoke supply from the evaporator.
  • an inlet member such as an inlet valve
  • control unit is arranged to adjust the position of the intake member provided on the second extraction pipe so as to modify the hot smoke supply flow rate of the 'evaporator.
  • the treatment plant comprises a third extraction pipe arranged to extract hot fumes outside the treatment chamber and supply an oven with combustion air.
  • the first discharge pipe comprises a heat exchanger, such as an air-cooled cooler or air-to-air cooler, arranged upstream of the draft fan and arranged to regulate the temperature of the hot fumes. flowing in the first discharge pipe.
  • the heat exchanger may be disposed upstream or downstream of the connection zone of the first and second discharge pipes.
  • the first discharge pipe comprises a filter disposed upstream of the draft fan, and for example between the heat exchanger and the draft fan.
  • the filter is for example a dust collector filter.
  • the filter is disposed downstream of the connection zone of the first and second discharge pipes.
  • the treatment plant comprises an insufflation duct arranged for blowing coolant gas inside the treatment chamber.
  • the insufflation line may for example comprise at least one blower.
  • the processing installation comprises a measuring element arranged to measure the temperature of the cooled product, and a control unit arranged to adjust the flow of cooling air as a function of the measured temperature. by the measuring element.
  • the failure condition may be for example the fact that the temperature of the cooled product reaches a maximum cooled product temperature value, the fact that the pressure in the treatment chamber reaches a value maximum pressure, or the fact that the hot flue gas temperature at the filter inlet reaches a maximum filter temperature value.
  • the present invention further relates to a method of controlling a rotating machine of a processing plant, for example a cooling plant for a hot product, such as a clinker from an oven, the control method comprising the steps of: - provide a drive and control device according to the invention,
  • control step comprises a step of regulating the rotational speeds of the turbine and the electric motor according to the at least one characteristic quantity determined so as to bring the value of the operating parameter of the rotating machine of the defined setpoint.
  • control step comprises a step of regulating the heat transfer fluid supply flow rate of the turbine as a function of the at least one determined characteristic quantity.
  • the latter comprises a start-up step comprising the following steps:
  • control step comprises a nominal operating step consisting of: - do not electrically power the electric motor and power the turbine, and
  • control step comprises a hybrid operating step consisting of:
  • control step comprises a failure step consisting of:
  • Figure 1 is a schematic view of a treatment plant according to the invention.
  • Figure 1 shows a treatment plant, and more particularly a cooling system 2 of a hot product, such as a clinker from a furnace.
  • the cooling installation 2 comprises in particular a cooling chamber 3, a feed chute 4 arranged to bring the hot product inside the cooling chamber 3, a chute discharge device 5 arranged to discharge the cooled product outside the cooling chamber 3, and an insufflation line 6 arranged for blowing coolant gas, such as cold air, into the interior of the chamber. the cooling chamber 3.
  • coolant gas such as cold air
  • the insufflation pipe 6 comprises at least one blower 7 and an electric motor 8 rotatably coupled to the blower 7 and arranged to rotate the blower 7 in rotation.
  • the cooling installation 2 comprises a temperature sensor 9 arranged to measure the temperature of the cooled product.
  • the cooling installation 2 also comprises an extraction pipe 12 arranged to extract hot fumes outside the cooling chamber 3.
  • the extraction pipe 12 is successively equipped, from the cooling chamber 3, an adjustment valve 13 arranged to regulate the flow of hot fumes in the extraction pipe 12, a heat exchanger 14, such as an air-cooled cooler or air-to-air cooler, arranged to regulate the temperature of the hot fumes flowing in the discharge pipe 12, a filter 15, such as a dedusting filter, and a draft fan 16.
  • the cooling system 2 also comprises a temperature sensor Cj arranged to measure the temperature of the hot flue gases at the inlet of the filter 15.
  • the cooling installation 2 further comprises a hybrid drive and control device 17 arranged to drive and control the draft fan 16.
  • the drive and control device 17 comprises an energy conversion circuit 18 capable of converting the thermal energy lost by the cooling system 2 into mechanical energy and in which a heat transfer fluid is intended to flow, such as for example water or a refrigerant.
  • the energy conversion circuit 18 comprises an evaporator 19 capable of being heated by a source of thermal energy lost by the cooling installation 2 and able to vaporize the heat transfer fluid flowing in the energy conversion circuit 18 a turbine 20 adapted to be driven by the vaporized heat transfer fluid and provided with an output shaft 21 adapted to provide a driving torque, a condenser 22 adapted to condense the heat transfer fluid expanded and discharged by the turbine 20, and optionally a recirculation element 23, such as a pump or a compressor, arranged to direct the condensed coolant towards the evaporator 19.
  • a recirculation element 23 such as a pump or a compressor
  • the energy conversion circuit 18 also comprises a supply valve 24 arranged upstream of the turbine 20 and arranged to adjust the heat transfer fluid supply flow rate of the turbine 20.
  • the energy conversion circuit 18 further comprises a bypass line 25 equipped with a regulating member 25 'movable between a closed position in which the heat transfer fluid from the evaporator 19 feeds the turbine 20, and an open position in which the heat transfer fluid from the evaporator 19 bypasses the turbine 20.
  • the drive and control device 17 further comprises an electric motor 26 provided with an output shaft 27 adapted to provide a driving torque, and a coupling system 28 arranged to couple the output shafts 21 in rotation. , 27 of the turbine 20 and the electric motor 26 to the draft fan 16.
  • the coupling system 28 is arranged to receive at input the drive torques provided by the output shafts 21, 27 of the turbine 20 and the motor 26, and for outputting a single output torque to be applied to the draft fan 16.
  • the coupling system 28 comprises a first portion coupled to the output shaft. 21 of the turbine 20, a second portion coupled to the output shaft 27 of the electric motor 26, and a third portion coupled to the draft fan 16.
  • the coupling system 28 may for example be of toothed belt type, and in this case a coupler, for example hydraulic, is provided on the output shaft of the turbine 20, or the gear type.
  • the drive and control device 17 further comprises a clutch element 29 movable between a clutch position in which the turbine 20 is coupled to the coupling system 28 and a disengagement position in which the turbine 20 is uncoupled of the coupling system 28.
  • the drive and control device 17 further comprises a control unit 30 whose structure and operation will be described in more detail below, and a determining element 31 arranged to determine an operating characteristic of the enclosure of cooling 3, such as the pressure of the cooling chamber 3.
  • the determining element 31 is more particularly arranged for determine the pressure in the upper part of the cooling chamber 3, that is to say the part of the cooling chamber 3 in which the hot product does not flow.
  • the determining element 31 is advantageously a pressure sensor.
  • the cooling system 2 further comprises an extraction pipe 32 arranged to extract hot fumes outside the cooling chamber 3.
  • the extraction pipe 32 is connected to the extraction pipe 12 upstream of the draft fan 16 and is thermally coupled to the evaporator 19. According to the embodiment shown in the figure, the connection zone of the extraction lines 12, 32 is situated between the heat exchanger 14 and the filter 15 .
  • the extraction pipe 32 is fluidly connected to the evaporator 19 so that the evaporator 19 is heated by the hot fumes flowing through the extraction pipe 32.
  • the evaporator 19 is thus arranged to vaporize the vaporizer. heat transfer fluid of the energy conversion circuit 18 from calories drawn from the hot fumes flowing in the extraction pipe 32.
  • the extraction pipe 32 comprises a first portion of pipe 32a arranged to fluidically connect the cooling chamber 3 to an inlet of the evaporator 19, and a second pipe portion 32b arranged to fluidly connect an outlet of the evaporator 19 to the extraction pipe 12.
  • the extraction pipe 32 is equipped with an intake valve 33 arranged upstream of the evaporator 19 and arranged to adjust the hot smoke feed rate of the evaporator 19.
  • the control unit 30 more particularly comprises a controller 34 arranged to define a set value of an operating parameter of the fan 16, such as the speed of rotation of the fan 16, as a function of the characteristic quantity determined by the element of determination 31.
  • the control unit 30 also comprises a speed regulator 35 arranged to regulate the speed of rotation of the turbine 20, and a speed regulator 36 arranged to regulate the speed of rotation of the electric motor 26.
  • the speed regulator 35 is more particularly adapted to adjust the position of the supply valve 24 belonging to the energy conversion circuit 18 so as to regulate the heat transfer fluid supply flow rate of the turbine 20, and therefore the speed of rotation of the turbine 20.
  • the drive and control device 17 further comprises a determining element 37 arranged to determine a real operating parameter of the draft fan 16, such as the rotational speed of the draft fan 16, and a determination element 38 arranged to determine a real operating parameter of the turbine 20, such as the speed of rotation of the turbine 20.
  • the determining elements 37, 38 may for example be angular velocity sensors.
  • the speed regulator 35 is arranged to regulate the speed of rotation of the turbine 20, and more precisely the position of the feed valve 24, as a function of the characteristic quantity determined by the determining element 31 and the operating parameter. determined by the determining element 38, and the speed regulator 36 is arranged to regulate the speed of rotation of the electric motor 26 as a function of the characteristic quantity determined by the determining element 31 and the operating parameter determined by the determining element 37 so as to bring the value of the operating parameter of the fan 16 closer to the defined setpoint.
  • the controller 34 is more particularly arranged to transmit a first and a second control setpoint respectively to the first and second speed regulators 35, 36, the first and second control commands being determined as a function of the characteristic quantity determined by the control element. determination 31.
  • the controller 34 is configured so that the value of the second command setpoint transmitted to the second speed controller 36 is smaller than the value of the first command setpoint transmitted to the first speed controller 35.
  • the second speed regulator 36 is arranged to transmit a torque setpoint to the electric motor 26 only when a passage condition is detected by the controller 34.
  • the condition of passage may be for example the flow of a predetermined period of time without the operating parameter of the fan 16 could not reach the set value set with the first speed controller.
  • the controller 34 is arranged to change the operation of the cooling installation when a failure condition is detected.
  • the failure condition can be the detection of a failure of the energy conversion circuit 18, and for example a failure of the evaporator 19, the turbine 20 or the condenser 22.
  • the failure condition can also be the that the rotational speed of the draft fan 16 reaches a minimum threshold value, the fact that the temperature of the cooled product reaches a maximum cooled product temperature value, the fact that the pressure in the cooling chamber 3 reaches a maximum maximum pressure value, or the fact that the hot flue gas temperature at the inlet of the filter 15 reaches a maximum filter temperature value.
  • the controller 34 is arranged on the one hand to compare the characteristic quantity determined by the determination element 31 with a predetermined value, for example an input value entered by an operator into the using a data input means, such as a keyboard, and secondly to control the speed controllers 35, 36 as a function of the difference between the predetermined value and the characteristic quantity determined so as to bring closer the value of the fan operating parameter of the defined setpoint.
  • a predetermined value for example an input value entered by an operator into the using a data input means, such as a keyboard
  • the controller 34 is also arranged to adjust the position of the regulating valve 13 provided on the extraction pipe 12 so as to modify the flow of hot fumes in the extraction pipe 12, and to adjust the position of the valve. admission 33 provided on the extraction pipe 32 so as to change the hot smoke feed rate of the evaporator 19.
  • the controller 34 is further arranged to adjust the position of the regulator 25 'belonging to the energy conversion circuit 18 between its open and closed positions.
  • control unit 30 is also arranged to regulate the rotational speed of the electric motor 8 as a function of the temperature measured by the temperature sensor 9 so as to adjust the flow of cooling air in the pipe insufflation 6.
  • the control method of the draft fan 16 will now be described initially considering that the regulating valve 13 is open, the regulating member 25 'is closed, the inlet valve 33 is closed, the clutch element 29 is in its disengaged position, the evaporator 19 is cold and the turbine 20 is stopped.
  • the control method comprises a start step comprising the following steps:
  • the control method further comprises a nominal operating step of regulating the speed of rotation of the turbine 20 with the aid of the speed regulator 35 so as to bring the value of the operating parameter of the fan 16 to the set value. defined.
  • the control method also comprises a hybrid operating step which is implemented if the defined setpoint is not reached, during the nominal operation step, after the lapse of a predetermined time.
  • the hybrid operation step comprises the following steps:
  • control method comprises the following steps:
  • the invention is not limited to the sole embodiment of this treatment facility, described above as for example, it encompasses all the variants.
  • the treatment plant could be, for example, a boiler of a thermal power plant, a preheater of a cement plant or a blast furnace.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

