همانطور که می دانید اساس کار اکثر انواع برج های خنک کننده مبتنی بر انتقال گرمای نهان تبخیر از آب به هوا و در نتیجه ایجاد رطوبت در هوا می باشد. این مدل برج خنک کننده مرطوب (برج خنک کننده دایره ای) نام دارد.
چرا برج خنک کننده مدار باز را مرطوب نیز می نامیم ؟
دلیل اصلی نامگذاری این دستگاه به کولر یا برج مرطوب ایجاد رطوبت بالا در هوا (رطوبت 100 درصد) به عبارتی تبدیل هوای خشک ورودی به هوای اشباع در خروجی برج خنک کننده می باشد.
برج خنک کننده مرطوب چگونه سبب کاهش دمای آب می شود ؟
مدار باز یا برج خنک کننده مرطوب اساساً با ایجاد تماس مستقیم (روی سطوح خنک کننده) بین آب و هوا باعث تبخیر مقدار کمی آب (حدود 1%) می شود و گرمای لازم برای تبخیر این مقدار آب تامین می شود. توسط آب اصلی جریان می یابد و منجر به دمایی می شود که گرمای آب برای جریان اصلی (99٪ باقیمانده) خنک تر شود.
همانطور که انتظار می رفت، در این مدل برج خنک کننده، انتقال گرما و جرم به طور همزمان اتفاق می افتد. انرژی حرارتی و حرارتی از جریان آب به جریان هوا منتقل می شود و در این انتقال انرژی به دلیل ورود بخار آب به هوا نوعی انتقال جرم نیز اتفاق می افتد. در واقع، به طور خلاصه، برج خنک کننده مرطوب با انتقال همزمان گرما و جرم، آب را در طول فرآیند برگشت خنک می کند. به همین دلیل به این مدل خنک کننده برج خنک کننده دایره ای نیز می گویند.
رعایت یک نکته مهم : در برج خنک کننده مرطوب به دلیل اینکه بخشی از جریان آب تبخیر شده و از بین می رود لازم است مقدار مشخصی آب جبران کننده به جریان آب در گردش اضافه شود تا این تبخیر و تلفات جبران شود. به همین دلیل از این مدل از برج های خنک کننده بیشتر برای مناطقی استفاده می شود که مشکلی در تامین این میزان آب جبرانی وجود ندارد.
هدف برج خنک کننده مرطوب در واقع خنک کننده آب می باشد.
در بسیاری از محیط‌های صنعتی، از آب برای خنک کردن دستگاه‌ها و تجهیزاتی که گرما تولید می‌کنند (مانند کندانسورها، مبدل‌های حرارتی و توربین‌ها در نیروگاه‌ها و مبردها در تهویه مطبوع) استفاده می‌شود. این مایع پس از خنک شدن بازیابی شده و برای استفاده مجدد به محیط صنعتی بازگردانده می شود. این فرآیند با خنک کردن آب داغ در برج خنک کننده مرطوب از طریق تماس با جریانی از هوای غیراشباع انجام می شود که باعث می شود درصدی از آب تبخیر شود و گرمای محسوس و همچنین گرمای نهان تبخیر از آب منتقل شود. در هوا که منجر به خنک شدن آب می شود (در شرایط آدیاباتیک) می شود
فرآیند خنک سازی در برج خنک کننده مرطوب به این صورت انجام می شود که جریان آب با دمای بالا (آب گرم) پس از ورود و عبور از محفظه ها یا سطوح خنک کننده با جریان هوای تازه خارج از محیط تماس پیدا کرده و خنک می شود. و در تابه یا مخزن ذخیره آب سرد جمع می شود (جریان هوای ورودی به برج خنک کننده هوای طبیعی است که از طریق دریچه ها وارد می شود یا جریان هوای القایی ایجاد شده توسط یک فن یا پروانه)
در چرخه گردش سیالات برج خنک کننده مرطوب، آب حاوی گرما در تماس مستقیم با جریان هوا است و دمای آب به دو دلیل شروع به کاهش می کند.
