Конденсатор (в теплотехнике)

КОНДЕНСАТОР (латинский condenso - сгущать, уплотнять) в теплотехнике, теплообменный аппарат для конденсации (превращения в жидкость) паров различных веществ путём охлаждения. Процесс конденсации пара осуществляется в результате отвода теплоты с помощью охлаждающей среды, как правило, циркулирующей воды. Конденсаторы широко применяются в паросиловых установках на тепловых (конденсационных) и атомных электростанциях (на 1м³ конденсирующегося пара приходится около 50 м³ охлаждающей воды), для конденсации отработавшего в турбинах пара (например, на ТЭС и особенно АЭС потребляется около 600 тысяч м³/ч воды); в турбинах с противодавлением конденсатор отсутствует (весь отработанный пар поступает на производственные нужды). В холодильных и теплонасосных установках конденсаторы используются для конденсации паров различных рабочих тел (например, хладона, аммиака). В химической технологии конденсаторы применяют для получения чистых веществ (дистиллятов). При отсутствии воды для отвода теплоты используют воздух окружающей среды (например, конденсатор паровозов и энергопоездов). В воздухоразделительных установках конденсация паров азота обеспечивается испарением жидкого кислорода - такой теплообменный аппарат называется конденсатор-испаритель.

Конденсаторы  разделяют: по принципу теплообмена (смешивающие и поверхностные), направлению потоков теплоносителя (прямоточные и противоточные), количеству изменений направления (одноходовые, двухходовые и др.). конденсаторы  бывают одноступенчатыми, двухступенчатыми и др.

В смешивающих конденсаторах водяной пар соприкасается непосредственно с охлаждающей водой, конденсируется на поверхности капель воды и стекает вместе с ней в поддоны (откачивается конденсатными насосами). Взаимное расположение потоков пара и воды бывает параллельным или противоточным (наиболее эффективное). Конденсат, смешанный с охлаждающей водой, не пригоден для питания паровых котлов и, несмотря на простоту устройства, применяется только в небольших конденсационных установках паровых машин и холодильных машинах (закрытые радиаторы выполняют функцию охладителей). В мощных паротурбинных электростанциях устанавливаются поверхностные конденсаторы.

В поверхностных конденсаторах нет прямого контакта конденсата с охлаждающей средой (вода, воздух); пар поступает в пространство между трубами и конденсируется на наружной поверхности или наоборот. Наибольшее распространение получили кожухотрубные конденсаторы, в которых охлаждающая вода циркулирует в трубках (так называемые трубные пучки); различают горизонтальные (как правило, для крупных холодильных и теплонасосных установок и электростанций) и более компактные вертикальные конденсаторы. Давление конденсации пара определяется температурой охлаждающей воды (например, на ТЭЦ при температуре охлаждающей воды 20-25 °С давление в конденсаторе составляет 3-5 кПа). Для уменьшения энергозатрат большая часть пара (99-99,5%) конденсируется в так называемой зоне массовой конденсации, остальная - в зоне охлаждения (возможно переохлаждение конденсата, что неблагоприятно сказывается на эффективности установки в целом). Зону охлаждения отделяют перегородкой для повышения скорости движения смеси и улучшения коэффициента теплопередачи. Иногда пар подаётся в объём жидкости и барботирует в виде пузырей. В процессе работы поверхность трубок конденсатора, в которые поступает вода из водоёмов (рек, прудов, озёр и др.), загрязняется биологическими и минеральными отложениями, что ухудшает экономичность работы турбин; во избежание обрастания водяного тракта биологическими организмами охлаждающую воду обычно хлорируют. Большинство современных конструкций конденсаторов позволяет производить механическую очистку части трубок без прерывания работы с отключением части пучков.

Лит.: Турбины тепловых и атомных электрических станций / Под редакцией А. Г. Костюка, В. В. Фролова. М., 2001; Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций / Под редакцией С. В. Цанева. 2-е изд. М., 2006.