ضبط توربين الاستخراج

توربين بخاري للاستخلاص المنظم

يُعرف أيضًا باسم توربين البخار المكثف بالاستخلاص أو توربين التسخين أحادي الاستخلاص، وهو عبارة عن معدات لتوليد الطاقة الحرارية تجمع بين توليد الكهرباء ووظائف التدفئة عن طريق استخلاص البخار من المراحل الوسيطة للتوربين لتزويد المستخدمين الحراريين.

مبدأ العمل والخصائص الهيكلية

يتكون هذا النوع من التوربينات من قسم عالي الضغط وقسم منخفض الضغط. يدخل البخار النقي أولًا إلى القسم عالي الضغط ليتمدد ويؤدي وظيفة، ثم ينقسم إلى تيارين: أحدهما يُستخرج كبخار تسخين للمستخدمين، بينما يدخل الآخر إلى القسم منخفض الضغط ليواصل تمدده ويؤدي وظيفة أخرى قبل أن يُصرّف إلى المكثف. يقع مبدأ عمله بين مبدأ عمل توربينات البخار ذات الضغط العكسي وتوربينات البخار المكثفة. عندما يكون تدفق بخار التسخين المستخرج صفرًا، تعمل الوحدة بشكل مكافئ لتوربين بخار مكثف؛ وإذا تم استخراج كل البخار من القسم عالي الضغط، فإنها تعمل بشكل مشابه لتوربين الضغط العكسي. مع ذلك، في التشغيل الفعلي، ولمنع ارتفاع درجة الحرارة الناتج عن احتكاك الهواء في أسطوانة الضغط المنخفض، يجب الحفاظ على تدفق بخار لا يقل عن 5% إلى 10% من التدفق التصميمي عبر القسم منخفض الضغط إلى المكثف.

تعتبر توربينات البخار ذات الاستخلاص المنظم من المعدات الرئيسية في التوليد المشترك للطاقة، حيث أنها تلبي في الوقت نفسه متطلبات الكهرباء والتدفئة عن طريق استخلاص البخار بضغط قابل للتعديل أثناء عملية التمدد.

وتشمل وظائفها الأساسية ما يلي:

1. التوليد المشترك للطاقة والاستخدام الفعال للطاقة

يدخل البخار النقي أولاً إلى قسم الضغط العالي لأداء وظيفته، ثم يُقسّم إلى تيارين: أحدهما يُستخرج للاستخدامات الحرارية (مثل البخار الصناعي أو التدفئة المركزية)، والآخر يتدفق عبر قسم الضغط المنخفض لمواصلة أداء وظيفته قبل تصريفه إلى المكثف. وهذا يُتيح إنتاجًا متناسقًا للكهرباء والحرارة، مما يُحسّن كفاءة استخدام الطاقة بشكل عام.

2. تعديل مرن لأحمال الكهرباء والحرارة

من خلال ربط منظم السرعة ومنظم الضغط للتحكم الديناميكي في صمامات التحكم في قسمي الضغط العالي والمنخفض أو الأغشية الدوارة، يمكن تعديل خرج الطاقة الكهربائية مع الحفاظ على استقرار أحمال التدفئة (على سبيل المثال، تقليل الحمل الكهربائي عن طريق إغلاق الصمامات للحفاظ على تدفق بخار الاستخلاص، أو زيادة حمل التدفئة عن طريق فتح صمامات الضغط العالي وإغلاق صمامات الاستخلاص لتعويض تقلبات الطاقة). وهذا يسمح بالتكيف مع التغيرات في توزيع الطاقة في الشبكة الكهربائية ومتطلبات شبكة التدفئة.

3. ضمان السلامة التشغيلية

لمنع ارتفاع درجة الحرارة الناتج عن احتكاك الهواء في أسطوانة الضغط المنخفض، يجب أن تضمن الوحدة مرور ما بين 5% و10% من تدفق البخار التصميمي عبر قسم الضغط المنخفض للتبريد. ويفرض نظام التحكم حدًا أدنى لتدفق التكثيف لضمان التشغيل الآمن.

4. القدرة على تقليل ذروة الشعر والتكيف

يُقيّد نطاق تعديل الحمل الكهربائي بحمل التدفئة. ومن خلال تحليل مخطط التشغيل أو اختبار الأداء الحراري، يمكن تحسين خصائص تقليل ذروة الطلب لتحقيق التوازن بين إمداد التدفئة المستقر وتوليد الطاقة المرن في أنظمة التدفئة المركزية الحضرية والتطبيقات الصناعية.

تكمن الميزة الأساسية لتوربين البخار الاستخلاصي المنظم في قدرته على مطابقة الأحمال الحرارية والكهربائية بمرونة عن طريق ضبط ضغط بخار الاستخلاص.

1. قابلية عالية لضبط الأحمال الحرارية والكهربائية

بفضل التصميم المدمج لأقسام الضغط العالي والمنخفض، يُقسّم البخار النقي إلى تيارات تسخين واستخلاص وتيارات عمل قسم الضغط المنخفض بعد تمدده في قسم الضغط العالي. يتيح هذا التصميم ضبطًا مستقلًا للطاقة الكهربائية وتدفق بخار الاستخلاص ضمن نطاق محدد، ما يحل مشكلة التضارب بين إمداد الطاقة والتدفئة المتأصلة في توربينات الضغط الخلفي. وهو مناسب بشكل خاص للحالات التي تشهد تقلبات كبيرة في أحمال التدفئة.

2. مرونة تشغيلية عالية

يمكن لتوربين البخار المُنتظم أن يعمل بكفاءة مماثلة لتوربين التكثيف عندما يكون تدفق بخار الاستخلاص صفراً، أو بكفاءة مماثلة لتوربين الضغط الخلفي عندما يكون تدفق بخار الاستخلاص في أقصى حد. وفي الوقت نفسه، من خلال تحليل مخطط التشغيل أو الاختبارات الحرارية، يمكن تحسين أداء تقليل ذروة الطلب، مثل تعديل الأحمال الكهربائية بمرونة بالزيادة أو النقصان في ظل تدفقات محددة لبخار الاستخلاص لتلبية متطلبات تقليل ذروة الطلب في الشبكة.

3. ثبات حراري ممتاز

يتم التحكم في ضغط بخار الاستخلاص بواسطة منظم ضغط للحفاظ على استقراره، مما يضمن إمدادًا موثوقًا بالبخار للمستخدمين الحراريين. بالإضافة إلى ذلك، يحافظ تصميم الوحدة على تدفق أدنى (يتراوح بين 5% و10% تقريبًا من التدفق التصميمي) عبر قسم الضغط المنخفض لتبريد أسطوانة الضغط المنخفض، مما يضمن سلامة التشغيل.

4. قابلية التطبيق الواسعة

يُستخدم هذا النوع من التوربينات على نطاق واسع في التدفئة المركزية الحضرية، واستغلال الحرارة المهدرة في الصناعات، وغيرها من المجالات. كما أن تصميمه ذو الاستخلاص المزدوج يُلبي متطلبات أحمال التدفئة عند معايير ضغط مختلفة، مما يُعزز كفاءة استخدام الطاقة.