Dobór turbin parowych

Czynniki ograniczające wybór rozwiązania technologicznego turbiny parowej /turbozespołu parowego
Wybór odpowiedniego rozwiązania technicznego w zakresie turbozespołu jest najważniejszą decyzją przyszłego użytkownika. Wybór ten nie zawsze jest możliwy zgodnie z potrzebami klienta i silnie zależy od następujących czynników:

• żądanego poziomu mocy elektrycznej (cieplnej).

Żądany poziom mocy zwykle wynika z jednej strony z możliwości wytworzenia określonej maksymalnej ilości pary w kotle (np.: określona ilość dostępnej biomasy) jak i z możliwości jego późniejszego wykorzystania (ściśle określona moc cieplna, którą można wykorzystać/sprzedać). Jeśli ta moc, w przeliczeniu na możliwą do uzyskania moc elektryczną, będzie poniżej 1 MWe to zachodzi ograniczenie co do typu turbiny. Zwykle przy tak małych mocach możemy jedynie zastosować turbinę jednostopniową (redukcyjną), która jest rozwiązaniem atrakcyjnym pod względem kosztów inwestycyjnych, jednak mniej sprawnym ze względu na uproszczoną budowę. Ograniczeniem dla inwestora jest niemożność wykonania turbiny redukcyjnej jako kondensacyjnej, tak więc niemożliwa jest produkcja wyłącznie energii elektrycznej – musi być przez inwestora zapewniony odbiór w postaci pary technologicznej, bądź też za pośrednictwem wymiennika ciepłowniczego w postaci gorącej wody. Granica 1MWe jest granicą umowną. Nie ma jednak problemu technicznego wykonać turbinę redukcyjną o mocy nawet i 2MWe, nie ma także problemu w wykonaniu turbiny kondensacyjnej wielostopniowej o mocy poniżej 1 MWe, np. 600kWe. Istnieje jednak bariera ekonomiczna przy takich skrajnych rozwiązaniach – niższy koszt instalacji dla turbiny redukcyjnej o wyższej mocy niż 1MWe będzie szybko zniwelowany poprzez jej niższą sprawność w czasie eksploatacji i już po kilku latach różnica zysków porównując z turbiną wysokosprawną przewyższy różnicę związaną z kosztem inwestycji. W drugim przypadku, przy zastosowaniu turbiny wielostopniowej (wysokosprawnej) dla niskich mocy, różnica w zyskach będzie bardzo wolno niwelowała różnice w kosztach inwestycji. Warto więc skusić się niskimi kosztami inwestycji, jest to zasadne, ale trzeba pamiętać o tym, że niemożliwe jest wykonanie turbiny redukcyjnej z kondensacją.

• istnienia zapotrzebowania na ciepło, ewentualną parę technologiczną

Fakt istnienia zapotrzebowania na ciepło lub/i parę technologiczną jest sytuacją korzystną, bowiem umożliwia wytwarzanie energii w kogeneracji. W przypadku małych mocy do 1MW i zastosowaniu turbiny redukcyjnej na wyjściu z turbiny będziemy bezpośrednio mieli parę o parametrach żądanych na potrzeby wymiennika ciepłowniczego bądź też o nieco wyższych parametrach – na potrzeby technologiczne. W przypadku mocy powyżej 1MWe możliwości mamy więcej. Turbiny wielostopniowe w przeciwieństwie do uproszczonych, redukcyjnych, umożliwiają wykonanie upustu na parę o żądanych parametrach, która zaspokoi potrzeby technologiczne lub ogrzewania a nadmiar pary można skierować do kondensacji. Szczegółowe rozwiązania zostaną opisane w dalszej części tekstu. W sytuacji gdy zapotrzebowania na ciepło nie ma, jedynym rozwiązaniem jest wybór turbiny kondensacyjnej, jednak ograniczeniem jest minimalny poziom znamionowej mocy elektrycznej w okolicy 1MWe ze względu na opisane wyżej aspekty ekonomiczne. W przypadku elektrociepłowni biomasowych na wielkość mocy ma wpływ również dostępna ilość paliwa. Nie można lekceważyć kosztów pozyskania paliwa, dla biomasy ekonomiczna odległość, skąd transportowane może być paliwo waha się w przedziale maksymalnie od 50 do 100km.

• lokalizacji umożliwiającej odbiór ciepła oraz energii elektrycznej oraz możliwości w zakresie wykonania instalacji dodatkowych, np.: instalacji wody chłodzącej

Ważnym czynnikiem przy budowie elektrociepłowni jest jej lokalizacja. Należy mieć na względzie względną bliskość odbiorców ciepła a także dostęp do sieci energetycznej ZE. Koszt budowy rurociągów parowych i wodnych jest znaczny, budowa długiej linii energetycznej również. Istotne w przypadku turbin kondensacyjnych jest również zapewnienie odpowiedniej ilości wody chłodzącej. W przypadku nieco większych jednostek (rzędu powyżej 5MWe) problem zapewnienia tej wody staje się szczególnie ważny. Dlatego właśnie wielkie elektrownie buduje się w pobliżu rzek i dużych zbiorników wodnych. W przypadku małych turbin ilość obiegowej wody chłodzącej może wahać się od 200 m3/h dla najmniejszych turbin kondensacyjnych, do kilku tysięcy m3/h. Trzeba takie przepływy zapewnić. Przepływ nie jest jednak równoznaczny ze zużyciem wody chłodzącej. Obieg wody chłodzącej jest obiegiem zamkniętym, jednak nie da się uniknąć strat związanych z parowaniem w chłodni, więc o tyle trzeba obieg uzupełniać i to stanowi właśnie zużycie wody. Gdy jednak nie ma możliwości zapewnienia wody chłodzącej należy wybrać droższy i mniej sprawny wariant z kondensatorem powietrznym.

Czynniki determinujące wybór rozwiązania technologicznego turbiny parowej / turbozespołu parowego

Skoro omówiono możliwe rozwiązania w zakresie turbin parowych można przystąpić do ich szczegółowego doboru. Znając omówione wcześniej ograniczenia wystarczy udzielić odpowiedzi wg podanego poniżej algorytmu. Powinno to wystarczyć do dokonania prawidłowego doboru turbozespołu.

Jak widać z wyżej pokazanego algorytmu typ turbiny parowej zależy od charakteru jej pracy. Oczywiście dobór turbiny parowej nie kończy się na wyborze jej typu, to dopiero pierwszy krok. Jeżeli projektujemy cały blok parowy to kolejnym krokiem jest określenie optymalnych parametrów pary wejściowej do kotła. W zależności od przedziału mocy turbiny optymalne parametry pary świeżej przedstawia tabela poniżej:

Oczywiście ten krok musimy pominąć jeśli dobieramy turbinę do istniejącego już kotła.

Dalsze kryteria doboru turbin parowych znajdują się w osobnym artykule tutaj.

• « poprz.
• nast. »