Hvad er en aftapningsdampturbine, og hvor bruges den?

En udtagningsturbine producerer mekanisk kraft eller elektricitet, samtidig med at en del af dampstrømmen ledes ud ved ét eller flere mellemliggende trin. Den udtagne damp kan levere varme til en industriel proces, et fjernvarmenet eller udstyr i selve kraftværket. Den damp, der bliver i turbinen, fortsætter med at ekspandere og producerer yderligere kraft.

Den vigtigste forskel er, at udtagningen giver mulighed for at lede damp ud før turbinens endelige afgang. Det gør det muligt at udnytte varmen sammen med kraftproduktionen, men ændrer også, hvor meget damp der er tilbage til at producere kraft i de efterfølgende trin. Om løsningen er fordelagtig, afhænger især af anlæggets dampbehov, og hvordan dette behov varierer over tid.

Hvordan fungerer en udtagningsturbine?

Damp tilføres turbinen ved relativt højt tryk og høj temperatur. Når den passerer gennem successive rækker af skovlblade, udvider den sig og overfører energi til den roterende aksel. Akslen kan drive en generator eller mekanisk udstyr såsom en kompressor eller pumpe.

Ved et valgt mellemliggende trin ledes en del af dampen ud gennem en udtagsforbindelse. Dens tryk og temperatur afhænger af udtagspunktet og driftsforholdene. Den resterende damp fortsætter gennem de efterfølgende trin, indtil den når turbineafgangen.

Forestil dig et anlæg, der har brug for elektricitet og damp ved mellemtryk til en produktionsproces. I stedet for at sende al kedeldampen gennem turbinen til dens laveste tryk kan anlægget lede en del af dampen ud ved et mellemtryk, der passer til processen. Den udtagne damp afgiver varme i procesudstyr, og det resulterende kondensat kan opsamles og føres tilbage til kedelsystemet, hvor forholdene tillader det.

Udtagning skaber ikke yderligere energi. Damp, der fjernes før turbinens sidste trin, kan ikke producere den kraft, den ellers ville have genereret dér. Den potentielle fordel ligger i at udnytte den resterende termiske energi i den udtagne damp i stedet for at betragte den som spildvarme.

Reguleret og ureguleret udtagning

Ikke alle udtagspunkter fungerer på samme måde. I enreguleret udtagning regulerer ventiler og turbinekontroller forholdene omkring udtagspunktet for at hjælpe med at opretholde et specificeret damptryk, når efterspørgslen ændrer sig. Det kan være nyttigt, når en proces kræver en relativt stabil forsyningstryk. Den opnåelige udtagsstrøm og det opnåelige tryk afhænger stadig af turbinekonstruktionen og dens driftsgrænser.

I enureguleret udtagning tages damp fra et mellemliggende trin uden dedikeret regulering af udtagstrykket. Trykket ændres med turbinens belastning og dampstrømmen. Ureguleret udtagning kan være velegnet, hvor det tilsluttede udstyr kan tåle disse ændringer, som i nogle løsninger til fødevandsopvarmning.

En turbine kan have mere end ét udtagspunkt, der leverer damp ved forskellige trykniveauer. Hver ekstra forbindelse skal dog passe ind i den samlede dampbalance og styresystemet. Det bør ikke antages, at hvert udtagspunkt kan levere et uafhængigt reguleret tryk.

Udtagning-kondenserende turbiner og udtagning-modtryksturbiner

Udtagning beskriver, hvor dampen fjernes fra turbinen; det beskriver ikke i sig selv, hvad der sker med den resterende damp. To almindelige konfigurationer adskiller sig ved deres endelige afgangsforhold.

Enudtagning-kondenserende turbine fører den resterende damp gennem lavtryksafsnit og derefter til en kondensator. Under normale kondenseringsforhold arbejder kondensatoren under atmosfærisk tryk, hvilket muliggør yderligere ekspansion og dermed større kraftproduktion fra den damp, der ikke udtages. Et kølesystem er nødvendigt for at fjerne varme fra kondensatoren.

Enudtagning-modtryksturbine afgiver den resterende damp ved et tryk over atmosfærisk tryk til opvarmning eller procesbrug i stedet for at lede den til en vakuumkondensator. Den kan derfor levere damp både ved et mellemliggende udtagspunkt og ved turbineafgangen. Kraftproduktionen er tæt knyttet til den mængde damp, som de tilsluttede varmeforbrugere kan aftage, medmindre det overordnede system har en anden egnet dampafledning.

