Qué es el condensador principal – Condensador de vapor – Definición

Condensador principal – Condensador de vapor. El sistema del condensador de vapor principal (MC) está diseñado para condensar y desairear el vapor de escape de la turbina principal y proporcionar un disipador de calor para el sistema de derivación de la turbina. Ingenieria termal

Condensador principal – Condensador de vapor

Condensador - Calentadores LP - DesaireadorEl sistema del condensador de vapor principal (MC) está diseñado para condensar y desairear el vapor de escape de la turbina principal y proporcionar un disipador de calor para el sistema de derivación de la turbina. El vapor extraído de las turbinas de LP se condensa al pasar sobre tubos que contienen agua del sistema de enfriamiento. Hay una unidad condensadora principal debajo de cada turbina de LP , generalmente debajo de la turbina con su eje perpendicular al eje de la turbina. Dado que las plantas de energía nuclear suelen contener también un condensador auxiliar (por ejemplo, para condensar el vapor de las bombas de agua de alimentación impulsadas por vapor), los ingenieros utilizan el término ” condensador principal “.

Fuente del condensador de superficie: wikipedia.org Licencia: CC BY-SA 3.0
Condensador de superficie

La presión dentro del condensador viene dada por la temperatura del aire ambiente (es decir, la temperatura del agua en el sistema de enfriamiento) y por eyectores de vapor o bombas de vacío, que extraen los gases (no condensables) del condensador de superficie y los expulsan a la atmósfera. La presión dentro del condensador determina la salida de potencia total del sistema de conversión de potencia. Las centrales térmicas suelen estar equipadas con los llamados ” condensadores de superficie “.

El vapor condensado (ahora llamado condensado ) se recoge en el pozo del condensador. La fuente de agua caliente del condensador también proporciona una capacidad de almacenamiento de agua, que se requiere para fines operativos como la distribución del agua de alimentación. El condensado (líquido saturado o ligeramente subenfriado) se entrega a la bomba de condensado y luego se bombea mediante bombas de condensado al desaireador a través del sistema de calentamiento del agua de alimentación . Las bombas de condensado aumentan la presión generalmente a aproximadamente p = 1-2 MPa. Por lo general, hay cuatro bombas centrífugas de condensado de un tercio de capacidad con cabezales de succión y descarga comunes. Normalmente hay tres bombas en funcionamiento con una en la copia de seguridad.

Parámetros del condensador principal

El condensador debe mantener un vacío bajo suficiente para aumentar la eficiencia de la central eléctrica. Las bombas de vacío mantienen un vacío suficiente en el condensador mediante la extracción de aire y gases no condensados. La presión de condensador más baja posible es la presión de saturación correspondiente a la temperatura ambiente (por ejemplo, presión absoluta de 0.008 MPa, que corresponde a 41.5 ° C ). Tenga en cuenta que siempre hay una diferencia de temperatura entre (alrededor de ΔT = 14 ° C) la temperatura del condensador y la temperatura ambiente, que se origina en el tamaño finito y la eficiencia de los condensadores. Dado que ninguno de los condensadores es un intercambiador de calor 100% eficiente, siempre hay una diferencia de temperatura entre la temperatura de saturación (lado secundario) y la temperatura del refrigerante en el sistema de enfriamiento. Además, existe una ineficiencia en el diseño, que disminuye la eficiencia general de la turbina. Idealmente, el vapor extraído al condensador no tendría subenfriamiento . Pero los condensadores reales están diseñados para subenfriar el líquido unos pocos grados centígrados para evitar la cavitación por succión en las bombas de condensado. Pero, este subenfriamiento aumenta la ineficiencia del ciclo, porque se necesita más energía para recalentar el agua.

Ciclo Rankine - presión del condensador
La disminución de la presión de escape de la turbina aumenta el trabajo neto por ciclo, pero también disminuye la calidad del vapor del vapor de salida.

El objetivo de mantener la presión de escape de turbina práctica más baja es una razón principal para incluir el condensador en una central térmica. El condensador proporciona un vacío que maximiza la energía extraída del vapor, lo que resulta en un aumento significativo del trabajo neto y la eficiencia térmica. Pero también este parámetro (presión del condensador) tiene sus límites de ingeniería:

  • Disminuir la presión de escape de la turbina disminuye la calidad del vapor (o fracción de sequedad). En algún momento, se debe finalizar la expansión para evitar daños que puedan ser causados ​​a las aspas de la turbina de vapor por vapor de baja calidad .
  • La disminución de la presión de escape de la turbina aumenta significativamente el volumen específico de vapor extraído, lo que requiere palas enormes en las últimas filas de la etapa de baja presión de la turbina de vapor.

