Vom Kondensator zur Kondensatpumpe – Kondensation
Der Hauptkondensator kondensiert den Abgasdampf aus den Niederdruckstufen der Hauptturbine und auch aus dem Dampfentleerungssystem. Der verbrauchte Dampf wird kondensiert, indem er über Rohre geleitet wird, die Wasser aus dem Kühlsystem enthalten.
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 niedrigste realisierbare Verflüssigerdruck ist der der Umgebungstemperatur entsprechende Sättigungsdruck (z. B. absoluter Druck von 0,008 MPa, was 41,5 ° C entspricht ). Es ist zu beachten, dass zwischen der Kondensatortemperatur und der Umgebungstemperatur immer ein Temperaturunterschied (um ΔT = 14 ° C ) besteht, der von der endlichen Größe und dem Wirkungsgrad der Kondensatoren herrührt. Da weder der Kondensator ein 100% effizienter Wärmetauscher ist, gibt es immer einen Temperaturunterschied zwischen der Sättigungstemperatur (Sekundärseite) und der Temperatur des Kühlmittels im Kühlsystem. Darüber hinaus besteht eine Konstruktionsineffizienz, die den Gesamtwirkungsgrad der Turbine verringert. Idealerweise würde der in den Kondensator ausgestoßene Dampf keine Unterkühlung haben. Echte Kondensatoren sind jedoch so ausgelegt, dass sie die Flüssigkeit um einige Grad Celsius unterkühlen, um die Ansaugkavitation in den Kondensatpumpen zu vermeiden . Diese Unterkühlung erhöht jedoch die Ineffizienz des Kreislaufs, da mehr Energie zum Aufwärmen des Wassers benötigt wird.
Das Ziel, den niedrigsten praktischen Turbinenabgasdruck aufrechtzuerhalten, ist ein Hauptgrund für die Einbindung des Kondensators in ein Wärmekraftwerk. Der Kondensator liefert ein Vakuum, das die dem Dampf entzogene Energie maximiert, was zu einer deutlichen Steigerung der Netzleistung und der thermischen Effizienz führt. Aber auch dieser Parameter (Verflüssigerdruck) hat seine technischen Grenzen:
- Das Verringern des Turbinenabgasdrucks verringert die Dampfqualität (oder den Trockenheitsanteil). Irgendwann muss die Expansion beendet werden, um Schäden zu vermeiden, die durch minderwertigen Dampf an den Schaufeln der Dampfturbine verursacht werden könnten .
- Das Verringern des Turbinenabgasdrucks erhöht das spezifische Volumen des abgegebenen Dampfs erheblich, was riesige Schaufeln in den letzten Reihen der Niederdruckstufe der Dampfturbine erfordert.
In einer typischen Nassdampfturbine kondensiert der abgeführte Dampf im Kondensator und hat einen Druck, der weit unter dem Atmosphärendruck liegt (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, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit bei Abkühlung in die Atmosphäre
- Wassertemperatur und Durchflussrate 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.
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.
Schema einer Dampfturbine mit einem typischen PWR von 3000 MWth.
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