Qu’est-ce que la pression de la chaudière et du condenseur – Cycle de Rankine – Définition

Pressions des chaudières et des condenseurs. Le rendement thermique de la turbine à vapeur tend à augmenter lorsque la pression de vapeur moyenne augmente et / ou que la pression du condenseur diminue. Génie thermique

Amélioration de l’efficacité thermique – Cycle de Rankine

Il existe plusieurs méthodes pour améliorer l’efficacité thermique du cycle de Rankine. En supposant que la température maximale soit limitée par la pression à l’intérieur de la cuve sous pression du réacteur, ces méthodes sont les suivantes:

  • Pressions des chaudières et des condenseurs
  • Surchauffe et réchauffage
  • Régénération de chaleur
  • Cycle de Rankine supercritique

 

Pressions des chaudières et des condenseurs

Comme dans le cycle de Carnot , Otto et Brayton , l’efficacité thermique a tendance à augmenter à mesure que la température moyenne à laquelle l’énergie est ajoutée par transfert de chaleur augmente et / ou la température moyenne à laquelle l’énergie rejetée diminue. C’est la caractéristique commune à tous les cycles thermodynamiques.

Pression du condenseur

Cycle de Rankine - pression du condenseur
La diminution de la pression d’échappement de la turbine augmente le travail net par cycle mais diminue également la qualité de vapeur de la vapeur de sortie.

Le cas de la diminution de la température moyenne à laquelle l’énergie est rejetée, nécessite une diminution de la pression à l’intérieur du condenseur (c’est-à-dire la diminution de la température de saturation ). La pression de condensation la plus basse possible est la pression de saturation correspondant à la température ambiante (c’est-à-dire une pression absolue de 0,008 MPa, ce qui correspond à 41,5 ° C). L’objectif de maintenir la pression d’échappement de turbine pratique la plus basse est une raison principale pour inclure le condenseur dans une centrale thermique. Le condenseur fournit un vide qui maximise l’énergie extraite de la vapeur, résultant en une augmentation significative du travail net et de l’efficacité thermique. Mais aussi ce paramètre (pression du condenseur) a ses limites d’ingénierie:

  • La diminution de la pression d’échappement de la turbine diminue la qualité de la vapeur (ou la fraction de sécheresse). À un certain point, l’expansion doit être interrompue pour éviter les dommages qui pourraient être causés aux pales de la turbine à vapeur par une vapeur de mauvaise qualité .
  • La diminution de la pression d’échappement de la turbine augmente considérablement le volume spécifique de vapeur d’échappement, ce qui nécessite d’énormes pales dans les dernières rangées de l’étage basse pression de la turbine à vapeur.

Dans une turbine à vapeur humide typique, la vapeur d’échappement se condense dans le condenseur et se trouve à une pression bien inférieure à la pression atmosphérique (pression absolue de 0,008 MPa, ce qui correspond à 41,5 ° C). Cette vapeur est dans un état partiellement condensé (point F), typiquement d’une qualité proche de 90%. Notez qu’il y a toujours une différence de température entre (autour de ΔT = 14 ° C) la température du condenseur et la température ambiante, qui provient de la taille finie et de l’efficacité des condenseurs.

Paramètres typiques dans un condenseur de turbines à condensation
Paramètres typiques dans un condenseur de turbines à condensation

Pression de chaudière

Cycle de Rankine - pression de la chaudière
Une augmentation de la pression de la chaudière est en conséquence limitée par le matériau du récipient sous pression du réacteur.

Le cas de l’augmentation de la température moyenne à laquelle l’énergie est ajoutée par transfert de chaleur, nécessite soit une surchauffe de la vapeur produite ou une augmentation de la pression dans la chaudière (générateur de vapeur). La surchauffe n’est pas typique des centrales nucléaires.

La plupart des centrales nucléaires exploitent généralement des turbines à vapeur à condensation à plusieurs étages . Dans ces turbines, l’étage haute pression reçoit de la vapeur (cette vapeur est presque de la vapeur saturée – x = 0,995 – point C sur la figure; 6 MPa ; 275,6 ° C). Étant donné que ni le générateur de vapeur n’est efficace à 100%, il y a toujours une différence de température entre la température de saturation (côté secondaire) et la température du liquide de refroidissement primaire.

Générateur de vapeur - échangeur de chaleur à contre-courant
Gradients de température dans un générateur de vapeur PWR typique.

Dans un réacteur à eau sous pression typique, le réfrigérant primaire chaud ( eau 330 ° C; 626 ° F ) est pompé dans le générateur de vapeur par l’entrée primaire. Cela nécessite de maintenir des pressions très élevées pour maintenir l’eau à l’état liquide. Afin d’éviter l’ébullition du fluide de refroidissement primaire et de fournir une marge de sous-refroidissement (la différence entre la température du pressuriseur et la température la plus élevée dans le cœur du réacteur), des pressions d’environ 16 MPa sont typiques pour les REP La cuve du réacteur est le composant clé, ce qui limite l’efficacité thermique de chaque centrale nucléaire, car la cuve du réacteur doit résister à des pressions élevées.

Paramètres typiques à l'entrée des turbines à condensation des REP.
Paramètres typiques à l’entrée des turbines à condensation des REP.

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