Ce dispositif d'entraînement et de contrôle (17) comprend une turbine (20) pourvue d'un arbre de sortie apte à fournir un premier couple d'entraînement, un moteur électrique (26) pourvu d'un arbre de sortie apte à fournir un deuxième couple d'entraînement, des moyens d'accouplement (28) agencés pour accoupler en rotation les arbres de sortie de la turbine (20) et du moteur électrique (26) à la machine tournante (16) de l'installation de traitement (2), et une unité de commande (30) agencée pour commander le fonctionnement du moteur électrique (26) et de la turbine (20). L'unité de commande (30) est agencée pour définir une valeur de consigne d'un paramètre de fonctionnement de la machine tournante (16) en fonction d'au moins une grandeur caractéristique du fonctionnement de l'installation de traitement (2), et pour réguler des paramètres de fonctionnement de la turbine (20) et du moteur électrique (26) en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.

Description

Dispositif d'entraînement et de contrôle d'une machine tournante d'une installation de traitement, et installation de traitement comprenant un tel dispositif d'entraînement et de contrôle La présente invention concerne un dispositif d'entraînement et de contrôle d'une machine tournante d'une installation de traitement, et une installation de traitement comprenant un tel dispositif d'entraînement et de contrôle.
Une installation de traitement, et plus particulièrement une installation de refroidissement d'un produit chaud, comprend de façon connue :
- une enceinte de refroidissement du produit chaud,
- une goulotte d'amenée agencée pour amener le produit chaud à l'intérieur de l'enceinte de refroidissement,
- une goulotte d'évacuation agencée pour évacuer le produit refroidi à l'extérieur de l'enceinte de refroidissement,
- une conduite d'insufflation agencée pour insuffler du gaz de refroidissement, tel que de l'air froid, à l'intérieur de l'enceinte de refroidissement, et
- une conduite d'extraction agencée pour extraire des fumées chaudes, constituées du gaz de refroidissement et des poussières issues des contacts entre le gaz de refroidissement et le produit chaud à l'extérieur de l'enceinte de refroidissement, la conduite d'extraction étant équipée d'un ventilateur de tirage entraîné par un moteur électrique.
Dans une telle installation de refroidissement, les fumées chaudes évacuées peuvent atteindre des températures supérieures à 200°C, voire supérieures à 300°C. Ainsi, l'énergie thermique perdue par une telle installation de refroidissement s'avère importante.
Afin de récupérer une partie de l'énergie thermique perdue par une installation de refroidissement et d'augmenter ainsi le rendement énergétique de celle-ci, une première solution connue consiste à coupler thermiquement un échangeur de chaleur à la conduite d'extraction de telle sorte que les fumées chaudes s'écoulant à travers cette dernière chauffent un fluide caloporteur s'écoulant à travers l'échangeur de chaleur. Les calories récupérées par le fluide caloporteur peuvent alors servir par exemple à une opération de chauffage ou de séchage dans une installation de traitement voisine de l'installation de refroidissement. Un tel mode de récupération, bien qu'économique et efficace, n'est pas adapté pour les sites de production non équipés d'installation susceptible d'utiliser les calories récupérées sur l'installation de refroidissement.
Une deuxième solution connue consiste à transformer une partie de l'énergie thermique perdue par l'installation de refroidissement en énergie électrique. Une telle solution consiste plus particulièrement à prévoir, dans l'installation de refroidissement, un circuit de conversion d'énergie dans lequel est destiné à s'écouler un fluide caloporteur et comprenant :
- un évaporateur apte à être chauffé par les fumées chaudes s'écoulant à travers la conduite d'extraction et apte à vaporiser le fluide caloporteur s'écoulant dans le circuit de conversion d'énergie,
- une turbine apte à être entraînée par le fluide caloporteur vaporisé par l'évaporateur, et apte à entraîner un alternateur destiné à produire de l'électricité, et
- un condenseur apte à condenser le fluide caloporteur vaporisé refoulé par la turbine, et
- une pompe apte à pressuriser le fluide caloporteur condensé et à rediriger le fluide caloporteur pressurisé dans l'évaporateur.
Une troisième solution connue consiste à transformer une partie de l'énergie thermique perdue par l'installation de refroidissement en énergie mécanique et d'utiliser directement cette énergie mécanique pour entraîner en rotation le ventilateur de tirage, et ce de manière à s'affranchir d'un alternateur, et donc d'augmenter le rendement énergétique de l'installation de refroidissement, la compacité et le coût de celle-ci.
Cette troisième solution consiste plus particulièrement à prévoir une deuxième conduite d'extraction agencée pour extraire des fumées chaudes à l'extérieur de l'enceinte de refroidissement, à raccorder la deuxième conduite d'extraction à la conduite d'extraction équipée du ventilateur de tirage, à prévoir un circuit de conversion d'énergie tel que décrit précédemment, à coupler thermiquement l'évaporateur à la deuxième conduite d'extraction et enfin à accoupler en rotation l'arbre de sortie de la turbine au ventilateur de tirage.
Une telle solution présente toutefois plusieurs inconvénients, notamment lorsqu'elle est utilisée dans le cadre d'un procédé de refroidissement de clinker. Tout d'abord, au démarrage de l'installation, il est nécessaire de préchauffer l'enceinte de refroidissement (par exemple à l'aide de la chaleur d'un brûleur d'un four voisin) de manière à disposer de l'énergie thermique initiale nécessaire au démarrage de la turbine et du ventilateur de tirage.
Ensuite, en cours de fonctionnement de l'installation, il peut arriver que, du fait des fluctuations du procédé de production du clinker, la puissance thermique de la turbine diminue alors qu'au même moment la puissance du ventilateur de tirage a besoin d'être maximale. Il peut s'en suivre une extraction insuffisante des fumées chaudes, et donc une diminution du rendement de l'installation, voire une dégradation de celle-ci.
Enfin, en cas de défaillance de la turbine ou de l'évaporateur du circuit de conversion d'énergie, l'installation de refroidissement en entier peut se retrouver en défaut.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients.
Le problème technique à la base de l'invention consiste donc à fournir un dispositif d'entraînement et de contrôle d'une machine tournante d'une installation de traitement, et plus particulièrement d'une installation de refroidissement, qui assure un fonctionnement optimal et fiable de l'installation de traitement quelles que soient les conditions de fonctionnement de celle-ci.
A cet effet, la présente invention concerne un dispositif d'entraînement et de contrôle d'une machine tournante, tel qu'un ventilateur et notamment un ventilateur de tirage, d'une installation de traitement, par exemple une installation de refroidissement d'un produit chaud, tel qu'un clinker issu d'un four, le dispositif d'entraînement et de contrôle comprenant :
- une turbine pourvue d'un arbre de sortie apte à fournir un couple d'entraînement,
- un moteur électrique pourvu d'un arbre de sortie apte à fournir un couple d'entraînement,
- des moyens d'accouplement agencés pour accoupler en rotation les arbres de sortie de la turbine et du moteur électrique à la machine tournante de l'installation de traitement, et
- une unité de commande agencée pour commander le fonctionnement du moteur électrique et de la turbine, l'unité de commande étant agencée pour définir une valeur de consigne d'un paramètre de fonctionnement de la machine tournante, tel que la vitesse de rotation de la machine tournante, en fonction d'au moins une grandeur caractéristique du fonctionnement de l'installation de traitement, et pour réguler un paramètre de fonctionnement de la turbine et un paramètre de fonctionnement du moteur électrique en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.
Une telle configuration du dispositif d'entraînement et de contrôle permet, en cas de défaillance de la turbine et lors des phases de démarrage de l'installation de traitement, d'assurer une vitesse de rotation optimale de la machine tournante tout simplement en commandant le fonctionnement du moteur électrique de manière à atteindre la valeur de consigne définie.
En outre, la présence du moteur électrique permet, lorsque le couple d'entraînement fourni par la turbine est insuffisant dû notamment à des fluctuations dans le procédé de production du produit chaud, d'apporter un couple d'entraînement complémentaire de manière à maintenir un entraînement en rotation optimal de la machine tournante.
Ainsi, le moteur électrique permet de fournir un couple d'entraînement apte à compléter ou à remplacer le couple d'entraînement fourni par la turbine dans certaines conditions de fonctionnement de l'installation de traitement.
Cependant, dans des conditions de fonctionnement optimales de l'installation de traitement, seule la turbine est alimentée, ce qui permet de limiter la consommation en énergie électrique de l'installation de traitement.
