برج خنک کننده

برج خنک کننده

برج خنک کننده یکی از مهم‌ترین اجزای موجود در برج خنک کننده صنایع و یا سیستم ‌های تهویه ‌ی هوای ساختمان ‌ها هستند. برج خنک کننده بسته به نوع کاربرد، عملکرد و یا جنس بدنه می‌توانند انواع مختلفی داشته باشند. اما اکثر این برج ‌ها از جهات مختلفی شبیه به یکدیگر عمل می‌کنند. در واقع برج خنک کننده برای خنک کردن آب مورد استفاده قرار می‌گیرند.

آبی که در سیستم‌ های تهویه و یا کارخانه ‌های مختلف برای خنک کردن سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرد، در حین گردش در سیستم، داغ شده و باید به نحوی گرمای آن گرفته شود تا دوباره به چرخه ‌ی خنک کردن سیستم باز گردد.

در این موارد آب داغ شده، از طریق لوله‌ کشی به سمت برج خنک کننده هدایت می‌شود. در پایین برج خنک کننده، یک پمپ قرار دارد که آب را از پایین برج به سمت بالا پمپ می‌کند. هنگامی که آب به بالای برج می ‌رسد، از بالا به آرامی رها می‌شود. آب در مسیری که از بالای برج به پایین می‌ریزد، در اثر برخورد با هوا گرمای خود را از دست می ‌دهد.

در این مسیر صفحه ‌های مشبکی وجود دارند که آب در عبور از آن ‌ها پخش ‌شده و به قطرات ریز تبدیل می ‌شود. این امر به خنک کردن آب کمک می‌کند. در نهایت آب به پایین برج خنک کننده می ‌رسد و در آنجا در یک حوضچه جمع‌ آوری می ‌شود تا دوباره توسط لوله‌کشی به سیستم اصلی برای خنک کردن باز گردد. در این میان هوای داخل برج خنک کننده نیز که گرم شده، از طریق فن ‌های تعبیه شده در بالای برج خنک کننده به سمت بیرون هدایت می‌شود و هوای تازه از طریق منافذ وجود در دیواره ‌های برج وارد می ‌شود.

چرا از برج‌ خنک‌ کننده در صنایع گوناگون استفاده می ‌شود؟

در کارخانه‌ ها و یا کارگاه ‌های تولیدی کوچک و بزرگ، برای راه ‌اندازی تجهیزات مختلف از سوخت و سایر انواع انرژی استفاده می ‌شود. معمولاً انرژی مصرفی در این کارخانه ‌ها به انرژی مکانیکی برای به حرکت درآوردن موتور، توربین و یا سایر تجهیزات مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این چرخه ‌ی تبدیل انرژی، به طور مداوم گرمای زیادی در کارخانه ‌ها و کارگاه‌ ها تولید می‌ کند. درصورتی‌ که سیستم‌ های یادشده، به طور منظم خنک نشوند، کارایی و میزان مصرف انرژی در این صنایع بسیار بالا می ‌رود. حتی ممکن است در اثر بالا رفتن دما، آسیب‌ های جبران ‌ناپذیری به تجهیزات صنایع وارد شود. بنابراین وجود یک سیستم برج خنک کننده در صنایع مختلف، ضروری به نظر می‌ رسد.

اجزای مختلفی در برج خنک‌کننده استفاده می‌شوند که مهم‌ترین آن ‌ها به‌صورت زیر است:

پمپ برج خنک کننده

شیرآلات، سوپاپ‌ها، پخش‌کننده‌های آب

حوضچه برای تجمع آب در زیر برج

لوله ‌کشی

آکنه

فن‌ های تهویه‌ی هوا

فن ضربی برج خنک کننده:

این فن ‌ها با قطر بین ۰٫۵ تا ۱٫۲ متر در حالت کلی از ورقه فولادی ساخته شده و توسط قالب پرس تولید می‌گردند.

این نوع فن کولینگ تاور در صورتیکه از تولیدکنندگان معتبر خریداری شود از لحاظ قیمت و کیفیت در بازه مناسبی قرار دارد. باید در نظر داشت با توجه به جنس فن و روش تولید، این نوع فن در قطر بیش از ۱ متر دچار لرزش خواهد شد و به همین دلیل دارای محدودیت ابعاد است.

فن پروفیل ایر فویل کولینگ تاور:

همانگونه که از نامشان پیداست این فن ‌ها دارای پروفیل ایرفویل می‌باشند و در طول فن، فرم پروفیل و ابعاد هندسی آن ثابت است (به جز بخش انتهایی که در آن قسمتی از یال، بریده شده‌است). جنس این نوع فن برج خنک کننده عمدتاً از پروفیل آلومینیوم است که با روش اکسترود و پولترود تولید می‌شود. دلیل استفاده از آلومینیوم در پره فن برج خنک کننده ، استحکام مناسب نسبت به وزن کم، دمپ کردن ارتعاش و مقاومت بالا در مقابل خوردگی است.

بازه ابعادی معمول فن آلومینیوم کولینگ تاور از قطر ۰٫۸ متر تا ۳ متر می‌باشد. این فن‌ها دارای قیمت کمتری نسبت به فن ‌های کامپوزیتی (نوع سوم فن محوری) هستند لیکن معایب خاص خود را نیز دارند.

