مقاله بررسی انواع برج های خنک کننده

این مقاله در مورد انواع برج های خنک کننده است و به بررسی عملکرد برج خنک کن، سازوکار انتقال حرارت، مشکلاتی مانند رسوب و خوردگی و تفاوت برج های مرطوب، خشک و هیبریدی می پردازد.

درباره برج خنک کن
وظیفه یک برج خنک کن باز، جذب گرما از یک فرایند و دفع آن به فضای اتمسفر است که اساساً این دفع از راه تبخیر صورت می پذیرد. از آن جایی که آب شرکت کننده در فرایند خنک سازی در مدار برج خنک کن سیرکوله شود، به علت تبخیر تدریجی آب، غلظت مواد معدنی در ان افزایش می یابد. وقتی که غلظت مواد معدنی به اندازه دو برابر مقدار اولیه شد، گفته می شود که آب دارای دو سیکل غلظت می باشد. هنگامی که غلظت مواد معدنی در آب به سه برابر مقدار اولیه رسید، آنگاه دارای دو سیکل غلظت می باشد.

کارایی این قسمت برای بهره برداری موثر و اقتصادی بسیار پر اهمیت می باشد. برای اطمینان از حداکثر انتقال حرارت، سطوح اننتقال حرارت باید در حد امکان تمیز نگه داشته شود. اگر غلظت مواد معدنی در برج خنک کن افزایش یابد، امکان تجمع رسوب و خوردگی افزایش می یابد، بنابراین تصفیه آب موجب بهره برداری موثرتر از واحد انتقال حرارت خواهد بود.

سطوح انتقال حرارت، گرمترین نقطه ای است که آب خنک کننده به آن می رسد. حلالیت کربنات کلسیم در آب (CaCO2که در برج خنک کن وجود دارد)، با دما رابطه معکوس دارد، در نتیجه در سطوح انتقال حرارت، امکان نشست رسوب کربنات کلسیم، به وجود می آید. انباشته شدن لایه های رسوب کربنات کلسیم انتقال حرارت را کاهش می دهد و این مساله موجب خوردگی شده و نقاط داقی به وجود می آورد که خود موجب تنش حرارتی خواهند شد، همه این موارد روی بازدهی و عمر مبدل حرارتی تاثیر خواهند گذاشت.

یک روش ابتدایی برای جلوگیری از تشکیل رسوب ، تخلیه بخشی از آب گردش کننده در مدار و جایگزین کردن آن با مقداری آب تازه است که غلظت مواد معدنی در آن کمتر باشد. برای تعیین حداکثر غلظت مواد معدنی که می تواند بدون ایجاد رسوب در آب موجود باشد باید آب جبرانی کاملاً مورد برسی قرار گیرد. هههدف از برنامه تصفیه ی آب این است که تعداد که تعداد سیک های غلظت به حداکثر ممکن رسانده و در این حال تشکیل رسوب، خوردگی و رشد میکروبی را به حداقل برساند. مهمترین عاملی که باید کنترل شود تشکیل رسوب است که به طور معمول به دلیل اشباع ترکیبات کلسیم در آب خنک کن ایجاد می شود.

خدمات رفاهی شهری پالایشگاه نفت، صنایع شیمیایی و بیشتر صنایع دیگر در سیستم های تهویه مطبوع خود و یا براسی خنک کردن یک سیال فرایندی در مبدل حرارتی به مقادیر زیادی آب خنک کن احتیاج دارند. در گذشته، خنک کنندگی با استفاده از از آب های موجود در دریاچه ها، رودخانه ها و یا سیستم های آب شهری نزدیک، بر اساس یک روش ((یک بار گذر)) انجام می گرفت. مشکلاتی مه در این روش به چشم می خورد، مسدود شدن مبدل حرارتی با جامدات معلق (گل ولای) و رشد بیولوژیکی در این تجهیزات بود. هزینه های ناشی از خرابی تجهیزات و محدودیت های فزاینده ی سازمان محیط زیست، موجب شد صنایع به تصفیه آب و استفاده مجدد از آن به کمک برج های خنک کن روی بیاورند. این امر موجب شد که نیاز صنایع به آب تازه کاهش چشمگیری داشته باشد و مقدار گنداب تشکیل شده ی آنها نیز کاهش یابد.