Par conséquent, l'association d'un moteur électrique à une turbine permet d'assurer un rendement élevé de l'installation de traitement et un fonctionnement fiable de cette dernière, et ce quelles que soient les conditions de fonctionnement de l'installation de traitement.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'entraînement et de contrôle est configuré pour entraîner et contrôler une machine tournante d'une installation de traitement équipée d'au moins une conduite d'extraction de fumées chaudes, telle qu'un exutoire ou une cheminée. L'installation de traitement peut être par exemple une chaudière notamment d'une centrale thermique, un préchauffeur de cimenterie ou encore un haut fourneau.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la machine tournante pourrait être par exemple une pompe, un compresseur, un élévateur, un convoyeur, un broyeur, un ventilateur de tirage ou encore tout type de ventilateur équipant une installation de traitement équipée d'au moins une conduite d'extraction de fumées chaudes.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est apte à réguler simultanément le paramètre de fonctionnement de la turbine, tel que la vitesse de rotation de la turbine, et le paramètre de fonctionnement du moteur électrique, tel que la vitesse de rotation du moteur électrique, en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique du fonctionnement de l'installation de traitement de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'unité de commande est agencée pour commander le fonctionnement du moteur électrique et de la turbine selon au moins :
- un mode de fonctionnement nominal dans lequel la turbine est alimentée et fournit un couple d'entraînement et le moteur électrique ne fournit pas de couple d'entraînement, et dans lequel l'unité de commande régule le paramètre de fonctionnement de la turbine de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie, et
- un mode de fonctionnement hybride dans lequel le moteur électrique est alimenté électriquement et fournit un couple d'entraînement et la turbine est alimentée et fournit un couple d'entraînement, et dans lequel l'unité de commande régule simultanément le paramètre de fonctionnement de la turbine et le paramètre de fonctionnement du moteur électrique de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour commander le fonctionnement du moteur électrique et de la turbine selon au moins un mode de défaillance dans lequel la turbine n'est pas alimentée et le moteur électrique est alimenté électriquement et fournit un couple d'entraînement, et dans lequel l'unité de commande régule le paramètre de fonctionnement du moteur électrique de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.
Avantageusement, le dispositif d'entraînement et de contrôle comprend des moyens de détermination du paramètre de fonctionnement de la machine tournante. Ces moyens de détermination comportent par exemple un capteur de vitesse agencé pour déterminer la vitesse de rotation de la machine tournante.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour réguler le paramètre de fonctionnement du moteur électrique en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique et du paramètre de fonctionnement de la machine tournante.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'entraînement et de contrôle comprend des moyens de détermination du paramètre de fonctionnement de la turbine, tel que la vitesse de rotation de la turbine. Ces moyens de détermination comportent par exemple un capteur de vitesse agencé pour déterminer la vitesse de rotation de la turbine.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour réguler le paramètre de fonctionnement de la turbine en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique et du paramètre de fonctionnement de la turbine.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour comparer le paramètre de fonctionnement réel de la machine tournante avec la valeur de consigne défini.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour commander le passage du mode de fonctionnement nominal au mode de fonctionnement hybride lorsqu'une condition de passage est détectée par l'unité de commande. La condition de passage peut être par exemple l'écoulement d'une période de temps prédéterminée sans que le paramètre de fonctionnement de la machine tournante n'ait pu atteindre la valeur de consigne définie.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'unité de commande est agencée pour commander le fonctionnement du moteur électrique et de la turbine selon au moins un mode de démarrage dans lequel la turbine n'est pas alimentée et ne fournit pas de couple d'entraînement et le moteur électrique est alimenté électriquement et fournit un couple d'entraînement, et dans lequel l'unité de commande régule le paramètre de fonctionnement du moteur électrique de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.
Le dispositif d'entraînement et de contrôle comprend par exemple au moins un élément de détermination agencé pour déterminer l'au moins une caractéristique de fonctionnement de l'installation de traitement. L'élément de détermination peut être un capteur de pression, et par exemple un capteur de pression configuré pour déterminer la pression dans une enceinte de traitement de l'installation de traitement. L'élément de détermination pourrait également être un capteur de débit, et par exemple un capteur de débit configuré pour déterminer le débit d'un ventilateur de soufflage de l'installation de traitement, le débit d'une conduite d'extraction de fumées chaudes de l'installation de traitement ou encore le débit d'un produit chaud ou d'un combustible à travers l'enceinte de traitement. L'élément de détermination pourrait en outre être un capteur de température, et par exemple un capteur de température configuré pour déterminer la température des fumées chaudes s'écoulant dans une conduite d'extraction de fumées chaudes de l'installation de traitement.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour comparer l'au moins une grandeur caractéristique déterminée par l'élément de détermination avec une valeur de consigne prédéterminée.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande comprend un premier régulateur de vitesse agencé pour réguler la vitesse de rotation de la turbine, et un deuxième régulateur de vitesse agencé pour réguler la vitesse de rotation du moteur électrique.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande comprend un contrôleur agencé pour contrôler les premier et deuxième régulateurs de vitesse en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique. Selon ce mode de réalisation de l'invention, le contrôleur peut être également nommé régulateur maître, et les premier et deuxième régulateurs de vitesse peuvent être nommés respectivement premier et deuxième régulateurs esclaves.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le contrôleur est agencé pour déterminer et transmettre une première consigne de commande au premier régulateur de vitesse et une deuxième consigne de commande au deuxième régulateur de vitesse.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le contrôleur est configuré de telle sorte que, lorsque le moteur électrique et la turbine sont en mode de fonctionnement nominal, la valeur de la deuxième consigne de commande transmise au deuxième régulateur de vitesse est inférieure, et de préférence légèrement inférieure, à la valeur de la première consigne de commande transmise au premier régulateur de vitesse, de sorte que la régulation de vitesse de la machine tournante par le biais du deuxième régulateur de vitesse ne se déclenche que si la vitesse de la turbine est insuffisante pendant un temps prédéterminé.
Selon un mode de réalisation de l'invention, lorsque le moteur électrique et la turbine sont en mode de fonctionnement nominal, le deuxième régulateur de vitesse est agencé pour transmettre une consigne de couple au moteur électrique uniquement si une condition de passage est détectée par le contrôleur, laquelle condition de passage ne se déclenche que si la valeur de consigne définie n'est pas atteinte avec le premier régulateur de vitesse.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le contrôleur est relié à l'élément de détermination et est agencé pour comparer la valeur prédéterminée et la grandeur caractéristique déterminée.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le contrôleur est agencé pour contrôler les premier et deuxième régulateurs de vitesse en fonction de l'écart entre la valeur prédéterminée et l'au moins une grandeur caractéristique déterminée.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'accouplement comportent un système d'accouplement apte à être accouplé à la machine tournante de l'installation de traitement de manière à transmettre un couple de sortie à la machine tournante, le système d'accouplement étant agencé pour accoupler en rotation l'arbre de sortie de la turbine et l'arbre de sortie du moteur électrique.
Il doit être noté que le système d'accouplement utilisé dans la présente invention est notamment connu dans le domaine des équipements mécaniques, en particulier pour l'entraînement d'un alternateur par deux roues de turbines ou pour l'entraînement d'un arbre d'hélice unique à partir de deux moteurs sur un navire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le système d'accouplement comprend au moins une première portion couplée à l'arbre de sortie de la turbine, une deuxième portion couplée à l'arbre de sortie du moteur électrique, et une troisième portion apte à être couplée à la machine tournante.
Le dispositif d'entraînement et de contrôle peut par exemple comprendre un élément d'embrayage mobile entre une position d'embrayage dans laquelle la turbine est apte à être accouplée à la machine tournante et une position de débrayage dans laquelle la turbine est inapte à être accouplée à la machine tournante. Plus particulièrement, l'élément d'embrayage peut être mobile entre une position d'embrayage dans laquelle la turbine est accouplée au système d'accouplement et une position de débrayage dans laquelle la turbine est désaccouplée du système d'accouplement.
