20. Kondensatoren und Rückkühlwerke

Zur Schließung des Dampfkraftprozesses ist thermodynamisch die Niederschlagung des aus der Turbine strömenden Abdampfes in einer Kondensationsanlage erforderlich. Das niedergeschlagene Kondensat wird über eine Speisewasserpumpe wieder dem Dampferzeuger zugeführt, was den dauernden Ersatz und die teure Aufbereitung des Arbeitsfluides erspart. Der Kondensator stellt physikalisch die Umkehrung des Verdampfungsprozesses dar, bei dem eine große Änderung des spezifischen Volumens des Arbeitsfluides auftritt. Durch den Einsatz eines Kondensators können im Gegensatz zur offenen Dampfkraftanlage sehr niedrige Abdampfdrücke ermöglicht werden, was thermodynamisch für den Wärmekraftprozess günstig ist. In diesem Fall kann die im Kondensator übertragene Abwärme aufgrund ihres geringen Temperaturniveaus nicht mehr weiter sinnvoll genutzt werden. Bei einem Heizkondensator, der mit höheren Gegendrücken arbeitet, wird die Abwärme hingegen nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung energetisch verwertet.

Kondensatoren stellen für den Dampfkraftprozess die entscheidenden Wärmesenken dar, aber in der Regel muss der vom Abdampf abgegebene Wärmestrom noch durch geeignete Rückkühlwerke an die Umgebung abgeführt werden. Kondensator und Rückkühlwerk stellen das sog. „kalte Ende“ des Dampfkraftprozesses dar. Die enge Verbindung zwischen einem wärmetauschenden System (Kondensator) und einer Turbomaschine muss bei der Konstruktion von Dampfturbinen beachtet werden. Eine Dampfturbine kann nur gemeinsam mit dem Kondensator und der Rückkühlung sinnvoll ausgelegt werden. Für die Effizienz des Dampfkraftprozesses ist in der Praxis gerade das „kalte Ende“ relevant, wo zudem meist auch die höchsten Optimierungsreserven liegen. Aus diesem Grund befasst sich dieses Buch über Dampfturbinen explizit mit Kondensatoren und Rückkühlwerken, obgleich diese – wie die Dampferzeuger – für sich gesehen zur Klasse der Wärmeübertrager zählen. Nach einer allgemeinen Übersicht behandelt dieses Kapitel die wärmetechnische Auslegung der Kondensatoren und der Rückkühlwerke näher. Auf Basis dieser Grundlagen kann dann die für die Praxis wichtige Auswahl und Auslegung des „kalten Endes“ nachvollzogen werden.