Sve više umorni stanovnici velikih i malih gradova sele se iz grada u male i udobne kuće.
Posebnost takve opreme je jednostavnost dizajna i princip rada. Takav generator električne energije, bez obzira na njegove vrste, sastoji se od motora postavljenog na okvir strukture koji sagorijeva gorivo i generatora. Preko mehaničkog prijenosa, okretni moment se prenosi s motora na generator.
Važan čimbenik koji utječe na veliku popularnost ovakvih instalacija je visoka razina učinkovitosti od blizu 98%.
Za to će vam trebati:
- staklenka za konzerviranu hranu
- aluminijska žica
- mali list kositra
- Pričvršćivači
Sam proces proizvodnje je prilično jednostavan:
- Napravite dvije male rupe u konzervi
- Zalemite cijev u jednu od njih
- Uzmite lim i narežite ga na male trake tako da dobijete rotor turbine
- Pričvrstite gotov impeler na limenu traku, prethodno savijenu u obliku slova "P"
- Pomoću pričvršćivača pričvrstite traku s impelerom na drugu rupu. Vrijedno je obratiti pažnju na činjenicu da impeler mora biti smješten prema cijevi
- Zalemite sve rupe i šavove napravljene tijekom postupka instalacije. To je neophodno kako bi se osigurala cjelovitost strukture.
- Za izradu stalka od žice, na kojoj je postavljena gotova oprema
- Pomoću štrcaljke sustav se napuni vodom
- Ispod postolja u posebnoj kutiji zapalite suho gorivo
Parni stroj proizveden u skladu s ovom uputom nije u stanju pružiti kući potrebnu količinu energije. Na njemu se lako i jednostavno možete upoznati s principom parnog generatora električne energije.
Proces izrade takve instalacije koja bi kući mogla osigurati potrebnu količinu energije je malo kompliciraniji, ali ništa nije nemoguće.
Za njegovu proizvodnju morate uzeti bazu - Peletier element. Može se kupiti zasebno u trgovini ili se može ukloniti s neispravnog stolnog računala.
Osim toga, za posao će vam trebati:
- Modul opremljen USB izlazom
- Metalni lim za izradu instalacijskog kućišta. Možete ga napraviti sami ili možete uzeti gotovu kutiju za računalo
- Rashladni radijator sa hladnjakom
- Pasta za brtvljenje šavova
- Škare za rezanje metala
- zakivač
- Bušilica
- lemilica
- Zakovice
Na početku procesa napravite malu posudu u koju možete polagati male i zapaliti vatru. Dizajnirajte vrh posude na način da na njega možete staviti mali lonac vode i zakuhati.
S jedne strane ovog spremnika pričvrstite Peletier element. S druge strane, tučkom pričvrstite radijator za hlađenje s hladnjakom.
Stručnjaci obraćaju pažnju na to da radijator i hladnjak moraju biti dovoljno snažni. Brzina i količina oslobađanja električne energije ovisi o tome koliko je velika temperaturna razlika.
Ako se oprema koristi po hladnom vremenu, može se ostaviti stajati direktno u snijegu i praktički će biti riješena. Ako se instalacija koristi u toplom vremenu, ne možete bez snažnog hladnjaka i hladnjaka. Ne smijemo zaboraviti na temeljito brtvljenje svih šavova i pričvršćivača.
Zalemite stabilizator napona s Peletier elementom. Ovaj uređaj je neophodan kako bi se mogao postaviti određeni pokazatelj električne energije na izlazu.
Stabilizator se može kupiti gotov u trgovini. Njegova prednost leži u činjenici da kada se postigne traženi indikator, lampica na uređaju svijetli.
Također nije od male važnosti da već zalemljeni stabilizator mora biti zabrtvljen na način da se potpuno spriječi da dođe na njega. Rad ovog modela generatora pare sposoban je zagrijati dva hladnjaka.
Također možete napraviti još snažniji model generatora pare - grijaći element.
Njegova osnova je prilično veliki spremnik u koji su ugrađeni grijaći elementi (jedan ili nekoliko).
Ovisi o očekivanom kapacitetu buduće instalacije.
Izbušite rupe na bočnim stijenkama posude s kojima ćete pričvrstiti grijaći element.
Matice s gumenim brtvama savršene su kao pričvršćivači.
Ako planirate ugraditi dva grijaća elementa, važno je da ih postavite na način da se ne dodiruju. Pokraj prvog spremnika ugradite drugi.
Sadržavat će vodu, koja se, po potrebi, pomiče u prvi spremnik. Potrebno je obratiti pozornost na činjenicu da tijekom rada opreme neće biti moguće otvoriti poklopac i vidjeti razinu vode u prvoj posudi.
Oba spremnika su međusobno povezana čvrstom cijevi, koja je umetnuta u izbušene rupe koje se nalaze ispod razine na kojoj su grijači ugrađeni. Svi šavovi su pažljivo zapečaćeni.
