Τι είναι ένας ατμοστρόβιλος με ενδιάμεση εξαγωγή ατμού και πού χρησιμοποιείται;

Ένας ατμοστρόβιλος με εξαγωγή ατμού παράγει μηχανική ισχύ ή ηλεκτρική ενέργεια, ενώ εκτρέπει μέρος της ροής ατμού του σε ένα ή περισσότερα ενδιάμεσα στάδια. Ο ατμός που εξάγεται μπορεί να παρέχει θερμότητα για μια βιομηχανική διεργασία, ένα δίκτυο τηλεθέρμανσης ή εξοπλισμό εντός του ίδιου του σταθμού παραγωγής ενέργειας. Ο ατμός που παραμένει στον στρόβιλο συνεχίζει να εκτονώνεται και παράγει πρόσθετη ισχύ.

Η βασική διαφορά είναι ότι η εξαγωγή δημιουργεί έξοδο ατμού πριν από την τελική έξοδο του στροβίλου. Έτσι μπορεί να διατίθεται χρήσιμη θερμότητα παράλληλα με την παραγωγή ισχύος, αλλά αλλάζει και η ποσότητα ατμού που απομένει για την παραγωγή ισχύος στα επόμενα στάδια. Το αν η διάταξη είναι επωφελής εξαρτάται κυρίως από τις ανάγκες του χώρου εγκατάστασης σε ατμό και από τις μεταβολές αυτών των αναγκών με την πάροδο του χρόνου.

Πώς λειτουργεί ένας ατμοστρόβιλος με εξαγωγή ατμού;

Ο ατμός εισέρχεται στον στρόβιλο σε σχετικά υψηλή πίεση και θερμοκρασία. Καθώς διέρχεται από διαδοχικές σειρές πτερυγίων, εκτονώνεται και μεταφέρει ενέργεια στον περιστρεφόμενο άξονα. Ο άξονας μπορεί να κινεί μια γεννήτρια ή μηχανολογικό εξοπλισμό, όπως έναν συμπιεστή ή μια αντλία.

Σε ένα επιλεγμένο ενδιάμεσο στάδιο, μέρος του ατμού εξέρχεται μέσω μιας σύνδεσης εξαγωγής. Η πίεση και η θερμοκρασία του εξαρτώνται από το σημείο εξαγωγής και τις συνθήκες λειτουργίας. Ο υπόλοιπος ατμός συνεχίζει να διέρχεται από τα επόμενα στάδια έως ότου φτάσει στην έξοδο του στροβίλου.

Ας εξετάσουμε μια μονάδα που χρειάζεται ηλεκτρική ενέργεια και ατμό μέσης πίεσης για μια παραγωγική διεργασία. Αντί να διοχετεύει όλο τον ατμό του λέβητα μέσω του στροβίλου έως τη χαμηλότερη πίεσή του, η μονάδα μπορεί να εκτρέπει μέρος του σε ενδιάμεση πίεση κατάλληλη για τη διεργασία. Ο ατμός που εξάγεται αποδίδει θερμότητα στον εξοπλισμό της διεργασίας, ενώ το συμπύκνωμα που προκύπτει μπορεί να συλλεχθεί και να επιστραφεί στο σύστημα του λέβητα, εφόσον το επιτρέπουν οι συνθήκες.

Η εξαγωγή δεν δημιουργεί πρόσθετη ενέργεια. Ο ατμός που αφαιρείται πριν από τα τελικά στάδια του στροβίλου δεν μπορεί να παράγει την ισχύ που διαφορετικά θα παρήγαγε σε αυτά. Το δυνητικό όφελος προκύπτει από την αξιοποίηση της υπολειπόμενης θερμικής ενέργειας του ατμού που εξάγεται, αντί να αντιμετωπίζεται ως απορριπτόμενη θερμότητα.

