स्टीम

परिचय

औद्योगिक क्रांति (लगभग 1760-1820) कोयले द्वारा चलाई गई हो सकती है, लेकिन इसे स्टीम द्वारा संचालित किया गया था। मानव हजारों वर्षों से स्टीम की शक्ति का उपयोग कर रहे हैं, लेकिन केवल पिछले 200 वर्षों में हमने इसे अनगिनत औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए भरोसा करना शुरू किया है। यह पाठ्यक्रम स्टीम की उत्पत्ति, इसके सिद्धांत (ऊष्मागतिकी), उत्पादन और अनुप्रयोगों पर नज़र डालता है।

फायर ट्यूब बॉयलर्स

इतिहास

स्टीम का पहला उपयोग हजारों साल पहले दर्ज किया गया था। अलेक्जेंड्रिया के हीरो ने 1वीं सदी में पहले स्टीम टर्बाइन में से एक बनाया, लेकिन इस अवधारणा का बहुत कम उपयोग हुआ जब तक कि 1800 के दशक में नहीं।

एओलिपाइल (हीरो इंजन)

औद्योगिक क्रांति की शुरुआत में, जेम्स वाट ने एक प्रत्यावर्ती पिस्टन इंजन डिजाइन किया जो स्टीम द्वारा संचालित था; इस डिजाइन को स्टीम इंजन कहा गया। स्टीम इंजन को व्यापक रूप से अपनाया गया और यह युग के सबसे प्रतिष्ठित प्रमुख चालकों में से एक बन गया।

बोल्टन और वाट स्टीम इंजन ड्राइंग

लेकिन जेम्स वाट अकेले नहीं थे जिन्होंने उपयोगी कार्य पूरा करने के लिए स्टीम की शक्ति का उपयोग किया। अन्य इंजीनियरों ने जल्द ही महसूस किया कि स्टीम इंजन का उपयोग कई प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है। कुछ अनुप्रयोगों में रेलवे लोकोमोटिव, ट्रैक्टर और जहाजों को शक्ति देना शामिल था।

स्टीम संचालित ऑटोमोबाइल

लगभग उसी समय जब स्टीम के अनुप्रयोग बढ़ रहे थे, विद्युत इंजीनियरिंग में तेजी से प्रगति ने युग के नवीनतम आश्चर्य...बिजली उत्पन्न करने के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रमुख चालकों की मांग में वृद्धि की।

स्टीम टर्बाइन को नई बिजली उत्पादन उद्योग के लिए आदर्श प्रमुख चालक पाया गया। आज, दुनिया की 80% से अधिक बिजली स्टीम टर्बाइन प्रमुख चालकों से प्रदान की जाती है।

लगभग सभी औद्योगिक क्रांति के प्रमुख चालक स्टीम द्वारा संचालित थे, और यह बॉयलर्स थे जिन्होंने वह स्टीम प्रदान किया। जैसे-जैसे स्टीम के अनुप्रयोग बढ़े हैं, वैसे-वैसे स्टीम बॉयलर्स की मात्रा और डिजाइन विविधताएं भी बढ़ी हैं। प्रौद्योगिकी और सामग्री में प्रगति ने पहले से कहीं अधिक बड़े प्रमुख चालकों की अनुमति दी है, जिससे स्टीम बॉयलर्स के आकार और शक्ति में भी वृद्धि हुई है।

स्टीम का उपयोग लगभग सभी आधुनिक औद्योगिक प्रक्रियाओं में किया जाता है, चाहे वह सीधे प्रक्रिया में हो, या माध्यमिक सेवाओं जैसे पानी गरम करना, या स्थान गरम करना। अगला पाठ स्टीम के मुख्य उपयोगों पर चर्चा करता है।

स्टीम के उपयोग

स्टीम का उपयोग चार मुख्य उद्देश्यों के लिए किया जाता है:

• गरम करना – बंद लूप। सरल डिजाइन। कम दबाव और तापमान।
• शक्ति उत्पादन – प्रणाली डिजाइन सरल से जटिल तक भिन्न होते हैं। दबाव और तापमान की विस्तृत श्रृंखला। मध्यम से बहुत बड़ी मात्रा में स्टीम उत्पन्न कर सकते हैं।
• औद्योगिक प्रक्रियाएं – शक्ति उत्पादन स्टीम प्रणालियों की तरह ही, हालांकि स्टीम की गुणवत्ता के बारे में बहुत सख्त सहनशीलताएं हो सकती हैं। स्टीम प्रणालियां अक्सर संयंत्र/कारखाने के उत्पादन प्रक्रिया के लिए महत्वपूर्ण होती हैं यानी कोई स्टीम नहीं = कोई उत्पादन नहीं।
• यांत्रिक कार्य – स्टीम का उपयोग पंप, कंप्रेसर और अन्य मशीनरी वस्तुओं को चलाने के लिए किया जा सकता है जो विद्युत ड्राइव या अन्य ड्राइव प्रकार के लिए उपयुक्त नहीं हो सकते हैं।

किसी औद्योगिक संयंत्र का दौरा करना दुर्लभ है जिसमें साइट पर बॉयलर न हो। हालांकि स्टीम के उपयोग कई हैं, वे आमतौर पर ऊपर उल्लिखित चार श्रेणियों में से एक से संबंधित होते हैं।

क्यों स्टीम?

मानव सभ्यता को कार्य करने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है, बहुत सारी। बिना ऊर्जा के, शहरों में पानी पंप करना, घरों में बिजली प्रदान करना, ऑटोमोबाइल चलाना, या इमारतों को गरम करना संभव नहीं होगा। अंतिम उपभोक्ताओं द्वारा उपयोग किए जाने से पहले, सभी ऊर्जा को पहले उत्पन्न और उपयोग के बिंदु तक पहुंचाया जाना चाहिए।

बिजली ऊर्जा का एक उदाहरण है। पावर स्टेशन गर्मी, दबाव, और/या गतिज ऊर्जा को विद्युत धारा में परिवर्तित करके बिजली उत्पन्न करते हैं। मूल ऊर्जा स्रोत को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने से इसे उपयोग के बिंदु तक विशाल दूरी तक आसानी से पहुंचाया जा सकता है।

हालांकि अन्य ऊर्जा तरल उपलब्ध हैं, स्टीम को 'ऊर्जा तरल' माना जाता है और यह आज के उपयोग में सबसे आम ऊर्जा तरल है। स्टीम की लोकप्रियता के कारण पानी के गुणों से निकटता से जुड़े हुए हैं जिससे यह बना है। पानी:

• प्रचुर मात्रा में।
• आसानी से सुलभ (भौगोलिक स्थान पर निर्भर)।
• अन्य ऊर्जा तरल की तुलना में सस्ता।
• गैर-विषाक्त।
• आसानी से पहुंचाया जा सकता है यानी पंप किया जा सकता है।
• आसानी से नियंत्रित किया जा सकता है यानी वाल्व आदि के साथ।

पानी को स्टीम में परिवर्तित करने के बाद, यह एक ऊर्जा तरल बन जाता है जिसमें कई लाभकारी गुण होते हैं:

• स्टीम का एक दिया गया द्रव्यमान पानी के समतुल्य द्रव्यमान की तुलना में पांच से छह गुना अधिक ऊर्जा रख सकता है।
• इसे कुशलता से उत्पन्न किया जा सकता है; कई बॉयलर 80% से अधिक थर्मल दक्षता के साथ काम करते हैं।
• इसे स्टीम प्रणाली में दबाव अंतर बनाकर आसानी से वितरित किया जा सकता है।
• यह गैर-विषाक्त है और पर्यावरण को नुकसान नहीं पहुंचाता।
• यह स्पार्क, इग्नाइट, या दहन नहीं करेगा (आंतरिक रूप से सुरक्षित)।
• सिस्टम में ऊर्जा की मात्रा को स्टीम दबाव को नियंत्रित करके आसानी से नियंत्रित किया जा सकता है।
• स्टीम की गर्मी हस्तांतरण गुणधर्म उच्च होते हैं।

