بررسی نحوه کارکرد انواع برجهای خنک کننده
پیش از پرداختن به نحوه کارکرد برج خنک کننده (cooling tower)، بایستی بدانید که این دستگاه‌ها دارای یک ساختمان بتنی، فلزی، چوبی و یا با فایبرگلاس شكل هستند. برج خنک کننده برای سرمایش آب گرم صنعتی به صورت طبیعی یا مكانیكی طراحی و ساخته میشود. درواقع چنانچه آبهای داغ صنعتی خنک نشوند، قابلیت استفاده مجدد در چرخه تولید را نخواهند داشت. بنابراین باید از آبهای جایگزین طبیعت استفاده شود که آسیبها را به محیط زیست افزایش می دهد!!. ازهمین رو آشنایی با نحوه کارکرد برج خنک کننده و چگونگی خنکسازی آبهای داغ صنعتی، بسیار پراهمیت است.
نحوه کار برج خنک کننده بدین صورت است که آب داغ وارد شده به سیستم کولینگ، توسط فن های دستگاه سرد می‌شوند. آب گرم از طریق لوله به بالای برج خنک کننده منتقل و از طریق آب پاشهایی که در بالای برج خنک کننده نصب گردیده، از بالا به پایین بر روی پکینگ ها (pp یا pvc) پاشیده میشود. با این کار سطح تماس بیشتری میتواند بین آب و هوا ایجاد شود. بطوریکه سطحی از آب داغ روی پکینگ تشکیل شده و از سوی دیگر، هوایی که توسط فن ها از درون لوورهای اطراف برج خنک کننده وارد میشود با آب برخورد میکند. درنتیجه خنکای هوا به آب منتقل میشود و خنکسازی انجام میشود.
اما چه تفاوتی در مکانیزم عملکردی هریک از انواع سیستم کولینگ وجود دارد؟!
انواع مکانیزم سیستم کولینگ
بسته به تناژ تبرید، اقلیم و نوع تبادل حرارت، مدلهای مختلفی از برجهای خنک کن تولید میشود. نحوه عملکرد هریک از برج های خنک کننده نیز مسلماَ میتواند متفاوت باشد. بنابراین در ادامه به بررسی اجمالی هریک از این مدلهای کولینگ تاور خواهیم پرداخت. بطورکلی در برج خنک کننده آب گرم به طور مستقیم و یا غیرمستقیم در تماس با جریان هوای طبیعی یا مكانیكی قرارگرفته و گرمای آن به هوا منتقل میشود و برای مصرف بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
نحوه عملکرد برج خنک کننده مدار باز
شیوه انتقال حرارت و تبادل گرمایی در کولینگ تاور مدارباز بصورت «مستقیم و تبخیری» است. نحوه عملکرد برج خنک کننده مدارباز بدین‌گونه است که در شروع فرآیند، آب داغ بوسیله‌ی لوله‌کشی‌های ورودی به درون دستگاه راه پیدا میکند. سپس این سیالات داغ (توسط پمپ) به سمت بالای دستگاه و به مجرای سیستم توزیع آب هدایت می‌شوند. در ادامه باید 2 کار به صورت همزمان انجام گردد:
از یکسو آب گرم بوسیله نازل‌های سیستم توزیع آب بر روی سطح پکینگ برج خنک کننده ریخته میشود و موجب تشکیل لایه‌ای نازک از آب می‌گردد. درسوی دیگر، فن‌های دستگاه به مکش هوای خنک بیرونی و ورود آن به درون دستگاه اقدام می‌کنند. هوای خنک وارد شده به دستگاه، در بالای سطح پکینگ مدیا به گردش درمی‌آید. بنابراین با لایه آب به صورت مستقیم ارتباط برقرار میکند و با ایجاد فرآیند تبخیر، باعث خنک شدن آب کولینگ تاور میشود.