De façon avantageuse, le dispositif d'entraînement et de contrôle comprend un circuit de conversion d'énergie apte à convertir de l'énergie thermique perdue par l'installation de traitement en énergie mécanique et dans lequel est destiné à s'écouler un fluide caloporteur, le circuit de conversion d'énergie comportant la turbine et étant apte à alimenter la turbine en fluide caloporteur. Le circuit de conversion d'énergie comprend par exemple un organe d'alimentation, tel qu'une vanne d'alimentation, disposé en amont de la turbine et agencé pour ajuster le débit d'alimentation en fluide caloporteur de la turbine.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour commander le passage du mode de fonctionnement nominal au mode de défaillance lorsqu'une condition de défaillance est détectée. La condition de défaillance peut être par exemple la détection d'une défaillance de la turbine ou du circuit de conversion d'énergie, et par exemple une défaillance de l'évaporateur ou du condenseur. La condition de défaillance peut également être le fait que la vitesse de rotation de la machine tournante atteigne une valeur de seuil minimale.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour ajuster la position de l'organe d'alimentation appartenant au circuit de conversion d'énergie en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique du fonctionnement de l'installation de traitement de manière à réguler le débit d'alimentation en fluide caloporteur de la turbine, et donc la vitesse de rotation de la turbine.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de conversion d'énergie comprend en outre un évaporateur apte à être chauffé par une source d'énergie thermique perdue par l'installation de traitement, telle qu'un flux de fumées chaudes refoulé par l'installation de traitement, et apte à vaporiser et pressuriser le fluide caloporteur s'écoulant dans le circuit de conversion d'énergie, la turbine étant apte à être entraînée par le fluide caloporteur vaporisé et pressurisé.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de conversion d'énergie comprend un condenseur apte à condenser le fluide caloporteur détendu refoulé par la turbine. Le circuit de conversion d'énergie comprend en outre un élément de recirculation, tel qu'une pompe ou un compresseur, agencé pour diriger le fluide caloporteur condensé vers l'évaporateur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est apte à commander le fonctionnement de la turbine et du moteur électrique en fonction d'au moins une grandeur caractéristique du fonctionnement du circuit de conversion d'énergie, telle que la température à l'entrée de la turbine.
La présente invention concerne en outre une installation de traitement, par exemple une installation de refroidissement d'un produit chaud, tel qu'un clinker issu d'un four, l'installation de traitement comprenant :
- un dispositif d'entraînement et de contrôle selon l'invention,
- une enceinte de traitement, et plus particulièrement une enceinte de refroidissement,
- une première conduite d'extraction agencée pour extraire des fumées chaudes à l'extérieur de l'enceinte de traitement, la première conduite d'extraction étant équipée d'un ventilateur de tirage couplé en rotation aux arbres de sortie du moteur électrique et de la turbine du dispositif d'entraînement et de contrôle.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'installation de traitement comprend en outre une goulotte d'amenée agencée pour amener le produit chaud à l'intérieur de l'enceinte de traitement, et une goulotte d'évacuation agencée pour évacuer le produit refroidi à l'extérieur de l'enceinte de traitement.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est apte à définir la valeur de consigne du paramètre de fonctionnement du ventilateur en fonction d'au moins une grandeur caractéristique du fonctionnement de l'enceinte de traitement, telle que la pression de l'enceinte de traitement.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est apte à réguler le paramètre de fonctionnement de la turbine et le paramètre de fonctionnement du moteur électrique en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique du fonctionnement de l'enceinte de traitement, de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement du ventilateur de la valeur de consigne définie.
De façon avantageuse, l'installation de traitement comprend en outre une deuxième conduite d'extraction agencée pour extraire des fumées chaudes à l'extérieur de l'enceinte de traitement, la deuxième conduite d'extraction étant raccordée à la première conduite d'extraction en amont du ventilateur de tirage et étant couplée thermiquement au circuit de conversion d'énergie.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième conduite d'extraction est reliée fluidiquement à l'évaporateur du circuit de conversion d'énergie de telle sorte que l'évaporateur est chauffé par les fumées chaudes s'écoulant à travers la deuxième conduite d'extraction. L'évaporateur est ainsi agencé pour vaporiser le fluide caloporteur du circuit de conversion d'énergie à partir de calories puisées dans les fumées chaudes circulant dans la deuxième conduite d'extraction.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième conduite d'extraction comprend une première portion de conduite agencée pour relier fluidiquement l'enceinte de traitement à une entrée de l'évaporateur, et une deuxième portion de conduite agencée pour relier fluidiquement une sortie de l'évaporateur à la première conduite d'extraction.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la première conduite d'extraction est équipée d'un organe de réglage disposé en amont de la zone de raccordement entre les première et deuxième conduites d'extraction et agencé pour régler le débit de fumées chaudes dans la première conduite d'extraction.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour régler la position de l'organe de réglage prévu sur la première conduite d'extraction de manière à modifier le débit de fumées chaudes dans la première conduite d'extraction.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième conduite d'extraction est équipée d'un organe d'admission, tel qu'une vanne d'admission, disposé en amont de l'évaporateur et agencé pour ajuster le débit d'alimentation en fumée chaudes de l'évaporateur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est agencée pour régler la position de l'organe d'admission prévu sur la deuxième conduite d'extraction de manière à modifier le débit d'alimentation en fumée chaudes de l'évaporateur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'installation de traitement comprend une troisième conduite d'extraction agencée pour extraire des fumées chaudes à l'extérieur de l'enceinte de traitement et alimenter un four en air de combustion.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la première conduite d'évacuation comprend un échangeur de chaleur, tel qu'un aérorefroidisseur ou refroidisseur air/air, disposé en amont du ventilateur de tirage et agencé pour réguler la température des fumées chaudes s'écoulant dans la première conduite d'évacuation. L'échangeur de chaleur peut être disposé en amont ou en aval de la zone de raccordement des première et deuxième conduites d'évacuation.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la première conduite d'évacuation comprend un filtre disposé en amont du ventilateur de tirage, et par exemple entre l'échangeur de chaleur et le ventilateur de tirage. Le filtre est par exemple un filtre dépoussiéreur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le filtre est disposé en aval de la zone de raccordement des première et deuxième conduites d'évacuation.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'installation de traitement comprend une conduite d'insufflation agencée pour insuffler du gaz de refroidissement à l'intérieur de l'enceinte de traitement. La conduite d'insufflation peut par exemple comprendre au moins un ventilateur de soufflage.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'installation de traitement comprend un élément de mesure agencé pour mesurer la température du produit refroidi, et une unité de contrôle agencée pour ajuster le débit d'air de refroidissement en fonction de la température mesurée par l'élément de mesure.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la condition de défaillance peut être par exemple le fait que la température du produit refroidi atteigne une valeur de température de produit refroidi maximale, le fait que la pression dans l'enceinte de traitement atteigne une valeur de pression maximale, ou encore le fait que la température des fumées chaudes à l'entrée du filtre atteigne une valeur de température de filtre maximale.
La présente invention concerne en outre un procédé de contrôle d'une machine tournante d'une installation de traitement, par exemple une installation de refroidissement d'un produit chaud, tel qu'un clinker issu d'un four, le procédé de contrôle comprenant les étapes consistant à : - prévoir un dispositif d'entraînement et de contrôle selon l'invention,
- accoupler le moteur électrique et la turbine à la machine tournante de l'installation de traitement,
- déterminer au moins une grandeur caractéristique du fonctionnement de l'installation de traitement,
- définir une valeur de consigne d'un paramètre de fonctionnement de la machine tournante en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée,
- réguler un paramètre de fonctionnement de la turbine et un paramètre de fonctionnement du moteur électrique en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.
