Екстракционна турбина с обратно налягане

Парна турбина с обратно налягане за екстракция

Парната турбина с обратно налягане за екстракция е основно термично оборудване за сценарии за комбинирано производство на топлина и електроенергия (CHP). Основното ѝ предимство се състои в интегрирането на двойните функции на междинно екстракционно извличане на пара и обратно налягане за отвеждане на парата. Тя може да извлича пара при предварително определено налягане, за да захранва потребители с високи параметри, като едновременно с това използва цялата крайна отвеждаща пара, която има обратно налягане по-високо от атмосферното, за отопление с ниско налягане. Това постига ефективно каскадно използване на парната енергия без загуба на студен източник на кондензатор. Като ключово оборудване в промишленото производство и градските отоплителни системи, тя се адаптира прецизно към нуждите на потребителите на топлина с различни степени на налягане, балансирайки висока енергийна ефективност с висока стабилност и предлага значителна приложна стойност в рамките на нисковъглеродни системи за енергоснабдяване.

Принципът му на работа се основава на поетапното използване на парната енергия, характеризиращо се с ясен и контролируем процес: Прясна пара постъпва в секцията за високо налягане през входния корпус, разширява се и извършва работа чрез взаимодействието на дюзи и движещи се лопатки, задвижвайки ротора за отделяне на механична енергия. Част от парата се извлича от междинния отвор за извличане, за да захранва потребителите с високо налягане, като налягането на извличане се стабилизира от регулатор на налягането (отклонение ≤ ±0,05 MPa). Останалата пара постъпва в секцията за ниско налягане, за да продължи да извършва работа, като в крайна сметка се изпуска при обратно налягане от 0,12–0,4 MPa, за да отговори на изискванията за отопление на помещения и ниско налягане. Пътят на потока е разделен на секции с високо и ниско налягане. Потокът на пара през секцията с ниско налягане може да се регулира чрез контролни клапани, с диапазон на регулиране от 30% до 100% от номиналния дебит, балансирайки стабилността на енергийното захранване и икономическата ефективност.

Пригодността и производителността на устройството се определят от основните му конструктивни параметри, които изискват ключово внимание при избора:

1. Параметри на екстракция и обратно налягане: Налягане на екстракция: 0,3–1,5 MPa; Противо налягане: 0,12–0,4 MPa (над атмосферното налягане). Те могат да бъдат прецизно персонализирани въз основа на изискванията на потребителя на топлина.

2. Номинална мощност: В диапазона от няколкостотин киловата до десетки мегавати, адаптивна към различни мащабни сценарии, като например промишлени собствени електроцентрали и регионални топлоелектрически централи.

3. Термична ефективност: Без загуба на студ, общата термична ефективност е ≥80%. Икономическите му характеристики са значително по-добри от тези на конвенционалните кондензационни турбини при условия на стабилно топлинно натоварване.

4. Прецизност на регулирането: Прецизният контрол на налягането и дебита на екстракцията осигурява пригодност на параметрите и адаптиране към малки колебания на натоварването.

Структурният дизайн е съобразен с изискването за двойно захранване с енергия, като основните характеристики са фокусирани върху стабилността и ефективността: Ключовите компоненти включват входния корпус, дюзовия възел, цилиндъра, ротора, извличащия отвор и механизмите за управление. Извличащият отвор е оборудван с уплътнителни устройства за предотвратяване на колебания в параметрите. Интегриран кован ротор повишава якостта на умора. Лопатките за секциите с високо и ниско налягане са персонализирани според нуждите, с шиповидно свързани корени за увеличаване на товароносимостта. Инсталирани са устройства за двойно регулиране и блокиращи защити (превишаване на скоростта, прекомерно обратно налягане), което позволява бързо изключване при необичайни условия, за да се намалят рисковете. В съединенията на цилиндрите и краищата на валовете се използват лабиринтни уплътнения, а към извличащия отвор са добавени допълнителни уплътнителни пръстени, за да се сведе до минимум изтичането на пара и загубата на енергия.

Експлоатационните характеристики съчетават значителни предимства със специфични ограничения:

1. Основни предимства: Отлична енергийна ефективност — цялата отработена пара се използва за отопление, а координацията на топлинната енергия води до изключителна цялостна ефективност. Простата структура с малко потенциални точки на повреда позволява годишна работа от ≥8000 часа и контролируеми оперативни разходи. Замяната на децентрализираното енергийно снабдяване с когенерация намалява потреблението на изкопаеми горива и емисиите на замърсители, в съответствие с изискванията за ниски въглеродни емисии.

2. Експлоатационни ограничения: Придържа се към принципа „d"“ (производството на електроенергия следва топлинното търсене), което означава, че електрическото натоварване е силно свързано с общия поток на отоплителна пара и не може да се регулира независимо. Необходимо е свързване към мрежата или паралелна работа с други агрегати, за да се балансира предлагането и търсенето на електроенергия. Икономическите характеристики са оптимални в проектната точка; ефективността намалява при работа извън проектните граници, което го прави неподходящ за сценарии със сериозни колебания на натоварването.

Сценариите му на приложение са концентрирани в области със стабилни топлинни натоварвания и нужди от отопление с различни степени на налягане: Индустриалните електроцентрали за собствено потребление в сектори като химикали, производство на хартия и стомана осигуряват едновременно електричество, пара с високо и ниско налягане, намалявайки общото потребление на енергия. Регионалните топлоелектрически централи за градско отопление дават приоритет на отоплението с производство на електроенергия като допълнение през зимата и се адаптират към промишлените нужди от топлина през неотоплителни сезони за стабилна целогодишна работа. В рамките на разпределените енергийни системи, той може да помогне за изграждането на интегрирани системи за производство на електроенергия + отопление, подобрявайки автономността и гъвкавостта на енергоснабдяването за индустриални паркове и големи общности.

В сравнение с подобни типове турбини, разликите в сърцевината са значителни:

1. В сравнение с кондензационни парни турбини с екстракция: Типът с обратно налягане има налягане на отработените газове над атмосферното налягане, като всички отработени газове се използват за отопление и няма загуба на студ. Кондензационният тип има налягане на отработените газове под атмосферното налягане, като се изпускат в кондензатор за кондензация. Въпреки че съотношението топлина-мощност е регулируемо, енергийната му ефективност е по-ниска.

2. В сравнение с парни турбини с чисто противоналягане: Типът с чисто противоналягане може да осигури само пара с едно налягане за отопление, което ограничава приложимите му сценарии. Типът с екстракция добавя функцията за междинна екстракция, позволявайки едновременно подаване на пара с високо и ниско налягане, адаптирайки се към по-широк диапазон от изисквания.

В обобщение, парната турбина с обратно налягане за екстракция е високоефективна когенерационна единица за сценарии със стабилни топлинни товари. Въпреки че регулирането на електрическото натоварване е ограничено, с разумна системна интеграция и свързване към мрежата, тя може напълно да използва своите енергоспестяващи, екологични и надеждни характеристики. Тя осигурява ключова подкрепа за промишленото производство и енергоснабдяването на гражданите, заемайки важно място в нисковъглеродните енергийни системи.