- انتقال گرمای مستقیم از آب به هوای بیرون به دلیل اختلاف دمای آب گرم ورودی و هوای خشک محیط بیرون (گرمای محسوس)
- انتقال گرمای غیر مستقیم به دلیل تبخیر بخشی از جریان آب و در نتیجه صرف شدن گرمای آب برای تامین انرژی لازم جهت تبخیر (گرمای نهان تبخیر)
پارامترهای تاثیرگذار برعملکرد بهتر برج خنک کننده مرطوب
- پاشش اسپری و پودری جریان آب در خروجی افشانک ها یا نازل (آب پخش کن)
- سطوح وسیع خنک کننده (Cross Sectional Area)
- میزان هوادهی یا فلوحجمی جریان هوای القایی ایجاد شده توسط فن مکنده یا دمنده (Air Flow)
- عدم رسوب پذیری تجهیزات داخلی به مرور زمان در اثر تبخیر دائمی جریان آب در بخشهایی مثل نازل، پکینگ، آب پخش کن
- چرخش روان پروانه برج خنک کننده و بالانس بودن همزمان استاتیکی و دینامیکی فن
کاربرد برج خنک کننده مرطوب
برج خنک کننده مرطوب که یکی از پرکاربردترین منابع خنک کننده و خنک کننده آبی است، به عنوان یک جزء مهم در بسیاری از فرآیندهای صنعتی و تجاری استفاده می شود. در واقع می توان به دو مورد اساسی در اپلیکیشن برج خنک کننده مرطوب اشاره کرد.
برج خنک کننده چیلر: خنک کننده مدار کندانسور چیلر
برج خنک‌کننده صنعتی: آب خنک‌کنی که در صنایعی مانند پالایشگاه‌های نفت و پتروشیمی، ذوب فلزات، کارخانه‌های نورد در کوره‌های القایی و نیروگاه‌های هسته‌ای در گردش است.
مزایای برج خنک کننده مرطوب
- صرفه اقتصادی مناسب در مقایسه با انواع کولینگ تاور مداربسته و هیبریدی
- عدم اسیب رسانی به محیط زیست به لحاظ ایجاد آلاینده های زیست تخریب پذیر
- راندمان بسیار بالا به دلیل ایجاد سطح تبادل حرارت مستقیم بین آب و هوا
- سبک تر بودن و قابلیت جابجایی در انواع برج خنک کننده فایبرگلاس
- کاهش دمای آب سرد خروجی تا نزدیکی دمای مرطوب محیط
- مدت زمان تولید بسیار کم تر برج خنک کننده مرطوب نسبت به انواع هیبریدی و خشک
- هزینه پایین تعمیر و نگهداری به دلیل پایین بودن قیمت تجهیزات جانبی نسبت به برج خنک کننده خشک و هیبریدی
- قابلیت تعمیر و نگهداری آسان
- قابلیت مونتاژ در محل و در ابعاد بسیار بزرگ
- ایجاد قابلیت مونتاژ و تولید به صورت چندسلولی و در نتیجه کنترل مصرف انرژی
روند سیر تکاملی در برج خنک کننده مرطوب
ابتدا به فرآیند برج خنک کننده مرطوب نگاه می کنیم.
برج خنک کننده جریان طبیعی در اروپا و آلمان مورد استفاده قرار گرفته است. برج خنک کننده مرطوب در ابتدا با چوب ساخته شد و به مرور زمان با چوب و فلز شروع به کار کرد. در نوع جدید برج خنک کننده مرطوب از بتن مسلح ساخته شده است. شکل فیزیکی این نوع برج خنک کننده نیز دستخوش تغییراتی شده است. ابتدا به شکل استوانه ساخته شد و بعداً به صورت دو ماهاروت که روی هم ضربدری شده بودند ساخته شد. شکل جدید آن هذلولی است که به برج خنک کننده مرطوب استحکام خوبی می بخشد و بهتر با جریان طبیعی هوای عبوری از ساختار برج تطابق دارد. طراحی جدید این برج به دلیل نیاز به حجم کمتر به مواد کمتری نیاز دارد.
