Haʻawina Thermodynamics ʻenekinia ma nā ʻōnaehana paila ʻoihana
Pendahuluan
ʻO nā paila ʻoihana kekahi o nā ʻāpana lako koʻikoʻi loa ma nā ʻāpana like ʻole—mai nā hale hana mana a me nā hale hana kemika a hiki i ka pulp a me ka pepa, a hiki i ka ʻoihana meaʻai a me ka mea inu. ʻO kā lākou hana nui ka hoʻololi ʻana i ka ikehu kemika mai ka wahie (a i ʻole ka ikehu uila i loko o nā paila uila) i ikehu wela, a laila hoʻoili iā ia i ka wai e hana i ka mahu ma nā kaomi a me nā mahana kikoʻī. A laila hoʻohana ʻia kēia mahu no ka hoʻomehana ʻana i ke kaʻina hana, ka hoʻomaloʻo ʻana, ka sterilization, a i ʻole ma ke ʻano he wai hana turbine. No ka hana palekana, hoʻokele waiwai, a me ka maikaʻi o kahi ʻōnaehana paila, pono kahi haʻawina ʻenekinia thermodynamic, me nā kaulike ikehu, ka pono, ka nalowale wela, a me ka loiloi irreversibility.
Nā Manaʻo Kumu o Thermodynamics i loko o nā Boilers
Ma nā huaʻōlelo thermodynamic, ua kālailai ʻia nā paila ma ke ʻano he mau ʻōnaehana kahe paʻa kahi e komo ai ka nui o ka wai hānai, loaʻa ka wela mai ke ahi ʻana, a laila puka i waho ma ke ʻano he mahu saturated a i ʻole ka mahu superheated. Hiki ke ʻōlelo maʻalahi ʻia ke Kānāwai Mua o Thermodynamics no kahi ʻōnaehana kahe paʻa (ka hoʻohālikelike ikehu kahe paʻa):
\[
\dot{Q} – \dot{W} = \dot{m}(h_{out}-h_{in})
\]
I loko o nā paila, hoʻowahāwahā pinepine ʻia ka hana ʻauamo (\(\dot{W}\)) no ka mea ʻaʻole hana pololei ka paila i ka hana mechanical. He liʻiliʻi nō hoʻi nā ikehu kinetic a me nā ikehu hiki ke hoʻohālikelike ʻia me ka loli enthalpy, no laila e lilo ka hoʻohālikelike hana:
\[
\dot{Q} \approx \dot{m}(h_{mahu}-h_{fw})
\]
ʻO kēia kahi e lilo ai ka enthalpy i mea koʻikoʻi. Loaʻa nā ʻikepili enthalpy wai a me ka mahu mai nā papa mahu a i ʻole nā kiʻikuhi Mollier (h–s). Hiki i ka wai hānai ma kahi kaomi i hāʻawi ʻia ke wai subcooled, ʻoiai ʻo ka hopena he mahu maloʻo saturated, mahu pulu (loaʻa ka maikaʻi o ka mahu x), a i ʻole ka mahu superheated.
Ke Kaʻina Hana o ka Hoʻomehana ʻana i ka Wai i ka Mahu
Ma ke ʻano thermodynamically, ʻo ka wai hoʻomehana i loko o ka paila e hele i kekahi mau pae:
1. Hoʻomehana wai hānai (hoʻomehana naʻauao)
Hoʻokiʻekiʻe ʻia ka mahana o ka wai mai ke komo ʻana a i ka mahana saturation ma ke kaomi hana. Pili ka ikehu e pono ai i ka mana wela a me ka piʻi ʻana o ka mahana.
2. Hoʻoheheʻe ʻana (hoʻololi pae / hoʻomehana huna)
Ma ke kiko saturation, ʻo ka hoʻohui ʻana o ka wela ke kumu o ka loli ʻana o ke ʻano mai ka wai a i ka mahu. I kēia ʻano, noho mau ka mahana, akā piʻi nui ka enthalpy ma muli o ka wela latent o ka vaporization.
3. Hoʻomehana nui (inā he superheater)
Hoʻomehana hou ʻia ka mahu māʻona e hoʻokiʻekiʻe i kona mahana ma luna o ka mahana māʻona ma ke kaomi like. Hoʻonui ka hoʻomehana nui i ka enthalpy a hoʻemi i ka makū o ka mahu, he mea maikaʻi ia no nā noi turbine a me ka pono o ke kaʻina hana.
I nā hoʻolālā paila hou, hoʻonui pinepine ʻia ka hoʻōla ʻana o ka wela me nā ʻāpana hou e like me nā economizers (nā mea hoʻomehana wai hānai), nā mea hoʻomehana ea (nā mea hoʻomehana ea puhi), a me nā superheaters. Manaʻo kēlā me kēia e hōʻemi i ka pohō stack a hoʻonui i ka pono o ka hoʻoili wela.
