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Cette invention concerne des groupes générateurs et surchauffeurs de vapeur tubulaires à circulation forcée et la mise en marche de turbines alimentées de vapeur par ces groupes. Lorsqu'on met une turbine en marche il est nécessaire, pour limiter les tensions dues à la chaleur, de la chauf- fer graduellement jusqu'à la température de régime en utilisant un faible débit de vapeur représentant environ 5% de la charge maximum de la turbine, l'accroissement de la température étant limité si possible à 3 ou 4 C par minute.
Dans une station centrale de production d'énergie où une turbine n'est desservie que par un ou deux groupes générateurs et surchauffeurs de vapeur et où il n'existe pas de liaison avec un groupe générateur et sur- chauffeur de vapeur d'une autre turbine, des mesures spéciales sont néces- saires pour la mise en marche de la turbine. Comme le groupe générateur et surchauffeur de vapeur* ne peut pas travailler à une charge inférieure à un pourcentage de 25 à 30% de sa charge maximum, tandis que la turbine ne peut prendre que 5% de la production maximum de vapeur, la différence de
20 à 25% doit être dérivée par la vanne de démarrage de la conduite généra- le de vapeur vive et être condensée dans un condenseur auxiliaire jusqu'à ce que la turbine soit apte à absorber la production minimum admissible du groupe.
Le condenseur auxiliaire représente une dépense de capital considé- rable et chaque mise en marche occasionne uneperte de chaleur considéra- ble. Cette perte de chaleur est acceptable lorsque le groupe est maintenu en marche pendant plusieurs milliers d'heures, mais lorsque la mise en mar- che se fait une fois par semaine ou même journellement, le fonctionnement économique de l'installation devient douteux, en raison des pertes au démar- rage. L'invention permet d'éviter ces pertes et rend inutile l'emploi d'un condenseur auxiliaire.
La présente invention comprend le procédé de mise en marche d'une turbine alimentée de vapeur par un groupe générateur et surchauffeur de vapeur tubulaire à circulation forcée, caractérisé en ce que l'on conduit le groupe de façon que sa production de vapeur soit limitée à celle qui ré- pond aux besoins de la turbine pendant la période de démarrage et en ce que l'on fait circuler du liquide dans un circuit fermé comprenant des tu- bes du générateur de vapeur en vue d'éviter la surchauffe du métal des tu- bes pendant la période de démarrage.
L'invention comprend aussi un groupe générateur et surchauffeur de vapeur tubulaire à circulation forcée, comportant des tubes couplés en parallèle où l'évaporation se fait et des dispositions sont prises pour sou- mettre individuellement à une chasse de liquide la partie de chaque tube qui se trouve dans la zone de transition, chaque tube étant pourvu en amont de la zone de transition, d'une liaison pour l'admission du-liquide de chas- se et en aval de la zone de transition d'un séparateur pour séparer le li- quide de chasse de la vapeur, un collecteur commun étant aménagé pour receler la vapeur de#séparateurs et un récipient collecteur commun étant agencé pour recevoir le liquide de chasse des séparateurs,
l'installation étant carac- térisée en ce qu'une pompe de circulation est prévue pour fournir du liqui- de du récipient collecteur au système de circulation forcée du générateur de vapeur en un endroit situé en amont de celui où l'évaporation commence.
L'invention est décrite ci-après, à titre d'exemple, avec référen- ce aux dessins shcématiques annexés, dans lesquels :
Fig. 1 montre un groupe générateur et surchauffeur de vapeur de type tubulaire, à circulation forcée, destinée à fournir de la vapeur à une turbine à vapeur ;
Figs. 2 et 3 montrent des variantes du groupe suivant la fig. 1, et
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Figa 4 montre une variante du groupe suivant la fig. 3.
