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Dans les installations de turbine à vapeur, l'eau condensée est habituellement réchauffée dans une série de réchauffeurs d'eau, constitués par des échangeurs tubulaires alimentés par des soutirages de vapeur à la turbine. La chaleur abandonnée dans un tel réchauffeur d'eau par un soutirage de vapeur, entre sa température de sortie de la turbine et une température égale ou légèrement supérieure à la température de saturation correspondant à sa pression, c'est-à-dire la chaleur de surchauffe du réchauffeur, est cédée à l'eau dans une zone déterminée dite de "désurchauffe", laquelle zone précède, dans le sens d'écoulement de la vapeur, la zone dite "saturée" où la vapeur abandonne sa chaleur latente de vapo- risation.
Dans une telle installation, l'échange de la chaleur dans la zone de désurchauffe introduit un élément d'irréversi-
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Milité dans le cycle thermodynamique, du fait que la température de la vapeur peut être très supérieure à celle de l'eau, notamment dans les installations comportant une ou plusieurs resurchauffes.
La présente invention a pour but d'améliorer le ren- dement de l'installation, en réduisant le degré d'irréversibi- lité dans le cycle thermodynamique.
Conformément à l'invention, l'installation est caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens pour prélever un débit fractionnel d'eau dans au moins un réchauf- feur d'eau condensée, au point où l'eau a terminé son réchauf- fage dans la zone de vapeur saturée du réchauffeur, un échan- geur de chaleur étant prévu pour réchauffer ce débit fractionnel d'eau jusqu'à une température un peu inf érieure à celle de la vapeur soutirée de la turbine, et des moyens étant enfin prévus pour le réintroduire dans le circuit d'eau principal, le point de réintroduction étant situé en aval du premier rechauffeur d'eau compté à partir de la sortie du poste de réchauffage, dont la température de sortie est inférieure à la température du débit fractionnel d'eau réchauffé.
Le débit d'eau soutiré peut, dans certains cas, être divisé, après un réchauffage déterminé, en deux parts dont l'une oontinue seule à être réchauffée, les deux parts étant réintroduites dans le circuit d'eau principal en deux points distincts convenablement choisis en fonction des températures finales respectives des deux parts.
Dans le dessin annexé on a représenté schématiquement, et ci-après on a décrit, une installation conforme à l'inven- tion.
Dans le dessin :
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La fig. 1 'est un schéma d'ensemble de l'installation.
La fig 2 est un diagramme des températures dans une installation suivant fig. 1
La fig. 3 est un schéma partiel montrant un soutirage d'eau subdivisé.
La fig. 4 est un diagramme des températures dans une installation dans laquelle l'eau soutirée est partiellement vaporisée.
Les fig. 5 et 6 montrent deux types de réchauffeurs d'eau dans lesquels sont incorporés les éohangeurs de chaleur utilisés.
La fig. 7 montre une variante de réalisation de l'installation dans le cas où le réchauffeur d'eau est un réchauffeur à mélange.
Le schéma de la fig. 1 montre un prélèvement d'eau dans le cas d'une turbine à resurchauffe pour laquelle trois soutirages de vapeur seulement sont représentés.
Dans ce schéma, 1 désigne la partie haute pression de la turbine, 2 le résurchauffeur' 3 la partie suivant la resurohauffe, et 4 le condenseur. Trois réchauffeurs d'eau condensée 5, 6 et 7 sont respectivement alimentés par les trois soutirages de vapeur 8, 9 et 10. Dans ces réchauffeurs, les zones saturées sont respectivement désignées par 5a, 6a et 7a, tandis que les zones de désurchauffe sont désignées par 5b, 6b et 7b. Les extractions d'eau condensée des réchauffeurs sont représentées en 8a, 9a et 10a.
Le réchauffeur 5 comporte un soutirage d'eau 11 qui est réchauffé par le soutirage 8 dans la zone 5b, l'échangeur de chaleur utilisé se substituant dans cette zone à l'échan- geur habituel de désurchauffe de la vapeur soutirée.
