Un condenseur de vapeur pour une turbine est un dispositif qui convertit la vapeur d'échappement à basse pression d'une turbine à vapeur en eau en utilisant de l'eau de refroidissement. La principale fonction d'un condenseur de vapeur pour une turbine est de maintenir une faible pression résiduelle du côté d'échappement de la turbine à vapeur, ce qui augmente l'efficacité et la production de la centrale électrique.
La vapeur d'échappement de la turbine doit se dilater considérablement pour convertir son énergie disponible en travail mécanique. Si la vapeur n'est pas condensée après avoir effectué son travail, elle ne créera pas suffisamment d'espace pour que la vapeur suivante puisse se dilater au volume nécessaire. Par conséquent, la condensation de la vapeur dans un système fermé réduit son volume et crée un vide qui diminue la pression à la sortie de la turbine.
Un condenseur de vapeur pour une turbine comprend plusieurs composants, tels qu'une chambre de condensation, un approvisionnement en eau de refroidissement, des pompes à air humide et un puits chaud. La chambre de condensation est l'endroit où la vapeur est condensée en transférant sa chaleur à l'eau de refroidissement.
L'approvisionnement en eau de refroidissement fournit de l'eau froide provenant d'une tour de refroidissement ou d'une autre source pour circuler à l'intérieur du condenseur. Les pompes à air humide collectent la vapeur condensée, l'air, la vapeur d'eau non condensée et d'autres gaz provenant du condenseur et les rejettent dans l'atmosphère ou un déaérateur. Le puits chaud est l'endroit où la vapeur condensée est collectée et d'où elle peut être pompée vers la chaudière à vapeur en tant qu'eau d'alimentation.
Il existe principalement deux types de condenseurs de vapeur pour turbines : les condenseurs à jet et les condenseurs de surface. Dans les condenseurs à jet, l'eau de refroidissement est pulvérisée sur la vapeur d'échappement et mélangée avec elle. C'est un processus rapide de condensation de la vapeur, mais il entraîne une eau contaminée qui ne peut pas être réutilisée comme eau d'alimentation.
Dans les condenseurs de surface, l'eau de refroidissement et la vapeur d'échappement sont séparées par une barrière, telle que des tubes ou des plaques, et la condensation se produit par échange de chaleur à travers cette barrière. C'est un processus plus lent de condensation de la vapeur, mais il produit de l'eau pure qui peut être réutilisée comme eau d'alimentation.
L'utilisation d'un condenseur de vapeur pour une turbine présente plusieurs avantages pour la production d'électricité, tels que :
Il augmente l'efficacité thermique de la centrale électrique en réduisant la consommation spécifique de vapeur et en augmentant le rendement de travail par unité de masse de vapeur.
Il améliore la qualité de l'eau d'alimentation en éliminant les gaz dissous et les impuretés de la vapeur condensée.
Il réduit la corrosion et l'entartrage dans la chaudière et la turbine en empêchant tout contact direct entre la vapeur et l'eau de refroidissement.
Il réduit la pollution environnementale en minimisant le rejet de vapeur et d'eau de refroidissement dans l'atmosphère ou les cours d'eau.
Il économise les ressources en eau en recyclant la vapeur condensée en eau d'alimentation.
Le principe de fonctionnement d'un condenseur de vapeur pour une turbine repose sur le transfert de chaleur et le changement de phase. La vapeur d'échappement de la turbine entre dans le condenseur à basse pression et haute température. L'eau de refroidissement entre dans le condenseur à basse température et haute pression. Le transfert de chaleur entre les deux fluides se produit à travers une barrière qui les sépare physiquement. La barrière peut être constituée de tubes ou de plaques, selon le type de condenseur.
À mesure que le transfert de chaleur se produit, la température de la vapeur d'échappement diminue et sa chaleur latente est libérée. La chaleur latente est absorbée par l'eau de refroidissement, ce qui augmente sa température. La vapeur d'échappement change de phase de vapeur à liquide et devient de l'eau condensée. L'eau condensée s'accumule dans le puits chaud au fond du condenseur. L'eau de refroidissement sort du condenseur à haute température et basse pression.
L'eau condensée est ensuite pompée par une pompe d'extraction de condensat vers un déaérateur ou directement vers une pompe d'alimentation de la chaudière. Le déaérateur élimine tout air ou gaz restant de l'eau condensée et la chauffe avant de l'envoyer à la pompe d'alimentation de la chaudière. La pompe d'alimentation de la chaudière augmente la pression de l'eau d'alimentation et la livre à la chaudière.
