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INSTALLATION D~ FORCE MOTRICE A VAPEUR POUR LA
PRODUCTION D~ VAPEUR A PARTIR D'EAU B~TE SALEE
Llinvention se situe dans le domaine des instal-
lations de force motrice à vapeur et se rapporte en
par~iculier à un type d'installation permettant non
seulement de produire de la vapeur a partir d'eau brute
salée, mais offrant,en outre,la possibilité supplémen-
taire de produire de l'eau potable a partir de lleau
brute et de lléner~ie électrique a partir de la vapeur.
Pour transformer de lleau brute salée en vapeur,
on connalt une installation dans laauelle pour le
chau fage de lleau brute, on prévoit plusieu-~s échan-
geurs de chaleur avec un réservoir dleau dlalimenta-
tion intermédiaire et un dispositif dladoucissement
monté en amont du réservoir dleau d'alimentation. En
aval du dernier échangeur de chaleur qui se situe dans
le trajet de la conduite des ~az dléchappement d'une
turbine à gaz, est monté un déten~leur à concentré
a un seul étage comportant un~ valve de détente. La
- vapeur produite dans le détendeur est amenée ~ un
compresseur entraîné par la turbine à gaz et parvient
ensuite ~ llutilisateur. La saumure extraite dans le
déte~deur est, d'une part, ramenee au dé-tendeur
par le dernier échangeur de chaleur et, dlautre part,
sert au chauffage de l'eau brute et de lleau dlalimen-
tation et, pour ce faire, de même que pour une dé-
tente plus poussée, traverse plusieurs condenseurs
echelonnés aui sont realisés à la maniere d'une instal-
lation mu~ti-stage-flash (MSF~ (procédé à detentes
successivesou flash) et dans lesquels on recueille
l'eau se condensant et on l'amène a un bassin de distil-
lat consecutif (demande de brevet allemand 30 20 ~97).
Dans une telle installation, le rendement en distillat
est relativement faible et la vapeur produite doit être
'~ utilisee en tant que vapeur industrielle, c'est-a-dire
pour le chauffage ~lautres substances, en particulier
dans des installations de l'industrie chimique.
Par ailleurs, des quantités considérables de
produits chimi~ues sont ~écessaires pour l'adoucissement
de l'eau brute.
Pour la production d'eau potable à partir d'eau
brute salée ~eau de mer), on connait,d'autre part,une
installation de ~orce motrice à vapeur dans laquelle la
vapeur produite dans un générateur de vapeur est (létendue
dans une turbine,puis amenée en tant que vapeur de trai-
tement aux évaporateurs pour l'eau brute. Le distillat
en résultant est aussi bien transformé en eau potable
qu'utilisé en tant qu'eau d'alimenta-tion pour le géné-
rateur de vapeur (demande de brevet allemand 32 36 499;
Revue a]lemande "Siemens-Energietechnik", n~ 5, 1983,
supplément "Energie besser nutzen ohne Kraft-Warme-
Kopplung", pages 32-38). Avec une telle installation,
en fonction de la quantité d'eau potable produite, on
peut aussi fournlr de l'énergie électrique au réseau,
cette fourniture d'énergie étant d'importance secondaire.
Pour la transformation d'eau de mer en eau potable,
il es~ en outre,connu de prélever la vapeur de traitement
nécessaire et l'éneryie électrique requise à une centrale
électrique voisine, d'adoucir l'eau de mer au cours de
sa préparation chimique à l'aide d'un échangeur d'ions
et d'en extraire en plus les ions sulfate. Pour la regé-
nération de l'echangeur d'ions, on utilise la saumure ou
une solution de sel de cuisine, la solution de sel de
cuisine étant obtenue a partir de la saumure (demandes
de brevet~alleman~ 32 43 157, 22 33 524).
Par~ant d'une installation de force motrice à
vapeur présentant les caractéristiques de l'enoncé prin-
cipal de la revendication 1 (demande de brevet allemand
30 20 297~" l'invention a pour objet de perfectionner
l'installation de fa~on qu'elle puisse fournir simulta-
" .
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nément du courant électrique et d'assez grandes quantités d'eau
potable, la quantité d'énergie électrique produite devant être
indépendante de la quantité d'eau potable obtenue.
