0137-4ACh4. Rendement de conversion d’un matériau Thermochimique

La chaudière d’une centrale à vapeur fonctionnant sur un cycle de Rankine surchauffé (voir figure ci-dessous) est alimentée en continu, par un débit B = 2 t/h d’un déchet, de pouvoir calorifique inférieur PCI = 3800 kcal/kg    (1 kcal = 4,185 kJ).

1°) Calculer la puissance Thermochimique ϕ_PCI (kW) entrante dans le foyer, via le contenu thermochimique du déchet (PCI).

La chaudière produit, en continu, de la vapeur d’eau saturante à 20 bars absolu. Cette chaudière est alimentée par un débit d’eau D, pris à la température de 20°C, puisée dans une bâche d’alimentation. La vapeur d’eau à la sortie de la chaudière est portée à plus haute température grâce à un surchauffeur (section C → D), avant de pénétrer dans la turbine.

2°)  Sachant que le rendement énergétique de la chaudière est η_C = 0,9, calculer le débit D (t/h), de vapeur saturante, délivré par cette chaudière. 

On donne :

• L’enthalpie de l’eau d’alimentation : h_eau = 20 kcal/kg
• L’enthalpie spécifique de la vapeur saturante 20 bars : h_vs = 668,5 kcal/kg

3°) La vapeur saturante, produite par l’évaporateur de la chaudière, est surchauffée dans un échangeur thermique (surchauffeur), placé en aval sur le parcours des fumées, jusqu’à un état de vapeur surchauffée (20 bars, 400°C). Calculer la puissance thermique ϕ_ss du surchauffeur (kW). On donne l’enthalpie spécifique de la vapeur surchauffée 20 bars, 400°C : h_vss = 775,5 kcal/kg.

4°) La vapeur surchauffée (20 bars, 400°C) en sortie de surchauffeur, est ensuite détendue dans une turbine à vapeur, jusqu’à la pression de 0,4 bars, (75,4°C) par le refroidissement imposé par un aérocondenseur.

Calculer la puissance mécanique ϕ_m (kW), fournie sur l’arbre de la turbine à vapeur.

On donne l’enthalpie spécifique de la vapeur humide en sortie de détente (0,4 bars, 75,4°C, titre = 0,92) : h_vh = 583 kcal/kg.

5°) L’arbre de la turbine est monté sur un groupe alternateur, pour produire de l’électricité. Sachant que le rendement de conversion électromécanique de l’alternateur est de η_alternateur = 0,95, calculer la puissance électrique ϕ_e fournie (kWe), en sortie d’alternateur.

6°) En déduire le rendement η_{énergétique} de conversion énergétique du contenu Thermochimique du déchet en production électrique, par l’ensemble chaudière/GTA (groupe turbo-alternateur), constituant l’installation.