L'avènement de la générateur de vapeur, ou alors Chaudière, a transformé la vie quotidienne bien avant les innovations électroniques, et a sans doute eu une plus grande impact global que les innovations plus récentes telles que le commerce en ligne, les médias sociaux et le sans fil La technologie. Il est difficile d'apprécier maintenant à quel point cela a changé la donne de pouvoir se déplacer d'un endroit à l'autre sans pouvoir personnel ou animal (par exemple, une calèche).
À première vue, la production de vapeur exprès ressemble à un choix étrange. En regardant le monde comme un jeune enfant pourrait le faire, la vapeur semble être un peu plus qu'un déchet aqueux obligatoire produit de divers processus impliquant la génération de chaleur, de la cuisson d'une boîte de pâtes au réchauffement des couloirs d'un imeuble.
La meilleure façon de relier votre esprit à la valeur d'une vapeur correctement exploitée est d'imaginer ce qui se passe quand quelque chose qui a de la vapeur qui s'en échappe est soudainement plafonné ou physiquement empêché d'émettre cette vapeur - par exemple, serrer fermement un couvercle sur une casserole d'eau bouillante pendant même une seconde avant le relâcher.
Les bases et les origines de Steam Power
La vapeur est de la vapeur d'eau, ou plus généralement, la forme gazeuse de la molécule. L'eau se compose d'atomes d'hydrogène et d'oxygène et a une formule moléculaire de H2O. Comme toute autre matière avec un particulier point d'ébullition, l'eau est capable d'entrer dans la phase gazeuse lorsqu'elle atteint cette température (pour l'eau, 100 C, ou degrés Celsius (212 F, ou degrés Fahrenheit) et reçoit une petite poussée d'énergie pour pouvoir surmonter sa chaleur de vaporisation, une sorte de péage que la matière doit généralement payer pour changer d'état (solide, liquide ou gazeux).
Aujourd'hui, le rôle le plus important de la vapeur est la production d'électricité. Mais à la fin des années 1600, on a découvert qu'il était plus facile d'éliminer les eaux usées des mines lorsqu'elles étaient condensées. Au cours du processus, il a été découvert que le processus de condensation de l'eau crée un vide (pression négative par rapport à tout ce qui se trouve en dehors de la zone d'activité de condensation). Cette découverte a finalement été intégrée dans les moteurs à vapeur et les générateurs modernes.
Que génèrent les centrales à vapeur ?
Il existe différents types de centrales à vapeur, dont l'organisation et d'autres détails spécifiques dépendent de la finalité ultime de la production de vapeur. Dans chaque cas, la vapeur n'est pas le but, mais un moyen d'atteindre une fin de production d'énergie.
Plutôt que de simplement libérer de la vapeur à l'air libre, toute différence locale de pression étant rapidement aplanie grâce à une alimentation en air illimitée, il est piégé dans une sorte d'espace et sa force refoulée se déchaîne sur l'alimentation humaine équipement.
Dans les centrales électriques, la vapeur est créée par la combustion de combustible dans un environnement à haute pression, c'est-à-dire une chaudière. Cela se voit principalement dans les centrales au charbon, bien qu'au début du 21e siècle celles-ci soient passées sous feu nourri à la fois pour leurs effets polluants directs et leur contribution au climat anthropique monnaie. La vapeur est également utilisée dans les centrales nucléaires ainsi que dans les centrales solaires thermiques.
Composants de la centrale à vapeur
Bien que la composition et la construction des chaudières puissent varier, leurs composants de base sont en grande partie les mêmes et comprennent les éléments suivants :
- Foyer: Cette chambre est le lieu de combustion et abrite les brûleurs et divers dispositifs de régulation.
- Brûleurs : Ceux-ci injectent un mélange d'air et de carburant (généralement du charbon, du fioul ou du gaz naturel) dans le système de distribution afin d'optimiser le mélange pour la combustion.
- Tambours: Ceux-ci comprennent un tambour à boue inférieur pour collecter principalement les déchets solides et un tambour à vapeur supérieur pour collecter la vapeur à placer dans le système de distribution.
- Économiseur: Ce dispositif optimise l'efficacité opérationnelle en préchauffant l'eau d'alimentation à une température donnée avant qu'elle ne puisse pénétrer dans le corps du système de chaudière.