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Le débit d'eau réchauffé 11 est envoyé en 12 dans le débit principal d'eau à la sortie du dernier réchauffeur, si sa température est supérieure à celle de l'eau à la sortie du poste de réchauffage de la turbine.
Dans le cas contraire, le débit d'eau réchauffé 11 est envoyé en 13 (tracé pointillé) dans le circuit d'eau condensée après le premier réchauffeur, compté à partir de la sortie du poste de réchauffage, par exemple 6, dont la tempé- de sortie rature est inférieure à sa propre température.
Les soutirages d'eau sont pratiqués de la même façon sur chacun des autres réchauffeurs; ils n'ont pas été repré- sentés pour la clarté du schéma.
Dans le diagramme de la fig. 2, dans lequel on a porté les quantités de chaleur échangées en abscisses et les températures en ordonnées, les courbes T et t représentent respectivement l'évolution de la température de la vapeur et celle de'l'eau, en fonction de la quantité de chaleur échangée dans l'unité de temps. La chaleur spécifique de l'eau étant une fonction croissante de la température, et au contraire la chaleur spécifique de la vapeur étant une fonction décrois- sante de la température, les deux courbes T et t ont l'allure représentée.
Le point A représente la température de la vapeur et le point G la température de l'eau, à la fin de la zone de désurchauffe. L'horizontale sS représente la température de saturation correspondant à la pression de la vapeur dans la zone saturée, et la courbe gG représente la fin de l'évolution de la température de l'eau dans cette zone. Le point A peut éventuellement coïncider avec le point S, ou être situé légè- rement au-dessus du point S, suivant l'importance de la surface de l'échangeur de désurchauffe. L'intervalle SG est généralement
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de l'ordre de 2 à 3 C, dans un réchauffeur ordinaire.
L'amélioration obtenue du rendement de l'installation est d'autant plus grande que les deux courbes T et t sont.plus rapprochées l'une de l'autre, et par conséquent que le débit d'eau soutiré est plus petit, mais ce débit doit être fixé par un diaphragme ou vanne (non représentés), de telle sorte : a) qu'il existe toujours une différence de température suffisante entre la vapeur et l'eau. L'intervalle AG étant petit, cette condition est réalisée si la pente de la courbe t n'est pas supérieure à celle de la courbe T aux points respec- tifs G et A. b) que la différence de température à l'extrémité de l'échangeur de chaleur où les fluides sont les plus chauds, et représentée par BC, garde une valeur suffisamment grande pour que la surface de l'échangeur ne rende pas cet appareil trop coûteux.
Dans le cas où c'est la condition a) qui est déter- minante, on peut améliorer le rendement du cycle en dérivant du débit d'eau soutiré, en cours de réchauffage, un débit par- tiel qui continue à se réchauffer seul suivant la courbe D; il en résulte une réduction de la différence de température finale, qui devient BE au lieu de BC.
Ce soutirage divisé, qui constitue une caractéris- tique supplémentaire de l'invention, est représenté dans le schéma de la fig. 3.
Dans ce schéma, 8 est le soutirage de vapeur, 14 est le débit principal d'eau, 15 est le débit d'eau soutiré, qui se divise, après avoir subi un premier réchauffage, en un débit 16 qui est renvoyé dans le circuit en un point choisi d'après ce qui précède, par exemple avant un des réchauffeurs suivants, et en un débit 17 qui continue à s'échauffer puis
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est renvoyé dans le circuit en un autre point convenablement choisi, par exemple à la sortie du dernier réchauffeur,
On pourrait encore améliorer le rendement du cycle en faisant une deuxième dérivation sur le débit d'eau soutiré qui se réchaufferait suivant la courbe d du diagramme de la fig. 2, la différence finale de température étant alors repré- sentée par BF, et ainsi de suite.
