Qu’est-ce qu’un condenseur principal – Condenseur de vapeur – Définition

Condenseur principal – Condenseur de vapeur

Le système de condenseur de vapeur principal (MC) est conçu pour condenser et désaérer la vapeur d’échappement de la turbine principale et constituer un puits de chaleur pour le système de dérivation de la turbine. La vapeur évacuée des turbines BP est condensée en passant par des tubes contenant de l’eau du système de refroidissement. Il y a un condenseur principal sous chaque turbine BP , généralement en dessous de la turbine, son axe étant perpendiculaire à son axe. Étant donné que les centrales nucléaires contiennent généralement également un condenseur auxiliaire (par exemple, pour condenser la vapeur d’eau provenant de pompes d’alimentation en eau à vapeur), les ingénieurs utilisent le terme « condenseur principal ».

La pression à l’intérieur du condenseur est donnée par la température de l’air ambiant (c’est-à-dire la température de l’eau dans le système de refroidissement) et par des éjecteurs à vapeur ou des pompes à vide, qui aspirent les gaz (non condensables) du condenseur de surface et les rejettent dans l’atmosphère. La pression à l’intérieur du condenseur détermine la puissance totale du système de conversion de puissance. Les centrales thermiques sont généralement équipées de « condenseurs de surface ».

La vapeur condensée (maintenant appelée condensat ) est collectée dans le puits chaud du condensateur. Le puits chaud du condenseur fournit également une capacité de stockage de l’eau, nécessaire aux fins opérationnelles telles que le remplissage en eau d’alimentation. Le condensat (liquide saturé ou légèrement sous-refroidi) est acheminé vers la pompe à condensat puis pompé par des pompes à condensat vers le dégazeur via un système de chauffage à eau d’alimentation . Les pompes à condensat augmentent généralement la pression à environ p = 1-2 MPa. Il existe généralement quatre pompes de condensat centrifuges d’un tiers avec des collecteurs d’aspiration et de refoulement communs. Trois pompes fonctionnent normalement avec une dans la réserve.

Paramètres du condenseur principal

Le condenseur doit maintenir un vide suffisamment bas pour augmenter l’efficacité de la centrale. Les pompes à vide maintiennent un vide suffisant dans le condenseur en extrayant l’air et les gaz non condensés. La pression de condensation la plus basse possible est la pression de saturation correspondant à la température ambiante (par exemple une pression absolue de 0,008 MPa, ce qui correspond à 41,5 ° C ). Notez qu’il y a toujours une différence de température entre (autour de ΔT = 14 ° C) la température du condenseur et la température ambiante, qui proviennent de la taille finie et de l’efficacité des condenseurs. Comme le condenseur n’est pas un échangeur de chaleur efficace à 100%, il y a toujours une différence de température entre la température de saturation (côté secondaire) et la température du liquide de refroidissement dans le système de refroidissement. De plus, il y a une inefficacité de conception qui diminue l’efficacité globale de la turbine. Idéalement, la vapeur évacuée dans le condenseur n’aurait pas de sous-refroidissement . Mais les vrais condenseurs sont conçus pour sous-refroidir le liquide de quelques degrés Celsius afin d’éviter la cavitation d’aspiration dans les pompes à condensats. Mais, ce sous-refroidissement augmente l’inefficacité du cycle, car plus d’énergie est nécessaire pour réchauffer l’eau.

L’objectif de maintenir la pression d’échappement de turbine pratique la plus basse est une raison principale pour inclure le condenseur dans une centrale thermique. Le condenseur fournit un vide qui maximise l’énergie extraite de la vapeur, résultant en une augmentation significative du travail net et de l’efficacité thermique. Mais aussi ce paramètre (pression du condenseur) a ses limites d’ingénierie:

• La diminution de la pression d’échappement de la turbine diminue la qualité de la vapeur (ou la fraction de sécheresse). À un certain point, l’expansion doit être interrompue pour éviter les dommages qui pourraient être causés aux pales de la turbine à vapeur par une vapeur de mauvaise qualité .
• La diminution de la pression d’échappement de la turbine augmente considérablement le volume spécifique de vapeur d’échappement, ce qui nécessite d’énormes pales dans les dernières rangées de l’étage basse pression de la turbine à vapeur.

Dans une turbine à vapeur humide typique , la vapeur d’échappement se condense dans le condenseur et se trouve à une pression bien inférieure à la pression atmosphérique (pression absolue de 0,008 MPa, ce qui correspond à 41,5 ° C). Cette vapeur est dans un état partiellement condensé (point F), typiquement d’une qualité proche de 90%. Notez que la pression à l’intérieur du condenseur dépend également des conditions atmosphériques ambiantes:

• température, pression et humidité de l’air en cas de refroidissement dans l’atmosphère
• température de l’eau et débit en cas de refroidissement dans une rivière ou une mer

Une augmentation de la température ambiante entraîne une augmentation proportionnelle de la pression de la vapeur d’ échappement ( ΔT = 14 ° C est généralement une constante), d’où l’efficacité thermique du système de conversion de puissance diminue. En d’autres termes, la puissance électrique d’une centrale électrique peut varier avec les conditions ambiantes , tandis que la puissance thermique reste constante.

