FR2483587A1 - Secondary water cooling system for power station - passes secondary cooling water through two forced draught cooling towers with humidified and normal ambient air respectively - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé et installation à tours synergiques pour la réfrigération secondaire dans les centrales de puissance. Process and installation with synergic towers for secondary refrigeration in power plants.
La présente invention a trait au domaine des installations de réfrigération secondaire dans les centrales thermoélectriques ou nucléaires pour la production de l'énergie électrique. The present invention relates to the field of secondary refrigeration installations in thermoelectric or nuclear power plants for the production of electrical energy.
Dans ces installations, la vapeur en sortie de la turbine est refroidie et condensée dans un condensateur et est donc recyclée dans un circuit primaire; ce refroidissement
o et cette condensation sont obtenus grâce à un fluide de refroidissement, en général l'eau, dans un circuit secondaire; l'eau de refroidissement à son tour doit être refroidie, et, bien que l'on utilise en partie des tours de refroidissement sèches dans ce but, on recourt toutefois à des tours dites humides, en employant beaucoup d'eau de refroidissement.Des problèmes sont soulevés par l'emplacement des centrales qi doivent être disposées à peu de distance des cours d'eau et qui, toutefois, devraient (au moins les centrales nucléaires) être placées à une distance raisonnable des centres habités lesquels sont particulièrement nombreux et proches les uns des autres le long des cours d'eau.Le problème est donc de libérer au moins en partie la réfrigération dans les centrales de puissance des besoins excessifs d'eau.In these installations, the steam leaving the turbine is cooled and condensed in a condenser and is therefore recycled in a primary circuit; this cooling
o and this condensation is obtained by means of a cooling fluid, generally water, in a secondary circuit; the cooling water in turn must be cooled, and although dry cooling towers are used in part for this purpose, so-called wet towers are used, however, using a lot of cooling water. problems are raised by the location of the power stations which must be located a short distance from the watercourses and which, however, should (at least the nuclear power stations) be placed at a reasonable distance from the inhabited centers which are particularly numerous and close each other along rivers, so the problem is at least partially freeing the refrigeration in power plants from excessive water requirements.
Les installations déjà existantes combinent les tours sèches à des tours humides. Ces installations ont été réalisées industriellement pour permettre certains résultats, c'est-àdire
- abaisser la température de l'eau réfrigérante en rapprochant cette température de celle du tube humide;
- réduire la quantité d'eau de réintégration par rapport aux tours toutes humides;
- réduire les effets visibles du panache (émission d'air saturé) et son impact sur l'environnement.Existing installations combine dry towers with wet towers. These installations were carried out industrially to allow certain results, that is to say
- lower the temperature of the cooling water by bringing this temperature closer to that of the wet tube;
- reduce the amount of reintegration water compared to all wet towers;
- reduce the visible effects of the plume (emission of saturated air) and its impact on the environment.
Un premier type d'installation à tour sèche et humide prévoit essentiellement les deux types de tours sur la structure commune, avec la tour sèche superposée à la tour humide et toutes les deux en parallèle à l'air ambiant qui les traverse. Ces tours sont connues aussi sous la désignation de "tours intégrées (Marley, Ecodyne, Westinghouse). Dans la tour sèche superposée, l'eau à réfrigérer circule dans les tubes échangeurs munis d'ailettes, tandis que, dans la tour humide située au-dessous, l'eau est distribuée en pluie dans l'empilage de remplissage et subit le refroidissement adiabatique final. A first type of dry and wet tower installation essentially provides for the two types of towers on the common structure, with the dry tower superimposed on the wet tower and both in parallel with the ambient air passing through them. These towers are also known by the designation of "integrated towers (Marley, Ecodyne, Westinghouse). In the superimposed dry tower, the water to be refrigerated circulates in the exchanger tubes fitted with fins, while in the wet tower located at below, the water is distributed in rain in the filling stack and undergoes the final adiabatic cooling.
