برج خنك كننده تر

در يك سيستم خنك كننده تر، براي خنك كردن سيال داغ که آب می باشد از هوا به عنوان سيال خنك كننده استفاده  مي شود. به این صورت كه سيال داغ از بالا و هوا از پایین جریان دارد، از برخورد این دو سیال خنك سازي صورت مي گيرد عبور هوا ممكن است بصورت طبيعي و يا اجباري توسط يك سري فن، انجام شود.

مكانيسم خنك سازي سيال داغ در سيستم هاي تر علاوه بر انتقال حرارت به طريق هدایتی و جابجايي، از عامل اصلي خنك سازي یعنی پديده تبخير نیز استفاده می شود. پس حداقل دمايي كه در خنك سازي براي سيال سرد مي توان به آن دست يافت دماي حباب مرطوب است.

برج خنك كننده خشك

در يك سيستم خنك كننده خشك، براي خنك كردن سيال داغ از هوا به عنوان سيال خنك كننده استفاده مي شود. در اين گونه سيستم ها سيال خنك كننده كه هوا مي باشد با سيال داغ كه باید خنك شود تماس مستقيم ندارد. به این صورت كه سيال داغ كه ممكن است آب داغ و يا بخار باشد از داخل يك سري لوله پره دار عبور داده مي شود و با عبور جريان هوا از روي اين لوله ها، خنك سازي صورت مي گيرد. عبور هوا از روي اين لوله ها، ممكن است بصورت طبيعي و يا اجباري توسط يك سري فن، انجام شود. در صورتيكه هوا بصورت اجباري و با كمك فن از روي لوله ها جريان يابد اين عمل به دو صورت فن دمنده و يا فن مكنده مي باشد. از آنجایي كه در سيستم هاي خنك كنند ه خشك از هوا به عنوان سيال خنك كننده استفاده مي شود بر خلاف سيستم هاي خنك كننده تر، احتياجي به دسترسي به منابع آبي نمي باشد، پس در مناطقي كه با كمبود آب روبرو هستند و يا هزينه آب بالاست استفاده از سيستم هاي خشك مقرون به صرفه مي باشد.

مكانيسم خنك سازي در سيستم هاي خشك همانند مبدلهاي حرارتي است، يعني انتقال حرارت به طريق جابجايي، باعث خنك شدن سيال داغ مي شود، برخلاف سيستم هايی که عامل اصلي خنك سازي در آنها پديده تبخيراست. پس حداقل دمايي كه در خنك سازي براي سيال سرد مي توان به آن دست يافت دماي حباب خشك محيط است نه دماي حباب مرطوب. همانطور كه میدانيم در اكثر موارد، دماي حباب خشك بيشتر از دماي حباب مرطوب است، پس بازدهي يك برج خشك به خصوص در روزهاي گرم كه دماي هوای محيط بالاست، نسبت به يك برج مرطوب كمتر است.

برج خنك كننده خشك مستقيم

يكي از بيشترين موارد مورد استفاده در سيستمهاي خنك سازي خشك، روش مستقيم است كه مانند رادياتور ماشين عمل مي آند. در اين روش، بخار خروجي از توربين وارد يك سري لوله پره دار شده و هوا توسط فن بر روي اين لوله ها دميده مي شود و بخار داخل لوله ها را خنك مي کند. در سيستم خنك سازي خشك مستقيم که به آن كندانسور هوايي نيز گفته مي شود، مجموعه لوله هايي که بخار از داخل آن عبور مي کند به ACC و يا   (Air- cooled condenser)قرار گرفته است و درون يك ساپورت فلزي قرار دارد. بخار خروجي از توربين به داخل مجموعه لوله ها A شكل هدايت شده و هوا نيز بر روي آنها دميده مي شود، با عبور هوا عمليات خنك سازي انجام می گيرد و در نتيجه بخار کندانس شده و به مايع تبديل مي شود. اين مايعات جمع آوري شده و به سيكل توليد بخار فرستاده مي شود. کانالي که بخار را به سمت كندانسور هدايت مي کند بایددارای طول کم و قطر زياد باشد تا افت فشار را به حداقل برساند.