Pour maintenir les paramètres à l’intérieur du condenseur (0,008 MPa et 41,5 ° C), l’ eau  de refroidissement du système de refroidissement doit être suffisamment froide et il ne doit pas y avoir de grande différence de température entre la température de l’eau de sortie et de l’entrée, donc le débit à travers le système de refroidissement doit être très haut. Le débit à travers le système de refroidissement (avec les tours de refroidissement humides) peut atteindre 100 000 m 3 / h (27,7 m 3 / s). L’eau d’entrée du condenseur peut avoir environ 22 ° C (fortement en fonction des conditions ambiantes), tandis que la sortie du condenseur peut avoir environ 25 ° C. Les systèmes de refroidissement à l’eau de mer fonctionnent à des débits plus élevés, par exemple 130 000 m 3 / h.

Types de condenseurs à vapeur

Les condenseurs à vapeur sont généralement classés en deux types:

• Condensateurs de surface (ou condenseurs sans mélange). Dans les condenseurs de surface, il n’y a pas de contact direct entre la vapeur d’échappement et l’eau de refroidissement.
• Condensateurs à jet (ou condenseurs à mélange). Dans les condenseurs à jet, il y a un contact direct entre la vapeur d’échappement et l’eau de refroidissement.

Condensateur de surface

Le condenseur de surface est conçu pour condenser et désaérer la vapeur d’échappement de la turbine principale et fournir un dissipateur de chaleur pour le système de dérivation de la turbine. Dans les condenseurs de surface, il n’y a pas de contact direct entre la vapeur d’échappement et l’eau de refroidissement. La vapeur d’échappement des turbines BP est condensée en passant sur des tubes contenant de l’eau du système de refroidissement . La vapeur se condense lorsqu’elle entre en contact avec la surface froide des tubes et en raison du transfert de chaleur vers l’eau de refroidissement par conduction et convection. Ces tubes sont généralement en acier inoxydable, en alliages de cuivre ou en titane selon plusieurs critères de sélection (tels que la conductivité thermique ou la résistance à la corrosion).  Tubes de condenseur en titanesont généralement le meilleur choix technique, cependant le titane est un matériau très cher et l’utilisation de tubes condenseurs en titane est associée à des coûts initiaux très élevés. En général, il existe deux types de condenseurs de surface:

• condenseur de surface refroidi par eau
• condenseur de surface refroidi par air

Dans les centrales thermiques, où l’eau de refroidissement est rare, un condenseur refroidi par air peut être utilisé. Un condenseur refroidi par air est cependant beaucoup plus cher et ne peut pas atteindre une pression (et température) d’échappement de turbine à vapeur aussi faible qu’un condenseur de surface refroidi par eau.

L’eau qui se réchauffe dans le condenseur est rejetée dans le système de refroidissement (tour de refroidissement, rivière, mer ou bassin de refroidissement). Le condensat recueilli de ces condenseurs est réutilisé comme eau d’alimentation dans la chaudière. Étant donné que l’eau de refroidissement et la vapeur ne se mélangent pas, le condensat est récupéré et tout type d’eau de refroidissement peut être utilisé. Par rapport aux condenseurs à jet, dans les condenseurs de surface, un vide élevé peut être maintenu, donc une plus grande efficacité thermique peut être obtenue. En revanche, les condenseurs de surface sont encombrants, nécessitent une grande surface et des coûts d’investissement élevés. Mais ces coûts d’investissement peuvent être récupérés par l’amélioration de l’efficacité thermique (c’est-à-dire plus élevée) en économisant les coûts de fonctionnement.

Ainsi, ces condenseurs conviennent le mieux aux centrales thermiques modernes. Ils sont généralement utilisés lorsqu’une grande quantité d’eau inférieure est disponible et qu’une meilleure qualité d’eau d’alimentation doit être fournie à la chaudière.

Condenseur à jet

Dans les condenseurs à jet, l’eau de refroidissement est pulvérisée sur la vapeur d’échappement et il y a un contact direct entre la vapeur d’échappement et l’eau de refroidissement. Le processus de condensation est très rapide et efficace, mais ici l’eau de refroidissement et la vapeur condensée sont mélangées. Le condensat ne peut alors pas être réutilisé comme eau d’alimentation pour les chaudières. La température du condensat est la même que celle de l’eau de refroidissement sortant du condenseur. En raison d’un mélange plus intime de vapeur et d’un condenseur à jet d’eau de refroidissement, la condensation de la vapeur nécessite moins d’eau de refroidissement. En général, les condenseurs à jet nécessitent moins d’espace de construction et leur construction est plus simple et leur coût en capital plus faible. Malgré ces avantages, les condenseurs à jet ne sont pas habituels dans les centrales thermiques, notamment en raison de la perte de condensats .