Un ventilateur aspire l'air provenant des deux tours en le mélangeant et en le déchargeant à l'état insaturé dans l'atmosphère environnante. Un inconvénient reside dans le fait que l'eau de réfrigération doit toujours engager la tour humide, même pendant l'hiver, et-cela ne permet donc pas un= entretien adéquat sans le séchage total des deux tours. Un autre inconvénient est que le réglage de la température de l'eau de réfrigération est effectué par des jalousies montées de préférence sur la tour humide et qui ont de très grandes dimensions. Cette tour présente des variantes dans lesquelles la position relative des parties humides et sèches, est dif férente mais où les mêmes inconvénients existent.A fan draws air from the two towers by mixing it and discharging it in an unsaturated state into the surrounding atmosphere. A drawback resides in the fact that the cooling water must always engage the wet tower, even during the winter, and this therefore does not allow an adequate maintenance without the total drying of the two towers. Another drawback is that the temperature of the cooling water is adjusted by louvers preferably mounted on the wet tower and which have very large dimensions. This tower has variants in which the relative position of the wet and dry parts is different but where the same drawbacks exist.
Un second type d'installation à tour sèche/humide est celui qui prévoit l'arrosage d'eau directement sur les ailettes de la tour sèche (tours sèches arrosées ou Deluge). La chaleur est transférée de l'eau de réfrigération qui s'écoule dans les tubes à ailettes à l'eau sur les ailettes et de celle-ci à l'air. Ce type de tour a été intensivement utilisé par les Russes et les Hongrois, mais il a soulevé de gros problèmes de pollution des ailettes, et peut-être aussi de corrosion de ces ailettes, selon les substances chimiques polluant l'eau arrosée. A second type of dry / wet tower installation is one which provides for the sprinkling of water directly on the fins of the dry tower (watered dry towers or Deluge). Heat is transferred from the cooling water flowing through the fin tubes to the water on the fins and from the air to the air. This type of tower has been used extensively by Russians and Hungarians, but it has raised major problems of pollution of the fins, and perhaps also of corrosion of these fins, depending on the chemicals polluting the water sprayed.
Un autre type de tour sèche/humide est le système Hudson de tour sèche et de tour humide en synergie seulement pendant les périodes plus ou moins brèves de forte température de l'air ambiant en été. Dans ce système, la chaleur totale à dissiper est divisée entre les dèux tours séparées, sur la base du minimum quantitatifd'eau à réintégrer disponible pour la tour humide au cours de son fonctionnement d'été. L'installation comporte pour chaque tour un circuit propre, chacun alimentant une partie propre du condenseur avec la surface à double corps traditionnelle.La charge thermique est divisée entre les deux tours et les deux tours fonctionnent à pleine charge aux conditions fixées par le projet ; au fur et à mesure que la température de l'air ambiant descend au-dessous de la température de projet, la tour sèche augmente la capacité de réfrigération en permettant à la partie du condenseur alimenté par celle-ci de prélever de la partie du condenseur alimenté par la tour humide toujours plus de vapeur à condenser. L'inconvénient de ce système réside dans le fait que l'investissement placé dans la tour humide est immobilisé plus de dix mois par année. Another type of dry / wet tower is the Hudson dry tower and wet tower system synergistically only during more or less brief periods of high ambient air temperature in summer. In this system, the total heat to be dissipated is divided between the two separate towers, based on the minimum quantity of water to be reintegrated available for the wet tower during its summer operation. The installation has its own circuit for each tower, each supplying a clean part of the condenser with the traditional double-body surface. The thermal load is divided between the two towers and the two towers operate at full load under the conditions set by the project; as the ambient air temperature drops below the design temperature, the dry tower increases the refrigeration capacity by allowing the part of the condenser supplied by it to draw from the part of the condenser supplied by the wet tower always more steam to condense. The disadvantage of this system is that the investment in the wet tower is immobilized for more than ten months per year.
Le nouveau procédé et son installation se proposent de réaliser un refroidissement efficace avec des quantités minimales d'eau engagées, et d'obvier aux inconvénients de la technique précédente. The new process and its installation propose to achieve efficient cooling with minimal quantities of water involved, and to obviate the drawbacks of the previous technique.
Le nouveau procédé prévoit de refroidir l'eau du circuit de réfrigération secondaire d'une centrale de puissance, tout d'abord à travers un ou plusieurs échangeurs de chaleur avec l'air ambiant et ensuite dans un ou plusieurs échangeurs de chaleur avec l'air ambiant humidifié. The new process involves cooling the water in the secondary refrigeration circuit of a power plant, first through one or more heat exchangers with the ambient air and then in one or more heat exchangers with the humidified ambient air.
