火力發電廠是如何透過煮沸水來發電的 #科普知識 #automobile #發明 #科学 #熱門 #科技

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#科普創世紀#科普知識#原理
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火力發電的原理看似簡單
其實一點也不複雜
簡單來說就是燒開水
火力發電一般都是使用的煤
煤首先會被粉碎成3釐米左右的小塊
然後儲存在儲藏室內
但是這種煤塊燃燒率不高
所以煤塊會被進一步粉碎成煤粉
煤粉會被送到鍋爐裡的燃燒器
燃燒器首先會進行點火
接著噴射煤粉進行燃燒
燃燒產生的熱量被用來燒開水
這個是省煤氣
冷卻水經過這裡時
會被燃燒產生的廢氣預先加熱到320度左右
由於內部壓力很大
這些高溫水是不會沸騰變成蒸氣的
從省煤氣加熱的水被送到鍋爐的底部
然後沿著鍋爐內壁的管道不斷上升
鍋爐的內壁不是用鋼筋混凝土做的
因為熾熱烘烤會使牆壁融化
所以這些管道除了通水外
還能吸收熱量
防止鍋爐壁融化
然後管道的水來到蒸氣發生器
在這裡它會獲得更多的熱能並蒸發
水的溫度達到450攝氏度
但是產生的蒸氣裡面混合的還有水
處於濕蒸氣狀態
所以還需要使用分離裝置
對蒸氣進行水氣分離
從這裡分離出來的蒸氣
被送到過熱器以進一步加熱
而分離出來的水
則送回鍋爐繼續使用
蒸氣會連續經過兩個過熱器進行加熱
最後來到第三個過熱器
最終將水溫加熱到550攝氏度
產生的這些高溫高壓的蒸氣
被送到氣輪機組
氣輪機組通常有一個高壓氣輪機
一個中壓氣輪機
以及兩個低壓氣輪機組成
高溫蒸氣首先會來到高壓氣輪機
氣輪機上面有非常多的葉片
葉片是分為旋轉葉片以及固定葉片的
首先進入氣輪機的蒸氣
被固定葉片改變方向
產生的壓力驅動葉片進行旋轉
蒸氣會經過很多層葉片
最終帶動整個氣輪機旋轉
但是這種使用過的蒸氣會失去能量
所以蒸氣會被再送回過熱器進行加熱
加熱的蒸氣再送回中壓氣輪機
和兩個低壓氣輪機
氣輪機的旋轉會帶動
與支鎳合的發電機旋轉
從而進行發電
氣輪機使用過的蒸氣並不會浪費
這些蒸氣會被送入底部的冷凝器進行冷卻
冷凝器的管道流動的是冰水
蒸氣遇冷凝結成水
然後通過底部的收集器進行收集
收集的冷凝水通過水泵來到省煤氣
然後進入鍋爐繼續循環使用
煤粉在燃燒的過程中會產生廢氣
那廢氣該如何處理呢
回答這個問題前
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言歸正傳
廢氣會經過蒸發器過熱器
省煤氣來到廢氣處理設備
該設備主要用於處理廢氣中的污染物
這是脫銷設備
通過噴灑催化劑
使得氨氣與高溫廢氣進行反應
從而減少氮氧化物的排放
處理完的氣體接著會送入到電除塵器
用於過濾顆粒煙塵
接著廢氣進入到這裡的脫流設備
內部使用石灰石
作為洗滌吸收劑來清理這些廢氣
最後處理完成的廢氣
會通過這個超過100米的煙囪排向大氣中
核電站的原理看似簡單
其實一點也不複雜
簡單來說就是燒開水
那核電站究竟是如何燒開水的呢
這是核電站的核反應堆
正中間的是反應堆的堆芯
周邊四個綠色的是冷卻劑泵
接著是兩個蒸汽發生器
外加一個穩壓器
我們首先來看一下反應堆堆芯
它由碳鋼合金材料製成
堆芯下面是核燃料棒
由燃料被密封在一個小的圓柱體內
然後一層層地進行堆疊
再沖入一定量的氦氣
最後包裹起來就組成了一根燃料棒
幾十根燃料棒組合在一起
被插入到反應堆內
反應堆的上面是控制棒
控制棒通過這些孔插入到反應堆
插入得越深
控制棒吸收的中子越多
由於核裂變反應是由於中子撞擊由原子產生的
中子越多
核裂變反應越激烈
因此當中子被大量吸收時
核裂變就會減少
當將控制棒上拉時
中子又會增多
核裂變反應又會大量產生
控制棒由這個驅動裝置控制
通過電力能夠上下移動
如果反應堆發生事故斷電
驅動裝置就會自由下落
這會導致控制棒全部插入到反應堆
從而吸收掉大部分的中子
使得核裂變反應中斷或者減小
反應堆內部的水是通過冷卻激泵的管道進入堆芯的
進入堆芯內部後
由於裂變產生的巨大熱量
水會被加熱到320攝氏度
但是因為穩壓器的存在
堆芯的水並不會沸騰
這些水能減緩中子的速度
因為中子與水碰撞時
速度會減慢
中子的速度越慢
核裂變反應越容易發生
被堆芯加熱的高溫水
接著來到蒸汽發生器
並沿著蒸汽發生器內的
13000個U型管道進行流動
然後再通過蒸汽發生器下面的管道
通過冷卻激泵再回到堆芯內部
與此同時
冷凝過的水會進入到蒸汽發生器
由於U型管內都是高溫水
這些冷凝水就會不斷獲得熱量
從而變成蒸汽
但是這樣形成的蒸汽含有一定的水分
如果直接進入氣輪機
會傷害氣輪機的葉片
所以蒸汽發生器上方有分離濕氣的裝置
首先黃色的汽缸裡有一個風車形狀的裝置
濕氣碰到這裡就變成了水
然後蒸汽再來到間隙分離器中
進行再一次的濕氣分離
這樣就能獲取到接近99%的乾燥蒸汽
經過處理後的蒸汽
接下來就會順著管道來到氣輪機組
蒸汽首先會來到高壓氣輪機
推動高壓氣輪機旋轉
並從兩側的管道中流出
流出的蒸汽不會被丟棄
而是再次用於驅動三個低壓渦輪機
但是由於使用過的蒸汽會失去能量
溫度也會降低
所以蒸汽會來到加熱器再次進行加熱
加熱後的蒸汽來到低壓氣輪機
繼續推動葉片高速旋轉
進而帶動發電機旋轉發電
但是帶動低壓氣輪機的蒸汽
會急劇失去能量
這些蒸汽會被送入下面的冷凝器進行冷卻
冷凝器管道中流動的是冰冷的海水
能將蒸汽冷凝成水
這些冷卻水被收集後
接著會被送入蒸汽發生器進行循環利用
但是這些冷卻水溫度只有30到40度左右
而蒸汽發生器中產生蒸汽的溫度在320度左右
兩者溫差太大
當我們往沸水中加入熱水
水很快就會沸騰
但是如果加入冷水
水就不容易沸騰
所以我們不能將冷凝水直接送入蒸汽發生器
而是先送入加熱器組加熱到235攝氏度
但是水的溫度不會一次直接升到這麼高的溫度
所以需要經過7個加熱器
才能將溫度慢慢地提高到指定的溫度
然後再送入蒸汽發生器
氣化成蒸汽
從而繼續整個循環
說到這裡你肯定會問
核電站真的安全嗎
它會不會像原子彈一樣爆炸呢
弄清楚這個問題前
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言歸正傳
原子彈使用的是高濃縮油
風度達到90%以上
而核電站使用的油
風度僅在5%左右
所以核電站想要像原子彈一樣爆炸是不可能的
核電站最怕的就是地震
地震可能會導致堆芯融化
融化時會產生水蒸氣或氫氣
福島發電站就是因為氫氣而爆炸的
所以核電站一般都會建在堅固的巖層上
巖層的抗震能力更強
然後在混凝土上打地基
再將核電站建造上去
建造時反應堆外部通常都會包裹一層厚度
超過一米的鋼筋混凝土
混凝土裡面使用非常粗的鋼筋進行加固
建築的頂部採用圓頂設計
這樣在事故發生時
可以均勻地分散壓力
頂部有一圈噴嘴
用於事故發生時噴水降溫
另外圍繞反應堆建造的輔助設備都是相互獨立的
以防止事故發生時損失擴散
如果真的發生6.5級以上地震
核電站會立即自動停止運行
從而最大程度上保護核電站
如果不要內存
直接使用固態硬盤代替內存可以嗎?
這曾是阿里的一道辨識題
這個問題看似複雜
其實一點也不簡單
首先固態硬盤和內存在存儲結構上就完全不同
固態硬盤採用的是3D閃存單元陣列來存儲數據
這些存儲單元被一層層地堆疊在一起
形成一個巨大的存儲系統
固態硬盤的數據
就存儲在這個系統的每個存儲單元中
單個存儲單元的組成極其複雜
這是簡化後的一個存儲單元
存儲單元由控制山脊、絕緣層
電荷井以及電子通道組成
電荷井是真正存儲數據的地方
當我們往硬盤存儲數據時
其實就是往電荷井衝入電子
每個電荷井可以存入3底特的數據
也就是8個不同的二進制值
電荷井這種特殊設計
可以使得電子在十幾年內都不會丟失
說完硬盤
我們再來看一下內存的存儲結構
內存裡面是一個巨大的2D存儲單元陣列
這是其中一個稱為1T1C的存儲單元
存儲單元的本質其實就是一個電容器
當往電容器裡面充電到1伏
記錄為二進制的1
當電容器放電到0伏
記錄為二進制的0
每個電容器只能存儲1底特數據
也就是要麼存儲0要麼存儲1
需要注意的是
電容器會發生漏電的現象
所以每隔一段時間就需要對電容器進行刷新
以避免數據丟失
這也是內存在斷電後
數據會丟失的主要原因
通過上面分析可以看到
固態硬盤和內存的存儲結構區別非常大
這種區別直接導致的就是
硬盤和內存容量相差巨大
固態硬盤內部有數萬億的存儲單元
這使得固態硬盤的容量能達到TB級別
而內存條內部只有幾十億的存儲單元
存儲容量只有GB級別
除了存儲容量存在巨大的差距
內存和固態硬盤的速度也相差甚遠
固態硬盤的速度除了跟
硬盤的閃存芯片類型有關係外
還有一個重要原因就是硬盤接口
因為接口受限於帶寬
不同接口的硬盤讀取速度有很大的差異
而內存只在2D平面進行尋指
直接通過內存地址可以訪問任何數據
另外內存採用雙通道傳輸
並且通過內存總線直接與CPU進行通信
享受與CPU通信的最優帶寬
這使得在傳輸速度和處理能力上
硬盤接口都無法與之比擬
固態硬盤的數據讀寫速度只有50微秒
而內存只需要17納秒
也就是內存比固態硬盤的速度
整整快了3000倍
所以你在用計算機玩遊戲時
計算機都會先從硬盤中讀取數據
然後將數據加載到內存中
這個過程需要一定的時間
所以你會在遊戲界面看到一個加載進度條
一旦所需要的數據全部加載進內存
CPU就能在幾納秒內
從內存拿到數據進行處理
那如果直接將內存去掉
讓CPU從硬盤讀取數據會怎樣呢?
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去掉內存後
先不說CPU能不能直接從硬盤讀取到數據
但是速度上
這比直接從內存讀取的速度慢近3000倍
直接導致的結果就是計算機將非常卡頓
所以想要用固態硬盤替代內存並不現實
除了速度限制外
計算機的架構也不支持
因為不管計算機如何發展
目前的電腦都是採用的馮諾伊曼架構
也就是CPU、內存和硬盤的架構
如果去掉內存
那麼計算機的整個架構包括操作系統
都需要重新設計
所以就目前來說
固態硬盤想要替代內存還是非常困難的