طی فرآِیند تبخیر، بخشی از گرمای آب گرفته میشود و تحت قالب بخار، از دستگاه خارج می‌گردد. بنابراین سرعت عمل خنک‌کاری افزایش می‌یابد و راندمان عملکرد برج خنک کننده بیشتر میشود. در ادامه، آب خنک شده به بخش تشتک زیرین دستگاه ریخته میشود. نهایتاً آب موجود در تشتک نیز از طریق لوله‌های خروجی، مجدداً وارد چرخه تولید و صنعت خواهد شد.
عملکرد قطره گیر
قطره گیرها به عنوان قطعه‌ای در جهت کاهش مصرف آب شناخته می‌شوند. در حقیقت وجود قطره گیرها در برج خنک کننده مدارباز، موجب میشود تا با جلوگیری از خروج قطرات آب، میزان بخار و اتلاف آب کاهش یابد. همانطور که می‌دانید، همواره لایه‌های بخار دارای قطرات ریز آب هستند. نصب قطره گیر موجب میشود تا به هنگام خروج حجم بخار، این قطرات آب به دام انداخته شوند و از خروج‌شان ممانعت گردد. درنتیجه قطرات آب کمتری به جو وارد میشود و صرفه‌جویی در مصرف آب اتفاق می‌افتد.
نحوه عملکرد برج خنک کننده مداربسته
کارکرد برج خنک کننده مداربسته بطور کامل متفاوت‌تر از سیستم‌های مدارباز است؛ بطوریکه تبادل گرما در آنها، به صورت «غیرمستقیم» است. نحوه عملکرد برج خنک کننده مداربسته بدین صورت است که ابتدا آب داغ صنعتی وارد مجرای بسته کویل‌ها و لوله‌های پره‌دار آلومینیومی یا مسی میشود. آب وارد شده به دستگاه، در مسیر بسته جریان می‌یابد. درنتجه کیفیت سیال حفظ می‌گردد و آلودگی‌های جریان هوا به آن سرایت نمی‌کند. فن‌های قدرتمند یرج خنک کن مداربسته، جریان هوای خنک بیرونی را وارد سیستم می‌کنند. سپس این جریان هوا به سطج خارجی لوله‌ها وزیده میشود. همین برخورد غیرمستقیم هوا با سطح خارجی لوله‌های آب، موجب تبادل گرما و خنکسازی آب میشود.
راندمان سیستم مداربسته در مقایسه با مدلهای مدارباز کمتر است. درحقیقت غیرتبخیری بودن فرآیند خنکسازی در این کولینگ تاورها، موجب میشود تا راندمان آنها کمتر باشد و آب رفته رفته خنک شود. البته کاهش مصرف آب یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های عملکرد برج خنک کننده مداربسته است. بنابراین نیاز خاصی به تزریق مداوم آب جبرانی نخواهند داشت.
نحوه کارکرد برج خنک کننده آدیاباتیک
کولینگ تاور آدیاباتیک با استفاده از سیستم هوادهی «هواخنک» کار میکند؛ چون این دستگاه‌ها در مناطق گرم و خشک کشور مورد استفاده قرار می‌گیرند و همواره در معرض ورود هوای گرم قرار دارند. بنابراین پس از ورود هوای گرم به دستگاه، ابتدا جریان هوا خنکسازی می‌گردد. سپس هوای خنک شده توسط فن‌ها، به سطح لوله‌ها و کویل ها دمیده میشود. به یاد داشته باشید چنانچه هوای گرم به لوله‌ها برخورد کند، راندمان خنک‌کاری شدیداً کاهش می‌یابد و عملاً آب به میزان لازم خنک نمی‌شود. برخی از دیگر نکات نحوه کارکرد برج خنک کننده مداربسته آدیاباتیک عبارتست از:
- سیستم‌های کولینگ آدیاباتیک دارای شبکه توزیع آب باز نیستند و بخشی از زیرمجموعه مدلهای مداربسته محسوب می‌شوند. بنابراین تبادل حرارت در آنها بصورت غیرمستقیم (غیرتبخیری) است.
- باتوجه به بکارگیری سیستم هوا خنک در مدلهای آدیاباتیک، راندمان این دستگاه‌ها بسیار بالاست. در نتیجه برای فعالیت‌های صنعتی، گزینه‌ای مناسب محسوب می‌شوند.