انواع برج خنک کننده مرطوب
- برج خنک کننده مرطوب جریان مخالف
- برج خنک کننده مرطوب جریان متقاطع
- برج خنک کننده مرطوب مکعبی
- برج خنک کننده مرطوب مخروطی
1)برج خنک کننده جربان مخالف
اگر آب در یک برج خنک کننده مرطوب تحت جریان مخالف (غیر هم تراز) با جریان هوا پاشیده شود، کانترفلو یا جریان مخالف ( Counter flow Cooling tower ) است. برج خنک کننده جریان مخالف به طور کلی دارای ورودی برای جریان هوای خشک از پایین و از چهار طرف است. برج خنک کننده مرطوب به دلیل مکش هوا و تماس آب و هوا در لایه های مختلف محیط بسته بندی کارایی بالایی دارد. از نظر کاربردی، این مدل از چیلرهای صنعتی برای محیط هایی با رطوبت نسبی کم و متوسط توصیه می شود.
برج خنک کننده ضد جریان معمولاً در مناطق خشک با رطوبت نسبی کم استفاده می شود. این تجهیزات در مناطق خشک کارایی بسیار بالاتری نسبت به سایر انواع برج های خنک کننده خواهند داشت. در مناطق خشک و گرمسیری به دلیل اختلاف زیاد دمای خشک و دمای محیط مرطوب، جریان آب در مراحل مختلف (لایه‌های پکینگ) افت دما را تجربه می‌کند و مقدار مشخصی افت دما در آن رخ می‌دهد. هر لایه از سطح بسته بندی یا خنک کننده. به عبارت دیگر، در برج خنک کننده مرطوب، جریان مخالف جریان آب در ضریب ارتفاع (HTU) و تعداد لایه های سطوح خنک کننده با جریان هوا در تماس بوده و دما به صورت پلکانی کاهش می یابد.
2 )برج خنک کننده مرطوب جریان متقاطع
در صورت عدم وجود هوا در برج، در دو طرف تصویر هوا وجود ندارد و یک بادکش بزرگ، ستون و ستون (ستون) با جریان رو به بالا وجود دارد و مجهز به برج خنک کننده جریان متقاطع است. نوع برج خنک کننده عمداً از دو خط فراتر رفته و بیشتر می شود (کاهش می یابد). این نوع آهن به طور کلی بر روی تمام سطوح پخت و پز یا سطوحی که حرارت را به گونه ای مبادله می کنند که نه تماس می گیرد و نه از طریق هوا عبور می کند، گرد می شود.
به دلیل تماس سطحی یکنواخت هوا با آب برج خنک کننده مرطوب روان، بیشتر در مناطق با رطوبت نسبی بالا (مناطق چارگای) مانند شمال و جنوب کشور استفاده می شود. این نوع خنک کننده در واقع با ایجاد واحدهای کاهنده دمای سطح یا NTU در زمینه کاهش دمای آب طراحی می شود. از آنجایی که جریان هوا به آرامی از محیط بسته بندی عبور می کند، هوای تازه با کمترین رطوبت نسبی با جریان آب در تماس بوده و در طی این تماس با آب، دما کاهش می یابد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که برج خنک کننده جریان متقاطع ابعاد بزرگتری نسبت به برج خنک کننده جریان مخالف دارد.
واحدهای اصلی در طراحی برج خنک کننده مرطوب، نوع جریان متقاطع در طراحی NTU (تعداد واحدهای سطح انتقال حرارت در برج خنک کننده) می باشد. این مدل خنک کننده مدار باز قابلیت تولید به شکل مستطیل را نیز دارد که نشان دهنده قرارگیری بهتر برج خنک کننده جریان متقاطع نسبت به انواع ضد جریان است. با توجه به کاهش HTU در طراحی برج خنک کننده مدار باز با سیستم گردش هوای متقاطع، ارتفاع نهایی این تجهیزات کمتر از سایر انواع برج خنک کننده مرطوب است.
