Конденсатор (в теплотехнике)
Конденса́тор (от лат. 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 (ТЭС; конденсационных) и атомных (АЭС) электростанциях (на 1 м3 конденсирующегося пара приходится около 50 м3 охлаждающей воды), для конденсации отработавшего в турбинах пара (например, на ТЭС и особенно АЭС потребляется около 600 000 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 химических технологиях конденсаторы применяют для получения чистых веществ (дистиллятов). При отсутствии воды для отвода теплоты используют воздух окружающей среды (например, конденсаторы 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, непригоден 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 (т. н. 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 конденсаторах составляет 3–5 кПа). Для уменьшения энергозатрат бо́льшая часть пара (99–99,5 %) конденсируется в т. н. 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.