Disse kategorier er nyttige, når man gennemgår udstyrsbeskrivelser. For eksempel omfatter sortimentet afdampturbiner både udtagning-kondenserende konfigurationer og udtagning-modtrykskonfigurationer. Forskellen er vigtig, fordi et anlæg, der kræver procesdamp ved lavt tryk fra turbineafgangen, har en anden dampanlægskonfiguration end et anlæg, der er konstrueret omkring en kondensator.

Hvor anvendes udtaget damp?

Den mest velkendte anvendelse erkraftvarmeproduktion, hvor det samme dampsystem understøtter elproduktion og nyttig opvarmning. Udtagning anvendes også i kraftværker, selv når der ikke leveres damp til en ekstern industriel proces.

• Papir- og papirmasseindustrien: Damp kan bruges til opgaver som tørring og anden procesopvarmning, mens turbinen leverer kraft. Det nødvendige udtagstryk afhænger af fabrikkens dampnet og driftsforhold.
• Kemiske anlæg og raffinaderier: Damp ved mellemtryk kan dække varme- og andre procesbehov. Der kan være behov for mere end ét trykniveau, hvilket gør anlæggets dampbalance vigtig for turbinekonstruktionen.
• Fødevare- og drikkevareproduktion: Udtaget damp kan levere varme, kogning, tørring eller rengøring, hvor der findes et egnet dampsystem. Krav til dampkvalitet og adskillelse fra produktet skal vurderes for hver anvendelse.
• Fjernvarme: Udtaget damp kan opvarme vand i varmevekslere til distribution til bygninger. Varmebehovet varierer med vejr og årstid, hvilket påvirker både udtagsstrømmen og elproduktionen.
• Kraftværker: Damp, der udtages fra mellemliggende trin, kan opvarme kedelfødevand, før det returneres til dampgeneratoren. Denne regenerative opvarmning forbedrer dampcyklussens termodynamiske ydeevne, selvom den reducerer den mængde damp, der er til rådighed for turbinens efterfølgende trin.
• Biomasse-, affaldsenergianlæg og anlæg til udnyttelse af spildvarme: Når disse energikilder producerer egnet damp, kan udtagning understøtte en varmeforbruger ud over kraftproduktionen. Løsningens værdi afhænger af både dampkildens og varmebehovets pålidelighed og tidsmæssige sammenfald.

Disse anvendelser betyder ikke, at alle anlæg har brug for udtagning. Et anlæg uden praktisk anvendelse for damp ved mellemtryk har måske ringe grund til at lede damp væk fra turbinen. Omvendt kan et anlæg med et betydeligt varmebehov have fordel af at overveje udtagning som en del af det samlede damp- og kraftsystem.

Hvad afgør, om udtagning er den rette løsning?

Damptryk og temperatur skal afklares før turbinekonfigurationen. Den tiltænkte varmeforbruger skal modtage damp ved forhold, den kan anvende, med hensyntagen til tryktab i rør og reguleringsudstyr. Hvis man vælger et udtagspunkt alene, fordi det findes på turbinen, risikerer processen at få utilstrækkeligt tryk eller damp af unødigt høj kvalitet.

Varmebehov og kraftbehov skal vurderes samlet. Hvis procesdampbehovet stiger, kan mere damp blive udtaget, så der er mindre tilbage til kraftproduktion i de efterfølgende trin. Hvis varmebehovet falder, skal systemet kunne håndtere den ændrede strøm. En kondenserende udtagningsturbine kan fortsat lede en passende mængde damp videre mod kondensatoren inden for sine konstruktionsgrænser; en modtryksløsning kræver en egnet anvendelse eller en anden løsning for afgangsdampen.

Variation i driften er lige så vigtig som dimensioneringspunktet. Produktionsplaner, sæsonbestemte varmebelastninger, kedelydelse og generatorbehov kan alle ændre sig. Minimums- og maksimumsudtagsstrømme, trykreguleringsområde, turbinens belastningsgrænser og opstartsbetingelser er med til at afgøre, om løsningen kan betjene anlægget under disse ændringer.

Kondensat- og køleløsninger påvirker hele systemet. Genindvinding af rent kondensat kan mindske behovet for erstatningsvand og bevare varme, men returforholdene afhænger af procesforhold og risiko for forurening. En kondenserende turbine kræver også et passende køle- og kondensathåndteringssystem; disse krav bør vurderes sammen med potentialet for større kraftproduktion.

En udtagningsturbine forstås derfor bedst som en metode til at fordele dampens energi mellem kraftproduktion og én eller flere nyttige varmeopgaver. Om den er egnet, afhænger ikke kun af turbinen, men også af tryk, strømningshastigheder, driftsplaner og tilsluttet udstyr i det samlede dampsystem.