مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

انواع برج های خنک کننده Natural draft – Bottle Type – Counter Flow – Cro از پكينگ ها به عنوان سطح انتقال حرارت در برج خنك كننده استفاده مي گردد.

هدف از طراحي پکینگ های ورقه ای شركت صنايع پايدار به حداكثر رسانيدن عملكرد دمايي برج خنك كننده مي باشد. پكينگ ها ي ورقه اي از بهترین نوع ورقه های PVC بوده و با استفاده از افزودنی های خاص، از نظر مشخصات فیزیکی، ضربه پذیری، استحکام کششی ، مقاومت دمایی و... منطبق با روشهای تست استانداردASTM و استاندارد(CTI) Bulletin STD-136 مي باشد. افزون بر اين در برابر اشعه ما وراء بنفش و رشد باکتری، ازجمله باکتری لژیونلا (Legionella) که اغلب در منابع آب طبیعی،آب هاي راکد، چشمه هاي آب گرم و باتلاق ها وجود دارد، مقاوم مي باشند. در برج هاي خنک کننده، هوا سازها، مرطوب سازها و... نيز امكان رشد اين باسيل هوازي وجود دارد. اين مشكل بیشتر در برج های صنعتی که منبع تغذیه آنها آبهایی آلوده به جلبک و باکتری مي باشد، بروز مي كند. از طرف ديگر وجود آب گرم و منبعي از آهن در این سیستم ها، بر ميزان رشد و تکثیر اين عوامل افزوده است. به واسطه فن دستگاه هاي مذكور باکتریLegionella به همراه گرد خاک معلق در هوا( که حتی از 5 میکرون هم بزرگتر نیستند) وارد مجاری تنفسی شده، در شش ها نفوذ و منجر به عفونت می شود. امروزه با استفاده از پلاستيك در ساخت پكينگ هاي برج خنك كننده، اين بيماري قابل كنترل مي باشد.

مواج بودن از جمله مزاياي ديگر اين ورقه ها است، كه با انتقال و تقسيم فشار به چين خوردگي هاي بعدي ميزان فشار بر روي سطح هر ورقه را كاهش مي دهد. دركاربرد هاي صنعتي با درجه رسوب گيري بالا از شيارهايي با عمق بيشتر استفاده مي گردد، زيرا باكمتر شدن عمق اين شيار ها، نياز به آب تميزتري جهت كاركرد برج مي باشد.

پکینگ هاي اين شركت در طرح های متنوع با شیارهای عرضی و عمودی بصورت لانه زنبوری و شانه تخم مرغی با نسبت های متفاوت سطح به حجم و در ضخامت های مختلف با زاويه و ارتفاع شيار متفاوت كه هر كدام تأثيرات متفاوتي در عملكرد دمايي برج خنك كننده دارند،تولید و عرضه می گردند.

شكل۱ - شيارهاي عرضي

شكل۲- شيارهاي عمودي

هر دو حالت شيارهاي عرضي و عمودي( vertical and cross corrugated )باعث بهبود در عملكرد دمايي و كاهش سرعت آبي كه به صورت لايه اي از فيلم يا غشاي نازكي بر روي پكينگ در آمده است مي شود. البته اين كاهش سرعت در پكينگ با زاويه غير عمود، سبب افزايش ميزان رسوب مي گردد. نكته قابل توجه اين است كه ميزان كم رسوب، بر روي سطح پكينگ تأثير مهمي در عملكرد دمايي برج خنك كننده ندارد ولي در صورتيكه ميزان رسوب شديد بوده و مانع آرايش آب به صورت فيلم و مسدود نمودن جريان هوا گردد، به موجب آن، تأثير زيان آور بر روي عملكر دمايي برج خنك كننده مي گذارد.

در بسياري از برج هاي خنك كننده از پكينگ هاي تلفيقي Mixed Media جهت بهبود در عملكرد برج استفاده مي گردد. نتايجي كه در آزمايشات ارائه شده در مقاله شماره CTI TP95-13 آمده است به صورت زير مي باشد:

ارتباط داده هاي انتقال حرارت و افت فشار در جريان آب و هوا براي تركيب بلوك با ارتفاع mm ۶۰۰و شيارهاي mm ۱۸و دو بلوك mm ۶۰۰با شيار mm ۱۳با فرمول هاي مقابل بيان مي شود.

kaY/L = 1.742 (L/G)-0.711L-0.258

 

N=18.47 L0.183G-0.277

براي فهم ساده تر، مقايسه عملكرد پكينگ تلفيقي PVC و پكينگ اسپلاش چوبي در نيروگاه Didcot (ECTR )، براي درجه حرارت آب برگشتي از پكينگ، پيش بيني هاي كامپيوتري بيان مي گردد. دماي بازسرمايش براي پكينگ هاي تلفيقي با عمق 8/1 متر19.3°Cپيش بيني و براي پكينگ هاي اسپلاش چوبي 21.8°C اندازه گيري شد كه كاهش آن 5/2 k مي باشد. البته اين محاسبات درباره تمامي برج هاي خنك كننده صادق مي باشد. در اولين تعويضي كه در برج خنك كننده مذكور صورت پذيرفت تقريباً 5/17 درصد بهبود در دماي آب خروجي برج بوجود آمد كه به معني كاهش94/2 k دماي آب بازسرمايش مي باشد.

هدف استفاده از پكينگ در برج خنك كننده

1- آب گرم در اثر تماس با هواي سرد، در برج خنك كننده، خنك مي شود.كه اين سرمايش به واسطه:

الف -حدود 75 درصد تبخير از طريق انتقال جرم است

ب- حدود 25 درصد انتقال حرارت محسوس از طريق هدايت و جابجايي مي باشد.

2- انتقال جرم از جريان بخار آب گرم به هواي سرد صورت مي گيرد كه به درجه حرارت مرطوب محيط (ورودي هوا) بستگي دارد.

3- با افزايش درجه حرارت مرطوب، آنتالپي هواي ورودي افزايش مي يابد.

4- حجم پكينگ تعيين كننده راندمان برج خنك كننده است.

5- از پكينگ براي بوجود آمدن غشايي از آب گرم ورودي بر روي سطوح گسترده استفاده مي شود.

6- پكينگ زمان مناسب مورد نياز براي تماس بين آب و هوا را ايجاد مي كند.

7-اقبصادي بودن استفاده از پكينگ هاي غشايي به دليل قيمت نسبتاً ارزان آنها كه نزديك به ۱۰ تا ۲۰ درصد قيمت كل برج خنك كننده مي باشد.

خصوصيات پكينگ مناسب

1- در مقابل عوامل شيميايي آب مقاوم باشد.

2- در برابر خوردگي مقاوم باشد.

3- زمان مناسبي براي ايجاد فيلمي از آب گرم جهت تبخير ايجاد نمايد.

4- در مقابل درجه حرارت آب گرم تا 50 درجه سانتيگراد مقاوم باشد.

5- كمترين افت فشار استاتيك را در برابر جريان هوا داشته باشد.

مشخصات فنی

پکینگ های ورقه ای ساخته شده از پي وي سي در برابر عوامل شیمیایی ، الکلی، اسیدها، گریس ها، روغن ها، چربیها و مواد بیولوژیک کاملاً مقاوم می باشند. از جمله فوايد PVC پايداري، طولاني بودن عمر مفيد، خاصيت خود خاموشي و قابليت يكنواخت ساختن قطرات آب (Wetting ) بر روي سطح مي باشد.

پکینگ ها از ورق های متعدد PVC ساخته می شوند که آرایش هندسی سطح پکینگ های مذکور منجر به افزایش ميزان تبخیر،کاهش افت فشار، كاهش مقاومت هوا، برای انتقال بیشتر حرارت و رطوبت مي گردد. اين نوع پکینگ ها قابل باز یافت و دوست محیط زیست می باشند.

نوعی از پکینگ هاي توليدي اين شركت ضد رسوب(Anti Fouling) مي باشند كه تنها ميزان کمی رسوب داخل آنها ايجاد مي گردد، درنتيجه از افزايش رسوب در مدت كاركرد برج جلوگيري مي شود. همانطوريكه در شكل 2 نشان داده شده شيارهاي پكينگ ضد رسوب توليدي اين شركت به صورت عمودي طراحي شده اند. از اين پكينگ تنها در برج هاي خنك كننده از نوع Counter Flow استفاده مي گردد.

موارد استفاده

از پکینگ ها در انواع برج های خنک کننده Natural draft – Bottle Type – Counter Flow – Cross Flow ،مربوط به صنایع کاغذ ، فولاد ، قند ، شکر ، غذایی ، شیمیایی ، پتروشیمی ، پالایشگاه ها، نیروگاه ها، انواع سیستم های تهویه و براي ارتقاء راندمان برج های خنک کننده قدیمی استفاده مي شود. از طرف ديگر،در انواع شوینده های هوا، رطوبت زنها، سیستم های تصفیه فاضلاب ، برج های ازت زدایی و حوضچه های پرورش ماهی نيز كاربرد دارند.

 

بررسی انواع برجهای خنک کننده

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

برجهای کشش مکانیکی خود به چند دسته تقسیم می شوند که عبارتنداز:

1. Induced – Draft Tower

این نوع برجها از یک لوله بلند ساخته شده اند و باد بزنها در محل خروجی هوا از برج قرار دارند که محل آنها در بالای برج می باشد .در این نوع از برجها امکان استفاده از باد بزنهای بزرگ با سرعت کم و صدای کم وجود دارد . سرعت هوای ورودی زیاد و استفاده از هوای صاف امکانپذیر است .داخل برج با موادی از جنس پوشال ، چوب یا پلاستیک پر شده است مقصود از این عمل ایجاد سطح بزرگ جهت عمل تبخیر است .عمل این نوع برجهای خنک کننده بستگی به نوع ماده که بعنوان آکنه بکار می رود نداشته بلکه بستگی به طرز قرار گرفتن آنها وتوزیع یکنواخت آب دارد . سرعت جریان هوا در انجام چنین عملی از اهمیت خاصی برخوردار است .فن ها معمولاً چند پره ای و بزرگ هستند و محدوده تغییر قطرهایشان بین 2- 33 ft می باشند که توسط موتورهای الکتریکی با قدرت بخش از 250 hp بحرکت در می آیند و شدت جریان حجمی بزرگی از هوا را در فشارهای استاتیکی پائین حرکت می دمند .فن ها معمولاً طوری طراحی می شوند که عملکرد رضایت بخشی در محیط داغ و مرطوبی که قرار دارند داشته باشند و جنس پره ها معمولاً از آلومینیوم – فولاد ضد زنگ و یا فایبرگلاس است .مزیت این نوع برجها که هرگونه نشتی و تراوش از هوای مجاور بداخل برج خواهد بود نه به جریان بیرون برج ، لذا مشکلی که ممکن است بر اثر نشتی آب و هوای مرطوب به قسمت خارج از برج بوجود آید نسبت به سایر برجها کمتر خواهد بود .اگر هوای مرطوب در داخل برج باقی بماند به وسیله جریان هوا مستقیماً به خارج تخلیه می گردد .

در این نوع برجها سرعت خروجی هوا زیاد است بازگشت هوای بکار رفته کم می باشد و لذا سطح پائین برج کوچچکتر بوده ولی بدلیل قرار گرفتن باد بزنها در در محیط گرم و مرطوب در بالای برج خراب شدن و زنگ زدن آنها احتمال بیشتری دارد و تعویض و تعمیر آنها بعلت موقعیت آن مشکلتر است .

2. Forced – Draft Tower

در این نوع برج خنک کننده باد بزنهای مکانیکی جریان هوا را بداخل برج می رانند . محل باد بزنها در قسمت ورودی هوا است و هوا را بدرون برج و سراسرآکنه ها می رسانند .

قسمتهای مکانیکی آن نزدیک سطح زمین و در روی بتن آرمه های محکم قرار دارند و بنابراین وزش را به حداقل می رسانند . این نوع برجها بازده بهتری نسبت به برجهایInduced – Draft Tower دارند واز طرفی چون پره های باد بزن باعث ورود هوای سرد بداخل برج می شوند بنابراین وزن هوا در واحد حجم نیز بیشتر از برجهای Induced می باشد .

در این نوع برجها سیستم در محلی قرار دارد که بالنسبه در محیط خنک قرار داشته باشد و دسترسی به آنها برای تعمیرات آسان تر می باشد .از آنجائیمه قطر باد بزنهای این برجها محدود است لذا از تعداد زیادی باد بزن و با سرعت بیشتری استفاده می شود که در نتیجه سروصدای بیشتری می کنند ولی وجود بدنه برج قسمتی ازاین سروصدا را خنثی می نماید .

در این نوع برج امکان یخ زدن و مسدود شدن مسیر هوای خروجی پایین است و احتمال بازگشت هوای بکار رفته وجود دارد .

 

3. برجهای کشش اجباری جریان مخالف :

در این برجها نیز از باد بزن برای به جریان انداختن هوا استفاده می شود

این باد بزنها هوا را در مسیر مخالف باد از پائین به بالا از میان سرتاسر آکنه ها به جریان در می آورد .بنابراین خنک ترین آب در تماس با خشک ترین هوا می باشد . چون جریان هوا از پائین به بالا مرطوب تر گشته ، در نتیجه آب از بالا به پاوین نیز تدریجاً خنک تر می شود .

از مشکلات این نوع برجها در این است که بخشهای مکانیکی و سیستم پخش آب برای تعمیرات در دسترس نیست .چون تقریباً در سر طرف برج ساختمانهای جانبی قرار گرفته و مقدار هوای ورودی در یک طرف زیادتر است .

4. Cross – Draft Tower

اینگونه برجها ممکن است از جنس فلز ،فایبرگلاس ،طلق یا چوب ساخته شوند . از ترکیبی از اجسام بالا نیز می توان این برجها را بوجود آورد ، ولی در هنگام ساخت به جنس ماده ای که بکار می بریم می بایست دقت داشته باشیم که ماده ای را استفاده نماییم تا خوردگی آن هم برای لوله ها و هم برای آکنه ها کمتر باشد .لوله ها و حوضچه این نوع برج خنک کننده بصورت عمودی ساخته می شوند و طرح برج دائماً در حال تغییر است بدین معنی که از برجهای که دارای تراکم بیشتری هستند استفاده می گردد .در این نوع برجها پنکه های جریان هوا افقی هستند بطوریکه جریان آب وهوا یکدیگر را با زاویه 60 درجه قطع می نمایند . این نوع از برجها سطح وسیعتری از زمین را اشغال می کنند ، اما هوای ورودی میتواند از تمام ارتفاع برج که معمولاً زیاد نیست وارد می گردد .خط ورود بخار اشباع به برج در صورتیکه در مکان محدودی احداث شده باشد وجود دارد . از مزایای این برج استفاده از پمپ با فشار کمتر و همچنین دسترسی به سیستم پخش آب بهتر است .در این برجها در حوضچه سربازی اشغالها را جمع آوری می نمایند و در صورتیکه این حوضچه در داخل و زیر سقف قرار نگرفته باشد لازم است تا روی آن را بپوشانند .

برج مرطوب ترکیبی

برجهای خنک کننده با کشش طبیعی مواد بیشتری را مصرف کرده ، ارتفاع بلندی داشته و زمین بیشتری را اشغال کرده ،اما در عملیات نیروی کمتری را مصرف می نمایند .در مقابل برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی کوچکتر بوده و ارزانتر هستند اما نیروی بیشتری را در عملیات مصرف می کنند و هوای داغ در حال گردش را به درون برج می رانند .

برج ترکیبی دارای یک پوسته هیپربولیکی است که از بتن مسلح ساخته شده است . این پوسته مشابه اما کوچکتر از پوسته برجهای خنک کننده با کشش طبیعی است .در ساختمان برجهای ترکیبی یک تعداد فن با کشش اجباری قرار دارند که در محیط و اطراف پایه واقع شده اند .

برج ترکیبی در حالت تقریبی دو سوم قطر پایه (45 درصد سطح زمین) و نصف ارتفاع یک برج خنک کننده با کشش طبیعی که برای عملیات مشابه طراحی شده است را دارا می باشد و از اینرو کوچکتر بنظر می رسد .

فن های بکار رفته در برج ترکیبی نسبت به کشش طبیعی کنترل بهتری را بر روی جریان هوا ایجاد می کند و نسبت به برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی نیروی کمتری را تلف خواهد نمود .سرعت زیاد و ارتفاع هوای خروجی مسئله برگشت هوای داغ مربوط به برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی را برطرف خواه نمود .برجهای ترکیبی در فصول سرد سال بدون استفاده از فن همانند برجهای خنک کننده با مکش طبیعی خواهد شد .

هزینه ساخت این نوع برجها حالت میانگینی بین برجهای خنک کننده با کشش طبیعی و برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی خواهد بود .

در باره برج خنك كن

يفه يك برج خنك كن باز، جذب گرما از يك فرايند و دفع آن به فضاي اتمسفر است كه اساساً اين دفع از راه تبخير صورت مي پذيرد. از آن جايي كه آب شرکت كننده در فرايند خنك سازي در مدار برج خنك كن سيركوله شود، به علت تبخير تدريجي آب، غلظت مواد معدني در ان افزايش مي يابد. وقتي كه غلظت مواد معدني به اندازه دو برابر مقدار اوليه شد، گفته مي شود كه آب داراي دو سيكل غلظت مي باشد. هنگامي كه غلظت مواد معدني در آب به سه برابر مقدار اوليه رسيد، آنگاه داراي دو سيكل غلظت مي باشد.