فن پروفیل ایر فویل با فرم پروفیل متغیر (فن کامپوزیت برج خنک کننده):

فن کامپوزیت فایبرگلاس کولینگ تاور که سابقه تولید آن از دو نوع قبلی کمتر است علاوه بر دارا بودن پروفیل ایرفویل، به دلیل چرخش پروفیل در شعاع فن و تغییر زاویه حمله، دبی یکنواخت تری نسبت به دو نوع قبلی دارد، و به همین دلیل سرعت خطی لبه این نوع فن تا ۶۰ متر بر ثانیه قابل قبول می‌باشد.

از مهم‌ترین مزایای فن فایبر گلاس پروفیل ایرفویل برج خنک کننده ، می‌توان به مصرف انرژی و وزن کمتر آن نسبت به نمونه‌های دیگر، صدای تولیدی کمتر و میزان هوادهی بیشتر اشاره کرد.

پورت آب سر ریز:

در صورت خرابی شناور و عمل نکردن آن هنگام پر شدن تشتک برج، از طریق این پورت، آب اضافی از تشتک سرریز می شود. چراکه در صورت تجمع بیش از حد برج و رسیدن سطح آب به پکینگ ها، عملکرد برج خنک کننده دچار اختلال می شود.

پورت آب تخلیه:

با توجه به ارتباط مستقیم آب با هوا و در نتیجه کثیف شدن آن، آب آلوده شده از طریق این پورت تخلیه شده و بوسیله پورت آب جبرانی، آب تمیز جایگزین می شود. پورت آب تخلیه همواره در پایین ترین قسمت از تشتک کولینگ تاور نصب می شود.

پورت آب داغ ورودی:

محل ورود آب داغ به برج خنک کننده می باشد. این آب داغ می تواند از خروجی کندانسور چیلر تراکمی آب خنک و یا خروجی کندانسور یک چیلر جذبی باشد که حامل گرمای جذب شده از داخل ساختمان هستند.

پورت آب سرد خروجی:

محل خروج آب سرد از برج خنک کننده می باشد، در واقع آب سرد شده مجددا در دستگاه یا سیستم مورد نظر مورد استفاده قرار می گیرد.

کولینگ تاور مرطوب مدار باز :

برج خنک کننده یا کولینگ تاور 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 خنک کننده 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. برج خنک کننده مرطوب بصورت برج خنک کننده با کشش طبیعی و برج خنک کننده با کشش مکانیکی دسته بندی می شوند.

کولینگ تاور خشک مدار بسته:

در مکانهای که آب کافی برای برج خنک کننده مرطوب وجود ندارد ، می بایست از اتلاف بر اثر تبخیر حداکثر جلوگیری بعمل آورد، از این نوع برج خنک کننده استفاده می شود. در برج 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. برج 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 خنک کننده 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.

کولینگ تاور 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

کولینگ تاور خشک- مرطوب یا هیبریدی:

با توضیحاتی که در مورد دو نوع برج خنک کننده قبلی داده شد مشخص می شود که برج خنک کننده مرطوب همیشه مقداری آب بصورت تبخیر ، مکش توسط هوا و نشتی مصرف می کنند. همچنین این برج خنک کننده دچار مشکل پراکندن ذرات آب هست . برج 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 خنک کننده ذکر شده از برجه خنک کننده خشک - مرطوب استفاده می شود.

همانطوری که از نام این نوع برج خنک کننده استنباط می شود یک برج خنک کننده خشک - مرطوب بوسیله ترکیبی از برج خنک کننده خشک و مرطوب عمل می کند. این سیستم دارای دو مسیر هوای موازی و دو مسیر آب سری می باشد. قسمت بالای برج خنک کننده قسمت خشک می باشد که شامل لوله های پره دار است و قسمت پائین برج خنک کننده 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 و مرطوب کشیده می شود. این دو جریان بهم پیوسته و قبل از ترک برج خنک کننده 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 خنک کننده را ترک می کند زیر اشباع است.

دو فایده مهم برای کولینگ تاور هیبریدی وجود دارد:

هوای زیر اشباع خروجی ذرات آب کمتری نسبت به برج خنک کننده مرطوب ایجاد نموده و شرایط اقلیمی مطلوب آنها را کاملاً حذف می کند

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 قسمت های 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 خنک کننده برای معتدل ساختن دمای آب برگشتی به پروسس، عبور هوا از میان قسمت مرطوب را قطع نموده و برج خنک کننده 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 خنک کننده مشکلی برای کارکرد نیروگاهی ایجاد می کند برای افزایش دمای محیط استفاده کرد. برج خنک کننده هیبریدی در مواردیکه امکان دسترسی به آب هست و نیز نیاز به کاهش مؤثر ذرات باشد مورد استفاده قرار می گیرد.

برج خنک کننده به دودسته عمده زیر تقسیم می شوند:

برج خنک کننده با کشش طبیعی هوا

برج خنک کننده با کشش مکانیکی هوا

که هر یک از این دو دسته به انواع زیر دسته بندی می شوند:

برج خنک کننده با جریان متقابل (COUNTER FLOW)

برج خنک کننده با جریان متقاطع (CROSS FLOW)

جهت کسب اطلاعات بیشتر به صفحه https://holding-bartar.com مراجعه نمایید.