Köztes újramelegítő turbina

Köztes újramelegítő gőzturbina

A közbenső újrahevítő gőzturbina egy olyan energiatermelő egység, amely gőz-újrahevítő technológiát alkalmaz a hőhatásfok növelése érdekében, elsősorban nagyméretű hőerőművekben és kapcsolt hő- és villamosenergia-termelő (CHP) rendszerekben alkalmazzák. A berendezés úgy működik, hogy a részben expandált gőzt a nagynyomású hengerből a kazán utánhevítőjébe vezeti vissza másodlagos fűtés céljából. Miután a hőmérséklete visszaállt a kezdeti paraméterek közelébe, a gőz a közbenső és az alacsony nyomású hengerekbe kerül, hogy folytassa a munkát, végül pedig a kondenzátorba távozik, hogy befejezze az energiaátalakítási ciklust.

Ez a turbinaegység többhengeres szerkezeti kialakítású, amely nagynyomású, középnyomású és alacsony nyomású hengerekből áll. Az utolsó fokozat lapátjai akár 1,5 méter hosszúak is lehetnek, hogy alkalmazkodjanak az alacsony nyomású, nagy térfogatú áramlási üzemi feltételekhez. Az újramelegítési ciklus segít a gőz nedvességtartalmának elfogadható tartományon belül tartásában, ami javítja a turbina relatív belső hatásfokát és fokozza az utolsó fokozat lapátjainak munkakörülményeit. A rendszer a kazánnal és a kondenzátorral együtt egy Rankine-ciklust alkot, amely meghaladja a 45%-os összhatásfokot.

A közbenső újrahevítő gőzturbinák működési elve: A turbinába belépő gőz egy bizonyos nyomásig kitágul, majd teljes egészében elszívja és a kazán utánhevítőjébe küldi fűtésre. Ezután visszakerül a turbinába, hogy folytassa a tágulást és munkát végezzen. A kondenzációs turbinákhoz és a szabályozott elszívású turbinákhoz képest a közbenső újrahevítő turbina egyetlen szerkezeti különbsége a közbenső újrahevítő rendszerében rejlik, amely jelentős méretű. Továbbá a közbenső és az alacsony nyomású hengereken áthaladó utánhevített gőz által termelt energia a teljes egység teljesítményének körülbelül kétharmadát teszi ki. Következésképpen terheléskiesés esetén a turbina e tulajdonság miatt súlyos túlpörgésnek van kitéve.

A közbenső újrahevítő gőzturbina jelentősen optimalizálja az energiaátalakítási folyamatot azáltal, hogy egy utánhevítőt épít be a nagynyomású henger és a közbenső/kisnyomású hengerek közé. A nagynyomású hengerben részben kitágult gőzt a kazánba irányítják, ahol újrahevítik a kezdeti értékéhez közeli hőmérsékletre, mielőtt a következő hengerekbe juttatnák további munkálatok céljából.

A főbb jellemzők a következők:

1. Fokozott hőhatékonyság és gazdaságosság: Az újramelegítési folyamat növeli a gőz munkaképességét, csökkenti a hidegforrás veszteségeit, 45% fölé emeli a ciklus hatékonyságát, és hosszú távú üzemeltetés során csökkenti a villamosenergia-költségeket.

2. Csökkentett nedvességtartalom és eróziós kockázat a végső fokozatú pengéken: Az újramelegítés javítja a gőz szárazságát, hatékonyan szabályozza a kipufogógáz nedvességtartalmát, mérsékli az eróziót a végső fokozatú pengéken, és meghosszabbítja a berendezés élettartamát.

3. Szerkezeti komplexitás és többhengeres kialakítás: Nagynyomású, középnyomású és kisnyomású hengerek, valamint az összekötő csövek konfigurációját igényli, ami magas szintű rendszerintegrációt eredményez. Nagy kapacitású egységekhez alkalmas (pl. 200 MW felett).

4. Szabályozási jellemzők és szabályozási kihívások: A terheléselutasítás során az újramelegítő csővezetékben tárolt gőz gyors sebességnövekedést okozhat, ami szükségessé teszi a közbenső nyomású palackok fő elzárószelepeit/szabályozó szelepeit, bypass rendszereket és dinamikus túlnyitási szabályozási stratégiákat a stabilitás biztosítása érdekében.

5. Alkalmazási forgatókönyvek és kapacitásskálázás: Elsősorban nagy paraméterű, nagy hőerőművekben és kapcsolt hő- és villamosenergia-termelő rendszerekben használják. A tervek tartalmazhatnak egy vagy két újramelegítő fokozatot a különböző nyomásszintekhez (pl. 12 MPa-t meghaladó kezdeti gőznyomás), ami az egyegységes kapacitás felső határát feszegeti.

A gőzexpanziós folyamatba egy újramelegítő ciklus bevezetésével a közbenső újramelegítő gőzturbina jelentősen javítja a termodinamikai ciklus hatékonyságát és a működési jellemzőket. Fő funkciói közé tartozik a termikus hatásfok növelése, a gőz nedvességtartalmának szabályozása, a teljesítmény növelése és a végső fokozatú lapátok munkakörülményeinek optimalizálása.

1. A hőhatásfok javítása: Ez a technológia magában foglalja a nagynyomású hengerben lévő munka utáni gőz visszavezetését a kazán utómelegítőjébe, ahol másodlagosan felmelegszik közel kezdeti hőmérsékletre, majd a közbenső és az alacsony nyomású hengerekbe engedik a további expanzió érdekében. Ez hatékonyan növeli az alacsony nyomású henger entalpiaesését, csökkenti a hidegforrás veszteségeit, és a teljes ciklus hőhatásfokát 45% fölé emeli, így különösen alkalmas nagy kapacitású hőerőművekhez.

2. A gőz nedvességtartalmának szabályozása: A gőznyomás növekedésével az egyszerű izentropikus expanzió magasabb kipufogógáz-nedvességszintet eredményez, ami vízcseppek okozta eróziós károkat okoz. A közbenső újramelegítés jelentősen csökkenti a végső nedvességtartalmat az expanzió után azáltal, hogy a másodlagos melegítés révén visszaállítja a túlhevítést, ezáltal mérsékli az eróziót az utolsó fokozatú lapátokon és meghosszabbítja a berendezés élettartamát.

3. A teljesítmény és az alkalmazkodóképesség növelése: Az újramelegítési ciklus lehetővé teszi, hogy a gőz több energiát szabadítson fel a közbenső és alacsony nyomású hengerekben, javítva az egység relatív belső hatásfokát és a teljes teljesítményt. Ezzel egyidejűleg a rendszer optimalizálja a terhelésreakciót a közbenső nyomásszabályozó szelepek és a bypass rendszerek segítségével, megakadályozza a túlpörgést terheléselutasításkor, és megoldja a gőzellátás és -kereslet közötti eltéréseket a turbina és a kazán között alacsony terhelések esetén.

4. Az utolsó fokozatú pengék munkakörülményeinek optimalizálása: A nedvességtartalom szabályozásával az alacsony nyomású hengerben a tágulási folyamat simábbá válik, csökkentve a cseppek becsapódását és javítva az utolsó fokozatú pengék (amelyek elérhetik az 1,5 méter hosszúságot) működési környezetét, ezáltal növelve az üzembiztonságot.