Luftgekühlter Kondensator

Kraftwerk Rye House in England mit LuKo (rechts im Bild)

Mittig der gelbe LUKO eines Biomasseheizkraftwerkes mit der Vakuumabdampfleitung

Detailaufnahme des LUKO's vom Biomasseheizkraftwerk Mödling

Ein Luftgekühlter Kondensator (kurz Luftkondensator oder Luko) ist ein Wärmeübertrager, der für die Kondensation von Fluiden eingesetzt wird, wobei die Kondensationswärme an einen Luftstrom übertragen wird.

Arbeitsprinzip

Das dampfförmige Medium wird durch Rippenrohre geleitet, die von Luft umströmt werden. Die Luft kühlt die Rohrwände ab, sodass der Dampf daran kondensieren kann. Die Wandtemperatur und damit die Lufttemperatur muss hierzu unter der Kondensationstemperatur des Dampfes liegen. Zur Kondensationstemperatur von Dämpfen gehört ein Kondensationsdruck, der sich im Dampfraum des Kondensators einstellt. Er bildet zusammen mit der Temperatur den Kondensationspunkt. So kondensiert Wasser bei einem Druck von 1 bar und einer Kondensationstemperatur von 100°C.

Um einen Luftkondensator auszulegen müssen folgende Größen bekannt sein:

• Standort mit Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und Lufttemperatur
• Dampfmenge
• Dampftemperatur
• gewünschter Kondensationsdruck

Anwendung

Luftkondensatoren werden in Kraftwerken eingesetzt um den Abdampf nach der Dampfturbine zu kondensieren. Je niedriger der erreichbare Kondensationsdruck, umso besser ist der Wirkungsgrad der Turbine. Kondensationsdruck bzw. Kondensationstemperatur werden durch die Umgebungstemperatur eingeschränkt, das heißt das Medium kann nicht weiter als auf Umgebungslufttemperatur abgekühlt werden. Luftkondensatoren kommen immer dann zur Anwendung, wenn nicht ausreichend Kühlwasser zur Verfügung steht. In Kälteanlagen finden Luftkondensatoren Anwendung zur Rückverflüssigung des Kältemittels (Beispiel: Kühlschrank; siehe auch Verflüssiger).

Aufbau

In der Regel bestehen Luftkondensatoren aus Rohrbündeln, die von dem dampfförmigen Medium durchströmt werden und einem Ventilator, der für die Umströmung des Rohrbündels mit Umgebungsluft sorgt. Bei einfachen Luftkondensatoren wird auf einen Ventilator verzichtet. Als Antrieb für die Luftströmung wird dann die natürliche Konvektion genutzt.

Da Luft einen niedrigen Wärmeübertragungskoeffizienten hat, ist auf der Luftseite eine große Übertragungsfläche notwendig um die Wärme abführen zu können. Deshalb werden für Luftkondensatoren häufig berippte Rohre eingesetzt. Luftkondensatoren sind immer deutlich größer als flüssigkeitsgekühlte Kondensatoren gleicher Leistung.

Luftkondensatoren weisen höhere Kondensationstemperaturen als Verdunstungskondensatoren auf. Da bei der zweiten Variante die Verdampfungsenthalpie von eingedüstem Wassers zusätzlich genutzt wird sind so Kondensationstemperaturen möglich, die unterhalb der Lufttemperatur liegen. Somit haben Anlagen mit Verdunstungskondensatoren höhere Wirkungsgrade als Anlagen mit Luftkondensatoren. Der Vorteil der Luftkondensatoren liegt in der einfacheren Wartung. Eine Regelung, Aufbereitung und Konditionierung des Sprühwassers entfällt. Die berippten Wärmetauscherflächen müssen allerdings regelmäßig gereinigt werden, da Staub und organische Partikel sich auf den Austauschflächen ablagern und den Wärmeübergang verschlechtern. Bei größeren Kraftwerken werden Reinigungsanlagen mit Wassersprühdüsen fest installiert, die auf einem Schlitten verfahren werden.

Kraftwerke

Die Luftkondensatoren in Kraftwerken (kurz: LuKo) mit Kondensationsturbinen arbeiten im Unterdruck, der dem Sattdampfdruck bei Kondensationstemperatur entspricht. (Kondensationstemperatur 35°C: Kondensationsdruck: 0,05 bar (absolut)). Es sind Einrichtungen zur Absaugung störender Luft durch kleine Leckagen oder beim Anfahren des Dampfkessels notwendig. Für die Evakuierung und Luftabsaugung werden Dampfstrahler und oder Wasserringpumpen eingesetzt. Das anfallende Kondensat wird in dem Kondensatbehälter gesammelt und mittels Kondensatpumpen zurück in den Speisewasserbehälter gefördert und kann in dem Kraftwerksprozess wieder genutzt werden.

Kältetechnik

Luftkondensatoren in Kälteanlagen werden als Verflüssiger bezeichnet. Bis auf Kleinanlagen (Kühlschränke) werden immer Lüfter zu Erhöhung des Luftmassenstroms eingesetzt. Bei größeren Anlagen werden drehzahlgeregelte Lüfter eingesetzt, die über die Kondensationstemperatur geregelt werden.

Weblink

Animation zur Funktionsweise eines Luftkondensators in einem Kraftwerk