O que é o Condensador Principal – Condensador a Vapor – Definição

Condensador Principal – Condensador a Vapor

O sistema principal do condensador de vapor (MC) foi projetado para condensar e desaerar o vapor de exaustão da turbina principal e fornecer um dissipador de calor para o sistema de desvio da turbina. O vapor exaurido das turbinas de LP é condensado passando sobre tubos contendo água do sistema de resfriamento. Existe uma unidade condensadora principal sob cada turbina LP , geralmente abaixo da turbina com seu eixo perpendicular ao eixo da turbina. Como usinas de energia nuclear geralmente também contêm um condensador auxiliar (por exemplo, para condensar o vapor de bombas de água de alimentação movidas a vapor), os engenheiros usam o termo ” condensador principal “.

A pressão no interior do condensador é determinada pela temperatura do ar ambiente (ou seja, a temperatura da água no sistema de refrigeração) e por ejetores de vapor ou bombas de vácuo, que puxam os gases (não condensáveis) do condensador de superfície e os expulsam para a atmosfera. A pressão dentro do condensador determina a potência total do sistema de conversão de energia. Usinas termelétricas geralmente são equipadas com os chamados ” condensadores de superfície “.

O vapor condensado (agora denominado condensado ) é coletado na câmara quente do condensador. A câmara quente do condensador também fornece uma capacidade de armazenamento de água, necessária para fins operacionais, como a composição da água de alimentação. O condensado (líquido saturado ou ligeiramente sub-resfriado) é entregue à bomba de condensado e depois bombeado por bombas de condensado para o desaerador através do sistema de aquecimento de água de alimentação . As bombas de condensado aumentam a pressão normalmente para cerca de p = 1-2 MPa. Normalmente, existem quatro bombas de condensado centrífugas com um terço da capacidade com cabeçalhos comuns de sucção e descarga. Normalmente, três bombas estão em operação e uma no backup.

Parâmetros do Condensador Principal

O condensador deve manter um baixo vácuo suficiente para aumentar a eficiência da usina. As bombas de vácuo mantêm um vácuo suficiente no condensador, extraindo ar e gases não condensados. A menor pressão viável do condensador é a pressão de saturação correspondente à temperatura ambiente (por exemplo, pressão absoluta de 0,008 MPa, que corresponde a 41,5 ° C ). Observe que sempre há uma diferença de temperatura entre (em torno de ΔT = 14 ° C) a temperatura do condensador e a temperatura ambiente, que se originam do tamanho finito e da eficiência dos condensadores. Como nem o condensador é um trocador de calor 100% eficiente, sempre há uma diferença de temperatura entre a temperatura de saturação (lado secundário) e a temperatura do líquido de arrefecimento no sistema de refrigeração. Além disso, há uma ineficiência de projeto, que diminui a eficiência geral da turbina. Idealmente, o vapor descarregado no condensador não teria sub-resfriamento . Mas os condensadores reais são projetados para sub-resfriar o líquido em alguns graus Celsius, a fim de evitar a cavitação de sucção nas bombas de condensado. Porém, esse sub-resfriamento aumenta a ineficiência do ciclo, porque é necessária mais energia para reaquecer a água.

O objetivo de manter a menor pressão prática de exaustão da turbina é a principal razão para incluir o condensador em uma usina termelétrica. O condensador fornece um vácuo que maximiza a energia extraída do vapor, resultando em um aumento significativo no trabalho líquido e na eficiência térmica. Mas também este parâmetro (pressão do condensador) tem seus limites de engenharia:

• Diminuir a pressão de exaustão da turbina diminui a qualidade do vapor (ou fração de secura). Em algum momento, a expansão deve ser encerrada para evitar danos que podem ser causados ​​às pás da turbina a vapor por vapor de baixa qualidade .
• Diminuir a pressão de exaustão da turbina aumenta significativamente o volume específico de vapor exaurido, o que requer grandes lâminas nas últimas fileiras do estágio de baixa pressão da turbina a vapor.

Em uma turbina a vapor úmida típica , o vapor exaurido condensa no condensador e está a uma pressão bem abaixo da atmosférica (pressão absoluta de 0,008 MPa, que corresponde a 41,5 ° C). Este vapor está em um estado parcialmente condensado (ponto F), normalmente com uma qualidade próxima a 90%. Observe que a pressão dentro do condensador também depende das condições atmosféricas do ambiente:

• temperatura do ar, pressão e umidade em caso de resfriamento na atmosfera
• temperatura da água e vazão em caso de resfriamento em um rio ou mar

Um aumento na temperatura ambiente causa um aumento proporcional na pressão do vapor exaurido ( ΔT = 14 ° C é geralmente uma constante), portanto, a eficiência térmica do sistema de conversão de energia diminui. Em outras palavras, a produção elétrica de uma usina pode variar de acordo com as condições ambientais , enquanto a energia térmica permanece constante.

