Soorten stoomgeneratoren

De komst van de stoomgenerator, of boiler, transformeerde het dagelijks leven lang voordat elektronische innovaties dat deden, en had waarschijnlijk een grotere algemene impact dan meer recente innovaties zoals online handel, sociale media en draadloos technologie. Het is nu moeilijk te begrijpen hoeveel van een game-changer het was om van plaats naar plaats te kunnen komen zonder persoonlijke of dierlijke (bijvoorbeeld paardenkoets) kracht.

Op het eerste gezicht lijkt het opzettelijk produceren van stoom een ​​vreemde keuze. Als we naar de wereld kijken zoals een jong kind dat doet, lijkt stoom weinig meer te zijn dan een verplichte waterige verspilling product van verschillende processen waarbij warmte wordt gegenereerd, van het koken van een doos pasta tot het opwarmen van de gangen van een gebouw.

De beste manier om je geest te relateren aan de waarde van goed aangewende stoom, is door je voor te stellen wat er gebeurt als iets waar stoom uit komt plotseling afgedekt of anderszins fysiek verhinderd om die stoom af te geven - bijvoorbeeld een deksel stevig op een pan met kokend water drukken, zelfs een seconde voordat het vrijgeven.

Stoom is waterdamp, of meer in het algemeen, de gasvorm van het molecuul. Water bestaat uit waterstof- en zuurstofatomen en heeft de molecuulformule H₂O. Net als andere zaken met een bepaalde kookpunt, kan water de gasfase binnendringen wanneer het die temperatuur bereikt (voor water, 100 C of graden Celsius (212 F of graden Fahrenheit) en krijgt een kleine energiestoot zodat het zijn verdampingswarmte kan overwinnen, een soort tol die materie gewoonlijk moet betalen om van toestand te veranderen (vast, vloeibaar of gas).

Tegenwoordig is de meest vitale rol van stoom bij de opwekking van elektrische energie. Maar aan het eind van de 17e eeuw werd ontdekt dat het gemakkelijker was om afvalwater uit mijnen te verwijderen als het gecondenseerd was. Tijdens het proces werd ontdekt dat het proces van condensatie van water een vacuüm creëert (negatieve druk ten opzichte van alles wat buiten het gebied van condensatie-activiteit ligt). Deze bevinding werd uiteindelijk geïntegreerd in moderne stoommachines en generatoren.

Er zijn verschillende soorten stoomkrachtcentrales, waarbij de organisatie en andere specifieke details van elk afhankelijk zijn van het uiteindelijke doel van de door stoom opgewekte kracht. In beide gevallen is stoom niet het doel, maar een middel om een ​​energieopwekkend doel te bereiken.

In plaats van alleen stoom af te geven aan de open lucht, worden eventuele drukverschillen snel gladgestreken dankzij een onbeperkte luchttoevoer, het zit gevangen in een soort ruimte en zijn opgekropte kracht wordt losgelaten op door mensen geleverde uitrusting.

In energiecentrales wordt stoom gecreëerd door de verbranding van brandstof in een hogedrukomgeving, dat wil zeggen een ketel. Dit wordt vooral gezien in kolengestookte centrales, hoewel deze aan het begin van de 21e eeuw ten onder waren gegaan zwaar vuur vanwege zowel hun directe vervuilende effecten als hun bijdrage aan het antropogene klimaat verandering. Stoom wordt ook gebruikt in kerncentrales en in thermische zonne-energiecentrales.

Hoewel de samenstelling en constructie van ketels kan variëren, zijn hun kerncomponenten grotendeels hetzelfde en omvatten het volgende:

• Vuurhaard: Deze kamer is waar de verbranding plaatsvindt en herbergt de branders en verschillende regelgevende apparaten.
• Branders: Deze injecteren een mengsel van lucht en brandstof (meestal steenkool, stookolie of aardgas) in het distributiesysteem om het mengsel voor verbranding te optimaliseren.
• trommels: Deze omvatten een onderste moddertrommel om voornamelijk vast afval op te vangen en een bovenste stoomtrommel om de stoom op te vangen voor plaatsing in het distributiesysteem.
• Economer: Dit apparaat optimaliseert de operationele efficiëntie door het voedingswater voor te verwarmen tot een bepaalde temperatuur voordat het de behuizing van het ketelsysteem kan binnendringen.
• Stoomdistributiesysteem: Dit netwerk van kleppen, buizen en aansluitingen is aangepast aan de drukniveaus van de stoom die door het systeem wordt gevoerd. Stoom verlaat de ketel met voldoende druk om elk proces stroomafwaarts aan te drijven (bijvoorbeeld elektriciteitsopwekking via een turbine).
• Voedingswatersysteem: Dit kritieke element van een ketel zorgt ervoor dat de hoeveelheid water die het systeem binnenkomt in evenwicht is met de hoeveelheid water die het systeem verlaat. Dit moet worden berekend in gewicht, niet in volume, aangezien een deel van het water stoom is en een deel vloeibaar.

