Turbina de contrapresión de extracción

Turbina de vapor de contrapresión de extracción

La turbina de vapor de extracción con contrapresión es un equipo térmico esencial para la cogeneración (CHP). Su principal ventaja reside en la integración de las funciones de extracción intermedia de vapor y escape con contrapresión. Permite extraer vapor a una presión predeterminada para abastecer a usuarios con parámetros altos, a la vez que utiliza todo el vapor de escape final, con una contrapresión superior a la atmosférica, para calefacción a baja presión. Esto logra un uso eficiente en cascada de la energía del vapor sin pérdidas de la fuente de frío del condensador. Como equipo clave en la producción industrial y los sistemas de calefacción urbana urbana, se adapta con precisión a las demandas de calor de los usuarios con diferentes grados de presión, equilibrando una alta eficiencia energética con una alta estabilidad, y ofrece un valor de aplicación significativo en sistemas de suministro de energía con bajas emisiones de carbono.

Su principio de funcionamiento se centra en el aprovechamiento gradual de la energía del vapor, con un proceso claro y controlable: el vapor fresco entra en la sección de alta presión a través de la carcasa de entrada, se expande y realiza trabajo mediante la interacción de boquillas y álabes móviles, impulsando el rotor para generar energía mecánica. Una parte del vapor se extrae del puerto de extracción intermedio para abastecer a los usuarios de alta presión, con la presión de extracción estabilizada por un regulador de presión (desviación ≤ ±0,05 MPa). El vapor restante entra en la sección de baja presión para continuar realizando trabajo, y finalmente se descarga a una contrapresión de 0,12-0,4 MPa para satisfacer las demandas de calefacción y procesos de baja presión. El flujo se divide en secciones de alta y baja presión. El flujo de vapor a través de la sección de baja presión se puede regular mediante válvulas de control, con un rango de ajuste del 30 % al 100 % del caudal nominal, equilibrando la estabilidad del suministro de energía y la eficiencia económica.

La idoneidad y el rendimiento de la unidad están determinados por sus parámetros de diseño básicos, que requieren una atención clave durante la selección:

1. Parámetros de extracción y contrapresión: Presión de extracción: 0,3–1,5 MPa; Contrapresión: 0,12–0,4 MPa (por encima de la presión atmosférica). Estos parámetros se pueden ajustar con precisión según las necesidades del usuario de calor.

2. Capacidad nominal: desde varios cientos de kilovatios hasta decenas de megavatios, adaptable a diferentes escenarios de escala, como plantas de energía cautivas industriales y plantas de energía térmica regionales.

3. Eficiencia térmica: Sin pérdida de fuente de frío, la eficiencia térmica general es ≥80 %. Su rendimiento económico es significativamente superior al de las turbinas de condensación convencionales en condiciones de carga térmica estable.

4. Precisión de regulación: El control preciso de la presión y del caudal de extracción garantiza la idoneidad de los parámetros y la adaptación a pequeñas fluctuaciones de carga.

El diseño estructural se ajusta al requisito de suministro de energía dual, con características clave centradas en la estabilidad y la eficiencia: Los componentes clave incluyen la carcasa de entrada, el conjunto de boquillas, el cilindro, el rotor, el puerto de extracción y los mecanismos de control. El puerto de extracción está equipado con dispositivos de sellado para evitar fluctuaciones de parámetros. Un rotor forjado integral mejora la resistencia a la fatiga. Los álabes de las secciones de alta y baja presión se personalizan según sea necesario, con raíces conectadas mediante espigas para aumentar la capacidad de carga. Se han instalado dispositivos de regulación dual y protecciones de enclavamiento (sobrevelocidad, contrapresión excesiva), lo que permite un apagado rápido en condiciones anormales para mitigar riesgos. Se utilizan sellos laberínticos en las juntas del cilindro y los extremos del eje, y se han añadido anillos de sellado adicionales al puerto de extracción para minimizar las fugas de vapor y la pérdida de energía.

Las características operativas combinan ventajas significativas con limitaciones específicas:

1. Ventajas principales: Excelente eficiencia energética: todo el vapor de escape se utiliza para calefacción, y la coordinación entre calor y energía resulta en una eficiencia integral excepcional. Su estructura simple, con pocos puntos de fallo potenciales, permite un funcionamiento anual de ≥8000 horas y costos operativos controlables. La sustitución del suministro de energía descentralizado por cogeneración reduce el consumo de combustibles fósiles y las emisiones contaminantes, cumpliendo con los requisitos de bajas emisiones de carbono.

2. Limitaciones operativas: Se adhiere al principio de que la generación de energía sigue la demanda de calor, lo que significa que la carga eléctrica está fuertemente acoplada al flujo total de vapor de calefacción y no puede regularse de forma independiente. Es necesaria la conexión a la red o el funcionamiento en paralelo con otras unidades para equilibrar la oferta y la demanda de energía. El rendimiento económico es óptimo en el punto de diseño; la eficiencia disminuye al operar fuera de diseño, lo que lo hace inadecuado para escenarios con fluctuaciones de carga severas.

Sus escenarios de aplicación se concentran en campos con cargas térmicas estables y demandas de calefacción multipresión: las centrales eléctricas industriales cautivas en sectores como el químico, el papelero y el siderúrgico proporcionan simultáneamente electricidad, vapor a alta y baja presión, lo que reduce el consumo energético total. Las centrales térmicas regionales para calefacción urbana urbana priorizan la calefacción con generación de energía como complemento en invierno y se adaptan a las demandas de calor industrial en temporadas sin calefacción para un funcionamiento estable durante todo el año. En sistemas de energía distribuida, puede ayudar a construir sistemas integrados de generación de energía y calefacción, mejorando la autonomía y la flexibilidad del suministro energético para parques industriales y grandes comunidades.

En comparación con tipos de turbinas similares, las diferencias principales son significativas:

1. Comparación con las turbinas de vapor de condensación por extracción: El tipo de contrapresión tiene una presión de escape superior a la atmosférica, utilizándose íntegramente para calefacción y sin pérdidas de la fuente de frío. El tipo de condensación tiene una presión de escape inferior a la atmosférica, descargándose en un condensador para la condensación. Si bien su relación calor-energía es ajustable, su eficiencia energética es menor.

2. Comparación con las turbinas de vapor de contrapresión pura: El tipo de contrapresión pura solo puede proporcionar vapor de una sola presión para calefacción, lo que limita sus aplicaciones. El tipo de extracción añade la función de extracción intermedia, lo que permite el suministro simultáneo de vapor de alta y baja presión, adaptándose a una gama más amplia de demandas.

En resumen, la turbina de vapor de contrapresión de extracción es una unidad de cogeneración de alta eficiencia para escenarios con cargas térmicas estables. Si bien su regulación de la carga eléctrica es limitada, con una integración razonable del sistema y la conexión a la red, puede aprovechar al máximo sus características de ahorro energético, respeto al medio ambiente y fiabilidad. Proporciona un apoyo crucial para la producción industrial y el suministro de energía civil, ocupando un lugar destacado en los sistemas energéticos con bajas emisiones de carbono.