L'installation de l'invention prévoit un circuit de réfrigération secondaire et en combinaison avec celui-ci au moins un échangeur de chaleur à air ambiant (appelé aussi par la suite tour sèche) ou échangeur sec et un échangeur de chaleur à air ambiant humidifié (appelé par la suite aussi tour ou échangeur humide) placés en cascade, l'eau de réfrigération secondaire à la sortie du condenseur en aval de la turbine passant tout d'abord à travers l'échangeur à air ambiant puis à travers l'échangeur à air ambiant humidifié. De préférence, selon une caractéristique de la présente demande, on réalise des groupes avec des échangeurs à air ambiant et des échangeurs à air humide modulaires. The installation of the invention provides a secondary refrigeration circuit and in combination with it at least one ambient air heat exchanger (also called hereinafter dry tower) or dry exchanger and a humidified ambient air heat exchanger (hereinafter also called tower or wet exchanger) placed in cascade, the secondary cooling water at the outlet of the condenser downstream of the turbine passing first through the ambient air exchanger then through the exchanger with humidified ambient air. Preferably, according to a characteristic of the present application, groups are produced with ambient air exchangers and modular humid air exchangers.
Dans la nouvelle installation, l'eau de réfrigération circule en cycle fermé et par conséquent ne nécessite pas de traitement particulier après la première charge pour contrecarrer les agressions chimiques éventuelles vis-à-vis des métaux. In the new installation, the refrigeration water circulates in a closed cycle and therefore does not require any special treatment after the first charge to counteract any chemical attack against metals.
Comme l'eau d'humidification ne pénètre dans l'échangeur à air humide que pour humidifier l'air, elle ne nécessite pas de traitements particuliers et peut même, à la limite, être de l'eau de mer. As the humidification water only enters the humid air exchanger to humidify the air, it does not require any special treatment and can even be seawater.
D'autres avantages importants de ce système sont :
- Les deux composants du système peuvent être physiquement séparés en mettant par exemple sous le vent l'échangeur à air ambiant humidifié par rapport à 11 échangeur sec dans le but précis d'éviter que l'air du premier soit recyclé dans le second.Other important advantages of this system are:
- The two components of the system can be physically separated, for example by placing the humidified ambient air exchanger downwind from 11 dry exchangers for the specific purpose of preventing the air from the first from being recycled into the second.
- La quantité d'eau à réintégrer est minimale et réduite à une brève période pendant l'été. - The amount of water to be reinstated is minimal and reduced to a brief period during the summer.
- A une certaine température de l'air ambiant il n'est plus nécessaire d'employer de l'eau d'humidification et
I'échangeur à air humidifié se comporte comme I'échangeur à:r ambiant.- At a certain ambient air temperature it is no longer necessary to use humidification water and
The humidified air exchanger behaves like the ambient exchanger.
- A une température donnée de l'air ambiant et pour une pression donnée de décharge de la turbine, on peut arrêter le ventilateur de l'échangeur à-air humidifié et effectuer éventuellement l'entretien de ce dernier. - At a given ambient air temperature and for a given turbine discharge pressure, the fan of the humidified air exchanger can be stopped and maintenance of the latter possibly carried out.
- On peut utiliser de l'acier simple au C (ou autre matière plus économique) pour les tubes des échangeurs à air et pour les plaques du condenseur. - Simple steel with C (or other more economical material) can be used for the air exchanger tubes and for the condenser plates.
- L'eau de réfrigération travaillant en cycle fermé et donc propre permet des coefficients plus élevés de film ou pellicules < c'est-à-dire d'échange) tant dans l'échangeur à air que dans le condenseur. - The cooling water working in closed cycle and therefore clean allows higher coefficients of film or films (ie exchange) both in the air exchanger and in the condenser.
- On peut utiliser des antigels si besoin est. - Antifreeze can be used if necessary.
- Les jalousies ou déflecteurs pour contrôler la portée de l'air ne sont pas nécessaires. - Louvers or deflectors to control the air flow are not necessary.
- I1 n'existe pas de risque de panache d'air saturé provenant de l'échangeur d'air humidifié, parce que l'air, dans celui-ci, n'est saturé ou proche de la saturation qu'avant de traverser le faisceau échangeur; en outre, l'humidification n'est effectuée que pendant des périodes brèves pendant l'été. - There is no risk of a plume of saturated air coming from the humidified air exchanger, because the air in it is only saturated or close to saturation before crossing the exchanger harness; furthermore, humidification is only carried out for brief periods during the summer.
