Pojav parni generator, ali kotel, preoblikoval vsakdanje življenje že pred elektronskimi inovacijami in verjetno imel večje splošni učinek kot novejše novosti, kot so spletno poslovanje, družabni mediji in brezžična tehnologija tehnologija. Težko je zdaj ceniti, kolikšen preoblikovalec iger je bil, da smo lahko prišli od kraja do kraja brez osebne ali živalske moči (npr. Konjske vprege).
Na prvi pogled je proizvodnja pare namenoma videti kot čudna izbira. Če pogledamo svet tako, kot bi ga lahko imel majhen otrok, se zdi, da je para le nekaj več kot obvezen vodni odpadek proizvod različnih procesov, ki vključujejo proizvodnjo toplote, od kuhanja škatle testenin do ogrevanja hodnikov a stavbe.
Najboljši način, da svoj um povežete z vrednostjo pravilno izkoriščene pare, je, da si predstavite, kaj se zgodi, ko nekaj, iz česar iz njega curlja para, nenadoma omejena ali drugače fizično preprečena, da bi oddajala to paro - na primer tesno pritrdite pokrov na lonec z vrelo vodo celo sekundo, preden sprostitev.
Osnove in izvor moči pare
Para je vodna para ali bolj splošno plinasta oblika molekule. Voda je sestavljena iz atomov vodika in kisika in ima molekulsko formulo H2O. Tako kot druga zadeva z določenim vrelišče, voda lahko vstopi v plinasto fazo, ko doseže to temperaturo (za vodo, 100 C ali stopinje Celzija (212 F, ali stopinje Fahrenheita)) in dobi majhen energijski potisk, da lahko premaga toploto izhlapevanja, nekakšno cestnino, ki jo mora snov običajno plačati za spremembo med stanji (trdno, tekoče ali plin).
Danes je najpomembnejša vloga pare pri proizvodnji električne energije. Toda konec poznih 1600-ih je bilo ugotovljeno, da je bilo odpadno vodo iz rudnikov lažje odstraniti, ko je bila kondenzirana. Pri tem je bilo ugotovljeno, da postopek kondenzacije vode ustvarja vakuum (negativni tlak glede na vse, kar leži zunaj območja kondenzacijske aktivnosti). Ta ugotovitev je bila sčasoma vključena v sodobne parne stroje in generatorje.
Kaj proizvajajo parne elektrarne?
Obstajajo različne vrste termoelektrarn, katerih organizacija in druge posebne podrobnosti so odvisne od končnega namena pare. V vsakem primeru para ni cilj, temveč sredstvo za dosego cilja proizvodnje.
Namesto da preprosto spustite paro na prosto, pri čemer se lokalne razlike zaradi pritiska hitro odpravijo neomejen dotok zraka, ujet je v nekakšen prostor in njegova zadrževalna moč se sprosti na človeški oskrbi opremo.
V elektrarnah se para ustvarja s sežiganjem goriva v visokotlačnem okolju - torej kotlu. To je opaziti predvsem v obratih na premog, čeprav so v začetku 21. stoletja le-te prišle pod roke močan požar zaradi neposrednih onesnaževalnih učinkov in prispevka k antropogenemu podnebju spremembe. Para se uporablja tudi v jedrskih elektrarnah in sončnih termoelektrarnah.
Komponente parne elektrarne
Čeprav se sestava in konstrukcija kotlov lahko razlikujeta, so njihovi osnovni sestavni deli v glavnem enaki in vključujejo naslednje:
- Kurišče: V tej komori pride do zgorevanja in v njej so gorilniki in različne regulacijske naprave.
- Gorilniki: Ti vbrizgajo mešanico zraka in goriva (običajno premoga, kurilnega olja ali zemeljskega plina) v distribucijski sistem, da optimizirajo mešanico za zgorevanje.
- Bobni: Sem spada spodnji boben blata za zbiranje večinoma trdnih odpadkov in zgornji parni boben za zbiranje pare za namestitev v distribucijski sistem.
- Ekonomizator: Ta naprava optimizira operativno učinkovitost s predgrevanjem napajalne vode na določeno temperaturo, preden lahko vstopi v telo kotlovskega sistema.