Kako bi se voda brzo zagrijala, bolje ju je uvijati u obliku spirale kroz koju će se dovoditi svježi dio vode. Prije stacionarne instalacije i rada ove instalacije, mora se ispitati na curenje.
Osim toga, ventil mora izdržati potrebni tlak, inače oprema neće moći raditi. Instalacija stvorena prema ovom principu razlikuje se gotovo 100% učinkovitosti. Ali treba ga održavati u ispravnom stanju.
Da biste to učinili, potrebno je povremeno provjeravati grijaće elemente na prisutnost kamenca na njihovim zidovima. Ako ga ima previše, možda neće raditi s punom predanošću ili uopće toplo.
Da bi se stvorio kamenac, potrebno je povremeno što manje dodavati puno limunske ili octene kiseline u prvu posudu. Neki sipaju samo posebnu meku vodu u spremnik.
Često postoje situacije kada parni generator električne energije za kuću ne uspije zbog činjenice da je radio na suho. Kako bi se izbjegla takva smetnja, preporuča se postaviti oznake za minimalnu i maksimalnu količinu vode u spremniku.
Kako biste zaštitili gotovu instalaciju od prenapona u mreži, možete instalirati poseban regulator napona, koji automatski isključuje opremu kada napon padne.
PGE je jedinstvena oprema koja je autonomni izvor električne energije. Njegov rad ima niz prednosti:
- Mogućnost rada na različitim vrstama goriva, što je najisplativije za svakog vlasnika instalacije.
- Visoka izlazna snaga.
- Snagu može podesiti vlasnik na njegov zahtjev u ručnom načinu rada. To poboljšava radnu učinkovitost postrojenja.
- Ako se kao energent odaberu kruta goriva, poput drva za ogrjev, pepeo koji ostane na području njihove uporabe služi kao izvrsno gnojivo za vrtno i vrtno bilje.
Industrija proizvodi takve instalacije u velikom broju. Osim toga, moguće je sami napraviti generator pare kod kuće. Za to nije potrebno koristiti skupe materijale i dijelove.
Postoje različite mogućnosti i sheme za izradu takvih instalacija. Prije odabira bilo koje određene metode, potrebno je prije svega uzeti u obzir snagu generatora pare, koja je potrebna na izlazu. U procesu izrade PGE-a potrebno je pridržavati se sigurnosnih pravila i prethodno testirati gotovu instalaciju.
Možete pogledati video o tome kako sami sastaviti generator pare za kadu:
baterija, ali ima puno bolje performanse da ne spominjemo dostupnost takvih uređaja. Sama funkcija takvih jedinica je pretvaranje mehaničke sile u električnu, zagrijavanjem vode dok se ne pretvori u paru. Upravo ta sila pokreće željeni mehanizam.
Takve jedinice ima smisla koristiti u onim granama moderne industrije ili domaćoj sferi, gdje postoji dovoljno velika količina isparavanja, koja se može koristiti kao pretvarač u električnu energiju. Upravo se parogeneratori široko koriste u kotlovnicama, gdje zajedno s kotlom i turbinom tvore svojevrsnu termoelektranu.
Takve jedinice mogu značajno uštedjeti na svom radu, kao i smanjiti troškove dobivanja električne energije. Zato se parna postrojenja često smatraju jednom od glavnih radnih jedinica mnogih elektrana.Osim toga, ako proučite princip rada, kao i značajke dizajna takvih generatora pare, možete ih pokušati implementirati vlastitim rukama, koristeći određena sredstva. Međutim, o ovoj mogućnosti bit će riječi malo kasnije.
Uređaj i princip rada
Prema svojim značajkama dizajna, kotlovnice imaju prilično sličnu strukturu. Oni uključuju nekoliko radnih čvorova, koji se smatraju odlučujućima - izravno sama i turbina. Posljednje dvije komponente tvore kinetičku vezu jedna s drugom, a jedna od varijanti takvih sustava je parni turbinski električni generator.
Ako gledate više globalno, onda su takve instalacije punopravne termoelektrane, doduše manje. Zahvaljujući svom radu, u mogućnosti su opskrbljivati strujom ne samo civilne objekte, već i velike industrijske sektore.
Isti parni električni generatori svode se na sljedeće glavne točke:
- Posebna oprema zagrijava vodu do optimalnih vrijednosti, pri čemu ona isparava, stvarajući paru.
- Nastala para ulazi dalje, na lopatice rotora parne turbine, čime se sam rotor pokreće.
- Kao rezultat, prvo dobivamo kinetičku energiju pretvorenu iz rezultirajuće energije komprimirane pare. Zatim se kinetička energija pretvara u mehaničku energiju, što dovodi do pokretanja osovine turbine.
