<
X
تبلیغات
نماشا
رایتل
سه‌شنبه 23 خرداد‌ماه سال 1391 @ 22:59

برج خنک کننده قسمت دوم

انواع برج خنک کننده : الف) برجهای خنک کننده مرطوب : WET - COOLING TOWER برجهای خنک کننده مرطوب حرارت تلف شده به وسیله دستگاه را به وسیله مکانیزمهای زیر به محیط می دهند: 1. بوسیله افزایش حرارت هوای اطراف 2. بوسیله تبخیر بخشی ازآب در حال گردش در سیستم 3. بوسیله افزایش دمای مخزن طبیعی آب جمع آوری سرد شده برجهای خنک کننده یک سیستم توزیع و پخش آب گرم دارند که آب را بصورت یکنواخت روی یک شبکه کاری مشبک از تخته های افقی نزدیک به هم می باشد که این شبکه ها آکنه نامیده می شوند . آکنه ها آب سرازیر شده از بالای برج را با هوایی که از میان آنها حرکت می کند کاملاً مخلوط کرده بطوریکه آب بصورت یک قطره از یک آکنه به سطح آکنه دیگر توسط نیروی ثقل خود می ریزد . هوای بیرونی از طریق منافذی که بصورت میله های افقی در اطراف برج قرار دارند وارد می شوند . این میله ها بمنظور نگهداری آب در داخل خود بطرف پائین مایل هستند . در اثر اختلاط آب و هوا ، انتقال حرارت و انتقال جرم اتفاق افتاده و در نتیجه آب سرد می گردد . آب سرد شده در حوضچه بتنی که در انتهای برج قرار دارد جمع آوری شده و سپس بطرف کندانسور پمپ می شود . اکنون هوای مرطوب و گرم از بالای برج خارج می گردد . برجهای خنک کننده مرطوب بصورت برجهای خنک کننده با کشش طبیعی و برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی دسته بندی می شوند . ب)برجهای خنک کننده خشک DRY – COOLING TOWER:

