Kde se dnes parní stroj používá? Cestování časem: od Newcomen po současnost – historie a moderní využití parních strojů a turbín – Telegraph

Domácí tepelná energie se vyvinula a zůstává převážně na bázi páry: palivo se spaluje v elektrárnách v kotlích a uvolněné teplo se využívá k výrobě a přehřívání páry. Pára v turbínách expanduje, její energie se přeměňuje na mechanickou energii a využívá se k otáčení elektrického generátoru, který vyrábí elektřinu.

Pára odváděná z turbín kondenzuje a vrací se do kotle. Zplodiny hoření ochlazené v kotli se uvolňují do atmosféry.

Parní pohonné jednotky jsou dobře vyvinuté, jsou spolehlivé a odolné. Jejich jednotkový výkon dosahuje 800-1200 MW a faktor účinnosti je až 40-41 procent, u nejmodernějších elektráren v zahraničí 45-48 procent.

Agregáty s plynovou turbínou jsou dlouhodobě využívány také v energetice. Jedná se o úplně jiný typ motoru. V plynové turbíně je atmosférický vzduch stlačen na 15-20 atmosfér, ve kterém se spaluje palivo, přičemž vznikají produkty spalování o vysoké teplotě (1200-1500 °C), které expandují v turbíně na atmosférický tlak. Turbína vyvine díky vyšší teplotě přibližně dvojnásobný výkon potřebný k otáčení kompresoru.

Přebytek se používá k pohonu elektrického generátoru. V zahraničí jsou provozovány soustrojí s plynovou turbínou o jednotkovém výkonu 260-280 MW a účinnosti 36-38 procent. Teplota výfukových plynů v nich je 550-620 °C.

Vzhledem k zásadní jednoduchosti cyklu a schématu jsou náklady na jednotky s plynovou turbínou výrazně nižší než na jednotky parní. Zabírají méně místa, nevyžadují vodní chlazení, rychle se spouštějí a mění provozní režimy. GTU se snadněji udržují a jsou plně automatizované.

Vzhledem k tomu, že pracovním prostředím plynových turbín jsou produkty spalování, je možné zachovat funkčnost jimi omývaných částí pouze použitím čistých druhů paliv: zemního plynu nebo kapalných destilátů.

Plynové turbíny se rychle vyvíjejí, s rostoucími parametry, jednotkovým výkonem a účinností. V zahraničí byly vyvinuty a provozovány se stejnými ukazateli spolehlivosti jako parní agregáty.

Teplo z výfukových plynů v plynové turbíně lze samozřejmě využít. Nejjednodušší způsob, jak toho dosáhnout, je ohřát vodu pro ohřev nebo výrobu procesní páry. Množství vyrobeného tepla je o něco větší než množství elektřiny a celková míra využití tepla paliva může dosáhnout 85-90 procent.

Uvedení tepla do práce

Existuje další, ještě atraktivnější možnost, jak toto teplo uvést do provozu.

Z termodynamiky je známo, že účinnost nejdokonalejšího cyklu tepelného motoru (vynalezeného Carnotem před téměř 200 lety) je úměrná poměru teplot přívodu a odvodu tepla. V plynové turbíně se teplo dodává během procesu spalování. Teplota výsledných produktů, které jsou pracovním prostředím turbín, není omezena stěnou (jako u kotle), kterou se musí teplo předávat, a může být výrazně vyšší.

Chlazení dílů omývaných horkými plyny bylo zvládnuto, což umožňuje udržovat jejich teploty na přijatelné úrovni.

V parních elektrárnách nesmí teplota přehřáté páry překročit přípustnou teplotu pro kov trubek přehříváků kotlů a takových nechlazených celků, jako jsou parovody, kolektory a armatury – v současnosti je to 540-565 °C a v nejmodernějších zařízeních – 600-620 °C. Odvod tepla v kondenzátorech parních turbín se však provádí cirkulující vodou při teplotách blízkých teplotě okolí.

Výše uvedené vlastnosti umožňují výrazně zvýšit efektivitu výroby elektřiny kombinací vysokoteplotní dodávky tepla (v GTU) a nízkoteplotního odvodu tepla (v kondenzátoru parní turbíny) v jedné plynové turbíně s kombinovaným cyklem (CCGT). K tomu jsou výfukové plyny z turbíny přiváděny do kotle na odpadní teplo, kde vzniká a přehřívá se pára, která pak vstupuje do parní turbíny.

