توربين الضغط الخلفي

تُسمى التوربينة البخارية ذات ضغط العادم الأعلى من الضغط الجوي توربينة بخارية ذات ضغط خلفي. يُمكن استخدام بخار العادم للتدفئة أو لتزويد توربينات بخارية متوسطة ومنخفضة الضغط موجودة، وذلك لاستبدال غلايات الضغط المتوسط ​​والمنخفض في محطات الطاقة القديمة. عند استخدام توربينة بخارية ذات ضغط خلفي لتزويد توربينات الضغط المتوسط ​​والمنخفض الموجودة بالبخار كبديل لغلايات الضغط المتوسط ​​والمنخفض في محطة طاقة قديمة، يُشار إليها أيضًا باسم توربينة علوية. لا تُؤدي هذه الطريقة إلى زيادة قدرة توليد الطاقة في المحطة الأصلية فحسب، بل تُحسّن أيضًا كفاءتها الحرارية. يختلف ضغط العادم التصميمي لتوربينة البخار ذات الضغط الخلفي المستخدمة للتدفئة تبعًا لمتطلبات التدفئة المحددة. بالنسبة للتوربينات العلوية، غالبًا ما يكون الضغط الخلفي أعلى من 5 ميجا باسكال، ويُحدد بناءً على معايير البخار لوحدات التوليد الموجودة. بعد استخدام بخار العادم في نظام التدفئة، يتكثف إلى ماء، والذي يُضخ بعد ذلك مرة أخرى إلى الغلاية كمياه تغذية. عادةً، لا يمكن استعادة كل المياه المكثفة من نظام التدفئة، مما يستلزم توفير مياه تغذية إضافية.

التوربين البخاري ذو الضغط الخلفي هو نوع من التوربينات يكون فيه ضغط البخار الخارج أعلى من الضغط الجوي. يعتمد مبدأ عمله على استخدام بخار عالي الحرارة والضغط لتشغيل دوّار التوربين، مما يُولّد طاقة ميكانيكية. على عكس التوربينات البخارية المكثفة، لا يُرسل البخار الخارج من التوربين ذي الضغط الخلفي مباشرةً إلى مكثف، بل يُنقل إلى معدات أخرى أو عمليات صناعية لمزيد من الاستخدام. هذا التصميم يجعل التوربينات البخارية ذات الضغط الخلفي عالية الكفاءة في استخدام الطاقة، لا سيما في تطبيقات مثل التوليد المشترك للطاقة.

من حيث الخصائص التشغيلية، يتحدد توليد الطاقة في توربينات البخار ذات الضغط الخلفي بحمل الحرارة. ويتغير ناتجها الكهربائي بتغير حمل الحرارة، مما يعني أنها لا تستطيع تلبية الطلب المتغير على كلٍ من الحرارة والطاقة بشكل مستقل. لذا، فهي مناسبة للسيناريوهات ذات أحمال الحرارة المستقرة نسبيًا. وعندما تكون تقلبات حمل الحرارة كبيرة، فإنها عادةً ما تحتاج إلى العمل بالتوازي مع توربينات البخار المكثفة، حيث تتولى وحدات التكثيف معالجة تغيرات حمل الطاقة الكهربائية.

تشمل الميزات الرئيسية لتوربينات البخار ذات الضغط الخلفي ارتفاع ضغط العادم، حيث يمكن استخدام بخار العادم للتدفئة أو لأغراض صناعية أخرى. يتميز ضغط العادم بارتفاعه النسبي (عادةً ما يكون أعلى من الضغط الجوي). بعد تمدد البخار وأدائه للعمل بين المراحل، يتم تصريفه بضغط أعلى. يتم استغلال الحرارة الموجودة في بخار العادم بالكامل من قبل المستخدمين الحراريين، مما يلغي فقدان الحرارة الناتج عن مصادر التبريد المرتبطة بتوربينات البخار المكثفة، ويؤدي إلى كفاءة حرارية أعلى. من الناحية الهيكلية، يشبه قسم الضغط العالي في هذه التوربينات قسم الضغط العالي في توربينات البخار المكثفة، حيث يستخدم غالبًا نظام تحكم بالفوهات لتوزيع البخار، وعادةً ما يستخدم مرحلة دفع أحادية الصف كمرحلة تحكم.

بما أن بخار العادم لا يتكثف، فإن فقد الحرارة يقل، مما يؤدي إلى كفاءة حرارية إجمالية أعلى. إضافةً إلى ذلك، تتميز توربينات الضغط الخلفي ببنية بسيطة نسبيًا وتكاليف صيانة أقل. مع ذلك، فإن مرونتها التشغيلية محدودة، إذ يجب أن يتوافق ضغط العادم مع متطلبات المعدات المستهلكة للبخار في اتجاه التدفق؛ وإلا فقد يتأثر استقرار النظام.

من حيث التطبيق والكفاءة الاقتصادية، تُستخدم توربينات البخار ذات الضغط الخلفي بشكل شائع في التطبيقات التي تتطلب توفير الكهرباء والحرارة في آنٍ واحد. وهي تُستخدم على نطاق واسع في التوليد المشترك للطاقة واستعادة الحرارة المهدرة في الصناعة، مما يقلل بشكل فعال من استهلاك الفحم لتوليد الطاقة ويحافظ على الطاقة. ومع ذلك، فإن قدرتها على التكيف مع تغيرات الأحمال ضعيفة نسبيًا. قد تنخفض الكفاءة في ظروف انخفاض الحمل الحراري، ويجب أن تتوافق معايير العادم مع متطلبات المستخدم. ويتطلب اختيار المعايير الأولية (مثل الضغط ودرجة الحرارة) دراسة شاملة للعوامل الاقتصادية وعوامل السلامة.