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" Centrale thermique alimentée par du gaz de gazogène "
Jusqu'ici, les turbines à gaz n'ont été alimentées que par des gaz tirés de combustibles soit liquides, soit gazeux.
Mais comme c'est principalement sous forme de charbon que le combustible se présente sur la terre, il est naturel qu'on essaye d'adapter la turbine à gaz à la marche avec des gaz combustibles tirés du charbon. Lorsqu'on utilise des brûleurs à charbon pulvérisé, la turbine à gaz est sujette à l'érosion du fait des cendres, parce qu'il est très difficile de pur- ger des fines poussières les grandea quantités de gaz à haute température qui traversent la turbine. En outre, une telle séparation des poussières ne peut se faire sans pertes con- sidérables de pression et de rendement. Aussi a-t-il déjà été proposé de transformer dans un gazogène le charbon en
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gaz sous pression, en faisant en sorte d'évacuer hors du ga- zogène les cendres sous forme solide ou fondue, sauf de fai- bles restes.
Le gaz ainsi produit devrait alors être brûlé dans une chambre de combustion avec de l'air sous pression fourni par un compresseuretle produit gazeux de la combus- tion être refroidi avec une quantité d'air de mélange telle que sa température maximum ne dépasse pas la valeur compa- tible avec les matériaux de construction disponibles. Les éléments de construction soumis à cette température maximum jugée admissible seraient portés à peu près au rouge sombre.
Mais une telle installation de production de gaz ne travaille pas sans pertes. Ces pertes proviennent d'im- brûles dans les cendres, de chaleurs perdues par rayonne- ment et par refroidissement, de chutes de pression et de chaleur perdue dans l'épuration des gaz, ainsi que, dans la plupart des procédés de gazéification, de l'injection de vapeur d'eau dans le gazogène, du fait qu'à la sortie de la turbine à gaz, cette vapeur passe à la cheminée avec les gaz d'échappement et se perd avec sa chaleur interne et sa chaleur totale de vaporisation.
Malheureusement, il s'est ré- vélé qu'en raison de ces pertes et du sacrifice imposé sur le rendement par le fonctionnement de la turbine à gaz avec du gaz de température relativement basse et qui a été refroi- di avec de grandes quantités d'air de mélange, une centrale thermique construite comme on a coutume de le faire pour utiliser les combustibles solides et composée d'un gazogène et d'une installation de turbine à gaz est, du point de vue économique, inférieure à une centrale ordinaire à vapeur avec chaudière et turbine à vapeur, et que pour ce motif, elle ne donnera pas lieu à une réalisation.
La présente invention montre comment on peut cons- truire une centrale thermique fonctionnant avec les gaz
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provenant de la combustion de combustibles solides et possé- dant un rendement considérablementplus élevé que celui d'une centrale simple à vapeur tout en étant plus avantageuse en ce qui concerne l'encombrement et les dépenses de premier établissement.
Suivant l'invention, on construit une centrale thermique de grande puissance, marchant au gaz tiré d'un com- bustible solide, en combinant ensemble une installation de production de gaz moteur travaillant sous pression, une ins- tallation de turbine à gaz et une installation de turbine à vapeur, ces installations étant prévues pour que le gaz moteur produit ait à l'amont de la turbine à gaz une température d'au moins 100000, tous les appareils, les machines et les tuyauteries étant dès lors refroidis par de l'eau et par la vapeur saturée ainsi formée, jusqu'à ce que par leur détente les gaz soient refroidis au point qu'il soit possible d'u- tiliser des parties non refroidies, cependant que la vapeur produite dans les dispositifs de refroidissement des dits appa- reils, machines, tuyauteries,
est utilisée dans l'installa- tion de turbine à vapeur. Dans le courant du gaz, entre le gazogène et la chambre de combustion de l'installation de production de gaz moteur, on intercalera avec avantage un sé- parateur de poussières dans lequel le gaz sera épuré sans refroidissement, ou tout au plus dans la mesure qui résulte du refroidissement nécessaire des parois.