Elektrický generátor, který otáčí, při konstantní spotřebě paliva ve spalovací komoře plynové turbíny zvyšuje produkci elektřiny 1,5krát. V důsledku toho je účinnost nejlepších moderních elektráren s kombinovaným cyklem 55-58 procent. Takové CCGT se nazývají binární, protože realizují dvojitý termodynamický cyklus: pára v kotli na odpadní teplo a provoz parní turbíny se vyrábí pomocí tepla dodávaného do spalovací komory plynové turbíny a již použitého v horním cyklu plynové turbíny.

S přihlédnutím ke všem výhodám plynových turbín s kombinovaným cyklem je nejdůležitějším úkolem tuzemské energetiky přeměna řady paroplynových elektráren, které pracují převážně na zemní plyn, na plynové turbíny s kombinovaným cyklem. Atraktivními vlastnostmi těchto CCGT jsou kromě vysoké účinnosti mírné specifické náklady (1,5–2krát nižší než u parních energetických jednotek podobného výkonu), možnost výstavby v krátké době (dva roky), poloviční potřeba chladicí vody a dobrá manévrovatelnost.

Jak vytvořit PGU

Při technickém dovybavování elektráren jsou dvě možné varianty vytvoření binárních CCGT bloků.

Za prvé, výstavba hlavní budovy s optimálními elektrárnami s kombinovaným cyklem s jednotkovým výkonem 350-1000 MW a účinností 55-60 procent.

Za druhé, umístění jednotek s plynovou turbínou a kotlů na odpadní teplo ve stávajících nebo nových hlavních budovách a využití části stávajících parních turbín a elektrických zařízení v elektrárnách s kombinovaným cyklem vytvořených s nimi.

Například pro elektrárnu s kombinovaným cyklem o celkovém výkonu 800 MW se třemi plynovými turbínami je vhodné použít články dvou sousedních energetických jednotek K-300. V tomto případě je jedna parní turbína zachována a druhá je demontována. Elektrický generátor, hlavní transformátor a článek rozváděče demontovaného bloku lze použít pro jeden z agregátů plynové turbíny.

Reinkarnace

Neméně důležitá je přeměna paroplynových tepelných elektráren na plyn-olej na elektrárny s kombinovaným cyklem.

Teplárny a elektrárny pracují s tepelným zatížením, které se v průběhu roku velmi mění. Elektřina vyráběná v létě méně účinnými turbínami tepelných elektráren za podmínek „špatného“ vakua v kondenzátoru nemůže konkurovat energii velkých kondenzačních elektráren.

V zimě spotřebovávají výfukové části turbíny energii na překonání tření a na větrání a chlazení koncových stupňů. Práce s tepelnou zátěží vede k poklesu měrného elektrického výkonu parních tepelných elektráren, které se obecně vyznačují mírnou výrobou elektřiny na základě tepelné spotřeby.

A konečně, měrné náklady parních kogeneračních jednotek jsou výrazně vyšší než u kondenzačních elektráren.

V nich jsou plyny z plynové turbíny odváděny do horkovodního nebo parního kotle na odpadní teplo, kde jsou využívány k výrobě tepla (ohřevu vody nebo výrobě páry) pro externí spotřebitele. Schémata plynové turbíny-tepelné elektrárny jsou nejjednodušší. Účinnost moderních plynových turbín bez výroby tepla je blízká nebo dokonce vyšší než účinnost tepelných elektráren s podkritickou tlakovou parní turbínou v kondenzačním režimu. Produkce tepla tuto účinnost nesnižuje – na rozdíl od jednotek parních turbín, kde je elektrický výkon a účinnost výrazně snížena v důsledku výroby (zejména při vysokém tlaku) a odběru topné páry.

Binární cyklus

Pro zvýšení výroby tepla v období maximálního zatížení se používají kotle na odpadní teplo jednotek s plynovou turbínou, vybavené hořáky pro spalování přídavného paliva. Spalování paliva před kotli na odpadní teplo, stejně jako snížení tepelné zátěže (nedostatečné využití tepla z výfukových plynů v soustrojí plynové turbíny), však snižuje účinnost plynových turbín-kogeneračních zařízení, které jsou nejatraktivnější pro průmyslové kogenerační jednotky s významným podílem stabilní parní zátěže. Jsou také ekonomicky výhodné s výrazně proměnlivými harmonogramy tepelné a elektrické zátěže: příkladem je Jakutská státní okresní elektrárna (v podstatě tepelná elektrárna) s osmi plynovými turbínovými bloky o celkovém výkonu asi 250 MW, která je úspěšně provozována od roku 1971.

