Condensador de vapor per a una turbina: Una guia completa
Què és un condensador de vapor per a una turbina?
Un condensador de vapor per a una turbina és un dispositiu que converteix el vapor d'escapament a baixa pressió d'una turbina de vapor en aigua utilitzant aigua de refredament. La funció principal d'un condensador de vapor per a una turbina és mantenir una baixa pressió de retorn al costat de l'escapament de la turbina de vapor, augmentant així l'eficiència i la producció de la central elèctrica.
El vapor d'escapament de la turbina ha de expandir-se en gran quantitat per convertir la seva energia disponible en treball mecànic. Si el vapor no es condensa després de fer el seu treball, no crearà prou espai per al vapor següent per expandir-se fins a la seva volumetria requerida. Per tant, condensar el vapor en un sistema tancat reduïx el seu volum i crea un buit que baixa la pressió a la sortida de la turbina.
Un condensador de vapor per a una turbina consta de diversos components, com ara una cambra de condensació, subministrament d'aigua de refredament, bombes d'aire humit i un pous calent. La cambra de condensació és on el vapor es condensa transferint el seu calor a l'aigua de refredament.
El subministrament d'aigua de refredament proporciona aigua freda d'una torre de refredament o d'una altra font per circul·lar dins del condensador. Les bombes d'aire humit recullen el vapor condensat, l'aire, el vapor d'aigua no condensat i altres gasos del condensador i els descarreguen a l'atmosfera o a un deaerador. El pous calent és on es recull el vapor condensat i d'on es pot bombear cap a la caldera de vapor com a aigua d'alimentació.
Hi ha principalment dos tipus de condensadors de vapor per a turbines: condensadors de jet i condensadors de superfície. En els condensadors de jet, l'aigua de refredament es pulveritza sobre el vapor d'escapament i s'hi mescla. Aquest és un procés ràpid de condensació de vapor, però resulta en aigua contaminada que no es pot reutilitzar com aigua d'alimentació.
En els condensadors de superfície, l'aigua de refredament i el vapor d'escapament estan separats per una barrera, com ara tubs o plaques, i la condensació ocorre per intercanvi de calor a través d'aquesta barrera. Aquest és un procés més lent de condensació de vapor, però produeix aigua pura que es pot reutilitzar com aigua d'alimentació.
Per què utilitzar un condensador de vapor per a una turbina?
Utilitzar un condensador de vapor per a una turbina té diverses avantatges per a la generació d'energia, com ara:
Augmenta l'eficiència tèrmica de la central elèctrica reduint el consum específic de vapor i augmentant la producció de treball per unitat de massa de vapor.
Millora la qualitat de l'aigua d'alimentació eliminant els gasos dissolts i les impuretes del vapor condensat.
Redueix la corrosió i la formació de càlculs a la caldera i la turbina evitant el contacte directe entre el vapor i l'aigua de refredament.
Redueix la contaminació ambiental minimitzant la descàrrega de vapor i aigua de refredament a l'atmosfera o a cossos d'aigua.
Ahorra recursos hídrics reciclando el vapor condensat com aigua d'alimentació.
Com funciona un condensador de vapor per a una turbina?
El principi de funcionament d'un condensador de vapor per a una turbina es basa en la transmissió de calor i el canvi de fase. El vapor d'escapament de la turbina entra al condensador a baixa pressió i alta temperatura. L'aigua de refredament entra al condensador a baixa temperatura i alta pressió. La transmissió de calor entre els dos fluids ocorre a través d'una barrera que els separa físicament. La barrera pot ser tubs o plaques, depenent del tipus de condensador.
Mentre ocorre la transmissió de calor, la temperatura del vapor d'escapament disminueix i es libera el seu calor latent. El calor latent és absorbent per l'aigua de refredament, la qual augmenta la seva temperatura. El vapor d'escapament canvia de fase de vapor a líquid i es converteix en aigua condensada. L'aigua condensada es recull al pous calent al fons del condensador. L'aigua de refredament surt del condensador a alta temperatura i baixa pressió.