Les soutirages d'eau ne nécessitent aucune pompe autre que les pompes qui existent normalement dans une instal- lation de turbine à vapeur, dans le cas de réchauffeurs d'eau dits à "haute pression",c'est-à-dire qui sont situés au refou- lement de la pompe alimentaire du générateur de vapeur. En effet,, dans ce cas, l'eau soutirée n'a à traverser que l'échangeur qui la réchauffe, alors que le débit principal d'eau doit tra- verser les réchauffeurs d'eau suivants, qui sont au moins au nombre de un. On dispose donc d'une pression suffisante pour assurer la circulation du débit soutiré.
Au contraire, dans le cas de réchauffeurs basse pression, situés avant la pompe alimentaire, et s'il faut envoyer le débit d'eau soutiré dans le circuit haute pression, une pompe spéciale est nécessaire. Cependant, afin d'éviter d'avoir à installer une pompe de faible puissance à haute pression, on peut, au lieu d'envoyer le débit d'eau soutiré dans le débit d'eau principal, avant son entrée dans un réchauffeur donné, l'envoyer dans le corps du réchauffeur lui-même, où il se mélange aux purges venant des réchauffeurs à plus haute pression. Les deux procédés sont en effet sensi- blement équivalents au point de vue du rendement. Sur la fig. 1, cette variante consisterait à envoyer le débit d'eau soutiré en 18 dans le réchauffeur 7.
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Dans certains cas, la température à laquelle s'effectue le soutirage de la vapeur peut être suffisamment élevée pour que le débit d'eau soutiré puisse être partielle- ment vaporisé. L'évolution des températures est alors celle représentée dans le diagramme de la fig. 4, dans lequel la coube T représente la température de la vapeur et la courbe t celle de l'eau, cette dernière courbe présentant un palier HI au cours duquel l'eau se vaporise partiellement. On peut alors, soit augmenter le débit d'eau soutiréafin d'éviter la vapori- sation, la température de l'eau évoluant alors selon GK, ou accepter la vaporisation partielle suivant HI, ce qui améliore le rendement et ceci dans la mesure où la condition a) définie ci-dessus n'apporte pas une limitation dans cette voie.
L'é- changeur de chaleur comporte alors une zone où se produit une vaporisation partielle et la forme des tubes doit être telle dans cette zone que la vapeur ne puisse pas s'accumuler dans une boucle en empêchant la circulation.
Il y a alors avantage à envoyer le mélange d'eau et de vapeur, sortant de l'échangeur, soit dans le- réservoir du générateur de vapeur si la température de ce mélange est supérieure à celle de la vapeur saturée dans le dernier ré- chauffeur, soit, dans le cas contraire, dans la zone saturée du premier réchauffeur pour lequel la température de la vapeur est supérieure à celle du mélange.
Pour la mise en oeuvre de l'invention, on peut faire appel à tous les types de construction de réchauffeurs d'eau.
Les fig. 5 et 6 montrent, plus ou moins schémati- quement et à titre d'exemples, deux réchauffeurs d!eau avec échangeur de chaleur incorporé pour;le réchauffage du débit d'eau soutiré.
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L'échangeur représenté à. la fig. 5 est du type à botte à eau, celui de la fig. 6 étant du type à collecteurs,
Dans ces deux figures, 21 et 22 désignent respective- ment la zone saturée et l'échangeur de chaleur incorporé qui' réchauffe l'eau soutirée, tandis que 23 et 24 désignent res- pectivement l'arrivée de vapeur et la sortie d'eau condensée.
Dans le réchauffeur de la fig. 5, l'entrée de l'eau se fait en 25, le départ du débit principal d'eau est situé en 26, et le départ d'eau soutirée en 27.
Le réchauffeur de la fig. 6 comporte un collecteur d'arrivée d'eau 28, un collecteur intermédiaire 29, et un collecteur de sortie de l'eau soutirée 30.
Si le réchauffeur d'eau est à mélange, ce qui est le cas d'un dégazeur, le débit d'eau soutiré peut être ré- chauffé dans un échangeur spécial. Le schéma d'un tel échan- geur est donné à la fig. 7, dans laquelle 8 est le soutirage de vapeur, 14 le débit principal d'eau, 11le débit d'eau sou- tiré, 19 la pompe aspirant l'eau sortant du réchauffeur, et 20 l'échangeur spécial.
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