Turbina de contrapressão

Uma turbina a vapor com pressão de exaustão superior à pressão atmosférica é chamada de turbina a vapor de contrapressão. O vapor de exaustão pode ser usado para aquecimento ou fornecido a turbinas a vapor de média e baixa pressão existentes, substituindo as caldeiras de média e baixa pressão em usinas de energia mais antigas. Quando uma turbina a vapor de contrapressão é usada para fornecer vapor a turbinas de média e baixa pressão existentes, como substituta das caldeiras de média e baixa pressão em uma usina de energia mais antiga, ela também é chamada de turbina de topo. Essa abordagem não apenas aumenta a capacidade de geração de energia da usina original, mas também melhora sua eficiência térmica. A pressão de exaustão de projeto de uma turbina a vapor de contrapressão usada para aquecimento varia dependendo dos requisitos específicos de aquecimento. Para turbinas de topo, a contrapressão geralmente é superior a 5 MPa, determinada pelos parâmetros do vapor das unidades geradoras existentes. Após ser utilizado no sistema de aquecimento, o vapor de exaustão se condensa em água, que é então bombeada de volta para a caldeira como água de alimentação. Normalmente, nem toda a água condensada do sistema de aquecimento pode ser recuperada, o que exige água de alimentação suplementar.

Uma turbina a vapor de contrapressão é um tipo de turbina onde a pressão do vapor de exaustão é superior à pressão atmosférica. Seu princípio de funcionamento envolve a utilização de vapor em alta temperatura e alta pressão para acionar o rotor da turbina, gerando assim energia mecânica. Ao contrário das turbinas a vapor de condensação, o vapor de exaustão de uma turbina de contrapressão não é enviado diretamente para um condensador, mas sim direcionado para outros equipamentos ou processos industriais para posterior utilização. Esse projeto torna as turbinas a vapor de contrapressão altamente eficientes na utilização de energia, particularmente em aplicações como a cogeração.

Em termos de características operacionais, a geração de energia de uma turbina a vapor de contrapressão é determinada pela carga térmica. Sua produção elétrica varia com as mudanças na carga térmica, o que significa que ela não pode atender de forma independente às demandas flexíveis de calor e energia. Portanto, é adequada para cenários com cargas térmicas relativamente estáveis. Quando as flutuações da carga térmica são significativas, ela normalmente precisa operar em paralelo com turbinas a vapor de condensação, com as unidades de condensação lidando com as variações na carga elétrica.

As principais características de uma turbina a vapor de contrapressão incluem uma pressão de exaustão mais elevada, sendo que o vapor de exaustão pode ser utilizado para aquecimento ou outros fins industriais. Sua pressão de exaustão é relativamente alta (geralmente acima da pressão atmosférica). Após a expansão e a realização de trabalho entre os estágios, o vapor é descarregado a uma pressão mais alta. O calor contido no vapor de exaustão é totalmente aproveitado pelos usuários térmicos, eliminando assim a perda por fonte fria associada às turbinas a vapor de condensação e resultando em maior eficiência térmica. Estruturalmente, sua seção de alta pressão é semelhante à de uma turbina a vapor de condensação, frequentemente empregando um sistema de controle por bocal para a distribuição do vapor e tipicamente utilizando um estágio de impulso de fileira única como estágio de controle.

Como o vapor de escape não é condensado, a perda de calor é reduzida, resultando em maior eficiência térmica geral. Além disso, as turbinas de contrapressão possuem uma estrutura relativamente simples e custos de manutenção mais baixos. No entanto, sua flexibilidade operacional é limitada, pois a pressão de escape deve estar alinhada com os requisitos dos equipamentos a jusante que consomem vapor; caso contrário, a estabilidade do sistema pode ser afetada.

Em termos de aplicação e eficiência econômica, as turbinas a vapor de contrapressão são comumente utilizadas em cenários que exigem o fornecimento simultâneo de eletricidade e calor. Elas são amplamente empregadas em cogeração e recuperação de calor residual industrial, reduzindo efetivamente o consumo de carvão para geração de energia e conservando energia. No entanto, sua capacidade de adaptação às variações de carga é relativamente baixa. A eficiência pode diminuir em condições de baixa carga térmica, e os parâmetros de exaustão devem atender às necessidades do usuário. A seleção dos parâmetros iniciais (como pressão e temperatura) requer uma análise abrangente dos fatores econômicos e de segurança.