Sur les figs. 1 et 3 une pompe d'eau d'alimentation est agencée pour aspirer l'eau d'alimentation d'un réservoir 1 par une tuyauterie 2 et la refouler par les tuyauteries 4 et 5 dans le système tubulaire du groupe générateur et surchauffeur de vapeur qui consiste'en un préchauffeur 7, une section d'évaporation 8, une zone de transition 9, une surchauffeur primai- re 10 et un surchauffeur secondaire 12. Pour la simplicité ,le système tubulaire n'est représenté que par un seul trait, alors qu'en réalité le fluide allant aux différents collecteurs 17 à 20 circule par plusieurs tu- bes en parallèle.
Des séparateurs 11 sont établis dans les différents tubes en pa- rallèle entre le surchauffeur primaire 10 et le surchauffeur secondaire 12, afin que quand on soumet à la chasse d'eau la zone de transition 9 et la section de surchauffeur primaire 10 de chaque tube en parallèle, l'eau peut être séparée du mélange de vapeur et d'eau refoulé de la section de surchauf- feur primaire. Le liquide séparé est recueilli dans un récipient collecteur 21 qui se trouve à un niveau inférieur au niveau des séparateurs 11 et est relié à ceux-ci, du côté vapeur, par les conduites 22 et, du côté eau, par les conduites de refoulement 23.
Le collecteur 20 est relié par une canalisation de vapeur surchauf- fée 13 à une turbine 15 accouplée à une génératrice électrique et en vue d'assurer pendant la mise en marche de la turbine des vitesses adéquates dans les tubes chauffés du groupe générateur et surchauffeur de vapeur, une pompe de circulation 25 est agencée pour aspirer l'eau du récipient 21 par une canalisation 24 pourvue d'une vanne d'arrêt 43 et la refouler, par une canalisation 26 et par l'intermédiaire d'une valve de retenue 27, à laquel- le est associée une valve de dérivation 28, et d'une vanne d'arrêt 45, dans le système tubulaire du groupe, 1 un endroit situé en amont de celui où commence l'évaporation.
C'ette circulation additionnelle qui est indépendan- te de la quantité d'eau fournie à la chaudière permet, sans devoir recourir à un condenseur auxiliaire ,de produire la vapeur à n'importe quel taux, de zéro à un taux prédéterminé, tel que 30% du taux de production à pleine charge, tout en assurant des vitesses adéquates dans les tubes du groupe générateur et surchauffeur de vapeur.
De préférence, pour économiser de la force motrice, la pompe cir- culatoire 25 possède une hauteur de charge maximum limitée pratiquement à la chute de pression entre l'endroit où la canalisation 26 est reliée au système tubulaire et les séparateurs 11 lorsque le groupe générateur et sur- chauffeur de vapeur fonctionne sous la charge minimum admissible sans cir- culation par la pompe. La valve de retenue 27 sert à empêcher le renverse- ment du courant du système tubulaire dans la canalisation 26, la pompe 25 et la canalisation 24 lorsque le groupe fonctionne sous des charges supé- rieures à cette charge inférieure admissible.
La valve de dérivation ou de by-pass 28 est enclenchée avec la valve de retenue 27, par exemple au moyen d'un accouplement direct, de tel- le manière que la --alve 28 s'ouvre lorsque la valve 27 se ferme et se fer- me lorsque celle-ci s'ouvre, et, en cas d'ouverture, la valve de dérivation permet à la quantité minimum d'eau appropriée à la pompe de passer par la canalisation 29, le distributeur 30 et les branchements 31, pourvus de val- ves de retenue individuelles 32, en des points situés dans les tubes en pa- rallèle reliant le distributeur 18 aux séparateurs 11, où la contre-pres- sion à la hauteur de charge de la pompe 25 peut être surmontée.
