Schematické znázornění parního kondenzátoru
Kondenzátor je tepelný výměník, sloužící ke kondenzaci páry vystupující z koncových dílů turbíny. Pára odevzdává v turbíně svou energii, a celkové množství odevzdané vnitřní energie závisí na vstupních a výstupních parametrech (entalpiích páry). Abychom dosáhli co nejvyšší účinnosti celého parního cyklu kondenzační turbíny, je potřebné prodloužit expanzi páry na výstupu až do poměrně hlubokého vakua.
Schematické znázornění parního kondenzátoru
K tomuto účelu slouží kondenzátor – výměník, ve kterém dochází při konstantním tlaku a teplotě ke kondenzaci páry, přičemž vzniklé kondenzační teplo je odváděno chladicím médiem. Čím je chladicí médium chladnější, tím nižší jsou parametry kondenzace, větší zpracovávaný spád, a tím větší je i výkon turbíny. Odevzdané nízkopotenciální teplo není většinou dále využíváno a odvádí se při cirkulačním chlazení do atmosféry nebo při průtočném chlazení do vodních toků.
Tepelné výměníky kondenzátorů energetických bloků (zelené) se nejčastěji nacházejí pod nízkotlakými díly turbíny.
Primární rozdělení kondenzátorů je podle chladicího média. Existují dva základní typy, a to vodou chlazené kondenzátory a vzduchové kondenzátory. V silové energetice jsou v našich oblastech ve většině případů využívány vodou chlazené kondenzátory, vzduchové kondenzátory nacházejí své uplatnění hlavně v oblastech s nedostatkem chladicí vody. V podstatně menším zastoupení se ještě používají kondenzátory chlazené nemrznoucí směsí nebo jiným specifickým druhem média.
Vzduchové kondenzátory tvoří konstrukce speciálních radiátorů, ve kterých kondenzuje pára, a kondenzační teplo je odváděno proudícím vzduchem.
Typ chladicího média má velký vliv i na konstrukční provedení kondenzátorů. Nejpoužívanější vodou chlazené kondenzátory představují velké svařené nádoby s obrovským množstvím tenkých přímých trubek, jejichž povrch tvoří teplosměnnou plochu, rozdělující vnitřní prostor kondenzátoru na vodní a parní stranu. Vodní stranou – vnitřkem trubek protéká chladicí voda. Na vnějším povrchu trubek dochází ke kondenzaci páry vystupující z turbíny. Svazky teplosměnných trubek jsou na obou koncích zaválcovány v trubkovnicích – masivních kovových deskách s otvory pro trubky. Rozvod chladicího média do všech trubek zajišťují vodní komory, do kterých ústí přívodní a odvodní potrubí chladicí vody.
Exkurze u kondenzátorů turbín 1 000MW bloku Jaderné elektrárny Temelín
Vodní komory kondenzátoru energetického bloku
Zkondenzovaná vodní pára stéká do spodní části kondenzátoru, do sběrače kondenzátu, který je odtud řízeně odváděn kondenzátními čerpadly přes regeneraci k opětovnému využití v parním cyklu.
Hluboké vakuum v kondenzátoru klade vysoké nároky na těsnost celého vakuového systému. I minimální množství přisávaného vzduchu společně s nezkondenzovanými plyny z páry zhoršuje vakuum, zvyšuje tlak a teplotu kondenzace a tím se snižuje využitelný výkon celého turbogenerátoru. Pro dosažení optimálních parametrů v kondenzátoru, musí být tyto plyny ve formě parovzdušní směsi kontinuálně odsávány systémem paroproudých nebo vodokružních vývěv.
Teplosměnné trubky moderních kondenzátorů se často vyrábějí z nerezové oceli.
Teplosměnné trubky jsou vyráběny z ušlechtilých materiálů (nerezová ocel, mosaz, titan), aby se zamezilo jejich nadměrné oxidaci při styku s vodou. Značným problémem velkých kondenzátorů je zanášení trubek na vodní straně, protože chladicí voda nedosahuje takové čistoty jako voda v parním cyklu. Proto musí být vnitřní povrch trubek periodicky nebo kontinuálně čištěn. Kontinuální čištění je nejčastěji založeno na dávkování měkkých čistících kuliček do chladicí vody před kondenzátorem a jejich odchytem po průchodu svazkem trubek.
Kontrola kontinuálního systému čištění trubek kondenzátoru Taprogge v mělnické elektrárně
Vodou chlazené i vzduchové kondenzátory patří mezi povrchové kondenzátory – mezi párou a chladicím médiem se nachází určitá teplosměnná plocha. Dalším typem jsou směšovací kondenzátory, u kterých dochází přímo k míchání páry vystupující z turbíny s chladicí vodou.
Z pohledu umístění kondenzátoru vzhledem k výstupu páry z turbíny můžeme kondenzátory dělit na radiální (uložené příčně nebo podélně pod turbínou), axiální (instalované v ose turbíny) a bokové (umístěné vedle turbíny).
Dělení kondenzátorů může být i podle dalších kritérií, například podle uspořádaní tahů chladicí vody na jednotahové, dvoutahové a vícetahové, nebo podle fyzického rozdělení parního prostoru na jednoprostorové a dělené.
Pára vystupující ze tří nízkotlakých dílů turbíny kondenzuje ve třech identických kondenzátorech. Každý kondenzátor je pružně uložen pod příslušným NT dílem, takže pára opouštějící poslední stupeň turbíny proudí směrem dolů mezi 12 metrů dlouhé horizontální titanové trubky. V jednom kondenzátoru je 31 900 trubek, které spolu tvoří teplosměnnou plochu kondenzace o rozloze asi 23 200 m2.
Žebrovaný kryt vodní komory kondenzátoru ukrývá před účastníky exkurze obrovskou trubkovnici – desku se zaválcovanými konci trubek, kterými protéká chladicí voda.
Uvnitř trubek o průměru 20 mm proudí cirkulační chladicí voda, protlačována přes trubky kondenzátoru výkonnými chladicími čerpadly. Průběžné čištění vnitřních povrchů trubek zajišťuje systém TAPROGGE – malé kuličky z pěnové gumy, přidávané do chladicí vody před kondenzátorem a zachycované po jeho průchodu.
Vnější povrch trubek slouží jako plocha kondenzace. Kapičky zkondenzované páry následně stékají do sběrače kondenzátu, který je potrubím veden do sání kondenzátních čerpadel.