برج ها ی خنک کن
در یک سیستم خنک کننده ی سیرکوله، برای جذب گرمایی که آب در حین عبور از تجهیزات و فرایندهای صنعتی دریافت کرده است، آن را از مبدل های حرارتی، کانال های خنک کننده یا برج های خنک کن عبور می دهند و بعد از خنک شدن دوباره آن را به جهت خنک کردن تجهیزات و فرایند ها به کار می برند. برج های خنک کن سیرکوله، خنک کنندگی را از راه تبخیر آب و همچنین با انتقال حرارت مستقیم به هوا هنگام عبور مستقیم آن از درون برج ایجاد می کنند اصول اولیه کاری این تجهیزات نسبتا واضح است، ولی تجهیزات انتقال حرارت مربوطه به طور گسترده ای به لحاظ قیمت و پیچیدگی باهم متفاوت هستند. به عنوان مثال، در صنایع شمیایی ، به دلیل طبیعت برخی فرایند ها، معمولا به مواد غیر معمول برای ساخت نیاز می باشد. این مساله موجب می شود تجهیزات انتقال حرارت بسیار گران شده و نگهداری مناسب آن نیز از اولویت خوبی برخوردار شود.

اغلب مشکلات برج خنک کن ناشی از ناخالصی آب می باشد. در سیستم های خنک کن معمولا سه مشکل وجود دارد:خوردگی، تشکیل رسوب و رشد بیولوژیکی.

انواع برج خنک کننده :
الف) برجهای خنک کننده مرطوب : WET – COOLING TOWER
برجهای خنک کننده مرطوب حرارت تلف شده به وسیله دستگاه را به وسیله مکانیزمهای زیر به محیط می دهند:
1. بوسیله افزایش حرارت هوای اطراف
2. بوسیله تبخیر بخشی ازآب در حال گردش در سیستم
3. بوسیله افزایش دمای مخزن طبیعی آب جمع آوری سرد شده

برجهای خنک کننده یک سیستم توزیع و پخش آب گرم دارند که آب را بصورت یکنواخت روی یک شبکه کاری مشبک از تخته های افقی نزدیک به هم می باشد که این شبکه ها آکنه نامیده می شوند . آکنه ها آب سرازیر شده از بالای برج را با هوایی که از میان آنها حرکت می کند کاملاً مخلوط کرده بطوریکه آب بصورت یک قطره از یک آکنه به سطح آکنه دیگر توسط نیروی ثقل خود می ریزد .
هوای بیرونی از طریق منافذی که بصورت میله های افقی در اطراف برج قرار دارند وارد می شوند . این میله ها بمنظور نگهداری آب در داخل خود بطرف پائین مایل هستند . در اثر اختلاط آب و هوا ، انتقال حرارت و انتقال جرم اتفاق افتاده و در نتیجه آب سرد می گردد . آب سرد شده در حوضچه بتنی که در انتهای برج قرار دارد جمع آوری شده و سپس بطرف کندانسور پمپ می شود . اکنون هوای مرطوب و گرم از بالای برج خارج می گردد .

برجهای خنک کننده مرطوب بصورت برجهای خنک کننده با کشش طبیعی و برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی دسته بندی می شوند .

ب)برجهای خنک کننده خشک DRY – COOLING TOWER:
در مکانهای که آب کافی برای برج خنک کننده مرطوب وجود ندارد ، می بایست از اتلاف بر اثرتبخیرحداکثر جلوگیری بعمل آورد ، از این نوع برج استفاده می شود .دربرجهای خنک کننده خشک ، آب در حال گردش از میان لوله های پره دار عبور کرده بطوریکه هوای سرد از روی آنها عبور می کند .بنابراین حرارت آب در حال گردش از طریق لوله ها خارج شده و جذب هوای سرد می گردد.
برجهای خنک کننده خشک می توانند با کشش طبیعی و یا با کشش مکانیکی عمل نمایند .یک افشانک هوا که با بخار کار می کند با خارج کردن هوا و سایر گازهای غیر قابل تراکم به برقراری خلا کمک می کند . برای جلوگیری از نشت هوا به داخل دستگاه پمپ گرادیان اصلی فشار در داخل برج را مثبت نگه می دارد .ممکن است قسمتی ازکار پمپ توسط توربین هیدرولیک بازیابی گردد . این عمل پس از خروج آب از برج در مسیر آب فشانه های جتی انجام می گیرد .

فشار متراکم و درجه حرارتهایی که یک برج خنک کننده خشک بکار می برد بطور قابل ملاحظه ای بیشتر از برج مرطوب است . برای دستیابی به فشار بیشتر ، مساحت کوچکتری برای فضای بین دو تیغه آخرین مرحله در بوربین با فشار کم ضروری است . در یک برج خنک کننده خشک با کشش طبیعی ، شناوری هوای گرم شده باعث جریان یافتن هوا در سرتاسر سطوح مولد حرارتی می گردد که برای انتقال حرارت آب داغ به جریان هوا ضروری است . همچنین می توان جریان هوا را با ایجاد کشش القائی یک بادبزن افزایش داد . کشش مکانیکی استفاده شده از یک بادبزن ابعاد برج را تقلیل داده ولی باعث اتلاف انرژی بیشتری در دستگاه می گردد .