Električni generator uključen u dizajn takvih parnih postrojenja je odlučujući. To je zbog činjenice da generatori pretvaraju mehaničku energiju u električnu energiju.
Opis:
Vrijedi li se prisjetiti prvih domaćih parnih strojeva (vidi referencu) u naše doba visoke tehnologije? nedvojbeno. Uostalom, parni strojevi sada pronalaze svoju primjenu u energetskom sektoru.
Mini-CHP s parnim strojevima - stvarnost XXI stoljeća
I. S. Trokhin, inženjer VIESSH Ruske poljoprivredne akademije, predavač MOPC Nacionalnog istraživačkog nuklearnog sveučilišta "MEPhI"
Vrijedi li se prisjetiti prvih domaćih parnih strojeva (vidi referencu) u naše doba visoke tehnologije? nedvojbeno. Uostalom, parni strojevi sada pronalaze svoju primjenu u energetskom sektoru.
Nedavno je u industriji i stambeno-komunalnim uslugama izvedivost kombinirane proizvodnje električne i toplinske energije u parnim minikombiniranim toplinskim i elektranama (mini-CHP) (slika 1.), smještenim u neposrednoj blizini potrošača. sve više prepoznati.
To je zbog stalnog porasta cijene električne energije, povećanja slučajeva nenormalnih jakih vjetrova i mraza, što dovodi do smanjenja pouzdanosti dalekovoda (prekidanja žica) centraliziranog napajanja.
Slika 1. Fragment blok dijagrama parne mini-CHP s mogućnošću rada u trigeneracijskom načinu |
Kotlovnica kao izvor topline i električne energije
Potrošači s vlastitim kotlovnicama ponekad ih nadopunjuju električnim agregatima (elektroagregatima) s parnim strojevima (obično turbinama) i električnim generatorima snage od nekoliko stotina kilovata do nekoliko megavata. Dakle, kotlovnice rekonstruirane u mini-CHP postaju izvori i toplinske i električne (Sl. 1, trofazni vod A-B-C) energije.
Ovisno o toplinskoj snazi parnog kotla, za proizvodnju 1 MW (100%) toplinske energije potrebno je 17–40 kW (1,7–4%) električne energije. Apsolutni tlak pare u kotlovima, koji dopuštaju vlasti Rostekhnadzora, obično ne prelazi 0,7–1,0 MPa (u daljnjem tekstu - apsolutni).
Industrijski potrošači ili izmjenjivači topline para-voda (kotlovi za proizvodnju tople vode) zahtijevaju paru nižeg tlaka - 0,12–0,6 MPa. Stoga se agregati s parnim turbinama spajaju paralelno s redukcijskim uređajima ili umjesto njih (slika 1.). Tada će se umjesto beskorisnog gušenja pare turbinama raditi koristan rad na pogonu električnih generatora. Ispušna para se u ovom slučaju šalje u kotao, nakon čega se kondenzira, a kondenzat se pumpa natrag u kotao kroz sustav za čišćenje.
Tako kotlovnica postaje profitabilan izvor topline i električne energije s visokom učinkovitošću topline izgaranja goriva (80-85% ili više).
Ako potrošaču nije potrebna velika količina topline, već samo topla voda, na primjer, ljeti, tada je mini-CHP opremljen i apsorpcijskim rashladnim strojevima koji rade na pari iscrpljenoj u turbini. Takvi strojevi osiguravaju potrebno hlađenje vode koja ulazi u rashladni sustav za klimatizaciju prostora potrošača.
Za cjelogodišnje neprekidno napajanje potrošača, uključujući mini-CHP opremu (pumpe, dimovode, rasvjetu, sustave automatizacije itd.), neophodan je njezin neprekidni rad. To je moguće, primjerice, ako se električna energija proizvodi zajedno s proizvodnjom topline potrebne za opskrbu potrošača toplom vodom.
Na mjestima postojećih kotlovnica također se stvaraju mini-CHP povećane toplinske snage. Primjerice, zastarjeli kotlovi s tlakom zasićene pare od 1,4 MPa zamjenjuju se kotlovima s tlakom pregrijane pare od 4,0 MPa i temperaturom od 440 °C. S istim dimenzijama kotlova, električna snaga takve mini-CHP postaje mnogo veća.
Međutim, treba obratiti pozornost na vrstu parnog stroja koji se koristi u modernim mini-CHP 1 . To je parna turbina male snage koja je obično jednostupanjske konstrukcije jer radi pri niskim padovima tlaka. Rotor, kao rotirajući dio turbine, sastoji se od glavčine, koja je postavljena na osovinu, i skupa profiliranih lopatica (prsten lopatica). Lopatice su izrađene od posebnih legura i odgovorni su i skupi elementi turbine. Turbine s parnim propelerom također imaju profilirani rotor, samo tipa Arhimedovog vijka.
