Centrales Thermiques

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  • 8/12/2019 Centrales Thermiques

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    3. Turbine vapeur

    . escr p on e mo sa on

    - Installation motrice Combustion externe

    - u e e rava : vapeur eau, cons r e comme un gaz r e a es

    - Echange de chaleur par changement dtat

    -

    "

    , , ,alternateur, condenseur (tour arorfrigrante)

    3. Turbine vapeur

    Courbe de saturation

    . escr p on e mo sa on

    Supercritique

    Liquide Vapeur (gaz)

    m

    Qc

    L+VQc

    Qf

    Wp Qf

    Cycle de Rankine-Hirn

    1-2 : compression

    2-3 : vaporation et surchauffe

    Pb : T3 limite ~600C

    x4 > 0,85

    #

    - : en e

    4-1 : condensationrendement tot : 25 35%

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    3. Turbine vapeur

    . escr p on e mo sa on

    Diagramme & Table (Vapeur deau)

    $Diagramme T-S

    3. Turbine vapeur

    . escr p on e mo sa on

    Diagramme & Table (Vapeur deau)

    %Diagramme h-S (Mollier)

    3. Turbine vapeur

    . escr p on e mo sa on

    Diagramme & Table (Vapeur deau)

    3. Turbine vapeur

    . a cu ren emen

    Compression : WmC = h2 - h1 ~ v ( P2 - P1 )

    Chaudire : Qc = h3 - h2

    Travail turbine : WmT= h3 - h4

    Travail net du cycle : Wm = WmT- WmC ~ WmT

    evap

    sat

    s

    ssxTitre

    =

    4

    4:

    evapsat hxhhEnthalpie += 44:

    Rdt. Thermique : fmCmTQWW

    =

    = 1

    &

    cc QQ

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    3. Turbine vapeur

    3.3 C cle rel - irrversibilit

    3-4 : Dtente adiabatique irrversible de P3 P4

    mT= 3 - 4

    isThh

    hh43

    =

    Exemple de calcul

    Calculez le rendement dun cycle dune TAV sachant que :- Pression au condenseur : 10 kPa,- Pression dans la chaudire : 2 MPa- La vapeur sort de la chaudire ltat satur.

    Solution

    t = 30,3%

    3. Turbine vapeur

    -.

    La Resurchauffe (concerne toute la vapeur)

    ( ) ( )6543 hhhh + ~( ) ( )

    4523

    ,hhhh

    Rt+

    '

    3. Turbine vapeur

    3.4 Amlioration du c cle de Rankine-Hirn

    Le Soutirage (concerne une partie de la vapeur)

    Les caractristiques du cycle sont exprimes en considrant1 g e vapeur entrant ans e con enseur.

    ( )

    ( )15

    81

    hh

    hhX

    =Quantit de vapeur soutire : (bilan lchangeur E)

    (

    ( ) ( )

    ( ) ( )23

    5343,

    1 hhX

    hhXhhSTt

    +

    += Amlioration : ~2 points de rendement

    3. Turbine vapeur

    3.4 Amlioration du c cle de Rankine-Hirn

    Le Soutirage Multiple (concerne une partie de la vapeur)

    n

    ( )23

    53

    1

    43

    ,

    1 hhXn

    i

    i

    i

    i

    STt

    +

    =

    =

    )

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    3. Turbine vapeur

    Le Soutirage Multiple

    Evolution du rendement thermique en fonction du nombre de soutirage

    "

    *

    2. Turbine gaz

    . escr p on e mo sa on

    Pb : T3 limite ~1500C1-2 : compression

    rendement tot : 25 35%

    10 300 MW fixes

    2-3 : combustion

    3-4 : dtente

    Turbine : WmT

    compresseur

    (WmT- WmC )

    Prise d air chappement

    mC

    &%

    Rdt. Thermique :32Q

    WW mCmTt

    =

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    2. Turbine gaz

    . escr p on e mo sa on

    & !

    2. Turbine gaz

    . escr p on e mo sa on

    Compression : WmC = h2 - h1

    Combustion : Q = h3 - h2

    rava tota tur ne : mT= 3 - 4

    Travail net turbine : Wm = WmT- WmC

    Dans la pratique : mesure de (T,P) puis tables et logiciels pour Cp

    2.2 Turbine gaz idale vs relle

    TAG idale TAG rellepas de frottements Wf= 0

    Cp = cte, G.P. : P.V= n.R.T

    compression, dtente polytropiques

    svre baisse de rendement

    -

    &&

    ~

    pas de pertes de charges P2=P3

    2 - 3

    Cp(T,P), pertes mcaniques...