En una turbina de vapor húmedo típica , el vapor agotado se condensa en el condensador y está a una presión muy inferior a la atmosférica (presión absoluta de 0.008 MPa, que corresponde a 41.5 ° C). Este vapor está en un estado parcialmente condensado (punto F), típicamente de una calidad cercana al 90%. Tenga en cuenta que la presión dentro del condensador también depende de las condiciones atmosféricas ambientales:

  • temperatura del aire, presión y humedad en caso de enfriamiento a la atmósfera
  • temperatura del agua y caudal en caso de enfriamiento en un río o mar

Un aumento en la temperatura ambiente provoca un aumento proporcional en la presión del vapor agotado ( ΔT = 14 ° C suele ser una constante), por lo tanto, la eficiencia térmica del sistema de conversión de energía disminuye. En otras palabras, la salida eléctrica de una planta de energía puede variar con las condiciones ambientales , mientras que la energía térmica permanece constante.

Para mantener los parámetros dentro del condensador (0.008 MPa y 41.5 ° C), el agua  de enfriamiento del sistema de enfriamiento debe estar suficientemente fría y no puede haber una gran diferencia de temperatura entre la temperatura del agua de salida y la de entrada, por lo tanto, el caudal a través del sistema de enfriamiento debe ser muy alto. El caudal a través del sistema de enfriamiento (con torres de enfriamiento húmedo) puede ser de hasta 100 000 m / h (27,7 m / s). La entrada de agua del condensador puede tener aproximadamente 22 ° C (dependiendo en gran medida de las condiciones ambientales), mientras que la salida del condensador puede tener aproximadamente 25 ° C. Los sistemas de enfriamiento de agua de mar funcionan a caudales más altos, por ejemplo, 130 000 m / h.

Tipos de condensadores de vapor

Los condensadores de vapor se clasifican en general en dos tipos:

  • Condensadores de superficie (o condensadores de tipo no mezclador). En los condensadores de superficie, no hay contacto directo entre el vapor de escape y el agua de enfriamiento.
  • Condensadores de chorro (o condensadores de tipo de mezcla). En los condensadores de chorro hay contacto directo entre el vapor de escape y el agua de enfriamiento.

Condensador de superficie

El condensador de superficie está diseñado para condensar y desairear el vapor de escape de la turbina principal y proporcionar un disipador de calor para el sistema de derivación de la turbina. En los condensadores de superficie, no hay contacto directo entre el vapor de escape y el agua de enfriamiento. El vapor extraído de las turbinas de LP se condensa al pasar sobre tubos que contienen agua del sistema de enfriamiento . El vapor se condensa cuando entra en contacto con la superficie fría de los tubos y debido a la transferencia de calor al agua de enfriamiento por conducción y convección. Estos tubos generalmente están hechos de acero inoxidable, aleaciones de cobre o titanio, según varios criterios de selección (como conductividad térmica o resistencia a la corrosión).  Tubos condensadores de titanioPor lo general, son la mejor opción técnica, sin embargo, el titanio es un material muy costoso y el uso de tubos condensadores de titanio está asociado con costos iniciales muy altos. En general, hay dos tipos de condensadores de superficie:

  • condensador de superficie refrigerado por agua
  • condensador de superficie refrigerado por aire

En las centrales térmicas, donde el agua de refrigeración es escasa, se puede utilizar un condensador refrigerado por aire. Sin embargo, un condensador enfriado por aire es significativamente más costoso y no puede alcanzar una presión (y temperatura) de escape de la turbina de vapor tan baja como un condensador de superficie enfriado por agua.

El agua que se calienta en el condensador se descarga en el sistema de enfriamiento (es decir, torre de enfriamiento, río, mar o estanque de enfriamiento). El condensado recogido de estos condensadores se reutiliza como agua de alimentación en la caldera. Como el agua de enfriamiento y el vapor no se mezclan, el condensado se recupera y se puede usar cualquier tipo de agua de enfriamiento. En comparación con los condensadores de chorro, en los condensadores de superficie se puede mantener un alto vacío, por lo tanto, se puede lograr una mayor eficiencia térmica. Por otro lado, los condensadores de superficie son voluminosos, requieren gran área y altos costos de capital. Pero estos costos de capital pueden recuperarse mediante la mejora de la eficiencia térmica (es decir, mayor ahorro) en el costo de funcionamiento.

Por lo tanto, estos condensadores son los más adecuados para las centrales térmicas modernas. En general, se utilizan cuando hay disponible una gran cantidad de agua inferior y se debe suministrar una mejor calidad de agua de alimentación a la caldera.

Condensador de chorro

En los condensadores de chorro, el agua de enfriamiento se rocía sobre el vapor de escape y existe un contacto directo entre el vapor de escape y el agua de enfriamiento. El proceso de condensación es muy rápido y eficiente, pero aquí se mezclan el agua de enfriamiento y el vapor condensado.. El condensado no puede reutilizarse como agua de alimentación a las calderas. La temperatura del condensado es la misma que la del agua de enfriamiento que sale del condensador. Debido a la mezcla más íntima del vapor y el condensador de chorro de agua de enfriamiento, se requiere menos cantidad de agua de enfriamiento para la condensación del vapor. En general, los condensadores de chorro requieren menos espacio de construcción y su construcción es más simple y su costo de capital es menor. A pesar de estas ventajas, los condensadores de chorro no son habituales en las centrales térmicas, especialmente debido a la pérdida de condensado .

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