L'eau de refroidissement est soit rejetée vers une tour de refroidissement ou une autre source, soit recirculée à travers un échangeur de chaleur ou un économiseur. La tour de refroidissement abaisse la température de l'eau de refroidissement en en évaporant une partie dans l'air. L'échangeur de chaleur ou l'économiseur transfère une partie de la chaleur de l'eau de refroidissement à un autre fluide, tel que l'air ou l'eau d'alimentation.
Selon la technique de condensation, il existe principalement deux types de condenseurs de vapeur pour turbines : les condenseurs à jet et les condenseurs de surface.
Dans les condenseurs à jet, l'eau de refroidissement est pulvérisée sur la vapeur d'échappement et mélangée avec elle. C'est un processus rapide de condensation de la vapeur, mais il entraîne une eau contaminée qui ne peut pas être réutilisée comme eau d'alimentation. Le mélange d'eau et de vapeur est ensuite rejeté dans un puits chaud, d'où il est pompé par une pompe à air humide vers un déaérateur ou une tour de refroidissement.
Il existe trois sous-types de condenseurs à jet : les condenseurs à jet de niveau bas, de niveau haut et les condenseurs à jet éjecteur. Dans les condenseurs à jet de niveau bas, le puits chaud est placé au même niveau que le condenseur, et le mélange s'écoule par gravité. Dans les condenseurs à jet de niveau haut, le puits chaud est placé au-dessus du condenseur et le mélange est soulevé par une pompe. Dans les condenseurs à jet éjecteur, l'eau de refroidissement est injectée à haute vitesse dans la vapeur d'échappement et crée un vide qui aspire le mélange dans le puits chaud.
Les avantages des condenseurs à jet sont :
Ils sont simples, peu coûteux et faciles à installer et à opérer.
Ils ont un taux de transfert de chaleur élevé et une chute de pression faible.
Ils ne nécessitent pas un grand approvisionnement en eau de refroidissement ni un système d'extraction d'air distinct.
Les inconvénients des condenseurs à jet sont :
Ils produisent de l'eau impure qui ne peut pas être réutilisée comme eau d'alimentation et nécessite un traitement avant d'être rejetée.
Ils ont une consommation d'énergie élevée pour la pompage de l'eau de refroidissement et du mélange.
Ils sont affectés par la qualité et la température de l'eau de refroidissement.
Dans les condenseurs de surface, l'eau de refroidissement et la vapeur d'échappement sont séparées par une barrière, telle que des tubes ou des plaques, et la condensation se produit par échange de chaleur à travers cette barrière. L'eau de refroidissement passe à travers un ensemble de tubes ou de plaques, et la vapeur d'échappement s'écoule sur leur surface extérieure. La chaleur de la vapeur est absorbée par l'eau de refroidissement, ce qui augmente sa température.
La vapeur d'échappement change de phase de vapeur à liquide et devient de l'eau condensée. L'eau condensée s'accumule dans le puits chaud au fond du condenseur. L'eau de refroidissement sort du condenseur à haute température et basse pression.
Il existe deux sous-types de condenseurs de surface : les condenseurs de surface à flux descendant et à flux inverse. Dans les condenseurs de surface à flux descendant, la vapeur d'échappement entre par le haut et s'écoule vers le bas sur les tubes ou les plaques. Dans les condenseurs de surface à flux inverse, la vapeur d'échappement entre par une extrémité et s'écoule vers le haut sur les tubes ou les plaques, tandis que l'eau de refroidissement entre par l'autre extrémité et s'écoule vers le bas à travers eux.
Les avantages des condenseurs de surface sont :
Ils produisent de l'eau pure qui peut être réutilisée comme eau d'alimentation et réduisent la corrosion et l'entartrage dans la chaudière et la turbine.
Ils ont une faible consommation d'énergie pour la pompage de l'eau de refroidissement et de l'eau condensée.
Ils ne sont pas affectés par la qualité et la température de l'eau de refroidissement.
Les inconvénients des condenseurs de surface sont :
Ils sont complexes, coûteux et difficiles à installer et à opérer.
Ils ont un taux de transfert de chaleur faible et une chute de pression élevée.
Ils nécessitent un grand approvisionnement en eau de refroidissement et un système d'extraction d'air distinct.