Para manter os parâmetros no interior do condensador (0,008 MPa e 41,5 ° C), a água  de resfriamento do sistema de resfriamento deve estar suficientemente fria e não pode haver grande diferença de temperatura entre o temperador da água de saída e de entrada, portanto a vazão através do sistema de resfriamento deve ser muito alto. A vazão do sistema de resfriamento (com torres de resfriamento úmidas) pode ser de até 100 000 m 3 / h (27,7 m 3 / s). A água de entrada do condensador pode ter cerca de 22 ° C (dependendo fortemente das condições ambientais), enquanto a saída do condensador pode ter cerca de 25 ° C. Os sistemas de refrigeração da água do mar operam com vazões mais altas, por exemplo, 130 000 m 3 / h.

Tipos de condensadores de vapor

Os condensadores de vapor são amplamente classificados em dois tipos:

• Condensadores de superfície (ou condensadores do tipo sem mistura). Nos condensadores de superfície, não há contato direto entre o vapor de exaustão e a água de resfriamento.
• Condensadores a jato (ou condensadores do tipo mistura). Nos condensadores a jato, há contato direto entre o vapor de exaustão e a água de resfriamento.

Condensador de superfície

O condensador de superfície foi projetado para condensar e desaerar o vapor de exaustão da turbina principal e fornecer um dissipador de calor para o sistema de bypass da turbina. Nos condensadores de superfície, não há contato direto entre o vapor de exaustão e a água de resfriamento. O vapor exaurido das turbinas de LP é condensado passando sobre tubos contendo água do sistema de resfriamento . O vapor condensa quando entra em contato com a superfície fria dos tubos e devido à transferência de calor para a água de resfriamento por condução e convecção. Esses tubos geralmente são feitos de aço inoxidável, ligas de cobre ou titânio, dependendo de vários critérios de seleção (como condutividade térmica ou resistência à corrosão).  Tubos de condensador de titâniogeralmente são a melhor opção técnica, porém o titânio é um material muito caro e o uso de tubos de condensador de titânio está associado a custos iniciais muito altos. Em geral, existem dois tipos de condensadores de superfície:

• condensador de superfície resfriado a água
• condensador de superfície resfriado a ar

Em usinas termelétricas, onde a água de resfriamento é escassa, pode ser usado um condensador resfriado a ar. No entanto, um condensador resfriado a ar é significativamente mais caro e não pode atingir uma pressão (e temperatura) de exaustão de turbina a vapor tão baixa quanto um condensador de superfície resfriado a água.

A água é aquecida no condensador e é descarregada no sistema de resfriamento (por exemplo, torre de resfriamento, rio, mar ou lago de resfriamento). O condensado coletado desses condensadores é reutilizado como água de alimentação na caldeira. Como a água de resfriamento e o vapor não se misturam, o condensado é recuperado e qualquer tipo de água de resfriamento pode ser usado. Em comparação com os condensadores a jato, nos condensadores de superfície é possível manter um alto vácuo, portanto, é possível obter maior eficiência térmica. Por outro lado, os condensadores de superfície são volumosos, exigem grande área e altos custos de capital. Mas esses custos de capital podem ser recuperados pela maior eficiência térmica (ou seja, maior), economia no custo de operação.

Assim, esses condensadores são mais adequados para usinas termelétricas modernas. Estes são geralmente usados ​​onde uma grande quantidade de água inferior está disponível e melhor qualidade da água de alimentação deve ser fornecida à caldeira.

Condensador a jato

Nos condensadores a jato, a água de resfriamento é pulverizada no vapor de exaustão e há contato direto entre o vapor de exaustão e a água de resfriamento. O processo de condensação é muito rápido e eficiente, mas aqui a água de resfriamento e o vapor condensado são misturados. O condensado não pode ser reutilizado como água de alimentação para as caldeiras. A temperatura do condensado é a mesma da água de resfriamento que sai do condensador. Devido à mistura mais íntima do vapor e do condensador a jato de água de resfriamento, é necessária menos quantidade de água de resfriamento para a condensação do vapor. Em geral, os condensadores a jato requerem menos espaço de construção e são mais simples na construção e menores no custo de capital. Apesar dessas vantagens, os condensadores de jato não são comuns em usinas termelétricas, principalmente devido à perda de condensado .