Dolazak generator pare, ili bojler, transformirao svakodnevicu mnogo prije nego što su to učinile elektroničke inovacije, i vjerojatno je imao veću ukupni učinak od novijih inovacija kao što su internetska trgovina, društveni mediji i bežično povezivanje tehnologija. Teško je sada procijeniti kolika je promjena igre bila kad smo mogli doći od mjesta do mjesta bez osobne ili životinjske snage (npr. Konjske zaprege).
Naizgled namjerna proizvodnja pare izgleda neobično. Gledajući na svijet onako kako bi to moglo učiniti malo dijete, čini se da je para tek nešto više od obveznog vodenog otpada proizvod različitih procesa koji uključuju proizvodnju topline, od kuhanja kutije s tjesteninom do zagrijavanja hodnika a zgrada.
Najbolji način da svoj um povežete s vrijednošću pravilno iskorištene pare je zamisliti što se događa kad nešto od čega para suklja iznenada zatvoren ili na neki drugi način fizički spriječen da emitira tu paru - na primjer, stezanje poklopca na lonac kipuće vode čak sekundu prije puštajući ga.
Osnove i podrijetlo snage pare
Para je vodena para, ili općenito, plinoviti oblik molekule. Voda se sastoji od atoma vodika i kisika i ima molekulsku formulu H2O. Kao i druga materija s određenim vrelište, voda može ući u plinovitu fazu kada dosegne tu temperaturu (za vodu, 100 C ili Celzijevih stupnjeva (212 F, ili stupnjeva Fahrenheita) i dobiva mali energetski potisak kako bi mogao prevladati toplinu isparavanja, svojevrsnu cestarinu koju materija obično mora platiti za promjenu između stanja (krutog, tekućeg ili plinskog).
Danas je najvažnija raširena uloga pare u proizvodnji električne energije. No, krajem kasnih 1600-ih otkriveno je da je lakše uklanjati otpadnu vodu iz rudnika kad se kondenzirala. U tom je procesu otkriveno da proces kondenzacije vode stvara vakuum (negativni tlak u odnosu na ono što leži izvan područja aktivnosti kondenzacije). Ovo je otkriće na kraju integrirano u moderne parne strojeve i generatore.
Što generiraju parne elektrane?
Postoje razne vrste termoelektrana, s organizacijom i ostalim specifičnim detaljima svake od njih, ovisno o krajnjoj namjeni pare. U svakom slučaju para nije cilj, već sredstvo za postizanje cilja.
Umjesto da jednostavno ispušta paru na otvoreno, s lokalnim razlikama u tlaku koje se brzo uklanjaju zbog neograničen dotok zraka, zarobljen je u nekakvom prostoru, a njegova zadržana snaga oslobođena je na opskrbi čovjeka oprema.
U elektranama se para stvara sagorijevanjem goriva u visokotlačnom okruženju - odnosno kotlu. To se vidi u postrojenjima uglavnom na ugljen, iako su početkom 21. stoljeća one dospjele jaka vatra kako zbog njihovih izravnih zagađujućih učinaka, tako i zbog njihovog doprinosa antropogenoj klimi promijeniti. Para se također koristi u nuklearnim elektranama, kao i u solarnim termoelektranama.
Komponente termoelektrane
Iako se sastav i konstrukcija kotlova mogu razlikovati, njihove ključne komponente uglavnom su iste i uključuju sljedeće:
- Ložište: U ovoj komori dolazi do izgaranja, a u njoj su smješteni plamenici i razni regulatorni uređaji.
- Plamenici: Oni ubrizgavaju smjesu zraka i goriva (obično ugljena, mazuta ili prirodnog plina) u distribucijski sustav radi optimizacije smjese za izgaranje.
- Bubnjevi: To uključuje donji bubanj mulja za sakupljanje uglavnom čvrstog otpada i gornji bubanj za paru za prikupljanje pare za stavljanje u distribucijski sustav.
- Ekonomizator: Ovaj uređaj optimizira operativnu učinkovitost zagrijavanjem napojne vode na zadanu temperaturu prije nego što uđe u tijelo kotlovskog sustava.
- Sustav distribucije pare: Ova mreža ventila, cijevi i priključaka prilagođena je razinama tlaka pare koja se provodi kroz sustav. Para ostavlja kotao s dovoljno pritiska da pokreće bilo koji proces nizvodno (npr. Proizvodnja električne energije putem turbine).
- Sustav napojne vode: Ovaj kritični element kotla osigurava da količina vode koja ulazi u sustav uravnoteži onu koja napušta sustav. To se mora izračunati u težini, a ne u volumenu, jer je dio vode pare, a dio tekućine.
Vrste parnih generatora
Vatrogasna cijev. Oni se najčešće koriste u procesima kojima je potrebno od 15 do 2200 konjskih snaga (1 KS = 746 W ili W). Ova vrsta kotla je cilindrična, s plamenom u samoj šupljini peći, a sami plinovi izgaranja drže se u nizu cijevi. Postoje u dva osnovna dizajna: suha leđa i mokra leđa.
Vodenu cijev. U ovom rasporedu cijevi sadrže paru, vodu ili oboje, dok proizvodi izgaranja prolaze oko vanjske strane cijevi. Oni često imaju više kompleta bubnjeva, a budući da koriste relativno malo vode, ti kotlovi nude neobično brze mogućnosti parenja.
Komercijalni. Obično sadrže kombinacije vodonepropusnih cijevi, vatrogasnih cijevi i izvedbi električnog otpora. Popularni su u velikim zgradama kojima je potrebna uglavnom stalna temperatura, poput škola i knjižnica, ureda i vladine zgrade, zračne luke, stambeni kompleksi, bolnice u koledžima i drugim istraživačkim laboratorijima, i tako dalje na.
Kondenzacija. Kondenzacijski kotlovi mogu doseći razinu toplinske učinkovitosti od 98 posto, u usporedbi sa 70 do 80 posto dostižnom uobičajenim izvedbama kotlova. Tipične razine učinkovitosti dosežu oko 90 posto kada je temperatura povratne vode 110 F ili niža, a rastu sa smanjenjem temperature povratka vode nakon toga.
Fleksibilna cijev za vodu (flextube). Ova je konstrukcija posebno otporna na "toplotni udar", što je čini prirodnom opcijom za grijanje. Fleksibilni kotlovi s vodovodnom cijevi imaju širok raspon ulaza goriva i vrlo su pogodni za primjenu pod niskim tlakom pomoću pare ili vruće vode. (Nisu svi "kotlovi" zapravo kipući vodu!) Oni su također vrlo jednostavni za održavanje, s lakim pristupom njihovim radnim dijelovima izvana.
Električni. Ovi kotlovi su izuzetno slabog utjecaja: čisti, tihi, jednostavni za ugradnju i mali u odnosu na korisnost. Budući da zapravo ništa nije izgorjelo (to jest, nema plamena zbog kojeg biste se trebali brinuti), električni kotlovi su čudesno jednostavni. U smjesi nema goriva ili opreme za rukovanje gorivom, a samim time nema ispuha i nema potrebe za povezanim cijevima i priključcima. Uz to imaju grijaće elemente koje je lako zamijeniti.
Generator pare za povrat topline (HRSG). Ovo je inovativni "izmjenjivač topline" za oporabu energije koji vraća toplinu iz struje vrućeg plina koji prolazi. Oni stvaraju paru koja se može koristiti za pogon određenog postupka ili se koristi za pogon parne turbine za pogon električne energije pomoću elektromagneta. HRSG-ovi izgrađeni su na temelju triju primarnih komponenata - isparivača, pregrijača i ekonomajzera.
Para kao gorivo nuklearnog reaktora
Nuklearne elektrane ne koriste energiju izgaranjem goriva već mehaničkim odvajanjem svojih najsitnijih komponenata. To je vrlo blag način opisivanja nuklearna fizija, u kojem su atomi (u ovom slučaju oni koji pripadaju elementu uran) razbijeni na manje atome, oslobađajući enormne količine energije.
Energija oslobođena cijepanjem hvata se i koristi za grijanje i kuhanje vode, a rezultirajuća para koristi se za pogon turbine u svrhu proizvodnje električne energije.