كارايي اين قسمت براي بهره برداري موثر و اقتصادي بسيار پر اهميت مي باشد. براي اطمينان از حداكثر انتقال حرارت، سطوح اننتقال حرارت بايد در حد امكان تميز نگه داشته شود. اگر غلظت مواد معدني در برج خنك كن افزايش يابد، امكان تجمع رسوب و خوردگي افزايش مي يابد، بنابراين تصفيه آب موجب بهره برداري موثرتر از واحد انتقال حرارت خواهد بود.

سطوح انتقال حرارت، گرمترين نقطه اي است كه آب خنك كننده به آن مي رسد. حلاليت كربنات كلسيم در آب (CaCO2كه در برج خنك كن وجود دارد)، با دما رابطه معكوس دارد، در نتيجه در سطوح انتقال حرارت، امكان نشست رسوب كربنات كلسيم، به وجود مي آيد. انباشته شدن لايه هاي رسوب كربنات كلسيم انتقال حرارت را كاهش مي دهد و اين مساله موجب خوردگي شده و نقاط داقي به وجود مي آورد كه خود موجب تنش حرارتي خواهند شد، همه اين موارد روي بازدهي و عمر مبدل حرارتي تاثير خواهند گذاشت.

يك روش ابتدايي براي جلوگيري از تشكيل رسوب ، تخليه بخشي از آب گردش كننده در مدار و جايگزين كردن آن با مقداري آب تازه است كه غلظت مواد معدني در آن كمتر باشد. براي تعيين حداكثر غلظت مواد معدني كه مي تواند بدون ايجاد رسوب در آب موجود باشد بايد آب جبراني كاملاً مورد برسي قرار گيرد. هههدف از برنامه تصفيه ي آب اين است كه تعداد كه تعداد سيك هاي غلظت به حداكثر ممكن رسانده و در اين حال تشكيل رسوب، خوردگي و رشد ميكروبي را به حداقل برساند. مهمترين عاملي كه بايد كنترل شود تشكيل رسوب است كه به طور معمول به دليل اشباع تركيبات كلسيم در آب خنك كن ايجاد مي شود.

خدمات رفاهي شهري پالايشگاه نفت، صنايع شيميايي و بيشتر صنايع ديگر در سيستم هاي تهويه مطبوع خود و يا براسي خنك كردن يك سيال فرايندي در مبدل حرارتي به مقادير زيادي آب خنك كن احتياج دارند. در گذشته، خنك كنندگي با استفاده از از آب هاي موجود در درياچه ها، رودخانه ها و يا سيستم هاي آب شهري نزديك، بر اساس يك روش ((يك بار گذر)) انجام مي گرفت. مشكلاتي مه در اين روش به چشم مي خورد، مسدود شدن مبدل حرارتي با جامدات معلق (گل ولاي) و رشد بيولوژيكي در اين تجهيزات بود. هزينه هاي ناشي از خرابي تجهيزات و محدوديت هاي فزاينده ي سازمان محيط زيست، موجب شد صنايع به تصفيه آب و استفاده مجدد از آن به كمك برج هاي خنك كن روي بياورند. اين امر موجب شد كه نياز صنايع به آب تازه كاهش چشمگيري داشته باشد و مقدار گنداب تشكيل شده ي آنها نيز كاهش يابد.

برج ها ي خنك كن

در يك سيستم خنك كننده ي سيركوله، براي جذب گرمايي كه آب در حين عبور از تجهيزات و فرايندهاي صنعتي دريافت كرده است، آن را از مبدل هاي حرارتي، كانال هاي خنك كننده يا برج هاي خنك كن عبور مي دهند و بعد از خنك شدن دوباره آن را به جهت خنك كردن تجهيزات و فرايند ها به كار مي برند. برج هاي خنك كن سيركوله، خنك كنندگي را از راه تبخير آب و همچنين با انتقال حرارت مستقيم به هوا هنگام عبور مستقيم آن از درون برج ايجاد مي كنند اصول اوليه كاري اين تجهيزات نسبتا واضح است، ولي تجهيزات انتقال حرارت مربوطه به طور گسترده اي به لحاظ قيمت و پيچيدگي باهم متفاوت هستند. به عنوان مثال، در صنايع شميايي ، به دليل طبيعت برخي فرايند ها، معمولا به مواد غير معمول براي ساخت نياز مي باشد. اين مساله موجب مي شود تجهيزات انتقال حرارت بسيار گران شده و نگهداري مناسب آن نيز از اولويت خوبي برخوردار شود.

اغلب مشكلات برج خنك كن ناشي از ناخالصي آب مي باشد. در سيستم هاي خنك كن معمولا سه مشكل وجود دارد:خوردگي، تشكيل رسوب و رشد بيولوژيكي.