Selon un mode de mise en œuvre du procédé de contrôle, l'étape de commande comprend une étape consistant à réguler les vitesses de rotation de la turbine et du moteur électrique en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.
Selon un mode de mise en œuvre du procédé de contrôle, l'étape de commande comprend une étape consistant à réguler le débit d'alimentation en fluide caloporteur de la turbine en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée.
Selon un mode de mise en œuvre du procédé de contrôle, ce dernier comprend une étape de démarrage comprenant les étapes suivantes consistant à :
- alimenter électriquement le moteur électrique et maintenir à l'arrêt ou en rotation libre la turbine, et
- réguler le paramètre de fonctionnement du moteur électrique en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.
Selon un mode de mise en œuvre du procédé de contrôle, l'étape de commande comprend une étape de fonctionnement nominal consistant à : - ne pas alimenter électriquement le moteur électrique et alimenter la turbine, et
- réguler le paramètre de fonctionnement de la turbine en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.
Selon un mode de mise en œuvre du procédé de contrôle, l'étape de commande comprend une étape de fonctionnement hybride consistant à :
- alimenter électriquement le moteur électrique et alimenter la turbine, et
- réguler le paramètre de fonctionnement de la turbine et le paramètre de fonctionnement du moteur électrique en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.
Selon un mode de mise en œuvre du procédé de contrôle, l'étape de commande comprend une étape de défaillance consistant à :
- détecter une condition de défaillance,
- stopper l'alimentation de la turbine,
- alimenter électriquement le moteur électrique, et
- réguler le paramètre de fonctionnement du moteur électrique en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante de la valeur de consigne définie.
De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cette installation de traitement.
Figure 1 est une vue schématique d'une installation de traitement selon l'invention.
La figure 1 représente une installation de traitement, et plus particulièrement une installation de refroidissement 2 d'un produit chaud, tel qu'un clinker issu d'un four.
L'installation de refroidissement 2 comprend notamment une enceinte de refroidissement 3, une goulotte d'amenée 4 agencée pour amener le produit chaud à l'intérieur de l'enceinte de refroidissement 3, une goulotte d'évacuation 5 agencée pour évacuer le produit refroidi à l'extérieur de l'enceinte de refroidissement 3, et une conduite d'insufflation 6 agencée pour insuffler du gaz de refroidissement, tel que de l'air froid, à l'intérieur de l'enceinte de refroidissement 3.
Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1 , la conduite d'insufflation 6 comprend au moins un ventilateur de soufflage 7 et un moteur électrique 8 couplé en rotation au ventilateur de soufflage 7 et agencé pour entraîner en rotation le ventilateur de soufflage 7. L'installation de refroidissement 2 comprend un capteur de température 9 agencé pour mesurer la température du produit refroidi.
L'installation de refroidissement 2 comprend également une conduite d'extraction 12 agencée pour extraire des fumées chaudes à l'extérieur de l'enceinte de refroidissement 3. La conduite d'extraction 12 est équipée successivement, à partir de l'enceinte de refroidissement 3, d'une vanne de réglage 13 agencée pour régler le débit de fumées chaudes dans la conduite d'extraction 12, d'un échangeur de chaleur 14, tel qu'un aérorefroidisseur ou refroidisseur air/air, agencé pour réguler la température des fumées chaudes s'écoulant dans la conduite d'évacuation 12, d'un filtre 15, tel qu'un filtre dépoussiéreur, et d'un ventilateur de tirage 16. L'installation de refroidissement 2 comprend également un capteur de température Cj agencé pour mesurer la température des fumées chaudes à l'entrée du filtre 15.
L'installation de refroidissement 2 comprend en outre un dispositif d'entraînement hybride et de contrôle 17 agencé pour entraîner et contrôler le ventilateur de tirage 16.
Le dispositif d'entraînement et de contrôle 17 comprend un circuit de conversion d'énergie 18 apte à convertir de l'énergie thermique perdue par l'installation de refroidissement 2 en énergie mécanique et dans lequel est destiné à s'écouler un fluide caloporteur, tel que par exemple de l'eau ou un fluide frigorigène. Le circuit de conversion d'énergie 18 comporte un évaporateur 19 apte à être chauffé par une source d'énergie thermique perdue par l'installation de refroidissement 2 et apte à vaporiser le fluide caloporteur s'écoulant dans le circuit de conversion d'énergie 18, une turbine 20 apte à être entraînée par le fluide caloporteur vaporisé et pourvue d'un arbre de sortie 21 apte à fournir un couple d'entraînement, un condenseur 22 apte à condenser le fluide caloporteur détendu et refoulé par la turbine 20, et éventuellement un élément de recirculation 23, tel qu'une pompe ou un compresseur, agencé pour diriger le fluide caloporteur condensé vers l'évaporateur 19.
Le circuit de conversion d'énergie 18 comprend également une vanne d'alimentation 24 disposée en amont de la turbine 20 et agencée pour ajuster le débit d'alimentation en fluide caloporteur de la turbine 20.
Le circuit de conversion d'énergie 18 comprend en outre une conduite de dérivation 25 équipée d'un organe de réglage 25' mobile entre une position fermée dans laquelle le fluide caloporteur issu de l'évaporateur 19 alimente la turbine 20, et une position ouverte dans laquelle le fluide caloporteur issu de l'évaporateur 19 contourne la turbine 20.
Le dispositif d'entraînement et de contrôle 17 comprend en outre un moteur électrique 26 pourvu d'un arbre de sortie 27 apte à fournir un couple d'entraînement, et un système d'accouplement 28 agencé pour accoupler en rotation les arbres de sortie 21 , 27 de la turbine 20 et du moteur électrique 26 au ventilateur de tirage 16. Le système d'accouplement 28 est agencé pour recevoir en entrée les couples d'entraînement fournis par les arbres de sortie 21 , 27 de la turbine 20 et du moteur électrique 26, et pour fournir en sortie un couple de sortie unique destiné à être appliqué au ventilateur de tirage 16. Selon un mode de réalisation de l'invention, le système d'accouplement 28 comprend une première portion couplée à l'arbre de sortie 21 de la turbine 20, une deuxième portion couplée à l'arbre de sortie 27 du moteur électrique 26, et une troisième portion couplée au ventilateur de tirage 16.
Le système d'accouplement 28 peut par exemple être de type à courroies crantées, et dans ce cas un coupleur, par exemple hydraulique, est prévu sur l'arbre de sortie de la turbine 20, ou encore du type à engrenages.
Le dispositif d'entraînement et de contrôle 17 comprend en outre un élément d'embrayage 29 mobile entre une position d'embrayage dans laquelle la turbine 20 est accouplée au système d'accouplement 28 et une position de débrayage dans laquelle la turbine 20 est désaccouplée du système d'accouplement 28.
Le dispositif d'entraînement et de contrôle 17 comporte en outre une unité de commande 30 dont la structure et le fonctionnement seront décrits plus en détails ci-après, et un élément de détermination 31 agencé pour déterminer une caractéristique de fonctionnement de l'enceinte de refroidissement 3, telle que la pression de l'enceinte de refroidissement 3. L'élément de détermination 31 est plus particulièrement agencé pour déterminer la pression en partie supérieure de l'enceinte de refroidissement 3, c'est-à-dire la partie de l'enceinte de refroidissement 3 dans laquelle ne s'écoule pas le produit chaud. L'élément de détermination 31 est avantageusement un capteur de pression.
L'installation de refroidissement 2 comprend de plus une conduite d'extraction 32 agencée pour extraire des fumées chaudes à l'extérieur de l'enceinte de refroidissement 3. La conduite d'extraction 32 est raccordée à la conduite d'extraction 12 en amont du ventilateur de tirage 16 et est couplée thermiquement à l'évaporateur 19. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure, la zone de raccordement des conduites d'extraction 12, 32 est située entre l'échangeur de chaleur 14 et le filtre 15.
La conduite d'extraction 32 est reliée fluidiquement à l'évaporateur 19 de telle sorte que l'évaporateur 19 est chauffé par les fumées chaudes s'écoulant à travers la conduite d'extraction 32. L'évaporateur 19 est ainsi agencé pour vaporiser le fluide caloporteur du circuit de conversion d'énergie 18 à partir de calories puisées dans les fumées chaudes circulant dans la conduite d'extraction 32. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure, la conduite d'extraction 32 comprend une première portion de conduite 32a agencée pour relier fluidiquement l'enceinte de refroidissement 3 à une entrée de l'évaporateur 19, et une deuxième portion de conduite 32b agencée pour relier fluidiquement une sortie de l'évaporateur 19 à la conduite d'extraction 12.
La conduite d'extraction 32 est équipée d'une vanne d'admission 33 disposée en amont de l'évaporateur 19 et agencé pour ajuster le débit d'alimentation en fumée chaudes de l'évaporateur 19.
L'unité de commande 30 comprend plus particulièrement un contrôleur 34 agencé pour définir une valeur de consigne d'un paramètre de fonctionnement du ventilateur 16, tel que la vitesse de rotation du ventilateur 16, en fonction de la grandeur caractéristique déterminée par l'élément de détermination 31 .
