توربین بازگرمایش میانی

توربین بخار با گرمایش مجدد میانی

توربین بخار بازگرمایش میانی یک واحد تولید برق است که از فناوری بازگرمایش بخار برای افزایش راندمان حرارتی استفاده می‌کند و عمدتاً در نیروگاه‌های حرارتی در مقیاس بزرگ و سیستم‌های ترکیبی گرما و برق (سی اچ پی) مورد استفاده قرار می‌گیرد. این تجهیزات با بازگرداندن بخار تا حدی منبسط شده از سیلندر فشار بالا به بازگرمکن دیگ بخار برای گرمایش ثانویه عمل می‌کنند. پس از اینکه دمای آن به پارامترهای اولیه نزدیک شد، بخار به سیلندرهای فشار متوسط ​​و فشار پایین هدایت می‌شود تا به کار خود ادامه دهد و در نهایت برای تکمیل چرخه تبدیل انرژی به کندانسور تخلیه می‌شود.

این واحد توربین از یک طراحی ساختاری چند سیلندری شامل سیلندرهای فشار بالا، فشار متوسط ​​و فشار پایین بهره می‌برد. طول پره‌های مرحله نهایی می‌تواند تا ۱.۵ متر برسد تا شرایط عملیاتی جریان کم فشار و پرحجم را فراهم کند. چرخه گرمایش مجدد به کنترل رطوبت بخار در محدوده قابل قبول کمک می‌کند، که باعث بهبود راندمان داخلی نسبی توربین و بهبود شرایط کاری پره‌های مرحله نهایی می‌شود. این سیستم، همراه با دیگ بخار و کندانسور، یک چرخه رانکین را تشکیل می‌دهد و به راندمان کلی بیش از ۴۵٪ می‌رسد.

اصول کار توربین‌های بخار با گرمایش مجدد میانی: بخار ورودی به توربین تا فشار خاصی منبسط می‌شود، پس از آن کاملاً استخراج شده و برای گرم کردن به گرمکن مجدد بویلر فرستاده می‌شود. سپس برای ادامه انبساط و انجام کار به توربین بازگردانده می‌شود. در مقایسه با توربین‌های چگالشی و توربین‌های استخراج کنترل‌شده، تنها تفاوت ساختاری یک توربین با گرمایش مجدد میانی در سیستم گرمایش مجدد میانی آن است که از نظر مقیاس قابل توجه است. علاوه بر این، توان تولید شده توسط بخار گرم شده که از سیلندرهای فشار متوسط ​​و پایین عبور می‌کند، تقریباً دو سوم از کل خروجی واحد را تشکیل می‌دهد. در نتیجه، در طول یک رویداد رد بار، توربین به دلیل این ویژگی مستعد سرعت بیش از حد شدید است.

توربین بخار بازگرمایش میانی با تعبیه یک بازگرمکن بین سیلندر فشار بالا و سیلندرهای فشار متوسط/کم، فرآیند تبدیل انرژی را به طور قابل توجهی بهینه می‌کند. بخاری که در سیلندر فشار بالا تا حدی منبسط شده است، قبل از ورود به سیلندرهای بعدی برای کار بیشتر، برای بازگرمایش تا دمایی نزدیک به مقدار اولیه خود به دیگ بخار هدایت می‌شود.

ویژگی‌های اصلی عبارتند از:

۱. افزایش راندمان حرارتی و عملکرد اقتصادی: فرآیند گرمایش مجدد، ظرفیت کاری بخار را افزایش می‌دهد، تلفات منبع سرما را کاهش می‌دهد، راندمان چرخه را به بیش از ۴۵٪ می‌رساند و هزینه تراز شده برق را در طول عملیات طولانی مدت کاهش می‌دهد.

۲. کاهش رطوبت و خطر فرسایش در پره‌های مرحله نهایی: گرمایش مجدد، خشکی بخار را بهبود می‌بخشد، رطوبت خروجی را به طور مؤثر کنترل می‌کند، فرسایش روی پره‌های مرحله نهایی را کاهش می‌دهد و عمر مفید تجهیزات را افزایش می‌دهد.