Selon son aspect général, l'inven-tion comprend une in-
stallation de force motrice à vapeur pour la production de vapeur
à partir d'eau brute salée, dans laquelle pour le chauf~age de
l'eau brute et de l'eau brute épurée en eau d'alimentation, on
prévoit plusieurs échangeurs de chaleur avec une installation
intermédiaire pour l'adoucissement de l'eau brute, dans laquelle,
en aval du dernier échangeur de chaleur, est monté un détendeur à
concentré avec une sortie vapeur et une sortie saumure, et dans
laquelle la sortie saumure est raccordée à une installation pour
le traitement de l'eau d'alimen-tation, caractérisée par le fait, -
que le dernier échangeur de chaleur est constitué par un généra-
teur de vapeur dont la sortie vapeur vive est raccordée à une
turbine à vapeur avec génératrice y associée et condenseur monté
en aval, - que l'installation pour l'adoucissement de l'eau brut0
est constituée par un échangeur d'ions dont le disposi-ti~ de
régénération des résines échangeuses d'ions est raccardée à la
sortie saumure du détendeur à concentré, - que la sortie vapeur du
détendeur à concentré est raccordée à un dispositif pour le
traitement physique de l'eau d'alimentation, - et qu'en aval de la
sortie condensat du condenseur monté en aval de la turbine, est
montée une installation pour la production d'eau potable à partir
du condensat.
Ce résultat est atteint selon l'inven-tion par le fait
1~'
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que le dernier échangeur de chaleur est constitué par un
générateur de vapeur dont la sortie vapeur vive est raccordée à
une turbine à vapeur avec génératrice y associee et condenseur
monté en aval, que l'installation pour l'adoucissement de l'eau
brute est constituée par un échangeur d'ions dont le dispositif de
régénération des résines échangeuses d'ions est raccordée a la
sortie saumure du détendeur à concentré, que la sortie vapeur du
détendeur est raccordée à un dispositif pour le traitement
physique de l'eau d'alimentation et qu'en aval de la sortie
condensat du condenseur monte en aval de la turbine, est montée
une installation pour la production d'eau potable à partir du
condensat.
Une telle installation de force mo-trice à vapeur se
caractérise avant tout par le ~ait qu'on utilise un générateur de
vapeur commun pour la production de la vapeur de turbine et pour
l'obtention de l'eau potable. Les générateurs de vapeur appro-
priés sont les chaudières connues à tambour, à double tambour, les
chaudières de Schmidt-Hartmann ou les chaudières de ~o~fler,
attendu qu'elles peuvent fonctionner avec de l'eau salée. En
pareil cas, une surconcentration de la saumure jusqu'à 20~ de la
concentration en sel de cuisine est possible par épaississement
supplémentaire dans le détendeur à concentré.
Le détendeur à concentré prévu dans le cadre de l'inven-
tion peut être réalisé à un ou à pluisieurs étages. Dans le mode
de réalisation à un seul étage dans lequel la sortie saumure du
détendeur est raccordée par une pompe à la valve de détente
associée à ce dernier et dans lequel entre les échangeurs de
chaleur pour l'eau brute ou
l'eau d'alimentation est installé un réservoir d'eau
d'alimentation, il est recommandé de relier la sortie
vapeur du détendeur à un dégazeur aui est associé au
réservoir d'eau d'alimentation et forme ainsi le dispo-
sitif pour le traitement physique de l'eau d'alimentation.
Entre la sortie saumure du détendeur et la valve de
détente peut alors etre disposé un échangeur de chaleur
alimenté par la vapeur vive sortant du générateur de
vapeur.
Dans le mode de réalisation à plusieurs étages
du détendeur à concentré , celui-ci est avantageusement
réalisé à la manière d'une installation multi-stage-flash
~ISF) (procédé à détentessuccessivesou flash); les con-
denseurs de ce détendeur servent alors d'échangeursde
chaleur pour le traitement physique de l'eau d'alimen-
tation, en amont de ces échangeurs de chaleur étant
monté un dégazeur mécanique pour l'eau d'alimentation et
la sortie condensat du détendeur à plusieurs étages
étant raccordée à la conduite de condensat entrele con-
denseur de la turbine et llinstallation de production
d'eau potable.
Si dans la nouvelle installation, on ne veut pas
transformer en eau potable la totalité du condensat
produit, il est recommandé de placer dans le trajet de
la conduite du condensat entre le condenseur et l'instal-
lation pour la production d'eau potable un distributeur à
trois voies dont la troisième voie est raccordee à la
conduite d'amenée d'eau brute. Si, par contre, en cas de
fonctionnement à charge partielle de la turbine, on veut
maintenir un certain niveau de production dleau potable,
on peut raccorder la sortie vapeur vive du ~énérateur de
vapeur à l'entrée du condenseur directement par une valve.