سيستم خنك كننده خشك غيرمستقيم

در روش غيرمستقيم، بخار خروجي از توربين ابتدا در داخل يك كندانسور توسط آب به عنوان سيال خنك كننده، كندانس شده و به مايع تبديل مي شود. آب گرم وارد يك سري لوله هاي پره دار شده و با دميدن هوا بر روي لوله ها خنك مي شود و دوباره به سيستم برگردانده مي شود. چون در اين سيستم ها از يك سيال واسطه كه همان آب است درخنك سازي و تبديل بخار به مايع در داخل كندانسور استفاده مي شود و مستقيماً از هوا استفاده نمي شود به آن سيستم غير مستقيم اطلاق مي گردد. بسته به نوع كندانسور كه در اين قبيل سيستم ها مورد استفاده قرار م يگيرد روش خنك سازي خشك غيرمستقيم به دو صورت انجام مي شود  :

1.       سيستم خنك كننده خشك غيرمستقيم با استفاده از كندانسور سطحي

2.       سيستم خنك كننده خشك غيرمستقيم با استفاده از كندانسور پاششي)جت يا تماس مستقيم(

در اولين روش كه از كندانسور سطحي استفاده مي شود، بخار خروجي از توربين وارد كندانسور شده و با عبور از روی لوله هاي حاوي آب خنك كننده، بصورت كندانس در مي آيد ودر اثر انتقال حرارت آب موجود درون لوله ها گرم می گردد، سپس آب گرم خروجي از كندانسور به سمت برج خنك كننده  فرستاده شده و با عبور از يك سري لوله هاي پره دار، توسط دميده شدن هوا بصورت طبيعي و يا اجباري سرد مي شود.

در دومين روش از كندانسور پاششي يا تماس مستقيم استفاده مي شود. در اين نوع، بخار خروجي از توربين وارد كندانسور شده و با آب سرد كننده  مخلوط مي گردد. آب سردكننده  باعث كندانس شدن بخار خروجي از توربين مي شود آب سرد كننده و بخار تقطير شده در انتهاي كندانسور جمع آوري و مقداري از آن توسط پمپ گردشي به برج خنك آن برگردانده شده و در آنجا توسط دميده شدن هوا، سرد مي شود. مابقي آب هم به سمت تغذيه آب نيروگاه رفته و به بويلرها براي توليد بخار فرستاده مي شود. اين نوع از سيستم خنك کننده خشك، سيستم هلر (Heller) ناميده مي شود.

 

 

مزایا:

1- در يك سيستم خنك كننده خشك، برای خنك سازي از هوا استفاده می شود و نيازي به سيال سردكننده  نيست و در نتيجه ميزان مصرف آب در مقايسه با سيستمهاي خنك كننده مرطوب بسيار کمتر است. بنابر اين در مناطقي كه با مشكلات كمبود آب مواجه هستند استفاده از اين سيستم ها توصيه مي شود.

2- در كارخانجاتي كه از سيستم خنك سازي خشک استفاده مي كنند بدون توجه به دسترسي به منابع آبي مي توان كارخانه را در هر محلي تأسيس نمود.

3- قسمتهاي مختلف برج خشك، قابل تعويض جزء به جزء مي باشد، لذا انتخاب اجزاي ارزان قيمت باعث كاهش ميزان سرمايه گذاري اوليه مي شود و به كمك پيشرفت سريع تكنولوژي، در دوره هاي كوتاه، مي توان براي تعويض اجزاء اقدام نمود.

4- از آنجائيكه سيستم های خشک ازآب به عنوان سيال سرد کننده استفاده نمی کنند پس احتياج به افزودن مقادير زياد مواد شيميايي جهت تصفيه آب ندارند و همينطور به دور ههاي تميز كاري مانند سيستمهاي مرطوب نيز نياز نمی باشد.

5- سيستم های خنک کننده خشک، باعث آلودگی منابع آبی نمی گردند که اين آلودگی ها درسيستم های تر شامل آلودگی شيميايی و آلودگی حرارتی منابع آب می باشد.

6- برج خنك كننده  خشك، اثرات نامطلوب زيست محيطي مانند تشكيل ابر و بخارات قابل رؤيت كه ناشي از پديده تبخير در برج های خنک کننده مرطوب می باشد را ندارد.

معایب:

1- در سيستمهاي خشك، ميزان خنك سازي بر مبناي دماي حباب خشك محيط مي باشد يعني حداقل دماي سيال خنک شده به دماي حباب خشك محيط نزديک می شود پس ازآنجائيكه دماي حباب خشك معمولاً از دماي حباب مرطوب هوا بيشتراست، پس كارايي برجهاي خشك مخصوصاً در روزهاي گرم كمتر از برج مرطوب است.

2- در سيستمهاي خشک مستقيم چون خلاء وجود دارد مسئله نشت هوا يك مشكل اساسي است.

3- در برجهاي خنك كننده  خشك از هوا به عنوان سيال خنك كننده  استفاده مي شود و اساس انتقال حرارت به روش جابجايي است نه تبخير، پس در مقايسه با سيستمهاي مرطوب بایدحجم هواي بيشتري از سيستم انتقال داده شود يعني برجهاي خنك كننده خشك احتياج به سطح انتقال حرارت بيشتري دارد لذا ابعاد آن در مقايسه با برج مرطوب بزرگتر است.