Vuurbuis. Deze worden meestal gebruikt in processen die ergens tussen de 15 en 2200 pk (1 pk = 746 watt of W) nodig hebben. Dit type ketel is cilindrisch, met de vlam in de ovenruimte zelf en de verbrandingsgassen zelf in een reeks buizen. Deze zijn er in twee basisuitvoeringen: droge rug en natte rug.

Waterbuis. In deze opstelling bevatten buizen stoom, water of beide, terwijl de verbrandingsproducten langs de buitenkant van buizen gaan. Deze hebben vaak meerdere sets trommels en omdat ze relatief weinig water gebruiken, bieden deze ketels ongewoon snelle stoommogelijkheden.

Reclame. Deze hebben meestal combinaties van waterbuis-, vuurbuis- en elektrische weerstandsontwerpen. Ze zijn populair in grote gebouwen die een grotendeels constante temperatuur vereisen, zoals scholen en bibliotheken, kantoren en overheidsgebouwen, luchthavens, appartementencomplexen, universiteiten en andere onderzoekslaboratoria, ziekenhuizen, enzovoort Aan.

Condenserend. Condenserende ketels kunnen thermische efficiëntieniveaus van 98 procent bereiken, vergeleken met 70 tot 80 procent die haalbaar zijn met standaard ketelontwerpen. Typische efficiëntieniveaus bereiken ongeveer 90 procent wanneer de retourwatertemperatuur 110 F of lager is, en stijgen daarna met afnemende waterretourtemperatuur.

Flexibele waterslang (flextube). Deze constructie is bijzonder goed bestand tegen "hitteschokken", waardoor het een natuurlijke optie is voor verwarmingsdoeleinden. Flexibele waterpijpketels zijn verkrijgbaar in een breed scala aan brandstofinputs en zijn zeer geschikt voor lagedruktoepassingen met stoom of heet water. (Niet alle "ketels" koken echt water!) Deze zijn ook vrij gemakkelijk te onderhouden, met gemakkelijke toegang tot hun werkende delen van buitenaf.

Elektrisch. Deze ketels staan ​​bekend om hun lage impact: schoon, stil, eenvoudig te installeren en klein in verhouding tot hun nut. Omdat er eigenlijk niets wordt verbrand (dat wil zeggen, er is geen vlam om je zorgen over te maken), zijn elektrische boilers wonderbaarlijk eenvoudig. Er zijn geen brandstoffen of brandstofbehandelingsapparatuur in de mix, en dus geen uitlaatgassen en geen bijbehorende leidingen en poorten. Daarnaast hebben deze verwarmingselementen die eenvoudig te vervangen zijn.

Stoomgenerator met warmteterugwinning (HRSG). Dit is een innovatieve "warmtewisselaar" met energieterugwinning die warmte terugwint uit een langsstromende stroom heet gas. Deze creëren stoom die kan worden gebruikt om een ​​bepaald proces aan te drijven of om een ​​stoomturbine aan te drijven om elektriciteit op te wekken met behulp van een elektromagneet. HRSG's zijn gebouwd op een fundament van drie primaire componenten: een verdamper, een oververhitter en een economizer.

Kerncentrales gebruiken energie niet uit de verbranding van brandstof, maar door de mechanische scheiding van de kleinste componenten. Dat is een heel milde manier van beschrijven kernsplijting, waarbij atomen (in dit geval die van het element uranium) worden opgesplitst in kleinere atomen, waarbij enorme hoeveelheden energie vrijkomen.

De energie die vrijkomt bij splijting wordt opgevangen en gebruikt om water te verwarmen en te koken, en de resulterende stoom wordt gebruikt om een ​​turbine aan te drijven voor elektriciteitsopwekking.