3 ) برج خنک کننده مرطوب مکعبی
برج خنک کننده مکعبی یکی از انواع خنک کننده مدار باز سیستم پاشش آب ثابت است که به دلیل شکل ظاهری (مکعب شکل) نامگذاری شده است. سیستم توزیع و پاشش آب برج خنک کننده مکعبی در واقع شامل یک سری نازل اسپری ثابت یا به عبارت دیگر نازل های پاشش آب (مانند سر دوش در حمام) می باشد. آب خروجی این نازل ها به مه تبدیل شده و روی سطوح پرکننده یا خنک کننده پاشیده می شود. سیستم تهویه برج خنک کننده مکعبی را می توان با نوع فن یا پروانه مکنده و دمنده محوری یا فن گریز از مرکز طراحی کرد. برج خنک کننده مکعب مرطوب به طور کلی با فیبر شیشه ای FRP و بدنه گالوانیزه HDGS تولید و عرضه می شود.
برج خنک کننده ساختار مکعبی به دلیل پایداری سیستم پاشش آب نسبت به سایر انواع برج خنک کننده بسیار مزیت است. برج خنک کننده مکعبی مدار باز به دلیل دمای آب خروجی پایین تر از خنک کننده های دایره ای کارایی بیشتری دارد. نگهداری برج خنک کننده با این مشخصات عموماً آسان است زیرا از سیستم اسپری آب دوار استفاده نمی شود.
این تجهیزات از نظر پوشاندن سطح پرکننده با آب فضای خالی کمتری دارند که دلیل اصلی این امر در برج خنک کننده مکعبی نازل اسپری مربعی در تولید این تجهیزات می باشد. نازل یا سطح اسپری مربعی با همپوشانی لازم در طراحی این دستگاه از ایجاد هرگونه سطح خالی بدون پاشیدن آب بر روی درپوش های برج خنک کننده جلوگیری می کند. در واقع برج خنک کننده مرطوب مکعبی از نظر طراحی سیستم اسپری آب دارای مزایای بی شماری نسبت به برج خنک کننده دایره ای است.
4 ) برج خنک کننده مرطوب مخروطی
برج خنک کننده دایره ای شکل دارای سیستم اسپری آب دوار (توزیع آب چرخشی) نیز می باشد و دلیل اصلی این نام گذاری ظاهر چرخشی و مخروطی این مدل است. سیستم اسپری این دستگاه دارای سر اسپری مرکزی می باشد. آب در گردش در برج خنک کننده دایره ای وظیفه توزیع جریان آب بر روی سطوح بسته بندی رسانه ها را به صورت چرخشی بر عهده دارد. سیستم گردش هوای این مدل تبرید صنعتی دایره ای عموماً از نوع فن محوری و بیشتر از نوع مکش القایی می باشد.
برج خنک کننده مخروطی مرطوب ابعاد سطحی بزرگ تری نسبت به برج خنک کننده مکعبی دارد. دلیل بزرگتر بودن ابعاد این تجهیزات ایجاد فضاهای خالی زیاد است که از طریق خروجی های منشعب توزیع کننده آب به دست می آید. از طرفی به دلیل سطح زیاد برج خنک کننده دایره ای، این نوع برج خنک کننده بیشتر در فضاهایی با ارتفاع محدود استفاده می شود. ظرفیت های تبرید بالای 150 تن به صورت مونتاژ در محل تولید و طراحی می شود. لامپ یا قطره نیز عملکرد ضعیف تری نسبت به قطره لانه زنبوری در برج خنک کننده مکعبی دارد. دلیل عملکرد ضعیف دستگاه وکیوم گرد این است که سطح بالایی خروجی آب توزیع کننده در برج خنک کننده استوانه ای پوشانده نشده است.
ممنون از پست مفید و اموزنده تون