Pvec une installation de force motrice à vapeur
réalisée selon l'invention, on peut produire jusqu'à 10
litres d'eau potable par kWh selon la pression de vapeur
vive sélectionnée.
76t31~
. .
s
La condensation de la vapeur d'échappement de la
turbine dans le condenseur monté en aval de cette
dernière peut s'effectùer de differentes fa~ons. Dans le
cas le plus simple, ce condenseur est traverse ~ar de
l'eau brute, donc par de l'eau de mer épurée ~écani-
quement, une partie de cette eau de refroidissement etant
ensuite transformee en eau dlali.mentation. La condensation
peut toutefois aussi s'effectuer en faisant en sorte que
le condenseur constitue une partie d'une installation
supplementaire de dessalement d'eau de mer dont le condensat
est egalement amene a l'installation de production d'eau
potable. En ce qui concerne cette installation supple-
mentaire de dessalement d'eau de mer, il peut s'agir en
l'occ~Tence d'une installation MSF dont le rechauffeur
final forme en même temps le condenseur de la turbine.
Pour une meilleure exploitation de la chaleur
du condensat, il est recommande en pareil cas de relier
les chambres de detente de l'installation MSF à la sortie
condensat du condenseur. L'installation supplementaire
de dessalement d'eau de mer peut cependant être aus~i une
installation VTE (Prospekt "~dvanced Desalination
Technology DWEC" de la Kraftwerk Union, figure 3,
novembre 1981) dont le premier evaporateur fo~ne en même
temps le condenseur de la turbine. ~our une meilleure
exploitation de la chaleur du condensat, il est recommande
en pareil cas de raccorder l'évaporateur suivant de
l'installation VTE à la sortie condensat du premier
évaporateur.
Trois exemples de réalisation de la nouvelle ins-
tallation de force motrice à vapeur sont représentes
schématiquement sur les figures 1 à 3.
Sur la figure 1, on fait tout d'abord passer de
l'eau de mer épurée mécaniquement sous forme d'eau brute
RW ~ travers un condenseur 1 oui sert à la condensation
3~ de la vapeur d'echappement d'une turbine à vapeur Un
courant partiel de cette eau de refroidissemen~ est
capté sur la conduite retour d'eau de refroidissement
et est amenepar l'intèrmédiaire d'un échangeur de
chaleur 2 et d'un autre échangeur de chaleur 3 à un
échangeur d'ions 4 à l'aide duquel les agents durcisseurs
calcium et magnésium sont presque completement élimine~
de l'eau brute. Les échangeurs de chaleur 2 et 3 permet-
tent ici d'obtenir une température optimale de l'eau
brute pour l'échan~eur d'ions.
En aval de l'échangeur d'ions 4 est monté un
réservoir d'eau d'alimentation 6 qui est muni d'un
dégazeur fonctionnant à la vapeur. De là, l'eau d'ali-
menta~ion parvient par la pompe 7 et un autre echangeur
de chaleur 8 au générateur de vapeur 5 qui est chau~fe
par un combustible ~ossile ou nucléaire ou par les gaz
d'echappement d'une turbine à gaz. En ce qui concerne
ce générateur de vapeur, il s'agit par exemple d'une
chaudiere de Schmidt-Hartmann sur le tambour de laquelle
l'eau d'alimentation est concentrée. ~e cette fa~on,
la surconcentration intervenant de l'eau d'alimentation
en sel est maintenue à une valeur admissible. Du géné~
rateur de vapeur 5 sort de la vapeur vive FD qui, du
fait de processus de vaporisation dans la chaudière,
et par des pare-gouttes appropriés, est presque comple-
tement débarrassée de sel. Cette vapeur vive est amenée
à la turbine 13 à laauelle est accouplée la génératrice
14. Selon la pression de vapeur sélectionnee, la turbine
peut etre réalisée à une ou ~ plusieurs enveloppes avec
séparateur d'eau intermediaire 15. ~e condensat du sépa-
rateur d'eau 15 est ramené au reservoir d'eau d'alimen~
tation 6.
La vapeur d'échappement sortant de la tuxbine 13
est condensée dans le condenseur 1 et, par la pompe a
condensat 16, arrive par l'intermédiaire d'un distri-
buteur à trois voies 17 à une installation de préparation
d'eau potable 18 et durci en eau potable TW.
~7~
L'eau concentrée AW produite dans le ~énérateur
de vapeur 5 est amenée par une valve de détente 9 au
detendeur 10. La vapeur D se formant alors est utilisee
comme vapeur active pour le de~azeur associe au reservoir
d'eau d'alimentation 6. Pour le même objet, on peut uti-
liser la vapeur prelevee sur la turbine 13.