۳. پیچیدگی ساختاری و طراحی چند سیلندری: نیاز به پیکربندی سیلندرهای فشار بالا، فشار متوسط ​​و فشار پایین به همراه لوله‌کشی‌های متصل به هم دارد که منجر به یکپارچگی بالای سیستم می‌شود. مناسب برای واحدهای با ظرفیت بالا (مثلاً بالای ۲۰۰ مگاوات).

۴. ویژگی‌های تنظیم و چالش‌های کنترل: بخار ذخیره شده در لوله‌های گرمایش مجدد در طول دفع بار می‌تواند باعث افزایش سریع سرعت شود و برای اطمینان از پایداری، به شیرهای قطع/وصل اصلی سیلندر با فشار متوسط، سیستم‌های بای‌پس و استراتژی‌های کنترل بیش از حد باز شدن پویا نیاز دارد.

۵. سناریوهای کاربردی و مقیاس‌بندی ظرفیت: عمدتاً در نیروگاه‌های حرارتی بزرگ با پارامترهای بالا و سیستم‌های سی اچ پی استفاده می‌شود. طرح‌ها ممکن است شامل مراحل بازگرمایش تکی یا دوتایی باشند تا با سطوح فشار مختلف (مثلاً فشار بخار اولیه بیش از ۱۲ مگاپاسکال) مطابقت داشته باشند و حد بالایی ظرفیت تک واحدی را افزایش دهند.

با وارد کردن یک چرخه بازگرمایش در فرآیند انبساط بخار، توربین بخار بازگرمایش میانی به طور قابل توجهی راندمان چرخه ترمودینامیکی را بهبود بخشیده و ویژگی‌های عملیاتی را افزایش می‌دهد. وظایف اصلی آن شامل افزایش راندمان حرارتی، کنترل رطوبت بخار، افزایش توان خروجی و بهینه‌سازی شرایط کاری پره مرحله نهایی است.

۱. بهبود راندمان حرارتی: این فناوری شامل بازگرداندن بخار پس از استخراج کار در سیلندر فشار بالا به گرمکن دیگ بخار برای گرمایش ثانویه تا دمای نزدیک به دمای اولیه و سپس انتقال آن به سیلندرهای فشار متوسط ​​و کم برای انبساط مداوم است. این امر به طور مؤثر افت آنتالپی در سیلندر فشار کم را افزایش می‌دهد، تلفات منبع سرما را کاهش می‌دهد و راندمان حرارتی کلی چرخه را به بیش از ۴۵٪ افزایش می‌دهد، که آن را به ویژه برای واحدهای حرارتی با ظرفیت بالا مناسب می‌کند.

۲. کنترل رطوبت بخار: با افزایش فشار بخار، انبساط ساده آیزنتروپیک منجر به افزایش رطوبت خروجی می‌شود که باعث آسیب فرسایش قطرات آب می‌شود. بازگرمایش میانی با بازیابی سوپرهیت از طریق گرمایش ثانویه، میزان رطوبت نهایی پس از انبساط را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد و در نتیجه فرسایش روی پره‌های مرحله نهایی را کاهش داده و عمر تجهیزات را افزایش می‌دهد.

۳. افزایش توان خروجی و سازگاری: چرخه گرمایش مجدد به بخار اجازه می‌دهد تا انرژی بیشتری را در سیلندرهای فشار متوسط ​​و پایین آزاد کند و راندمان داخلی نسبی و توان خروجی کل واحد را بهبود بخشد. همزمان، سیستم از طریق شیرهای کنترل فشار متوسط ​​و سیستم‌های بای‌پس، پاسخ بار را بهینه می‌کند، از سرعت بیش از حد در هنگام رد بار جلوگیری می‌کند و عدم تطابق عرضه و تقاضای بخار بین توربین و دیگ بخار را در بارهای کم برطرف می‌کند.

۴. بهینه‌سازی شرایط کار تیغه مرحله نهایی: با کنترل میزان رطوبت، فرآیند انبساط در سیلندر کم‌فشار روان‌تر می‌شود، ضربه قطرات کاهش می‌یابد و محیط عملیاتی برای تیغه‌های مرحله نهایی (که می‌توانند به طول ۱.۵ متر برسند) بهبود می‌یابد و در نتیجه قابلیت اطمینان عملیاتی افزایش می‌یابد.