Le dessin annexé représente schématiquement une forme de réalisation de l'objet de l'invention qui va être décrite à titre d'exemple.
Dans l'installation travaillant sous pression où s'ef- fectue la gazéification et la combustion complète du combus- tible solide, ce combustible est tout d'abord gazéifié dans le gazogène 1, grâce à l'amenée d'une quantité d'air juste suffisante à cet effet ou du moins pas notablement plus
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grande. Lorsqu'on produit du gaz moteur pour une turbine à gaz, la composition du gaz combustible obtenu comme produit intermédiaire dans le gazogène est sans importance, et il s'agit uniquement de transformer complètement en chaleur sensible, par la gazéification et la combustion consécutive, la cha- leur liée chimiquement au charbon ; lors le processus de gazéification ne demande aucune attention particulière.
L'air est amené au gazogène en 2, 3 désigne la grille mobile et 4, le sas pour l'introduction du combustible; 5 désigne le sas pour l'évacuation des cendres.
Le gaz produit dans le gazogène est amené par la tuyauterie 9 au séparateur de poussière 10, d'où il se rend par la tuyauterie 11 à la chambre de combustion 12. Ces tuyauteries et le séparateur doivent être refroidis lorsque le processus de gazéification fournit des gaz à une tempé- rature de plus de 600-700 C. La plus grande partie des cen- dres a déjà été évacuée par le sas 5.
L'intercalation du sé- parateur de poussière 10 dans le trajet des gaz entre le gazogène 1 et la chambre de combustion 12 offre cet avantage, que le volume du gaz combustible qui quitte le gazogène est encore considérablement plus faible que le volume du gaz moteur produit plus loin dans la chambre de combustion 12 en y admettant une nouvelle quantité d'air; c'est pour- quoi le séparateur 10 pour l'évacuation des fines particules de cendre entraînées peut être construit avec des dimen- sions relativement faibles.
Dans la chambre de combustion 12, le gaz combusti- ble produit est brûlé complètement avec un faible excès d'air comburant fourni par un compresseur et entrant sous pression en 13 dans cette chambre; il donne ainsi le gaz moteur qui est conduit à au moins une turbine à gaz 14. La turbine à gaz peut actionner la génératrice électrique in- diquée schématiquement en 17, ou aussi un autre compresseur
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non représenté, pour comprimer l'air comburant et l'air ser- vant à la gazéification et à la combustion.
En raison des hautes températures atteintes tant par le gaz combustible produit que par le gaz moteur obtenu par sa combustion complète, il est absolument nécessaire de re- froidir, pour autant que cela est indispensable à la conser- vation des matériaux dont ils sont construits, tous les ap- pareils, tuyauteries et machines, ce qui se fait avec de l'eau et avec la vapeur saturée qui s'en dégage. Toutes les parties à refroidir des dits appareils, tuyauteries et machi- nes, y compris la turbine 14 avec le rotor 15 et le stator 16, ainsi que leur ailettage tant mobile que fixe, sont dès lors pourvus d'espaces de réfrigération désignés partout au dessin par 6.
En tous les points désignés par 7 est amenée l'eau de refroidissement, et la vapeur saturée qui se forme est prise en 8 de ces espaces de réfrigération pour être conduite dans un collecteur d'eau et de vapeur 22, d'où une pompe de circulation 23 extrait l'eau condensée accumu- lée pour la ramener aux espaces 6, tandis que la vapeur saturée rassemblée en 22 traverse un surchauffeur 24 disposé par exemple à la sortie de la turbine à gaz 14 et est utilisée dans une turbine à vapeur 18 avec génératrice électrique 19.
L'eau condensée aspirée du condenseur 20 par la pompe à eau condensée 21 peut encore être réchauffée en 25 par les gaz d'échappement de la turbine à gaz et être ramenée ensuite au collecteur d'eau et de vapeur 22. Les gaz moteurs forte- ment refroidis quittent l'installation en 26 par la cheminée.