Il s'ensuit que le débit de la pompe circulatoire 25 est réglé automatiquement pour ré- pondre aux conditions de fonctionnement existantes du groupe générateur et
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surchauffeur de vapeur Lorsque, comme c'est représenté, l'eau de la canali- sation 29 est refoulée dans les tubes en parallèle en des points situés en- tre la zone de transition 9 et les sections de surchauffeur primaire 10, le débit ne doit pas dépasser celui qui donne lieu à une légère surchauffe aux extrémités des sections 100
En vue d'assurer que la pompe 25 reçoive toujuurs de l'eau du récipient 21, des dispositions sont prises pour maintenir un niveau d'eau en substance prédéterminé dans le récipient,
ces dispositions comprenant une valve régulatrice 35 commandée par un flotteur 36 et montée dans un bran- chement 33 partant du tuyau 5 en aval d'une valve régulatrice 6 de l'eau d'alimentation o Une vanne d'arrêt 44 est prévue pour empêcher la circula- tion dans le branchement 33.
Au moyen des vannes d'arrêt 43,44,45 , le système circulatoire associé à la pompe 25 peut être effectivement isolé du système à circula- tion forcée du groupe générateur et surchauffeur de vapeur.Il est par con- séquent inutile, en cas de défaillance de la pompe circulatoire, de mettre le groupe hors service. L'impulsion du flotteur 36 est alors transmise à une valve 46 qui commande, pendant les périodes de chasse, la décharge de l'eau du récipient 210
On peut effectuer la chasse dans la zone de transition 9 et la sec- tion de surchauffeur primaire 10 de chaque tuyau en parallèle partant du dis- tributeur 18,en ouvrant une vanne principale d'eau de chasse 37 montée dans une canalisation 39 partant du tuyau 4 et une vanne individuelle montée dans un branchement 45 partant d'un distributeur 40 et destiné à se décharger dans ce tuyau.
La valve régulatrice d'eau d'alimentation 6 agit sous l'action d'une impulsion transmise au moyen d'un dispositif comprenant une came 47 par un appareil de mesure 48 associé à une conduite de vapeur surchauffée 13. Un régulateur principal 44 est destiné à effectuer le réglage à une pres- sion de sortie constante du groupe générateur et surchauffeur de vapeur sui- vant les conditions de fonctionnement del'installation ou l'ajustement de la production du groupe aux besoins de vapeur de la turbine 15.
Sur la fig. 1, la conduite 26 est reliée à la conduite 5 de telle sorte que la circulation produite par la pompe 25, ajoutée au courant pro- duit par la pompe d'alimentation 3, passe par la totalité du système tubu- laire du groupe générateur et surchauffeur de vapeur en amont des séparateurs 11.
La conduite 33 est reliée à l'entrée d'un échangeur de chaleur 34 dans le récipient 21, la sortie de ce dernier étant en communication par une conduite 38, dans laquelle est montée la soupape d'arrêt 44, avec la con- duite 39, de telle sorte que l'eau circulant dans l'échangeur de chaleur est répartie par le distributeur 40 et refoulée par les branchements 41 et les vannes d'eau de chasse 42. En réglant le débit de l'eau passant dans l'échan- geur de chaleur, le flotteur 36 règle la condensation produite dans le réci- pient 21 et par conséquent le niveau de l'eau dans celui-ci.
Le niveau de l'eau est en outre directement influencé par le courant d'eau d'alimentation dans les conduites 33 et 380 Il dépend des conditions opératoires que ce cou- rant soit déchargé, comme c'est représenté, par la conduite d'eau de chasse et dans le système tubulaire du groupe générateur et surchauffeur de vapeur en amont des sections de la zone de transition 9 des tubes partant du dis- tributeur 18, ou qu'il le soit par une canalisation séparée et en aval de ces sections du tube. L'introduction de ce courant en amont des sections de la zone de transition donne lieu à un parcours de durée relativement lon- gue pour arriver aux séparateurs 11, et par conséquent à une action moins rapide sur le niveau de l'eau dans le récipient 21 que si l'introduction était faite en aval de ces sections.
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La figo 2 montre une manière d'effectuer la répartition par le distributeur 30, les branchements 31 et les valves de retenue 32. Sur la figo 2 la canalisation 29 partant dela valve de dérivation 28 aboutit à la conduite d'eau de chasse 39, de telle sorte que le distributeur 40 et les branchements 41 sont utilisés pour permettre le débit minimum d'eau propre à la pompe 25.
