Stoomturbine Condensor Uitgelegd
Stoomturbinecondensors worden gebruikt in thermische energiecentrales om stoom om te zetten in condensaat (water). Dit artikel biedt een overzicht van stoomturbinecondensors, hun verschillende ontwerpen, onderdelen en werking.
Oppervlakte Stoomcondensor
Goed om te weten – ‘stoomturbinecondensors’ worden soms ook ‘oppervlaktecondensors’ genoemd, maar oppervlaktecondensors zijn eigenlijk slechts één specifiek type stoomturbinecondensor.
Wat is een stoomturbinecondensor?
Stoomturbinecondensors worden gebruikt in thermische energiecentrales om stoom om te zetten in condensaat (water). Een laagdruk stoomturbine zit direct bovenop zijn bijbehorende condensor, met een flexibele koppeling die de stoomturbine met de condensor verbindt. Laagdruk uitlaatstoom wordt direct vanuit een laagdruk turbine in zijn bijbehorende condensor afgevoerd.
Stoomcondensor Gemarkeerd in Oranje Vak
Goed om te weten – de flexibele koppeling is nodig om de thermische uitzetting van onderdelen op te vangen wanneer ze opwarmen en afkoelen; scheuren en resulterende lekkages zouden optreden als de koppeling niet aanwezig was.
Waarom zijn stoomturbinecondensors nodig?
- Efficiëntie – het koelen van laagdruk stoom veroorzaakt een resulterende drukverlaging in het systeem. Het drukverschil (DP) over het systeem is een directe indicator van de efficiëntie van het systeem, dus een grotere DP duidt op een efficiënter systeem, d.w.z. hoe groter het drukverschil tussen de stoomdruk van de ketel en de druk van de condensor, hoe groter de systeemefficiëntie.
- Water Hergebruik – het omzetten van de laagdruk stoom terug in water maakt het mogelijk om het water opnieuw te gebruiken; hergebruik van het water verlaagt de operationele kosten omdat het minder voorbehandeling nodig heeft. Water kan ook gemakkelijk in grote hoeveelheden worden teruggevoerd naar de ontgasser (voorbehandelingsapparaat), maar dit geldt niet voor laagdruk stoom, waarvoor grote leidingen en een groter drukverschil nodig zouden zijn om te stromen.
- Ontgassing – condensors verwijderen gassen zoals zuurstof en CO2 uit het systeem, waardoor de kans op corrosie in de voedingswater- en stoomsystemen wordt verminderd.
- Verzamelpunt – condensors dienen als het primaire verzamelpunt voor andere stoomextractiesystemen en condensaatafvoeren.
Goed om te weten – water dat is behandeld maar nog niet in de ketel is gekomen, wordt geclassificeerd als ‘voedingswater’. Water dat zich in de ketel bevindt, wordt geclassificeerd als ‘ketelwater’. Stoom die weer in water is gecondenseerd, wordt geclassificeerd als ‘condensaat’. Condensaat wordt voedingswater nadat het is behandeld.
Goed om te weten - meer informatie over energiecentralesystemen en machines is te vinden in onze Power Engineering Fundamentals Video Course.
Onderdelen van de Stoomturbinecondensor
De belangrijkste onderdelen van een stoomturbinecondensor worden hieronder aangegeven.
Oppervlakte Stoomcondensor Onderdelen
Laagdruk Stoominlaat
Laagdruk stoom van de laagdruk stoomturbine wordt afgevoerd naar de condensor. De condensor wordt op vacuüm gehouden om een lage tegendruk voor de turbine-uitlaat te bieden, wat de algehele efficiëntie van de centrale verhoogt.
Behuizing
De behuizing herbergt de interne onderdelen van de condensor, inclusief de buissteun platen, buisplaten, buizen, warmput (onderste deel van de condensor) en extractieleidingen; het is meestal vervaardigd van zware stalen platen die tot één geheel zijn gelast. Buizen zijn van de behuizing gescheiden om stoom toegang te geven tot alle delen van de buizen, waardoor de efficiëntie van de condensor wordt verhoogd en de kans op oververhitting wordt verminderd.
Buisbundel
Buizen die door de condensor lopen, worden samengevoegd tot een ‘bundel’; deze zijn gemonteerd op buisplaten. Turbulators worden vaak in de buizen geïnstalleerd om turbulente stroming te bevorderen, wat de warmteoverdrachtscapaciteit van de buizen en daarmee de algehele efficiëntie van de condensor verhoogt.
Buis Met Turbulator Geïnstalleerd
Buisplaten
Buisplaten zijn gemonteerd aan de tegenovergestelde uiteinden van de buisbundels; ze houden de buizen op hun plaats en bieden mechanische sterkte aan de buizen. Elke buis is gerold en uitgebreid in zijn bijbehorende buisplaat.