L'unité de commande 30 comprend également un régulateur de vitesse 35 agencé pour réguler la vitesse de rotation de la turbine 20, et un régulateur de vitesse 36 agencé pour réguler la vitesse de rotation du moteur électrique 26. Le régulateur de vitesse 35 est plus particulièrement agencé pour ajuster la position de la vanne d'alimentation 24 appartenant au circuit de conversion d'énergie 18 de manière à réguler le débit d'alimentation en fluide caloporteur de la turbine 20, et donc la vitesse de rotation de la turbine 20. Le dispositif d'entraînement et de contrôle 17 comporte en outre un élément de détermination 37 agencé pour déterminer un paramètre de fonctionnement réel du ventilateur de tirage 16, tel que la vitesse de rotation du ventilateur de tirage 16, et un élément de détermination 38 agencé pour déterminer un paramètre de fonctionnement réel de la turbine 20, tel que la vitesse de rotation de la turbine 20. Les éléments de détermination 37, 38 peuvent par exemple être des capteurs de vitesse angulaire.
Le régulateur de vitesse 35 est agencé pour réguler la vitesse de rotation de la turbine 20, et plus précisément la position de la vanne d'alimentation 24, en fonction de la grandeur caractéristique déterminée par l'élément de détermination 31 et du paramètre de fonctionnement déterminé par l'élément de détermination 38, et le régulateur de vitesse 36 est agencé pour réguler la vitesse de rotation du moteur électrique 26 en fonction de la grandeur caractéristique déterminée par l'élément de détermination 31 et du paramètre de fonctionnement déterminé par l'élément de détermination 37, et ce de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement du ventilateur 16 de la valeur de consigne définie.
Le contrôleur 34 est plus particulièrement agencé pour transmettre une première et une deuxième consignes de commande respectivement aux premier et deuxième régulateurs de vitesse 35, 36, les première et deuxième consignes de commande étant déterminées en fonction de la grandeur caractéristique déterminée par l'élément de détermination 31 .
Selon un mode de fonctionnement nominal du dispositif d'entraînement et de contrôle 17 dans lequel la turbine 20 fournit un couple d'entraînement et le moteur électrique 26 ne fournit pas de couple d'entraînement, le contrôleur 34 est configuré de telle sorte que la valeur de la deuxième consigne de commande transmise au deuxième régulateur de vitesse 36 est inférieure à la valeur de la première consigne de commande transmise au premier régulateur de vitesse 35.
Selon ce mode de fonctionnement nominal du dispositif d'entraînement et de contrôle 17, le deuxième régulateur de vitesse 36 est agencé pour transmettre une consigne de couple au moteur électrique 26 uniquement lorsqu'une condition de passage est détectée par le contrôleur 34. La condition de passage peut être par exemple l'écoulement d'une période de temps prédéterminée sans que le paramètre de fonctionnement du ventilateur de tirage 16 n'ait pu atteindre la valeur de consigne définie avec le premier régulateur de vitesse.
Il doit être noté que le contrôleur 34 est agencé pour modifier le fonctionnement de l'installation de refroidissement lorsqu'une condition de défaillance est détectée. La condition de défaillance peut être la détection d'une défaillance du circuit de conversion d'énergie 18, et par exemple une défaillance de l'évaporateur 19, de la turbine 20 ou encore du condenseur 22. La condition de défaillance peut également être le fait que la vitesse de rotation du ventilateur de tirage 16 atteigne une valeur de seuil minimale, le fait que la température du produit refroidi atteigne une valeur de température de produit refroidi maximale, le fait que la pression dans l'enceinte de refroidissement 3 atteigne une valeur de pression maximale, ou encore le fait que la température des fumées chaudes à l'entrée du filtre 15 atteigne une valeur de température de filtre maximale.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le contrôleur 34 est agencé d'une part pour comparer la grandeur caractéristique déterminée par l'élément de détermination 31 avec une valeur prédéterminée, par exemple une valeur d'entrée entrée par un opérateur à l'aide d'un moyen de saisie de données, tel qu'un clavier, et d'autre part pour contrôler les régulateurs de vitesse 35, 36 en fonction de l'écart entre la valeur prédéterminée et la grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement du ventilateur de la valeur de consigne définie.
Le contrôleur 34 est également agencé pour régler la position de la vanne de réglage 13 prévue sur la conduite d'extraction 12 de manière à modifier le débit de fumées chaudes dans la conduite d'extraction 12, et pour régler la position de la vanne d'admission 33 prévue sur la conduite d'extraction 32 de manière à modifier le débit d'alimentation en fumée chaudes de l'évaporateur 19.
Le contrôleur 34 est en outre agencé pour régler la position de l'organe de réglage 25' appartenant au circuit de conversion d'énergie 18 entre ses positions ouverte et de fermée.
Il doit être noté que l'unité de commande 30 est également agencée pour réguler la vitesse de rotation du moteur électrique 8 en fonction de la température mesurée par le capteur de température 9 de manière à ajuster le débit d'air de refroidissement dans la conduite d'insufflation 6. Le procédé de contrôle du ventilateur de tirage 16 va maintenant être décrit en considérant initialement que la vanne de réglage 13 est ouverte, l'organe de réglage 25' est fermé, la vanne d'admission 33 est fermée, l'élément d'embrayage 29 est dans sa position de débrayage, l'évaporateur 19 est froid et la turbine 20 est à l'arrêt.
Le procédé de contrôle comprend une étape de démarrage comprenant les étapes suivantes consistant à :
- alimenter électriquement le moteur électrique 26,
- déterminer la grandeur caractéristique du fonctionnement de l'enceinte de refroidissement 3 à l'aide de l'élément de détermination 31 ,
- définir, à l'aide du contrôleur 34, une valeur de consigne du paramètre de fonctionnement du ventilateur 16 en fonction de la grandeur caractéristique déterminée,
- réguler la vitesse de rotation du moteur électrique 26 à l'aide du régulateur de vitesse 36 de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement du ventilateur 16 de la valeur de consigne définie,
- après l'écoulement d'un délai prédéterminé, commander l'ouverture totale ou partielle de la vanne d'admission 33 et la fermeture totale ou partielle de la vanne de réglage 13 afin de chauffer l'évaporateur 19 avec les fumées chaudes s'écoulant dans la conduite d'extraction 12,
- lorsque des conditions de vaporisation prédéterminées sont atteintes dans l'évaporateur 19, commander l'ouverture de la vanne d'admission 24 afin de préchauffer la turbine 20,
- lorsqu'une température de seuil prédéterminée est atteinte dans la turbine 20, activer la régulation de la vitesse de rotation de la turbine 20 en fonction de la grandeur caractéristique déterminée à l'aide du régulateur de vitesse 35, la valeur de la consigne de commande transmise au régulateur de vitesse 35 étant identique à la valeur de la consigne de commande transmise au régulateur de vitesse 36, et
- lorsque la vitesse de la turbine 20 est égale à celle du moteur électrique 26, commander le déplacement de l'élément d'embrayage 29 dans sa position d'embrayage, commander l'ouverture totale de la vanne d'admission 33 et le positionnement de la vanne de réglage 13 dans une position nominale adaptée pour assurer les débits de fumées chaudes souhaités dans les conduites d'extraction 12, 33, et transmettre au régulateur de vitesse 36 une valeur de consigne de commande inférieure à la valeur de la consigne de commande transmise au régulateur de vitesse 35.
Le procédé de contrôle comprend en outre une étape de fonctionnement nominal consistant à réguler la vitesse de rotation de la turbine 20 à l'aide du régulateur de vitesse 35 de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement du ventilateur 16 de la valeur de consigne définie.
Le procédé de contrôle comprend également une étape de fonctionnement hybride qui est mise en œuvre si la valeur de consigne définie n'est pas atteinte, lors de l'étape de fonctionnement nominal, après l'écoulement d'un délai prédéterminée.
L'étape de fonctionnement hybride comprend les étapes suivantes consistant à :
- comparer le paramètre de fonctionnement réel du ventilateur de tirage 16 avec la valeur de consigne définie, et
- réguler les vitesses de rotation de la turbine 20 et du moteur électrique 26 en fonction de la grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement du ventilateur 16 de la valeur de consigne définie.
En cas de détection d'une condition de défaillance par le contrôleur
34, le procédé de contrôle comprend les étapes suivantes consistant à :
- réguler la vitesse de rotation du moteur électrique 26 à l'aide du régulateur de vitesse 36 en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement du ventilateur 16 de la valeur de consigne définie,
- commander la fermeture de la vanne d'admission 33 et l'ouverture totale de la vanne de réglage 13,
- commander le déplacement de l'organe de réglage 25' dans sa position ouverte, et la fermeture de la vanne d'alimentation 24,
- déplacer l'élément d'embrayage 29 dans sa position de débrayage, et
- refroidir progressivement le circuit de conversion d'énergie 18 à l'aide de l'échangeur de chaleur 19 jusqu'à un arrêt du circuit de conversion d'énergie 18.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette installation de traitement, décrite ci-dessus à titre d'exemple, elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi notamment que l'installation de traitement pourrait être par exemple une chaudière d'une centrale thermique, un préchauffeur de cimenterie ou un haut fourneau.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif d'entraînement et de contrôle (17) d'une machine tournante (16) d'une installation de traitement, le dispositif d'entraînement et de contrôle (17) comprenant :