Sur la fige 3 l'échangeur de chaleur 34 est supprimé, le courant d'eau d'alimentation dans la canalisation 33 étant refoulé directement dans le récipient 21 de telle sorte que la réaction à la commande exercée par le flotteur 36 est particulièrement rapide.
En outre, sur la fig. 3, l'eau mise en circulation par la pompe 25 est introduite dans le système tubulaire en aval du pré-réchauffeur 7.
Il dépend du degré de chauffe des surfaces de ce dernier que l'eau en cir- culation soit introduite en amont ou en aval du pré-réchauffeur. Si les surfaces sont soumises à un degré de chauffage élevé, comme dans le cas où les tubes du pré-réchauffeur garnissent les parois d'un foyer cyclone; il y a avantage à relier la canalisation 26 au système tubulaire en amont du pré-réchauffeur, vu que la vitesse du courant dans les tubes peut ainsi ê- tre élevée d'une façon correspondante.
Sur la fige 4 la conduite 29 est disposée de manière à se déchar- ger dans la canalisation de chasse 39 en aval de la vanne de chasse princi- pale 37, pour la répartition dans les branchements 41.
REVENDICATIONS
1.- Groupe générateur et surchauffeur de vapeur de type tubulaire à circulation forcée comprenant des tubes couplés en parallèle où l'évapo- ration se fait et des dispositions pour soumettre individuellement à une chasse de liquide la partie de chaque tube qui se trouve dans la zone de transition, chaque tube étant pourvu en amont de la zone de transition d'un raccordement pour l'admission du liquide de chasse et en aval de cette zo- ne d'un séparateur pour séparer le liquide de chasse de la vapeur, un col- lecteur commun étant aménagé pour recevoir la vapeur des séparateurs et un récipient collecteur commun étant agencé pour recevoir le liquide de chasse des séparateurs,
caractérisé en ce qu'une pompe de circulation est prévue pour envoyer le liquide du récipient collecteur au système de circu- lation forcée du générateur de vapeur en un point situé en amont de l'en- droit où commence l'évaporation.
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This invention relates to forced circulation tubular steam generators and superheaters and the operation of turbines supplied with steam by these groups. When starting a turbine it is necessary, in order to limit the stresses due to the heat, to heat it gradually up to the operating temperature using a low flow of steam representing about 5% of the maximum load of the turbine. the turbine, the increase in temperature being limited if possible to 3 or 4 C per minute.
In a central energy production station where a turbine is only served by one or two steam generator and superheater groups and where there is no connection with a steam generator and superheater group of another turbine, special measures are required to start the turbine. As the steam generator and superheater group * cannot work at a load less than a percentage of 25 to 30% of its maximum load, while the turbine can only take 5% of the maximum steam production, the difference in
20 to 25% must be diverted by the start-up valve of the general live steam line and be condensed in an auxiliary condenser until the turbine is able to absorb the minimum admissible production of the group.
The auxiliary condenser represents a considerable capital expenditure and each start-up causes a considerable loss of heat. This heat loss is acceptable when the unit is kept running for several thousand hours, but when the unit is started up once a week or even daily, the economic operation of the installation becomes doubtful, due to starting losses. The invention makes it possible to avoid these losses and makes it unnecessary to use an auxiliary condenser.
The present invention comprises the method of starting a turbine supplied with steam by a generator and superheater group of forced circulation tubular steam, characterized in that the group is operated so that its production of steam is limited to that which meets the needs of the turbine during the start-up period and in that liquid is circulated in a closed circuit comprising steam generator tubes in order to avoid overheating of the metal of the tubes. - bes during the start-up period.