- طراحی برج خنک کن آدیاباتیک بر مبنای کاهش دمای آب صورت می‌گیرد.
نحوه کارکرد برج خنک کننده خشک مورب
به‌منظور آشنایی با نحوه عملکرد برج خنک کننده خشک مورب، به نکات زیر توجه داشته باشید:
- نحوه کارکرد: برجهای خنک کن خشک مورب، عملکردی مشابه با سیستم‌های مداربسته دارند. یعنی فاقد اسپرینکلرهد باز هستند و آب گرم در کویل‌های بسته جریان می‌یابد.
- ظرفیت: این مدل‌ها اغلب در ظرفیت‌های بسیار بالای صنعتی طراحی می‌شوند. بنابراین برای بکارگیری در صنایع سنگین و نیمه سنگین کشور گزینه‌ای ایده‌آل هستند.
- نوع اقلیم مناسب: باتوجه به صرفه‌جویی قابل توجه در مصرف آب، نحوه عملکرد برج خنک کننده خشک مورب، مناسب برای صنایع بزرگ اقلیم خشک و کم آب کشور است. (پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌های سیکل ترکیبی و برق، ذوب آهن و فولاد)
- ساختار: کویل، فن و لوله‌های موجود در کولینگ تاور خشک بصورت مورب قرار داده می‌شوند. ساختار حجمی این دستگاه‌ها نیز به شکل مستطیلی و همراه با دیواره‌های مورب است.
مکانیزم عملکرد برج خنک کن هیبریدی
این سیستم‌ها به عنوان نسل جدیدتری از انواع کولینگ تاور صنعتی بشمار می‌روند. بنابراین می‌توان گفت که نحوه کارکرد برج خنک کننده هیبریدی خاص‌تر از دیگر مدل‌هاست. به‌بیان دقیق‌تر، عملکرد برج خنک کننده هیبریدی را می‌توان ترکیبی از «سیستم‌های مداربسته و مدارباز» دانست. یعنی:
- هم به مانند سیستم‌های کولینگ مدارباز دارای سیستم پاشش آب باز هستند.
- و هم شبیه به مدلهای مداربسته، آب در کویل‌های مسی بسته جریان یافته و از شیوه تبادل حرارت ایندایرکت، بهره می‌گیرند.
همچنین دارای سیستم هوادهی «هواخنک» هستند که در عین مصرف کم آب، راندمان عملکردی بالایی دارند. به‌طورکلی می‌توان گفت که:
نحوه کارکرد برج خنک کننده هیبریدی (Hybrid Cooling tower) بدین گونه است که در فصول سرد سال، آب وارد مسیر بسته کویل و لوله‌های پره‌دار میشود. سپس با استفاده از سیستم هواخنک و ورود هوای خنک، عملیات دمش هوای خنک به سطح لوله‌ها و خنکسازی آب انجام میشود. همچنین نحوه عملکرد سیستم هیبریدی در فصول گرم سال، بر مبنای پاشش آب داغ از طریق سیستم توزیع آب است.
به یاد داشته باشید که ترکیب عالی سیستم‌های مدارباز و مداربسته، موجب افزایش راندمان و کاهش مصرف این برج‌ها شده است؛ به‌طوریکه در فصول گرم سال، برجهای هیبریدی بین 45 تا 85 درصد کاهش مصرف آب دارند. همچنین در فصول سرد سال نیز بین 45 تا 75 درصد، مصرف آب کمتری خواهند داشت. باتوجه به سایز بزرگ و مزیت‌های گسترده این دستگاه‌ها، قیمت کولینگ تاور هیبرید بیشتر از سایر مدل‌هاست.
نحوه کارکرد برج خنک کننده مکانیکی
تمامی کولینگ تاورهایی که با استفاده از قطعه فن و مکش و دمش مکانیکی هوا به خنکسازی آب داغ صنعتی می‌پردازند، در دسته‌ی انواع «برج خنک کن مکانیکی» جای می‌گیرند. بطورکلی نمی‌توان حالت مشخصی را برای نحوه کارکرد برج خنک کننده مکانیکی در نظر گرفت. زیرا تمامی سیستم‌های کولینگ هیبریدی، خشک و مدارباز در زیرمجموعه برجهای مکانیکی قرار دارند و هریک دارای سیستم عملکردی متفاوتی هستند.
راندمان عملکردی برج خنک کن مکانیکی، بسیار بیشتر از کولینگ تاور جریان طبیعی است. همچنین طراحی و ساخت راحت‌تر، کم هزینه‌تر و پرسرعت‌تری دارند. اما بدلیل بکارگیری فن در آنها، سر و صداهایشان در فرآیند خنکسازی آب بیشتر است. به همین دلیل باید سیستم‌های کاهش سرعت دور موتور و لرزش گیر در آنها تعبیه شود. بخاطر داشته باشید که انواع برج خنک کن جریان مخالف و جریان متقاطع نیز در زیر مجموعه برجهای مکانیکی جای دارند.
عملکرد برج خنک کننده جریان طبیعی
سیستم‌های کولینگ جریان طبیعی فاقد قطعه فن هستند؛ یعنی مکش هوای خنک بیرونی با استفاده از چندین اتاقک و بصورت طبیعی صورت می‌پذیرد. لذا مشخصاً نحوه کارکرد برج خنک کننده طبیعی، با کاهش راندمان قابل توجه همراه خواهد بود. همین عامل موجب شده تا امروزه استفاده از کولینگ تاورهای جریان طبیعی، بسیار بسیار کاهش یابد. همچنین باید گفت که با توجه به مکانیزم خاص برجهای جریان طبیعی، آلودگی زیادی به سیال سرایت میکند.
یکی از معدود مزایای کارکرد برج خنک کننده جریان طبیعی، عدم آلودگی‌های صوتی شدید در آنهاست؛ زیرا از قطعه فن در آنها استفاده نمی‌شود. طراحی این سیستم‌ها بر مبنای در نظرگیری 2 فضای متمرکز استوار است. اولین فضا برای ورود جریان طبیعی هوا و دومین فضا به منظور برخورد سیال و هوای وارد شده به دستگاه. بنابراین تبادل حرارت در این تجهیزات بصورت مستقیم است؛ اما با راندمانی به شدت پایین‌تر!
نحوه کارکرد برج خنک کننده جریان متقاطع
ویژگی ها و نحوه عملکرد برج خنک کننده جریان متقاطع یا کراس فلو را می‌توان به صورت زیر شرح داد:
- آرایش و جهت برخورد آب و هوا در این کولینگ تاورها، به صورت عمود بر هم است. یعنی اینکه مانند تمامی مدلهای مدارباز، ابتدا آب از پایین به بالا پمپاژ میشود. درادامه این آب داغ بر روی پکینگ برج خنک کننده پاشش پیدا کرده و همزمان دو فن، جریان هوا را به درون دستگاه وارد می‌کنند.
- درنتیجه تماس مستقیم بین جریان‌های سیال و هوا اتفاق می‌افتد و فرآیند خنکسازی تبخیری ایجاد میشود.
- دو فن در دو طرف برج خنک کننده جریان متقاطع (Cross Flow) نصب میشود. درنتیجه هوای ورودی از دو سمت به شکل عرضی وارد دستگاه می‌گردد و برخورد متقاطع (عمود) بوجود می‌آورد.
- با توجه به نیاز به نصب دو فن در دو سمت دستگاه، طراحی این برج‌ها به صورت مکعبی صورت می‌گیرد (نه مخروطی و دایره ای).
- بازدهی خنکسازی در این نوع سیستم‌های کولینگ، بسیار بالاست (به‌دلیل بکارگیری دو فن در دو سمت دستگاه و مکش قدرتمند هوا)
- کولینگ تاور کراس فلو (جریان متقاطع)، انتخابی ایده آل برای اقلیم‌های معتدل و مرطوب به شمار میرود. زیرا رطوبت و قطرات ریز آبها را در لایه‌های بالایی خود حفظ میکند. در نتیجه عملکرد بسیار متمایزتری در این اقلیمها داشته و ضمن حفظ راندمان بالا، هماهنگی محیطی مناسبی نیز خواهد داشت.
