برج خنک کننده مرطوب

همانطور که مستحضر هستید اساس و پایه کارکرد بیشتر انواع برج خنک کننده برپایه انتقال گرمای نهان تبخیر از آب به هوا و در نتیجه ایجاد رطوبت در هوا می باشد. به این مدل از انواع خنک کن صنعتی برج خنک کننده مرطوب (برج خنک کننده مدارباز) گفته می شود.

چرا برج خنک کننده مدارباز را مرطوب نیز می نامیم؟؟

دلیل اصلی نام گذاری این تجهیز با نام برج خنک کننده تر یا مرطوب ایجاد نمودن رطوبت زیاد در هوا (رطوبت 100 درصد) و به عبارتی تبدیل نمودن هوای خشک ورودی به هوای اشباع در خروجی کولینگ تاور می باشد.

برج خنک کننده مرطوب چگونه سبب کاهش دمای آب می شود؟

کولینگ تاور مدارباز یا مرطوب در اصل با ایجاد یک تماس مستقیم (در سطوح خنک کننده) بین آب و هوا سبب تبخیر مقدار اندکی از جریان آب (تقریبا 1 درصد) می گردد و گرمای مورد نیاز جهت تبخیر این میزان آب توسط جریان اصلی آب تامین شده و سبب خنک تر شدن دمای آب جریان اصلی (99 درصد باقی مانده) می گردد.

همانطور که انتظار می رود ، در این مدل برج خنک کن تر انتقال گرما و جرم به صورت همزمان اتفاق می افتد. انتقال حرارت و انرژی گرمایی از طرف جریان آب به جریان هوا صورت می پذیرد و در این انتقال انرژی به واسطه ورود بخارات آب به هوا نوعی انتقال جرم هم صورت می پذیرد. در واقع در یک جمله خلاصه برج خنک کننده مرطوب با انتقال همزمان حرارت و جرم سبب خنک تر شدن آب در طی یک فرآیند باز می گردد. به همین دلیل این مدل خنک کننده را برج خنک کننده مدارباز نیز می نامیم.

رعایت یک نکته مهم: در برج خنک کننده مرطوب به واسطه تبخیر بخشی از جریان آب و هدر رفتن آن ، لازم است به منظور جبران این تبخیر و هدررفت مقدار معینی آب جبرانی به جریان آب در گردش اضافه شود. به همین دلیل این مدل برج های خنک کن بیشتر برای مناطقی مورد کاربرد قرار می گیرد که در تامین این میزان آب جبرانی مشکلی نداشته باشد.

لینک مقاله کمکی: محاسبه آب جبرانی در برج خنک کن

هدف برج خنک کننده مرطوب در واقع خنک کردن آب می باشد.

در بسیاری از محیط های صنعتی از آب برای خنک کردن دستگاه ها و تجهیزاتی که با تولید گرما مواجه هستند (مانند چگالنده ها ، مبدل های گرمایی ، توربین در نیروگاه ها و چیلر در تهویه مطبوع) استفاده می شود .این سیال پس از خنک نمودن ، بازیابی و به محیط صنعتی برای استفاده مجدد برگشت داده می شود. انجام این عمل با سرد کردن آب گرم در برج خنک کننده مرطوب از طریق تماس با جریانی از هوای اشباع نشده حاصل می شود که منجر به تبخیر درصدی از آب و انتقال گرمای محسوس و همچنین گرمای نهان تبخیر از آب به هوا و در نتیجه خنک شدن آب (در شرایط ادیاباتیک) می شود.

روند خنک سازی در برج خنک کننده مرطوب به این شکل صورت می گیرد که جریان آب با درجه حرارتی بالا (آب گرم) پس از ورود و عبور از قسمت پکینگها یا سطوح خنک کننده در تماس با جریان هوای تازه محیط بیرون قرار گرفته و خنک شده و در قسمت تشتک یا مخزن ذخیره آب خنک انباشته می شود( جریان هوای ورودی به برج خنک کن می تواند هوای طبیعی وارد شده از طریق لوورها باشد یا جریان هوای القایی ایجاد شده توسط فن یا پروانه باشد)

در چرخه گردش سیالات در برج خنک کننده مرطوب آب حاوی گرما در معرض تماس مستقیم جریان هوا قرار می گیرد و در تماس قرار گرفتن آب و هوا ، به دو دلیل دمای آب شروع به کاهش می نماید.

1) انتقال گرمای مستقیم از آب به هوای بیرون به دلیل اختلاف دمای آب گرم ورودی و هوای خشک محیط بیرون (گرمای محسوس)
2) 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 بر عملکرد 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 به عنوان یکی از پرکاربردترین منابع سرمایشی و خنک سازی آب محسوب می شود به عنوان یک مولفه مهم در بسیاری از فرآیندهای صنعتی و تجاری مورد استفاده قرار می گیرد. در واقع در بیان کاربرد برج خنک کننده مرطوب می توان به دو مورد اساسی اشاره نمود.