4- سيستمهای خنك كننده  خشك معمولاً بزرگتر و از لحاظ مكانيكي پيچيده تر از سيستم مرطوب است علاوه بر سطح انتقال حرارت بيشتر، سيستم خشك احتياج به تعداد فن بيشتري براي عبور هوا دارد. يعني تعداد الكتروموتور، گيربكس و شفت متحرك بيشتر می خواهد.

5- سيستم هاي خشك احتياج به سرمايه گذاري اوليه بيشتري دارد.

برجهای خنک کننده ترکيبی ( Hybrid cooling tower)

به طور کلی از اين گونه برجهای خنک کننده در مناطقي استفاده مي شود كه مشكل تامين آب وجود داشته و همچنين نياز به خنک کردن آب تا دمايی بيش از آنچه که در يک برج خنك كننده خشك صورت مي گيرد، باشد. اين نوع از سيستمهای خنک کننده خشک )غير تبخيری ( می باشند وعملکردآنها بستگی مستقيم به دمای محيط دارد.

برجهای خنک کننده ترکيبی، دارای ظاهری شبيه به برجهای خنک کننده با كشش طبيعي يا natural draft  هستند كه در مقايسه با آنها stack کوتاهتری دارند. اما در داخل اين برج ها از فن هاي كشش مكانيكي استفاده شده است تا شدت جريان هوا افزايش يابد. لذا گاهی آنها را" برجهای خنک کننده با کشش طبيعی مجهز به  فن" مي ناميد. يكي از اهداف اصلی طراحی اين نو ع برج، كاهش توان مورد نياز براي حركت جريان هوا مي باشد، چرا كه اين گونه از برج ها همانند برجهای با جريان متقاطع، دارای فن و صفحات مشبك ورود هوا يا louver براي عبور هواي خنك به داخل بوده و هم اينکه مانند برجهای با کشش طبيعی دارای يک stack با ساختار هذلولوی هستند که باعث کشش هوای گرم به خارج از محيط برج می گردد و از آنجايی كه محل خروجي هواي گرم در بالاي stack با لوور فاصله دارد، مشكل ورود هوای گرم به داخل برج نيز به شدت کاهش می يابد. بنابراين قدرت مکش بالا در اين نوع از برجهای خنک کننده، استفاده از آنها را به لحاظ بازدهی و مسائل اقتصادی توجيه پذير می نمايد.

اساس کار اين گونه از برجها به اين صورت است كه ابتدا آب خنك گرم شده از درون مجموعه لوله ها عبور كرده و وارد قسمت خشک برج می گردد که دراينجا حرارت آب بوسيله يك فن مكنده كه درون stack برج قرار دارد، گرفته شده و به بيرون فرستاده می شود که به اين صورت خنک سازی اوليه انجام می گيرد. آب پس از عبور از بخش خشك توسط سيستم توزيع کننده وارد قسمت تر برج می گردد که در اين بخش بوسيله هواي ورودي از لوورها و توسط فرآيند تبخير باز هم خنك تر مي شود. سپس هواي گرم شده در قسمت خشك به همراه بخار خارج شده از بخش تر توسط ساختار هذلولوی stack برج به بيرون كشيده مي شوند. بنابراين ملاحضه مي شود استفاده از سيستم هاي خنك كننده ترکيبی، معايب و نواقص اساسی سيستمهای تر و خشک را تا حدود زيادی بر طرف می نمايد.

يکی از مشکلاتی که برای برجهای خنک کننده تر در آب و هوای سرد و مرطوب ايجاد می شود توليد ابر و مه در آنها      می باشد، بنابراين با اضافه کردن يک قسمت خنک کننده خشک به اين سيستم ها مي توان بخار آب ناشي از كندانس را از آنها خارج نمود.

همچنين يکی از مشکلاتی که برجهای خنک کننده خشک دچار آن می شوند، کاهش بازدهی آنها در آب و هوای گرم می باشد، لذا با اسپری کردن آب و ايجاد خنک سازی تبخيری دردماهای بالا، می توان بازدهی اينگونه سيستمها را افزايش داد.

بنابراين ملاحظه می شود که ترکيب سيستمهای خنک کننده تر و خشک به بقای آب کمک می کند به طوريکه مصرف آب را در حدود 20% در مقايسه با سيستمهای خنک کننده تر کاهش می دهد.

برجهاي خنك كن از نوع مکش طبيعي  (Natural Draught Type)

در اين نوع برج هوا بطور طبيعي باجريان آزاد در دسترس قرار گرفته و هواي گرم شده درون برج ، دانسيته كمتري نسبت به هواي سرد بيرون برج دارد به علت وجود اين اختلاف دانسيته هواي سنگين و سرد محيط از قسمت زيرين وارد برج شده و هواي گرم را از قسمت فوقاني برج به بيرون مي‌راند . لذا يك گردش طبيعي در برج بوجود مي‌آيد .