Ka Hoʻohālikelike Ikehu a me ka Pono o ka Boiler
ʻO ka pono o ka paila ka mea maʻamau i wehewehe ʻia ʻo ia ka lakio o ka ikehu pono i omo ʻia e ka wai/mahana i ka ikehu kemika o ka wahie i puhi ʻia. ʻElua mau ala kaulana:
1. Ke ʻano hana pololei (ʻano hana pololei / ʻano hana hoʻokomo-hoʻopuka)
\[
\eta_{boiler}=\frac{\dot{m}_{steam}(h_{steam}-h_{fw})}{\dot{m}_{wahie}\times LHV}\times 100\%
\]
Me ka LHV (Lower Heating Value) a i ʻole HHV (Higher Heating Value) ma muli o ke kūlana i hoʻohana ʻia.
2. Ke ʻano hana ʻaʻole pololei (ke ʻano hana pohō wela)
Ua helu ʻia ka pono mai ka 100% me ka emi ʻana o ka pohō wela holoʻokoʻa, no ka laʻana:
- Ka nalowale ʻana o ke kinoea flue maloʻo
– Ka pohō ma muli o ka mahu wai mai ka puhi ʻana o ka hydrogen
- Pohō ma muli o ka wahie a me ka haumākū o ka ea
– Pohō ma muli o ke kalapona i puhi ʻole ʻia
– Nā pohō radiation a me convection mai ka ʻili paila
- Pohō pahū
Hoʻohana pinepine ʻia nā ʻano hana ʻaʻole pololei no nā loiloi ikehu no ka mea kōkua lākou i ka ʻike ʻana i nā kumu nui o ka hana pono ʻole.
Nā Pohō Wela Nui i ka Hana Boiler
ʻAʻole i pau kahi haʻawina thermodynamic maikaʻi i ka helu ʻana i ka hoʻopuka-hoʻokomo, akā e palapala pū i nā pohō ikehu nui.
1. Pohō o ka puʻu (pohō i ke kapuahi)
He nui ka enthalpy o nā kinoea hoʻopau e puka mai ana i nā mahana kiʻekiʻe. Hiki ke hana ʻia nā hoʻāʻo e hōʻemi i kēia me nā economizers a me nā mea hoʻomehana ea, akā pono e mālama pono ʻaʻole lākou e ʻoi aku ma mua o ke kiko hau waikawa (ʻoi aku hoʻi no nā wahie i loaʻa ka sulfur) e pale aku i ka pala.
2. Pahū ʻana
Pono ka blowdown e kāohi i ka nui o nā mea paʻa i hoʻoheheʻe ʻia (TDS) i loko o ka pahu paila. Eia nō naʻe, ʻo ka wehe ʻana o kēia wai wela e hōʻike ana i ka nalowale o ka enthalpy. Hiki i kahi ʻōnaehana hoʻōla wela blowdown ke hoʻohana i kēia wela e hoʻomehana i ka wai hānai a i ʻole ka wai hoʻohuihui.
3. Ka ea keu a me ke kuni piha ʻole
Pono ka ea keu no ke kuni paʻa ʻana, akā ʻo ka nui o ka ea keu e hoʻonui i ka nui o ke kinoea flue, e hoʻonui ana i ka nalowale o ka stack. I ka ʻaoʻao ʻē aʻe, ʻo ka ea lawa ʻole e alakaʻi i ka hoʻonui ʻia o ka CO2 a me ka wahie i puhi ʻole ʻia—ʻelua mea ʻino. Hoʻokō ʻia ka hoʻonui ʻana ma o ka kaohi ʻana i ke kinoea flue O₂/CO2 a me ka hoʻonohonoho ʻana i ka mea puhi.
4. Ka radiation a me ka convection mai ka ʻili
Hoʻonui ka pale wela maikaʻi ʻole i ka nalowale o ka wela i ke kaiapuni. ʻO ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka refractory a me ka insulation ma ke ʻano laulā he hopena pololei ia i ka pono a me ka palekana.
Ka Nānā ʻana i ka Exergy: Ke Loiloi ʻana i ka Maikaʻi o ka Ikehu
Ma waho aʻe o ka ikehu (Kānāwai I), hoʻohana pinepine ka thermodynamics ʻenekinia hou i ka nānā ʻana o ka exergy e loiloi i ka "maikaʻi" o ka ikehu a me ka hiki ʻole ke hoʻohuli ʻia (Kānāwai II). Hōʻike ka Exergy i ka hana nui loa e hiki ke loaʻa ke lawe ʻia kahi ʻōnaehana i kona mau kūlana ambient.
