اصول عملکرد برج خنک‌کننده آن

برج خنک‌کننده، که با نام‌های “برج خنک‌کن” و “خنک‌کننده صنعتی آب” نیز شناخته می‌شود، برای کاهش دمای آب در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دستگاه، از مکانیزم تبادل حرارت برای خنک‌سازی آب از طریق تبخیر و تبادل گرمای نهان استفاده می‌کند. آب گرم از طریق پمپ به بالای برج رسانده شده، و پس از پخش شدن بر روی پکینگ‌ها، به واسطه تماس با هوای مکیده‌شده توسط فن، تبخیر و خنک می‌شود، و در نهایت دوباره به چرخه برمی‌گردد.

برج خنک کننده بخش مهمی از سیستم‌های شیمیایی هستند. وظیفه اصلی یک برج خنک کننده رها کردن گرما به جو است. برج خنک کن ابزاری نسبتاً ارزان و قابل اعتماد برای از بین بردن درجه حرارت آب و سرد نمودن آن است. در کولینگ تاور منبعی برای پر کردن آب از دست رفته به واسطه تبخیر استفاده می‌شود.

آب داغ از مبدل‌های حرارتی جهت خنک شدن، به برج  فرستاده می‌شود. آب خارج شده از برج برای خنک‌سازی و تبادل حرارتی بیشتر به سایر واحدها ارسال شود.

انواع برج‌های خنک کننده از نظر مکش جریان هوا:

به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

1.جریان طبیعی

2.مکش مکانیکی

برج های خنک کننده جریان طبیعی:

در این نوع برج خنک‌کننده، از دود کش‌های بتنی بسیار بزرگی برای خروج هوا از میان آن استفاده می‌شود و بسیار گران قیمت می‌باشند.

بطور کلی با توجه به سایز بزرگ این برج‌ها، آنها برای آب بیش از 45000 متر مکعب بر ساعت استفاده می‌شود.

دمای هوا به دلیل گرفتن گرما از آب در حال تبخیر بالا می رود و هرچه درجه دما بیشتر شود چگالی هوا کمتر شده و میل به صعود بیشتر می شود.

به همین دلیل مکش طبیعی صورت می گیرد. این نوع برج‌های خنک کننده تنها توسط نیروگاه‌های برق مورد استفاده قرار می گیرند به همین علت بنام برج خنک کننده نیروگاه نیز شناخته می‌شود.

برج های خنک کننده مکش مکانیکی:

در این نوع از برج از یک فن بزرگ برای مکش هوا بین آب در حال گردش استفاده می‌کنند.

میزان خنک کنندگی در این سیستم به طول پره‌های فن خنک کننده و سرعت عملکرد آن بستگی دارد.

این نوع برج‌ها به طور وسیع استفاده می‌شود.

به سه گروه تقسیم می‌شوند:

1.دمیدن اجباری (forced draft)

2.مکش اجباری (induced draft)

3.جریان صلیبی( Crossflow induced draft)

در نوع forced draft هوا به توسط یک فن که در پایین برج قرار گرفته است به بالا هل داده می‌شود و آب گرم از بالای برج وارد می‌گردد.

در نوع induced draft و Crossflow induced draft آب از بالا و هوا از پایین وارد می‌گردد.

تفاوت کاراینجاست که فن مکش هوا در بالای برج قرار می‌گیرد و فن، هوا را از ورودیهای پایین برج به بالا می‌کشد و به بیرون پرتاب می‌کند.

در این برج زمان تماس هوا و آب بیشتر است و موجب بازدهی بیشتر می‌گردد.

احتمال خوردگی زیاد و نیاز به نگهداری و تعمیرات سنگین فن و قطعات مکانیکی و موتور از معایب این سیستم به شمار می رود.

برجهای خنک کننده از نوع مکش مکانیکی در اندازه ها و ظرفیت های مختلفی ساخته می شوند. رنج ظرفیت نرمال تقریبا از 10 تن 205مترمکعب بر ساعت جریان، تا چند هزار تن و مترمکعب بر ساعت می باشد.

