Düşük Sıcaklık ve Düşük Basınçlı Buhar Türbini

Düşük Sıcaklıklı, Düşük Basınçlı Buhar Türbini

Düşük sıcaklıklı, düşük basınçlı buhar türbini, düşük parametreli (düşük sıcaklık, düşük basınç) buhar koşullarında çalışmak üzere tasarlanmış bir termik enerji cihazıdır. Temel değeri, düşük dereceli termal enerjinin verimli bir şekilde geri kazanılması ve dönüştürülmesinde yatmaktadır ve bu da onu enerji kullanımının son aşamalarında yaygın olarak uygulanabilir kılmaktadır. Çalışma prensibi, buharın çok kademeli kanatlar boyunca kademeli olarak genişlemesine ve termal enerjinin mekanik enerjiye dönüştürülmesine dayanmaktadır. İş yaptıktan sonra çıkan buhar, bir kondansatöre boşaltılır ve burada suya yoğunlaşarak kapalı döngü bir enerji çevrimi oluşturur. Bu, atık ısı ve jeotermal enerji gibi düşük dereceli enerji kaynaklarının kullanım değerini etkili bir şekilde ortaya çıkarır.

Temel Parametre Standartları

Düşük sıcaklıklı, düşük basınçlı bir buhar türbininin performansı ve uygunluğu, aşağıda ayrıntılı olarak açıklanan ve seçim ile operasyonel optimizasyon için temel teşkil eden çeşitli kilit parametreler tarafından belirlenir:

1. Nominal Kapasite: Tipik aralık onlarca ila yüzlerce kilovat arasındadır. Atık ısı ve ısıtma taleplerinin ölçeğine göre esnek bir şekilde özelleştirilebilir, bu da onu küçük ve orta ölçekli enerji geri kazanım senaryoları için uygun hale getirir.

2. Operasyonel Verimlilik: Esasen akış yolu tasarımına, bileşen üretim hassasiyetine ve operasyonel koşulların uyumuna bağlıdır. Geleneksel operasyonel verimlilik ≥%20'dir ve aşamalar arası koordinasyonun optimize edilmesiyle daha da iyileştirilebilir.

3. Soğutma-Isıtma Oranı: Bu oran, birim zamanda sağlanan soğutma kapasitesinin tüketilen ısıya oranını ifade eder ve enerji dengesi için önemli bir göstergedir. Yük stabilitesini sağlamak için genellikle 1,5'in üzerinde tutulur.

4. Buhar Parametreleri: Giriş basıncı genellikle 0,1 ile 0,4 MPa arasındadır. Giriş/çıkış sıcaklıkları düşük sıcaklık koşullarına göre ayarlanmıştır. Çalışma istikrarını sağlamak için yukarı akış ısı kaynağı ve aşağı akış yoğuşma ekipmanıyla hassas eşleştirme çok önemlidir.

5. Nominal Hız: Genellikle ≤3000 rpm olup, mekanik enerjinin elektrik enerjisine istikrarlı bir şekilde dönüştürülmesini sağlamak için senkron jeneratörlerin hız gereksinimleriyle sıklıkla eşleşir.

Yapısal Özellikler

Düşük sıcaklıklı, düşük basınçlı buhar türbinlerinin yapısal tasarımı, negatif basınç ve düşük parametreli çalışma koşullarını karşılayacak şekilde tasarlanmıştır. Temel özellikler, aşağıdaki gibi düşük basınçlı silindir ve yardımcı sistemleri etrafında şekillenir:

1. Yapısal Konum ve Çalışma Koşulları: Çok silindirli ünitelerde, düşük basınçlı silindir bölümüne karşılık gelir. Yüksek ve orta basınçlı silindirlere kıyasla yapısı daha büyüktür ve egzoz buharı genleşme işi gereksinimlerine uyum sağlayarak tamamen negatif basınç (vakum) koşulları altında çalışır.

2. Ana Bileşen Tasarımı: Düşük basınçlı silindir, termal yük dalgalanmalarını karşılamak için çift katmanlı kaynaklı gövde yapısı kullanan ana bileşendir. Vakum seviyesinin düşmesine ve egzoz sıcaklığının anormal yükselmesine yol açabilecek hava girişini önlemek için vakum kırıcılar gibi koruyucu cihazlarla donatılmıştır.