برج خنک کننده چیلر: خنک کردن مدار کندانسور چیلر

برج خنک کننده صنعتی: خنک کردن آب در حال گردش در صنعت همانند پالایشگاه نفت ، پتروشیمی ، ذوب و نورد فلزات در کوره های القایی و نیروگاه های هسته ای

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

در ابتدا نگاهی به سیر روندی برج خنک کننده مرطوب می اندازیم .

استفاده از برج خنک کننده با جریان طبیعی در اروپا و در کشور آلمان شروع شد. احداث این برج خنک کننده مرطوب در ابتدا با چوب بود و در طی گذر زمان با چوب و فلز به ساخت آن مبادرت گردید. در نوع جدید برج خنک کننده مرطوب با بتن مسلح درست می شود . شکل فیزیکی این نوع برج خنک کننده نیز تغییراتی را پشت سر گذاشت . نخست به صورت استوانه احداث می گردید و بعدها به حالت دو مخطروط قطع خورده روی هم بنا می شد. شکل جدید آن هیپربولیک است که به برج خنک کننده مرطوب استحکام خوبی می دهد و با جریان طبیعی هوا در عبور از پوسته برج سازگاری بهتری دارد. طرح نو این برج مصالح کمتری نیاز دارد چون به حجم 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

1-1) برج خنک کننده مرطوب جریان مخالف

چنانچه در برج خنک کننده مرطوب پاشش آب تحت یک جریان مخالف (غیرهمسو) با جریان هوا صورت پذیرد ، خنک کن از نوع کانترفلو یا جریان مخالف(Counter Flow Cooling tower) می باشد. برج خنک کننده جریان مخالف عموماً از قسمت پایین و از هر چهار طرف دارای ورودی جریان هوای خشک به داخل می باشد. برج خنک کننده مرطوب جریان مخالف به دلیل مکش هوا و تماس هوا با آب در لایه های مختلف پکینگ مدیا بسیار راندمان بالایی دارد. عملا این مدل از خنک کننده های صنعتی برای محیط هایی با رطوبت نسبی پایین و متوسط پیشنهاد می شود .

برج خنک کننده جریان مخالف قالباً در مناطق خشک و با رطوبت نسبی پایین مورد کاربرد قرار می گیرد. این تجهیز در مناطق خشک راندمان بسیار بالاتری نسبت به انواع دیگر کولینگ تاور خواهد داشت. در مناطق خشک و گرمسیری به دلیل اختلاف زیاد بین دمای خشک و دمای مرطوب محیط ، جریان آب در مراحل مختلف (لایه های پکینگ) با کاهش دما روبرو می شود و در هر لایه از پکینگ یا سطوح خنک کن میزان معینی کاهش دما خواهد داشت. به عبارتی دیگر در یک برج خنک کن مرطوب جریان مخالف جریان آب در فاکتور ارتفاع (HTU) و تعداد لایه های زیاد سطوح خنک کننده در تماس با جریان هوا قرار می گیرد و به صورت پلکانی دچار کاهش دما می شود.

1-2) برج خنک کننده مرطوب جریان متقاطع

اگر در برج خنک کننده مکش هوا از دو طرف صورت پذیرد و جریان هوای خشک و خنک ورودی کراس(عمود) بر جریان ریزشی آب باشد این تجهیز از نوع کراس فلو یا جریان متقاطع (Cross Flow Cooling Tower) قلمداد می شود. کولینگ تاور جریان متقاطع عمدتاً از دو طرف دارای ورودی هوا (لوور)می باشد. این نوع از خنک کننده مدارباز عموما در تمامی لایه های پکینگ یا سطوح تبادل حرارت به صورت یکنواخت در تماس با هوای خشک ورودی قرار می گیرد.

به دلیل تماس سطحی هوا به صورت یکنواخت با آب برج خنک کننده مرطوب جریان متقاطع بیشتر در مناطقی با رطوبت نسبی بالا (مناطق شرجی) همانند شمال و جنوب کشور مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع از خنک کننده در واقع با ایجاد واحدهای سطحی کاهش دما یا NTU در زمینه کاهش دمای آب طراحی می شود. با عبور جریان هوا به صورت یکپارچه از قسمت پکینگ مدیا ، هوای تازه (Fresh Air) با کمترین رطوبت نسبی در تماس با جریان آب قرار می گیرد و در طی این تماس آب با کاهش دما روبرو خواهد شد . پس می توان اینطور استنباط کرد که برج خنک کننده جریان متقاطع دارای ابعاد بزرگتری نسبت به برج خنک کن جریان مخالف می باشد.

