Tipi di generatori di vapore

L'avvento del generatore di vapore, o caldaia, ha trasformato la vita di tutti i giorni molto prima delle innovazioni elettroniche e probabilmente ha avuto un maggiore successo impatto complessivo rispetto alle innovazioni più recenti come il commercio online, i social media e il wireless tecnologia. È difficile apprezzare ora quanto sia stato un punto di svolta poter andare da un luogo all'altro senza il potere personale o animale (ad esempio, una carrozza trainata da cavalli).

A prima vista, la produzione di vapore apposta sembra una scelta strana. Guardando il mondo come potrebbe fare un bambino, il vapore sembra essere poco più di uno spreco d'acqua obbligatorio prodotto di vari processi che comportano la generazione di calore, dalla cottura di una scatola di pasta al riscaldamento dei corridoi di a edificio.

Il modo migliore per mettere in relazione la tua mente con il valore del vapore correttamente imbrigliato è immaginare cosa succede quando qualcosa da cui sgorga vapore viene improvvisamente tappato o altrimenti impedito fisicamente di emettere quel vapore, ad esempio, chiudendo saldamente un coperchio su una pentola di acqua bollente anche per un secondo prima rilasciandolo.

Il vapore è il vapore acqueo o, più in generale, la forma gassosa della molecola. L'acqua è composta da atomi di idrogeno e ossigeno e ha una formula molecolare di H₂O. Come altra materia con un particolare punto di ebollizione, l'acqua è in grado di entrare nella fase gassosa quando raggiunge quella temperatura (per l'acqua, 100 C o gradi Celsius (212 F o gradi Fahrenheit) e riceve una piccola spinta energetica in modo che possa superare il suo calore di vaporizzazione, una sorta di pedaggio che la materia solitamente deve pagare per cambiare stato (solido, liquido o gas).

Oggi, il ruolo più diffuso e vitale del vapore è nella generazione di energia elettrica. Ma alla fine del 1600, si scoprì che era più facile rimuovere l'acqua di scarico dalle miniere quando era condensata. Nel processo si è scoperto che il processo di condensazione dell'acqua crea un vuoto (pressione negativa rispetto a tutto ciò che si trova al di fuori dell'area di attività di condensazione). Questa scoperta è stata infine integrata nei moderni motori e generatori a vapore.

Esistono vari tipi di centrali elettriche a vapore, con l'organizzazione e altri dettagli specifici di ciascuna a seconda dello scopo finale dell'energia generata dal vapore. In ogni caso, il vapore non è l'obiettivo, ma un mezzo per un fine produttivo.

Piuttosto che semplicemente rilasciare vapore all'aria aperta, qualsiasi differenza di pressione locale viene rapidamente appianata a causa di una scorta d'aria illimitata, è intrappolato in una sorta di spazio e la sua forza repressa si scatena su attrezzatura.

Nelle centrali elettriche, il vapore viene creato dalla combustione di carburante in un ambiente ad alta pressione, ovvero una caldaia. Questo è visto principalmente negli impianti a carbone, anche se all'inizio del 21° secolo questi erano caduti sotto fuoco pesante sia per i loro effetti inquinanti diretti che per il loro contributo al clima antropico modificare. Il vapore viene utilizzato anche nelle centrali nucleari e negli impianti solari termici.

Sebbene la composizione e la costruzione delle caldaie possano variare, i loro componenti principali sono in gran parte gli stessi e includono quanto segue:

• Focolare: Questa camera è dove avviene la combustione e ospita i bruciatori e vari dispositivi di regolazione.
• Bruciatori: Questi iniettano una miscela di aria e carburante (solitamente carbone, olio combustibile o gas naturale) nel sistema di distribuzione per ottimizzare la miscela per la combustione.
• Tamburi: Questi includono un tamburo di fango inferiore per raccogliere principalmente rifiuti solidi e un tamburo di vapore superiore per raccogliere il vapore per il posizionamento nel sistema di distribuzione.
• Economizzatore: Questo dispositivo ottimizza l'efficienza operativa preriscaldando l'acqua di alimentazione a una data temperatura prima che possa entrare nel corpo del sistema della caldaia.
• Sistema di distribuzione del vapore: Questa rete di valvole, tubi e connessioni è personalizzata per i livelli di pressione del vapore trasportato attraverso il sistema. Il vapore lascia la caldaia con una pressione sufficiente per alimentare qualsiasi processo a valle (ad esempio, la generazione di elettricità tramite una turbina).
• Sistema dell'acqua di alimentazione: Questo elemento critico di una caldaia assicura che la quantità di acqua che entra nel sistema equilibri quella che esce dal sistema. Questo deve essere calcolato in peso, non in volume, poiché parte dell'acqua è vapore e parte è liquida.

