Turbina a vapor de baixa temperatura e baixa pressão

Turbina a vapor de baixa temperatura e baixa pressão

Uma turbina a vapor de baixa temperatura e baixa pressão é um dispositivo de geração de energia térmica projetado para operar em condições de vapor com parâmetros reduzidos (baixa temperatura e baixa pressão). Seu principal valor reside na recuperação e conversão eficientes de energia térmica de baixa qualidade, tornando-a amplamente aplicável nos estágios finais de utilização de energia. Seu princípio de funcionamento baseia-se na expansão gradual do vapor através de pás de múltiplos estágios, convertendo energia térmica em energia mecânica. O vapor de exaustão, após realizar trabalho, é descarregado em um condensador onde se condensa em água, formando um ciclo de energia fechado. Isso efetivamente desbloqueia o valor de utilização de fontes de energia de baixa qualidade, como calor residual e energia geotérmica.

Padrões de parâmetros principais

O desempenho e a adequação de uma turbina a vapor de baixa temperatura e baixa pressão são determinados por diversos parâmetros-chave, que servem como base essencial para a seleção e otimização operacional, conforme detalhado a seguir:

1. Capacidade nominal: A faixa típica varia de dezenas a centenas de quilowatts. Pode ser personalizada de forma flexível de acordo com a escala do calor residual e as demandas de aquecimento, tornando-a adequada para cenários de recuperação de energia de pequena a média escala.

2. Eficiência Operacional: Depende principalmente do projeto do fluxo de produção, da precisão de fabricação dos componentes e da adequação às condições operacionais. A eficiência operacional convencional é ≥20% e pode ser ainda mais aprimorada pela otimização da coordenação entre os estágios.

3. Relação Refrigeração/Aquecimento: Esta é a relação entre a capacidade de refrigeração fornecida e o calor consumido por unidade de tempo, servindo como um indicador-chave para o balanço energético. Normalmente, é mantida acima de 1,5 para garantir a estabilidade da carga.

4. Parâmetros do Vapor: A pressão de entrada geralmente situa-se entre 0,1 e 0,4 MPa. As temperaturas de entrada e saída são adaptadas a condições de baixa temperatura. A compatibilidade precisa com a fonte de calor a montante e o equipamento de condensação a jusante é crucial para garantir a estabilidade operacional.

5. Velocidade nominal: Normalmente ≤3000 rpm, frequentemente correspondendo aos requisitos de velocidade dos geradores síncronos para alcançar a conversão estável de energia mecânica em energia elétrica.

Características estruturais

O projeto estrutural de turbinas a vapor de baixa temperatura e baixa pressão acomoda condições de operação com pressão negativa e parâmetros reduzidos. As principais características giram em torno do cilindro de baixa pressão e seus sistemas auxiliares, conforme descrito a seguir:

1. Posição estrutural e condições de operação: Em unidades multicilíndricas, corresponde à seção de cilindros de baixa pressão. Comparado aos cilindros de alta e média pressão, sua estrutura é maior e opera inteiramente sob condições de pressão negativa (vácuo), adaptando-se aos requisitos para o trabalho de expansão do vapor de exaustão.

2. Projeto do Componente Central: O cilindro de baixa pressão é o componente central, utilizando uma estrutura de revestimento soldada de dupla camada para lidar com flutuações de carga térmica. Ele é equipado com dispositivos de proteção, como quebra-vácuo, para evitar a entrada de ar, o que poderia levar a uma diminuição do nível de vácuo e a um aumento anormal da temperatura de exaustão.

3. Características das pás e do rotor: Em condições de baixa pressão, o volume específico do vapor aumenta drasticamente. As pás do estágio final requerem um projeto alongado para acomodar a grande vazão volumétrica e suportar cargas mecânicas mais elevadas. A raiz da pá emprega um projeto estrutural complexo, atendendo a rigorosos padrões de segurança industrial.

4. Sistema de Vedação: O ambiente de vácuo em ambas as extremidades do cilindro de baixa pressão o torna suscetível a vazamentos de ar, tornando o sistema de vedação do eixo crucial. As unidades modernas geralmente empregam sistemas de autovedação, que utilizam o vapor resfriado proveniente do vazamento das vedações do eixo dos cilindros de alta e média pressão como suprimento de vapor de vedação para as extremidades do eixo de baixa pressão. Essa abordagem equilibra a eficácia da vedação com a recuperação do calor residual.

5. Mecanismo de Proteção Operacional: O sistema depende do condensador para manter um alto vácuo, garantindo eficiência. Durante a partida ou em condições de baixa carga, uma vazão mínima de vapor de resfriamento de 5% a 10% da vazão de projeto deve ser mantida para evitar superaquecimento e danos ao cilindro de baixa pressão causados ​​pelo atrito com o ar.

Características operacionais

1. Alta eficiência e economia de energia: Projetado especificamente para energia térmica de baixa qualidade, ele pode recuperar totalmente recursos como calor residual industrial e energia geotérmica, que são difíceis de utilizar por meios convencionais, permitindo a utilização em cascata de energia sem desperdício adicional de energia.

2. Proteção Ambiental e Redução de Emissões: Ao recuperar o calor residual para substituir o consumo de combustíveis fósseis, reduz-se a emissão de gases de efeito estufa e poluentes. Isso está em consonância com as políticas ambientais de baixo carbono e apoia a transição da matriz energética.

3. Alta confiabilidade: O projeto estrutural é simples, com baixo desgaste e longa vida útil para os componentes principais. Os requisitos de manutenção diária são mínimos, permitindo a adaptação à operação contínua de longo prazo com custos operacionais controláveis.

Cenários de aplicação

Graças à sua adaptabilidade a parâmetros baixos e às vantagens em termos de eficiência e economia de energia, as turbinas a vapor de baixa temperatura e baixa pressão são amplamente utilizadas nos seguintes campos:

1. Cogeração (CHP): Adequada para projetos de cogeração de pequena e média escala, recuperando o calor residual da geração de energia para fins de aquecimento. Isso permite o fornecimento coordenado de energia elétrica e térmica, melhorando a eficiência energética geral.

2. Recuperação de calor residual industrial: Utilizada em indústrias como a química, a de papel e a siderúrgica, para recuperar o calor residual de baixa temperatura dos processos de produção e convertê-lo em energia mecânica ou elétrica, reduzindo assim o consumo de energia da empresa.

3. Geração de energia geotérmica: Adapta-se às características de baixo parâmetro dos recursos geotérmicos, convertendo a energia do vapor geotérmico em eletricidade para a utilização eficiente de energia limpa.

Em resumo, a turbina a vapor de baixa temperatura e baixa pressão centra-se na utilização eficiente de energia térmica de baixa qualidade, combinando vantagens como economia de energia, proteção ambiental e confiabilidade. Através da correspondência precisa de parâmetros e condições de operação, desempenha um papel insubstituível em sistemas de recuperação de energia e utilização em cascata, fornecendo importante suporte técnico para o desenvolvimento de indústrias de baixo carbono e energia limpa.