Конденсатор (технологический процесс)

Схематическое изображение конденсатора отработанного пара турбины.

Конденсатора (или конденсатор ) представляет собой устройство , в котором вещество из газообразного агрегатного состояния передается в жидкое состояние ( конденсация ).

В тепловых двигателях и в холодильных системах конденсаторы используются для сжижения выхлопных паров или парообразного хладагента . Это обеспечивает возможность замкнутого цикла в упомянутых системах. В технологическом процессе это важный элемент разделения материалов во время дистилляции .

В термической технологии он используется, в частности, в ректификационных колоннах для достижения конденсации в верхней части колонны за счет охлаждения.

В холодильных системах конденсатор, как определено в немецком переводе, является европейским стандартом EN 378, часть 1, как конденсатор, обозначающий лингвистическое разграничение для создания электрического конденсатора .

история

С изобретением Джеймсом Ваттом конденсатора впервые удалось построить паровые двигатели, которые потребляли сравнительно мало энергии. Таким образом, конденсатор является решающим элементом для эффективной работы паровых двигателей и паровых турбин , и его внедрение считается важной вехой в истории технологий.

Джеймс Ватт использовал простую конструкцию конденсатора впрыска для своих машин. Холодная вода вводится в отдельный сосуд за выходом пара из машины . Пар сжижается и оставляет почти полный вакуум . Этот вакуум позволяет улучшить использование тепловой энергии пара для генерирования кинетической энергии . Инжекционные конденсаторы все еще используются; Тем не менее, они стали очень редко , потому что они не могут обеспечить какой - либо полезный конденсат для подачи на паровой котел в связи с введением растворенных веществ .

Конденсаторы были важны для пароходов в море, поскольку морская вода могла использоваться в качестве питательной воды только после опреснения (за счет испарения и конденсации). Подземные воды часто богаты известью, а вода конденсатора всегда не содержит извести, что желательно с точки зрения оборудования, поскольку исключается образование накипи в котле. Вода, циркулирующая через ядерные реакторы, становится более или менее радиоактивной, поэтому имеет смысл держать эту воду как можно более закрытой на электростанции, чтобы избежать радиоактивных выбросов во время работы.

Типы

Приблизительный расчет количества холодной воды

Порезанный, корродированный конденсатор

Конденсатор с водяным охлаждением

По сравнению с инжекционными конденсаторами Watt в настоящее время используются поверхностные конденсаторы с водяным охлаждением в виде кожухотрубных теплообменников или пластинчатых теплообменников.

Здесь холодная охлаждающая вода направляется по трубам в пространство для отработанного пара, а отработанный пар конденсируется снаружи охлаждающих труб на противоположной стороне. Количество трубок в конденсаторе может быть очень большим; в конденсаторах крупной АЭС до 20 000 штук, длиной по 10 м. Номинальный диаметр труб составляет от 15 до 30 мм. Внутри конденсатора охлаждающая вода нагревается на 8-10 ° C во время работы паровой турбины  . Типичная атомная электростанция имеет до шести таких конденсаторов для паровой турбины, каждый из которых имеет поток охлаждающей воды до 7  м3 в секунду. Такой конденсатор передает тепловую мощность до 700  мегаватт от отработанного пара турбины охлаждающей воде. Вакуум, который должен быть достигнут в конденсаторе, зависит в основном от температуры охлаждающей воды на входе, а также от качества теплопередачи в отдельных трубках и в очень благоприятных случаях может упасть ниже 40 мбар , что соответствует температуре воды ниже 17 градусов Цельсия ( давление насыщенного пара ).

В холодильных системах сжатия , то «конденсатор» помещаются позади компрессоров или позади выталкивателя и ректификационной колонны в абсорбционных холодильных системах . Перегретый хладагент подается в конденсатор и сжижается за счет передачи тепла охлаждающей среде.

Особенностью этих поверхностных конденсаторов является наличие так называемых паропроводов. Под этим подразумеваются зазоры в трубопроводах, через которые отработавший пар турбины может легче проходить в пучок труб. Проходные трубы расположены по краям паровых просек. У них большая толщина стенок по сравнению с обычными трубами в конденсаторе, так как они особенно подвержены ударам капли влажного пара, втекающего с высокой скоростью. Кроме того, воздух, который попадает в паровую систему через уплотнения, и недегазированная питательная вода собирается в конденсаторе . В этом контексте особенно уязвимо лабиринтное уплотнение вала турбины . Переносимый паром воздух концентрируется в зоне воздухоохладителя и постоянно отсасывается оттуда с помощью вакуумного насоса .