Od vremena parnih strojeva, klip je jednostavnije i jeftinije radno tijelo od turbinske lopatice.
| REFERENCA | |
Prvi domaći parni stroj, koji je 2011. godine napunio 75 godina, bio je namijenjen elektrani zrakoplova, a projektiran je na Moskovskom zrakoplovnom fakultetu za rad na pregrijanoj pari tlaka od 6,1 MPa i temperature od 380 °C. Proizveden je u jednoj od moskovskih tvornica i mogao je razvijati do 1800 okretaja u minuti. Osobine parnih strojeva od klasičnih parnih strojeva nisu samo njihove brze kvalitete, već i potpuno drugačija vrsta distribucije pare. Motori su dizajnirani za rad s jednom parnom ekspanzijom. Para iz kotla ulazi u sve cilindre paralelno, kao što smjesa goriva i zraka ulazi u cilindre motora s unutarnjim izgaranjem. U klasičnim parnim strojevima para prolazi kroz sve cilindre uzastopno i tako se višestruko širi. S razvojem klipne tehnologije, mehanizmi jednokratne ekspanzije pare postali su napredniji od mehanizama njezina višestrukog širenja. To je omogućilo smanjenje neizbježnog i beskorisnog pada tlaka pare unutar organa za distribuciju pare i, posljedično, dobivanje klipnog parnog stroja veće brzine pri istom tlaku pare na njegovom ulazu. |
Usporedba karakteristika električnih agregata s parnom turbinom i parnim strojem
Neki dizajni parnih strojeva i motora prošlog stoljeća nisu bili tako nesavršeni kako se vjeruje. Zamislimo električnu elektranu s parnim strojem ili motorom i modernim električnim generatorom. Budući da su parni strojevi u pravilu imali vrlo male brzine osovine (do 300 o/min), a moderni električni generatori rade na frekvencijama od 1000-3000 o/min, za zamišljenu instalaciju potreban je i množitelj.
Usporedimo takvu instalaciju s modernom parnom turbinom. Učinimo to ispravno: pri razmjernim tlakovima i temperaturama pare na ulazu u ove motore i razmjernim protutlacima pare na izlazu. Tada postaje jasno (tablica 1.) da je specifična potrošnja pare po jedinici proizvedene električne energije, a time i učinkovitost nekih parnih ili parnih strojnih instalacija, sasvim razmjerna specifičnoj potrošnji pare u modernim turbinskim postrojenjima čija je snaga čak 5 puta veći!
| stol 1 Usporedne karakteristike električnih agregata |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||
*Motor lokomotive i motor automobila su spojeni na generatore energije pri 1000 o/min (učinkovitost 97%) i 1500 o/min (učinkovitost 90%) preko jednostupanjskih zupčanika s učinkovitošću od 97%, a turbina je izravno spojena na električni generator s učinkovitošću od 97%. |
||||||||||||||||||||||||||||||
S povećanjem brzine vrtnje osovine parnog stroja ili motora, ceteris paribus, dolazi do povećanja učinkovitosti zbog smanjenja trajanja ulaza pare u cilindar i, posljedično, smanjenja vremena kontakta pare stijenke cilindra, što dovodi do smanjenja gubitka topline u motoru.
Pri brzinama od 750–1500 o/min i snage do najmanje 1200 kW, moderni njemački Spilling parni strojevi i češki PM-VS imaju potrošnju pare 2 1,3–1,5 puta manju od parnih turbina koje premašuju svoju snagu više od 5 puta! Pri istoj snazi kao i turbine, parni strojevi su još učinkovitiji, budući da je lakše napraviti naprednije mehanizme za distribuciju pare u relativno većem stroju.
Ruska inovacija
Ruski stručnjaci predložili su ideju: pretvoriti moderni klipni motor s unutarnjim izgaranjem (ICE) u parni stroj i prilagoditi ga za rad u mini-CHP. Budući da je trošak motora s unutarnjim izgaranjem niži od cijene parne turbine, tada ćemo, uz manja poboljšanja u dizajnu, dobiti jeftiniji pogonski motor: parni stroj baziran na serijskom motoru s unutarnjim izgaranjem.
Stručnjaci zajedničke znanstvene grupe 3 "Promteploenergetika", na čelu s V.S. Dubininom, višim istraživačem na Odjelu za projektiranje zrakoplovnih motora Moskovskog zrakoplovnog instituta, razvijaju parne klipne motore (SPR) - moderne jednotlačne parne strojeve. Potonje znači da kada motor radi, para koja ulazi u cilindar vrši pritisak na klip samo s jedne strane, kao kod originalnog motora s unutarnjim izgaranjem.
