Un condensatore di vapore per una turbina è un dispositivo che converte il vapore di scarico a bassa pressione da una turbina a vapore in acqua utilizzando l'acqua di raffreddamento. La funzione principale di un condensatore di vapore per una turbina è mantenere una bassa pressione di retroazione sul lato di scarico della turbina a vapore, aumentando così l'efficienza e la potenza del impianto di produzione elettrica.
Il vapore di scarico dalla turbina deve espandersi ampiamente per convertire la sua energia disponibile in lavoro meccanico. Se il vapore non viene condensato dopo aver svolto il suo lavoro, non creerà abbastanza spazio per il vapore successivo per espandersi al volume richiesto. Pertanto, la condensazione del vapore in un sistema chiuso riduce il suo volume e crea un vuoto che abbassa la pressione all'uscita della turbina.
Un condensatore di vapore per una turbina è composto da diversi componenti, come una camera di condensazione, un approvvigionamento di acqua di raffreddamento, pompe d'aria umide e un serbatoio caldo. La camera di condensazione è dove il vapore viene condensato trasferendo il suo calore all'acqua di raffreddamento.
L'approvvigionamento di acqua di raffreddamento fornisce acqua fredda da una torre di raffreddamento o da un'altra fonte per circolare all'interno del condensatore. Le pompe d'aria umide raccolgono il vapore condensato, l'aria, il vapore acqueo non condensato e altri gas dal condensatore e li scaricano nell'atmosfera o in un deaeratore. Il serbatoio caldo è dove viene raccolto il vapore condensato e da cui può essere pompato indietro alla caldaia a vapore come acqua di alimentazione.
Ci sono principalmente due tipi di condensatori di vapore per turbine: condensatori a getto e condensatori a superficie. Nei condensatori a getto, l'acqua di raffreddamento viene spruzzata sul vapore di scarico e mescolata con esso. Questo è un processo veloce di condensazione del vapore, ma produce acqua contaminata che non può essere riutilizzata come acqua di alimentazione.
Nei condensatori a superficie, l'acqua di raffreddamento e il vapore di scarico sono separati da una barriera, come tubi o piastre, e la condensazione avviene tramite scambio termico attraverso questa barriera. Questo è un processo più lento di condensazione del vapore, ma produce acqua pura che può essere riutilizzata come acqua di alimentazione.
L'uso di un condensatore di vapore per una turbina presenta diversi vantaggi per la generazione di energia, come:
Aumenta l'efficienza termica dell'impianto di produzione elettrica riducendo il consumo specifico di vapore e aumentando il lavoro prodotto per unità di massa di vapore.
Migliora la qualità dell'acqua di alimentazione rimuovendo i gas disciolti e le impurità dal vapore condensato.
Riduce la corrosione e la formazione di incrostazioni nella caldaia e nella turbina impedendo il contatto diretto tra vapore e acqua di raffreddamento.
Riduce l'inquinamento ambientale minimizzando lo scarico di vapore e acqua di raffreddamento nell'atmosfera o nei corpi idrici.
Risparmia risorse idriche riciclando il vapore condensato come acqua di alimentazione.
Il principio di funzionamento di un condensatore di vapore per una turbina si basa sul trasferimento di calore e sul cambiamento di fase. Il vapore di scarico dalla turbina entra nel condensatore a bassa pressione e alta temperatura. L'acqua di raffreddamento entra nel condensatore a bassa temperatura e alta pressione. Il trasferimento di calore tra i due fluidi avviene attraverso una barriera che li separa fisicamente. La barriera può essere costituita da tubi o piastre, a seconda del tipo di condensatore.
Durante il trasferimento di calore, la temperatura del vapore di scarico diminuisce e il suo calore latente viene rilasciato. Il calore latente viene assorbito dall'acqua di raffreddamento, la quale aumenta la sua temperatura. Il vapore di scarico cambia fase da vapore a liquido e diventa acqua condensata. L'acqua condensata si raccoglie nel serbatoio caldo in fondo al condensatore. L'acqua di raffreddamento esce dal condensatore a alta temperatura e bassa pressione.
L'acqua condensata viene poi pompata da una pompa di estrazione del condensato verso un deaeratore o direttamente verso una pompa di alimentazione della caldaia. Il deaeratore rimuove eventuali residui di aria o gas dall'acqua condensata e la riscalda prima di inviarla alla pompa di alimentazione della caldaia. La pompa di alimentazione della caldaia aumenta la pressione dell'acqua di alimentazione e la fornisce alla caldaia.
