Turbina de contrapressão de extração

Turbina a vapor de contrapressão para extração

A turbina a vapor de contrapressão com extração é um equipamento térmico fundamental para sistemas de cogeração (CHP). Sua principal vantagem reside na integração das funções de extração de vapor intermediário e exaustão por contrapressão. Ela pode extrair vapor a uma pressão predeterminada para atender às demandas de usuários com parâmetros elevados, enquanto simultaneamente utiliza todo o vapor de exaustão final, que possui uma contrapressão superior à pressão atmosférica, para aquecimento a baixa pressão. Isso permite o aproveitamento eficiente da energia do vapor em cascata, sem perdas na fonte fria do condensador. Como um equipamento essencial em sistemas de produção industrial e aquecimento urbano, ela se adapta precisamente às demandas de calor de usuários com diferentes níveis de pressão, equilibrando alta eficiência energética com alta estabilidade, e oferece significativo valor de aplicação em sistemas de fornecimento de energia de baixo carbono.

Seu princípio de funcionamento se baseia na utilização gradual da energia do vapor, apresentando um processo claro e controlável: o vapor fresco entra na seção de alta pressão através da carcaça de entrada, expande-se e realiza trabalho por meio da interação de bicos e pás móveis, acionando o rotor para gerar energia mecânica. Uma porção do vapor é extraída pela porta de extração intermediária para abastecer os usuários de alta pressão, com a pressão de extração estabilizada por um regulador de pressão (desvio ≤ ±0,05 MPa). O vapor restante entra na seção de baixa pressão para continuar realizando trabalho, sendo finalmente liberado a uma contrapressão de 0,12–0,4 MPa para atender às demandas de aquecimento ambiente e processos de baixa pressão. O fluxo de vapor é dividido em seções de alta e baixa pressão. A vazão de vapor na seção de baixa pressão pode ser regulada por meio de válvulas de controle, com uma faixa de ajuste de 30% a 100% da vazão nominal, equilibrando a estabilidade do fornecimento de energia e a eficiência econômica.

A adequação e o desempenho da unidade são determinados pelos seus principais parâmetros de projeto, que exigem atenção especial durante a seleção:

1. Parâmetros de Extração e Contrapressão: Pressão de extração: 0,3–1,5 MPa; Contrapressão: 0,12–0,4 MPa (acima da pressão atmosférica). Estes parâmetros podem ser ajustados com precisão de acordo com as necessidades do usuário.

2. Capacidade nominal: Variando de algumas centenas de quilowatts a dezenas de megawatts, adaptável a diferentes cenários de escala, como usinas de energia cativa industriais e usinas termelétricas regionais.

3. Eficiência Térmica: Sem perdas na fonte de frio, a eficiência térmica global é ≥80%. Seu desempenho econômico é significativamente superior ao das turbinas de condensação convencionais em condições de carga térmica estáveis.

4. Precisão de Regulação: O controle preciso da pressão e da vazão de extração garante a adequação dos parâmetros e a adaptação a pequenas flutuações de carga.

O projeto estrutural está alinhado com o requisito de fornecimento de energia dupla, com características essenciais focadas em estabilidade e eficiência: os componentes principais incluem a carcaça de entrada, o conjunto do bocal, o cilindro, o rotor, a porta de extração e os mecanismos de controle. A porta de extração é equipada com dispositivos de vedação para evitar flutuações de parâmetros. Um rotor forjado integral aumenta a resistência à fadiga. As pás para as seções de alta e baixa pressão são personalizadas conforme necessário, com raízes conectadas por encaixe para aumentar a capacidade de carga. Dispositivos de regulação dupla e proteções intertravadas (sobrevelocidade, contrapressão excessiva) são instalados, permitindo o desligamento rápido durante condições anormais para mitigar riscos. Vedações labirínticas são usadas nas juntas do cilindro e nas extremidades do eixo, e anéis de vedação adicionais são adicionados à porta de extração para minimizar vazamentos de vapor e perda de energia.

As características operacionais combinam vantagens significativas com limitações específicas:

1. Principais vantagens: Excelente eficiência energética — todo o vapor de exaustão é utilizado para aquecimento, e a coordenação entre calor e energia resulta em uma eficiência geral excepcional. A estrutura simples, com poucos pontos de falha potenciais, permite uma operação anual de ≥8.000 horas e custos operacionais controláveis. A substituição do fornecimento de energia descentralizado por cogeração reduz o consumo de combustíveis fósseis e as emissões de poluentes, estando em consonância com os requisitos de baixo carbono.

2. Limitações Operacionais: Adere ao princípio de que a geração de energia segue a demanda de calor, o que significa que a carga elétrica está fortemente acoplada ao fluxo total de vapor de aquecimento e não pode ser regulada independentemente. A conexão à rede ou a operação em paralelo com outras unidades é necessária para equilibrar a oferta e a demanda de energia. O desempenho econômico é ótimo no ponto de projeto; a eficiência diminui quando se opera fora do ponto de projeto, tornando-o inadequado para cenários com severas flutuações de carga.

Suas aplicações se concentram em setores com cargas térmicas estáveis ​​e demandas de aquecimento em múltiplos níveis de pressão: usinas termelétricas industriais em setores como o químico, o de papel e o siderúrgico fornecem eletricidade, vapor de alta pressão e de baixa pressão simultaneamente, reduzindo o consumo total de energia. Usinas termelétricas regionais para aquecimento urbano priorizam o aquecimento, com geração de energia como complemento no inverno, e se adaptam às demandas de calor industrial em épocas de baixa demanda, garantindo operação estável durante todo o ano. Em sistemas de energia distribuída, a tecnologia pode auxiliar na construção de sistemas integrados de geração de energia e aquecimento, aumentando a autonomia e a flexibilidade do fornecimento de energia para parques industriais e grandes comunidades.

Em comparação com turbinas semelhantes, as principais diferenças são significativas:

1. Comparação entre turbinas a vapor de condensação e de extração: O tipo de contrapressão tem pressão de exaustão acima da pressão atmosférica, com todo o calor residual sendo utilizado para aquecimento e sem perda de fonte fria. O tipo de condensação tem pressão de exaustão abaixo da pressão atmosférica, descarregando em um condensador para condensação. Embora sua relação calor-potência seja ajustável, sua eficiência energética é menor.

2. Comparação com turbinas a vapor de contrapressão pura: O tipo de contrapressão pura só pode fornecer vapor com uma única pressão para aquecimento, limitando seus cenários de aplicação. O tipo de extração adiciona a função de extração intermediária, permitindo o fornecimento simultâneo de vapor de alta e baixa pressão, adaptando-se a uma gama mais ampla de demandas.

Em resumo, a turbina a vapor de contrapressão com extração é uma unidade de cogeração de alta eficiência para cenários com cargas térmicas estáveis. Embora sua regulação de carga elétrica seja limitada, com integração adequada ao sistema e conexão à rede, ela pode aproveitar ao máximo suas características de economia de energia, respeito ao meio ambiente e confiabilidade. Ela fornece suporte crucial para a produção industrial e o fornecimento de energia civil, ocupando uma posição significativa dentro dos sistemas de energia de baixo carbono.