U osnovnom motoru s unutarnjim izgaranjem, zapravo, izmjenama je podložan samo mehanizam za dovod goriva za plinski dinamički ventil ili kalem-ventilsku jedinicu za dovod i ispuštanje pare (know-how). PPD može raditi u širokom rasponu tlakova žive pare - od 0,5 do 4,0 MPa pri temperaturama do 440 °C. Prema učestalosti vrtnje radilice, PPD može razviti do 3000 o/min!
PPD ima cirkulacijski sustav podmazivanja sa "suhim" koritom, kao u motorima s unutarnjim izgaranjem diesel lokomotiva i dizelskih elektrana. Kod takvog sustava ulje se općenito ne zadržava u unutarnjim šupljinama motora, već se kroz njih pumpa pod pritiskom, čisti i zatim ponovno ulazi u motor.
U PPD-u, spojenom na električni generator, para se dovodi iz kotla, a ispušni plin se izvodi u izmjenjivač topline para-voda (slika 2, plavi simboli). PPD upravljanje je omogućeno signalima iz automatiziranog upravljačkog sustava. Osim jednog ili više PPD-ova i električnih generatora, jedinica uključuje: blok uzbude, upravljanja i zaštite BVUZ-a elektrogeneratora, koji se pak sastoji od uzbudnih i upravljačkih blokova BVU-a, zaštitne automatike BZA, sustav upravljanja BSU.
Na sl. Slika 2 prikazuje varijantu električne jedinice s asinkronim električnim generatorom, stoga je za njegov rad BV uzbudna jedinica opremljena kondenzatorima. Rasklopni uređaj električno povezuje agregat s potrošačima električne energije. Isprekidana linija (slika 2) prikazuje električne spojeve drugih generatora u slučaju višemotorne jedinice.
Parni stroj, za razliku od turbine, uvijek može osigurati izravan pogon električnog generatora. Turbina obično zahtijeva mjenjač za to, budući da mora raditi pri velikim brzinama kako bi osigurala prihvatljiv protok pare.
Parna turbina također zahtijeva rashladni sustav, što znači dodatnu potrošnju vode i gubitke energije. Sasvim je dovoljno izolirati PPD, ali ga nije potrebno hladiti, jer je temperatura u njegovim cilindrima 5-6 puta niža od one u izvornom motoru s unutarnjim izgaranjem.
Resurs prije remonta parnih turbina (30.000–50.000 sati) određen je uglavnom resursom lopatica izrađenih od skupih legura, a za parne strojeve (prema više od 50.000 sati, prema) - znatno većim resursom jeftinijih jedinica klipnjača i klipna grupa.
Parni strojevi, kao i klipni parni strojevi, vrlo su pouzdani. A resurs prije remonta broja okretaja može biti veći od izvornog motora s unutarnjim izgaranjem (30.000-100.000 sati), jer para tijekom rada motora, za razliku od zapaljive smjese, ne eksplodira, već se širi i glatko pritišće na klip.
Održavanje turbine zahtijeva visoko kvalificirano osoblje. Parne strojeve, koji su po vrsti bliski motorima s unutarnjim izgaranjem, mogu servisirati manje kvalificirani stručnjaci, a njihovi popravci mogu se izvršiti na licu mjesta.
Aplikacija za besprekidno napajanje
Da bi se generirala struja s frekvencijom, u skladu sa zahtjevima 4 GOST 13109–97 za električnu energiju iz mreže (u normalnom načinu rada - 50 ± 0,2 Hz), elektrana s parnom turbinom PTEA (slika 2, crveni simboli) mora raditi s UPS-om za neprekidno napajanje ili paralelno s centraliziranom mrežom napajanja.
Generator parne turbine proizvodi električnu energiju uz relativno grubu stabilizaciju frekvencije izmjeničnog napona. Uz pomoć ispravljača napona ABH dobiva se konstantan napon. Zatim AVI invertirajuća jedinica, opremljena visoko stabilnim frekvencijskim glavnim oscilatorom, osigurava pretvorbu istosmjernog napona u izmjenični napon s visokom preciznošću stabilizacije frekvencije.
Baterija AB služi za kratkotrajno rezervno napajanje AVI-ja u slučaju kvara turboelektrične jedinice ili za vrijeme hitnog uključivanja rezerve.
Samostabilizacija brzine osovine motora
Svi klipni motori, uključujući i parne, imaju svojstvo samostabilizacije brzine osovine, što se ne može reći za turbine. Ovo otkriće VS Dubinina je revolucionarno 5 . Njegova implementacija omogućuje održavanje brzine osovine glavnog pokretača s takvom točnošću da je pogonjeni električni generator sposoban proizvoditi električnu energiju na frekvenciji od 50±0,2 Hz, kako zahtijevaju standardi kvalitete električne energije. Za usporedbu, dizelske elektrane mogu proizvoditi električnu energiju s većom preciznošću održavanja frekvencije (u stacionarnom radu - 50 ± 0,5 Hz).
