Turbine à Gaz

Amélioration des performances des turbines à gaz par injection

de vapeur d’eau en amont de la chambre de combustion

A. Bouam1*, S. Aissani2 et R. Kadi1

1

Laboratoire des Etudes Thermiques, Centre de Recherche Nucléaire de Birine, ‘CRNB’

B.P. 180, Aïn-Oussera, Djelfa, Algérie

2 Faculté des Hydrocarbures et de la Chimie,

Université M’Hamed Bougara, Avenue de l’Indépendance, Boumerdes, Algérie

(Reçu le 21 Mai 2007 – accepté le 30 Juin 2008)

Résumé - Le rôle des turbines à gaz, dans la production d’électricité, de l’industrie pétrolière et

dans les réacteurs à neutrons rapides refroidis en utilisant l’hélium comme fluide caloporteur a pris

une attention particulière ces dernières années. A cet effet, différentes méthodes (régénération,

refroidissement intermédiaire, préchauffage et injection de la vapeur d’eau) ont été utilisées afin

d’améliorer les performances des cycles de turbines à gaz. Dans cette optique, la méthode

d’injection de la vapeur d’eau à l’amont de la chambre de combustion d’une turbine à gaz a été

proposée, étudiée et comparée avec un cycle simple. L’objectif principal de ce travail consiste à la

réalisation d’un programme de calcul de l’influence des conditions ambiantes sur les

caractéristiques des différents composants de la turbine à gaz, telles que la compression, la

combustion et la détente. Une fois que les paramètres de fonctionnement optimaux sont connus, le

recalcul des performances de l’installation a été effectué en injectant des quantités convenables de

vapeur d’eau à l’amont de la chambre de combustion. Les résultats obtenus de l’influence des

conditions ambiantes sur les performances de la turbine à gaz sans injection de la vapeur d’eau et

l’influence des conditions standards sur le début d’injection, selon ceux trouvés dans la littérature

simulés par le code de calcul thermodynamique ‘Thermoptim’, sont en bonne concordance avec la

variation qualitative de ces conditions, dans le cas d’un fonctionnement normal sans injection de la

vapeur. Ces résultats sont représentés sous forme de courbes en deux et à trois dimensions pour une

meilleure illustration des phénomènes physiques.

Abstract - The role of the gas turbine, in the production of electricity, of industry tanker and in be

fast reactors cooled by using helium like coolant, took a detailed attention these last years. To this

end several methods (regeneration, intercooling, pre-heating and the steam water injection) were

used in order to improve the performances of the gas turbine cycles. Accordingly, steam water

injection method to the upstream of the combustion chamber of a gas turbine was proposed, studied

and compared with a simple cycle. The principal objective of this work consists with the realization

of a calculation program of the influence of the environmental conditions on the characteristics of

the various components of the gas turbine, such as compression, combustion and the expansion.

Once that the parameters of optimum operation are known, the recalculation of the performances of

the installation was carried out by injecting suitable quantities of steam water to the upstream of the

combustion chamber. The results obtained of the influence of the environmental conditions on the

performances of the gas turbine without injection of the steam water and the influence of the

conditions standards on the beginning of injection are in good agreement, according to those found

in the literature simulated by the ‘thermoptim code’, with the qualitative variation of these

conditions, in the case of a normal operation without injection of the steam. These results are

represented in the form of curves into two and three dimensions for a better illustration of the

physical phenomena.

Mots clés: Turbine à gaz - Cycle simple - Injection de vapeur - Bilan énergétique - Puissance

spécifique - Rendement thermique global.

* Bouam05_abd@yahoo.fr _ Slim50dz@yahoo.fr

A. Bouam et al.

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1. INTRODUCTION

Les turbines à gaz sont des groupes de force dont l’utilisation dans l’industrie des

hydrocarbures est très répandue, compte tenu des puissances unitaires développées élevées, à de

faciles adaptations, à des régimes variables des processus d’exploitation et à de modes de

démontage en blocs qui permettent des périodes de fonctionnement entre réparations de plus en

plus élargies.

Malgré ces avantages, leur haute sensibilité à l’influence de la température de l’air ambiant

qui varie considérablement entre le jour et la nuit, l’été et l’hiver, fait que le rendement thermique

d’exploitation de ces machines se trouve affecté.

Actuellement pour solutionner le problème, on procède lors du projet, compte

...