Ελεγχόμενη και μη ελεγχόμενη εξαγωγή

Δεν λειτουργούν όλα τα σημεία εξαγωγής με τον ίδιο τρόπο. Σε μια διάταξη μεελεγχόμενη εξαγωγή, οι βαλβίδες και τα συστήματα ελέγχου του στροβίλου ρυθμίζουν τις συνθήκες γύρω από το σημείο εξαγωγής, ώστε να διατηρείται η καθορισμένη πίεση ατμού καθώς μεταβάλλεται η ζήτηση. Αυτό μπορεί να είναι χρήσιμο όταν μια διεργασία απαιτεί σχετικά σταθερή πίεση παροχής. Η εφικτή παροχή και πίεση εξαγωγής εξακολουθούν να εξαρτώνται από τον σχεδιασμό του στροβίλου και τα όρια λειτουργίας του.

Σε μια διάταξη μεμη ελεγχόμενη εξαγωγή, ο ατμός λαμβάνεται από ένα ενδιάμεσο στάδιο χωρίς ειδική ρύθμιση της πίεσης εξαγωγής. Η πίεση αυτή μεταβάλλεται ανάλογα με το φορτίο του στροβίλου και τη ροή ατμού. Η μη ελεγχόμενη εξαγωγή μπορεί να είναι κατάλληλη όταν ο συνδεδεμένος εξοπλισμός μπορεί να αντέξει αυτές τις μεταβολές, όπως συμβαίνει σε ορισμένες διατάξεις θέρμανσης νερού τροφοδοσίας.

Ένας στρόβιλος μπορεί να διαθέτει περισσότερα από ένα σημεία εξαγωγής, που παρέχουν ατμό σε διαφορετικά επίπεδα πίεσης. Ωστόσο, κάθε πρόσθετη σύνδεση πρέπει να εντάσσεται στο συνολικό ισοζύγιο ατμού και στο σύστημα ελέγχου. Δεν πρέπει να θεωρείται δεδομένο ότι κάθε σημείο εξαγωγής μπορεί να παρέχει ανεξάρτητα ελεγχόμενη πίεση.

Στρόβιλοι εξαγωγής-συμπύκνωσης και εξαγωγής-αντίθλιψης

Η εξαγωγή περιγράφει το σημείο από το οποίο αφαιρείται ατμός από τον στρόβιλο· από μόνη της δεν περιγράφει τι συμβαίνει στον ατμό που απομένει. Δύο συνήθεις διατάξεις διαφέρουν ως προς τις τελικές συνθήκες εξόδου.

Έναςστρόβιλος εξαγωγής-συμπύκνωσης διοχετεύει τον υπόλοιπο ατμό στα στάδια χαμηλής πίεσης και στη συνέχεια σε έναν συμπυκνωτή. Υπό κανονικές συνθήκες συμπύκνωσης, ο συμπυκνωτής λειτουργεί σε πίεση χαμηλότερη από την ατμοσφαιρική, επιτρέποντας μεγαλύτερη εκτόνωση και, συνεπώς, μεγαλύτερη παραγωγή ισχύος από τον ατμό που δεν εξάγεται. Απαιτείται σύστημα ψύξης για την απομάκρυνση θερμότητας από τον συμπυκνωτή.

Έναςστρόβιλος εξαγωγής-αντίθλιψης αποβάλλει τον υπόλοιπο ατμό σε πίεση υψηλότερη από την ατμοσφαιρική, για θέρμανση ή χρήση σε διεργασία, αντί να τον αποβάλλει σε συμπυκνωτή κενού. Έτσι μπορεί να παρέχει ατμό τόσο από ενδιάμεσο σημείο εξαγωγής όσο και από την έξοδο του στροβίλου. Η παραγωγή ισχύος συνδέεται στενά με την ποσότητα ατμού που μπορούν να δεχθούν οι συνδεδεμένοι καταναλωτές θερμότητας, εκτός αν το ευρύτερο σύστημα παρέχει άλλη κατάλληλη έξοδο ατμού.

