На электростанциях и в котельных для приведения параметров технологического пара в соответствие с характеристиками промышленного оборудования нередко приходится снижать его параметры. С целью одновременного уменьшения давления и температуры пара используются редукционно-охладительные установки (РОУ). В них происходит дросселирование пара в регулирующих клапанах и снижение температуры путем впрыска в нет охлаждающей воды, В тех случаях, когда необходимо снизить только давление пара, применяются редукционные установки (РУ), в которых осуществляется дросселирование пара в регулирующих клапанах, т.е. РУ отличается от РОУ лишь отсутствием впрыска охлаждающей воды. Поэтому для простоты рассмотрим процесс дросселирования пара на примере РУ (рис.1). По трубопроводу 1 пар поступает на РУ, где в дросселирующем клапане 2 происходит резкое снижение его давления до заданного значения. По трубопроводу 4 редуцированный пар направляется потребителю. С помощью регулятора 3 заданное давление пара за РУ можно под-держивать автоматически. На рисунке ниже приведен также график изменения давления пара на РУ — от Pj на входе до на выходе. Одновременно снижается и температура редуцируемого пара.
Следует отметить, что преднамеренное снижение давления пара (P2-P1) путем дросселирования в регулирующем клапане — это бесполезная потеря его энергетического потенциала. Однако возможна технологическая схема редуцирования, позволяющая в определенной степени компенсировать эту потерю. Особенность схемы заключается в применении вихревой трубы (ВТ), в которой происходит разделение подаваемого в нее потока пара или газа на два потока с меньшим давлением — холодный и горячий (рис. 2). Температура холодного потока может быть значительно ниже, чем редуцированного пара при обычном дросселировании, а температура горячего потока — намного выше, чем пара, поступающего на установку редуцирования. Значения температур обоих потоков на выходе из ВТ можно регулировать в определенных пределах в зависимости от конкретной потребности.
Принцип работы при этой схеме состоит в следующем. Подаваемый по трубопроводу 1 в вихревую трубу 2 пар с помощью завихрителя 3 приводится во вращение. Во вращающемся потоке происходят сложные термодинамические процессы, в результате которых поток приобретает значительный температурный градиент по радиусу ВТ Благодаря этому из осевой зоны ВТ можно отобрать охлажденный поток 4, а от периферийной — горячий поток 5 теплоносителя.
Обычно ВТ используются для получения холода, поскольку источники тепла более доступны. Однако в нашем случае интерес представляет горячий поток. Использование ВТ в схеме редуцирования позволит повысить энергетический потенциал горячей части потока пара за счет увеличения его температуры, что частично компенсирует потери при дросселировании.
Название ‘»холодный поток” в данном случае имеет условный характер. Температура пара в этом потоке выше температуры его насыщения при существующем давлении, ко значительно ниже температуры пара в горячем потоке. Последний может быть использован в различных технологических процессах, для подогрева воздуха, воды, другого потока пара.
На рис. 3 в качестве примера приведена схема редуцирования пара, поступающего по трубопроводу 1 в РУ, оборудованную ВТ 2. В этой схеме пар тех же исходных параметров предварительно подогревает воду в подогревателе 3. Поступающий в ВТ пар редуцируется и разделяется на два потока — холодный 4 и горячий 5. Горячий поток имеет температуру значительно выше, чем у пара, подаваемого в ВТ и подогреватель 3. Поэтому целесообразно использовать горячий поток пара 5 после ВТ для дополнительного подогрева воды в подогревателе 6 до более высокой температуры. При этом подогрев воды может быть осуществлен до более высокой температуры, чем при нагреве паром, поступающим в ВТ и подогреватель 3. Пар горячего потока 5, отдав тепло перегрева воде в подогревателе 6, смешивается с паром холодного потока 4 после ВТ При этом температура общего потока пара усредняется, и он поступает к потребителю Эту температуру можно регулировать, изменяя соотношение расходов смешиваемых потоков.
Более глубокое снижение температуры пара в холодном потоке после ВТ на технологии отрицательно не сказывается, так как основную роль при теплообмене в подогревателях и других потребителях редуцированного пара играют его давление и обусловленная им температура конденсации, а они остаются на заданных значениях. Регулирование расхода пара через ВТ, а следовательно, количества редуцированного пара, осуществляется регулирующим клапаном 7. На него может воздействовать регулятор 8, автоматически поддерживающий заданное давление редуцированного пара.
Таким образом, при дросселировании поступающего в РУ пара энергетический потенциал его уменьшается из-за снижения давления. Однако при срабатывании перепада давлений в ВТ энергетический потенциал горячего потока пара повышается за счет увеличения его температуры.
Как уже отмечалось, ВТ обычно используется для получения холода. Однако в вышеупомянутой книге приведены сведения и о применении ВТ для повышения температуры горячего потока пара, используемого для прогрева корпуса турбин при скоростном их пуске из горячего состояния (температура горячего потока пара на выходе из ВТ на 80-120 °С выше температуры подводимого к ней пара).
При практической реализации схемы редуцирования пара с использованием ВТ следует иметь в виду, что здесь взаимодействуют два явления с противоположным влиянием: при редуцировании пара температура его снижается (дроссель-эффект), а за ВТ температура горячего потока пара возрастает. Влияние дроссель-эффекта увеличивается с повышением давления пара, подлежащего редуцированию. При давлении 12-13 МПа дроссель-эффект полностью нейтрализует явление нагрева горячего потока пара на выходе из ВТ.
Редукционная установка с ВТ может быть оснащена системой автоматики, поддерживающей заданную температуру горячего потока пара за ВТ и давление общею потока редуцированного пара за ВТ, в том числе включающую в себя блок ручного управления БРУ-10.
Практическая реализация рассмотренного способа редуцирования пара с использованием высокотемпературного потока за ВТ может быть различной в зависимости от характера производства.
