Turbină cu abur la temperatură joasă și presiune joasă

Turbină cu abur de joasă temperatură și joasă presiune

O turbină cu abur de joasă temperatură și joasă presiune este un dispozitiv termic conceput să funcționeze în condiții de abur cu parametri joase (temperatură joasă, presiune joasă). Valoarea sa fundamentală constă în recuperarea și conversia eficientă a energiei termice de joasă calitate, ceea ce o face aplicabilă pe scară largă în etapele terminale ale utilizării energiei. Principiul său de funcționare se bazează pe expansiunea treptată a aburului pe palete multi-etajate, transformând energia termică în energie mecanică. Aburul evacuat, după efectuarea lucrului mecanic, este evacuat într-un condensator unde se condensează în apă, formând un ciclu energetic închis. Acest lucru deblochează eficient valoarea de utilizare a surselor de energie de joasă calitate, cum ar fi căldura reziduală și energia geotermală.

Standarde ale parametrilor de bază

Performanța și adecvarea unei turbine cu abur de joasă temperatură și joasă presiune sunt determinate de mai mulți parametri cheie, care servesc drept bază esențială pentru selecție și optimizare operațională, așa cum este detaliat mai jos:

1. Capacitate nominală: Intervalul tipic este de la zeci la sute de kilowați. Poate fi personalizată flexibil în funcție de amploarea cerințelor de căldură reziduală și încălzire, fiind potrivită pentru scenarii de recuperare a energiei la scară mică și medie.

2. Eficiența operațională: Depinde în principal de proiectarea traseului de curgere, precizia de fabricație a componentelor și potrivirea condițiilor operaționale. Eficiența operațională convențională este ≥20% și poate fi îmbunătățită în continuare prin optimizarea coordonării între etape.

3. Raportul răcire-încălzire: Acesta este raportul dintre capacitatea de răcire furnizată și căldura consumată pe unitatea de timp, servind ca indicator cheie pentru bilanțul energetic. De obicei, este menținut peste 1,5 pentru a asigura stabilitatea sarcinii.

4. Parametrii aburului: Presiunea de intrare este în general între 0,1 și 0,4 MPa. Temperaturile de intrare/ieșire sunt adaptate condițiilor de temperatură scăzută. Potrivirea precisă cu sursa de căldură din amonte și echipamentul de condensare din aval este crucială pentru a asigura stabilitatea în funcționare.

5. Turație nominală: De obicei ≤3000 rpm, adesea corespunzând cerințelor de viteză ale generatoarelor sincrone pentru a realiza o conversie stabilă a energiei mecanice în energie electrică.

Caracteristici structurale

Proiectarea structurală a turbinelor cu abur la temperatură joasă și presiune joasă permite funcționarea în condiții de presiune negativă și parametri scăzuti. Caracteristicile principale se învârt în jurul cilindrului de joasă presiune și a sistemelor sale auxiliare, după cum urmează:

1. Poziția structurală și condițiile de funcționare: În unitățile cu mai mulți cilindri, aceasta corespunde secțiunii cilindrului de joasă presiune. Comparativ cu cilindrii de înaltă și medie presiune, structura sa este mai mare ca dimensiuni și funcționează în întregime în condiții de presiune negativă (vid), adaptându-se cerințelor pentru lucrările de expansiune a aburului de evacuare.

2. Proiectarea componentelor centrale: Cilindrul de joasă presiune este componenta centrală, utilizând o structură sudată cu strat dublu pentru a gestiona fluctuațiile de sarcină termică. Acesta este echipat cu dispozitive de protecție, cum ar fi întrerupătoare de vid, pentru a preveni pătrunderea aerului, ceea ce ar putea duce la o scădere a nivelului de vid și la o creștere anormală a temperaturii gazelor de eșapament.

3. Caracteristicile palei și rotorului: În condiții de presiune scăzută, volumul specific de abur crește dramatic. Palele din etapa finală necesită un design alungit pentru a se adapta debitului volumetric mare și a rezista la sarcini mecanice mai mari. Rădăcina palei utilizează un design structural complex, care respectă standarde stricte de siguranță industrială.

4. Sistem de etanșare: Mediul de vid de la ambele capete ale cilindrului de joasă presiune îl face susceptibil la scurgeri de aer, ceea ce face ca sistemul de etanșare a arborelui să fie crucial. Unitățile moderne utilizează adesea sisteme de autoetanșare, care utilizează abur răcit de scurgere de la etanșările arborelui cilindrilor de înaltă și intermediară presiune ca sursă de abur de etanșare pentru capetele arborelui de joasă presiune. Această abordare echilibrează eficacitatea etanșării cu recuperarea căldurii reziduale.

5. Mecanism de protecție funcțională: Sistemul se bazează pe condensator pentru a menține un vid ridicat pentru eficiență. În timpul pornirii sau în condiții de sarcină redusă, trebuie menținut un debit minim de abur de răcire de 5%-10% din debitul proiectat pentru a preveni supraîncălzirea și deteriorarea cilindrului de joasă presiune cauzată de frecarea la vânt.

Caracteristici operaționale

1. Eficiență ridicată și economie de energie: Conceput special pentru energia termică de calitate scăzută, poate recupera complet resurse precum căldura reziduală industrială și energia geotermală, care sunt dificil de utilizat prin mijloace convenționale, permițând utilizarea în cascadă a energiei fără risipă suplimentară de energie.

2. Protecția mediului și reducerea emisiilor: Prin recuperarea căldurii reziduale pentru a înlocui consumul de combustibili fosili, se reduc emisiile de gaze cu efect de seră și poluanți. Acest lucru se aliniază cu politicile de mediu cu emisii reduse de carbon și susține tranziția structurii energetice.

3. Fiabilitate ridicată: Designul structural este simplu, cu uzură redusă și durată lungă de viață a componentelor principale. Cerințele zilnice de întreținere sunt minime, permițând adaptarea la funcționarea continuă pe termen lung cu costuri operaționale controlabile.

Scenarii de aplicații

Valorificând adaptabilitatea la parametri reduși și avantajele în materie de eficiență și economisire a energiei, turbinele cu abur de joasă temperatură și joasă presiune sunt utilizate pe scară largă în următoarele domenii:

1. Cogenerare (CHP): Potrivită pentru proiecte de cogenerare la scară mică și medie, recuperând căldura reziduală din generarea de energie electrică în scopuri de încălzire. Aceasta permite furnizarea coordonată de energie electrică și termică, îmbunătățind eficiența energetică globală.

2. Recuperarea căldurii reziduale industriale: utilizată în industrii precum cea chimică, fabricarea hârtiei și oțelul, pentru a recupera căldura reziduală la temperatură scăzută din procesele de producție și a o converti în energie mecanică sau electrică, reducând astfel consumul de energie al întreprinderilor.

3. Generarea de energie geotermală: Se adaptează la caracteristicile cu parametri inferiori ale resurselor geotermale, transformând energia geotermală cu abur în electricitate pentru utilizarea eficientă a energiei curate.

În concluzie, turbina cu abur de joasă temperatură și joasă presiune se concentrează pe utilizarea eficientă a energiei termice de joasă calitate, combinând avantaje precum economisirea energiei, protecția mediului și fiabilitatea. Prin potrivirea precisă a parametrilor și a condițiilor de funcționare, aceasta joacă un rol de neînlocuit în sistemele de recuperare a energiei și de utilizare în cascadă, oferind un suport tehnic important pentru dezvoltarea industriilor cu emisii reduse de carbon și a energiei curate.