अन्य ऊर्जा तरल आमतौर पर केवल तभी उपयोग किए जाते हैं जब कुछ चर स्टीम के उपयोग को अवांछनीय बनाते हैं। उदाहरण के लिए, थर्मल तेल (खनिज तेल) का उपयोग बहुत उच्च तापमान पर बड़ी मात्रा में गर्मी पहुंचाने के लिए किया जाता है जिसके लिए स्टीम उपयुक्त नहीं हो सकता है। सुरक्षा कारणों से, इमारतों को अक्सर उनके उबलने के बिंदु से काफी नीचे गर्म पानी के माध्यम से गरम किया जाता है; कम दबाव और तापमान भी सिस्टम पाइपिंग और घटकों पर कम तनाव डालते हैं, जिससे उन्हें लंबी सेवा जीवन मिलती है।

स्टीम प्रणाली

स्टीम का उद्देश्य ऊर्जा को वहां से स्थानांतरित करना है जहां यह उत्पन्न होती है, वहां तक जहां इसकी आवश्यकता होती है, जबकि पहुंचाने से जुड़े ऊर्जा हानियों को न्यूनतम करना। ऐसा करने के लिए, स्टीम प्रणालियां चार मुख्य भागों से बनी होती हैं।

• ईंधन प्रणाली – बॉयलर को रासायनिक ऊर्जा प्रदान करती है (या यदि हीट रिकवरी स्टीम जनरेटर (HRSG) का उपयोग किया जाता है तो दहन टर्बाइन)।
• बॉयलर – ईंधन की रासायनिक ऊर्जा को थर्मल ऊर्जा में परिवर्तित करता है।
• वितरण – स्टीम को उपयोग के बिंदु तक पहुंचाता है।
• संग्रह/पुनर्प्राप्ति – स्टीम प्रणाली से संक्षेपण (पानी) को पुनर्प्राप्त करता है और इसे बॉयलर में लौटाता है।

उपरोक्त प्रणालियां एक बुनियादी प्रक्रिया चक्र बनाती हैं:

1. उत्पादन
2. वितरण
3. पुनर्प्राप्ति
4. दोहराना

उत्पादन के दौरान ऊर्जा स्टीम में स्थानांतरित की जाती है। स्टीम को फिर उपयोग के बिंदु तक वितरित किया जाता है जहां कुछ ऊर्जा स्टीम से स्थानांतरित होती है। ऊर्जा की हानि के कारण कुछ स्टीम संघनित हो जाती है और संक्षेपण बनाती है, जिसे फिर से प्राप्त किया जाता है, उपचारित किया जाता है, और बॉयलर में लौटाया जाता है। पूरी प्रक्रिया ऊर्जा स्थानांतरण पर आधारित होती है।

1. उत्पादन – ईंधन की रासायनिक ऊर्जा पानी में स्थानांतरित होती है। बॉयलर का पानी उबलता फिर वाष्पित होकर स्टीम बनता है।
2. वितरण – ऊर्जा को उपयोग के बिंदु तक पहुंचाया जाता है।
3. पुनर्प्राप्ति – उपयोग के बिंदु पर कुछ स्टीम ऊर्जा को छोड़ देता है और संक्षेपण बनाता है।
4. दोहराना – संक्षेपण में शेष ऊर्जा को बॉयलर में लौटाया जाता है।

ध्यान दें कि पावर स्टेशनों में, एक कंडेंसर का उपयोग स्टीम टर्बाइन के निकास स्टीम को संक्षेपण में बदलने के लिए किया जा सकता है इससे पहले कि इसे बॉयलर में लौटाया जाए।

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अतिरिक्त संसाधन

https://en.wikipedia.org/wiki/Steam

https://www.tlv.com/global/ME/steam-theory/principal-applications-for-steam.html

https://www.spiraxsarco.com/learn-about-steam/introduction/steam---the-energy-fluid

https://energyeducation.ca/encyclopedia/Steam