L'acqua di raffreddamento viene scaricata in una torre di raffreddamento o in un'altra fonte oppure ricircolata attraverso uno scambiatore di calore o un economizzatore. La torre di raffreddamento abbassa la temperatura dell'acqua di raffreddamento facendone evaporare una parte nell'aria. Lo scambiatore di calore o l'economizzatore trasferisce parte del calore dall'acqua di raffreddamento ad un altro fluido, come aria o acqua di alimentazione.
A seconda della tecnica di condensazione, ci sono principalmente due tipi di condensatori di vapore per turbine: condensatori a getto e condensatori a superficie.
Nei condensatori a getto, l'acqua di raffreddamento viene spruzzata sul vapore di scarico e mescolata con esso. Questo è un processo veloce di condensazione del vapore, ma produce acqua contaminata che non può essere riutilizzata come acqua di alimentazione. Il miscuglio di acqua e vapore viene quindi scaricato in un serbatoio caldo, dove viene pompato da una pompa d'aria umida verso un deaeratore o una torre di raffreddamento.
Esistono tre sottotipi di condensatori a getto: a livello basso, a livello alto ed eiettori a getto. Nei condensatori a getto a livello basso, il serbatoio caldo è posizionato allo stesso livello del condensatore e il miscuglio scorre per gravità. Nei condensatori a getto a livello alto, il serbatoio caldo è posizionato sopra il condensatore e il miscuglio viene sollevato da una pompa. Nei condensatori a getto eiettori, l'acqua di raffreddamento viene iniettata ad alta velocità nel vapore di scarico e crea un vuoto che aspira il miscuglio nel serbatoio caldo.
I vantaggi dei condensatori a getto sono:
Sono semplici, economici e facili da installare e operare.
Hanno un tasso elevato di trasferimento di calore e una caduta di pressione bassa.
Non richiedono un grande approvvigionamento di acqua di raffreddamento né un sistema separato di estrazione dell'aria.
Gli svantaggi dei condensatori a getto sono:
Producono acqua impura che non può essere riutilizzata come acqua di alimentazione e richiede trattamento prima dello smaltimento.
Hanno un consumo elevato di energia per la pompatura dell'acqua di raffreddamento e del miscuglio.
Sono influenzati dalla qualità e dalla temperatura dell'acqua di raffreddamento.
Nei condensatori a superficie, l'acqua di raffreddamento e il vapore di scarico sono separati da una barriera, come tubi o piastre, e la condensazione avviene tramite scambio termico attraverso questa barriera. L'acqua di raffreddamento passa attraverso un insieme di tubi o piastre, mentre il vapore di scarico scorre sulla loro superficie esterna. Il calore del vapore viene assorbito dall'acqua di raffreddamento, la quale aumenta la sua temperatura.
Il vapore di scarico cambia fase da vapore a liquido e diventa acqua condensata. L'acqua condensata si raccoglie nel serbatoio caldo in fondo al condensatore. L'acqua di raffreddamento esce dal condensatore a alta temperatura e bassa pressione.
Esistono due sottotipi di condensatori a superficie: a flusso discendente e a controflusso. Nei condensatori a superficie a flusso discendente, il vapore di scarico entra dall'alto e scorre verso il basso sui tubi o le piastre. Nei condensatori a superficie a controflusso, il vapore di scarico entra da un'estremità e scorre verso l'alto sui tubi o le piastre, mentre l'acqua di raffreddamento entra dall'altra estremità e scorre verso il basso attraverso di essi.
I vantaggi dei condensatori a superficie sono:
Producono acqua pura che può essere riutilizzata come acqua di alimentazione e riducono la corrosione e la formazione di incrostazioni nella caldaia e nella turbina.
Hanno un consumo energetico basso per la pompatura dell'acqua di raffreddamento e dell'acqua condensata.
Non sono influenzati dalla qualità e dalla temperatura dell'acqua di raffreddamento.
Gli svantaggi dei condensatori a superficie sono:
Sono complessi, costosi e difficili da installare e operare.
Hanno un tasso di trasferimento di calore basso e una caduta di pressione elevata.
Richiedono un grande approvvigionamento di acqua di raffreddamento e un sistema separato di estrazione dell'aria.
