Un dispositif échangeur de chaleur sous pression installé dans le conduit d’échappement d’une turbine à gaz (ou d’une autre source d’échappement à haute température) qui transfère la chaleur des gaz de combustion à l’eau d’alimentation pour produire de la vapeur saturée ou surchauffée destinée à une turbine à vapeur ou à un procédé industriel dans des centrales en cycle combiné ou de cogénération.

Principe

Un HRSG transforme l’enthalpie d’échappement autrement perdue en vapeur utile en faisant circuler les gaz chauds au travers d’éléments d’échange (économiseur, évaporateur, surchauffeur) ; le débit massique et la température des gaz déterminent la production et la pression de vapeur ; la présence de paliers de pression et l’agencement côté gaz/côté vapeur définissent les paramètres de vapeur et l’efficacité thermique atteignable.

Démonstration

Scénario illustratif — Situation : Une centrale en cycle combiné fait fonctionner une turbine à gaz à charge nominale. Reconnaissance : Le contrôle constate un flux d’échappement à haute température. Action : L’échappement traverse les circuits de l’HRSG (économiseur, évaporateur, surchauffeur) ; l’eau d’alimentation est pompée et transformée en vapeur aux niveaux de pression prévus. Conséquence : La vapeur alimente la turbine à vapeur, produisant de l’électricité additionnelle et augmentant l’efficacité thermique globale par rapport à une simple cycle gaz.

Mauvaise application

Considérer tout échangeur sur le conduit d’échappement comme un HRSG et en attendre la même production de vapeur. Cette erreur néglige les composants requis (tête de vapeur, paliers de pression, traitement de l’eau, points de pincement thermiques, chimie des gaz) et peut conduire à surestimer la production ou la durée de vie.

Conséquence

Correctement intégré, l’HRSG augmente l’efficacité thermique du cycle combiné et permet l’export de vapeur ; il impose aussi des exigences de traitement d’eau, de contrôle du cycle vapeur, de conception des appareils sous pression et de maintenance pour gérer l’encrassement, la corrosion et la fatigue.

Inversion

Si la température ou le débit d’échappement est inférieur au seuil de conception, l’HRSG ne peut produire de la vapeur exploitable ; dans ce cas, la production de vapeur peut être impossible sans brûleurs complémentaires (brûleurs de gaine) ou l’HRSG peut être contourné en démarrage ou en faible charge. Le retrofit d’un HRSG peut être limité par l’intégration au cycle vapeur existant.

Limite

Clairement inclus : un ensemble d’échangeurs à paliers de pression intégré à l’échappement de la turbine à gaz, avec cuve(s) vapeur et dispositifs de purge/conduites dimensionnés pour fournir de la vapeur à des pressions spécifiées. Cas limite : un simple économiseur qui ne contient pas d’évaporateur/surchauffeur — il récupère de la chaleur mais n’est pas un HRSG complet. Clairement exclu : des récupérateurs air‑air isolés ou des équipements de récupération ne produisant pas de vapeur pour un cycle vapeur.

Tension sémantique

Optimiser la récupération d’énergie (efficacité) contre réduire la complexité et le coût : des HRSG multi‑pression et à haute pression récupèrent davantage mais augmentent le coût d’investissement, la complexité des contrôles et les contraintes de chimie de l’eau.

Synthèse

L’HRSG est l’interface du cycle vapeur qui convertit l’énergie d’échappement en vapeur contrôlable ; son utilité dépend de ses niveaux de pression, de ses matériaux et de ses systèmes de contrôle pour s’intégrer à la turbine à vapeur ou au procédé en gérant les risques liés à l’eau‑vapeur.