برج خنک کننده خشک فقط باعث اضافه شدن انتالپی به هوا می گردد . در نتیجه مشکلاتی از قبیل یخ زدگی که در برج خنک کننده مرطوب در شرایط خاص جوی با آن مواجه است ، ایجاد نمی شود .

ج )برجهای خنک کننده خشک-مرطوب WET-DRY COOLING TOWER :
با توضیحاتی که در مورد دو نوع برجهای قبلی داده شد مشخص می شود که برجهای مرطوب همیشه مقداری آب بصورت تبخیر ، مکش توسط هوا و نشتی مصرف می کنند .همچنین این برج دچار مشکل پراکندن ذرات آب هست .

برجهای خنک کننده خشک مشکلی بر کارکرد نیروگاه بخصوص در موقع گرم شدن هوای محیط تحمیل می کند .
در چنین مواردی برای کاهش عوارض حاصل از دو نوع برج ذکر شده از برجهای خنک کنننده خشک-مرطوب استفاده می شود .
همانطوری که از نام این نوع برجهای خنک کننده استنباط می شود یک برج خنک کننده خشک- مرطوب بوسیله ترکیبی از برجهای خشک و مرطوب عمل می کند . این سیستم دارای دو مسیر هوای موازی و دو مسیر آب سری می باشد .

قسمت بالای برج قسمت خشک می باشد که شامل لوله های پره دار است و قسمت پائین برج دارای آکنه ها است قسمت مرطوب است .
آب گرم پروسس از قسمت فوقانی برج وارد لوله های پره دار شده و ضمن عبور ماپیچ از لوله ها قسمت خشک را ترک کرده و تحت اثر نیروی جاذبه از میان آکنه ها در قسمت مرطوب به حوضچه آب سرد می ریزد .

هوای محیط بصورت دو جریان از میان قسمتهای خشک ومرطوب کشیده می شود .این دو جریان بهم پیوسته و قبل از ترک برج در داخل آن مخلئط می شود . چون اولین جریان بصورت خشک گرم شده و حتی خشک تر از هوای محیط می گردد . در حالیکه جریان دوم بطور معمول اشباع است ، بنابراین مخلوط هوای که برج را ترک می کند زیر اشباع است .

دو فایده مهم برای برجهای خشک و مرطوب وجود دارد :
1. هوای زیر اشباع خروجی ذرات آب کمتری نسبت به برج مرطوب ایجاد نموده و شرایط اقلیمی مطلوب آنها را کاملاً حذف می کند .
2. چون آب در قسمت خشک قبلاً خنک شده است بنابراین افت های ناشی از تبخیر در قسمت مرطوب کاهش یافته است و در نتیجه از مصرف آب جبرانی برای جبران تبخیر آب بطور قابل ملاحظه ای کاسته خواهد شد .

نسبت حرارت گرفته شده در قسنتهای خشک و مرطوب بوسیله دو پارامتر تنظیم می گردد . برای مثال اگر آب مشکل اصلی باشد ، برج را با قسمت خشک بزرگتری نسبت به قسمت مرطوب می سازند . بعلاوه تبخیر را می توان توسط یک کنترل کننده که جریان هوا را از میان قسمت مرطوب تنظیم می کند تغییر داد .

در آب و هوای سرد زمستان برای تقلیل اختلاف دمای ورودی و خروجی آب به برج برای معتدل ساختن دمای آب برگشتی به پروسس، عبور هوا از میان قسمت مرطوب را قطع نموده و برج را بصورت یک برج خنک کننده خشک تبدیل کرد . از طرف دیگر می توان زیر فن یک مانع بصورت یک در تعبیه کرد که می توان از آن در آب و هوای گرم که قسمت خشک برج مشکلی برای کارکرد نیروگاهی ایجاد می کند برای افزایش دمای محیط استفاده کرد .

برجهای خنک کننده خشک – مرطوب در مواردیکه امکان دسترسی به آب هست و نیز نیاز به کاهش مؤثر ذرات باشد مورد استفاده قرار می گیرد .

فهرست مطالب
درباره برج خنک کن
برج ها ی خنک کن
انواع برج خنک کننده
الف) برجهای خنک کننده مرطوب  WET – COOLING TOWER
ب)برجهای خنک کننده خشک DRY – COOLING TOWER
ج )برجهای خنک کننده خشک-مرطوب WET-DRY COOLING TOWER
انواع برجهای سرد کننده آب
انواع برجهای خنک کننده با کشش طبیعی هوا
استخر های آبپاش
خنک کننده های تزئینی
برجهای جوی
برج خنک کننده با کشش طبیعی
انواع برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی هوا
Induced – Draft Tower
Forced – Draft Tower
برجهای کشش اجباری جریان مخالف
Cross – Draft Tower
برج مرطوب ترکیبی
پکینگ
هدف استفاده از پکینگ در برج خنک کننده
خصوصیات پکینگ مناسب
مشخصات فنی
موارد استفاده