ب)برجهای خنک کننده خشک DRY – COOLING TOWER:در مکانهای که آب کافی برای برج خنک کننده مرطوب وجود ندارد ، می بایست از اتلاف بر اثرتبخیرحداکثر جلوگیری بعمل آورد ، از این نوع برج استفاده می شود .دربرجهای خنک کننده خشک ، آب در حال گردش از میان لوله های پره دار عبور کرده بطوریکه هوای سرد از روی آنها عبور می کند .بنابراین حرارت آب در حال گردش از طریق لوله ها خارج شده و جذب هوای سرد می گردد.
برجهای خنک کننده خشک می توانند با کشش طبیعی و یا با کشش مکانیکی عمل نمایند .یک افشانک هوا که با بخار کار می کند با خارج کردن هوا و سایر گازهای غیر قابل تراکم به برقراری خلا کمک می کند . برای جلوگیری از نشت هوا به داخل دستگاه پمپ گرادیان اصلی فشار در داخل برج را مثبت نگه می دارد .ممکن است قسمتی ازکار پمپ توسط توربین هیدرولیک بازیابی گردد . این عمل پس از خروج آب از برج در مسیر آب فشانه های جتی انجام می گیرد .
فشار متراکم و درجه حرارتهایی که یک برج خنک کننده خشک بکار می برد بطور قابل ملاحظه ای بیشتر از برج مرطوب است . برای دستیابی به فشار بیشتر ، مساحت کوچکتری برای فضای بین دو تیغه آخرین مرحله در بوربین با فشار کم ضروری است . در یک برج خنک کننده خشک با کشش طبیعی ، شناوری هوای گرم شده باعث جریان یافتن هوا در سرتاسر سطوح مولد حرارتی می گردد که برای انتقال حرارت آب داغ به جریان هوا ضروری است . همچنین می توان جریان هوا را با ایجاد کشش القائی یک بادبزن افزایش داد . کشش مکانیکی استفاده شده از یک بادبزن ابعاد برج را تقلیل داده ولی باعث اتلاف انرژی بیشتری در دستگاه می گردد .
برج خنک کننده خشک فقط باعث اضافه شدن انتالپی به هوا می گردد . در نتیجه مشکلاتی از قبیل یخ زدگی که در برج خنک کننده مرطوب در شرایط خاص جوی با آن مواجه است ، ایجاد نمی شود .
ج )برجهای خنک کننده خشک-مرطوب WET-DRY COOLING TOWER :با توضیحاتی که در مورد دو نوع برجهای قبلی داده شد مشخص می شود که برجهای مرطوب همیشه مقداری آب بصورت تبخیر ، مکش توسط هوا و نشتی مصرف می کنند .همچنین این برج دچار مشکل پراکندن ذرات آب هست .
برجهای خنک کننده خشک مشکلی بر کارکرد نیروگاه بخصوص در موقع گرم شدن هوای محیط تحمیل می کند .
در چنین مواردی برای کاهش عوارض حاصل از دو نوع برج ذکر شده از برجهای خنک کنننده خشک-مرطوب استفاده می شود .
همانطوری که از نام این نوع برجهای خنک کننده استنباط می شود یک برج خنک کننده خشک- مرطوب بوسیله ترکیبی از برجهای خشک و مرطوب عمل می کند . این سیستم دارای دو مسیر هوای موازی و دو مسیر آب سری می باشد .
قسمت بالای برج قسمت خشک می باشد که شامل لوله های پره دار است و قسمت پائین برج دارای آکنه ها است قسمت مرطوب است .
آب گرم پروسس از قسمت فوقانی برج وارد لوله های پره دار شده و ضمن عبور ماپیچ از لوله ها قسمت خشک را ترک کرده و تحت اثر نیروی جاذبه از میان آکنه ها در قسمت مرطوب به حوضچه آب سرد می ریزد .
هوای محیط بصورت دو جریان از میان قسمتهای خشک ومرطوب کشیده می شود .این دو جریان بهم پیوسته و قبل از ترک برج در داخل آن مخلئط می شود . چون اولین جریان بصورت خشک گرم شده و حتی خشک تر از هوای محیط می گردد . در حالیکه جریان دوم بطور معمول اشباع است ، بنابراین مخلوط هوای که برج را ترک می کند زیر اشباع است .
دو فایده مهم برای برجهای خشک و مرطوب وجود دارد :
1. هوای زیر اشباع خروجی ذرات آب کمتری نسبت به برج مرطوب ایجاد نموده و شرایط اقلیمی مطلوب آنها را کاملاً حذف می کند .
2. چون آب در قسمت خشک قبلاً خنک شده است بنابراین افت های ناشی از تبخیر در قسمت مرطوب کاهش یافته است و در نتیجه از مصرف آب جبرانی برای جبران تبخیر آب بطور قابل ملاحظه ای کاسته خواهد شد .
نسبت حرارت گرفته شده در قسنتهای خشک و مرطوب بوسیله دو پارامتر تنظیم می گردد . برای مثال اگر آب مشکل اصلی باشد ، برج را با قسمت خشک بزرگتری نسبت به قسمت مرطوب می سازند . بعلاوه تبخیر را می توان توسط یک کنترل کننده که جریان هوا را از میان قسمت مرطوب تنظیم می کند تغییر داد .
در آب و هوای سرد زمستان برای تقلیل اختلاف دمای ورودی و خروجی آب به برج برای معتدل ساختن دمای آب برگشتی به پروسس، عبور هوا از میان قسمت مرطوب را قطع نموده و برج را بصورت یک برج خنک کننده خشک تبدیل کرد . از طرف دیگر می توان زیر فن یک مانع بصورت یک در تعبیه کرد که می توان از آن در آب و هوای گرم که قسمت خشک برج مشکلی برای کارکرد نیروگاهی ایجاد می کند برای افزایش دمای محیط استفاده کرد .
برجهای خنک کننده خشک – مرطوب در مواردیکه امکان دسترسی به آب هست و نیز نیاز به کاهش مؤثر ذرات باشد مورد استفاده قرار می گیرد .