L'aigua condensada es bombeja llavors mitjançant una bomba d'extracció de condensat a un deaerador o directament a una bomba d'alimentació de la caldera. El deaerador elimina qualsevol aire o gasos restants de l'aigua condensada i la escalfa abans d'enviar-la a la bomba d'alimentació de la caldera. La bomba d'alimentació de la caldera augmenta la pressió de l'aigua d'alimentació i la entrega a la caldera.
L'aigua de refredament es descarrega a una torre de refredament o a una altra font o es recircula a través d'un intercanviador de calor o un economitzador. La torre de refredament baixa la temperatura de l'aigua de refredament evaporant part d'ella a l'aire. L'intercanviador de calor o l'economitzador transmet part del calor de l'aigua de refredament a un altre fluid, com l'aire o l'aigua d'alimentació.
Quins són els tipus de condensadors de vapor per a turbines?
Depenent de la tècnica de condensació, hi ha principalment dos tipus de condensadors de vapor per a turbines: condensadors de jet i condensadors de superfície.
Condensadors de Jet
Els condensadors de jet, l'aigua de refredament es pulveritza sobre el vapor d'escapament i s'hi mescla. Aquest és un procés ràpid de condensació de vapor, però resulta en aigua contaminada que no es pot reutilitzar com aigua d'alimentació. La barreja d'aigua i vapor es descarrega llavors a un pous calent, on es bombeja amb una bomba d'aire humit a un deaerador o a una torre de refredament.
Hi ha tres subtipus de condensadors de jet: de nivell baix, de nivell alt i condensadors de jet ejector. En els condensadors de jet de nivell baix, el pous calent es col·loca al mateix nivell que el condensador, i la barreja flueix per gravetat. En els condensadors de jet de nivell alt, el pous calent es col·loca per sobre del condensador i la barreja es eleva amb una bomba. En els condensadors de jet ejector, l'aigua de refredament es injecta a alta velocitat al vapor d'escapament i crea un buit que suc lla barreja al pous calent.
Les avantatges dels condensadors de jet són:
Són simples, econòmics i fàcils d'instal·lar i operar.
Tenen una taxa alta de transmissió de calor i una baixa caiguda de pressió.
No requereixen un gran subministrament d'aigua de refredament ni un sistema separat d'extracció d'aire.
Els inconvenients dels condensadors de jet són:
Produeixen aigua impura que no es pot reutilitzar com aigua d'alimentació i requereix tractament abans de la disposició.
Tenen un alt consum d'energia per bombear l'aigua de refredament i la barreja.
Estan afectats per la qualitat i la temperatura de l'aigua de refredament.
Condensadors de Superfície
Els condensadors de superfície, l'aigua de refredament i el vapor d'escapament estan separats per una barrera, com ara tubs o plaques, i la condensació ocorre per intercanvi de calor a través d'aquesta barrera. L'aigua de refredament passa a través d'un conjunt de tubs o plaques, i el vapor d'escapament flueix sobre la seva superfície exterior. El calor del vapor és absorbent per l'aigua de refredament, la qual augmenta la seva temperatura.
El vapor d'escapament canvia de fase de vapor a líquid i es converteix en aigua condensada. L'aigua condensada es recull al pous calent al fons del condensador. L'aigua de refredament surt del condensador a alta temperatura i baixa pressió.
Hi ha dos subtipus de condensadors de superfície: de flux descendant i de flux contrari. En els condensadors de superfície de flux descendant, el vapor d'escapament entra per la part superior i flueix cap avall sobre els tubs o plaques. En els condensadors de superfície de flux contrari, el vapor d'escapament entra per un extrem i flueix cap amunt sobre els tubs o plaques, mentre que l'aigua de refredament entra per l'altre extrem i flueix cap avall a través d'ells.
Les avantatges dels condensadors de superfície són:
Produeixen aigua pura que es pot reutilitzar com aigua d'alimentació i redueixen la corrosió i la formació de càlculs a la caldera i la turbina.
Tenen un baix consum d'energia per bombear l'aigua de refredament i l'aigua condensada.
No estan afectats per la qualitat i la temperatura de l'aigua de refredament.
Els inconvenients dels condensadors de superfície són:
Són complexos, costosos i difícils d'instal·lar i operar.
Tenen una taxa baixa de transmissió de calor i una alta caiguda de pressió.
Requereixen un gran subministrament d'aigua de refredament i un sistema separat d'extracció d'aire.