- Sistem za distribucijo pare: Ta mreža ventilov, cevi in priključkov je prilagojena nivojem tlaka pare, ki se prenaša skozi sistem. Para zapusti kotel z dovolj pritiska, da napaja kateri koli postopek, ki poteka navzdol (npr. Proizvodnja električne energije s turbino).
- Sistem napajalne vode: Ta ključni element kotla zagotavlja, da količina vode, ki vstopa v sistem, uravnoteži količino vode, ki zapusti sistem. To je treba izračunati na maso in ne na prostornino, saj je del vode pare, del pa tekočine.
Vrste parnih generatorjev
Firetube. Ti se najpogosteje uporabljajo v procesih, ki potrebujejo od 15 do 2200 konjskih moči (1 KM = 746 vatov ali W). Ta vrsta kotla je cilindrična, s plamenom v sami votlini peči in zgorevalnimi plini pa se zadržujejo v vrsti cevi. Na voljo sta v dveh osnovnih izvedbah: suh hrbet in moker hrbet.
Vodna cev. V tej razporeditvi cevi vsebujejo paro, vodo ali oboje, medtem ko produkti zgorevanja prehajajo okoli zunanje strani cevi. Ti imajo pogosto več sklopov bobnov, in ker porabijo razmeroma malo vode, imajo ti kotli nenavadno hitro paro.
Komercialno. Običajno vsebujejo kombinacije vodovodne, ognjevarne in električne odpornosti. Priljubljeni so v velikih zgradbah, ki zahtevajo večinoma konstantno temperaturo, kot so šole in knjižnice, pisarne in vladne zgradbe, letališča, stanovanjska naselja, bolnišnice v kolidžih in drugih raziskovalnih laboratorijih itd na.
Kondenzacija. Kondenzacijski kotli lahko dosežejo stopnjo toplotne učinkovitosti do 98 odstotkov, v primerjavi s 70 do 80 odstotki, ki jih je mogoče doseči s standardnimi izvedbami kotlov. Tipične stopnje učinkovitosti dosežejo približno 90 odstotkov, ko je temperatura povratne vode 110 F ali nižja, in se nato z zniževanjem temperature povratka vode dvignejo.
Prilagodljiva vodna cev (flextube). Ta konstrukcija je še posebej odporna na "vročinski šok", zaradi česar je naravna možnost za ogrevanje. Prilagodljivi vodovodni kotli imajo široko paleto vhodnih goriv in so zelo primerni za nizkotlačne aplikacije s paro ali vročo vodo. (Vsi "kotli" dejansko ne vrejo vode!) Tudi te je povsem enostavno vzdrževati, saj imajo enostaven dostop do svojih delovnih delov od zunaj.
Električni. Ti kotli imajo izjemno majhen učinek: čisti, tihi, enostavni za namestitev in majhni glede na uporabnost. Ker pravzaprav nič ni zgorelo (torej ni plamena, ki bi ga skrbelo), so električni kotli čudovito preprosti. V mešanici ni goriva ali opreme za ravnanje z gorivom, zato ni izpušnih plinov in ni potrebe po povezanih ceveh in vratih. Poleg tega imajo grelne elemente, ki jih je enostavno zamenjati.
Generator pare za rekuperacijo toplote (HRSG). To je inovativni "toplotni izmenjevalnik" za pridobivanje energije, ki rekupira toploto iz toka vročega plina, ki gre mimo. Ti ustvarjajo paro, ki jo lahko uporabimo za pogon določenega procesa ali pa za pogon parne turbine za pogon električne energije z uporabo elektromagneta. HRSG so zgrajeni na osnovi treh primarnih komponent - uparjalnika, pregrevalnika in ekonomajzerja.
Para kot gorivo za jedrski reaktor
Jedrske elektrarne ne porabljajo energije iz zgorevanja goriva, temveč z mehanskim ločevanjem njegovih najmanjših komponent. To je zelo blag način opisovanja jedrska cepitev, pri katerem se atomi (v tem primeru tisti, ki pripadajo elementu uran) razbijejo na manjše atome, pri čemer se sproščajo ogromne količine energije.
Energija, ki se sprosti s cepitvijo, se zajame in uporabi za ogrevanje in vrenje vode, nastala para pa se uporablja za pogon turbine za proizvodnjo električne energije.