براي اينكه سرعت هوا زياد شود و دبي لازم براي خنك كردن آب را بوجود آورد , بايد اختلاف دماي هواي گرم و هواي سرد زياد بوده و در ضمن ميزان هواي گرم بالاي برج هم به اندازه كافي باشد لذا اين گونه برجها اولاً بسيار بزرگ هستند و در ثاني براي مواردي كه دماي آب هميشه بالاست مورد استفاده قرار مي‌گيرند .

از لحاظ ساختاري اين برج ها فاقد بست و بند در برج می باشد و فقط تعداد زيادي سوراخ هاي پخش‌كن آب در بالاي آن نصب گرديده است. نوع ديگر آن داراي بست و بندهاي چوبي است كه راندمان بهتري را داراست در ضمن همانطور كه گفته شد به دليل بزرگ بودن اين برج ها (بلند و باريك) پمپ هايي با فشار زياد جهت پمپاژ آب در بالاي برج مورد نياز است .

 

برجهاي خنك كن از نوع مکش القايي (Mechanical Draught )

در برجهاي خنك‌كن با مکش مكانيكي از يك فن مكانيكي براي به جريان درآوردن هوا استفاده مي‍ كنند. وجود فن باعث   می شود كه بتوان در يك برج كوچك دبي زيادي از هوا را عبور داد و بنابراين بازده حرارتي اين برج ها در مقايسه با نوع مکش طبيعي بيشتر خواهد بود و علاوه بر آن داراي حجم كوچكتري نسبت به نوع طبيعي مي‌باشند. برجهاي خنك كن مكانيكي بر اساس روش به جريان درآوردن هوا درون برج به دو دسته تقسيم مي‌شوند :

1.      نوع مكنده  Induced Draught

2.       نوع دمنده    Forced Draught

برجهای خنک کننده با فن دمنده (Forced draft cooling tower )

دراين گونه از برجهای خنک کننده، فن درقسمت ورودی هوا به درون برج و در بخش تحتانی آن قرار دارد و هوا را به درون برج می دمد، به همين جهت سرعت جريان هوا در پايين برج و در قسمت ورودي، در مقايسه با سرعت هوا در بالای برج بسيار بيشتر می باشد.

ازآنجايی که سرعت هوا در قسمت خروجی خيلي كم است، اين نوع از برج ها بسيار در معرض خطر برگشت هواي گرم و مرطوب به قسمت ورودی می باشند که به اين پديده "Recirculation" گفته می شود. بنابراين برجهای دمنده در مقايسه با برجهای مکنده از نظر عملکرد حرارتی و راندمان در سطح پايين تری قرار دارند. همچنين هنگام كاركرد در شرايط جوی با دمای پايين، احتمال يخ زدگی بسيار زياد می باشد.

اين گونه از برج ها به دمنده هاي نوع گريز از مركز (Centrifugal ) مجهز مي باشد كه در مقايسه با فن هاي نوع     پروانه ای احتياج به توان بيشتری دارند، اما داراي اين مزيت هستند كه در برابر فشار استاتيك كانل هاي درون برج تواناتر  می باشند.

اساس کار اين نوع برج ها به اين صورت است که آب گرم ورودي به برج توسط سيستم توزيع كننده بر روي پركن ها پاشيده می شود تا سطح تماس بيش تری بين آب و هوا ايجاد گردد .همچنين فن دمنده نيز هوا را از پايين برج به سمت بالا     می فرستد. به اين ترتيب تبادل حرارت بين آب و هوا بر پركن ها انجام مي پذيرد و حرارت گرفته شده از آب در نهايت از بالاي برج خارج مي گردد. در اين برج ها نيز قطره برگردان ها براي جلوگيري از خروج قطرات آب در قسمت بالای برج تعبيه شده است.

مزايا:

1- به دليل نصب قطعات دوار درقسمت پايين برج، ارتعاش کمتر است.

2- اجزا پروانه درمقايسه با ديگر برجها در مسير جريان خشک هوا قرار دارد.

3- قرارگرفتن اجزا پروانه در زير برج عمليات بازرسی و تعميرات را آسان می سازد.

4- پروانه ای که هوای محيط را به حرکت در می آورد به نيروی کمتری نسبت به پروانه هايی که بصورت مکنده عمل می کنند، نياز دارد.

معايب:

1- برای ظرفيت مشابه، نسبت به برجهای مکنده احتمال بازگشت هوای گرم بيشتراست.

2- درهنگام زمستان، احتمال يخ بستن روی ورودی پروانه ها وجود دارد. اگر کانال پروانه را با زاويه ای ناچيز تنظيم کنيم بطوريکه آب به راحتی به درون حوضچه بازگردد، ميزان يخ زدگی به حداقل می رسد.