توربين إعادة التسخين الوسيط

توربين بخاري لإعادة التسخين الوسيط

تُعدّ توربينة البخار ذات التسخين الوسيط وحدةً لتوليد الطاقة تستخدم تقنية إعادة تسخين البخار لتعزيز الكفاءة الحرارية، وتُستخدم بشكل أساسي في محطات الطاقة الحرارية واسعة النطاق وأنظمة التوليد المشترك للحرارة والطاقة. تعمل هذه الوحدة عن طريق إعادة البخار المتمدد جزئيًا من أسطوانة الضغط العالي إلى مُسخّن الغلاية لإعادة تسخينه. بعد استعادة درجة حرارته إلى ما يقارب درجة حرارته الأولية، يُوجّه البخار إلى أسطوانتي الضغط المتوسط ​​والمنخفض لمواصلة العمل، ثم يُصرّف في النهاية إلى المكثف لإكمال دورة تحويل الطاقة.

تعتمد وحدة التوربين هذه تصميمًا هيكليًا متعدد الأسطوانات يتألف من أسطوانات عالية الضغط، ومتوسطة الضغط، ومنخفضة الضغط. يمكن أن يصل طول شفرات المرحلة النهائية إلى 1.5 متر لاستيعاب ظروف التشغيل ذات الضغط المنخفض والتدفق العالي. تساعد دورة إعادة التسخين على التحكم في محتوى رطوبة البخار ضمن نطاق مقبول، مما يحسن الكفاءة الداخلية النسبية للتوربين ويعزز ظروف عمل شفرات المرحلة النهائية. يشكل النظام، مع المرجل والمكثف، دورة رانكين، محققًا كفاءة إجمالية تتجاوز 45%.

مبدأ عمل التوربينات البخارية ذات التسخين الوسيط: يتمدد البخار الداخل إلى التوربين إلى ضغط معين، ثم يُستخرج بالكامل ويُرسل إلى مُسخّن الغلاية لإعادة تسخينه. بعد ذلك، يُعاد إلى التوربين لمواصلة تمدده وأداء العمل. بالمقارنة مع التوربينات المكثفة وتوربينات الاستخلاص المُتحكم به، يكمن الاختلاف الهيكلي الوحيد في التوربين ذي التسخين الوسيط في نظام التسخين الوسيط الخاص به، والذي يتميز بحجمه الكبير. علاوة على ذلك، تُشكل الطاقة المُولدة من البخار المُسخن الذي يمر عبر أسطوانات الضغط المتوسط ​​والمنخفض ما يقرب من ثلثي إجمالي إنتاج الوحدة. ونتيجة لذلك، أثناء انخفاض الحمل، يكون التوربين عرضة لزيادة السرعة بشكل كبير بسبب هذه الخاصية.

تعمل توربينة البخار ذات التسخين الوسيط على تحسين عملية تحويل الطاقة بشكل ملحوظ من خلال دمج مُسخِّن بين أسطوانة الضغط العالي وأسطوانات الضغط المتوسط/المنخفض. يُعاد توجيه البخار المتمدد جزئيًا في أسطوانة الضغط العالي إلى المرجل لإعادة تسخينه إلى درجة حرارة قريبة من قيمته الأولية قبل إدخاله إلى الأسطوانات اللاحقة لمواصلة العمل.

تشمل الخصائص الأساسية ما يلي:

1. تحسين الكفاءة الحرارية والأداء الاقتصادي: تعمل عملية إعادة التسخين على زيادة قدرة البخار على العمل، وتقليل خسائر المصدر البارد، ورفع كفاءة الدورة إلى أكثر من 45٪، وخفض التكلفة الموحدة للكهرباء على المدى الطويل.

2. انخفاض محتوى الرطوبة وخطر التآكل في شفرات المرحلة النهائية: تعمل إعادة التسخين على تحسين جفاف البخار، والتحكم الفعال في محتوى الرطوبة في العادم، والحد من التآكل على شفرات المرحلة النهائية، وإطالة عمر خدمة المعدات.

3. التعقيد الهيكلي وتصميم الأسطوانات المتعددة: يتطلب هذا التصميم تكوين أسطوانات عالية الضغط، ومتوسطة الضغط، ومنخفضة الضغط، بالإضافة إلى أنابيب توصيل بينها، مما ينتج عنه تكامل عالٍ للنظام. وهو مناسب للوحدات ذات السعة الكبيرة (مثلًا، أكثر من 200 ميغاواط).