- une turbine (20) pourvue d'un arbre de sortie (21 ),
- un moteur électrique (26) pourvu d'un arbre de sortie (27),
- des moyens d'accouplement (28) agencés pour accoupler en rotation les arbres de sortie (21 , 27) de la turbine (20) et du moteur électrique (26) à la machine tournante (16) de l'installation de traitement (2), et
- une unité de commande (30) agencée pour commander le fonctionnement du moteur électrique (26) et de la turbine (20), l'unité de commande (30) étant agencée pour définir une valeur de consigne d'un paramètre de fonctionnement de la machine tournante (16) en fonction d'au moins une grandeur caractéristique du fonctionnement de l'installation de traitement (2), et pour réguler un paramètre de fonctionnement de la turbine (20) et un paramètre de fonctionnement du moteur électrique (26) en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante (16) de la valeur de consigne définie.
2. Dispositif d'entraînement et de contrôle (17) selon la revendication 1 , dans lequel l'unité de commande (30) est apte à réguler simultanément le paramètre de fonctionnement de la turbine (20) et le paramètre de fonctionnement du moteur électrique (26) en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante (16) de la valeur de consigne définie.
3. Dispositif d'entraînement et de contrôle (17) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'unité de commande (30) est agencée pour commander le fonctionnement du moteur électrique (26) et de la turbine (20) selon au moins :
- un mode de fonctionnement nominal dans lequel la turbine (20) fournit un couple d'entraînement et le moteur électrique (26) ne fournit pas de couple d'entraînement, et dans lequel l'unité de commande (30) régule le paramètre de fonctionnement de la turbine (20) de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante (16) de la valeur de consigne définie, et
- un mode de fonctionnement hybride dans lequel le moteur électrique (26) fournit un couple d'entraînement et la turbine (20) fournit un couple d'entraînement, et dans lequel l'unité de commande (30) régule le paramètre de fonctionnement de la turbine (20) et le paramètre de fonctionnement du moteur électrique (26) de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante (16) de la valeur de consigne définie.
4. Dispositif d'entraînement et de contrôle (17) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'unité de commande (30) est agencée pour commander le fonctionnement du moteur électrique (26) et de la turbine (20) selon au moins :
- un mode de démarrage dans lequel le moteur électrique (26) fournit un couple d'entraînement et la turbine (20) n'est pas alimentée, et dans lequel l'unité de commande (30) régule le paramètre de fonctionnement du moteur électrique (26) de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante (16) de la valeur de consigne définie.
5. Dispositif d'entraînement et de contrôle (17) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'unité de commande (30) est agencée pour commander le fonctionnement du moteur électrique (26) et de la turbine (20) selon au moins :
- un mode de défaillance dans lequel le moteur électrique (26) fournit un couple d'entraînement et la turbine (20) n'est pas alimentée, et dans lequel l'unité de commande (30) régule le paramètre de fonctionnement du moteur électrique (26) de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante (16) de la valeur de consigne définie.
6. Dispositif d'entraînement et de contrôle (17) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'unité de commande comprend un premier régulateur de vitesse (35) agencé pour réguler la vitesse de rotation de la turbine (20), un deuxième régulateur de vitesse (36) agencé pour réguler la vitesse de rotation du moteur électrique (26) et un contrôleur (34) agencé pour contrôler les premier et deuxième régulateurs de vitesse (35, 36) en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique.
7. Dispositif d'entraînement et de contrôle (17) selon la revendication 6, dans lequel le contrôleur (34) est agencé pour déterminer et transmettre une première consigne de commande au premier régulateur de vitesse (35) et une deuxième consigne de commande au deuxième régulateur de vitesse (36), et est configuré de telle sorte que, lorsque le moteur électrique (26) et la turbine (20) sont en mode de fonctionnement nominal, la valeur de la deuxième consigne de commande transmise au deuxième régulateur de vitesse (36) est inférieure à la valeur de la première consigne de commande transmise au premier régulateur de vitesse (35).
8. Dispositif d'entraînement et de contrôle (17) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, lequel comprend au moins un élément de détermination (31 ) agencé pour déterminer l'au moins une caractéristique de fonctionnement de l'installation de traitement (2).
9. Dispositif d'entraînement et de contrôle (17) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les moyens d'accouplement comportent un système d'accouplement (28) apte à être accouplé à la machine tournante (16) de l'installation de traitement de manière à transmettre un couple de sortie à la machine tournante (16), le système d'accouplement (28) étant agencé pour accoupler en rotation l'arbre de sortie (21 ) de la turbine (20) et l'arbre de sortie (27) du moteur électrique (26).
10. Dispositif d'entraînement et de contrôle (17) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, lequel comprend un élément d'embrayage (29) mobile entre une position d'embrayage dans laquelle la turbine (20) est apte à être accouplée à la machine tournante (16) et une position de débrayage dans laquelle la turbine (20) est inapte à être accouplée à la machine tournante (16).
1 1 . Dispositif d'entraînement et de contrôle (17) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, lequel comprend un circuit de conversion d'énergie (18) apte à convertir de l'énergie thermique perdue par l'installation de traitement (2) en énergie mécanique et dans lequel est destiné à s'écouler un fluide caloporteur, le circuit de conversion d'énergie (18) comportant la turbine (20) et étant apte à alimenter la turbine (20) en fluide caloporteur.
12. Dispositif d'entraînement et de contrôle (17) selon la revendication 1 1 , dans lequel le circuit de conversion d'énergie (18) comprend un organe d'alimentation (24) disposé en amont de la turbine (20) et agencé pour ajuster le débit d'alimentation en fluide caloporteur de la turbine (20).
13. Dispositif d'entraînement et de contrôle (17) selon la revendication 1 1 ou 12, dans lequel le circuit de conversion d'énergie (18) comprend en outre un évaporateur (19) apte à être chauffé par une source d'énergie thermique perdue par l'installation de traitement (2) et apte à vaporiser le fluide caloporteur s'écoulant dans le circuit de conversion d'énergie (18), la turbine (20) étant apte à être entraînée par le fluide caloporteur vaporisé.
14. Installation de traitement comprenant :
- un dispositif d'entraînement et de contrôle (17) selon l'une des revendications 1 à 13,
- une enceinte de traitement (3), et
- une première conduite d'extraction (12) agencée pour extraire des fumées chaudes à l'extérieur de l'enceinte de traitement (3), la première conduite d'extraction (12) étant équipée d'un ventilateur de tirage (16) couplé en rotation aux arbres de sortie (21 , 27) du moteur électrique (26) et de la turbine (20) du dispositif d'entraînement et de contrôle (17).
15. Installation de traitement (2) selon la revendication 14, laquelle comprend en outre une deuxième conduite d'extraction (32) agencée pour extraire des fumées chaudes à l'extérieur de l'enceinte de traitement (3), la deuxième conduite d'extraction (32) étant raccordée à la première conduite d'extraction (12) en amont du ventilateur de tirage (16) et étant couplée thermiquement au circuit de conversion d'énergie (18).
16. Procédé de contrôle d'une machine tournante d'une installation de traitement, le procédé de contrôle comprenant les étapes consistant à :
- prévoir un dispositif d'entraînement et de contrôle (17) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13,
- accoupler le moteur électrique (26) et la turbine (20) à la machine tournante (16) de l'installation de traitement (2),
- déterminer au moins une grandeur caractéristique du fonctionnement de l'installation de traitement (2),
- définir une valeur de consigne d'un paramètre de fonctionnement de la machine tournante (16) en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée, et
- réguler un paramètre de fonctionnement de la turbine (20) et un paramètre de fonctionnement du moteur électrique (26) en fonction de l'au moins une grandeur caractéristique déterminée de façon à rapprocher la valeur du paramètre de fonctionnement de la machine tournante (16) de la valeur de consigne définie.
PCT/FR2014/053570 2014-01-16 2014-12-29 Dispositif d'entraînement et de contrôle d'une machine tournante d'une installation de traitement, et installation de traitement comprenant un tel dispositif d'entraînement et de contrôle WO2015107281A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/111,503 US20160334163A1 (en) 2014-01-16 2014-12-29 Device for driving and controlling a rotating machine of a processing plant, and processing plant comprising such a drive and control device
EP14831035.2A EP3094936A1 (fr) 2014-01-16 2014-12-29 Dispositif d'entraînement et de contrôle d'une machine tournante d'une installation de traitement, et installation de traitement comprenant un tel dispositif d'entraînement et de contrôle

