8. Тепловые процессы в конденсаторе

­ В конденсатор, как отмечалось выше, поступает не чистый пар, а смесь пара с неконденсирующимися газами (в основном с воздухом), которую принято называть паровоздушной смесью. Отношение количества воздуха G_в , попадающего в конденсатор, к количеству конденсируемого пара G_к называют относительным содержанием воздуха ε. Значение ε зависит от качества монтажа и ухода за конденсационной установкой, ее типа, мощности, нагрузки, конструктивных размеров и других факторов.

Присутствие воздуха в конденсаторе отражается на тепловых процессах. Рассмотрим влияние присосов воздуха на распределение парциальных давлений в конденсаторе. Предположим, что в конденсатор (рис. 3.) при установившемся режиме поступает пар (G_к) и воздух (G_в) при давлении р_к (р_к — давление в приемном патрубке, которое называют давлением в конденсаторе).

Применяя закон Дальтона к движущейся в конденсаторе паровоздушной смеси, имеем

р_к=р_п+р_в

где р_п, р_в — парциальные давления пара и воздуха в паровоздушной смеси.

Связь между параметрами воздуха и пара, образующих паровоздушную смесь, с достаточной точностью описывается уравнениями идеального газа:

р_вV_в=G_вR_вT_в; р_пV_п=G_пR_пT_п (2)

­ Рис. 3. Изменение параметров паровоздушной смеси в конденсаторе:

a — изменение парциального давления пара р_п и давления в конденсаторе р_к; б — изменение температуры пара t_п и относительного содержания воздуха ε

где V_в; V_п; T_в; T_п— соответственно объемы, м³/с, и температуры, К, протекающих в конденсатор воздуха и пара; R_в = 0,287 кДж/(кг∙К), R_п = 0,4618 кДж/(кг∙К) — газовые постоянные воздуха и пара.

Разделив почленно уравнения (2) при V_в = V_п и Т_в = Т_п (объемы и температуры находящихся в смеси воздуха и пара соответственно равны между собой), получим

р_в/р_п=0,622ε (3)

Совместным решением уравнений (1) и (3) устанавливается связь между парциальными давлениями пара и воздуха в паровоздушной смеси или зависимость парциального давления пара р_п от давления в конденсаторе р_к и относительного содержания воздуха ε:

При входе в конденсатор относительное содержание воздуха очень мало и парциальное давление пара р_п , подсчитанное по (4), практически оказывается равным давлению в конденсаторе р_к (рис. 3, а). По мере движения паровоздушной смеси через конденсатор к месту отсоса пар конденсируется и относительное содержание воздуха ε растет. Вследствие этого парциальное давление пара р_п в соответствии с (4) падает.

Вместе с тем давление в зоне отсоса меньше, чем на входе в конденсатор (р'_к < р_к ). Разность давлений на входе в конденсатор и выходе из него Δр_к =р_к -р'_к называется паровым сопротивлением конденсатора.

Условия теплопередачи в начальной и конечной стадиях процесса конденсации различны, для каждой из них в конденсаторе имеется своя теплообменная поверхность: зона массовой конденсации, обеспечивающая протекание первого этапа процесса, при котором конденсируется основная масса пара, и воздухоохладитель, предназначенный для снижения количества отсасываемого пара в паровоздушной смеси.

Переохлаждение конденсата — это разность температуры насыщенного пара t_п при давлении паровоздушной смеси р_к на входе в конденсатор и температуры конденсата t_к при выходе из конденсатора Δt_к = t_п - t_к (рис. 3, б). Переохлаждение конденсата зависит от конструкции конденсатора, его нагрузки, температуры охлаждающей воды и др.

• Переохлаждение конденсата приводит к потере теплоты, затрачиваемой на последующий нагрев конденсата , а главное — сопровождается возрастанием количества растворенного в конденсате кислорода,

• Температура конденсата t_к, находящегося в конденсатосборнике, может быть равна температуре пара t'_п, а переохлаждение конденсата может достигать 3—5 °С. Для конденсаторов, в которых к конденсатосборнику имеется свободный доступ пара (регенеративные конденсаторы), Δt_к =0 ... 1 ^oC, для других конденсаторов Δt_к =3 ... 5 °С.

• Для уверенной деаэрации, особенно при малых расходах пара, многие конденсаторы снабжаются деаэрационньши конденсатосборниками струйно-барботажного типа.