Samostabilizacija se provodi bez organizacije povratnih informacija tijekom impulsnog dovoda ili razvoja radnog fluida (pare) u pravilnim intervalima. Takav je proces, zapravo, sličan radu mehanizma za bijeg i njihala u mehaničkom satu. U našem slučaju, ovo je PPD s izvorom pare i glavnim generatorom impulsa dovoda pare.
Strani stručnjaci također dijele stajalište o prednostima parnih klipnih motora nad turbinama za mini-CHP. Tako je 2005. godine na Američkom vijeću za energetski učinkovitu ekonomiju Michael Muller iz Centra za napredne energetske sustave na Sveučilištu Rutgers u SAD-u u svom izvješću “Povratak parnog stroja” istaknuo da mali parni klipni motori, za razliku od turbina, rade pouzdano i ekonomično čak i na mokroj pari i pri umjerenim brzinama.
Ipak, treba napomenuti da je velika većina parnih strojeva još uvijek nešto inferiornija od turbina u smislu mase i ukupnih karakteristika. Međutim, kao što pokazuje dugogodišnje iskustvo u radu, posebno kod motora za izlijevanje, ovi pokazatelji nisu najvažniji, s obzirom na niz neospornih prednosti klipnih motora.
Preopremanje kotlovnica za grijanje vode u parne mini-CHP
Ali što učiniti s bojlerima za toplu vodu? Kako se mogu pretvoriti u parne mini-CHP? Preporučljivo je takve kotlovnice opremiti dodatnim parnim kotlovima s prijenosom osnovnog dijela toplinskog opterećenja na njih ili ih potpuno zamijeniti toplovodnim kotlovima. Parni kotlovi su skuplji od toplovodnih kotlova, ali su im operativni troškovi niži i mogu pouzdano raditi s dužim resursom.
Ekološka pitanja rada mini-CHP
Ekološki učinak izgaranja goriva u modernim parnim kotlovima je prilično dobar. Implementacija poznate domaće tehnologije za izgaranje krutih goriva (ugljen, otpad od pripreme ugljena, mulj, drvni i biljni otpad i dr.) u visokotemperaturnom cirkulirajućem fluidiziranom sloju (patent korisnog modela RU 15772) omogućuje rad kotla s vrlo niskim emisijama u atmosferu. Ekološki učinak kotlova s takvim pećima zadovoljava najstrože zahtjeve Rostekhnadzora.
Zaključno, treba napomenuti da su jedinice za proizvodnju energije s parnim strojevima najprikladnije za ekološki prihvatljive solarne elektrane (Tablica 2), uključujući mini-CHP, u kojima se za proizvodnju pare koriste kotlovi sa solarnim kolektorima, a ne peći. Ispada istinski ekološki prihvatljiva elektrana koja radi na suncu, vodi i pari!
Dakle, možemo izvući sljedeće zaključke:
- mini-CHP parnih strojeva energetski su učinkovitiji od parnih turbina. Za njih je specifična potrošnja pare u električnim jedinicama za proizvodnju električne energije 1,3-1,5 puta manja nego u parnoturbinskim mini-CHP, posebno kod električnih kapaciteta do 1200 kW.
- resurs prije remonta za moderne parne strojeve za mini-CHP barem nije manji nego za parne turbine tipa lopatica i puž.
Književnost
- Burnosenko A. Yu. Mini-CHP s parnim turbinama za poboljšanje učinkovitosti industrijskih kotlova za grijanje // Vijesti o opskrbi toplinom. 2009. broj 1.
- Mikro i mala kogeneracija na biomasu (do 300 kWe). OPET RES-e NNE5/37/2002 // OPET Finland: http://web.archive.org/web/20070208002554/
http://akseli.tekes.fi/opencms/opencms/OhjelmaPortaali/ohjelmat/DENSY/en/Documenttiarkisto/Viestinta_ja_aktivointi/Julkaisut/OPET-RES/TechnologyPaper2_chp_70404.pdf. - Dubinin V. S. Osiguravanje neovisnosti opskrbe električnom energijom i toplinom u Rusiji od električnih mreža na temelju klipnih tehnologija: monografija. M., 2009.
- Shkarupa S. O. Upotreba transformacije točaka za analitički opis prijelaznog procesa u toplinskom stroju diskretnog djelovanja // Dinamika složenih sustava. 2010. broj 2.
- Muller M.R. Povratak parnog stroja // ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Industry. New York (SAD). 19. – 22. srpnja 2005. http://quasiturbine.promci.qc.ca/Press/SteamMuller050721.pdf.
1 Povijesno gledano, izraz "parni stroj" koristio se za pokrivanje svih dizajna motora koji se pokreću na paru. U literaturi se ponekad pogrešno identificiraju parni stroj i parni stroj. Parni stroj je klipni parni stroj.
