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Was ist Oberflächenkondensator und Düsenkondensator – Definition

Bei Oberflächenkondensatoren besteht kein direkter Kontakt zwischen dem Abgasdampf und dem Kühlwasser. Sie sind zum Kondensieren und Entlüften des Abgases ausgelegt. Oberflächenkondensator und Düsenkondensator

Oberflächenkondensator

Die Dampfkondensatoren werden grob in zwei Typen eingeteilt:

  • Oberflächenkondensatoren (oder nicht mischende Kondensatoren). Bei Oberflächenkondensatoren besteht kein direkter Kontakt zwischen dem Abgasdampf und dem Kühlwasser.
  • Düsenkondensatoren (oder Mischkondensatoren). Bei Strahlverflüssigern besteht direkter Kontakt zwischen Abgasdampf und Kühlwasser.

Oberflächenkondensator

Der Oberflächenkondensator dient zum Kondensieren und Entlüften des Abgases aus der Hauptturbine und zur Bereitstellung eines Kühlkörpers für das Turbinen-Bypass-System. Bei Oberflächenkondensatoren besteht kein direkter Kontakt zwischen dem Abgasdampf und dem Kühlwasser. Der aus den LP-Turbinen abgeführte Dampf wird kondensiert, indem er über Rohre geleitet wird, die Wasser aus dem Kühlsystem enthalten . Der Dampf kondensiert beim Kontakt mit der kalten Oberfläche der Rohre und aufgrund der Wärmeübertragung auf das Kühlwasser durch Leitung und Konvektion. Diese Rohre bestehen in der Regel aus Edelstahl, Kupferlegierungen oder Titan, abhängig von verschiedenen Auswahlkriterien (z. B. Wärmeleitfähigkeit oder Korrosionsbeständigkeit).  Titan-Kondensatorrohresind in der Regel die beste technische Wahl, jedoch ist Titan ein sehr teures Material und die Verwendung von Titan-Kondensatorrohren ist mit sehr hohen Anschaffungskosten verbunden. Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Oberflächenkondensatoren:

  • wassergekühlter Oberflächenkondensator
  • luftgekühlter Oberflächenkondensator

In thermischen Kraftwerken, in denen Kühlwasser knapp ist, kann ein luftgekühlter Kondensator eingesetzt werden. Ein luftgekühlter Kondensator ist jedoch erheblich teurer und kann einen so niedrigen Abgasturbinendruck (und -temperatur) wie ein wassergekühlter Oberflächenkondensator nicht erreichen.

Das im Kondensator erwärmte Wasser wird in das Kühlsystem (z. B. Kühlturm, Fluss, Meer oder Kühlteich) eingeleitet . Das aus diesen Kondensatoren gesammelte Kondensat wird als Speisewasser im Kessel wiederverwendet. Da sich Kühlwasser und Dampf nicht mischen, wird das Kondensat zurückgewonnen und es kann jede Art von Kühlwasser verwendet werden. Im Vergleich zu Strahlkondensatoren kann bei Oberflächenkondensatoren ein hohes Vakuum aufrechterhalten werden, wodurch ein höherer thermischer Wirkungsgrad erzielt werden kann. Andererseits sind Oberflächenkondensatoren sperrig, erfordern eine große Fläche und hohe Kapitalkosten. Diese Kapitalkosten können jedoch durch die verbesserte thermische Effizienz (dh höhere Einsparung) der Betriebskosten wieder eingespart werden.

Somit eignen sich diese Kondensatoren am besten für moderne Wärmekraftwerke. Diese werden in der Regel eingesetzt, wenn eine große Menge minderwertigen Wassers zur Verfügung steht 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 .

Hauptkondensator

Kondensator - LP-Heizungen - EntlüfterDas Hauptdampfkondensatorsystem (MC) dient dazu, den Abgasdampf der Hauptturbine zu kondensieren und zu entlüften und einen Kühlkörper für das Turbinenbypass-System bereitzustellen. In Wärmekraftwerken gibt es üblicherweise Oberflächenkondensatoren als Hauptkondensator . Der aus den LP-Turbinen ausgestoßene Dampf wird kondensiert, indem er über Rohre geleitet wird, die Wasser aus dem Kühlsystem enthalten. Unter jeder LP-Turbine befindet sich eine Hauptkondensatoreinheit , normalerweise unterhalb der Turbine, deren Achse senkrecht zur Turbinenachse verläuft. Da Kernkraftwerke in der Regel auch einen Zusatzkondensator enthalten (z. B. zur Kondensation von Dampf aus dampfbetriebenen Speisewasserpumpen), verwenden Ingenieure den Begriff „ Hauptkondensator “.

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

Der Druck im Inneren des Kondensators wird durch die Umgebungslufttemperatur (dh die Wassertemperatur im Kühlsystem) und durch Dampfausstoßer oder Vakuumpumpen angegeben, die die Gase (nicht kondensierbare Stoffe) aus dem Oberflächenkondensator ziehen und in die Atmosphäre ausstoßen. Der Druck im Kondensator bestimmt die Gesamtleistung des Leistungsumwandlungssystems. Wärmekraftwerke sind üblicherweise mit sogenannten „ Oberflächenkondensatoren “ ausgestattet.

Der kondensierte Dampf (jetzt Kondensat genannt ) wird im Hotwell des Kondensators gesammelt. Der Hotwell des Kondensators bietet auch eine Wasserspeicherkapazität, die für betriebliche Zwecke wie die Aufbereitung von Speisewasser erforderlich ist. Das Kondensat (gesättigte oder leicht unterkühlte Flüssigkeit) wird der Kondensatpumpe zugeführt und dann von Kondensatpumpen über das Speisewasserheizsystem zum Entlüfter gepumpt . Die Kondensatpumpen erhöhen den Druck üblicherweise auf etwa p = 1-2 MPa. Normalerweise gibt es vier Kreiselkondensatpumpen mit einem Fassungsvermögen 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 realisierbare 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 Volumen des Abgasdampfes 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 m3 / 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 3 / h .

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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: translations@nuclear-power.com oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.