Extractieleidingen
Extractiestoom komt de condensor binnen via deze leidingen. Uitlaatstoom van de ketelvoedingswaterpompen wordt ook naar de condensor afgevoerd.
Waterkasten
Koelwater komt binnen en verlaat een condensor via de waterkasten; deze zijn geïnstalleerd aan tegenovergestelde uiteinden van de condensor. Het ene uiteinde van de condensor vormt de inlaat, terwijl het andere het uitlaat (afvoer) vormt. Afhankelijk van de grootte van de eenheid kan een condensor een of meer inlaten en afvoeren hebben, hoewel meer dan twee ongebruikelijk is. Waterkasten moeten een beschermende corrosiebestendige bekleding hebben die alle waterzijdige oppervlakken bedekt.
Goed om te weten – het is essentieel dat waterkasten volledig gevuld blijven met koelwater tijdens gebruik, omdat het niet doen hiervan kan leiden tot lokale oververhitting van de buizen.
Sproeikop
De grote vorm van een waterkast sproeikop is ontworpen om de waterstromingssnelheden laag te houden.
Warmput
De warmput (hot well) vormt het onderste deel van de condensor. Gecondenseerde stoom vormt condensaat, dat zich verzamelt in de warmput en wordt afgevoerd via leidingen aan de basis van de warmput.
Condensaat Extractiepomp
Condensaat wordt afgevoerd via een condensaat extractiepomp. Omdat condensaat een veel kleiner volume heeft dan stoom (een verhouding van 1600:1), is de afvoerleiding veel kleiner dan de hoofd stoominlaat van de condensor.
Instrumentatie
Sensors zijn op verschillende gebieden van de condensor gemonteerd voor bewakingsdoeleinden. Elke sensor registreert operationele gegevens met betrekking tot stroom, druk, niveau, en temperatuur. Alle gegevens worden in realtime naar een bewakingssysteem gestuurd. Alarmen en uitschakelingen worden geactiveerd op basis van de gegevens die van de geïnstalleerde sensoren worden ontvangen.
Laagdruk Voedingswaterverwarmer
Grote energiecentrales installeren vaak laagdruk voedingswaterverwarmers in de nek van de condensor; de twee belangrijkste redenen hiervoor zijn ruimte en kosten.
- Ruimte – een voedingswaterverwarmer vereist veel ruimte, deze ruimte verhoogt de bouwkosten, wat niet gewenst is.
- Kosten – het installeren van de voedingswaterverwarmer in de nek van de condensor vermindert de lengte van de extractiestoomleidingen die nodig zijn, wat het aantal hangers, koppelingen, kleppen etc. vermindert; dus, een kosten- en ruimtebesparing wordt bereikt door de LP voedingswaterverwarmer in de condensor te plaatsen.
Hoe werken stoomturbinecondensors?
Laagdruk uitlaatstoom draagt zijn warmte (thermische energie) over aan een koelmedium, wat ervoor zorgt dat het afkoelt (temperatuur daalt) en condenseert, terwijl de temperatuur van het koelmedium stijgt. Het primaire doel van een stoomcondensor is om de uitlaatstoom af te koelen en ervoor te zorgen dat het van toestand verandert naar een vloeistof.
Warmteafvoer is nodig om de thermische energie van de uitlaatstoom naar de omgeving over te brengen. Een typisch warmteafvoer kan een meer, rivier, of oceaan zijn. Als er geen groot waterlichaam beschikbaar is om als warmteafvoer te dienen, worden koeltorens gebruikt en wordt het koelwater gerecirculeerd; luchtgekoelde condensors kunnen ook worden gebruikt, hoewel dit zeldzaam is voor grote energiecentrales vanwege hun hoge koelcapaciteitseisen.
In dit voorbeeld gaan we ervan uit dat een natuurlijke trek koeltoren wordt gebruikt als de warmteafvoer. De koeltoren is verantwoordelijk voor het afvoeren van de warmte van de stoomturbine uitlaat. Koelwater uit het bassin van de koeltoren wordt naar de condensors geleid waar het door de buizen stroomt. Wanneer uitlaatstoom de condensor binnenkomt, omringt het de met water gevulde buizen.
Natuurlijke Trek Koeltoren Doorsnede
Terwijl de stoom over de buitenkant van de buizen beweegt, wordt het gekoeld door het water binnenin, wat leidt tot zijn condensatie. Het koelwater (binnen de buizen) absorbeert de warmte van de stoom, wat ervoor zorgt dat de temperatuur dienovereenkomstig stijgt. Het verwarmde koelwater wordt vervolgens teruggestuurd naar de koeltoren, waar het wordt afgekoeld via verdampingskoeling voordat het proces zich herhaalt.
Water- en Luchtgekoelde Condensors
Het werkingsprincipe van een stoomturbinecondensor omvat warmteoverdracht van de laagdruk stoomturbine uitlaat naar een apart koelmedium, meestal water of lucht.
