Особенности конденсации пара

В конденсаторах поверхностного типа пар конденсируется не в паровом пространстве, а на поверхности охлаждения, и в зависимости от условий процесса конденсации различают: капельную и плёночную.

Капельная конденсация возможна на несмачиваемых поверхностях и при низких паровых нагрузках. В судовом конденсаторе таких условий нет, т.к. их рассчитывают для действия с высокими паровыми нагрузками. Например, для конденсаторов ГТЗА – 30÷40 кг пара в час на квадратный метр площади охлаждения. При этом трубки конденсатора покрываются плёнкой конденсата. На плёнку конденсата действуют сила тяжести и сила трения паровоздушной смеси. Под действием указанных сил, плёнки смываются на тыльную часть трубок, обрываются и стекают в сборник конденсата. Характерной особенностью конденсации пара в конденсаторах паровых двигателей является присутствие воздуха, который поступает в конденсатор с паром и через неплотности соединений, если конденсатор вакуумный. Воздух в смеси понижает парциальное давления пара. Отсюда следует понижение температуры конденсации и, как следствие, переохлаждение конденсата.

Давление в паровом пространстве конденсатора, допуская погрешность на движение паровоздушной смеси, в соответствии с законом Дальтона можно представить в виде суммы:

,

где:

– давление в любой точке парового пространства,

– порциальные давления пара и воздуха.

Используя уравнения состояния пара и воздуха, получаем:

– массовые расходы пара и воздуха,

– объёмные расходы пара и воздуха.

Величины и в составе паровоздушной смеси взаимообусловлены, а выражение, характеризующее зависимость между величиной этих параметров получают в результате совместного решения выражений для этих параметров.В результате деления левых и правых частей в выражении для и , получаем:

,

и – т.к. пар и воздух в конденсаторе имеют одинаковый объём.

Учитывая, что , и принимая, что – относительное содержание воздуха, получаем:

.

Подставляя в выражения для , получаем:

.

Отсюда парциальное давления имеет вид:

.

Следовательно, величина в любой точке пространства конденсатора зависит от давления смеси в этой точке и относительного содержания воздуха в этой точке. Величина при движении пара (смеси) от горловины к сборнику конденсата понижается, т.к. часть энергии расходуется на преодолении сопротивления трения. В результате при выходе из трубного пучка:

,

где: – паровое сопротивления конденсатора.

При движении паровоздушной смеси и выходе из трубного пучка, пар конденсируется и его масса уменьшается, а масса воздуха остаётся неизменной или увеличивается за счёт подсосов. В результате, при выходе из трубного пучка . В соответствии с указанными изменениями изменяется (уменьшается) и температура конденсации.

Разность

– переохлаждение конденсата,

– температура конденсата.

Причины переохлаждения конденсата:

1. паровое сопротивления конденсатора ,

2. присутствие воздуха.

При переохлаждении увеличивается расход тепла на подогрев воды, и повышается интенсивность кислородной коррозии конденсационных магистралей и паровых котлов. При совместном отводе конденсата и воздуха (вспомогательные конденсаторы). . При раздельном отводе конденсата и воздуха .В регенеративных конденсаторах с раздельным отводом конденсата и воздуха .

Теплообмен в конденсаторах

Теплообмен – процесс передачи тепла от отработавшего пара через поверхность охлаждения охлаждающей воде. Осуществляется конвективным путём и характеризуется тремя выражениями конвективного теплообмена:

1. уравнение баланса тепла по паровой стороне.

2. уравнение теплопередачи.

3. уравнение баланса тепла по водяной стороне.

(1) Выражение баланса по паровой стороне характеризует количество теплоты, переданное паром поверхности охлаждения.

,

где:

– количество теплоты, переданное паром и воздухом.

– величина несущественная, поэтому ею пренебрегаем.

.

– расход пара через конденсатор.

– энтальпия пара на входе и воды на выходе.

Выражение характеристик количества теплоты, переданное через поверхность охлаждения:

(*) ,

(2) , где

– коэффициент, который учитывает влияния кривизны поверхностей охлаждения, которые изготавливаются из труб малого диаметра.

Выражение количества теплоты, переданного поверхностью охлаждения охлаждающей воде:

,

где: – расход воды, – теплоёмкость,

– температуры охлаждающей воды при выходе и входе в конденсатор,

, .