Cette installation à vapeur, dont les parties ne sont pas l'objet de l'invention et ne sont pour ce motif représentées que très schématiquement au dessin, peut être réalisée de toute manière connue.
Par suite de la haute température du gaz moteur, la
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turbine à gaz d'une installation thermique de force suivant l'invention peut développer une très grande puissance.
A cette puissance vient s'ajouter celle de l'installation de turbine à vapeur, dans laquelle un supplément de puissance est produit avec la chaleur récupérée des pertes et du refroidissement. La combinaison suivant l'invention permet donc, malgré les pertes qui prennent naissance dans le gazogène et par l'amélioration du rendement, qui autrement serait faible, de la turbine à gaz, de réaliser une centrale thermique très économique pour fonctionner avec du gaz moteur tiré d'un combustible solide.
On connaît déjà divers moyens d'améliorer le rendement et de simplifier le réglage d'une telle centrale thermique; ainsi, par exemple, l'installation de turbine à vapeur pourrait encore être pourvue de réchauffeurs d'eau d'alimentation chauffés avec de la vapeur de soutirage, ou bien la turbine à gaz pourrait être construite comme turbine à deux corps, l'un pouvant actionner une génératrice de puissance utile à vitesse constante, et l'autre un compresseur d'air à vitesse variableEtant déjà connues, de telles dispositions n'ont pas été figurées au dessin; elles ne font d'ailleurs pas non plus partie de l'objet de la présente invention.
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"Thermal power station supplied by gasifier gas"
Until now, gas turbines have only been powered by gases drawn from either liquid or gaseous fuels.
But since it is mainly in the form of coal that the fuel is present on earth, it is natural that one tries to adapt the gas turbine to the operation with combustible gases drawn from coal. When using pulverized charcoal burners, the gas turbine is subject to erosion from the ash, because it is very difficult to purge fine dust the large quantities of high temperature gases which pass through the gas. turbine. Furthermore, such a separation of dust cannot be done without considerable losses of pressure and efficiency. It has therefore already been proposed to transform coal into a gasifier into
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gas under pressure, ensuring that the ash in solid or molten form is evacuated out of the gas, except for small remains.
The gas thus produced should then be burned in a combustion chamber with pressurized air supplied by a compressor and the gaseous product of the combustion cooled with a quantity of mixing air such that its maximum temperature does not exceed the value compatible with available construction materials. The construction elements subjected to this maximum temperature considered admissible would be made approximately to dark red.
But such a gas production plant does not work without losses. These losses result from unburnt in the ashes, heat lost through radia- tion and cooling, pressure drops and waste heat in gas cleaning, as well as, in most gasification processes, gasification. the injection of water vapor into the gasifier, due to the fact that at the outlet of the gas turbine, this vapor passes to the chimney with the exhaust gases and is lost with its internal heat and its total heat of vaporization .
Unfortunately, it turned out that because of these losses and the sacrifice in efficiency imposed by operating the gas turbine with relatively low temperature gas which has been cooled with large amounts of gas. air mixture, a thermal power plant constructed as is customary to use solid fuels and consisting of a gasifier and a gas turbine installation is, from an economic point of view, inferior to an ordinary power plant in steam with boiler and steam turbine, and that for this reason, it will not give rise to a realization.
The present invention shows how one can build a thermal power station that works with gas.
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derived from the combustion of solid fuels and having a considerably higher efficiency than that of a simple steam plant while being more advantageous in terms of size and initial installation costs.
According to the invention, a high-power thermal power station is constructed, running on gas drawn from a solid fuel, by combining together an installation for the production of driving gas working under pressure, a gas turbine installation and a gas turbine installation. steam turbine installation, these installations being designed so that the driving gas produced has a temperature of at least 100,000 upstream of the gas turbine, all devices, machines and piping then being cooled by 'water and the saturated steam thus formed, until by their expansion the gases are cooled to such an extent that it is possible to use uncooled parts, while the steam produced in the cooling devices of the gases. so-called apparatus, machines, piping,
is used in the steam turbine installation. In the gas stream, between the gasifier and the combustion chamber of the engine gas production installation, it is advantageous to insert a dust separator in which the gas will be purified without cooling, or at most to the extent which results from the necessary cooling of the walls.