Как правило, конденсаторы охлаждаются водой, которая забирается из окружающей среды и может поставить под угрозу работу конденсатора из-за его загрязнения в виде засорения . Даже тонкий слой грязи в конденсаторных труб оказывает существенное влияние на общую эффективность в паровой электростанции . Поэтому воду предварительно очищают с помощью фильтровальных систем; Мелкая грязь в трубах удаляется во время работы специальными шариками из губчатой ​​резины , которые вводятся в охлаждающую воду с помощью процесса Taprogge, а затем снова удаляются с помощью больших сит .

По возможности охлаждающая вода для конденсации берется непосредственно из реки или водоема и снова возвращается. Чтобы ограничить количество охлаждающей воды и температуру возвращаемой охлаждающей воды, ее также снова охлаждают в установках обратного охлаждения (например, в открытой градирне или в сухом переохладителе ).

Конденсаторы или конденсаторы с воздушным охлаждением

Конденсатор с воздушным охлаждением системы кондиционирования

Находится на месте электростанции, охлаждающая вода отсутствует, а есть, вместо конденсатора с водяным охлаждением используется воздушный конденсатор (англ. Air Cooling condenser ).

Конденсатор или ожижитель с воздушным охлаждением состоит из трубчатого регистра, через который воздушный поток направляется посредством свободной или принудительной конвекции . Однако свободная конвекция используется только в небольших холодильных системах ( холодильниках ). Как правило, используются осевые вентиляторы , расположенные вертикально (так называемые настольные охладители ) или лежа. Трубки конденсатора снабжены ребрами со стороны воздуха для увеличения полезной площади теплопередачи . Ребристые ламели обычно изготавливают из листового алюминия. Двигатели вентиляторов с регулируемой скоростью вращения, которые регулируются давлением в конденсаторе, используются для оптимизации .

Конденсаторы воздуха использовались, среди прочего, в паровозах для уменьшения потребления питательной воды (см. Конденсационный локомотив ). Здесь воздушный поток, действующий как естественная вентиляция, также способствовал охлаждению.

Испарительный конденсатор

Конденсатор испарения имеет корпус, в который вставлен трубчатый регистр, поглощающий хладагент. Сверху в корпус вводится вода. Под корпусом установлены радиальные вентиляторы , которые направляют воздух в корпус противотоком сливаемой воды. Между поверхностью трубы, восходящим потоком воздуха и каплями воды происходит оживленный обмен тепла. Воздух в значительной степени насыщен водяным паром . Смесь воздушного тумана поднимается над испарительным конденсатором. Для отделения и разделения капель жидкости в конденсатор включены внутренние элементы, которые в основном состоят из пластмассовых формованных деталей.

Реверсивный вентилятор для очистки

Конденсаторы с воздушным охлаждением или газоохладители с воздушным охлаждением обычно имеют ребристые пластины на трубках. Однако это может легко привести к заражению устройства. Прилипают листья и другие инородные тела. Это недопустимо изменяет параметры системы - например, более высокое давление конденсации - и вызывает повышенную потребность в обслуживании осенью, например, в форме очистки с помощью очистителей высокого давления. Полезная модель DE20218951U1 от 6 декабря 2002 г., с которой вентиляторы были успешно повернуты назад для очистки, впервые в индустрии холодоснабжения и кондиционирования воздуха, принадлежит Маркусу Мауэру, специалисту лаборатории машинного оборудования для холодильных систем компании Linde AG из г. Кельн, который Carrier принял в 2004 году, стал. Один раз в день, целесообразно ночью и / или когда работает всего несколько вентиляторов, вентиляторы поворачиваются назад один за другим на 5 минут каждый, чтобы освободить устройство. Это означает полное отсутствие необходимости в обслуживании в течение года. Этот процесс стал отраслевым стандартом, например, этот принцип используется в холодильных системах оператора супермаркета Kaufland с управлением от Wurm и Eckelmann.

литература

• Вольфганг Бейтц, Карл-Хайнц Кюттнер (Hrsg.): Dubbel - книга в мягкой обложке для машиностроения . Springer, 1990, ISBN 0-387-52381-2 (Глава K22: 4. Конденсация и обратное охлаждение. ). 
• EN 378 Часть 1: Холодильные системы и тепловые насосы, требования безопасности и охраны окружающей среды. Часть 1: Основные требования, определения, классификации и критерии выбора. Немецкая версия EN 378-1: 2000.

веб ссылки

Индивидуальные доказательства

1. ↑ Теплообменник имеет датчик засорения прохода воздуха, связанный с реверсивным вентилятором . reepatentsonline.com. Проверено 25 июля 2021 года.