Qu’est-ce que la surchauffe et la réchauffe – Cycle de Rankine – Définition

L’un des moyens d’augmenter l’efficacité thermique consiste à surchauffer ou à réchauffer la vapeur de travail. Pour cela, il faut utiliser un surchauffeur ou un réchauffeur. 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

 

Surchauffe et réchauffage

surchauffe-vapeur-minQuant au cycle de Carnot, l’ efficacité thermique a tendance à augmenter à mesure que la température moyenne à laquelle l’énergie est ajoutée par transfert de chaleur augmente. C’est la caractéristique commune à tous les cycles thermodynamiques.

Une des façons possibles consiste à surchauffer ou à réchauffer la vapeur de travail. Les deux processus sont très similaires dans leur manière:

  • Surchauffeur – augmente la température de la vapeur au-dessus de la température de saturation
  • Réchauffeur – élimine l’humidité et augmente la température de la vapeur après une expansion partielle.

Le processus de surchauffe est le seul moyen d’ augmenter la température maximale du cycle de Rankine (et d’augmenter l’efficacité) sans augmenter la pression de la chaudière. Cela nécessite l’ajout d’un autre type d’échangeur de chaleur appelé surchauffeur , qui produit de la vapeur surchauffée .

Cycle de Rankine - surchauffe - surchauffeur
Cycle de Rankine avec surchauffe de l’étage haute pression. Cela nécessite une température plus élevée dans le générateur de vapeur.

La vapeur surchauffée ou vapeur surchauffée est une vapeur à une température supérieure à son point d’ébullition à la pression absolue où la température est mesurée.

Le réchauffage permet de délivrer davantage de chaleur à une température proche du pic du cycle. Cela nécessite l’ajout d’un autre type d’échangeur de chaleur appelé réchauffeur . L’utilisation du réchauffeur implique le fractionnement de la turbine, c’est-à-dire l’utilisation d’une turbine à plusieurs étages avec un réchauffeur. Il a été observé que plus de deux étapes de réchauffage ne sont pas nécessaires, car l’étape suivante n’augmente l’efficacité du cycle que de moitié par rapport à l’étape précédente.

Les étages haute et basse pression de la turbine se trouvent généralement sur le même arbre pour entraîner un générateur commun, mais ils ont des boîtiers séparés. Avec un réchauffeur , le flux est extrait après une détente partielle (point D), refoulé à travers l’échangeur de chaleur pour le réchauffer jusqu’à la température de pointe (point E), puis transmis à la turbine basse pression. L’expansion est alors terminée dans la turbine basse pression du point E au point F.

Cycle de Rankine - réchauffer - surchauffer
Cycle de Rankine avec réchauffage et surchauffe de l’étage basse pression

Dans le surchauffeur , un chauffage supplémentaire à pression fixe entraîne une augmentation de la température et du volume spécifique. Le processus de surchauffe de la vapeur d’eau dans le diagramme Ts est fourni dans la figure entre l’état E et la courbe de vapeur de saturation. Comme on peut le voir, les turbines à vapeur humide (par exemple utilisées dans les centrales nucléaires) utilisent de la vapeur surchauffée, en particulier à l’entrée des étages à basse pression. Généralement, la plupart des centrales nucléaires exploitent des turbines à vapeur humide à condensation à plusieurs étages(l’étage haute pression fonctionne à la vapeur saturée). 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) d’un générateur de vapeur et l’évacue vers un séparateur-réchauffeur d’humidité (point D). La vapeur doit être réchauffée ou surchaufféeafin d’éviter les dommages qui pourraient être causés aux aubes de turbine à vapeur par une vapeur de mauvaise qualité. Une teneur élevée en gouttelettes d’eau peut provoquer un impact et une érosion rapides des pales qui se produisent lorsque de l’eau condensée est projetée sur les pales. Pour éviter cela, des drains de condensats sont installés dans la tuyauterie de vapeur menant à la turbine. Le réchauffeur chauffe la vapeur (point D), puis la vapeur est dirigée vers l’étage basse pression de la turbine à vapeur, où elle se détend (point E à F). La vapeur d’échappement est à une pression bien inférieure à la pression atmosphérique et, comme le montre l’image, la vapeur est dans un état partiellement condensé (point F), généralement d’une qualité proche de 90%, mais c’est une qualité de vapeur beaucoup plus élevée, que ce serait sans réchauffer. Par conséquent, la surchauffe tend également à atténuer le problème de la faible qualité de vapeur à l’échappement de la turbine.

Étant donné que la température du liquide de refroidissement primaire est limitée par la pression à l’intérieur du réacteur, les surchauffeurs (à l’exception d’un réchauffeur à séparateur d’humidité) ne sont pas utilisés dans les centrales nucléaires et fonctionnent généralement avec une seule turbine à vapeur humide.

……………………………………………………………………………………………………………………………….

Cet article est basé sur la traduction automatique de l’article original en anglais. Pour plus d’informations, voir l’article en anglais. Pouvez vous nous aider Si vous souhaitez corriger la traduction, envoyez-la à l’adresse: [email protected] ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous apprécions votre aide, nous mettrons à jour la traduction le plus rapidement possible. Merci