معرفی برج خنک کننده و انواع آن - بخش اول

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، «برج خنک‌کننده» (cooling tower) نوع خاصی از «مبدل حرارتی» (heat exchanger) است. در این تجهیز گرمای آب با تماس مستقیم با هوا، به اتمسفر منتقل می‌گردد. آب خنک کننده‌ی مورد نیاز صنایع بعد از انجام ماموریت به برج خنک‌کننده باز می‌گردد تا سرد شود.

اساس کار این سیستم انتقال گرما بر مبنای اصول اولیه فرآیند تبخیر است. در این فرآیند حجم زیادی از آب خنک می‌شود تا برای ورود مجدد به تجهیزات مورد نیاز مورد استفاده قرار گیرد. از برج خنک‌کننده در صنایعی مانند نیروگاه‌ها، پتروشیمی‌ها، پالایشگاه‌ها و… استفاده می‌شود. با توجه به شرایط آب و هوایی محل تاسیسات صنعتی، انواع مختلفی از این تجهیز مورد استفاده قرار می‌گیرد که در مورد تمام آن‌ها در این مطلب خواهیم نوشت.

بخشی از برج خنک‌کننده با قطعاتی به نام «پرکن» (filler) مانند پوشال در کولر آبی پر می‌شود. آبی که قرار است خنک شود، روی این پرکن‌ها اسپری می‌گردد. پرکن‌ها باعث افزایش سطح و زمان تماس بین هوا و آب می‌شوند.

این تجهیزات عموما بر اساس نحوه‌ی عملکرد و کاربرد دسته‌بندی می‌گردند که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم.

جریان متقاطع

هوا و آب در این نوع برج به صورت عمود یا «متقاطع» (cross flow) به یکدیگر وارد می‌شوند. هوا از دیواره‌های عمودی وارد می‌گردد و با آب که از بالا در حال اسپری شدن است، تماس پیدا می‌کند. نیروی گرانش آب را به صورت یکپارچه و عمود بر جهت حرکت هوا به پایین می‌کشد. هوای متلاطم بعد از گذر از مسیر ریزش آب روی پرکننده‌ها وارد یک فضای خالی می‌گردد. حین این تماس دمای آب پایین می‌آید. هوا در حقیقت توسط فن‌های نصب شده به بیرون مکیده می‌شود.



مزایا

هزینه‌ی پایین بهره‌برداری به دلیل کم بودن هد پمپ مورد نیاز
نگهداری ساده
مصرف انرژی پایین

معایب

بیشترین سهم بازگشت آب به مسیر نامناسب
ورود مواد زائد به قسمت پرکننده

کاربرد

صنایع گرمابر در پتروشیمی
صنایع آلومینیوم و فشرده‌سازی هوا

جریان ناهم‌جهت

در این نوع تجهیز، جریان هوا دقیقا در خلاف جهت جریان آب وارد می‌گردد. هوا از پایین برج نزدیک قسمت پرشده وارد و از بالا خارج می‌شود. آب از بالا روی پرکننده‌ها اسپری می‌شود و در تماس «غیرهم‌جهت» (counter current) بیشترین سطح و زمان تماس با هوا را تجربه می‌کند. هوا گرما را از آب می‌گیرد و توسط فن از بالا به بیرون پرتاب می‌شود.



مزایا

بیشترین تماس آب و هوا به دلیل توزیع قطرات
بیشترین بازده در میان تمام انواع برج‌ها

معایب

تولید صدای زیاد به دلیل اسپری و ریزش آب
تعمیرات و نظافت سخت

کاربرد

پالایشگاه‌های نفتی و گازی، پتروشیمی

دسته‌بندی بر اساس نوع مکش هوا
مکش طبیعی

برج‌های خنک‌کننده با «مکش طبیعی» (Natural draft) گرمای اضافی سیستم را می‌گیرند و به اتمسفر تخلیه می‌کنند. در این فرایند آب گرم با کمک پمپ از ورودی آب گرم نزدیک به بالای برج وارد می‌شود. تعدادی نازل متصل به ورودی آب گرم، آب را درون برج اسپری می‌کنند. هم‌زمان هوا در جهت مخالف از پایین برج وارد می‌شود. آب در تماس با هوا شروع به تبخیر می‌کند. از آنجا که تبخیر فرایندی گرماگیر است، آب باقی‌مانده خنک می‌گردد. آب خنک شده در مخزن زیر برج جمع‌آوری و دوباره به فرایند بازگردانده می‌شود.

دمای هوا به دلیل گرفتن گرما از آب در حال تبخیر بالا می‌رود. هر چه دما بالاتر رود چگالی هوا کمتر و در نتیجه میل به صعود بیشتر می‌شود. مشابه این پدیده را در بالا رفتن هوای گرم در خانه یا دود داغ در بخاری مشاهده می‌کنید. به همین دلیل مکشی طبیعی ایجاد می‌گردد که هوا را از پایین تا بالای برج می‌برد و آن را به بیرون پرتاب می‌کند.

تصویری از یک برج خنک‌کننده با مکش طبیعی را در زیر مشاهده می‌کنید.



مزایا

هزینه‌ی پایین نگهداری و بهره‌برداری
ایمنی بالا
بازده بالای انرژی

معایب

عدم تطابق با تمام شرایط اتمسفری
فضای مورد نیاز زیاد برای نصب
هزینه‌ی بالای اولیه

کاربرد

مورد استفاده در نیروگاه‌های تولید برق و کاربرد‌های فرایندی

 

برای مطالعه ادامه مبحث به مقاله معرفی برج خنک کننده و انواع آن - بخش دوم مراجعه نمایید.