Αυτές οι κατηγορίες είναι χρήσιμες κατά την εξέταση των περιγραφών του εξοπλισμού. Για παράδειγμα, η σειράSteam Turbine περιλαμβάνει διατάξεις εξαγωγής-συμπύκνωσης και εξαγωγής-αντίθλιψης. Η διάκριση έχει σημασία, επειδή μια μονάδα που χρειάζεται ατμό εξόδου χαμηλής πίεσης για διεργασία έχει διαφορετική διάταξη συστήματος ατμού από μια μονάδα που έχει σχεδιαστεί με βάση έναν συμπυκνωτή.

Πού χρησιμοποιείται ο ατμός που εξάγεται;

Η πιο χαρακτηριστική εφαρμογή είναι ησυμπαραγωγή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας, όπου το ίδιο σύστημα ατμού υποστηρίζει την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και τη χρήσιμη θέρμανση. Η εξαγωγή χρησιμοποιείται επίσης εντός σταθμών παραγωγής ενέργειας, ακόμη και όταν δεν παρέχεται ατμός σε εξωτερική βιομηχανική διεργασία.

• Χαρτοπολτός και χαρτί: Ο ατμός μπορεί να καλύψει ανάγκες όπως η ξήρανση και άλλες θερμικές διεργασίες, ενώ ο στρόβιλος παρέχει ισχύ. Η απαιτούμενη πίεση εξαγωγής εξαρτάται από το δίκτυο ατμού του εργοστασίου και τις συνθήκες λειτουργίας.
• Χημικές και διυλιστικές εγκαταστάσεις: Ατμός μέσης πίεσης μπορεί να καλύψει ανάγκες θέρμανσης και άλλες ανάγκες διεργασιών. Ενδέχεται να απαιτούνται περισσότερα από ένα επίπεδα πίεσης, γεγονός που καθιστά σημαντικό το ισοζύγιο ατμού της εγκατάστασης για τον σχεδιασμό του στροβίλου.
• Παραγωγή τροφίμων και ποτών: Ο ατμός που εξάγεται μπορεί να παρέχει θερμότητα για θέρμανση, μαγείρεμα, ξήρανση ή καθαρισμό, εφόσον υπάρχει κατάλληλο σύστημα ατμού. Για κάθε χρήση πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι απαιτήσεις ποιότητας του ατμού και ο διαχωρισμός του από το προϊόν.
• Τηλεθέρμανση: Ο ατμός που εξάγεται μπορεί να θερμαίνει νερό σε εναλλάκτες θερμότητας για διανομή σε κτίρια. Η ζήτηση θέρμανσης μεταβάλλεται ανάλογα με τις καιρικές συνθήκες και την εποχή, επηρεάζοντας τόσο την παροχή εξαγωγής όσο και την ηλεκτρική ισχύ.
• Σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας: Ο ατμός που εξάγεται από ενδιάμεσα στάδια μπορεί να θερμαίνει το νερό τροφοδοσίας του λέβητα πριν επιστρέψει στη γεννήτρια ατμού. Αυτή η διάταξη αναγεννητικής θέρμανσης βελτιώνει τη θερμοδυναμική απόδοση του κύκλου ατμού, αν και μειώνει τον ατμό που είναι διαθέσιμος για τα επόμενα στάδια του στροβίλου.
• Συστήματα βιομάζας, ενεργειακής αξιοποίησης αποβλήτων και απορριπτόμενης θερμότητας: Όταν αυτές οι πηγές παράγουν κατάλληλο ατμό, η εξαγωγή μπορεί να υποστηρίξει έναν καταναλωτή θερμότητας παράλληλα με την παραγωγή ισχύος. Η αξία της διάταξης εξαρτάται από την αξιοπιστία και τον χρονισμό τόσο της πηγής ατμού όσο και της ζήτησης θερμότητας.

Οι εφαρμογές αυτές δεν σημαίνουν ότι κάθε εγκατάσταση χρειάζεται εξαγωγή. Μια μονάδα χωρίς πρακτική χρήση για ατμό ενδιάμεσης πίεσης μπορεί να έχει ελάχιστο λόγο να εκτρέπει ατμό από τον στρόβιλο. Αντίθετα, μια εγκατάσταση με σημαντικό θερμικό φορτίο μπορεί να ωφεληθεί εξετάζοντας την εξαγωγή ως μέρος του συνολικού συστήματος ατμού και ισχύος.