The invention also comprises a group for generating and superheating tubular steam with forced circulation, comprising tubes coupled in parallel where evaporation takes place and arrangements are made for individually flushing the part of each tube which is located in the transition zone, each tube being provided upstream of the transition zone, with a connection for the admission of the flushing liquid and downstream of the transition zone with a separator to separate the liquid for flushing the vapor, a common manifold being arranged to receive the vapor from the separators and a common collecting vessel being arranged to receive the flushing liquid from the separators,
the installation being characterized in that a circulation pump is provided to supply liquid from the collecting vessel to the forced circulation system of the steam generator at a location upstream from where evaporation begins.
The invention is described below, by way of example, with reference to the accompanying schematic drawings, in which:
Fig. 1 shows a tubular type steam generator and superheater unit, with forced circulation, intended to supply steam to a steam turbine;
Figs. 2 and 3 show variants of the group according to FIG. 1, and
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Figa 4 shows a variant of the group according to fig. 3.
In figs. 1 and 3 a feed water pump is arranged to suck the feed water from a tank 1 through a pipe 2 and deliver it through the pipes 4 and 5 into the tubular system of the steam generator and superheater group which consists of a preheater 7, an evaporating section 8, a transition zone 9, a primary superheater 10 and a secondary superheater 12. For simplicity, the tubular system is shown by only one line, whereas in reality the fluid going to the different manifolds 17 to 20 circulates through several tubes in parallel.
Separators 11 are established in the various tubes in parallel between the primary superheater 10 and the secondary superheater 12, so that when the transition zone 9 and the primary superheater section 10 of each tube are flushed with the toilet at the same time, the water can be separated from the mixture of steam and water discharged from the primary superheater section. The separated liquid is collected in a collecting vessel 21 which is located at a level lower than the level of the separators 11 and is connected to these, on the vapor side, by the pipes 22 and, on the water side, by the discharge pipes 23 .
The collector 20 is connected by a superheated steam pipe 13 to a turbine 15 coupled to an electric generator and with a view to ensuring during the start-up of the turbine adequate speeds in the heated tubes of the generator and superheater group. steam, a circulation pump 25 is arranged to suck the water from the container 21 through a pipe 24 provided with a shut-off valve 43 and to discharge it, through a pipe 26 and through a check valve 27 , to which is associated a bypass valve 28, and a shut-off valve 45, in the tubular system of the group, 1 a place located upstream from where evaporation begins.
This additional circulation which is independent of the quantity of water supplied to the boiler makes it possible, without having to resort to an auxiliary condenser, to produce steam at any rate, from zero to a predetermined rate, such as 30% of the production rate at full load, while ensuring adequate speeds in the tubes of the steam generator and superheater group.
Preferably, in order to save motive power, the circulating pump 25 has a maximum head limited practically to the pressure drop between the place where the pipe 26 is connected to the tubular system and the separators 11 when the generator group. and steam superheater operates under the minimum allowable load without circulation by the pump. Check valve 27 serves to prevent reverse flow from the tubular system into line 26, pump 25, and line 24 when the unit is operating under loads greater than this lower allowable load.
The bypass or bypass valve 28 is engaged with the check valve 27, for example by means of a direct coupling, such that the valve 28 opens when the valve 27 closes and closes when this opens, and, if it opens, the bypass valve allows the minimum quantity of water suitable for the pump to pass through line 29, distributor 30 and connections 31 , provided with individual check valves 32, at points in parallel tubes connecting the distributor 18 to the separators 11, where the back pressure at the head of the pump 25 can be overcome.
It follows that the flow rate of the circulatory pump 25 is automatically adjusted to meet the existing operating conditions of the generator set and
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steam superheater When, as shown, the water from the line 29 is forced through the tubes in parallel at points between the transition zone 9 and the primary superheater sections 10, the flow does not must not exceed that which gives rise to slight overheating at the ends of the sections 100
In order to ensure that the pump 25 always receives water from the container 21, arrangements are made to maintain a substantially predetermined water level in the container,
these arrangements comprising a regulating valve 35 controlled by a float 36 and mounted in a branch 33 extending from the pipe 5 downstream of a regulating valve 6 of the feed water. A shut-off valve 44 is provided to prevent circulation in branch 33.
