برج خنک کننده نیروگاه یک دستگاه در خنک نمودن آب جهت استفاده برای اکثر نیروگاه های تولید برق به شمار می آید که در اصطلاح به آن کولینگ تاور اطلاق میکنند. بسیاری از نیروگاه های کشور به کمک کمپرسور هوا تولید برق انجام می دهند که یک برج خنک کن با هدف تامین آب سرد (دمای 25 درجه) بکار برده می شوند. دمای خروجی آب از یک برج خنک کننده نیروگاهی عموماً وابسته به محیط اقلیم powerhouse دارد. نتیجتاً این دما در اوج کار یعنی تابستان بین 20 تا 30 درجه سانتیگراد است. لازم به ذکر است بیشترین کاربرد کولینگ تاور به عنوان منبع برودتی یک نیروگاه هوای فشرده زمانی است که شرایط محیطی گرم و خشک باشد.
طرح یک سوال مهم: کدام شهرهای ایران شرایط مساعد تری برای نصب یک برج خنک کننده دارند؟
بزرگترین نیروگاه های کشور در شهرهای اراک، یزد، اصفهان قرار دارند و منبع برودتی و سرمایشی همگی آنان برجهای خنک کننده بتنی است. البته شهرهایی مانند بوشهر، آبادان، ماهشهر و سایر شهرهای جنوبی نیز دارای نیروگاه های بزرگی بوده که بدلیل شرایط رطوبتی بالای محیط، محل مناسبی برای بکارگیری برج خنک کننده نیست. امروزه در بیشتر مناطق کشور با دمای مرطوب پایین برجهای خنک کننده در نیروگاه های آن شهرها دیده میشوند.
نحوه کارکرد برج های خنک کننده نیروگاهی
همانطور که می دانید در یک سیکل هوای فشرده که توسط کمپرسورهای هوا صورت میپذیرد دمای هوا پس از افزایش فشار بالا می رود. بیشتر کمپرسورهای هوا یا حتی ژنراتورهای تولید برق دارای سیکل آب گردش بوده و نیازمند آب با دمای پایین می باشند. آب سرد از یک برج خنک کن توسط پمپ به کندانسورهای ژنراتور هدایت می شود و از آنجا با جذب گرمای هوا توسط مبدل به کولینگ تاور بر می گردد. آب گرم برگشتی به برج خنک کننده مرتبط با نوع آن (مدار باز یا مداربسته) به روش مستقیم و غیر مستقیم در تماس با هوای محیط قرار می گیرد. حاصل تماس مستقیم آب و هوای خشک و خنک انتقال حرارت و خنک کاری آب است.
در شکل زیر نحوه عملکرد یک برج خنک کننده بتنی به شکل هذلولوی گون را می بینید.
همانطور که در شکل بالا واضح است، هوای خشک از قسمت زیر برج خنک کننده به واسطه فن مکنده به داخل کشیده می شود. این هوای مکشی پس از گذر از بخش فیلینگ یا اصطلاحاً پکینگ مدیا در تماس با آب داغ قرار می گیرد. نتیجه تماس مستقیم آب با هوا تبادل حرارت بخاطر انتقال جرم (تبخیر) میباشد. در واقع تبخیر در برجهای خنک کننده مدارباز عامل اصلی کاهش دمای آب تا نزدیکی دمای اشباع محیط است.
بررسی انواع برجهای خنک کننده نیروگاهی
در یک دسته بندی کولینگ تاور ها بر اساس نوع مکش جریان هوا به دو دسته اتمسفریک(جریان طبیعی)و فورس درفت (جریان اجباری) تقسیم بندی می شوند.