I loko o nā paila, hiki mai ka irreversible nui ma:
- Ke kaʻina hana puhi (nā hopena kemika a me ka hui ʻana ma nā mahana kiʻekiʻe)
– Ka hoʻoili wela me kahi ʻokoʻa wela nui, no ka laʻana ma waena o ka lapalapa a me ka ʻili o kahi paipu
– Ka ʻūlū ʻana o ke kahe ma nā ʻaoʻao kinoea a me ka wai/mahana (ka emi ʻana o ke kaomi)
Me ka nānā ʻana i ka exergy, hiki i nā mea hana ke ʻike ʻoiai ke hoʻoili ʻia nei kekahi wela i ka wai, ua hōʻino ʻia ka maikaʻi o ka ikehu ma muli o ka hiki ʻole ke hoʻihoʻi ʻia o ke kaʻina hana. Kōkua kēia i ka hoʻonohonoho ʻana i nā hoʻomaikaʻi: no ka laʻana, ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka hoʻolaha ʻana o ka ea-wahie, ka hoʻonui ʻana i ka hoʻōla wela, a i ʻole ka hōʻemi ʻana i ka ΔT kiʻekiʻe loa i loko o ka mea hoʻololi wela.
Ka Hopena o nā Kūlana Hana ma ka Hana Thermal
Hoʻopilikia nui ʻia ka hana o ka paila e ke kaomi, ka mahana a me ka maikaʻi o ka wai.
1. Kaomi hana
ʻO ka hoʻonui ʻana i ke kaomi e hoʻonui i ka mahana saturation. No kekahi mau koi hana, hiki i kēia ke hoʻonui i ka nui o ka ikehu o ka mahu. Eia nō naʻe, koi nā kaomi kiʻekiʻe i nā mea ikaika a me ka kaohi paʻa.
2. Ka mahana o ka wai hānai
ʻO ke kiʻekiʻe o ka mahana o ka wai hānai, ʻo ka emi ʻana o ka wela e pono ai ka paila e hoʻokō i nā kūlana mahu i makemake ʻia. No laila, he kuleana koʻikoʻi ka deaerator a me ka economizer.
3. Ka maikaʻi o ka wai (lāʻau lapaʻau)
Hoʻopilikia ka pae oxygen i hoʻoheheʻe ʻia, ka paʻakikī, a me ka TDS i ka scaling a me ka corrosion. Hoʻonui ka scaling i ke kūpaʻa wela, e hopena ana i ka hoʻoili wela maikaʻi ʻole, hoʻonui i ka mahana metala, emi ka pono, a hoʻonui i ka pilikia o ka hāʻule ʻana o ka paipu.
Hoʻolālā Hoʻomaikaʻi Pono e pili ana i ka Thermodynamics
ʻO kekahi mau hana kūpono e pili pono ana i ke aʻo ʻana i ka thermodynamics:
– Ke kau ʻana/hoʻomaikaʻi ʻana i ka economizer e hoʻohana i ka wela o ke kinoea hoʻopau e hoʻomehana i ka wai hānai.
- ʻO ka mea hoʻomehana ea e hoʻonui i ka mahana o ka ea kuni, hoʻomaikaʻi i ke kūpaʻa lapalapa a me ka pono.
– Ka mana hoʻoponopono O₂ e mālama i ka ea keu kūpono.
- Hoʻonui i ka blowdown a me ka hoʻōla wela e hōʻemi i ka pohō enthalpy.
– Ka mālama ʻana i ka ʻilikai hoʻoili wela (hoʻomaʻemaʻe ʻana i ka soot/unahi) e mālama i ke kiʻekiʻe o ke koina hoʻoili wela.
– Hoʻomalu maikaʻi ʻia nā paipu mahu, nā pahu a me nā pūpū.
– Ke nānā mau nei i nā ʻano thermodynamic (T, P, ka nui o ke kahe ʻana, ke kinoea flue O₂/CO) no ka ʻike mua ʻana i nā ʻokoʻa.
Ka hopena
ʻO ke aʻo ʻana i ka thermodynamics ʻenekinia i loko o nā ʻōnaehana paila ʻoihana e hāʻawi i kahi ʻōnaehana loiloi ikaika no ka hoʻomaopopo ʻana pehea e hoʻololi ʻia ai ka ikehu mai ka wahie i mahu, me ka ʻike pū ʻana i nā wahi pohō e hōʻemi ana i ka pono. Ma ka hoʻopili ʻana i kahi kaulike ikehu (ke Kānāwai Mua) a me ka hoʻopiha ʻana me kahi hiʻohiʻona exergy (ke Kānāwai ʻElua), hiki i nā ʻenekinia ke hana i nā hoʻoholo i hoʻokele ʻia e ka ʻikepili e hoʻomaikaʻi i ka pono, hoʻemi i ka hoʻohana ʻana i ka wahie, mālama i ka hilinaʻi o nā lako, a hoʻolōʻihi i ke ola hana paila. ʻO ka mea hope loa, ʻaʻole wale ka paila i hoʻomaikaʻi ʻia i ka thermodynamically e mālama i nā kumukūʻai akā kākoʻo pū i ka hōʻemi ʻana o nā hoʻokuʻu a me nā hana ʻoihana hoʻomau.