    2. Turbine gaz

    . en emen s

    Rendement de combustion :

    , WWW mCmTnm

    PCIm

    Q

    c

    comb

    =

    23

    en emen erm que :

    Rendement mcanique :

    3223 QQt

    ==

    nm

    amecW

    W

    ,

    =

    Rendement global : mectcombc

    agPCIm

    =

    =

    Flamme

    PCIm c

    u e etravail

    23Q

    comb u ssance mo r cenette

    )( ,,, CmTmnm WWW =

    t u ssancelarbre

    aW

    mec

    ,,,

    1

    232

    ==PTTCom ression et dtente isentro i ues :

    ( ) ( ) 1141243, TTThhhhW nm=

    =

    ==

    141 PTT

    &

    ( ) 2232323 TTThhQt

    2. Turbine gaz

    Exem le de calcul

    Dans un Cycle idale de Brayton :- Entre compresseur (air) : 0,1 MPa, 15 C- Sortie com resseur : 1 MPa- Temprature maximale du cycle : 1100 C

    1. Calculez la pression et la temprature en chaque point du cycle;

    . a cu ez e rava u compresseur, e rava e a ur ne e e ren emen erm que.Cp (air) = cte = 1,0035 kJ/kg/K (T = 300 K)

    Solution

    Point 1 2 3 4

    1. P,T

    T (K) 288,2 556,7 1373,2 711,2

    P (MPa) 0,1 1 1 0,1

    2. Travail & rendementWmc = 269,5 kJ/kg ; WmT = 664,7 kJ/kg ; t = 0,482

    &'

    3. Que devient le rendement thermique si on considre que les rendements isentropiquesde compression et de dtente sont de 80%?

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    2. Turbine gaz

    2.4 Le c cle rel de la turbine az

    - une compression polytropique (1,2)- un rchauffage isobare (2,3)

    - une dtente polytropique (3,4)-- ,

    =

    1

    2

    P

    P; m est le coefficient polytropique et;

    m 1n u san es ren emen s po y rop ques :

    On peut crire : piCpiC TT S

    1

    2

    11

    2

    ==

    piT

    TT S

    =

    44

    mpiT

    1

    ;11 33

    Wm

    &(t

    2. Turbine gaz

    2.5 Amlioration du cycle

    TAG avec rcuprateur de chaleur

    t

    &)

    +

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    "#$"#$

    -

    -

    %

    &'

    %

    '

    (%)

    )*%

    &+

    -%

    ,&'-..-..

    ##

    0 ! %12%34

    6. Cognration

    6.1 Descri tion et modlisation

    Cognration Production simultane de chaleur & dlectricit

    Intrts :

    Bilan nergtique comparatif

    - Scurit dapprovisionnement- Gain financier- Respect de lenvironnement

    Mais - Cot dinvestissement + lev

    %

    - r sque e p na non respect du contrat de rachat)- Cot O&M peuvent tre levs

    6.1 Descri tion et modlisation

    6. Cognration

    Cognration : Diffrentes configurations

    6.2 Rendements

    6. Cognration

    Rendement nergtique densemble :

    Rendement ner ti ue densemble corri :

    Ou :

    avec : - l : prx e ven e e nerg e ec r que

    - PRQ : prix de vente de lnergie thermique [/kWh]- PAc : prix dachat du combustible [/kWh]

    Rendement lectrique quivalent :

    o est le rendement de la chaudireCh

    &Reprsente la part de lnergie globale transforme en lectricit

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    6.2 Rendements

    6. Cognration

    Economie dnergie primaire (combustible)

    Donnes :-- Ch c1- Production dlectricit seule : rendementtot ; dbit combustible mc2- Production combine de chaleur et dlectricit : dbit combustible mc

    21 ccc mmm +=

    21 cc mm +

    Facteur de rpartition de puissance

    (les anglo-saxons utilisent gnralement le rapport inverse)

    l

    W

    Q

    =

    !../0/

    !..*/

    !../12/

    0/+3/