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RÉSUMÉ
Les performances réelles d'une installation sont mesurées lors de sa réception et cela permet de suivre l'évolution de cette installation dans le temps. Cet article explique comment mesurer les performances et quels sont les facteurs responsables de leur dégradation. Les phases d'exploitation particulières, telles que le démarrage et l'attente à chaud, sont aussi présentées. Et une exemple concret d'installation vient compléter la présentation.
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Jean-Marie MONTEIL : Ingénieur de l’école EDF-GDF - Ingénieur DPE – grade de Mastère - Ingénieur au service études et projets thermiques et nucléaires
INTRODUCTION
La phase de réception d’une installation constitue une étape importante de la vie d’une centrale. Les performances réelles sont mesurées et comparées aux engagements contractuels des constructeurs. Les performances des appareils sont relevées et serviront, durant toute la vie de la centrale, de valeurs repères pour identifier les dérives de fonctionnement liées au vieillissement ou à des réglages inadaptés. La surveillance des performances globales de l’installation s’effectuent également en différentiel avec les valeurs issues de la mise en service industrielle.
Les performances des turbines à combustion se dégradent dans le temps, les moyens pour minimiser ces dégradations existent et sont évoqués dans cet article. Les conditions d’exploitation (démarrages, prises de charges rapides et arrêt d’urgence) contraignent ces turbines au point que les constructeurs calculent les opérations de maintenance selon des algorithmes qui intègrent ces transitoires de fonctionnement.
Des phases d’exploitation (démarrage, attente à chaud) différentes du fonctionnement à régime nominal sont détaillées pour en montrer l’enchaînement. Deux exemples, basés sur des architectures différentes, sont exposés afin de mesurer les répercussions de choix de conception sur l’exploitation de telles centrales.
Enfin, un exemple d’installation est fourni pour illustrer tous ces propos.
L’étude complète du sujet comprend les articles :
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« Centrale à cycle combiné. Théorie, performances, modularité » ;
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« Centrale à cycle combiné. Composants potentiels » ;
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« Centrale à cycle combiné. Fonctionnement, exploitation, exemple » (le présent article).
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2. Fonctionnement
2.1 Turbine à combustion
Les principaux actionneurs qui servent à réguler le fonctionnement de la turbine à combustion influent sur :
-
le débit de combustible ;
-
le débit d’air admis au compresseur.
Il s’agit de la vanne d’admission du combustible (vanne réglante et d’arrêt pour le gaz, vanne retour en inverse pour les combustibles liquides), et des aubes à incidence variable de la première rangée de diaphragmes du compresseur. Ces dispositifs sont usuellement appelés IGV (inlet gate valves). Des vannes de prélèvement d’air sur les étages du compresseur (aussi appelées blow off) et d’admission d’air secondaire à la chambre de combustion complètent le dispositif.
Pour augmenter la puissance délivrée par une turbine à combustion, il est possible d’ouvrir les IGV. Cependant, cette utilisation est limitée par les risques de pompage du compresseur. L’augmentation de la température d’entrée des gaz à la turbine soulève deux problèmes :
-
l’un d’ordre métallurgique (tenue de la première rangée d’ailettes à des températures supérieures à 1 000 ˚C) ;
-
l’autre d’ordre environnemental avec la production de NOx thermiques lors de la combustion à haute température ([BE 8 905] figure 20).
L’objectif de la régulation revient à ajuster les débits d’air et de combustible afin de maintenir la température d’entrée dans la turbine constante.
Suivant la charge de la machine, les principes de régulation retenus sont différents. Pour un fonctionnement à vide, les IGV sont ouverts au minimum et la vanne de combustible règle la fréquence. Durant la montée en vitesse de la turbine à combustion jusqu’à sa vitesse nominale, lors de la marche en sous-fréquence ou durant les périodes de décélération, les IGV doivent être ouverts afin de limiter le débit d’air et de minimiser les contraintes au compresseur. Tant que la vitesse nominale n’est pas atteinte, les vannes blow off de prélèvement de l’air se ferment en séquence pour éviter le pompage du compresseur. Pour le...
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