O Severozápadní tepelné elektrárně

Každá jednotka plynové turbíny pracuje na vlastním kotli na odpadní teplo, ve kterém se vyrábí a přehřívá pára, která vstupuje například do společného kolektoru a odtud do stávajících parních turbín.

První elektrárnou s kombinovaným cyklem binárního typu v Rusku je PGU-450 v Severozápadní tepelné elektrárně v St. Petersburgu.

Modul plynové turbíny – kotel na odpadní teplo, vyvinutý v Severozápadní tepelné elektrárně, generující 240 t/h vysokotlaké páry o elektrickém výkonu 150 MW, lze přímo použít pro napájení turbín PT-60, PT-80 a T-100 ve stávajících tepelných elektrárnách.

Při plném zatížení jejich výfuků bude průtok páry prvními stupni těchto turbín výrazně nižší než jmenovitá hodnota. Může být provozován při nízkých tlacích páry typických pro PGU-450.

Toto a současné snížení teploty čerstvé páry na 500-510 °C v létě a ještě o něco nižší hodnoty v zimě odstraní problém vyčerpání zdrojů takových turbín. Výkon parních turbín v paroplynové elektrárně bude samozřejmě nižší než jmenovitý výkon, ale celkový výkon bloku se zvýší více než dvojnásobně a jeho účinnost při výrobě elektřiny nebude závislá na režimu a bude výrazně vyšší než u nejlepších kondenzačních bloků.

Jak to ovlivňuje efektivitu?

Taková změna ukazatelů radikálně ovlivňuje účinnost tepelné elektrárny. Sníží se v nich celkové náklady na výrobu elektřiny a tepla a zvýší se konkurenceschopnost na trzích s elektřinou a teplem.

Jednotky s plynovou turbínou s kotli na odpadní teplo je nejlepší umístit do nové hlavní budovy na místě stávající tepelné elektrárny. Staré kotle lze ponechat v rezervě pro pokrytí špičkového zatížení nebo pro případ přerušení dodávky plynu.

Agregáty s plynovou turbínou o výkonu 15-30 MW a nižším jsou vhodné pro použití v decentrálních zdrojích elektřiny a tepla, rekonstrukci teplárenských a průmyslových kotelen s jejich přeměnou na malé plynové turbíny-kogenerace a někdy i pro vytvoření paroplynových turbín-kogeneračních zařízení (například na bázi průmyslových kogeneračních zařízení s parními turbínami o výkonu 6-12 MW).

GTU této výkonové třídy jsou vhodné pro udržení výroby elektřiny ve starých tepelných elektrárnách s nízkými (3-9 MPa) tlaky páry. Je vhodné instalovat čtyři až šest plynových turbínových jednotek o výkonu 15-30 MW s kotli na odpadní teplo a v nich vzniklou páru využít ve stávajících turbínách (pokud jsou v provozu) nebo v nové parní turbíně. Nízké parametry páry nejsou v tomto případě velkou nevýhodou. Vzniká tak ekonomická moderní tepelná elektrárna s elektrickým výkonem 80-200 MW a tepelným výkonem 100-200 Gcal/h. Zbytek tepelné zátěže je pokryt v režimu kotle.

Svět technologií je neustále se vyvíjí, ale několik vynálezůjako stroje na věčný pohyb pokrok, pokračujte žít a pokračovat v práci i po staletích. K takovým vynálezy, jistě, včetně páry motory a turbíny. oni, jako fénixové, povstaň z popela příběhy, hledání nových aplikací v moderním světě. Vydejme se na vzrušující cestu včasNa vyřešit, kde a jak se tyto mocné používají mechanismy! ✨

Otevřete požadovanou sekci kliknutím na příslušný odkaz:

Od prvních kroků k průmyslové revoluci: zrození parního stroje ⚙️

Parní stroj: Univerzální voják průmyslového věku

Parní turbíny: éra elektrické energie a špičkových technologií

Pára v našem každodenním životě: od žehličky po parní lázeň‍♀️

Moderní parní stroje a turbíny: Inovace a vyhlídky

Tipy a závěry: Technologie Steam – budoucnost skrytá v minulosti

✌️ Plná verze

Parní stroj, ač se v době elektřiny a spalovacích motorů jeví jako anachronismus, stále nachází své uplatnění v různých oblastech. Jeho výkon a spolehlivost, ověřená po staletí, jsou stále žádané tam, kde jsou jiné technologie méně účinné nebo nejsou vůbec použitelné.
Nejběžnější využití parních strojů je dnes v čerpacích stanicích, zejména těch, které vyžadují čerpání velkých objemů vody nebo agresivních kapalin. Síla a jednoduchost konstrukce parních čerpadel je činí nepostradatelnými v podmínkách zvýšeného zatížení a extrémních teplot. Navíc v některých oblastech, kde je elektřina nedostupná nebo její dodávka je nestabilní, zůstávají parní čerpadla jediným spolehlivým řešením pro zásobování vodou a zavlažování.
Přestože jsou parníky a parní lokomotivy většinou minulostí, staré parníky a lokomotivy jsou stále využívány k turistickým účelům, díky nimž si můžete užít romantiku dob minulých a jedinečnou atmosféru. Jejich obnova a údržba v provozuschopném stavu je složitý, ale vzrušující úkol, který vyžaduje speciální znalosti a dovednosti.
V průmyslu se parní stroje ⚙️ někdy používají jako záložní zdroje energie pro zajištění nepřetržitého provozu kritických zařízení v případě výpadku proudu. Používají se také v některých specializovaných instalacích, například při výrobě ropy nebo chemického průmyslu, kde je vyžadován vysoký výkon a odolnost vůči agresivnímu prostředí.
Nesmíme zapomenout ani na parní turbíny, které jsou v elektrárnách hojně využívány, byť fungují na trochu jiném principu než pístové parní stroje. Přeměňují energii páry na elektřinu a dodávají energii celým městům a regionům. Parní stroj tak i přes svůj úctyhodný věk nadále slouží lidstvu, přizpůsobuje se moderním podmínkám a nachází nové oblasti použití.

Od prvních kroků k průmyslové revoluci: zrození parního stroje ⚙️

Historie parních strojů je fascinující ságou vynalézavého génia a neúnavné snahy člověka o zlepšení. První pokusy o využití parní energie se datují do 1712. století. Skutečný průlom však přišel s vynálezem atmosférického parního stroje Thomasem Newcomenem v roce XNUMX. Byl to hrubý, ale účinný mechanismus, který se používal hlavně k čerpání vody z dolů. Představte si: obrovský, objemný přístroj s řinčícími částmi a syčící párou – skutečné monstrum průmyslové revoluce!

Skutečný triumf parního stroje je však spojen se jménem Jamese Watta. V roce 1765 vytvořil vylepšenou verzi parního stroje, výrazně zvýšil jeho účinnost. Watt dokázal více než jen vylepšit stávající design. Vyvinul systém pro kondenzaci páry v samostatném válci, který dramaticky snížil energetické ztráty a zvýšil výkon motoru. To byl skutečný průlom, který otevřel cestu k širokému využití parních strojů v průmyslu a dopravě.

Málokdo ale ví o skvělém ruském vynálezci Ivanu Ivanoviči Polzunovovi, který 18 let před Wattem vytvořil vlastní parní stroj! Toto zařízení, určené pro použití v metalurgickém závodě, bylo mnohem složitější a pokročilejší než motor Newcomen. Polzunovův vynález se bohužel nerozšířil. Tento příběh je skvělým příkladem toho, jak geniální nápady mohou kvůli nepříznivým okolnostem zůstat nepovšimnuty.

Parní stroj: Univerzální voják průmyslového věku

Parní stroj se stal skutečným symbolem průmyslové revoluce. Jeho použití bylo skutečně univerzální:

• Doprava: Parní lokomotivy změnily tvář železniční dopravy, spojovaly města a země. Parníky dobývaly oceány, díky nimž byla námořní doprava rychlejší a bezpečnější. Nějakou dobu existovaly dokonce i parní vozy a traktory, i když se pro své nedostatky příliš nepoužívaly.
• Průmysl: Parní stroje poháněly obráběcí stroje v továrnách, čerpadla v dolech a továrnách, jeřáby a stroje pro zemní práce. Stali se nepostradatelnými pomocníky v celé řadě průmyslových odvětví. ️
• Čerpací stanice: Parní stroj byl ideálním řešením pro čerpání velkých objemů vody, zásobování měst a zemědělských pozemků vodou.

