برج خنک کننده چه کاربردهایی در صنعت می تواند داشته باشد؟

پایگاه خبری تحلیلی بازار بورس:

 

شناخت و بررسی کولینگ تاور

برج های خنک کننده راه حلی اثبات شده و مقرون به صرفه برای دفع گرما از آب مورد استفاده در چرخه خنک کاری و فرآیندهای صنعتی ارائه می دهد. در حین کار، آب کندانسور یا آب فرآیند مستقیماً روی سطح انتقال حرارت برج خنک کننده جریان می یابد. با ورود هوا به برج، کسری از این آب تبخیر شده و آب باقیمانده را خنک می کند.

اصل عملیات

برج خنک کننده گرما را از سیستم های خنک کننده با آب به جو دفع می کنند. آب گرم سیستم وارد دستگاه می شود و در سطح پکینگ مدیا (سطح انتقال حرارت) توزیع می شود. هوا از بیرون وارد شده و یا با فشار از طریق سیستم نازل پاشیده می شود، این کار باعث تبخیر بخش کوچکی از آب می شود. این تبخیر گرما را از آب باقیمانده که در حوض آب سرد جمع آوری شده و برای جذب گرمای بیشتر به سیستم باز می گردد، خارج می کند. هر خط برج خنک‌کننده، اگرچه بر اساس یک اصل کلی عمل می‌کند، اما ممکن در چینش بخش ها کمی متفاوت باشد.

 

پیکربندی برج ها

دو پیکربندی اصلی برج های خنک کننده مونتاژ شده در کارخانه وجود دارد: جریان متقاطع و جریان مخالف. در برج های خنک کننده جریان متقاطع، آب به صورت عمودی به سمت پایین جریان می یابد، همانطور که هوا به صورت افقی در سراسر برج جریان دارد. در برج های خنک کننده جریان مخالف، آب به صورت عمودی به سمت پایین جریان می یابد، و در همان زمان هوا به صورت عمودی به سمت بالا جریان می یابد.

 

سیستم توزیع آب

برج‌های خنک‌کننده از سیستم‌های توزیع گرانشی یا اسپری تحت فشار برای توزیع آب بر روی پکینگ استفاده می‌کنند. سیستم‌های گرانشی، که در برج‌های خنک‌کننده جریان متقاطع به کار می‌روند، دارای حوضچه‌های آب گرم هستند که در بالای برج نصب شده‌اند. مجموعه ای از نازل های اسپری در هر حوض آب گرم، آب را به طور یکنواخت روی سطح مدیا توزیع می کند. سیستم های توزیع گرانشی معمولاً به حداقل فشار پمپ نیاز دارند، فلذا می توانند در حین کارکرد دستگاه بازرسی شوند و دسترسی به آنها برای تعمیر و نگهداری معمول و سرویس آسان است.

 

سیستم‌های توزیع اسپری، که در برج‌های خنک‌کننده جریان مخالف به کار می‌روند، دارای مجموعه‌ای از شاخه‌ها یا لوله‌های پی‌وی‌سی هستند که با نازل‌های اسپری در داخل و بالای برج نصب شده‌اند. این سیستم ها معمولاً به فشار آب 2 تا 7 psi در ورودی آب نیاز دارند و لازم است که واحد برای بازرسی و نگهداری از سرویس خارج شود.

 

سیستم فن

جریان هوا از طریق اکثر برج های خنک کننده مونتاژ شده در کارخانه توسط یک یا چند فن مکانیکی تامین می شود. فن(ها) ممکن است محوری یا گریز از مرکز باشد که هر نوع دارای مزایای متمایز خود است. واحدهای فن محوری تقریباً به نصف اسب بخار موتور فن واحدهای فن گریز از مرکز با اندازه مشابه نیاز دارند که صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی ارائه می دهد. جریان هوا از طریق اکثر برج های خنک کننده مونتاژ شده در کارخانه توسط یک یا چند فن مکانیکی تامین می شود. بنابراین فن(ها) ممکن است محوری یا گریز از مرکز باشد که هر نوع دارای مزایای متمایز خود است.

 

بنابراین تا کنون آموختیم که برج خنک کننده دستگاهی برای کاهش دمای آبگرم است. طرز کار برج خنک کننده بر اساس تماس مستقیم یا غیر مستقیم آبگرم و هوا و در نتیجه انتقال حرارت اضافه آب به هوای اتمسفر بنا نهاده شده است. برج خنک کننده یک نوع مبدل حرارتی است که در آن هوای اتمسفر و آبگرم در اثر تماس مستقیم یا غیر مستقیم با یکدیگر تبادل حرارتی انجام داده تا دمای آب کاهش یابد. در واقع دستگاه برج خنک کننده حرارت اضافه آب را گرفته و به هوای اتمسفر منتقل می کند. این دستگاه ها در اشکال و سایزهای مختلف از مدل های کوچک تا بسیار بزرگ با قابلیت حذف هزاران Btu انرژی گرمایی از آب ساخته می شوند که در ادامه انواع آنها را بیان و مزایا و معایب آنها را بررسی می کنیم.