Goed om te weten – zie ons latente en voelbare warmte artikel om warmte en zijn verschillende eigenschappen te begrijpen.
Watergekoelde Condensor
In het geval van een watergekoelde condensor stroomt koelwater door buizen binnen de condensor. Uitlaatstoom stroomt rond deze buizen en condenseert tot water terwijl het wordt gekoeld. Dit type condensor is zeer efficiënt in het overdragen van warmte vanwege het grote contactoppervlak tussen de buizen en stoom. De gecondenseerde stoom, nu in de vorm van condensaat, wordt verzameld aan de onderkant van de condensor en teruggepompt naar de ontgasser en vervolgens de ketel (meestal een waterpijpketel). Het verwarmde koelwater wordt gekoeld met behulp van een koeltoren, als er geen meer, rivier of oceaan beschikbaar is (er zijn verschillende soorten warmteafvoer).
Luchtgekoelde Condensor
In luchtgekoelde condensors wordt koeling bereikt door lucht die over vinbuizen stroomt waardoor de uitlaatstoom passeert. Luchtgekoelde condensors worden gebruikt in gebieden waar waterbronnen beperkt zijn. Echter, luchtgekoelde condensors zijn over het algemeen minder efficiënt dan watergekoelde types vanwege hun lagere warmteoverdrachtsnelheid (dit komt omdat lucht een lagere dichtheid heeft dan water en dus niet zo efficiënt kan koelen).
Oppervlakte- en Luchtgekoelde Condensors
Er zijn verschillende hoofdtypen stoomturbinecondensors en het is belangrijk om directe en indirecte koeling te bespreken om hun ontwerp te begrijpen.
Oppervlaktecondensors – dit zijn de meest voorkomende typen condensors; ze zijn in wezen grote mantel- en buiswarmtewisselaars. Ze koelen indirect de stoom, d.w.z. de stoom komt niet in direct contact met het koelwater.
Luchtgekoelde Condensors – deze worden gebruikt wanneer er geen direct beschikbare waterbron is. Er zijn twee hoofdtypen luchtgekoelde condensors:
- Direct Werkend – uitlaatstoom stroomt door leidingen met warmtewisselaarvinnen eraan gelast. Elektrische ventilatoren blazen lucht over de leidingen en vinnen, wat de stoom afkoelt en doet condenseren.
Direct Luchtgekoelde Condensor
- Indirect Werkend – turbine uitlaatstoom wordt gecondenseerd door een koelwaterlus binnen een conventionele oppervlaktecondensor. Het koelwater stoot vervolgens de warmte af naar de atmosfeer via een luchtgekoelde condensor.
Indirect Luchtgekoelde Condensor
Factoren die de Prestaties van de Condensor Beïnvloeden
Omgevingsomgeving
De temperatuur van het koelwater wordt beïnvloed door de omgevingsomgeving. Bijvoorbeeld, in koudere klimaten zal het koelwater een lagere temperatuur hebben. Kouder water verbetert de algehele efficiëntie van de condensor, maar het mag niet zo koud zijn dat het de condensor thermisch schokt of bevriest. Als het koelwater te heet is, neemt de warmteoverdrachtscapaciteit en koelcapaciteit af.
Waterkwaliteit
Het type water dat wordt gebruikt (zoetwater of zoutwater) kan de prestaties van een condensor beïnvloeden. Zoutwater, dat corrosief is, vereist dat de condensor is gemaakt van corrosiebestendige materialen. Alle soorten waterbronnen vereisen enige vorm van filtering voordat ze worden gebruikt.
Goed om te weten – ‘zoet water’ wordt soms ‘sweet water’ genoemd. Zoet water wordt ook gespeld als ‘zoet-water’ of ‘zoetwater’, maar alle spellingen betekenen hetzelfde.
Vervuiling
Aanslag (kalkaanslag etc.) die zich binnen de buizen of op de externe oppervlakken van de buizen ophoopt, kan hun warmteoverdrachtsnelheid verminderen, wat een overeenkomstige vermindering van de koelcapaciteit van de condensor veroorzaakt.
Gerelateerde Online Technische Cursussen
Hoe Stoomturbine Condensors Werken
Introductie tot Warmtewisselaars
Basisprincipes van Plaatwarmtewisselaars
Hoe Elektriciteit te Maken (Energieopwekking)
Aanvullende Bronnen
https://en.wikipedia.org/wiki/Surface_condenser
https://engineering.fandom.com/wiki/Condenser_(steam_turbine)
https://www.powerplantandcalculations.com/2020/05/steam-condenservacuum-and-calculations.html
https://learnmech.com/steam-condenser-types-function-diagram-advantages
https://www.nuclear-power.net/nuclear-power-plant/turbine-generator-power-conversion-system/what-is-steam-turbine-description-and-characteristics/condensing-steam-turbine