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR14/50339 2014-01-16
FR1450339A FR3016433B1 (fr) 2014-01-16 2014-01-16 Dispositif d'entrainement et de controle d’un ventilateur d’une installation de traitement, et installation de traitement comprenant un tel dispositif d'entrainement et de controle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015107281A1 true WO2015107281A1 (fr) 2015-07-23

Family

ID=50624752

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2014/053570 WO2015107281A1 (fr) 2014-01-16 2014-12-29 Dispositif d'entraînement et de contrôle d'une machine tournante d'une installation de traitement, et installation de traitement comprenant un tel dispositif d'entraînement et de contrôle

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20160334163A1 (fr)
EP (1) EP3094936A1 (fr)
FR (1) FR3016433B1 (fr)
WO (1) WO2015107281A1 (fr)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009156614A1 (fr) * 2008-06-03 2009-12-30 Fives Fcb Procédé de fabrication de clinker de ciment et installation de fabrication de clinker de ciment.

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4903503A (en) * 1987-05-12 1990-02-27 Camp Dresser & Mckee Air conditioning apparatus
US6848267B2 (en) * 2002-07-26 2005-02-01 Tas, Ltd. Packaged chilling systems for building air conditioning and process cooling
US7984684B2 (en) * 2006-10-06 2011-07-26 Mitja Victor Hinderks Marine hulls and drives
US7770806B2 (en) * 2007-06-19 2010-08-10 Nordyne Inc. Temperature control in variable-capacity HVAC system
US20090120116A1 (en) * 2007-11-13 2009-05-14 Aubrey Fuselier Fuse Generator
AU2008356885C1 (en) * 2008-04-16 2015-09-24 Mitja Victor Hinderks New reciprocating machines and other devices
US9388766B2 (en) * 2012-03-23 2016-07-12 Concentric Power, Inc. Networks of cogeneration systems

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009156614A1 (fr) * 2008-06-03 2009-12-30 Fives Fcb Procédé de fabrication de clinker de ciment et installation de fabrication de clinker de ciment.

Also Published As

Publication number Publication date
US20160334163A1 (en) 2016-11-17
FR3016433B1 (fr) 2016-01-22
EP3094936A1 (fr) 2016-11-23
FR3016433A1 (fr) 2015-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106795778B (zh) 燃气涡轮机、联合循环机组以及燃气涡轮机的启动方法
JP6266440B2 (ja) 廃棄物処理設備および廃棄物処理方法
US8015793B2 (en) Fuel heating via exhaust gas extraction
JPS6118649B2 (fr)
KR20150115650A (ko) 폐열 회수 시스템 및 폐열 회수 방법
JP2014122617A (ja) 複合サイクル・パワー・プラント用の負荷ランプ及び始動システムと動作方法
US20110100017A1 (en) Open Cycle Gas Turbine System Having An Enhanced Combustion Efficiency
JPH0678724B2 (ja) １軸コンバインドプラントにおける蒸気タービンのクーリング方法及びクーリング装置
FR2973073A1 (fr) Centrale a cycle combine
JP5401302B2 (ja) 加圧流動焼却炉の運転方法及び加圧流動焼却炉設備
FR2468742A1 (fr) Systeme de commande pour une turbine a gaz
WO2014118384A1 (fr) Installation a turbine a gaz et procede de regulation de ladite installation.
EP3094936A1 (fr) Dispositif d'entraînement et de contrôle d'une machine tournante d'une installation de traitement, et installation de traitement comprenant un tel dispositif d'entraînement et de contrôle
FR2531724A1 (fr) Dispositif de broyage, de sechage et de transport d'un combustible broye destine a un haut fourneau
FR2564143A1 (fr) Generateur de gaz chauds du type auto-entretenu avec commande des etapes de fonctionnement
TW202007845A (zh) 廠房控制裝置、廠房控制方法及發電廠
EP2241827B1 (fr) Installation et procédé de co-génération utilisant une pile à combustible pour le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire
EP1926168B1 (fr) Unité de production d'énergie intégrant un brûleur et une pile à combustible
EP1643181A1 (fr) Installation de fourniture de combustible gazeux et séquence de démarrage d'une telle installation
FR2618795A1 (fr) Installation de rechauffeurs de vent, et procede d'exploitation d'une installation de rechauffeurs
WO2013092563A1 (fr) Event pour circuit d'alimentation en carburant gazeux d'une turbine à gaz, et procédé associé
FR2955923A1 (fr) Procede de commande d'une chaudiere pour limiter la condensation dans la cheminee d'evacuation
EP2604918B1 (fr) Procédé de régulation de la composition d'un mélange air/gaz combustible alimentant le brûleur d'une chaudière à gaz ainsi que dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé
BE572156A (fr)
FR2491997A1 (fr) Installation a turbine a vapeur et a gaz

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14831035

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2014831035

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014831035

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15111503

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE