Was ist Hauptkondensator – Dampfkondensator – Definition

Hauptkondensator – Dampfkondensator. Das Hauptdampfkondensatorsystem (MC-System) dient zum Kondensieren und Entlüften des Abgasdampfs der Hauptturbine und zur Bereitstellung eines Kühlkörpers für das Turbinenbypasssystem. Wärmetechnik

Hauptkondensator – Dampfkondensator

Kondensator - Heizlüfter - EntlüfterDas Hauptdampfkondensatorsystem (MC-System) dient zum Kondensieren und Entlüften des Abgasdampfs der Hauptturbine und zur Bereitstellung eines Kühlkörpers für das Turbinenbypasssystem. Der aus den LP-Turbinen abgeführte Dampf wird kondensiert, indem er über Rohre geleitet wird, die Wasser aus dem Kühlsystem enthalten. Unter jeder ND-Turbine befindet sich eine Hauptkondensatoreinheit , normalerweise unter der Turbine, deren Achse senkrecht zur Turbinenachse verläuft. Da Kernkraftwerke in der Regel auch einen Hilfskondensator enthalten (z. B. um Dampf von dampfbetriebenen Speisewasserpumpen zu kondensieren), spricht man als „ Hauptkondensator “.

Oberflächenkondensator Quelle: wikipedia.org Lizenz: CC BY-SA 3.0
Oberflächenkondensator

Der Druck im Kondensator wird durch die Umgebungslufttemperatur (dh die Temperatur des Wassers im Kühlsystem) und durch Dampfausstoßer oder Vakuumpumpen vorgegeben, die die Gase (nicht kondensierbar) aus dem Oberflächenkondensator ziehen und in die Atmosphäre ausstoßen. Der Druck im Kondensator bestimmt die Gesamtleistung des Leistungsumwandlungssystems. Wärmekraftwerke sind in der Regel mit sogenannten Oberflächenkondensatoren ausgestattet .

Der kondensierte Dampf (jetzt Kondensat genannt ) wird im Heißwasser des Kondensators gesammelt. Das Hotwell des Kondensators bietet auch eine Wasserspeicherkapazität, die für Betriebszwecke wie Speisewasserzusatz erforderlich ist. Das Kondensat (gesättigte oder leicht unterkühlte Flüssigkeit) wird der Kondensatpumpe zugeführt und von Kondensatpumpen durch die Speisewasserheizung zum Entgaser gepumpt . Die Kondensatpumpen erhöhen den Druck üblicherweise auf ca. p = 1-2 MPa. In der Regel gibt es vier Kondensatkreiselpumpen mit einer Kapazität von einem Drittel und gemeinsamen Ansaug- und Druckköpfen. Normalerweise sind drei Pumpen in Betrieb, eine im Backup.

 

Parameter des Hauptkondensators

Der Kondensator muss ein ausreichend niedriges Vakuum aufrechterhalten, um den Wirkungsgrad des Kraftwerks zu erhöhen. Die Vakuumpumpen halten ein ausreichendes Vakuum im Kondensator aufrecht, indem sie Luft und nicht kondensierte Gase absaugen. Der niedrigste mögliche Kondensatordruck ist der Sättigungsdruck , der der Umgebungstemperatur entspricht (z. B. ein absoluter Druck von 0,008 MPa, was 41,5 ° C entspricht ). Beachten Sie, dass es immer einen Temperaturunterschied zwischen (um ΔT = 14 ° C) gibt) die Kondensatortemperatur und die Umgebungstemperatur, die sich aus der endlichen Größe und Effizienz der Kondensatoren ergeben. Da weder der Kondensator ein 100% effizienter Wärmetauscher ist, besteht immer ein Temperaturunterschied zwischen der Sättigungstemperatur (Sekundärseite) und der Temperatur des Kühlmittels im Kühlsystem. Darüber hinaus gibt es eine Konstruktionsineffizienz, die den Gesamtwirkungsgrad der Turbine verringert. Idealerweise würde der in den Kondensator abgegebene Dampf keine Unterkühlung aufweisen . Echte Kondensatoren sind jedoch so ausgelegt, dass sie die Flüssigkeit um einige Grad Celsius unterkühlen, um die Saugkavitation in den Kondensatpumpen zu vermeiden . Diese Unterkühlung erhöht jedoch die Ineffizienz des Kreislaufs, da mehr Energie zum Wiedererhitzen des Wassers benötigt wird.

Rankine-Zyklus - Kondensatordruck
Durch Verringern des Turbinenabgasdrucks wird das Netz pro Zyklus erhöht, aber auch die Dampfqualität des Auslassdampfes verringert.

Das Ziel, den niedrigsten praktischen Turbinenabgasdruck aufrechtzuerhalten, ist ein Hauptgrund für den Einbau des Kondensators in ein Wärmekraftwerk. Der Kondensator liefert ein Vakuum, das die dem Dampf entzogene Energie maximiert, was zu einer signifikanten Steigerung des Netzes und des thermischen Wirkungsgrads führt. Aber auch dieser Parameter (Kondensatordruck) hat seine technischen Grenzen:

  • Durch Verringern des Turbinenabgasdrucks wird die Dampfqualität (oder der Trockenheitsanteil) verringert. Irgendwann muss die Expansion beendet werden, um Schäden zu vermeiden, die durch Dampf von geringer Qualität an den Schaufeln der Dampfturbine verursacht werden könnten .
  • Durch Verringern des Turbinenabgasdrucks wird das spezifische Abgasdampfvolumen erheblich erhöht, was große Schaufeln in den letzten Reihen der Niederdruckstufe der Dampfturbine erfordert.

In einer typischen Nassdampfturbine kondensiert der Abgasdampf im Kondensator und es liegt ein Druck weit unter dem Atmosphärendruck (absoluter Druck von 0,008 MPa, was 41,5 ° C entspricht). Dieser Dampf befindet sich in einem teilweise kondensierten Zustand (Punkt F), typischerweise von einer Qualität nahe 90%. Beachten Sie, dass der Druck im Kondensator auch von den atmosphärischen Umgebungsbedingungen abhängt:

  • Lufttemperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit bei Abkühlung in die Atmosphäre
  • Wassertemperatur und Durchfluss bei Abkühlung in einen Fluss oder ein Meer

Eine Erhöhung der Umgebungstemperatur bewirkt eine proportionale Erhöhung des Drucks des Abgases ( ΔT = 14 ° C ist normalerweise eine Konstante), daher nimmt der thermische Wirkungsgrad des Leistungsumwandlungssystems ab. Mit anderen Worten kann die elektrische Leistung eines Kraftwerks mit den Umgebungsbedingungen variieren , während die Wärmeleistung konstant bleibt.

Um die Parameter im Kondensator (0,008 MPa und 41,5 ° C) beizubehalten, muss das Kühlwasser  aus dem Kühlsystem ausreichend kalt sein und es darf keinen großen Temperaturunterschied zwischen dem Auslass- und dem Einlasswassertemperaturgeber geben, daher muss die Durchflussmenge durch das Kühlsystem sein sehr hoch. Die Durchflussmenge durch das Kühlsystem (mit nassen Kühltürmen) kann bis zu 100 000 m / h (27,7 m / s) betragen . Das Kondensatoreinlasswasser kann ungefähr 22 ° C haben (stark abhängig von den Umgebungsbedingungen), während der Kondensatorauslass ungefähr 25 ° C haben kann. Die Meerwasserkühlsysteme arbeiten mit höheren Durchflussraten, beispielsweise 130 000 m / h.

Arten von Dampfkondensatoren

Die Dampfkondensatoren werden grob in zwei Typen eingeteilt:

  • Oberflächenkondensatoren (oder nicht mischende Kondensatoren). In Oberflächenkondensatoren besteht kein direkter Kontakt zwischen dem Abgasdampf und dem Kühlwasser.
  • Strahlkondensatoren (oder Mischkondensatoren). In Strahlkondensatoren besteht ein direkter Kontakt zwischen Abgasdampf und Kühlwasser.

Oberflächenkondensator

Der Oberflächenkondensator ist so ausgelegt, dass er den Abgasdampf der Hauptturbine kondensiert und entlüftet und einen Kühlkörper für das Turbinenbypass-System bereitstellt. In Oberflächenkondensatoren besteht kein direkter Kontakt zwischen dem Abgasdampf und dem Kühlwasser. Der aus den LP-Turbinen ausgestoßene Dampf wird kondensiert, indem er über Rohre geleitet wird, die Wasser aus dem Kühlsystem enthalten . Der Dampf kondensiert, wenn er mit der kalten Oberfläche der Rohre in Kontakt kommt und aufgrund der Wärmeübertragung auf Kühlwasser durch Leitung und Konvektion. Diese Rohre bestehen normalerweise aus Edelstahl, Kupferlegierungen oder Titan, abhängig von verschiedenen Auswahlkriterien (wie Wärmeleitfähigkeit oder Korrosionsbeständigkeit).  Titan-Kondensatorrohresind normalerweise die beste technische Wahl, jedoch ist Titan ein sehr teures Material und die Verwendung von Titankondensatorrohren ist mit sehr hohen Anfangskosten verbunden. Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Oberflächenkondensatoren:

  • wassergekühlter Oberflächenkondensator
  • luftgekühlter Oberflächenkondensator

In Wärmekraftwerken, in denen Kühlwasser knapp ist, kann ein luftgekühlter Kondensator eingesetzt werden. Ein luftgekühlter Kondensator ist jedoch wesentlich teurer und kann einen so niedrigen Abgasdruck (und eine so niedrige Temperatur) der Dampfturbine nicht erreichen wie ein wassergekühlter Oberflächenkondensator.

Das im Kondensator erwärmte Wasser wird in das Kühlsystem (dh Kühlturm, Fluss, Meer oder Kühlteich) eingeleitet . Das aus diesen Kondensatoren gesammelte Kondensat wird im Kessel als Speisewasser wiederverwendet. Da sich Kühlwasser und Dampf nicht vermischen, wird das Kondensat zurückgewonnen und jede Art von Kühlwasser verwendet. Im Vergleich zu Strahlkondensatoren kann in Oberflächenkondensatoren ein Hochvakuum aufrechterhalten werden, wodurch ein größerer thermischer Wirkungsgrad erreicht werden kann. Andererseits sind Oberflächenkondensatoren sperrig, erfordern große Fläche und hohe Kapitalkosten. Diese Kapitalkosten können jedoch durch die verbesserte (dh höhere) Einsparung von Betriebskosten gedeckt werden.

Somit eignen sich diese Kondensatoren am besten für moderne Wärmekraftwerke. Diese werden im Allgemeinen verwendet, wenn eine große Menge minderwertigen Wassers verfügbar ist und dem Kessel eine bessere Speisewasserqualität zugeführt werden soll.

Düsenkondensator

Bei Strahlkondensatoren wird das Kühlwasser auf den Abgasdampf gesprüht und es besteht ein direkter Kontakt zwischen Abgasdampf und Kühlwasser. Der Kondensationsprozess ist sehr schnell und effizient, aber hier werden Kühlwasser und kondensierter Dampf gemischt. Das Kondensat kann dann nicht als Speisewasser für die Kessel wiederverwendet werden. Die Temperatur des Kondensats entspricht der des Kühlwassers, das den Kondensator verlässt. Aufgrund der engeren Vermischung von Dampf und Kühlwasser benötigt der Strahlkondensator weniger Kühlwasser für die Kondensation von Dampf. Im Allgemeinen benötigen Strahlkondensatoren weniger Gebäudefläche und sind einfacher zu bauen und haben geringere Kapitalkosten. Trotz dieser Vorteile sind Strahlkondensatoren in Wärmekraftwerken insbesondere wegen des Kondensatverlustes nicht üblich .

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: [email protected] oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.