برج خنک کننده (cooling tower)

بزيودي لينك مقاله در مورد اين برجها اعلام خواد شد.

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 .

انواع برجهای سرد کننده آب
برجهای که برای سرد کردن آب مورد استفاده قرار می گیرند معمولاً از چوب ساخته می شوند .این چوب از نوع مخصوص است که مقاومت بسیاری در مقابل رطوبت دارد . معمولاً در اثر تماس آب با چوب احتمال روئیدن گیاهان قارچی در درون خلل و فرج چوب وجود دارد. از این رو پوشش نازکی از لاستیک نئوپرین روی چوب ایجاد می کنند تا از حمله گیاهان قارچی در امان باشد .
بر دیواره های برج علاوه بر چوب از مواد دیگری نظیر ملات ، پنبه نسوز و پلاستیکهای مختلف استفاده می شود .حتی برجهای وجود دارند که تماماً از مواد پلاستیک ساخته می شوند . آکنه های داخل برج همگی از جنس چوب بوده و به صورت قطعات باریک ونازک بر روی یکدیگر قرار داده می شود .
چوبها را می توان به انواع مختلف روی یکدیگر قرارداد .نوع بسیار متداول این است که در هر ردیف موازی با هم چیده شوند و جهت چوبها در هر ردیف عمود بر جهت آنها در ردیف بالاتر باشد .
استفاده از آکنه های پلاستیکی و حتی از جنس استیل نیز مقدور است که در آن صورت بکمک قالب ریزی آنها را بصورت شبکه های مختلف در می آورند .
برای آنکه افت فشار در طول برج به کمترین حد ممکن کاهش یابد درصد فضای خالی به حجم برج معمولاً بسیار زیاد و در حدود 90 درصد اختیار می شود . در چنین حالتی می توان انتظار داشت که فاز آب علاوه بر حرکت از روی آکنه ها بشکل قطرات مجزا در فضای خالی برج به پائین بریزد که در این صورت سطح تماس موجود بین آب وهوا علاوه بر قسمتهای مرطوب آکنه ها شامل مجموع سطوح این قطرات نیز می باشد .بنابراین خصوصیت مشترک برجهای خنک کن این است که آب توسط نیروی ثقل خود از بالا روی آکنه ها ریخته و توسط جریان هوایی که اطراف آن وجود دارد خنک می شود .
برجهای خنک کننده به دودسته عمده زیر تقسیم می شوند :
1. برجهای خنک کننده با کشش طبیعی هوا
2. برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی هوا
که هر یک از این دو دسته به انواع زیر دسته بندی می شوند :
i. برجهای خنک کننده با جریان متقابل COUNTER FLOW
ii. برجهای خنک کننده با جریان عرضی CROSS FLOW

انواع برجهای خنک کننده با کشش طبیعی هوا
این نوع برجها شامل انواع کلی زیر است :
1. استخرهای خنک کننده :
استخر های خنک کننده معمولی و ساده ترین نوع دستگاههای خنک کننده می باشند و عمل خنک شدن بوسیله تماس آب با هوا در سطح استخر انجام می گیرد .قسمتی از خنک شدن بوسیله تماس آب با هوا در سطح استخر انجام گرفته وقسمتی از خنک شدن نیز بوسیله تبادل حرارت و انتقال آن به دیواره ها و کف استخر انجام می گیرد .آب از یک سوی استخر خارج شده و آب برگشتی از طرف دیگر وارد استخر می گردد.
ساختن این نوع دستگاههای خنک کننده بسیار آسان است ولی احتیاج به فضاید وسیعی داشته و مخارج بسیاری برای عمل حفاری لازم است . میزان انتقال حرارت در این نوع استخرهای خنک کننده بسیار کم بوده و راندمان پائین می باشد .
2. استخر های آبپاش :
این استخرها دارای آبپاشهایی هستند که چندین فوت بالاتر از استخر قرار گرفته اند . این استخرها دارای دیواره های روزنه دار کنبدی شکلی هستند که کار این حصارها جلوگیری از انتقال آب توسط جریان هوا می باشد .از مزایای این نوع استخرها نسبت به نوع قبلی اشغال فضای کمتر ، مخارج احداث کمتر و زمان تماس کمتر آب وهوا می باشد.
خنک کننده های تزئینی :
در برخی موارد برای سیستم های کوچک از استخرهای تزئینی استفاده می شود . از معایب این نوع خنک کننده ها تبخیر زیاد آب در محیط و احتمال حمله بیشتر قارچها و باکتریها و لجن می باشد .
از مزایای این نوع خنک کننده ها ، دامنه خنک کردن بیشتر است . از این نوع خنک کننده ها بیشتر در رستورانها و هتلهای بزرگ استفاده می شود .
برجهای جوی :
حرکت هوا در این برجها بستگی به وزش باد دارد .آب از بالای برج بطرف پائین سرازیر شده بطوریکه جریان هوا یطور افقی جریان عمودی آب را قطع می کند که در این حالت قسمتی از جریان هوا را جابجایی گرمای حاصل از آب گرم بوجود می آورد .
این نوع برجها بعلت در دسترس نبودن قطعات یدکی آنها دارای عمر نسبتاً کوتاه و گردش مجدد هوا در آنها بنحوی انجام نمی گیرد . از خصوصیات ویژه این نوع برجها بلند و کوتاه بودن ساختمان برج است . بنابراین پمپهایی با فشار زیاد برای پمپ کردن آب به بالای یرج مورد استفاده قرار می گیرد .در ساخت این نوع برجها می بایست دقت بسیار زیادی بخرج داد تا استحکام و مقاومت آنها در برابر وزش بادهای شدید زیاد باشد .چون این نوع برجها دارای ارتفاع زیادی هستند لذا احتیاج به لنگرهای مناسبی دارند .
افت دمایی آب بستگی به سرعت و جهت حرکت باد دارد و مخارج احداث این نوع برجها زیاد است .
برج خنک کننده با کشش طبیعی :
این نوع برجها ابتدا در اروپا توسعه یافتند . نخستین برج خنک کننده با کشش طبیعی در ابتای قرن حاضر در هلند بنا شد که از چوب ساخته شده بود . بعدها جنس این برجها از چوب به استیل تغییر یافت و امروزه این نوع برجها از بتن مسلح ساخته می شوند . در ابتدا شکل آنها شبیه استوانه های بود که از وارانه کردن یک مخروط ناقص از طرف دیگر آن بدست آمد ه و لیکن امروزه شکل آنها بصورت هیپربولیکی است . این نوع برجها بیشتر در انگلستان استفاده می شوند و در ایالات متحده اولین نوع از این برج در سال 1972 ساخته شده است . یک برج خنک کننده با کشش طبیعی اساساً شامل یک پوسته خالی بشکل دودکش است که ممکن است بالغ بر 330 ft ارتفاع و 300ft قطر داشته باشد. در حالیکه در دودکش خنک کننده آکنه هایی تعبیه شده که وظیفه پخش بهتر آب را انجام می دهند و ارتفاع بستر آکنه ای به 30 ft می رسد .
در حال حاضر در بالای دودکش خنک کننده معمولاًیک حذف کننده نصب می شود تا از خروج قطره آب توسط هوا جلوگیری نماید . در غیر اینصورت قطرات آب توسط جریان هوا به بیرون منتقل شده و در صورت خروج در اطراف برج ته نشین شده و بصورت باران کثیف در می آیند .
پوسته این برجها از بتن آرمه ساخته می شود که شکل آن بصورت هذلولی تغییر یافته است . این پوسته بر روی پایه هایی که بمنظور ورود هوای آزاد ساخته شده است نگاهداشته می شوند .همچنین این پایه ها جهت داشتن مقاومت لازم در برابر نیروهای شکننده حاصل از جریان هوا در داخل پوسته بصورت شیبدار ساخته می شود .
چون این نوع از برجها از پروانه یا فن جهت جریان هوا استفاده نمی کنند می بایست عاملی برای ایجاد جریان هوا وجود داشته باشد .این عامل بصورت فشار توسط اختلاف دانسیته های هوای سرد خارج و هوای گرم و مرطوب داخل ایجاد می گردد.شکل خاص هذلولی مانند دودکش این نوع برجها به جریان یافتن بهتر هوا کمک می کند.
آب توسط پمپ به دانه های آبفشان که در بالای شبکه ای از چوب قرمز قرار گرفته است وارد شده و ضمن پائین آمدن از روی شبکه های چوب مجدداًقطرات جدیدی تشکیل می گردد .
سپس این قطرات جدید برروی آکنه ها ریخته و این عمل تا پائین برج ادامه می یابد .
در اینجا انتقال حرارت بین هوای سرد ورودی از انتهای برج و قطرات آب سرازیرشده صورت گرفته، در نتیجه از حرارت بخاطر گرادیان بین هوا وآب پروسس از آب طرف هوا منتقل میگردد .همچنین اختلاف فشار بخار آب اشباع شده در سطح قطرات با بخارآب در هوایی که در جهت مخالف آب جریان دارد به تبادل حرارتی کمک می کند .
کار و وظیفه اصلی دودکش خنک کننده افزایش سطح جانبی بین آب گرم و هوای سرد است که این عمل بوسیله پاشیدن قطرات ریز آب در آکنه های نوع splash یا بوسیله فراهم کردن سطح بزرگی از آب بصورت یک لایه متحرک در آکنه های نوع film صورت می گیرد . همچنین مقطع هیپربولیکی استحکام بیشتری را داراست و در مقایسه با شکلهای دیگر مقاومت بیشتری در برابر جریان باد ایجاد می کند . پس بطور اساسی به مواد کمتری برای ساخت این بدنه ها احتیاج است و می توان ضخامت این دودکش ها را در قسمت میانی به 6-7 اینچ رساند .
برجهای خنک کننده با کشش طبیعی ممکن است از نوع جریان متقابل (جهت حرکت هوا و قطرات مخالف یکدیگر) و یا از نوع جریان متقاطع (جهت حرکت هوا و قطرات عمود بر یکدیگر) باشند .
در برجهای جریان متقابل آکنه ها بصورت یک سطح وسیع گسترده شده اند و در نتیجه دارای ارتفاع کمی هستند. در برجهای جریان متقاطع آکنه ها بر روی حلقه ای که در خارج از برج قرار دارد سوار شده اند .
انتخاب بین انواع مختلف از برجهای خنک کننده به عوامل زیادی بستگی دارد که مهمترین عوامل شرایط اقلیمی، اقتصادی و آب و هوایی می باشد

انواع برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی هوا
در برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی ،هوا بوسیله یک یا چند باد بزن (FAN) که بطور مکانیکی عمل می نمایند بحرکت در می آید .بطوریکه در ژنراتورهای بخار ،باد بزنها که از نوع کشش اجباری هستند در سطح زیرین جهت راندن هوا بداخل برج نصب شده اند .از لحاظ تئوری این نوع برج ترجیح داده می شود ،زیرا فن با هوای خنک کننده کار می کنند و بدین جهت نیروی کمتری را تلف می کنند . بهر حال آزمایش و کار با این نوع فن ها دارای بعضی نقطه ضعف ها است که از آنجمله می توان به موارد ذیل اشاره کرد :
پخش وتوزیع هوا ، نشت وتراوش ،برگشت هوای خروجی مرطوب و داغ به برج و جمع شدن شبنم و سرماریزه در ضمن کار در زمستان .
در برجهای کشش مکانیکی ،فن ها جایگزین دودکش ها در برجهای کشش طبیعی می شوند .
خصوصیات عمل سرمایش (خنک کردن) قدری متفاوت است .در شرایط آب وهوایی که رطوبت بسیار پائین است برجهای کشش طبیعی بطور رضایت بخشی عمل می کنند و در برجهای کشش مکانیکی بسیار اقتصادی تر خواهند بود .
برای واحدهای کوچک چند سلولی بدون شک برجهای کشش مکانیکی ارزانتر از برجهای کشش طبیعی است ، اما در مورد واحدهای بزرگ که تمایل به زیاد شدن هزینه های اصلی و اولیه وجود ندارد بکار بردن برجهای کشش مکانیکی هزینه توان مورد نیاز بادبزن می بایست مورد بررسی قرار گیرد .
یکی از اشکالات کاربرد برجهای کشش مکانیکی تخلیه ذرات پخش شده از برج در ارتفاع کم می باشد که ممکن است این ذرات بداخل ورودی های هوا کشیده شوند . این برگشت مجدد ذرات می تواند سبب نزول ذرات و بدی عملکرد مجموعه بزرگی از تجهیزات سلولهای برجهای کشش مکانیکی گردد .بعلاوه اگر ذرات بطرف زمین کشیده شوند ممکن است اطراف برج مه آلود شود .از مزایای اصلی این برجها می توان موارد زیر را نام برد :
1. اطمینان از بجریان انداختن هوای مورد نیاز به هر میزان و در شرایط اقلیمی و آب و هوائی
2. استفاده از پمپهای با فشار کم
3. اشغال فضای کمتر جهت بهره برداری از این نوع دستگاههای مبرد
4. تنظیم دقیق دمای آب
5. سرمایه اولیه کم و هزینه ساخت ناچیز
از معایب این نوع برجها می توان به موارد زیر اشاره کرد :
1. قدرت زیاد باد بزنها مستلزم خرج زیادتر است .
2. ایجاد سروصدا و لرزشهای فراوان حاصل از گردش پروانه ها
3. خسارات ناشی از خرابی فن ها و فساد الوار
شش مکانیکی خواهد بود .

برج خنک کننده دستگاهی است که با ایجاد سطح وسیع تماس آب با هوا تبخیر آسان می کند و باعث خنک شدن سریع آب می گردد.عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرمای نهان تبخیر انجام می گیرد، در حالی که مقدار کمی آب تبخیر می شود و باعث خنک شدن آب می گردد.باید توجه داشت آب مقداری از گرمای خود را به طریق تشعشع ،هدایتی وجابجایی و بقیه از راه تبخیر از دست می‌دهد.
بیشتر دستگاههای خنک کن از یک مدار بسته تشکیل شده اند که آب در این دستگاهها نقش جذب ، دفع و انتقال گرما را به عهده دارد، یعنی گرمای بوجود آمده توسط ماشین جذب و از دستگاه دور می سازد. این کار باعث ادامه کار یکنواخت و پایداری دستگاه می شود.
در دستگاههایی که به دلایلی مجبوریم آب را بگردش در آوریم و یا به کار ببریم باید بنحوی گرمای آب را دفع کرد. با بکار بردن برجهای خنک کننده این کار انجام می گیرد. در تمام کارخانه ها تعداد زیادی دستگاههای تبدیل حرارتی (heat exchanger) وجود دارد که در بیشترآنها آب عامل سرد کنندگی است.
بدلایل زیر آب معمولترین سرد کننده هاست:
1. بمقدار زیاد وارزان در دسترس می باشد.
2. به آسانی آب را می توان مورد استفاده قرار داد .
3. قدرت سرد کنندگی آب نسبت به اکثر مایعات( در حجم مساوی )بیشتر است.
4. انقباض و انبساط آب با تغییر درجه حرارت جزیی است.
هر چند که آب برای انتقال گرما بسیار مناسب است با بکار بردن آن باعث بوجود آمدن مشکلاتی نیز می شود.
آب با سختی زیاد باعث رسوب سازی در دستگاهها شده و همچنین از آنجایی که بیشتر این دستگاهها از آلیاژ آهن ساخته شده اند مشکل خوردگی بوجود می آید. از طرف دیگر بیشتر برجهای خنک کننده در بر خورد مستقیم با هوا و نور خورشید می باشند محیط مناسبی برای رشد باکتریها و میکرو ارگانیسم ها نیز می باشد که آنها نیز مشکلاتی همراه دارند.
وارد شدن گرد و خاک بداخل برج نیز در بعضی مواقع ایجاد اشکال می نماید.در کل این مشکلات باعث می شود که بازدهی دستگاه کم شده و در نتیجه از نظر اقتصادی مخارج زیادتری خواهند داشت. در این مجموعه طبیعت این مشکلات و شرایط بوجود آمدن آنها و راههای جلوگیری از آنها را بطور مختصر شرح خواهیم داد.موارد استفاده از برجهای خنک کننده را نیز در بخش های دیگری از این مجموعه را در بر می گیرد.
عموماً برجهای خنک کننده (cooling tower) را به سه گروه تقسیم می کنند:
1. برجهای خنک کننده مرطوب
2. برجهای خنک کننده مرطوب- خشک
3. برجهای خنک کننده خشک
در برجهای خنک کننده مرطوب، آب نقش اصلی و اساسی را داشته و هدف نیز همان خنک کردن آب است. این نوع دستگاهها که خود به چند گروه و دسته تقسیم می شوند در صنعت دارای کاربرد فراوانی است.
از یرجهای خنک کننده خشک بیشتر در مکانهای که آب کافی برای خنک کردن برج وجود ندارد استفاده می شود. عمل خنک کردن آب را نیز میتوان از برجهای سینی دار بصورت مرحله ای انجام داد.ولی عملاً بعلت وجود هزینه های زیاد ساخت ،نگهداری و کنترل سیستم این روش ، معمول نمی باشد.
برای انجام عملیات خنک سازی آب می توان از برجهای آکنده و سینی دار استفاده نمود.با وجود این در مواردی که فازهای مورد نظر آب و هوا با شند بعلت فراوانی و ارزان بودن فازهای فوق بدلایلی که در صفحه قبل ذکر شد از دستگاههای دیگری استفاده می گردد که ساختن و نگهداری آنها مستلزم هزینه های زیادی نمی باشد. از این جهت بیشتر دستگاههایی که در مقیاس صنعتی بکار می رود ساختمان و خصوصیات بسیار عمده ای را دارا است که اینک به انواع مختلف این دستگاهها اشاره می شود.

بررسی برجهای خنک کننده و اجزاء آن
برج خنک کننده : COOLING TOWER
برج خنک کن دستگاهی است که با ایجاد سطح وسیعی در تماس آب با هوا ، عمل تبخیر را آسان نموده و در نتیجه باعث خنک شدن سریع آب می گردد.
عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرمای نهان تبخیر انجام می گیرد در حالی که مقدار کمی آب بخار می شود و سبب خنک شدن آب می گردد.باید توجه داشت که آب مقدار اندکی از گرمای خود را از طریق تشعشع (Radiation) ودر حدود 4/1آن را از راه هدایت (Conduction) و جابجائی (Convection) و بقیه را از راه تبخیر از دست می‌دهد.
اختلاف فشار بخار آب بین سطح آب و هوا باعث تبخیر می شود.این اختلاف بستگی به دمای آب و میزان اشباع هوا از آب دارد.
مقدار گرمای که بوسیله مایعی جذب یا دفع می شود از رابطه زیر بدست می آید :
E=W×S×T
در رابطه بالا:
E :گرمای دفع یا جذب شده بر حسب BTU/hr یا CAL/hr
W :دبی مایع خنک شونده بر حسب lb/hr
S : گرمای ویژه مایع خنک کننده بر حسب lb.f/ Btu
T :کاهش دمای مایع خنک شونده بر حسب f
در حالیکه عمل خنک شدن از طریق تبخیر انجام می گیرد گر مای نهان تبخیر از دست داده شده باید به آن اضافه گردد و آن برابر است با حاصل ضرب گرمای نهان تبخیر در دبی .
مقدار تبخیر بستگی دارد به سطح بر خورد آب با هوا و همچنین شدت جریان هوا دارد. برای اینکه حداکثر بهره برداری که در طرح آن بکار رفته است رعایت شود در برجهای خنک کننده که آکنده های آن از نوع splash packing می باشد آب به صورت قطره های در سطوح برج پخش می شود تا سطح وسیعی بوجود آید البته برای این منظور می توان از آکنه های نوع film packing نیز استفاده کرد.
جریان هوا در برج به صورت کشش طبیعی با استفاده از دودکش های هذلولی شکل یا کشش مکانیکی بوسیله بادبزنهای مناسب در جهت مخالف آب ( counter-flow) و یا به طور متقاطع (cross-flow) با آن به جریان می افتد .

مقالات در مورد برج هاي خنك كننده:

کد:

---

http://forum.p30world.com/showthread.php?p=2982248#post2982248

---

الف) لوله ها و آکنه ها
شامل قسمتهای هستند که درجریان انتقال حرارت دخالت داشته در ضمن باعث می شود که مقدار آب گرد شده که همراه باد خارج می شود کم شده و از خروج آنها از برج جلوگیری شود.همچنین نگهدار خوبی برای قسمتهای دیگر برج می باشد . در مورد مشخصات آکنه ها در همین فصل توضیح داده خواهد شد.
ب)حوضچه
حوضچه در پائین برج قرار دارد که آب خنک کننده در آن جمع می گردد.به حوضچه یک جریان بنام آب تکمیلی یا آب جبرانی (MAKE UP) وارد می شود و یک جریان برای استفاده در دستگاههای تبادل حرارت از آن خارج می گردد .علاوه بر جمع آوری آب در حوضچه ،آب قبل از اینکه به سمت کندانسور پمپ شود صاف نیز می گردد.
حوضچه های برجهای بزرگ و مفید از بتن ساخته شده اند .عموماً این حوضچه ها طوری طراحی می شوند که برج بدون اضافه کردن آب جبرانی می تواند برای چندین ساعت کار کند .
از زهکش برای برطرف کردن لجن ته نشین شده و کنترل سطح آب در حالتی که جریان موج دار که در کف قرار دارد ترک می کند و به میان سرندی که از ورود اشغال تجمع یافته به ورودی پمپ جلوگیری می کند ،می ریزد .
پ)بادبزنها
در برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی باد بزنهای نصب می شوند تا جریان هوای لازم را جهت عبور از آکنه ها تولید نماید .بادبزنها در برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی کاربرد دارند . توضیح در این مورد ضرورتی ندارد و به همین مقدار اکتفا می شود .
ت) حذف کننده ها
این وسیله از خارج شدن قطرات آب بوسیله کشش هوا از برج جلوگیری بعمل می آورد . تیغه ها معمولاًطوری نصب می شوند که با سطح افق زاویه ای در حدود 45 درجه بسازد .جنس این تیغه ها از چوب ، فلز یا پلاستیک ممکن است ساخته شده باشند .درباره کشش و حذف کننده های کشش بعداً مفصلاً توضیح داده خواهد شد .
ث) آکنه ها
دو نوع آکنه ها که در برجهای خنک کننده ممکن است مورد استفاده قرار گیرد عبارتند از :
1. SPLASH PACKING
2. FILM PACKING
1. SPLASH PACKING :
در این نوع آکنه ها آب بر اثر برخورد با تیغه ها پخش و به صورت قطره قطره در آمده که در نتیجه ایجاد سطح وسیع می نماید .از آنجایکه قطرات آب همراه پیوسته بوده و وزن سنگین دارند این نوع دسته بندی ممکن است در اثر جریان دائمی از هم گسیخته گردد.
2. FILM PACKING :
در این نوع آکنه ها سطح وسیع از آب در اثر جریان آن در روی تیغه ها بوجود می آید . به طرق گوناگون می توان چنین سطح وسیعی ایجاد کرد
a. GIRD PACKING
در این نوع آکنه ها از یک سری شبکه های که معمولاً از چوب بوده و روی یکدیگر قرار گرفته اند استفاده می شود .این شبکه ها طوری نصب گردیده که همراه هر شبکه با شبکه های اطراف خود زاویه 90 درجه می سازند وباین شکل در سطوح شبکه ها پخش می گردد .
b. RANDOM PACKING
این نوع آکنه ها موادی با سطح زیاد درست شده که به طور نا منظم در داخل برج قرار دارند . یکی از دلایل نا مرغوب بودن این نوع آکنه ها ایجاد مقاومت زیاد در مقابل جریان هوا می باشد . این نوع آکنه ها دارای قسمتهای حلقوی است که قطر هر حلقه با طول آن برابر است . این حلقه ها از جنس های مختلفی یوده وسطح تماس آب با هوا را زیاد می کنند.
c. PLATE TYPE FILM PACKING
این نوع آکنه ها از صفحات نازک پلاستیکی چین دار ساخنه شده اند که با زاویه کمی کمتر از 90 درجه با سطح افق نصب شده اند. چین های روی صفحات باعث بوجود امدن سطح زیاد می گردند .
مشخصات و خصوصیات آکنه ها در بخش های آینده تشریح خواهد شد .آکنه ها باید طورب انتخاب شوند تا هم سطح تماس آب و هوا برای نسبتهای بالای انتقال حرارت و انتفال جرم مناسب یاشند و هم مقاومت کمتری در مقابل جریان هوا داشته باشند .آکنه ها باید محکم ، سبک و در برابر خوردگی و خراب شدن مقاوم باشد.
مشخصات و خصوصیات آکنه ها :
مشخصات و خصوصیات آکنه یک برج خنک کننده را در یک برج خنک کننده آزمایشی اندازه گیری می کنند. یک نمونه از این برج در نیروگاه برق groyden A در سال 1950 بنا شده بود و در آن زمان فکر می کردند بزرگترین نوع خود در کشور باشد . در این برج یک مقطع از آکنه با مربعی به ضلع 4 ft وعمق 8 ft را می توان زیر یک تغییر بار آب و هوا و اتلاف حرارتی برای اندازه گیری ضریب انتقال حجمی و مقاومت جریان هوا نصب و آز مایش کرد . بزرگی این برج یک مسئله اساسی است در غیر اینصورت مقدار آبی که به ظرف پائین دیواره ریزش می کند کافی است تا بر روی دقت آزمایش تاثیر بگذارد.
هر دو جریان آب وهوا توسط اوریفیس اندازه گیری می شود . جریان آب بیشتر در مقابل یک حجم اندازه گیری شده تانک ، چک خواهد شد.

انواع برجهاي خنك كننده :

1. استخرهاي خنك كن كه ساده ترين سيستم خنك كننده مي باشند يعني استخرهاي طويل و عريضي ساخته آب گرم توسط يك لوله وارد اين استخر شده و در تماس با هواي محيط حرارت خود را از دست ميدهد و آب خنك شده را از بالاترين قسمت استخر به سيستم برگشت داده تا با اين عمل زمان ماندن آب در استخر را زياد كرده تا بيشتر آب بتواند در معرض هوا قرار گيرد و تبادل حرارتي بهتر صورت گيرد . استخرهاي خنك كن آبپاشي نيز داريم كه آب گرم را بصورت قطره قطره درآورده و وارد استخر ميكند . با اين عمل سطح برخورد آب گرم با هواي محيط در زمان ريزش زياد گرديده است و راندمان آن از استخر فوق بهتر است فقط در طراحي بايستي حصارهايي جهت جلوگيري از انتقال آب بوسيله باد در نظر گرفته شود.

2. برج با كوران طبيعي هوا بطور افقي يا بطرف بالا متناسب با جهت ريزش آب به جريان انداخته و حرارت را از آب ميگيرند . البته قسمتي از جريان هوا را جابجايي گرماي آب بوجود ميآورد. يك نوع از اين برجهاي فاقد بست و بند در برج ميباشند . فقط تعداد زيادي سوراخ هاي پخش كن آب در بالاي آن نصب گرديده است. نوع ديگر آن داراي بست و بندهايي چوبي است كه راندمان بهتري را داراست در ضمن اين برجها خيلي بلند و باريك هستند . پمپهايي با فشار زياد جهت پمپاژ آب در بالاي برج مورد نياز هستند . افت دماي آب بستگي به سرعت و جهت حركت باد دارد و در محلي بايستي احداث گردند كه مانعي جهت وزش باد وجود نداشته باشد . برجهايي با كشش طبيعي هذلولي موجود است كه جريان هوا در جهت عكس جريان آب بطرف بست و بندهاي چوبي در برج حركت ميكند و باعث خنك شدن آب ميگردد. اين برجها در نقاطي كه هواي خشك و گرم دارند مورد استفاده قرار نميگيرند .زيرا درجه حرارت آب ورودي به برج بايستي از درجه حرارت هواي محيط بيشتر باشد .

3. برجهاي كوراني القائي :در اين نوع برجها جريان هوا توسط بادبزني كه در برج قرار گرفته برقرار ميشود . در برجهاي با كشش مكانيكي پمپهايي با فشار كم نياز است و براي احداث آن تشخيص جهت باد اجباري نيست .

انواع برجهاي با كشش مكانيكي :

1.برجهاي دمنده Force draft cooling tower : در اين نوع برج خنك كن بادبزنهاي مكانيكي جريان هوا را در برج برقرار ميكنند و محل آنها در قسمت ورودي هواست و هوا را بدرون برج و سرتاسر بست و بندها مي راند. قسمتهاي مكانيكي آن در نزديكي سطح زمين در روي بتنها محكم شده است ، بنابراين لرزش را به حداقل ميرساند.

2. برجهاي مكنده Induced draft cooling tower : در اين نوع برجها بادبزنها در محل خروجي هوا از برج قرار گرفته اند و محل آنها معمولاً در بالاي برجها و در بعضي مواقع در طرفين برج ميباشد .
حال كه برجها را تا حدودي شناخته ايم ميپردازيم به ساختمان و عملكرد برجها . همانطور كه مي دانيد آب با فشار پمپ گردشي يعني(C.W.P ) Circulating Water Pump وارد مبدلهاي حرارتي گشته وپس از اخذ حرارت از ماده گرم موجود در مبدل بوسيله يك لوله خروجي آب وارد بستر بالاي برج خنك كن ميشود . اين بستر داراي سوراخهاي زيادي است كه جهت پودر كردن آب در آن پلاستيكهاي پروانه تعبيه شده است آب پس از ورود از آنها وارد بست و بندهاي چوبي برج ميگردد كه اين چوبها داخل شبكه هاي پلاستيكي بصورت نردباني چيده شده اند. و كار آنها تا جاي ممكن اين است كه بتوانند آب را بصورت اسپري درآورند تا سطح برخورد آب و هوا بدين نحو افزايش يابد و تبادل حرارت در آن به خوبي صورت گيرد. پس ديديم كه آب در بالاي بستر برج وارد و بسمت پايين اسپري مي گردد بادبزن يا فني كه در بالاي برج قرار گرفته است پره هاي آن داراي زوايايي هستند كه قادرند هواي محيط را از اطراف برج كشيده و در خلاف جهت ريزش آب به آب زده و از بالاي برج هوا را خارج نمايند.(آب از بالا به پايين مي ريزد و هوا را از پايين به بالا مي وزد) پس در اينجا هوا با تماسي كه با آب گرفته است سبب شده گرماي آب را از آن گرفته واز برج خارج نمايند و چون آب تحت فشار پمپ گردش وارد بستر بالايي برج و اين مقدار فشار در حدود چند دهم از فشار جو بيشتر است باعث مي شود يك مقدار زيادي از آب تبخير گردد(حدوداً 1% آب در گردش) و اين عمل در فصل زمستان از بالاي برج كاملاً مشهود است بست و بندهاي چوبي(Packing ) و حذف كننده هاي قطرات آب(Eliminators ) كه در اطراف و بالاي برج قرار گرفته اند وظيفه دارند از خروج آبهايي كه بوسيله باد انتقال ميابند جلوگيري نمايند. هر وقت شما قطرات آب را حوالي برج ملاحظه كرديدبايد بدانيد كه اين بست و بندهاي چوبي هستند كه فرسوده شده اند و قادر به نگهداري پودرهاي آب نيستند و آب از آنها به خارج تراوش ميكند . پس آب در برج خنك كننده با از دست دادن حرارت تبخير شده است و در اين رهگذر يونها و مواد معلق خود را وارد بستر تحتاني برج نموده است پس با عمل تبخير آب يونها و مواد معلق در داخل آب تغليظ ميشوند بطوريكه ايجاد رسوب و فولينگ(Fooling ) در روي لوله هاي مبدل حرارتي حتمي است ، مثلاً اگر آبي داراي 200 ميكروموس بر سانتيمتر كنداكتيويته و ppm200 يون كلر داشته باشد و اين Make up تأمين كننده كسري آب برج باشد در برج خنك كننده پس از 5 بار تغليظ شدن كنداكتيويته به 1000 ميكروموس بر سانتيمتر . يون كلر به ppm100 مي رسد و حال اگر هر چه درجه تغليظ افزايش يابد مقادير هم به نسبت افزايش مي يابد پس بايستي جهت جلوگيري از تغليظ شدن آب و ايجاد رسوب در لوله ها فاكتورهايي را در نظر بگيريم :

معمولاً سعي نكنيم آب برج بيش از 5 بار تغليظ گردد . زيرا بيان شده وقتي درجه تغليظ از مرز 5 بگذرد ايجاد رسوب در روي لوله ها حتمي است ولي در زير 5 بار تغليظ رسوب ايجاد نمي گردد و اين كنترل معمولاً‌ توسط آزمايش كنداكتيويته از آب برج عملي است . فرضاً كنداكتيويته Make up برج 250 ميكروموس بر سانتيمتر است. شما بايستي كنداكتيويته برج را حداكثر بين 1300-1000 ميكروموس بر سانتيمتر يا اينكه آب رسوب ساز نيست شما مبادرت به دفع آب نموديد و متحمل ضرر از نظر مخارج تصفيه آب Make up شده ايد و كنترل اين پديده متوسط باز و بسته كردن والو تخليه يا Blow down برج عملي است براي اينكه كنداكتيويته يا رسانايي افزايش نيابد بهتر است هميشه بلودان والو مقداري باز باشد تا حد مورد دلخواه را ثابت نگهدارد. بلودان والو معمولاً بعد از Cooling C.M.P قرار گرفته است تا با نوربلاني(تلاطمي) كه پمپ ايجاد مي نمايد سبب گردد يونهاي سنگين و مواد معلق زير آب زده شود . پمپهاي گردشيC.M.P هميشه جريان Turbulence (متلاطم) را در آب خنك كننده ايجاد مي نمايند زيرا ميدانيد كه اگر جريان حالت اغتشاش نداشته باشد كل آب در تبادل حرارتي نقش ندارد . دو لوله در نظر ميگيريم در يكي از لوله ها جريان آرام عبور ميكند ملاحظه ميكنيد فقط آن قسمت از آبي كه با جداره لوله در تماس هستند قادرند حرارت را از ماده گرم گرفته وآب قسمت مياني لوله هيچ نقشي در جذب حرارت ندارند و از آن خارج مي شوند ولي لوله اي كه در آن آب بصورت متلاطم درآمده كل آب با جداره لوله در تماس است و نقش زيادي در جذب حرارت دارد. پس پمپهاي فوق باعث اغتشاش در آب شده و اين اغتشاش البته در مسيرهاي پيچ و خم دار والوها و سه راهيها و هرگونه تغيير مسير دادن آب و غيره افزليش مي يابد و وقتي وارد جعبه آب Water box شد با همين حالت تلاطم وارد لوله هاي كندانسور را جهت حفاظت بايستي باندازه 20 سانتيمتر داخل لوله را با لوله پلاستيكي ديگر حفاظت نموده تا ايجاد تلاطم باعث خوردگي سايشي Errosion نگردد. عمل اغتشاش با عبور آب در لوله رفته رفته كاسته ميشود. كليه مواد شيميايي كه به برج زده ميشوند ترجيحاً بايستي بعد از اين پمپ تزريق گردد تا بتواند كاملاً محفوظ و مفيد واقع شده ، لازم بتذكر است 30 سانتيمتر لوله پلاستيكي كه قطر كمتري نسبت به لوله كندانسور دارد در داخل لوله كندانسور تعبيه ميشود البته اين عمل احتياج به مهارت زياد از نظر نصب دارد كه آب بين دو جداره لوله كندانسور و لوله پلاستيكي نفوذ نكند كه بعداً سبب خوردگي از بين از نوع حفره اي Pitting گردد .پس با بخار شدن آب در برج مشخص شده است كه آب از يونها تغليظ ميشود و از طرفي اگر در اين آبها بيكربنات كلسيم و منيزيم وجود داشته باشد و زمانيكه اين آب وارد مبدلهاي حرارتي ميگردد با جذب حرارت قادر است رسوب كربنات كلسيم و يا ئيدروكسيدمنيزيم را در جداره داخلي لوله هاي مبدل حرارتي باقي بگذارد و رسوبات تشكيل شده باعث افت انتقال حرارت ميگردند و سبب ميشوند كه ماده گرم در مبدلهاي حرارتي خنك نشود يا فرضاً بخار متراكم و كندانسه ويا راندمان سيستم حرارتي كم شود .

دراکثر کارخانجات کوچک و بزرگ یکی از مهمترین و اساسی ترین دستگاهها می توان انواع برجهای خنک کننده را نام برد.
برجهای خنک کننده علاوه بر آب به منظور خنک کردن سیالاتی دیگر در صورت لزوم مورد استفاده واقع می شود.

با توجه به اینکه برجهای خنک کننده معمولاًً حجیم می باشند و بعلت پاشیدن آب در محیط اطراف خود و خرابی تجهیزات آن را معمولاًٌ در انتهای فرایند نصب می کنند.
اگراز وسایل برجهای خنک کننده صرف نظر نشود برای ساخت برج تکنولوژی بالایی نیاز نیست همانطور که در ایران در حال حاضر ساخت این برجها در حد وسیعی صورت می گیرد .برجها با توجه به شرایط فیزیکی و شیمیایی خاص خود دچار مشکلاتی می شوند ولی معمولاٌ زمانی لازم است تا این مشکلات برج را از کار بیاندازد طولانی است.،ولی عملاٌ اجتناب ناپذیر است.
در این مجمعه تا سر حد امکان سعی شده است که دیدی نسبتاً کلی راجع به برج جنبه ای به خواننده منتقل شود و تا حد امکان از جزيیات مربوط به برجهای خنک کننده توضیح لازم داده شده باشد.



پیشگفتار :

برج خنک کننده دستگاهی است که با ایجاد سطح وسیع تماس آب با هوا تبخیر آسان می کند و باعث خنک شدن سریع آب می گردد.عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرمای نهان تبخیر انجام می گیرد، در حالی که مقدار کمی آب تبخیر می شود و باعث خنک شدن آب می گردد.باید توجه داشت آب مقداری از گرمای خود را به طریق تشعشع ،هدایتی وجابجایی و بقیه از راه تبخیر از دست می‌دهد.
بیشتر دستگاههای خنک کن از یک مدار بسته تشکیل شده اند که آب در این دستگاهها نقش جذب ، دفع و انتقال گرما را به عهده دارد، یعنی گرمای بوجود آمده توسط ماشین جذب و از دستگاه دور می سازد. این کار باعث ادامه کار یکنواخت و پایداری دستگاه می شود.

در دستگاههایی که به دلایلی مجبوریم آب را بگردش در آوریم و یا به کار ببریم باید بنحوی گرمای آب را دفع کرد. با بکار بردن برجهای خنک کننده این کار انجام می گیرد. در تمام کارخانه ها تعداد زیادی دستگاههای تبدیل حرارتی (heat exchanger) وجود دارد که در بیشترآنها آب عامل سرد کنندگی است.
بدلایل زیر آب معمولترین سرد کننده هاست:

1. بمقدار زیاد وارزان در دسترس می باشد.
2. به آسانی آب را می توان مورد استفاده قرار داد .
3. قدرت سرد کنندگی آب نسبت به اکثر مایعات( در حجم مساوی )بیشتر است.
4. انقباض و انبساط آب با تغییر درجه حرارت جزیی است.
هر چند که آب برای انتقال گرما بسیار مناسب است با بکار بردن آن باعث بوجود آمدن مشکلاتی نیز می شود.

آب با سختی زیاد باعث رسوب سازی در دستگاهها شده و همچنین از آنجایی که بیشتر این دستگاهها از آلیاژ آهن ساخته شده اند مشکل خوردگی بوجود می آید. از طرف دیگر بیشتر برجهای خنک کننده در بر خورد مستقیم با هوا و نور خورشید می باشند محیط مناسبی برای رشد باکتریها و میکرو ارگانیسم ها نیز می باشد که آنها نیز مشکلاتی همراه دارند.

وارد شدن گرد و خاک بداخل برج نیز در بعضی مواقع ایجاد اشکال می نماید.در کل این مشکلات باعث می شود که بازدهی دستگاه کم شده و در نتیجه از نظر اقتصادی مخارج زیادتری خواهند داشت. در این مجموعه طبیعت این مشکلات و شرایط بوجود آمدن آنها و راههای جلوگیری از آنها را بطور مختصر شرح خواهیم داد.موارد استفاده از برجهای خنک کننده را نیز در بخش های دیگری از این مجموعه را در بر می گیرد.

عموماً برجهای خنک کننده (cooling tower) را به سه گروه تقسیم می کنند:
1. برجهای خنک کننده مرطوب
2. برجهای خنک کننده مرطوب- خشک
3. برجهای خنک کننده خشک
در برجهای خنک کننده مرطوب، آب نقش اصلی و اساسی را داشته و هدف نیز همان خنک کردن آب است. این نوع دستگاهها که خود به چند گروه و دسته تقسیم می شوند در صنعت دارای کاربرد فراوانی است.
از یرجهای خنک کننده خشک بیشتر در مکانهای که آب کافی برای خنک کردن برج وجود ندارد استفاده می شود. عمل خنک کردن آب را نیز میتوان از برجهای سینی دار بصورت مرحله ای انجام داد.ولی عملاً بعلت وجود هزینه های زیاد ساخت ،نگهداری و کنترل سیستم این روش ، معمول نمی باشد.