Firetube. Questi sono più spesso utilizzati in processi che richiedono da 15 a 2.200 cavalli (1 hp = 746 watt o W). Questo tipo di caldaia è cilindrica, con la fiamma nella cavità stessa del forno e gli stessi gas di combustione tenuti all'interno di una serie di tubi. Questi sono disponibili in due modelli base: dorso asciutto e dorso bagnato.

Tubo dell'acqua. In questa disposizione, i tubi contengono vapore, acqua o entrambi, mentre i prodotti della combustione passano all'esterno dei tubi. Questi hanno spesso più set di tamburi e, poiché utilizzano relativamente poca acqua, queste caldaie offrono capacità di cottura a vapore insolitamente veloci.

Commerciale. Questi di solito presentano combinazioni di tubi ad acqua, firetube e design di resistenza elettrica. Sono popolari in grandi edifici che richiedono una temperatura per lo più costante, come scuole e biblioteche, uffici ed edifici governativi, aeroporti, complessi di appartamenti, università e altri laboratori di ricerca, ospedali e così via sopra.

Condensazione. Le caldaie a condensazione possono raggiungere livelli di efficienza termica fino al 98 percento, rispetto al 70-80 percento ottenibile utilizzando modelli di caldaie standard. I livelli di efficienza tipici raggiungono circa il 90% quando la temperatura dell'acqua di ritorno è a 110 F o inferiore e successivamente aumentano con la diminuzione della temperatura di ritorno dell'acqua.

Tubo flessibile dell'acqua (flextube). Questa costruzione è particolarmente resistente allo "shock termico", il che la rende un'opzione naturale per gli usi di riscaldamento. Le caldaie flessibili a tubi d'acqua sono disponibili in un'ampia gamma di ingressi di combustibile e sono particolarmente adatte per applicazioni a bassa pressione che utilizzano vapore o acqua calda. (Non tutte le "caldaie" in realtà fanno bollire l'acqua!) Sono anche abbastanza facili da mantenere, con un facile accesso alle loro parti operative dall'esterno.

Elettrico. Queste caldaie sono notoriamente a basso impatto: pulite, silenziose, facili da installare e piccole in relazione alla loro utilità. Poiché nulla viene effettivamente bruciato (cioè non c'è fiamma di cui preoccuparsi), le caldaie elettriche sono meravigliosamente semplici. Non ci sono combustibili o attrezzature per la gestione del carburante nella miscela e quindi nessuno scarico e nessuna necessità di tubi e porte associati. Inoltre, questi hanno elementi riscaldanti facili da sostituire.

Generatore di vapore a recupero di calore (HRSG). Si tratta di un innovativo "scambiatore di calore" a recupero di energia che recupera calore dal passaggio di un flusso di gas caldo. Questi creano vapore che può essere utilizzato per guidare un particolare processo o utilizzato per azionare una turbina a vapore per alimentare la generazione di elettricità utilizzando un elettromagnete. Gli HRSG sono costruiti su una base di tre componenti primari: un evaporatore, un surriscaldatore e un economizzatore.

Le centrali nucleari utilizzano l'energia non dalla combustione del combustibile, ma dalla separazione meccanica dei suoi componenti più piccoli. Questo è un modo molto mite di descrivere fissione nucleare, in cui gli atomi (in questo caso quelli appartenenti all'elemento uranio) vengono rotti in atomi più piccoli, liberando enormi quantità di energia.

L'energia rilasciata dalla fissione viene catturata e utilizzata per riscaldare e far bollire l'acqua e il vapore risultante viene utilizzato per alimentare una turbina allo scopo di generare elettricità.