3 Grupa uključuje stručnjake iz Moskovskog zrakoplovnog instituta, Sveruskog instituta za elektrifikaciju poljoprivrede, Moskovskog instituta za energetiku, Moskovskog instituta za energetsku sigurnost i uštedu energije i Kraljevskog koledža svemirskog inženjerstva i tehnologije.
4 Od 2013. umjesto GOST 13109-97 bit će uveden GOST R 54149-2010.
5 Napominjemo da je V.S. Dubinin je 1980-ih razvio teoriju samostabilizacije samo za jednocilindrični klipni motor i eksperimentalno je potvrdio. A 2009. godine mladi inženjer S. O. Shkarupa primijenio je ovu teoriju na slučaj višecilindarskih klipnih motora, s kojima se čovjek mora nositi u praksi.
Generator pare je specijalizirana oprema namijenjena pretvaranju tekućine, najčešće vode, u paru. Tekućina se zagrijava kada gori bilo koje gorivo: drvo, ugljen, nafta ili prirodni plin.
Prijelazom tekućine u plinovito stanje stvara se tlak, a zatim ekspanzija, koja se može usmjeriti i koristiti kao izvor energije.
Klipovi na parni pogon bili su ključni u razvoju tvornica, željezničkih lokomotiva, parobroda i mnogih drugih dijelova mehaničke opreme.
Jedna od najranijih primjena industrijskog generatora pare u strojarstvu bila je parna lokomotiva. Gorivo, u obliku drva za ogrjev ili ugljena, dovođeno je u peć. Dobivena toplina je kanalizirana kroz sustav cijevi koje su zagrijavale vodu, koja je bila pohranjena u posebnom spremniku.
Nakon što je temperatura dosegla točku vrelišta, energija stvorena iz pare tada je pokretala klipove koji su okretali kotače parne lokomotive. Glavna funkcija parne snage bilo je kretanje vlaka, ali je također aktivno korištena u kočnicama i zviždaljkama.
U usporedbi s parnim kotlovima, generatori pare sadrže manje čelika u konstrukciji i koriste jedan parni svitak umjesto mnogo malih crijeva. Za kontinuirano pumpanje vode kroz crijevo koristi se specijalizirana pumpa za dovod vode.
Generator pare u svom dizajnu koristi jednokratnu prisilnu opskrbu vodom kako bi se ulazna voda odjednom pretvorila u paru pomoću zavojnice za grijanje.
Dok voda prolazi kroz zavojnicu, toplina se prenosi iz gorućih plinova i uzrokuje pretvaranje vode u paru. Dizajn generatora ne koristi kolektor pare, gdje postoji slobodan prostor između pare i vode unutar, stoga je za postizanje 99,5% kvalitete pare potrebno koristiti separator vlage/pare.
Budući da generatori u svom dizajnu ne koriste veliki tlačni spremnik poput plamenih cijevi, često su vrlo mali i laki za pokretanje, što ih čini idealnim za situacije u kojima trebate dobiti malu količinu pare u kratkom vremenu.
Međutim, to ima cijenu za proizvodnju energije, budući da generatori nisu vrlo učinkoviti i stoga nisu uvijek u stanju proizvesti dovoljno pare u različitim situacijama.
Prednosti
Po svom dizajnu i principu rada, generatori pare su prilično slični drugim sustavima parnih kotlova, a pritom se bitno razlikuju od njih.
Ove, na prvi pogled, beznačajne razlike mijenjaju cjelokupni rad sustava, koji je u pravilu manje moćan od kotlova, ali ima niz prednosti.
Na primjer, generatori pare imaju jednostavniji dizajn, što im omogućuje puno brže pokretanje i lakši rad od potpunih industrijskih kotlova. Također su manje veličine, što ih čini svestranijim, često se smatraju pomoćnim kotlovima pri radu u uskim prostorima.
Sljedeći razlog zašto se često koriste kao pomoćni kotlovi je taj što se prilično lako i brzo pale.
Zbog svog kompaktnog dizajna, jednog namotaja i relativno manjeg kapaciteta vode, ovi se strojevi mogu pokrenuti i pokrenuti punim kapacitetom u kraćem vremenu od kotlova punog opsega, što ih čini korisnim u hitnim situacijama.
To je kao da uspoređujete trkaći bicikl s vojnim tenk - prvi ubrzava brže i brzo trči, ali nije jako jak, dok potonjem treba puno vremena da se pokrene, ali je u konačnici snažniji stroj. I dok općenito koštaju puno manje od bojlera punog opsega, mogu biti poželjniji za poslove koji ne zahtijevaju tako visoku razinu pare.