- Dans les installations nucléaires, le risque d'un danger éventuel de radiations aux tours est très faible ou inexistant. - In nuclear installations, the risk of a possible danger of radiation to the towers is very low or non-existent.
Un exemple de réalisation de l'invention sera décrit ci-après en se rapportant aux dessins annexés, sur lesquels
la figure 1 est un schéma de l'installation;
les figures 2, 3 et 4 sont des représentations de certaines réalisations modulaires schématiques des appareillages de l'installation. An exemplary embodiment of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings, in which
Figure 1 is a diagram of the installation;
Figures 2, 3 and 4 are representations of certain schematic modular embodiments of the apparatus of the installation.
En se référant à la figure 1, on voit que dans celle-ci on a indiqué par 11 la turbine d'une centrale de puissance. Referring to FIG. 1, it can be seen that therein the turbine of a power plant has been indicated by 11.
La vapeur de sortie de celle-ci, indiquée par les flèches 12, entre dans un condenseur 14 où elle est refroidie et condensée puis est reçue dans le puits chaud du condenseur 16, d'où elle est prélevée et recyclée grâce à la pompe 18 de liquide condensé.The steam leaving the latter, indicated by the arrows 12, enters a condenser 14 where it is cooled and condensed then is received in the hot well of the condenser 16, from where it is withdrawn and recycled using the pump 18 of condensed liquid.
Un circuit de réfrigération secondaire, indiqué dans son ensemble par 20, pourvoit au refroidissement de la vapeur dans le condenseur. Le fluide dans le circuit de réfrigération secondaire, en général de l'eau, entre froid dans le condenseur à travers la goulotte d'entrée 22 et sort chaud à travers la goulotte 24 (voir les flèches). A secondary refrigeration circuit, indicated as a whole by 20, provides for the cooling of the steam in the condenser. The fluid in the secondary refrigeration circuit, generally water, enters the condenser cold through the inlet chute 22 and leaves hot through the chute 24 (see arrows).
L'eau de refroidissement circule en circuit fermé et est maintenue en circulation par l'intermédiaire d'une pompe de recyclage 26. The cooling water circulates in a closed circuit and is kept in circulation by means of a recycling pump 26.
Sur le circuit secondaire 20 ou circuit de réfrigération de l'air de refroidissement, on a indiqué schématiquement une tour à sec 30 ou échangeur à air ambiant et une tour humide 40 ou échangeur à air ambiant humidifié; il est entendu que le nombre de tours 30 et 40 peut être plus grand quecelui représenté selon les exigences de projet. On the secondary circuit 20 or cooling air cooling circuit, there is schematically indicated a dry tower 30 or ambient air exchanger and a wet tower 40 or humidified ambient air exchanger; it is understood that the number of turns 30 and 40 may be greater than that shown according to the project requirements.
La tour à sec 30, quipeut-être aussi de type connu, comporte en général une structure où l'eau de réfrigération secondaire passe dans des tubes à ailettes indiqués schématiquement par 32, tandis que l'tir ambiant circule autour des tubes à ailettes selon les flèches 33, par l'intermédiaire d'un ou plusieurs groupes de ventilation 34. The dry tower 30, which may also be of known type, generally comprises a structure where the secondary cooling water passes through finned tubes indicated diagrammatically by 32, while the ambient draft circulates around the finned tubes according to arrows 33, via one or more ventilation groups 34.
La tour 40 comporte une structure où l'eau de réfrigération secondaire s'écoule dans des tubes à ailettes indiqués schématiquement par 42, tandis que l'air ambiant circule autour des tubes à ailettes selon les flèches 43, par l'intermédiaire d'un ou plusieurs groupes de ventilation 44. L'air aspiré ambiant est oblige de traverser les zones d'humidification 45 (sur la figure en deux parties sur deux côtés); dans lesdites zones on introduit de l'eau d'humidification en 46, qui arrose des grilles ou d'autre façon pour permettre l'humidification de l'air ambiant. The tower 40 has a structure where the secondary cooling water flows in finned tubes indicated schematically by 42, while the ambient air circulates around the finned tubes according to the arrows 43, via a or several ventilation groups 44. The ambient aspirated air is forced to pass through the humidification zones 45 (in the figure in two parts on two sides); into said zones, humidification water is introduced at 46, which sprinkles screens or otherwise to allow humidification of the ambient air.