واحدهای اصلی در طراحی برج خنک کننده مرطوب از نوع جریان متقاطع در طراحی واحدهای NTU (تعداد واحد های سطحی انتقال حرارت در کولینک تاور )می باشد. این مدل خنک کننده مدارباز همچنین توانایی تولید به صورت مستطیل شکل را دارا می باشد که این موضوع بیانگر جانمایی بهتر برج خنک کن کراس فلو در مقایسه با انواع کانترفلو می باشد. به دلیل کاهش واحد های HTU در طراحی کولینگ تاور مدارباز با سیستم گردش هوای کراس فلو، ارتفاع نهایی این تجهیز کوچکتر از ارتفاع انواع دیگر برج خنک کن مرطوب می باشد.

1-3) برج خنک کننده مکعبی

برج خنک کننده مکعبی (Cubic Cooling Tower) یکی از انواع خنک کن مدارباز با سیستم پاشش آب ثابت می باشد که دلیل نامگذاری این مدل برج خنک کننده به دلیل شکل ظاهری آن(مکعبی شکل) می باشد. سیستم توزیع و پاشش آب در کولینگ‌تاور مکعبی در واقع شامل یک سری نازل ثابت اسپری پاش(Nozzle) یا در اصطلاح افشانک پاشش آب( همانند سردوش حمام) می باشد. آب در خروجی این نازل‌ها به صورت اسپری درآمده و بر روی پکینگ یا سطوح خنک کننده پاشش می کند. سیستم هوادهی برج خنک کننده مکعبی می تواند از نوع فن یا پروانه مکنده و دمنده محوری یا فن سانتریفوژ طراحی گردد. برج خنک کن مرطوب مکعبی عموماً با بدنه فایبرگلاس FRP و گالوانیزه HDGS تولید و عرضه می گردد.

برج خنک کننده تر با استراکچر مکعبی به دلیل ثابت بودن سیستم پاشش آب کاربرد بسیار زیادی نسبت به انواع دیگر کولینگ تاور دارد. کولینگ تاور مدارباز مکعبی به دلیل کاهش بیشتر دمای آب خروجی دارای راندمان بیشتری نسبت به انواع خنک کن مدور دارد. برج خنک کننده با این مشخصات عموما به دلیل عدم استفاده از سیستم دوار پاشش آب تعمیر و نگهداری آسان تری دارد.

این تجهیز به لحاظ پوشش سطح پکینگ توسط آب دارای Void Space یا فضای خالی کمتری می باشد و دلیل اصلی این امر در کولینگ تاور مکعبی وجود نازل مربع پاش در تولید این تجهیز می باشد. نازل مربع پاش یا دک اسپری با همپوشانی لازم در طراحی این تجهیز از ایجاد هرگونه سطح خالی بدون پاشش آب بر روی پوشالهای برج خنک کن جلوگیری می نماید. در واقع برج خنک کننده مرطوب مکعبی به لحاظ طراحی سیستم پاشش آب دارای مزیت های بی شماری نسبت به کولینگ تاور مدور می باشد.

1-4) برج خنک کننده مدور

برج خنک کننده مرطوب مخروطی یا مدور(Round Cooling Tower) نیز دارای یک سیستم پاشش آب چرخشی یا دوار (Rotary Water Distrobtion) و دلیل اصلی این نامگذاری نیز به دلیل شکل ظاهری دوار و مخروطی این مدل می باشد. سیستم پاشش این تجهیز قالباً دارای یک آب پخش کن یا اسپرینکلرهد مرکزی (Sprinkler Head) می باشد. آب پخش برج خنک کننده مدور وظیفه توزیع جریان آب بر روی سطوح پکینگ مدیا به صورت دوار و چرخشی را برعهده دارد. سیستم گردش هوای این مدل خنک کننده صنعتی مدور عموماً ازنوع فن محوری (Axial) و بیشتر در نوع مکنده القایی می باشد.

برج خنک کننده مرطوب مخروطی عمدتاً دارای ابعاد سطحی بزرگ تری نسبت به خنک کننده مکعبی می باشد. دلیل ابعاد بزرگتر این تجهیز ایجاد فضاهای خالی زیادی است که توسط خروجی های انشعابات لوله از آب پخش کن حاصل می‌شود. از طرفی به دلیل ایجاد سطح زیاد در کولینگ تاور مدور این نوع برج خنک کننده بیشتر در فضاهایی با محدودیت ارتفاع مورد کاربرد قرار می گیرد. ظرفیت های بالاتر از 150 تن تبرید اکثراً به صورت مونتاژ در محل تولید و طراحی می گردد. بخش المیناتور یا قطره گیر نیز عملکرد ضعیف تری نسبت به قطره‌گیر لانه زنبوری برج خنک کننده مکعبی دارد. دلیل عملکرد ضعیف المیناتور مدور عدم پوشش سطح بالایی خروجی آب پخش کن در برج خنک کن استوانه ای می باشد.

مطالب پیشنهادی:

برج خنک کننده فایبرگلاس

برج خنک کننده مدار بسته

کاهش دور برج خنک کننده

سازندگان برج خنک کننده