برای انجام عملیات خنک سازی آب می توان از برجهای آکنده و سینی دار استفاده نمود.با وجود این در مواردی که فازهای مورد نظر آب و هوا با شند بعلت فراوانی و ارزان بودن فازهای فوق بدلایلی که در صفحه قبل ذکر شد از دستگاههای دیگری استفاده می گردد که ساختن و نگهداری آنها مستلزم هزینه های زیادی نمی باشد. از این جهت بیشتر دستگاههایی که در مقیاس صنعتی بکار می رود ساختمان و خصوصیات بسیار عمده ای را دارا است که اینک به انواع مختلف این دستگاهها اشاره می شود.

بررسی برجهای خنک کننده و اجزاء آن

برج خنک کننده : COOLING TOWER
برج خنک کن دستگاهی است که با ایجاد سطح وسیعی در تماس آب با هوا ، عمل تبخیر را آسان نموده و در نتیجه باعث خنک شدن سریع آب می گردد.
عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرمای نهان تبخیر انجام می گیرد در حالی که مقدار کمی آب بخار می شود و سبب خنک شدن آب می گردد.باید توجه داشت که آب مقدار اندکی از گرمای خود را از طریق تشعشع (Radiation) ودر حدود 4/1آن را از راه هدایت (Conduction) و جابجائی (Convection) و بقیه را از راه تبخیر از دست می‌دهد.
اختلاف فشار بخار آب بین سطح آب و هوا باعث تبخیر می شود.این اختلاف بستگی به دمای آب و میزان اشباع هوا از آب دارد.


مقدار گرمای که بوسیله مایعی جذب یا دفع می شود از رابطه زیر بدست می آید :
E=W×S×T
در رابطه بالا:
E :گرمای دفع یا جذب شده بر حسب BTU/hr یا CAL/hr
W :دبی مایع خنک شونده بر حسب lb/hr
S : گرمای ویژه مایع خنک کننده بر حسب lb.f/ Btu
dT :کاهش دمای مایع خنک شونده بر حسب f

در حالیکه عمل خنک شدن از طریق تبخیر انجام می گیرد گر مای نهان تبخیر از دست داده شده باید به آن اضافه گردد و آن برابر است با حاصل ضرب گرمای نهان تبخیر در دبی .

مقدار تبخیر بستگی دارد به سطح بر خورد آب با هوا و همچنین شدت جریان هوا دارد. برای اینکه حداکثر بهره برداری که در طرح آن بکار رفته است رعایت شود در برجهای خنک کننده که آکنده های آن از نوع splash packing می باشد آب به صورت قطره های در سطوح برج پخش می شود تا سطح وسیعی بوجود آید البته برای این منظور می توان از آکنه های نوع film packing نیز استفاده کرد.
جریان هوا در برج به صورت کشش طبیعی با استفاده از دودکش های هذلولی شکل یا کشش مکانیکی بوسیله بادبزنهای مناسب در جهت مخالف آب ( counter-flow) و یا به طور متقاطع (cross-flow) با آن به جریان می افتد .

سیستم برج خنک کننده :

در سیستم برج خنک کننده آب گرم کندانسور از برج خنک کننده عبور می کند و با هوا تماس می یابد. در برجهای خنک کننده با کشش طبیعی ،پوسته خارجی برج از بتن مسلح ساخته شده ودر روی پایه ها تکیه دارد . هوا از قسمت پائین وارد برج خنک کننده می شود و به طرف بالا جریان می یابد و از دهانه بالای برج خارج می گردد.

انواع دیگری از برجهای خنک کننده که از چوب و سایر مصالح ساخته می شود نیز وجود دارد.در برجهای خنک کننده با کشش طبیعی هوا شکل برج طوری طراحی می شود که جریان سریع هوا در داخل برج بوجود آید.
آب گرم از کندانسور در ارتفاع 10 تا 15 متر بالاتر از سطح استخر به سیستم پخش کننده آب وارد می شود . در برجهای قدیمی تر صفحه ای که آب خروجی از کندانسور به آن ریخته می شود دارای سوراخهای منظمی در قسمت پائین است که آب از داخل این سوراخها به فنجانهای زیرین می ریزد. این فنجانها باعث پاشش آب و تبدیل آنها به قطرات کوچک می شوند. یک سیستم خیلی جدید برای پخش آب در برج خنک کننده بکار بردن لوله هایی است که در سطح بالای آن شیپوره هایی برای پاشش آب تعبیه شده است.
تبادل حرارت بین هوای بالارونده از برج و آبی که از برج سرازیر است با تغییر حرارت محسوس در اثر اختلاف درجه حرارت بین آب و هوا انجام می شود. سهم این قسمت از تبادل حرارتی خیلی کم است و قسمت عمده تبادل در اثر تبخیر مقدار کمی آب که پیوسته همراه هوا می باشد،انجام می شود. در اثر این عمل مقدار زیادی گرما از آب سرازیر شده در برج خنک کننده ( بستگی به مقدار آبی که تبخیر شده است) به هوا منتقل می گردد(Evaporating loss). ضمناً مقداری از قطرات آب بوسیله هوا بخارج از برج پراکنده می شود(Windage loss). برای جلوگیری از خروج قطرات آب یک شبکه چوب در اطراف برج و حدود 3 متر بالاتر از توده تخته ها قرار دارد . کمبود آب تبخیر شده در سیستم برج خنک کننده باید از منبع خارجی جبران شود که به آن ،آب تکمیلی یا آب جبرانی (Makeup) گویند . برای این منظور در صورت امکان از آب رودخانه استفاده کرد یا فاضلابها را تا حد امکان صاف و تصفیه کرده و استفاده نمود .
هنگامیکه از نظر فضای ساختمان برج خنک کننده محدودیتی وجود داشته باشد ظرفیت برج خنک کننده راتا حد امکان با استفاده از بادبزنهای مخصوص و بزرگی اضافه می نمایند. این بادبزنها مقدار عبورهوای خنک کننده در داخل برج را زیاد می نماید .

عوامل مؤثر در طراحی برجهای خنک کننده :
عوامل مؤثر در طراحی برجهای خنک کننده را بطور خلاصه می توان بصورت زیر بیان کرد :
1. میزان افت درجه حرارت (اختلاف دمای ورودی وخروجی برج)
2. اختلاف بین درجه حرارت آب سرد و درجه حرارت مرطوب هوا
3. دمای مرطوب محیط : اصولاً خنک کردن آب زیر این دما غیر ممکن است .
4. شدت جریان آب
5. شدت جریان هوا
6. نوع آکنه های برج
7. روش پخش آب
به تجربه ثابت شده است که برای هر 10 درجه فارنهایت افت دما در برج خنک کننده میزان تبخیر در حدود یک درصد کل آب در حال گردش می باشد .