Liau d'humidification est fournie par un circuit 50 et elle est mise en circulation par une pompe de recyclage 52 qui la prélève d'un bassin de-réception 54 en aval de la zone 45 de la tour 40. Une réintégration d'eau au circuit 50 est indiquée par 56; cette réintégration est le seul apport d'eau neuve nécessaire pour toute l'installation et elle est raisonnablement limitée parce qu'elle doit seulement remplacer l'eau d'humidification qui sort de la tour 40 amenée par l'air. L'appareillage 40 peut fonctionner avec de l'air sec ou de l'air humide, selon les conditions ambiantes et les conditions avec lesquelles parvient à celui-ci l'eau de réfrigération secondaire.En particulier, puisque la tour sèche 30 à air ambiant est toujours placée en amont de la tour 40, l'emploi d'eau d'humidification dans la tour 40 dépend des conditions de l'eau de réfrigération secondaire en sortie de 30 et, donc, en définitive encore des conditions de l'air ambiant. En particulier, l'installation utilisera de l'eau d'humidification seulement au cours des pics de température de l'air ambiant en été.L'humidification sera interrompue à une température bien déterminée du bulbe sec; au-dessous de cette température, l'échangeur à air ambiant humidifié resté sec se comportera exactement comme l'échangeur à air ambiant. I1 faut remarquer qu'il est possible de fixer préalablement une température d'air ambiant à laquelle le ventilateur de l'échangeur à air humidifié peut être arrêté pour permettre un entretien. Cette température inférieure de l'air ambiant peut être fixée préalablement par exemple sur la base de la pression prédéterminée de décharge de la turbine. I1 faut remarquer que l'installation décrite est particulièrement. destinée à fonctionner avec une turbine connue de 320 MM et avec une pression de décharge atteignant 178 mm de Hg. The humidification water is supplied by a circuit 50 and it is circulated by a recycling pump 52 which takes it from a receiving basin 54 downstream of the zone 45 of the tower 40. Reintegration of water into the circuit 50 is indicated by 56; this reintegration is the only supply of new water necessary for the entire installation and it is reasonably limited because it only has to replace the humidification water which leaves the tower 40 brought by the air. The apparatus 40 can operate with dry air or humid air, depending on the ambient conditions and the conditions with which the secondary cooling water reaches it. In particular, since the air dry tower 30 ambient is always placed upstream of tower 40, the use of humidification water in tower 40 depends on the conditions of the secondary cooling water at the outlet of 30 and, therefore, ultimately still on the conditions of the ambiant air. In particular, the installation will use humidification water only during ambient air temperature peaks in summer. Humidification will be interrupted at a well-determined temperature of the dry bulb; below this temperature, the humidified ambient air exchanger that remains dry will behave exactly like the ambient air exchanger. It should be noted that it is possible to set beforehand an ambient air temperature at which the fan of the humidified air exchanger can be stopped to allow maintenance. This lower ambient air temperature can be set beforehand, for example on the basis of the predetermined discharge pressure of the turbine. It should be noted that the installation described is particularly. intended to operate with a known turbine of 320 MM and with a discharge pressure reaching 178 mm of Hg.
De préférence, selon un aspect de l'invention, on fournit les tours à sec en combinaison avec les tours humides dans des modules comportant un certain nombre de tours à sec et un certain nombre de tours humides, de préférence cinq tours ou appareils. Des exemples de ces modules sont représentés sur les figures 2, 3, 4. Preferably, according to one aspect of the invention, the dry towers are provided in combination with the wet towers in modules comprising a certain number of dry towers and a certain number of wet towers, preferably five towers or apparatuses. Examples of these modules are shown in Figures 2, 3, 4.
Sur la figure 2, on a représenté schématiquement un module comportant quatre tours à air ambiant 30, en parallèle entre elles, en amont d'une tour à air ambiant humidifié 40. Sur la figure 4,on a représenté un module comportant deux tours 30 en parallèle en amont de trois tours 40. I1 est évident que d'autres modules sont possibles. In FIG. 2, a module is schematically represented comprising four ambient air towers 30, in parallel with each other, upstream of a humidified ambient air tower 40. In FIG. 4, a module comprising two towers 30 is shown in parallel upstream of three towers 40. It is obvious that other modules are possible.
Il va de soi que l'on peut apporter toutes les variantes et. modifications accessibles à un technicien en la matière sans pour cela s'écarter du cadre de l'invention. It goes without saying that we can bring all the variants and. modifications accessible to a technician in the subject without departing from the scope of the invention.
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