Технологии энергосбережения

Бестопливные установки для производства электроэнергии, теплоты и холода на базе детандер-генераторных агрегатов - Дросселирование и использование турбодетандеров

Дросселирование и использование турбодетандеров

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.