چون نمک های کلرور حلالیت زیادی دارند غلظت یون کلر در آب ورودی به برج وآب در حال گردش راهنمای بسیار خوبی برای تعیین غلظت بوده و بنابراین همیشه باید آنرا بازدید و بررسی نمود .
افزایش غلظت مواد محلول و مواد معلق در آب در حال گردش در برج خنک کننده ایجاد اشکال می نماید که برای جلوگیری از افزایش غلظت مواد محلول و مواد معلق مقداری از آب در حال گردش را تخلیه می کنند که این آب در صنعت به زیر آب (Blow down) معروف است .
مقدار آب برج همچنین ممکن است تصادفی یا بوسیله باد تقلیل یابد . اصولاً در برجهای خنک کننده مقداری آب بصورت گرد درآمده و توسط باد یا کشش از برج خارج می شود .
مقدار تخلیه لازم در یرج برای کنترل مواد محلول و معلق مجاز را می توان از رابطه زیر بدست آورد :
M=(B+W)*C
که در رابطه فوق
B : مقدار زیر آب بر حسب gal/hr یا m3/hr
E : مقدار آب تبخیر شده بر حسب gal/hr یا m3/hr
C : ضریب غلطت پیشنهاد شده برای برج
W : مقدار آبی که توسط باد خارج می شود بر حسب gal/hr یا m3/hr
مقدار آبی که باد همراه خود از برج خارج می سازد در رابطه بالا منفی است ،زیرا آب مواد محلول و معلق را نیز با خود می برد . بنابراین تاثیر در غلظت و بالا بردن املاح آب ندارد .

مقدار آب لازم جهت آب کسری برج از رابطه زیر بدست آورد :
MAKE UP = E +B + W
اطلاعاتی که از طرف خریداران در اختیار فروشندگان قرار می گیرد در طرح برج اهمیت فراوانی دارد . مانند اختلاف دما ، مقدار آب در حال گردش ،مقدار زیر آب .
کمبود آب در اثر تبخیر و باد را با استفاده از رابطه های بالا بررسی می کنند .

قسمتهای اصلی برج خنک کننده:

الف)لوله ها و اكنه ها
شامل قسمتهای هستند که درجریان انتقال حرارت دخالت داشته در ضمن باعث می شود که مقدار آب گرد شده که همراه باد خارج می شود کم شده و از خروج آنها از برج جلوگیری شود.همچنین نگهدار خوبی برای قسمتهای دیگر برج می باشد . در مورد مشخصات آکنه ها در همین فصل توضیح داده خواهد شد.

ب)حوضچه
حوضچه در پائین برج قرار دارد که آب خنک کننده در آن جمع می گردد.به حوضچه یک جریان بنام آب تکمیلی یا آب جبرانی (MAKE UP) وارد می شود و یک جریان برای استفاده در دستگاههای تبادل حرارت از آن خارج می گردد .علاوه بر جمع آوری آب در حوضچه ،آب قبل از اینکه به سمت کندانسور پمپ شود صاف نیز می گردد.
حوضچه های برجهای بزرگ و مفید از بتن ساخته شده اند .عموماً این حوضچه ها طوری طراحی می شوند که برج بدون اضافه کردن آب جبرانی می تواند برای چندین ساعت کار کند .
از زهکش برای برطرف کردن لجن ته نشین شده و کنترل سطح آب در حالتی که جریان موج دار که در کف قرار دارد ترک می کند و به میان سرندی که از ورود اشغال تجمع یافته به ورودی پمپ جلوگیری می کند ،می ریزد .

پ)بادبزنها
در برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی باد بزنهای نصب می شوند تا جریان هوای لازم را جهت عبور از آکنه ها تولید نماید .بادبزنها در برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی کاربرد دارند . توضیح در این مورد ضرورتی ندارد و به همین مقدار اکتفا می شود .

ت) حذف کننده ها
این وسیله از خارج شدن قطرات آب بوسیله کشش هوا از برج جلوگیری بعمل می آورد . تیغه ها معمولاًطوری نصب می شوند که با سطح افق زاویه ای در حدود 45 درجه بسازد .جنس این تیغه ها از چوب ، فلز یا پلاستیک ممکن است ساخته شده باشند .درباره کشش و حذف کننده های کشش بعداً مفصلاً توضیح داده خواهد شد .

ث) آکنه ها
دو نوع آکنه ها که در برجهای خنک کننده ممکن است مورد استفاده قرار گیرد عبارتند از :
1. SPLASH PACKING
2. FILM PACKING
1. SPLASH PACKING :
در این نوع آکنه ها آب بر اثر برخورد با تیغه ها پخش و به صورت قطره قطره در آمده که در نتیجه ایجاد سطح وسیع می نماید .از آنجایکه قطرات آب همراه پیوسته بوده و وزن سنگین دارند این نوع دسته بندی ممکن است در اثر جریان دائمی از هم گسیخته گردد.

2. FILM PACKING :
در این نوع آکنه ها سطح وسیع از آب در اثر جریان آن در روی تیغه ها بوجود می آید . به طرق گوناگون می توان چنین سطح وسیعی ایجاد کرد
a. GIRD PACKING
در این نوع آکنه ها از یک سری شبکه های که معمولاً از چوب بوده و روی یکدیگر قرار گرفته اند استفاده می شود .این شبکه ها طوری نصب گردیده که همراه هر شبکه با شبکه های اطراف خود زاویه 90 درجه می سازند وباین شکل در سطوح شبکه ها پخش می گردد .
b. RANDOM PACKING
این نوع آکنه ها موادی با سطح زیاد درست شده که به طور نا منظم در داخل برج قرار دارند . یکی از دلایل نا مرغوب بودن این نوع آکنه ها ایجاد مقاومت زیاد در مقابل جریان هوا می باشد . این نوع آکنه ها دارای قسمتهای حلقوی است که قطر هر حلقه با طول آن برابر است . این حلقه ها از جنس های مختلفی یوده وسطح تماس آب با هوا را زیاد می کنند.
c. PLATE TYPE FILM PACKING
این نوع آکنه ها از صفحات نازک پلاستیکی چین دار ساخنه شده اند که با زاویه کمی کمتر از 90 درجه با سطح افق نصب شده اند. چین های روی صفحات باعث بوجود امدن سطح زیاد می گردند .
مشخصات و خصوصیات آکنه ها در بخش های آینده تشریح خواهد شد .آکنه ها باید طورب انتخاب شوند تا هم سطح تماس آب و هوا برای نسبتهای بالای انتقال حرارت و انتفال جرم مناسب یاشند و هم مقاومت کمتری در مقابل جریان هوا داشته باشند .آکنه ها باید محکم ، سبک و در برابر خوردگی و خراب شدن مقاوم باشد.

مشخصات و خصوصیات آکنه ها :
مشخصات و خصوصیات آکنه یک برج خنک کننده را در یک برج خنک کننده آزمایشی اندازه گیری می کنند. یک نمونه از این برج در نیروگاه برق groyden A در سال 1950 بنا شده بود و در آن زمان فکر می کردند بزرگترین نوع خود در کشور باشد . در این برج یک مقطع از آکنه با مربعی به ضلع 4 ft وعمق 8 ft را می توان زیر یک تغییر بار آب و هوا و اتلاف حرارتی برای اندازه گیری ضریب انتقال حجمی و مقاومت جریان هوا نصب و آز مایش کرد . بزرگی این برج یک مسئله اساسی است در غیر اینصورت مقدار آبی که به ظرف پائین دیواره ریزش می کند کافی است تا بر روی دقت آزمایش تاثیر بگذارد.
هر دو جریان آب وهوا توسط اوریفیس اندازه گیری می شود . جریان آب بیشتر در مقابل یک حجم اندازه گیری شده تانک ، چک خواهد شد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]