Turbina de contrapresión

Una turbina de vapor con una presión de escape superior a la atmosférica se denomina turbina de vapor de contrapresión. El vapor de escape puede utilizarse para calefacción o suministrarse a turbinas de vapor de media y baja presión existentes para sustituir las calderas de media y baja presión en centrales eléctricas antiguas. Cuando una turbina de vapor de contrapresión se utiliza para suministrar vapor a turbinas de media y baja presión existentes como sustitución de las calderas de media y baja presión en una central eléctrica antigua, también se denomina turbina de topping. Este enfoque no solo aumenta la capacidad de generación de energía de la central original, sino que también mejora su eficiencia térmica. La presión de escape de diseño de una turbina de vapor de contrapresión utilizada para calefacción varía en función de las necesidades específicas de calefacción. En las turbinas de topping, la contrapresión suele ser superior a 5 MPa, determinada por los parámetros de vapor de las unidades generadoras existentes. Tras su uso en el sistema de calefacción, el vapor de escape se condensa en agua, que se bombea de vuelta a la caldera como agua de alimentación. Normalmente, no se puede recuperar toda el agua condensada del sistema de calefacción, por lo que se requiere agua de alimentación adicional.

Una turbina de vapor de contrapresión es un tipo de turbina donde la presión del vapor de escape es superior a la presión atmosférica. Su principio de funcionamiento consiste en utilizar vapor a alta temperatura y alta presión para impulsar el rotor de la turbina, generando así energía mecánica. A diferencia de las turbinas de vapor de condensación, el vapor de escape de una turbina de contrapresión no se envía directamente a un condensador, sino que se transporta a otros equipos o procesos industriales para su posterior utilización. Este diseño confiere a las turbinas de vapor de contrapresión una alta eficiencia energética, especialmente en aplicaciones como la cogeneración.

En términos de características operativas, la generación de energía de una turbina de vapor de contrapresión está determinada por la carga térmica. Su potencia eléctrica varía con los cambios en la carga térmica, lo que significa que no puede satisfacer de forma independiente la demanda flexible de calor y energía. Por lo tanto, es adecuada para escenarios con cargas térmicas relativamente estables. Cuando las fluctuaciones de la carga térmica son significativas, generalmente necesita operar en paralelo con turbinas de vapor de condensación, donde las unidades condensadoras gestionan las variaciones de la carga eléctrica.

Las principales características de una turbina de vapor de contrapresión incluyen una mayor presión de escape, que permite utilizar el vapor de escape para calefacción u otros fines industriales. Su presión de escape es relativamente alta (normalmente superior a la atmosférica). Tras expandirse y realizar trabajo entre etapas, el vapor se descarga a mayor presión. El calor contenido en el vapor de escape es aprovechado en su totalidad por los usuarios térmicos, eliminando así la pérdida de frío asociada a las turbinas de vapor de condensación y resultando en una mayor eficiencia térmica. Estructuralmente, su sección de alta presión es similar a la de una turbina de vapor de condensación, empleando a menudo un regulador de toberas para la distribución del vapor y, por lo general, una etapa de impulsión de una sola fila como etapa reguladora.

Dado que el vapor de escape no se condensa, se reduce la pérdida de calor, lo que resulta en una mayor eficiencia térmica general. Además, las turbinas de contrapresión tienen una estructura relativamente simple y menores costos de mantenimiento. Sin embargo, su flexibilidad operativa es limitada, ya que la presión de escape debe ajustarse a los requisitos de los equipos consumidores de vapor aguas abajo; de lo contrario, la estabilidad del sistema podría verse afectada.

En términos de aplicación y eficiencia económica, las turbinas de vapor de contrapresión se utilizan comúnmente en escenarios que requieren el suministro simultáneo de electricidad y calor. Se emplean ampliamente en la cogeneración y la recuperación de calor residual industrial, reduciendo eficazmente el consumo de carbón para la generación de energía y ahorrando energía. Sin embargo, su capacidad de adaptación a los cambios de carga es relativamente baja. La eficiencia puede disminuir en condiciones de baja carga térmica, y los parámetros de escape deben ajustarse a los requisitos del usuario. La selección de los parámetros iniciales (como la presión y la temperatura) requiere una consideración exhaustiva de factores económicos y de seguridad.