Du fait de la detente de l'eau concentrée dans le
detendeur 10, l'eau est ~ nouveau surconcentree. De là,
elle est envoyée à l'échangeur de chaleur 2 et parvient
ensui-te à l'echangeur d'io~ 4. Ces résines échangeuses
d'ions sont régenerees à l'aide de la saumure fortement
epaissie. La saumure ainsi utilisée S est finalement
évacuée.
Si la concentration de la saumure prélevee dans
le detendeur 10 ne correspond pas encore à la concentration
qui est nécessaire à la régenération des resines échan-
geuses d'ions, une pompe 11 peut faire passer une partie
de la saumure sortant du detendeur 10 à travers un echan-
geur de chaleur 12 pour lui faire subir une autre détente.
Pour le chauffage de l'échangeur de chaleur 12, on
utilise en pareil cas la va~eur vive saturée du générateur
de vapeur 5.
L'échangeur de chaleur 3 est alimenté par la
vapeur prélevee sur la -turbine 13. Le condensat se produi-
2S sant alors est amené au condensat principal sortant du
condenseur 1. Dans la conduite de condensat partant du
condenseur 1 et allant à l'installation de préparation
d'eau potable 18 est dispose un distributeur à trois
voies 17 par lequel du condensat peut aussi être injecte
dans la conduite d'amenee de l'eau brute. Parallèment à
la turbine 13 est, en outre,prevu un détendeur 19 par
lequel de la vapeur vive provenant du générateur de vapeur
5 peut contourner la turbine 13. Toutes les dispositions
sont ainsi prises pour que,meme en cas de faible besoin
en eau potable, la turbine 13 puisse fonctionner à pleine
puissance et pour qu'en cas de production constante
d'eau potable, la production de courant electriaue reste
à chaque fois adaptee àux besoins du moment;
Dans l'exemple de réalisation représent~ sur la
figure 2, le détendeur à concentre est constitué par
un condenseur 20 a plusieurs étages à la manière d'une
installation multi staqe-flash (MSF) dans laquelle l'eau
concentrée produite dans le generateur de vapeur est
detendue dans plusieurs étages et la vapeur produite
condensée a l'aide de l'eau d'alimentation plus froide.
Le distillat obtenu DE est injecte dans la conduite de
condensat entre le condenseur 1 et l'installation de
production d'eau potable 18. L'eau concentree epaissie,
donc la saumure, est egalement utilisee pour la regene-
ration de 1' echangeur d'ions 4. Le degazage de l'eau
brute a lieu dans ce cas dans un degazeur separé ~1
avant le detendeur à plusieurs etages 20 ou est integré
dans celui-ci.
Si, dans ce rnode de réalisation de l'installation,
on fait passer la totalité de l'eau brute par les con-
denseurs du détendeur 20 à plusieurs étages, on peu-t
supprimer le raccordement entre la sortie de l'échancJeur
d'ions 4 et le reservoir d'eau d'alimentation 6. Il est
toutefois envisageable de diviser le courant d'eau
d'alimentation de fa~on que seulement une partie soit
chauffée dans le détendeur 20 à plusieurs étages, tandis
que l'autre partie passe par le reservoir d'eau dlali-
mentation 6 et l'echangeur de chaleur 8.
L'exemple de realisation selon la figure 3 corres-
pond dans ses parties essentielles à l'exemple selon la
figure 1, la partie vapeur de cette installation n'etant
pas representee dans son ensemble. La difference consiste
en une installation de des~lement d'eau de mer supplemen-
taire 30 qui est realisee sous la forme d'une installation
MSF connue. Ici, le condenseur 1 de la turbine constitue
9 ~
en même temps le rechauffeur final de l'installation
MSF qui pour le reste se compose du préchauffeur 31,
de l'adoucisseur 33 et du chauffage principal 32 avec
les différentes chambres de détente. Le condensat
sortant du condenseur 1 est en pareil cas amené a la
première chambre de détente et est ainsi soumis au
processus de dessalement. Le distillat produit DE est
amene par le distributeur à trois voies 17 à l'instal-
lation de production.d'eau potable 18. Lors du fonc-
tionnement de cette installation, l'eau brute RW est
arriv~ tout d'abord au prechauffeur 31,~uis est séparée
en un courant d'eau brute Rl~ 1 pour l'alimentation de
l'installation de force motrice à vapeur et en un courar~t
d'eau brute RW 2 pour l'alimentation de l'installation
MSF.