- Système de distribution de vapeur : Ce réseau de vannes, de tubes et de connexions est personnalisé pour les niveaux de pression de la vapeur transportée dans le système. La vapeur quitte la chaudière avec une pression suffisante pour alimenter n'importe quel processus en aval (par exemple, la production d'électricité via une turbine).
- Système d'alimentation en eau : Cet élément critique d'une chaudière garantit que la quantité d'eau entrant dans le système équilibre celle qui quitte le système. Cela doit être calculé en poids et non en volume, car une partie de l'eau est de la vapeur et une autre est liquide.
Types de générateurs de vapeur
Tube à feu. Ceux-ci sont le plus souvent utilisés dans des processus nécessitant entre 15 et 2 200 chevaux (1 hp = 746 watts, ou W). Ce type de chaudière est cylindrique, avec la flamme dans la cavité du four elle-même et les gaz de combustion eux-mêmes maintenus à l'intérieur d'une série de tubes. Ceux-ci se déclinent en deux modèles de base: dos sec et dos mouillé.
Tuyau d'eau. Dans cet agencement, les tubes contiennent de la vapeur, de l'eau ou les deux, tandis que les produits de combustion passent autour de l'extérieur des tubes. Ceux-ci ont souvent plusieurs ensembles de tambours, et parce qu'ils utilisent relativement peu d'eau, ces chaudières offrent des capacités de cuisson à la vapeur inhabituellement rapides.
Commercial. Ceux-ci comportent généralement des combinaisons de conceptions de tube d'eau, de tube de fumée et de résistance électrique. Ils sont populaires dans les grands bâtiments nécessitant une température essentiellement constante, tels que les écoles et les bibliothèques, les bureaux et bâtiments gouvernementaux, aéroports, complexes d'appartements, collèges et autres laboratoires de recherche, hôpitaux, etc. au.
Condensation. Les chaudières à condensation peuvent atteindre des niveaux d'efficacité thermique allant jusqu'à 98 %, contre 70 à 80 % atteignables avec des conceptions de chaudières standard. Les niveaux d'efficacité typiques atteignent environ 90 pour cent lorsque la température de l'eau de retour est de 110 F ou moins, et augmentent avec la diminution de la température de retour de l'eau par la suite.
Tube à eau flexible (flextube). Cette construction est particulièrement résistante aux « chocs thermiques », ce qui en fait une option naturelle pour les utilisations en chauffage. Les chaudières à tubes d'eau flexibles sont disponibles dans une large gamme d'entrées de combustible et sont bien adaptées aux applications à basse pression utilisant de la vapeur ou de l'eau chaude. (Toutes les "chaudières" ne font pas bouillir de l'eau!) Elles sont également assez faciles à entretenir, avec un accès facile à leurs pièces de travail depuis l'extérieur.
Électrique. Ces chaudières sont réputées à faible impact: propres, silencieuses, faciles à installer et petites par rapport à leur utilité. Parce que rien n'est réellement brûlé (c'est-à-dire qu'il n'y a pas de flamme à craindre), les chaudières électriques sont merveilleusement simples. Il n'y a pas de carburant ou d'équipement de manutention de carburant dans le mélange, et donc pas d'échappement et pas besoin de tuyaux et de ports associés. De plus, ceux-ci ont des éléments chauffants qui sont faciles à remplacer.
Générateur de vapeur à récupération de chaleur (HRSG). Il s'agit d'un « échangeur de chaleur » innovant à récupération d'énergie qui récupère la chaleur d'un flux de gaz chaud passant. Ceux-ci créent de la vapeur qui peut être utilisée pour entraîner un processus particulier ou utilisée pour entraîner une turbine à vapeur pour alimenter la production d'électricité à l'aide d'un électro-aimant. Les HRSG sont construits sur une base de trois composants principaux – un évaporateur, un surchauffeur et un économiseur.
La vapeur comme combustible de réacteur nucléaire
Les centrales nucléaires utilisent l'énergie non pas à partir de la combustion du combustible mais par la séparation mécanique de ses plus petits composants. C'est une façon très douce de décrire fission nucléaire, dans lequel les atomes (dans ce cas, ceux appartenant à l'élément uranium) sont brisés en atomes plus petits, libérant d'énormes quantités d'énergie.
L'énergie libérée par la fission est captée et utilisée pour chauffer et faire bouillir de l'eau, et la vapeur qui en résulte est utilisée pour alimenter une turbine dans le but de produire de l'électricité.