抽出背圧タービン

Extraction Back-pressure Steam Turbine

The extraction back-pressure steam turbine is a core thermal equipment for combined heat and power (CHP) scenarios. Its core advantage lies in integrating the dual functions of intermediate steam extraction and back-pressure exhaust. It can extract steam at a predetermined pressure to supply high-parameter users while simultaneously utilizing all the final exhaust steam, which has a back-pressure higher than atmospheric pressure, for low-pressure heating. This achieves efficient cascade utilization of steam energy with no condenser cold source loss. As a key piece of equipment in industrial production and urban district heating systems, it precisely adapts to multi-pressure grade heat user demands, balancing high energy efficiency with high stability, and offers significant application value within low-carbon energy supply systems.

Its working principle centers on the staged utilization of steam energy, featuring a clear and controllable process: Fresh steam enters the high-pressure section via the inlet casing, expands and performs work through the interaction of nozzles and moving blades, driving the rotor to output mechanical energy. A portion of the steam is extracted from the intermediate extraction port to supply high-pressure users, with the extraction pressure stabilized by a pressure regulator (deviation ≤ ±0.05 MPa). The remaining steam enters the low-pressure section to continue performing work, ultimately exhausting at a back-pressure of 0.12–0.4 MPa to meet space heating and low-pressure process demands. The flow path is divided into high- and low-pressure sections. The steam flow through the low-pressure section can be regulated via control valves, with an adjustment range of 30%–100% of the rated flow, balancing energy supply stability and economic efficiency.

The unit's suitability and performance are determined by its core design parameters, which require key attention during selection:

1.  Extraction and Back-pressure Parameters: Extraction pressure: 0.3–1.5 MPa; Back-pressure: 0.12–0.4 MPa (above atmospheric pressure). These can be precisely customized based on heat user requirements.

2.  Rated Capacity: Ranging from several hundred kilowatts to tens of megawatts, adaptable to different scale scenarios such as industrial captive power plants and regional thermal power plants.

3.  Thermal Efficiency: With no cold source loss, the overall thermal efficiency is ≥80%. Its economic performance is significantly superior to conventional condensing turbines under stable heat load conditions.

4.  Regulation Precision: Precise control of extraction pressure and flow ensures parameter suitability and adaptation to minor load fluctuations.

構造設計は二重エネルギー供給要件に準拠しており、安定性と効率性を重視しています。主要コンポーネントには、入口ケーシング、ノズルアセンブリ、シリンダー、ローター、抽出ポート、制御機構が含まれます。抽出ポートには、パラメータ変動を防ぐためのシーリング装置が装備されています。一体型の鍛造ローターは疲労強度を高めています。高圧セクションと低圧セクションのブレードは、必要に応じてカスタマイズされ、テノン接続されたルートにより耐荷重性が向上しています。二重調整装置とインターロック保護（過回転、過大背圧）が搭載されており、異常時には迅速なシャットダウンによりリスクを軽減できます。シリンダージョイントとシャフトエンドにはラビリンスシールが使用され、抽出ポートには追加のシーリングリングが追加されることで、蒸気漏れとエネルギー損失を最小限に抑えます。

運用特性には、大きな利点と特定の制限が組み合わされています。

1. 主な利点：優れたエネルギー効率。排気蒸気はすべて暖房に利用され、熱電併給により卓越した総合効率を実現します。シンプルな構造で故障箇所が少なく、年間8,000時間以上の稼働と運用コストの抑制が可能です。分散型エネルギー供給をコージェネレーションに置き換えることで、化石燃料の消費量と汚染物質の排出量を削減し、低炭素化の要件を満たします。

2. 運用上の制限：「発電量は熱需要に従う」という原則に基づきます。つまり、電気負荷は加熱蒸気の総流量と強く連動しており、独立して制御することはできません。電力需給のバランスをとるためには、系統連系または他のユニットとの並列運転が必要です。経済性は設計点において最適ですが、設計外の運転では効率が低下するため、負荷変動が激しいシナリオには適していません。

その適用シナリオは、安定した熱負荷と多様な圧力レベルの加熱需要がある分野に集中しています。化学、製紙、鉄鋼などの産業用自家発電所は、電力、高圧蒸気、低圧蒸気を同時に供給することで、全体的なエネルギー消費を削減します。都市地域暖房用の地域火力発電所は、冬季には補助的な発電による暖房を優先し、暖房のない季節には産業用熱需要に対応することで、年間を通して安定した運転を実現します。分散型エネルギーシステムにおいては、統合された発電＋暖房システムの構築を支援し、工業団地や大規模コミュニティのエネルギー供給の自立性と柔軟性を高めます。

同様のタービンタイプと比較すると、主な違いは顕著です。

1. 抽気凝縮式蒸気タービンとの比較：背圧型は排気圧力が大気圧以上で、排気はすべて加熱に利用され、冷熱損失はありません。一方、復水型は排気圧力が大気圧以下で、凝縮器に排出され、そこで凝縮されます。熱電比は調整可能ですが、エネルギー効率は低くなります。

2. 純背圧型蒸気タービンと比較：純背圧型は加熱用の単一圧力グレード蒸気しか供給できないため、適用範囲が限られています。一方、抽気型は中間抽気機能を追加することで、高圧蒸気と低圧蒸気の同時供給を可能にし、より幅広い需要に対応します。

要約すると、抽気背圧蒸気タービンは、熱負荷が安定したシナリオに適した高効率コージェネレーション（CHP）ユニットです。電力負荷の調整範囲は限られていますが、適切なシステム統合と系統接続により、省エネ、環境配慮、信頼性といった特性を最大限に活用できます。産業生産と民生用エネルギー供給に不可欠な役割を果たし、低炭素エネルギーシステムにおいて重要な位置を占めています。