背圧タービン

大気圧よりも高い排気圧力を持つ蒸気タービンは、背圧蒸気タービンと呼ばれます。排気蒸気は暖房に利用したり、既存の中圧・低圧蒸気タービンに供給して、古い発電所の中圧・低圧ボイラーを置き換えることができます。背圧蒸気タービンを既存の中圧・低圧タービンに供給し、古い発電所の中圧・低圧ボイラーを置き換える場合、トッピングタービンとも呼ばれます。この方法は、元の発電所の発電容量を増加させるだけでなく、熱効率も向上させます。暖房に使用される背圧蒸気タービンの設計排気圧力は、具体的な暖房要件によって異なります。トッピングタービンの場合、背圧は既存の発電ユニットの蒸気パラメータによって決まる5 MPaを超えることがよくあります。暖房システムで利用された後、排気蒸気は凝縮して水となり、給水としてボイラーに送り返されます。通常、暖房システムから凝縮された水はすべて回収できるわけではないため、補給給水が必要になります。

背圧蒸気タービンは、排気蒸気圧が大気圧よりも高いタービンの一種です。その動作原理は、高温高圧の蒸気を用いてタービンローターを駆動し、機械エネルギー出力を生成することです。復水蒸気タービンとは異なり、背圧タービンからの排気蒸気は直接復水器に送られるのではなく、他の機器や産業プロセスに送られ、さらに利用されます。この設計により、背圧蒸気タービンはエネルギー利用において非常に効率的であり、特にコージェネレーションなどの用途で顕著です。

運転特性の観点から見ると、背圧蒸気タービンの発電量は熱負荷によって決まります。電気出力は熱負荷の変動に応じて変動するため、単独では熱と電力の両方の需要に柔軟に対応できません。したがって、背圧蒸気タービンは熱負荷が比較的安定したシナリオに適しています。熱負荷の変動が大きい場合は、通常、復水蒸気タービンと並列運転する必要があり、復水ユニットが電気負荷の変動に対応します。

背圧式蒸気タービンの主な特徴は、高い排気圧力と、排気蒸気を暖房やその他の産業用途に利用できることです。その排気圧力は比較的高く（通常は大気圧以上）、各段で膨張・作業を行った後、高圧で排出されます。排気蒸気に含まれる熱は熱利用者によって十分に利用されるため、復水式蒸気タービンに伴う冷熱損失がなくなり、熱効率が向上します。構造的には、その高圧部は復水式蒸気タービンと類似しており、蒸気分配にはノズル調速機が用いられることが多く、調速段としては単列衝動段が典型的に用いられます。

排気蒸気は凝縮されないため、熱損失が低減され、全体的な熱効率が向上します。さらに、背圧タービンは構造が比較的単純で、メンテナンスコストも低くなります。しかし、排気圧力を下流の蒸気消費機器の要件に合わせて調整する必要があるため、運用の柔軟性には限界があり、そうでないとシステムの安定性に影響を及ぼす可能性があります。

用途と経済効率の観点から、背圧蒸気タービンは、電気と熱の同時供給が必要な用途で広く使用されています。コージェネレーションや産業廃熱回収に広く利用されており、発電における石炭消費量を効果的に削減し、省エネに貢献しています。しかし、負荷変動への適応能力は比較的低く、低熱負荷条件下では効率が低下する可能性があり、排気パラメータはユーザー要件に適合させる必要があります。初期パラメータ（圧力や温度など）の選択には、経済性と安全性の両面を総合的に考慮する必要があります。