The appended drawing schematically represents an embodiment of the object of the invention which will be described by way of example.
In the installation working under pressure where the gasification and complete combustion of the solid fuel takes place, this fuel is first of all gasified in the gasifier 1, thanks to the supply of a quantity of air just sufficient for this purpose or at least not significantly more
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big. When producing engine gas for a gas turbine, the composition of the fuel gas obtained as an intermediate product in the gasifier is irrelevant, and it is only a matter of completely transforming into sensible heat, by gasification and subsequent combustion, heat chemically bonded to coal; during the gasification process, no special attention is required.
The air is brought to the gasifier at 2, 3 designates the mobile grid and 4, the airlock for the introduction of the fuel; 5 designates the airlock for the ash evacuation.
The gas produced in the gasifier is brought through line 9 to the dust separator 10, from where it passes through line 11 to the combustion chamber 12. These lines and the separator must be cooled when the gasification process provides gases. gas at a temperature of over 600-700 C. Most of the ash has already been evacuated through airlock 5.
The insertion of the dust separator 10 in the gas path between the gasifier 1 and the combustion chamber 12 offers this advantage, that the volume of the fuel gas leaving the gasifier is still considerably smaller than the volume of the driving gas. produced further in the combustion chamber 12 admitting a new quantity of air; therefore the separator 10 for removing entrained fine ash particles can be constructed to relatively small dimensions.
In the combustion chamber 12, the combustible gas produced is burned completely with a small excess of combustion air supplied by a compressor and entering under pressure at 13 into this chamber; it thus gives the motive gas which is led to at least one gas turbine 14. The gas turbine can operate the electric generator shown schematically at 17, or also another compressor.
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not shown, to compress the combustion air and the air used for gasification and combustion.
Because of the high temperatures reached both by the fuel gas produced and by the driving gas obtained by its complete combustion, it is absolutely necessary to cool, in so far as this is essential for the conservation of the materials from which they are built, all devices, pipes and machines, which is done with water and with the saturated steam which emerges from it. All the parts to be cooled of said apparatus, pipes and machinery, including the turbine 14 with the rotor 15 and the stator 16, as well as their movable and fixed fins, are therefore provided with designated refrigeration spaces throughout. drawing by 6.
At all the points designated by 7 is brought in the cooling water, and the saturated vapor which forms is taken in 8 of these refrigeration spaces to be conducted in a water and vapor collector 22, hence a pump circulation 23 extracts the accumulated condensed water to return it to the spaces 6, while the saturated steam collected in 22 passes through a superheater 24 arranged for example at the outlet of the gas turbine 14 and is used in a steam turbine 18 with electric generator 19.
The condensed water sucked from the condenser 20 by the condensed water pump 21 can be further heated in 25 by the exhaust gases of the gas turbine and then returned to the water and steam collector 22. The strong engine gases - ment cooled leave the installation at 26 through the chimney.
This steam installation, the parts of which are not the subject of the invention and are therefore only very schematically shown in the drawing, can be produced in any known manner.
Due to the high temperature of the engine gas, the
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gas turbine of a thermal power plant according to the invention can develop a very great power.
To this power is added that of the steam turbine installation, in which additional power is produced with the heat recovered from losses and cooling. The combination according to the invention therefore makes it possible, despite the losses which arise in the gasifier and by improving the yield, which would otherwise be low, of the gas turbine, to produce a very economical thermal power station to operate with driving gas. derived from solid fuel.
Various means are already known to improve the efficiency and to simplify the adjustment of such a thermal power plant; thus, for example, the steam turbine plant could still be provided with feedwater heaters heated with the take-off steam, or the gas turbine could be constructed as a two-barrel turbine, one able to actuate a generator of useful power at constant speed, and the other an air compressor at variable speed Being already known, such arrangements have not been shown in the drawing; they are not, moreover, part of the subject of the present invention.