By means of the stop valves 43,44,45 the circulatory system associated with the pump 25 can be effectively isolated from the forced circulation system of the steam generator and superheater group. It is therefore unnecessary, in the event of failure of the circulatory pump, to put the unit out of service. The impulse from the float 36 is then transmitted to a valve 46 which controls, during the flushing periods, the discharge of the water from the container 210
The flush can be carried out in the transition zone 9 and the primary superheater section 10 of each pipe in parallel starting from the distributor 18, by opening a main flushing water valve 37 mounted in a pipe 39 starting from the. pipe 4 and an individual valve mounted in a branch 45 starting from a distributor 40 and intended to discharge into this pipe.
The feedwater regulating valve 6 acts under the action of a pulse transmitted by means of a device comprising a cam 47 by a measuring device 48 associated with a superheated steam line 13. A main regulator 44 is used. intended to carry out the adjustment at a constant outlet pressure of the steam generator and superheater group according to the operating conditions of the installation or the adjustment of the production of the group to the steam needs of the turbine 15.
In fig. 1, the line 26 is connected to the line 5 so that the circulation produced by the pump 25, added to the current produced by the feed pump 3, passes through the entire tubular system of the generator set and steam superheater upstream of the separators 11.
The pipe 33 is connected to the inlet of a heat exchanger 34 in the vessel 21, the outlet of the latter being in communication by a pipe 38, in which the stop valve 44 is mounted, with the pipe. 39, so that the water circulating in the heat exchanger is distributed by the distributor 40 and discharged through the connections 41 and the flushing water valves 42. By adjusting the flow rate of the water passing through the As a heat exchanger, the float 36 regulates the condensation produced in the vessel 21 and consequently the level of the water therein.
The water level is furthermore directly influenced by the feed water current in lines 33 and 380. It depends on the operating conditions that this current is discharged, as shown, by the water line. flushing water and in the tubular system of the steam generator and superheater group upstream of the sections of the transition zone 9 of the tubes leaving from the distributor 18, or that it is done through a separate pipe and downstream of these sections of the tube. The introduction of this current upstream of the sections of the transition zone gives rise to a journey of relatively long duration to reach the separators 11, and consequently to a less rapid action on the level of the water in the receptacle. 21 only if the introduction were made downstream of these sections.
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Figo 2 shows a way of carrying out the distribution by the distributor 30, the connections 31 and the check valves 32. In figo 2 the pipe 29 starting from the bypass valve 28 leads to the flushing water pipe 39, so that the distributor 40 and the connections 41 are used to allow the minimum flow of clean water to the pump 25.
On the rod 3 the heat exchanger 34 is omitted, the feed water stream in the pipe 33 being discharged directly into the container 21 so that the reaction to the control exerted by the float 36 is particularly rapid.
Furthermore, in FIG. 3, the water circulated by the pump 25 is introduced into the tubular system downstream of the preheater 7.
It depends on the degree of heating of the surfaces of the latter whether the circulating water is introduced upstream or downstream of the preheater. If the surfaces are subjected to a high degree of heating, as in the case where the tubes of the preheater line the walls of a cyclone hearth; it is advantageous to connect the line 26 to the tubular system upstream of the preheater, since the speed of the current in the tubes can thus be correspondingly high.
On the rod 4, the pipe 29 is arranged so as to discharge into the flushing pipe 39 downstream of the main flushing valve 37, for distribution in the connections 41.
CLAIMS
1.- Forced circulation tubular type steam generator and superheater unit comprising tubes coupled in parallel where evaporation takes place and arrangements for individually flushing out the part of each tube which is in the chamber. transition zone, each tube being provided upstream of the transition zone with a connection for the admission of the flushing liquid and downstream of this zone with a separator for separating the flushing liquid from the vapor, a common collector being arranged to receive the vapor from the separators and a common collector receptacle being arranged to receive the flushing liquid from the separators,
characterized in that a circulation pump is provided to send the liquid from the collecting vessel to the forced circulation system of the steam generator at a point upstream of the place where evaporation begins.