Parní turbíny: éra elektrické energie a špičkových technologií

Další rozvoj parní technologie vedl ke vzniku parní turbíny. Na rozdíl od pístového parního stroje využívá parní turbína k otáčení rotoru energii páry, což zajišťuje vyšší účinnost a výkon. Parní turbíny se staly základem pro výrobu elektřiny v tepelných a jaderných elektrárnách. Ve skutečnosti se asi 95 % elektřiny vyrobené na světě v tepelných a jaderných elektrárnách vyrábí pomocí parních turbín! To je opravdu působivá postava!

Kromě výroby elektřiny se parní turbíny používají:

• Přívod tepla: Parní turbíny se používají v systémech dálkového vytápění, které poskytují teplo obytným budovám a průmyslovým závodům.
• Průmysl: Parní turbíny slouží jako pohony čerpadel, kompresorů, ventilátorů a dalších mechanismů, zajišťujících chod různých výrobních procesů. ⚙️
• Doprava: Parní turbíny se používají jako motory pro velké lodě, poskytují vysoký výkon a rychlost.

Pára v našem každodenním životě: od žehličky po parní lázeň‍♀️

Stojí za to připomenout, že pára hraje důležitou roli v našem každodenním životě. Každý den se setkáváme s různými zařízeními, která využívají sílu páry:

• Domácí spotřebiče: Napařovací žehličky, parní hrnce, parní vysavače – to vše se stalo známými pomocníky v našich domácnostech. Usnadňují domácí práce a zpříjemňují náš život.
• Zdraví a odpočinek: Parní lázně a inhalátory se používají k léčbě a prevenci různých onemocnění. Působí blahodárně na zdraví a pomáhají relaxovat.
• Topení: V některých částech světa se parní vytápění stále používá v budovách k zajištění efektivního vytápění prostor.

Moderní parní stroje a turbíny: Inovace a vyhlídky

Navzdory vzniku nových technologií zůstávají parní stroje a turbíny stále aktuální a žádané. Moderní vývoj umožňuje vytvářet efektivnější a ekologičtější parní instalace. Například Stirlingovy motory jsou typem parního stroje, který je vysoce účinný a má nízké emise. Jejich aplikace je aktivně zkoumána v různých oblastech, včetně automobilového průmyslu a energetiky.

Kromě toho jsou vyvíjeny nové typy parních turbín s využitím pokročilých materiálů a technologií, což umožňuje zvýšení výkonu, účinnosti a spolehlivosti. Tím se otevírají nové možnosti využití parních turbín v různých průmyslových odvětvích a energetických odvětvích.

Tipy a závěry: Technologie Steam – budoucnost skrytá v minulosti

Parní motory a turbíny nejsou jen historické artefakty. Tyhle jsou mocné a efektivní technologie, které i nadále hrají důležitou roli v moderním světě. Jejich aplikace se neustále rozšiřuje díky novým vývoj a inovace.

• Studium historie: Pochopení historie vývoje parní technologie nám pomůže lépe ocenit jejich význam a potenciál.
• Následovat pro nové produkty: Nový vývoj ve službě steam motory a neustále turbíny objeví se, takže je důležité zůstat v obraze s nejnovějším vývojem.
• Podpěra, podpora inovace: Investice ve výzkumu a vývoj parní technologie by mohl vést k ještě více efektivní a energetická řešení šetrná k životnímu prostředí.

Závěr: Vydejte se do světa páry motory a turbíny je cesta do srdce průmyslu revoluce a do budoucnosti energetiky. Tyto technologie, kteří ušli dlouhou cestu rozvoj, nejen zůstat relevantní, но a neustále se zlepšují, hledání nových aplikací a otevírání nových obzorů pro lidstvo.

FAQ (Nejčastější dotazy ):

• Kde můžete vidět fungující parní stroj? motoru? V některých muzeích technici a na specializovaných výstavách.
• Jak efektivní jsou moderní parní generátory? turbíny? Jejich účinnost je výrazná nad, než starší modely.
• Existují nějaké ekologické páry motory?Ve vývoji, například, Stirlingovy motory.
• Jaké jsou vyhlídky rozvoje páry technologie? Jsou velmi slibnýzejména v kombinaci s obnovitelnými zdroji energie.
• Mohou parní stroje nahradit spalovací motory? spalování? V některých oblastech tomu tak je se již děje, ale úplná výměna je nepravděpodobná.