Chapitre 9
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compensée par une augmentation du rendement de la chaudière (í µí¼ chaudière ),
qui peut extraire plus d’énergie au combustible pour le transmettre à la
vapeur.
Rankine s’est ainsi écarté volontairement du cycle de Carnot et a, ce faisant,
réduit le rendement thermodynamique (même si cette baisse peut souvent
être compensée par une augmentation du rendement de la chaudière). Par
contre, en faisant disparaître le compresseur, sa modification permet de
réduire fortement la taille et la complexité de l’installation.
9.4.3 La surchauffe
Pour réduire la consommation spécifique (ssc, cf. §9.2.2 p. 248) d’une centrale,
il est souhaitable d’augmenter la puissance développée par la turbine pour
un débit de vapeur donné. Pour cela, il existe plusieurs options :
• Augmenter l’enthalpie à l’entrée de la turbine (c’est-à-dire augmenter la
pression de saturation dans la chaudière).
Malheureusement, cela impose à la chaudière d’être plus résistante et
plus coûteuse ; de plus, cela réduit la quantité de chaleur spécifique qu’il
est possible d’y apporter, puisque l’enthalpie de vaporisation ℎ í µí°¿í µí± décroît
avec la température ;
• Réduire l’enthalpie à la sortie de la turbine (c’est-à-dire diminuer la pression dans le condenseur).
Cela nécessite une turbine de plus grande taille, favorise l’insertion de
bulles d’air dans le circuit de vapeur, et surtout, réduit le titre de l’eau en
sortie de turbine ;
• Augmenter l’enthalpie (et donc la température de la vapeur) après sa sortie
de la chaudière.
Cela permet d’utiliser pleinement les capacités de la turbine, dont les
limites métallurgiques (généralement autour de 1 000 K) dépassent déjà
souvent celles des chaudières.
C’est cette dernière option qui est très souvent choisie. On nomme cette
modification la surchauffe : la vapeur est surchauffée à la sortie de la chaudière, 1 à pression constante, à travers une série de tubes portés à plus haute
température (figures 9.14 et 9.15).
L’avantage principal de cette modification est qu’elle permet une diminution
de la consommation spécifique peu complexe à mettre en œuvre. Autre
avantage, l’augmentation de la température moyenne à laquelle la chaleur
est apportée tend à augmenter le rendement thermodynamique. Enfin, il
devient possible de décaler la plage d’utilisation de la turbine entièrement
dans le domaine de la vapeur sèche : l’érosion des pales par l’eau liquide est
ainsi évitée. De fait, toutes les installations à vapeur modernes utilisent un
circuit de surchauffe.
1 La surchauffe pourrait théoriquement être effectuée dans la chaudière même ;
cependant, la densité de la vapeur sèche étant relativement faible, il est plus aisé
de la mettre en contact avec les gaz les plus chauds en dehors (et en dessous) de la
chaudière.
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen
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compensée par une augmentation du rendement de la chaudière (í µí¼ chaudière ),
qui peut extraire plus d’énergie au combustible pour le transmettre à la
vapeur.
Rankine s’est ainsi écarté volontairement du cycle de Carnot et a, ce faisant,
réduit le rendement thermodynamique (même si cette baisse peut souvent
être compensée par une augmentation du rendement de la chaudière). Par
contre, en faisant disparaître le compresseur, sa modification permet de
réduire fortement la taille et la complexité de l’installation.
9.4.3 La surchauffe
Pour réduire la consommation spécifique (ssc, cf. §9.2.2 p. 248) d’une centrale,
il est souhaitable d’augmenter la puissance développée par la turbine pour
un débit de vapeur donné. Pour cela, il existe plusieurs options :
• Augmenter l’enthalpie à l’entrée de la turbine (c’est-à-dire augmenter la
pression de saturation dans la chaudière).
Malheureusement, cela impose à la chaudière d’être plus résistante et
plus coûteuse ; de plus, cela réduit la quantité de chaleur spécifique qu’il
est possible d’y apporter, puisque l’enthalpie de vaporisation ℎ í µí°¿í µí± décroît
avec la température ;
• Réduire l’enthalpie à la sortie de la turbine (c’est-à-dire diminuer la pression dans le condenseur).
Cela nécessite une turbine de plus grande taille, favorise l’insertion de
bulles d’air dans le circuit de vapeur, et surtout, réduit le titre de l’eau en
sortie de turbine ;
• Augmenter l’enthalpie (et donc la température de la vapeur) après sa sortie
de la chaudière.
Cela permet d’utiliser pleinement les capacités de la turbine, dont les
limites métallurgiques (généralement autour de 1 000 K) dépassent déjà
souvent celles des chaudières.
C’est cette dernière option qui est très souvent choisie. On nomme cette
modification la surchauffe : la vapeur est surchauffée à la sortie de la chaudière, 1 à pression constante, à travers une série de tubes portés à plus haute
température (figures 9.14 et 9.15).
L’avantage principal de cette modification est qu’elle permet une diminution
de la consommation spécifique peu complexe à mettre en œuvre. Autre
avantage, l’augmentation de la température moyenne à laquelle la chaleur
est apportée tend à augmenter le rendement thermodynamique. Enfin, il
devient possible de décaler la plage d’utilisation de la turbine entièrement
dans le domaine de la vapeur sèche : l’érosion des pales par l’eau liquide est
ainsi évitée. De fait, toutes les installations à vapeur modernes utilisent un
circuit de surchauffe.
1 La surchauffe pourrait théoriquement être effectuée dans la chaudière même ;
cependant, la densité de la vapeur sèche étant relativement faible, il est plus aisé
de la mettre en contact avec les gaz les plus chauds en dehors (et en dessous) de la
chaudière.
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen