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La présente invention a pour objet un procédé de conduite d'une installation de turbine à gaz actionnée par des gaz combustibles de faible pouvoir calorifique, dans laquelle le gaz combustible ainsi que l'air com- burant sont comprimés avant leur entrée dans la chambre de combustion mon- tée en amont de la turbine.
On sait déjà actionner des installations de turbine à gaz à l'aide de gaz combustibles de faible pouvoir calorifique, au lieu de combustibles liquides ou de gaz naturels de haute qualité. On peut utiliser à cette fin du gaz de hauts-fourneaux par exemple. Pour pouvoir être introduit dans la chambre de combustion qui est sous pression, ce gaz combustible doit alors être comprimé d'abord dans un compresseur spécial de gaz combustible.
Cependant, comme le gaz de hauts-fourneaux ne possède qu'un faible pouvoir calorifique, son volume par rapport à la masse d'air qui doit être amenée à la chambre de combustion n'est pas négligeable, mais atteint 10 à 20% de ce volume d'air. On peut compenser un manque partiel de gaz combustible, par exemple quand moins de hauts-fourneaux sont en exploitation qu'il n'est normal, par combustion additionnelle d'un combustible de pouvoir calorifi- que plus élevé.
Toutefois, il intervient alors une grande difficulté: Il est amené à la turbine une plus petite quantité de gaz puisque la plus fai- ble quantité de gaz combustible contient aussi une moindre proportion de gaz non combustibles ; parsuite, la pression décroît à l'entrée de la tur- bine, le rendement diminue et la turbine fonctionne à un point désavanta- geux de sa caractéristique.
Suivant l'invention on tourne cette difficulté en introduisant dans la chambre de combustion, en cas d'arrivée décroissante de gaz combus- tible de faible pouvoir calorifique, en échange un combustible de pouvoir calorifique plus élevé, et en outre, une masse d'air additionnelle. Le com- bustible de pouvoir calorifique plus élevé remplace la chaleur de chauffe qui fait défaut du fait du manque partiel de gaz combustible.Là masse d'air additionnelle remplace la partie non combustible du gaz combustible. Il est à remarquer que ce n'est pas que cette quantité d'air additionnelle soit nécessaire pour brûler intégralement le combustible de pouvoir calorifique très élevé, car la turbine marche déjà avec un surplus d'air sans cette masse d'air additionnelle.
De préférence, la quantité d'air est augmentée autant qu'il faut pour que la pression à l'entrée de la turbine reste sensi- blement constante, et il est ajouté assez de combustible pour que la tempé- rature, elle aussi,soit maintenue à peu près constante à l'entrée de la turbine.
Une turbine à gaz destinée à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est caractérisée par le fait que le compresseur destiné à l'air comburant possède des moyens pour refouler une quantité d'air varia- ble. Cela peut être réalisé par exemple par montage d'un étage de compres - sion de plus en amont. On peut aussi faire varier la vitesse angulaire du compresseur. Toutefois, si le compresseur d'air comburant est actionné par la turbine de puissance disponible, et qu'il faille conserver en conséquen- ce une vitesse angulaire constante, il est avantageux que le compresseur d'air comburant soit pourvu, au moins partiellement, d'un aubage réglable, d'aubes directrices réglables en particulier.
Il faut tenir compte enfin de ce que le compresseur de gaz combus- tible doit refouler une quantité minimum déterminée afin de fonctionner, au-dessus de la limite de pompage. Comme on le sait, on fait passer en con- séquence une conduite de retour, de la sortie du compresseur à l'entrée de celui-ci, conduite dans laquelle tournoie une partie du gaz refoulé.
S'il n'est pas possible d'adapter le compresseur du gaz combustible au vo- lume diminué de refoulement par d'autres moyens, par exemple par réglage de
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sa vitesse angulaire, parce que ce compresseur est actionné par la turbine de puissance disponible, on peut tout au moins réduire ce tournoiement qui est une cause de perte en munissant également le compresseur de gaz combus- tible, au moins partiellement, d'un aubage réglable.
D'autres caractéristiques ressortiront de la description, dans laquelle un exemple d'exécution de l'idée de l'invention est expliquée plus en détail d'après le dessin dans lequel:
Fig. 1 représente une installation de turbine à gaz suivant l'invention, et
Fig. 2 un détail d'un compresseur d'air utilisé dans cette in- stallation.
Le compresseur 1 aspire de l'air et le refoule par l'échangeur de chaleur 2 dans la chambre de combustion 3,Le compresseur de gaz combusti- ble 4 aspire par exemple du gaz dû gueulard d'un haut-fourneau et le refoule également, après compression, dans la chambre de combustion 3 où il est allumé. Le mélange gazeux produit par la combustion actionne la turbine 5, passe ensuite par l'échangeur de chaleur 2 pour réchauffer l'air com- burant et il est évacué ensuite à l'air libre. Le compresseur d'air 1 et la turbine 5 sont calés sur un arbre commun, sur lequel est également dis- posé le récepteur de puissance disponible, en l'espèce une génératrice électrique 6. Le compresseur de gaz combustible 4 est actionné par le même arbre par l'intermédiaire d'un engrenage multiplicateur 7.
Au fins de réglage, le compresseur de gaz combustible 4 possède une conduite de re- tour 8, dans laquelle sont montés un organe de réglage 9 et un refroidis- seur 10. En cas de trop faible arrivée de gaz combustible, quand par exem- ple un haut-fourneau est mis à l'arrêt, un combustible de haut pouvoir calorifique peut être introduit dans la chambre de combustion 3 par la conduite 12 pourvue d'un organe régulateur de l'écoulement 11. Dans ce cas le compresseur d'air comburant doit fournir une plus grande quantité d'air pour remplacer le volume de gaz combustible manquant. Ceci a lieu dans le cas présent par réglage des tubes du compresseur 1. On peut aussi de manière analogue adapter le compresseur de gaz combustible au refou- lement réduit de gaz combustible par réglage de son aubage.
La figure 2 montre un détail du compresseur 1 avec le dispositif de réglage des aubes directrices, Le rotor 13 est garni d'aubes tournantes 14; le carter 15 porte les aubes directrices rotatives 16. \Dans ce cas, les deux premiers étages du compresseur peuvent être réglés. Au moyen d'un levier de réglage 17, on peut faire tourner, par l'intermédiaire d'un engrenage 18, chacune des tiges de réglage 19 disposées en cercle à l'in- térieur du carter; ces tiges, de leur côté, règlent les aubes directrices 16 par l'intermédiaire des roues d'angle 20. A toute position du levier de réglage 17 correspond donc une position déterminée des aubes directri- ces 16, qui peut être lue sur l'échelle 21.
Il est sans importance que les différentes parties de l'instal- lation de turbines soient actionnées ou non par la même turbine 5. Si l'on a par exemple une installation de turbines composée de plusieurs jeux, les compresseurs de gaz combustible et d'air de tous ces jeux pourrait être actionnés par une turbine particulière. Le compresseur d'air comburant peut, bien entendu, être composé aussi de plusieurs compresseurs partiels; il suffit alors qu'une seule partie soit réglable. En outre, dans l'exem- ple de réalisation, on n'a représenté que les parties les plus importan- tes de l'installation, qui peuvent être complétées par des éléments répon- dant au but poursuivi, par exemple refroidisseurs intermédiaires, dispo- sitifs de réglage, etc...