Общая характеристика

Дросселирование широко применяется в промышленности как средство регулирования и понижения давления пара. Как правило, оно осуществляется при помощи дросселей и редукционных клапанов. Поскольку процесс дросселирования является изоэнтальпийным (т.е., энтальпия в процессе не изменяется), он не сопровождается потерями энергии и, с точки зрения первого закона термодинамики, имеет наибольший возможный КПД. Однако дросселирвание с неизбежностью является необратимым термодинамическим процессом, и снижение давления

сопровождается увеличением энтропии без какой-либо полезной работы. Как следствие, при дросселировании теряется эксергия, и рабочее тело после снижения давления характеризуется меньшим содержанием энергии, пригодной для полезного использования, например, в паровой турбине.

Поэтому при необходимости снизить давление рабочего тела желательно приблизить процесс к изоэнтропийному, получив дополнительную полезную работу при помощи турбины. Если это оказывается невозможным, следует во всех случаях использовать настолько низкое рабочее давление в системе, насколько это возможно, чтобы избежать значительных перепадов давления, потерь энергии на клапанах и измерительных приборах, а также дополнительных энергозатрат, связанных с функционированием компрессоров и насосов.

Обычной практикой на промышленных предприятиях является поддержание на входе турбины постоянного давления, соответствующего проектному уровню. Как правило, это требует регулирования давления при помощи клапанов, что не всегда является рациональным. С точки зрения второго закона термодинамики, более эффективной является эксплуатация турбины при переменном давлении и полностью открытыми входными клапанами.

Общей рекомендацией является использование настолько больших клапанов, насколько это возможно. В этом случае удовлетворительное дросселирование может быть достигнуто при перепаде давления 5-10% при максимальном расходе рабочего тела, в отличие от перепада 25-50% при использовании традиционных клапанов, размер которых является слишком малым. Размеры насосов, обеспечивающих давление рабочего тела, также должны быть подобраны с учетом конкретных условий и их возможных вариаций.

Тем не менее, наилучшим вариантом является использование турбодетандера, позволяющего осуществить «утилизацию» избыточного давления в условиях, приближенных к изоэнтропийному, термодинамически обратимому процессу. Турбина может использоваться для производства электроэнергии.

Применимость

Применяется на новых или существенно модернизируемых установках с учетом экономических соображений и следующих факторов:

• турбодетандеры могут использоваться для производства электроэнергии или в качестве источника механической энергии - для приведения в движение компрессора или вентилятора. Хотя использование турбодетандеров является оптимальным с точки зрения энергоэффективности, следует соотносить их предполагаемую потребность в паре с общим «паровым балансом» предприятия. Чрезмерное количество или мощность турбодетандеров могут привести к производству избыточного пара низкого давления, который придется стравливать в атмосферу, что, в свою очередь, приведет к снижению энергоэффективности. Кроме того, поток пара, необходимый для функционирования турбодетандера, должен быть доступен предсказуемым образом на протяжении значительной части времени. Непредсказуемое или нерегулярное поступление пара затрудняет нахождение полезного применения для энергии, производимой турбиной (за исключением тех маловероятных случаев, когда периоды поступления пара всегда совпадают с периодами потребностей в энергии турбины);
• эффективное применение турбодетандеров требует значительного перепада давления, а также высокого расхода рабочего тела. В черной металлургии турбодетандерами

оборудуются доменные печи, поскольку в процессе плавки образуется мощный поток доменного газа.

Экономические аспекты

Капитальные затраты на установку турбодетандера на несколько порядков величины превышают стоимость обычных дросселей и редукционных клапанов. Поэтому при принятии решения об установке турбодетандера необходимо оценить его минимальную производительность, обеспечивающую окупаемость инвестиций, и соотнести ее с общим паровым балансом предприятия. При низких массовых расходах рабочего тела использование турбодетандера экономически неэффективно. Для успешной интеграции в системы предприятия турбодетандер должен на протяжении значительной части времени обеспечивать надежное, стабильное производство энергии, соответствующее существующим потребностям.

Мотивы внедрения

При целесообразности применения турбодетандеров- снижение затрат на производство энергии.