4. خصائص التنظيم وتحديات التحكم: يمكن أن يتسبب البخار المخزن في أنابيب إعادة التسخين أثناء رفض الحمل في زيادة سريعة في السرعة، مما يستلزم صمامات إيقاف رئيسية للأسطوانة ذات الضغط المتوسط ​​/ صمامات تحكم، وأنظمة تجاوز، واستراتيجيات تحكم ديناميكية في الفتح الزائد لضمان الاستقرار.

5. سيناريوهات التطبيق وتوسيع السعة: تُستخدم هذه التقنية بشكل أساسي في محطات الطاقة الحرارية الكبيرة ذات المعايير العالية وأنظمة التوليد المشترك للحرارة والطاقة. قد تتضمن التصاميم مراحل إعادة تسخين مفردة أو مزدوجة لتناسب مستويات الضغط المختلفة (على سبيل المثال، ضغط البخار الأولي الذي يتجاوز 12 ميجا باسكال)، مما يدفع الحد الأقصى لسعة الوحدة الواحدة.

من خلال إدخال دورة إعادة تسخين في عملية تمدد البخار، تعمل توربينة البخار ذات إعادة التسخين الوسيطة على تحسين كفاءة الدورة الديناميكية الحرارية بشكل ملحوظ وتعزيز خصائص التشغيل. وتشمل وظائفها الأساسية زيادة الكفاءة الحرارية، والتحكم في رطوبة البخار، وزيادة إنتاج الطاقة، وتحسين ظروف تشغيل شفرات المرحلة النهائية.

1. تحسين الكفاءة الحرارية: تعتمد هذه التقنية على إعادة البخار بعد استخلاص الطاقة في أسطوانة الضغط العالي إلى مُسخِّن الغلاية لإعادة تسخينه إلى درجة حرارة قريبة من درجة الحرارة الابتدائية، ثم إدخاله إلى أسطوانتي الضغط المتوسط ​​والمنخفض لمواصلة تمدده. يؤدي ذلك إلى زيادة انخفاض المحتوى الحراري في أسطوانة الضغط المنخفض، وتقليل فقد الطاقة من مصادر التبريد، ورفع الكفاءة الحرارية الإجمالية للدورة إلى أكثر من 45%، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لوحدات الطاقة الحرارية ذات السعة الكبيرة.

٢. التحكم في رطوبة البخار: مع ازدياد ضغط البخار، يؤدي التمدد المتساوي الإنتروبيا البسيط إلى زيادة رطوبة العادم، مما يتسبب في تلف ناتج عن تآكل قطرات الماء. تعمل إعادة التسخين الوسيطة على تقليل محتوى الرطوبة النهائي بشكل ملحوظ بعد التمدد عن طريق استعادة درجة التسخين الفائق من خلال التسخين الثانوي، وبالتالي الحد من التآكل على شفرات المرحلة النهائية وإطالة عمر المعدات.

3. تعزيز إنتاج الطاقة وقابلية التكيف: تسمح دورة إعادة التسخين للبخار بإطلاق المزيد من الطاقة في أسطوانات الضغط المتوسط ​​والمنخفض، مما يحسن الكفاءة الداخلية النسبية للوحدة وإجمالي إنتاج الطاقة. في الوقت نفسه، يعمل النظام على تحسين استجابة الحمل عبر صمامات التحكم في الضغط المتوسط ​​وأنظمة التجاوز، ويمنع زيادة السرعة أثناء خفض الحمل، ويعالج عدم التوافق بين عرض البخار والطلب عليه بين التوربين والغلاية عند الأحمال المنخفضة.

4. تحسين ظروف عمل شفرات المرحلة النهائية: من خلال التحكم في محتوى الرطوبة، تصبح عملية التمدد في الأسطوانة منخفضة الضغط أكثر سلاسة، مما يقلل من تأثير القطرات ويحسن بيئة التشغيل لشفرات المرحلة النهائية (التي يمكن أن يصل طولها إلى 1.5 متر)، وبالتالي تعزيز موثوقية التشغيل.