Etude d’un cycle combiné muni d’une chaudière de récupération avec plusieurs niveaux de pression

Abstract

Le travail effectué dans ce mémoire de master, a porté sur l’étude et la simulation numérique d’un cycle combiné avec une chaudière de récupération ayant plusieurs niveau de pression. A cet effet, un programme a été développé avec le logiciel commercial EES, permettant de prévoir et d’analyser l’influence de certains paramètres sur le fonctionnement, les performances et enfin le rendement global du cycle étudié. Un accent particulier a été porté sur l’analyse de certains paramètres de la chaudière de récupération afin d’assurer un fonctionnement optimal avec une meilleure efficacité énergétique. Ainsi, l’analyse de l’effet de pincement et d’approche a permis de trouver la température critique de sortie des gaz de la chaudière. Celle-ci détermine la récupération de chaleur dans la chaudière. Pareillement, l’attention a été portée aussi, sur l’effet de la variation de la pression de saturation de la vapeur. Le niveau de cette pression détermine la température de saturation de la vapeur et la température de la vapeur surchauffée, elle a donc une influence certaine sur le rendement global. Les résultats qui découlent de cette étude, permettent de tirer les conclusions suivantes :  L’augmentation du taux de compression permet d’améliorer le rendement de la turbine à gaz ;  Le débit de combustible constitue un moyen pour réguler la quantité de chaleur fournie par la combustion, et donc les températures d’admission de la turbine à gaz. Ainsi pour des températures élevées, les performances et le rendement de cycle combiné se trouvent améliorées. Cependant ces températures doivent être compatibles avec la limite des matériaux de la turbine ;  Le fonctionnement de la chaudière est assuré pour des valeurs de la température de sortie des gaz au-delà de la température critique ;  Pour des températures de sortie des gaz en dessous de la température critique, le pincement évite le « croissement des températures » à l’entrée de l’évaporateur. Dans ce cas, une réduction progressive de la température de saturation est préconisée, pour assurer la continuité de fonctionnement de la chaudière, par conséquent la diminution de la pression de la chaudière récupératrice ;  La récupération de chaleur dans la chaudière augmente de manière linéaire et inversement proportionnelle avec la température de sortie des gaz ;  Dans une chaudière de récupération dont le niveau de pression est fixé, la température de sortie des gaz est gouvernée par le pincement et ne peut pas être choisi librement. Il en va de même de la production de vapeur ;  De manière générale, pour une température de sortie des gaz fixe, l’augmentation de la pression de saturation de la vapeur implique un accroissement de la puissance de la turbine à vapeur et par conséquent celle du cycle combiné. L’augmentation de la pression de saturation doit être dans les limites de contraintes de la turbine à vapeur car cette pression détermine la température de la vapeur surchauffée.  Le niveau de la pression de condensation détermine le taux de détente dans la turbine à vapeur et par conséquent la puissance utile de cycle Rankine. A titre de recommandation, nous estimons profitable pour les concepteurs de ces installations :  D’aborder des études d’optimisation des cycles combinés ayant des chaudières de récupération à plusieurs niveaux de pressions et une resurchauffe de vapeur afin de d’exploiter au maximum la récupération de chaleur et de réduire éventuellement les irréversibilités engendrées dans la chaudière récupératrice.  Concevoir des cycles combinés intégrants des collecteurs solaires pouvant être d’un apport supplémentaire d’énergie à la fois au niveau de la chaudière de récupération et au niveau de la turbine à vapeur, pour effectuer une resurchauffe de la vapeur et réaliser une double détente en vue d’accroitre la puissance et le rendement de l’installation. Au terme de ce mémoire, on peut dire que les résultats obtenus de cette simulation numérique sont intéressants. Cependant pour consolider davantage l’étude, une comparaison des résultats de la simulation et ceux d’une installation de cycle combiné réelle, par exemple, peut s’avérer intéressant. Dans ce cas, la démarche de la simulation numérique peut permettre de mieux comprendre le cycle étudié.