نحوه کارکرد کولینگ تاور جریان مخالف
مکش و ورود متفاوت هوا به برج خنک کننده جریان مخالف، موجب تفاوت جهت برخورد سیال و آب شده است؛ به‌گونه‌ای که سیال داغ از شبکه توزیع بالای دستگاه، به سمت پایین و برروی پکینگ مدیا سرازیر میشود. همچنین درسوی دیگر، فن‌های تعبیه شده در زیر دستگاه، هوا را از پایین به بالای برج وارد می‌کنند. بنابراین برخورد دو جریان سیال داغ و هوای خنک، به صورت مخالف جهت هم انجام می‌پذیرد. روند برخورد میان آب و هوای به گردش درآمده، طی چندین مرحله بایستی انجام شود تا سیال کاملاً خنک شود. لذا نحوه کارکرد برج خنک کننده جریان مخالف (کانترفلو)، با سرعت به مراتب کمتری همراه است (در مقایسه با نحوه عملکرد خنکسازی برجهای جریان متقاطع).
مکانیزم عملکرد برج خنک کننده جریان موافق (همسو)
بکارگیری این برج‌ها تا حدود زیادی منسوخ شده است؛ زیرا نحوه کارکرد برج خنک کننده جریان همسو، بر مبنای حرکت «هم جهت» جریان هوا و آب داغ طراحی میشود. لذا برخورد و مدت تماس آب داغ و هوا شدیداً کاهش می‌یابد و بالطبع، بازدهی خنک‌کاری نیز کاهش خواهد داشت. از همین رو طراحی این نوع سیستم‌های کولینگ، امروزه چندان رایج نیست و مورد استقبال قرار نمی‌گیرد.
مکانیزم کارکرد برج خنک کننده جریان القایی
برج خنک کننده جریان القایی دارای ویژگی‌های خاص و جالب توجهی است که در قالب نکات زیر، قابل بررسی است:
- عملکرد فن‌ها در این نوع سیستم کولینگ متفاوت است. یعنی فن‌ها با توجه به نصب در بخش خروجی دستگاه، هوا را ابتدا از درون برج مکش می‌کنند و سپس به خارج از دستگاه هدایت خواهند کرد.
- قرارگیری فن در بخش خروجی هوای گرم دستگاه، این مزیت را بوجود می‌آورد که پره‌های فن و موتور، هرگز دچار آسیب‌هایی نظیر یخ‌زدگی نشوند.
- مسلماً میزان هوای گرم خروجی در برج خنک کن جریان القایی، بیشتر از هوای ورودی است (در حدود 3 الی 4 برابر).
- امکان ساخت این سیستم‌ها با انواع متریال بدنه و در انواع فرم وجود دارد.
- در هر دو مدل کولینگ تاور کانترفلو و کراس لو، می‌توان از مکانیزم عملکردی برج جریان القایی بهره گرفت.
مهتاب گستر؛ پیشرو در تولید انواع برج خنک کننده
شرکت معتبر مهتاب گستر را به جرات می‌توان در زمره‌ی برترین شرکت‌های تخصصی طراحی و تولید انواع برج خنک کن در خاورمیانه به شمار آورد. حضور در تمامی پروژه‌های بزرگ کشور و ساخت باکیفیت انواع سیستم کولینگ، خود موید همین نکته است که تمامی سازه‌های خنک‌ساز این شرکت، اعم از برجهای خنک کن آدیاباتیک، جریان متقاطع، جریان مخالف، هیبرید، مدابسته و خشک، مدارباز، مکعبی، برج خنک کننده فایبرگلاس و بتنی از استانداردهای کیفی بالایی برخوردار بوده و به خوبی توانسته لبخند رضایت را بر لبان کارفرمایان گرامی، بوجود آورد. از همین رو پیشنهاد می‌کنیم پیش از خرید هرگونه برج خنک کن، با کارشناسان متخصص شرکت مهتاب گستر تماس گرفته و از آخرین شرایط قیمت و خرید این تجهیزات صنعتی، آگاهی‌های لازم را کسب نمایید.
