Systèmes d'alimentation en vapeur: basiques et efficacité

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Description

Cette séance de cours couvre les principes fondamentaux des systèmes d'alimentation en vapeur, en mettant l'accent sur le cycle de Rankine et ses modifications. Les sujets abordés comprennent les composantes des centrales à vapeur, les modèles thermodynamiques, l'évaluation des performances et les approches d'optimisation. L'instructeur discute de l'impact de la pression de la chaudière et de la pression du condenseur sur l'efficacité, l'irréversibilité du cycle et les méthodes d'amélioration des performances telles que la surchauffe et le réchauffage.

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Cycle de Rankine

400px|thumb|Diagramme entropique du cycle de Rankine avec l'eau comme fluide de travail Le cycle de Rankine est un cycle thermodynamique endoréversible qui comprend deux isobares et deux adiabatiques. C'est le cycle qui se rapproche le plus du cycle de Carnot. Il se distingue de ce dernier par la substitution de deux transformations isobares aux deux transformations isothermes, ce qui rend possible sa réalisation technique. Il fut inventé par William John Macquorn Rankine (1820-1872) qui lui donna son nom.

Condenseur par surface

vignette|Surface condenser Un condenseur par surface (en anglais surface condenser) est un terme couramment utilisé pour désigner un échangeur de chaleur coque et tube refroidi à l'eau, installé sur le flux de vapeur d'échappement d'une turbine à vapeur dans des centrales thermiques. Ces condenseurs sont des échangeurs de chaleur qui convertissent la vapeur de son état gazeux à son état liquide à une pression inférieure à la pression atmosphérique. Lorsque l’eau de refroidissement est rare, un condenseur à air est souvent utilisé.

Premier principe de la thermodynamique

Selon le premier principe de la thermodynamique, lors de toute transformation, il y a conservation de l'énergie. Dans le cas des systèmes thermodynamiques fermés, il s'énonce de la manière suivante : Au cours d'une transformation quelconque d'un système fermé, la variation de son énergie est égale à la quantité d'énergie échangée avec le milieu extérieur, par transfert thermique (chaleur) et transfert mécanique (travail).

Condenseur (séparation)

Un condenseur est un appareil dont la fonction principale est de liquéfier (ou condenser) de la vapeur, c'est-à-dire la faire passer d'un gaz à un liquide, au moyen d'une surface froide ou d'un échangeur thermique, maintenu froid par la circulation d'un fluide réfrigérant. La chaleur latente du corps est transférée dans le fluide réfrigérant, ce qui consiste en un changement de phase à température constante. Le fluide réfrigérant est choisi en fonction du débit de gaz ou de vapeur à condenser et de sa température de condensation, par exemple l'air, l'eau ou une saumure.

Principes de la thermodynamique

vignette|Entropie d'un corps à 0 K (à gauche) Corps avec une température supérieur à 0 K (à droite) Les principes de la thermodynamique sont les principales lois (principes en fait, car non démontrés) qui régissent la thermodynamique : premier principe de la thermodynamique : principe de conservation de l'énergie ; introduction de la fonction énergie interne, U ; deuxième principe de la thermodynamique : principe d'évolution ; création d'entropie, S ; troisième principe de la thermodynamique ou principe de N