نکته: برج ها می توانند  در کارخانه یا در محل ساخته و مونتاژ گردند، بطور مثال برج های بتنی فقط در محل مورد نظر ساخته می گردند.

برج های سلولی چندگانه بسته به نوع شکل سلولها و اینکه آیا در پایین سلولهای ورودی هوا در دو طرف قرار دارد یا خیر، می توانند خطی، مربعی یا گرد باشند.

قطعات برج خنک کننده:

اجزای اصلی یک برج تبخیری عبارتند از: قاب و پوشش، پکینگ ها (پرکن ها)، تشتک یا حوضچه آب سرد، قطره گیر برج خنک کننده، دریچه ورودی هوا، منفذ خروجی هوا، نازل ها، فن خنک کننده و موتور.

مواد تشکیل دهنده برج (Tower Materials)

در روزهای اولیه تولید برج های خنک کننده، برج ها و قطعات آن از چوب ساخته می شوند و معمولا حوضچه آب سرد اگر از جنس چوب نبود، احتمالا بتن بود.

امروزه، سازندگان برج خنک کننده، برج ها و اجزای برج را از انواع مواد مختلفی ساختند. اغلب مواد مورد استفاده برای کاهش خورندگی، کاهش تعمیر و نگهداری و ارتقای قابلیت اطمینان و طولانی تر شدن عمر برج های خنک کننده می باشند.

بیشتر مواقع برج های بزرگ به صورت بتنی ساخته می شوند، بدنه و حوضچه آب سرد بیشتر برجها از فولاد گالوانیزه یا در جایی که فضای خورندگی یک مشکل است از فولاد و استیل ساخته می شوند.

بیشتر اوقات در برج گالوانیزه، حوضچه آب سرد از جنس استیل می سازند. همچنین برای پوشش بدنه و حوضچه آب سرد برج بطور گسترده ای از فیبر شیشه ای جهت ارائه عمر طولانی و حفاظت از اثرات مضر مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد.

برای ساخت پکینگ برج خنک کننده بطور گسترده از پلاستیک استفاده می شود، از جمله p.v.c، پلی پروپلین p.p و دیگر پلیمرها.

بطور مشخص هنوز برای برج های چوبی از اسپلش پکینگ های چوبی مورد استفاده قرار می گیرد.

اما اسپلش پکینگ های پلاستیکی نیز وجود دارد که تحت شرایط و وضعیت آب، مجاز به استفاده نمودن از اسپلش پکینگهای پلاستیکی می باشیم.

اسپلش پکینگ ها برای آبهای کثیف مورد استفاده قرار می گیرد و پس از پاشیده شدن قطرات آب در هوا، کمترین رسوب گذاری را دارا می باشد و دارای عمر طولانی تر می باشند.

فیلم پکینگ ها: این نوع پکینگ راندمان انتقال حرارت بیشتر را ارائه می دهد و معمولا برای آب های کثیف استفاده می شوند مانند: آبهای چرب، صنایع فولاد و ریخته گری و آبها دارای سختی بالا توصیه نمی شود.

اساس کار برج خنک کننده (Cooling Tower Performance)

پارامترهای مهم در نقاط عملکرد برج عبارتند از :

در انتخاب ظرفیت انواع برج ها همواره باید در نظر داشته باشیم که حداکثر اختلاف دمای آب ورودی و خروجی از برج کمتر از اختلاف دمای آب ورودی و دمای مرطوب هوا در منطقه مورد نظر داشته باشد.

1.Range( دامنه): اختلاف درجه حرارت آب ورودی و خروجی به برج خنک کننده.

2.Approoch( رویکرد): اختلاف درجه حرارت آب سرد ورودی و درجه حرارت مرطوب محیط. ، معمولا هر دو پارامتر می بایست نظارت شود.

3.اثربخشی برج ( بر حسب %): (App+Range) /Range*100

4.ظرفیت خنک کنندگی گرما طرد شده یا از بین رفته در کیلوکالری بر ساعت یا TR ،بعنوان محصول داده شده از جرم جریان آب، تفاوت درجه حرارت و درجه خاص است.