Τι καθορίζει αν η εξαγωγή είναι κατάλληλη επιλογή;

Η πίεση και η θερμοκρασία του ατμού προηγούνται της διαμόρφωσης του στροβίλου. Ο προβλεπόμενος καταναλωτής θερμότητας πρέπει να λαμβάνει ατμό στις συνθήκες που μπορεί να χρησιμοποιήσει, λαμβάνοντας υπόψη τις απώλειες πίεσης στις σωληνώσεις και στον εξοπλισμό ελέγχου. Η επιλογή σημείου εξαγωγής αποκλειστικά και μόνο επειδή υπάρχει στον στρόβιλο μπορεί να αφήσει τη διεργασία με ανεπαρκή πίεση ή με ατμό υψηλότερης ποιότητας από ό,τι χρειάζεται.

Η ζήτηση θερμότητας και η ζήτηση ισχύος πρέπει να εξετάζονται από κοινού. Αν αυξηθεί η ζήτηση ατμού της διεργασίας, μπορεί να εξάγεται περισσότερος ατμός και να απομένει λιγότερος για την παραγωγή ισχύος στα επόμενα στάδια. Αν μειωθεί η ζήτηση θερμότητας, το σύστημα πρέπει να μπορεί να διαχειριστεί τη μεταβολή της ροής. Μια μονάδα εξαγωγής-συμπύκνωσης μπορεί να συνεχίσει να διοχετεύει κατάλληλο ατμό προς τον συμπυκνωτή, εντός των ορίων σχεδιασμού της· μια διάταξη αντίθλιψης χρειάζεται κατάλληλη χρήση ή άλλη πρόβλεψη για τον ατμό εξόδου της.

Οι μεταβολές λειτουργίας είναι εξίσου σημαντικές με το σημείο σχεδιασμού. Τα προγράμματα παραγωγής, τα εποχικά φορτία θέρμανσης, η παροχή του λέβητα και η ζήτηση της γεννήτριας μπορούν να μεταβάλλονται. Οι ελάχιστες και μέγιστες παροχές εξαγωγής, το εύρος ρύθμισης της πίεσης, τα όρια φόρτισης του στροβίλου και οι συνθήκες εκκίνησης βοηθούν να διαπιστωθεί αν η διάταξη μπορεί να καλύψει τις ανάγκες της εγκατάστασης σε όλες αυτές τις συνθήκες.

Οι διατάξεις συμπυκνώματος και ψύξης επηρεάζουν ολόκληρο το σύστημα. Η ανάκτηση καθαρού συμπυκνώματος μπορεί να μειώσει την ανάγκη για νερό αναπλήρωσης και να εξοικονομήσει θερμότητα, αλλά οι διατάξεις επιστροφής εξαρτώνται από τις συνθήκες της διεργασίας και τους κινδύνους επιμόλυνσης. Ένας στρόβιλος συμπύκνωσης χρειάζεται επίσης κατάλληλο σύστημα ψύξης και διαχείρισης συμπυκνώματος· οι σχετικές απαιτήσεις πρέπει να εξετάζονται παράλληλα με τη δυνατότητα μεγαλύτερης παραγωγής ισχύος.

Επομένως, ένας στρόβιλος εξαγωγής είναι προτιμότερο να νοείται ως μέσο κατανομής της ενέργειας του ατμού μεταξύ παραγωγής ισχύος και μίας ή περισσότερων χρήσιμων θερμικών διεργασιών. Η καταλληλότητά του δεν εξαρτάται μόνο από τον στρόβιλο, αλλά και από τις πιέσεις, τις παροχές, τα προγράμματα λειτουργίας και τον συνδεδεμένο εξοπλισμό ολόκληρου του συστήματος ατμού.