انواع پر کاربرد برج های خنک کننده

1. نوع مدار باز (تر یا مرطوب)
2. نوع مدار بسته (خشک یا هوا خنک)

 

برج خنک کننده مدار باز (یا همان تر یا مرطوب)

منظور از مدار باز این است که آبگرم و هوا تماس و برخورد مستقیم با هم دارند و در نتیجه قسمتی از آبگرم تبخیر شده و به همراه هوا از دستگاه خارج می شود و بنابرین در این نوع از برج ها مصرف آب خواهیم داشت. همچنین از نوع مدار باز نمی توان در مناطق با آب و هوای مرطوب استفاده کرد زیرا وقتی رطوبت هوای محیط بالا باشد، راندمان دستگاه برای خنک کردن آبگرم شدیدا افت می کند.

 

ساختار برج خنک کننده مدار باز یا همان تر (مرطوب) شامل قطعات اصلی زیر است :

1.  پکینگ (Fill)

پکینگ که در شکل زیر نشان داده شده است از جمله مهمترین قطعات برج خنک کننده بوده که آبگرم از بالا بر روی آن ریخته می شود. پکینگ باعث به حداکثر رسیدن سطح تماس مستقیم آبگرم و هوا شده و باید متناسب با آلاینده های آب و محیط، انتخاب گردد که معمولا از فیلم هایی از جنس PVC ساخته می شود. بنابرین هدف از کاربرد پکینگ در برج این است که سطح تماس آبگرم و هوا به حداکثر خود برسد.

پکینگ برج خنک کننده

1.  جدا کننده قطرات آب مخلوط شده با هوا یا همان قطره گیر (Drift Separators)

Drift Separator یا قطره گیر، بین پکینگ و مجموعه موتور فن قرار گرفته و تا حدودی از خروج ذرات آب مخلوط شده با هوا از بالای برج جلوگیری می کند.

1. فن، موتور الکتریکی، شفت منتقل کننده نیرو و گیربکس

موتور الکتریکی و فن در بالایی ترین قسمت برج نصب می شوند و فن با چرخش خود موجب مکش هوا از پایین به سمت بالای برج می شود.

1.  لوله های توزیع آب و افشانک های پاشش آب

افشانک های پاشش آب که آبگرم را بر روی پکینگ از بالا به پایین تزریق می کنند تا آب به طور کامل با هوای مکیده شده توسط فن تماس پیدا کند.

1.  لوورها یا دریچه های ورودی هوا از پایین برج
2.  استراکچر یا بدنه اصلی آن (که معمولا از فایبرگلاس ساخته می شود)
3.  تشتک جمع آوری آب خنک شده در پایین برج
4.  سوپاپ ها و سیستم های کنترلی، الکتریکی و …

 

طرز کار برج خنک کننده مدار باز

طرز کار برج خنک کننده تر (مدار باز) بدین شکل است که آبگرم با پمپ به سیستم توزیع آب موجود در بالای برج ارسال می گردد. آب توسط افشانک هایی (Nozzles) از قسمت بالا بر روی پکینگ تزریق می شود. همزمان با آن، هوا از طریق لوورهایی (ورودی های هوا) از قسمت پایین و کنار برج توسط فن به طرف بالا کشیده می شود و هوا با آبگرم تماس و برخورد مستقیم پیدا می کند. در اثر این تماس، هوا گرمای آب را گرفته و در نتیجه آب سردتر در پایین برج جمع می گردد و از طریق دریچه ای از پایین دستگاه برج خنک کننده خارج می شود تا مجددا به دستگاه صنعتی یا تهویه (چیلر) مورد نظر رفته و عمل خنک کاری را در آن انجام دهد. همزمان با آن، هوا که گرم شده از قسمت بالایی برج خارج می شود. در ضمن در اثر برخورد آب با هوا، بخشی از آب بخار شده و به همراه هوا از بالای برج خارج می شود.

 

1. برج خنک کننده مدار بسته (یا همان خشک یا هوا خنک)

منظور از مدار بسته این است که آبگرم و هوا تماس و برخورد مستقیم با هم ندارند و در نتیجه قسمتی از آبگرم تبخیر نشده و به همراه هوا از دستگاه خارج نمی شود و بنابرین در این نوع از برج ها مصرف آب نخواهیم داشت. در واقع آبگرم از درون یک سری لوله به نام کویل عبور کرده و هوا هم از سطح پیرامونی لوله ها و توسط فن دمیده می شود تا حرارت اضافه آبگرم از جداره لوله ها به هوا منتقل شود. از این نوع می توان در هر شرایط آب و هوایی استفاده نمود و همچنین به جای آبگرم می توان هر نوع گاز یا مایع داغ دیگری را از درون لوله ها عبور داد و آن را خنک نمود. نکته اینکه راندمان نوع مدار بسته نسبت به مدار باز کمتر بوده و قیمت آن نیز بالاتر است.

 

طرز کار برج خنک کننده مدار بسته

مطابق شکل زیر طرز کار برج خنک کننده خشک (مدار بسته) بدین شکل است که آبگرم یا هر گاز یا مایع داغ دیگری که قرار است خنک شود ، وارد ردیفی از لوله ها (کویل) شده و همزمان هوا توسط فن از سطوح پیرامونی کویل مکیده می شود تا حرارت را به خود جذب و به هوای اتمسفر منتقل کند. این دستگاه ها در اشکال مختلف V شکل (مطابق شکل زیر) ، افقی و عمودی ساخته می شوند.