3. Kanat ve Rotor Özellikleri: Düşük basınç koşullarında, buharın özgül hacmi önemli ölçüde artar. Son kademe kanatları, büyük hacimsel akış hızını karşılamak ve daha yüksek mekanik yüklere dayanmak için daha uzun bir tasarıma ihtiyaç duyar. Kanat kökü, katı endüstriyel güvenlik standartlarını karşılayan karmaşık bir yapısal tasarıma sahiptir.

4. Sızdırmazlık Sistemi: Düşük basınçlı silindirin her iki ucundaki vakum ortamı, hava kaçağına yatkın hale getirir ve bu da şaft sızdırmazlık sistemini hayati öneme sahip kılar. Modern üniteler genellikle, yüksek ve orta basınçlı silindirlerin şaft contalarından gelen soğutulmuş kaçak buharı, düşük basınçlı şaft uçları için sızdırmazlık buharı kaynağı olarak kullanan kendiliğinden sızdırmazlık sistemleri kullanır. Bu yaklaşım, sızdırmazlık etkinliğini atık ısı geri kazanımıyla dengeler.

5. Çalışma Koruma Mekanizması: Sistem, verimlilik için yüksek vakumu korumak amacıyla kondansatöre bağlıdır. Çalıştırma sırasında veya düşük yük koşullarında, aşırı ısınmayı ve rüzgar sürtünmesinden kaynaklanan düşük basınçlı silindir hasarını önlemek için tasarım akışının %5-10'u kadar minimum soğutma buharı akışı sağlanmalıdır.

Operasyonel Özellikler

1. Yüksek Verimlilik ve Enerji Tasarrufu: Özellikle düşük dereceli termal enerji için tasarlanan bu sistem, endüstriyel atık ısı ve jeotermal enerji gibi geleneksel yöntemlerle kullanımı zor olan kaynakları tamamen geri kazanarak, ek enerji israfı olmadan enerji kademeli kullanımını mümkün kılar.

2. Çevre Koruma ve Emisyon Azaltma: Atık ısının fosil yakıt tüketiminin yerine kullanılmasıyla sera gazı ve kirletici emisyonları azaltılır. Bu, düşük karbonlu çevre politikalarıyla uyumludur ve enerji yapısının dönüşümünü destekler.

3. Yüksek Güvenilirlik: Yapısal tasarım basittir, aşınma oranı düşüktür ve temel bileşenlerin kullanım ömrü uzundur. Günlük bakım gereksinimleri minimum düzeydedir, bu da kontrol edilebilir işletme maliyetleriyle uzun süreli sürekli çalışmaya uyum sağlamayı mümkün kılar.

Uygulama Senaryoları

Düşük parametrelere uyum sağlama yeteneği ve verimlilik ile enerji tasarrufu avantajlarından yararlanan düşük sıcaklıklı, düşük basınçlı buhar türbinleri aşağıdaki alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır:

1. Kombine Isı ve Güç Üretimi (CHP): Küçük ve orta ölçekli CHP projeleri için uygundur; elektrik üretiminden çıkan atık ısıyı ısıtma amaçlı kullanır. Bu, elektrik ve ısı enerjisinin koordineli bir şekilde sağlanmasını ve genel enerji verimliliğinin artırılmasını mümkün kılar.

2. Endüstriyel Atık Isı Geri Kazanımı: Kimya, kağıt üretimi ve çelik gibi endüstrilerde, üretim süreçlerinden kaynaklanan düşük sıcaklıktaki atık ısıyı geri kazanmak ve mekanik veya elektrik enerjisine dönüştürerek işletmenin enerji tüketimini azaltmak için kullanılır.

3. Jeotermal Enerji Üretimi: Jeotermal kaynakların düşük parametreli özelliklerine uyum sağlayarak, jeotermal buhar enerjisini elektriğe dönüştürür ve temiz enerjinin verimli bir şekilde kullanılmasını sağlar.

Özetle, düşük sıcaklıklı, düşük basınçlı buhar türbini, enerji tasarrufu, çevre koruma ve güvenilirlik gibi avantajları birleştirerek düşük dereceli termal enerjinin verimli kullanımına odaklanmaktadır. Parametrelerin ve çalışma koşullarının hassas bir şekilde eşleştirilmesiyle, enerji geri kazanımı ve kademeli kullanım sistemlerinde yeri doldurulamaz bir rol oynamakta ve düşük karbonlu endüstrilerin ve temiz enerjinin geliştirilmesi için önemli teknik destek sağlamaktadır.