مولدهای بخار نیروگاه های تولید برق

مولدهای بخار با سوختهای فسیلی غالباً با توجه به برخی اجزا یا ویژگی‌هایشان به صورت زیر تقسیم‌بندی می‌شوند:

1. دیگهای لوله آتشی
2. دیگهای لوله آبی
3. دیگهای گردش طبیعی
4. دیگهای گردشی کنترل شده
5. دیگهای جریان یکبار گذر
6. دیگهای زیربحرانی
7. دیگهای فوق بحرانی

توربین ها

اندیشه استفاده از بخار برای تولید کار مکانیکی احتمالا برای اولین بار در رابطه با پمپ کردن آب از معادن زغال سنگ مطرح شد . اولین کار موفق در این مورد یک ‹‹ موتور پمپ ›› بود که توسط توماس ساوری ( 1650 – 1715 ) در انگلستان ساخته شد . در موتور ساوری بخار مستقیماً با فشاری بین 5/4 تا 8 بار بر سطح آب واقع در محفظه ای اعمال می شد و آن را در لوله ای بالا می برد . در این موتور یک شیر یکطرفه مانع از جریان معکوس آب می شد . پس از خالی شدن آب از محفظه، جریان بخار به طور دستی قطع و آب خنک وارد محفظه می شد تا با چگالش بخار داخل و ایجاد خلاء در محفظه، آب بیشتری وارد آن شود . در این موتور در نتیجه تماس مستقیم بین آب و بخار، اتلاف بخار در نتیجه چگالش زیاد بود، و فقدان شیرهای اطمینان انفجارهای زیادی را موجب می شد .

تقریباً همزمان با ساوری، دنیس پاپین ( 1647-1712 ) که مخترع شیر اطمینان نیز بود ، فکر جداسازی بخار و آب را به وسیله یک پیستون مطرح کرد، و توماس نیوکامن ( 1663-1729 ) چنین موتور پیستون داری را طراحی کرد و سپس ساخت . در این موتور ، بخار با فشار کم به سیلندری قائم وارد و در آنجا موجب حرکت یک پیستون به طرف بالا می شد . آنگاه بخاری که در سیلندر باقی می ماند از خارج به وسیله جهت آب خنک به صورت مایع در می آمد و از این رو خلائی در سیلندر ایجاد می شد . فشار جو بیرونی ، پیستون را در مرحله کار به عقب می راند ، به این دلیل آن را ‹‹ موتور جوی ›› می نامیدند . پیستون به یک انتهای میله ای که در وسط تکیه گاهی داشت متصل بود . پیستونی نیز در سیلندر جداگانه پمپ به انتهای دیگر آن متصل می شد . قطر این پیستون پمپ کوچکتر از پیستون بخار بود و در نتیجه فشار آب بیشتر  از فشار بخار می شد . شیرهای متعددی که در موتور نیوکامن وجود داشتند در ابتدا به طور دستی کار می کردند . فکر خودکار کردن شیرها ، در ابتدا توسط یک نوجوان که برای تنظیم شیرها استخدام شده بود ارائه شد . این نوجوان ، طبق روایت ، با وجود که این که نسبت به دیگران کوچکتر و تنبل تر بود، متوجه الگوی منظم کارکرد میله و شیر شد و یک مکانیسم ریسمانی ابداع کرد که به میله امکان می داد شیرها را تنظیم کند . موتور نیوکامن یک سوم کمتر از موتور ساوری زغال مصرف می کرد .

پس از گذشت 60 سال ، جیمزوات فکر موتور رفت و برگشتی ‹‹ مدرن ›› را مطرح کرد . او به عنوان تعمیرکار وسایل ، روزی در سال 1764 جهت تعمیر موتور نیوکامن فرا خوانده شد و به این ترتیب او به اتلاف بخار مایع شده در سیلندر پی برد . او در سال 1765 به فکر یک چگالنده جداگانه افتاد ، و سپس در مورد مرحله کار ناشی از انبساط بخار ، سیلندر دو کاره ، تنظیم کننده خفانشی به وزنه های آویزان،تبدیل حرکت رفت و برگشتی به حرکت دورانی(در سال 1781 )، و ایده های مهم دیگر نظرات بدیعی ابراز کرد . امروزه موتور معروف او به عنوان اختراعی که سهم برجسته ای در انقلاب صنعتی داشت تلقی می شود . موتور وات از موتور نیوکامن 60% و از موتور ساوری 75 درصد کمتر زغال مصرف می کرد .

چرخه‌های توربین گازی و ترکیبی

استفاده از دماهای بالاتر

تا حالا باید به این واقعیت پی برده باشیم که برای دستیابی به بازدهها و قدرتهای بالاتر لازم است که دمای ورودی توربین گازی هر چه بیشتر باشد. بالا بودن دما به معنی بالا بودن نسبت فشار نیز هست ، چرا که نسبتهای فشار بهینه هم برای بازده و هم برای توان با افزایش دمای ورودی توربین افزایش می‌یابند. هزینه سرمایه‌گذاری واحدهای با نسبتهای فشار بالاتر بیشتر از واحدهای با نسبتهای فشار پایینتر است، در مقابل کاهش مصرف سوخت به سرعت این اختلاف هزینه سرمایه‌گذاری را باز می‌گرداند. مسئله دیگری که با دماهای بالاتر همراه است افزایش امکان خوردگی است که باید مورد توجه قرار گیرد. به طوری‌که قبلاً اشاره شد تحقیقاتی با این هدف در حال اجراست که بتوان دمای ورودی توربین را از مقادیر کنونی یعنی 1090 تا
C ^ْ1260 به حدود C ^ْ1540 رساند.

چنین دماهایی بسیار بالاتر از دماهای معمول در توربینهای بخار مدرن است که در حدود 540 تا C ^ْ650 است. دماهایی که امروزه در توربینهای گازی متداول است آنها را برای مواردی مانند تامین بار قلّه و اگر توام با مبادله‌کن گرما باشد برای تامین بار دوره‌ای و گاهی تامین بار پایه مناسب می‌سازد. البته هنگامی که نیروگاه گازی در یک چرخه ترکیبی به کار می‌رود عملکردی قابل رقابت با عملکرد نیروگاه بخار پیدا می‌کند. دماهای بالاتری که ممکن است در آینده مورد استفاده قرار گیرد، توربین گازی را قادر خواهد کرد که به تنهایی قابل رقابت با نیروگاه بخار باشد.

مسائل مربوط به دماهای ورودی بالا را به روشهای متعددی می‌توان حل کرد. به طور کلی این روشها را می‌توان در تامین 1-مواد مناسب ، 2- خنک‌سازی مناسب، و 3-سوخت مناسب تقسیم بندی کرد.