Gdje je primjenjivo
Kada razmišljate o parnoj snazi, možda ćete pomisliti na parne strojeve ili lokomotive koje pušu. Međutim, industrijski generatori pare imaju mnoge primjene:
- Destilacija
- Sterilizacija
- Grijanje toplinskom pumpom
- neizravno grijanje
- Grijanje, ventilacija i klimatizacija
Električni generator može pretvoriti približno 97% električne energije iz pare. Automatska sigurnosna kontrola - na primjer regulator razine tekućine - održava potrebnu razinu vode i isključuje generator ako razina vode padne ispod normalnog.
Generatori pare s ovom funkcijom mogu raditi kontinuirano bez pregrijavanja.
Generatori pare od nehrđajućeg čelika najbolja su opcija kada trebate dovoljno čiste pare. Nehrđajući čelik smanjuje mogućnost kontaminacije parom.
Dizel generator pare
Slijede sličan koncept prijenosa topline kao i serpentinasti kotlovi, ali mogu proizvesti još veći tlak ovisno o kapacitetu. Uglavnom se koriste u elektranama.
Njihov tlak pare može biti jednak, au nekim parnim strojevima i premašiti maksimalni tlak vode od 221 bar. Temperatura pare na ovim visokotlačnim strojevima može doseći 500 stupnjeva Celzija.
Generator pare za povrat topline
Generator pare za povrat topline ili izmjenjivač topline skuplja oblake pare pod visokim tlakom i koristi tu paru nakon iscrpljivanja kroz lanac izmjenjivača topline za pogon drugih manje snažnih parnih strojeva.
Ova obnovljena para može se čak koristiti na ovim generatorima nižeg tlaka za grijanje industrijskih postrojenja ili domova.
Generatori pare za nuklearne elektrane
Postoje dvije glavne vrste nuklearnih parnih generatora: (BWR), reaktor s toplom vodom i (PWR), reaktor s vodom pod pritiskom. Voda u BWR-u pretvara se u paru unutar samog nuklearnog reaktora i odlazi u turbinu izvan spremnika.
PWR voda je pod tlakom preko 100 bara i unutar reaktora ne dolazi do procesa ključanja vode.
Parni solarni generatori
Solarni generatori pare najčišći su način stvaranja pare. Voda teče kroz cijevi unutar solarne ploče.
Sunce zagrijava vodu, a zatim voda prolazi kroz parnu turbinu stvarajući električnu energiju. Ova vrsta generatora pare ne proizvodi otpad i ne zagađuje okoliš.
Princip rada
Izmjena topline
Generatori pare se koriste za hvatanje i korištenje energije koja se oslobađa u obliku topline u raznim procesima i pretvaraju je u korisniji oblik kao što su mehanička i električna energija.
Dobivena toplina koristi se za proizvodnju električne energije ili se prerađuje kao nusproizvod nekog drugog industrijskog procesa.
Neposredni izvor topline obično je kontaminiran, kao što je radioaktivno gorivo u nuklearnoj elektrani, pa je prvi korak u generiranju parne energije prijenos te topline u čistu vodu pomoću izmjenjivača topline.
To se postiže podizanjem temperature goriva, npr. benzina i sl., koje kruži u zatvorenom krugu, s izvorom topline. Gorivo, zauzvrat, zagrijava spremnik za vodu, a da ga ne zagađuje.
Generiranje pare
Vruće gorivo cirkulira kroz vodenu kupelj kako bi se proizvela para. Postoji nekoliko različitih geometrijskih shema, ali princip ostaje isti.
Zagrijana tekućina se ispušta kroz nekoliko malih cijevi kako bi se povećao njezin površinski kontakt s vodom i kako bi se osiguralo ubrzanje prijenosa topline i proizvodnje pare.
Para proizvedena u suvremenim nuklearnim elektranama i elektranama na ugljen često je u superkritičnim uvjetima ili iznad kritične točke na faznom dijagramu vode (374 stupnja Celzijusa i 22 MPa).
Pretvaranje topline u električnu energiju
Superkritična para je preopterećena energijom. Energija pare se pretvara u mehaničku energiju prolaskom kroz parnu turbinu. Visok tlak pare pritišće mnoge nagnute lopatice turbine, uzrokujući njihovu rotaciju.
Ova mehanička energija se pretvara u električnu energiju korištenjem rotacijske energije parne turbine za napajanje električnog generatora. Turbina prikazana na slici može proizvesti do 65 megavata električne energije.
Zaključak
Toplina je izvor energije koji vodu pretvara u paru. Izvor goriva za osiguravanje potrebne topline može se koristiti u različitim oblicima. Dovoljno topline može se dobiti iz drva, ugljena, nafte, prirodnog plina, komunalnog otpada ili biomase, nuklearnih reaktora ili sunčeve energije. Svaka vrsta goriva je izvor topline za zagrijavanje vode. Samo što svatko od njih to radi na svoj način. Neki su ekološki prihvatljivi, dok drugi imaju prilično snažan utjecaj na okoliš.