1-برج خنک کن اتمسفریک چیست؟
در گذشته که تکنولوژی فن ها یا پروانه های هوادهی موجود نبود طراحی سیستم های سرد کننده با جریان هوای طبیعی (باد) انجام میگرفت. در این مدل برج خنک کننده جریان طبیعی هوای اتمسفر(جو) با فشار و سرعت بسیار کمی به داخل یک کولینگ تاور مکش می شد و در تماس با آب گرم ریزشی قرار می گرفت. همانطور که واضح است اینگونه منابع سرمایشی قالباً در محیطهای دیزباد(دارای وزش باد شدید) نصب می گردید تا بیشترین کارایی را دارد باشد. راندمان برج خنک کننده اتمسفریک عمدتاً به سطح مقطع و ارتفاع چیدمان سطوح خنک کننده (پکینگ) بستگی داشت.
2-برج خنک کن جریان اجباری چگونه کار می کند؟
نسل امروزی و جدید برجهای خنک کاری آب از نوع مکش یا دهش القایی (اجباری) بوده که بدلیل کارکرد بسیار خوب از کاربرد فروانی بهره جسته است. امروزه در بسیاری از نیروگاه های بروز کشورمان برجهای خنک کن از نوع مکنده اجباری طراحی میشوند. بسیاری از سازندگان مطرح کشور ایران نیز در جهت توسعه نیروگاه های سیکل ترکیبی، آبی و هوایی از این منبع سرمایشی در جهت خنک کاری ژنراتورهای خود بهره می برند. در شکل زیر نحوه خنک کاری آب در یک نیروگاه را مشاهده می نمایید.
در تصویر سمت راست نمونه یک برج خنک کننده مکعبی مدارباز با جریان مخالف از نوع جریان اجباری را می بینید. هوای مکشی با فشار استاندارد ( با سرعت خطی بین 700 الی 500 فوت بر دقیقه) از سطح خنک کننده ها گذر میکند. این جریان هوا با سرعت معین در برخورد با مدیا سبب انتقال حرارت از آب گرم به هوای سرد می شود. این فرآیند تا زمانی که دمای آب به دمای حباب تر محیط طراحی برسد ادامه می یابد. در نهایت این فرآیند آب با دمایی بین 3 الی 5 درجه بالاتر از وت بالب (دمای محیط اشباع) از قسمت بیسین (تشتک تحتانی) خروج می نماید. بسیاری از نسل های جدید تر از برجهای خنک کننده نیروگاهی اکنون به شکل و شمایل تصویر سمت راست تولید می شوند.
برج خنک کننده نیروگاهی مداربسته
طراحی و راه اندازی نیروگاه های تولید برق معمولاً شامل هزینه های بالایی می شود و از این رو یکی از نگرانی ها تعمیر و نگهداری آنان است. در یک برج خنک کننده مدارباز بدلیل تبخیر همواره غلظت مواد محلول در آب رو به رشد است. این افزایش سختی آب موجب رسوب گرفتگی در مبدل ژنراتورها می شود. یک ژنراتور برای بخش های مختلف خود از جمله روغن، توربوشارژ ایر، شارژ ایر و سر سیلندرها نیازمند گردش آب خنک است. گردش آب با سختی بالا موجب خرابی این بخشها شده و از این رو برجهای خنک کننده مداربسته پیشنهاد میشود.
روش خنک کاری آب در برج خنک کننده مداربسته
در واقع کولینگ تاور مداربسته دارای بخشی به نام کویل است که نسبت به نوع مدارباز این بخش افزوده گردیده است. به عبارتی دیگر آب بجای این که مستقیم بر روی پوشال های خنک سازی حرکت کند به داخل شبکه ی کویل برودتی هدایت می شود. آب پاششی پس از برخورد با سطح لوله های مسی و با جریان آب ثانویه امکان خنک کاری را بدون تبخیر فراهم میکند. آبی که مستقیماً به قسمت های مختلف ژنراتور هدایت می شود بدون ذره ای پرت با کیفیت بالا عمل جذب گرما را انجام می دهد. فلذا آب مداربسته در درون کویل گرمای خود را به آب ریزشی بر روی مبدل منتقل می نماید. امروزه بسیاری از ژنراتورهای از 20 کاوآ تا 8000 کاوآ از برجهای مداربسته در سیستم خود استفاده می کنند.