انواع برجهای سرد کننده آب
برجهای که برای سرد کردن آب مورد استفاده قرار می گیرند معمولاً از چوب ساخته می شوند .این چوب از نوع مخصوص است که مقاومت بسیاری در مقابل رطوبت دارد . معمولاً در اثر تماس آب با چوب احتمال روئیدن گیاهان قارچی در درون خلل و فرج چوب وجود دارد. از این رو پوشش نازکی از لاستیک نئوپرین روی چوب ایجاد می کنند تا از حمله گیاهان قارچی در امان باشد .
بر دیواره های برج علاوه بر چوب از مواد دیگری نظیر ملات ، پنبه نسوز و پلاستیکهای مختلف استفاده می شود .حتی برجهای وجود دارند که تماماً از مواد پلاستیک ساخته می شوند . آکنه های داخل برج همگی از جنس چوب بوده و به صورت قطعات باریک ونازک بر روی یکدیگر قرار داده می شود .
چوبها را می توان به انواع مختلف روی یکدیگر قرارداد .نوع بسیار متداول این است که در هر ردیف موازی با هم چیده شوند و جهت چوبها در هر ردیف عمود بر جهت آنها در ردیف بالاتر باشد .
استفاده از آکنه های پلاستیکی و حتی از جنس استیل نیز مقدور است که در آن صورت بکمک قالب ریزی آنها را بصورت شبکه های مختلف در می آورند .
برای آنکه افت فشار در طول برج به کمترین حد ممکن کاهش یابد درصد فضای خالی به حجم برج معمولاً بسیار زیاد و در حدود 90 درصد اختیار می شود . در چنین حالتی می توان انتظار داشت که فاز آب علاوه بر حرکت از روی آکنه ها بشکل قطرات مجزا در فضای خالی برج به پائین بریزد که در این صورت سطح تماس موجود بین آب وهوا علاوه بر قسمتهای مرطوب آکنه ها شامل مجموع سطوح این قطرات نیز می باشد .بنابراین خصوصیت مشترک برجهای خنک کن این است که آب توسط نیروی ثقل خود از بالا روی آکنه ها ریخته و توسط جریان هوایی که اطراف آن وجود دارد خنک می شود .
برجهای خنک کننده به دودسته عمده زیر تقسیم می شوند :
1. برجهای خنک کننده با کشش طبیعی هوا
2. برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی هوا
که هر یک از این دو دسته به انواع زیر دسته بندی می شوند :
i. برجهای خنک کننده با جریان متقابل COUNTER FLOW
ii. برجهای خنک کننده با جریان عرضی CROSS FLOW

انواع برجهای خنک کننده با کشش طبیعی هوا
این نوع برجها شامل انواع کلی زیر است :
1. استخرهای خنک کننده :استخر های خنک کننده معمولی و ساده ترین نوع دستگاههای خنک کننده می باشند و عمل خنک شدن بوسیله تماس آب با هوا در سطح استخر انجام می گیرد .قسمتی از خنک شدن بوسیله تماس آب با هوا در سطح استخر انجام گرفته وقسمتی از خنک شدن نیز بوسیله تبادل حرارت و انتقال آن به دیواره ها و کف استخر انجام می گیرد .آب از یک سوی استخر خارج شده و آب برگشتی از طرف دیگر وارد استخر می گردد.
ساختن این نوع دستگاههای خنک کننده بسیار آسان است ولی احتیاج به فضاید وسیعی داشته و مخارج بسیاری برای عمل حفاری لازم است . میزان انتقال حرارت در این نوع استخرهای خنک کننده بسیار کم بوده و راندمان پائین می باشد .
2. استخر های آبپاش :این استخرها دارای آبپاشهایی هستند که چندین فوت بالاتر از استخر قرار گرفته اند . این استخرها دارای دیواره های روزنه دار کنبدی شکلی هستند که کار این حصارها جلوگیری از انتقال آب توسط جریان هوا می باشد .از مزایای این نوع استخرها نسبت به نوع قبلی اشغال فضای کمتر ، مخارج احداث کمتر و زمان تماس کمتر آب وهوا می باشد.
خنک کننده های تزئینی :در برخی موارد برای سیستم های کوچک از استخرهای تزئینی استفاده می شود . از معایب این نوع خنک کننده ها تبخیر زیاد آب در محیط و احتمال حمله بیشتر قارچها و باکتریها و لجن می باشد .
از مزایای این نوع خنک کننده ها ، دامنه خنک کردن بیشتر است . از این نوع خنک کننده ها بیشتر در رستورانها و هتلهای بزرگ استفاده می شود .
برجهای جوی :
حرکت هوا در این برجها بستگی به وزش باد دارد .آب از بالای برج بطرف پائین سرازیر شده بطوریکه جریان هوا یطور افقی جریان عمودی آب را قطع می کند که در این حالت قسمتی از جریان هوا را جابجایی گرمای حاصل از آب گرم بوجود می آورد .
این نوع برجها بعلت در دسترس نبودن قطعات یدکی آنها دارای عمر نسبتاً کوتاه و گردش مجدد هوا در آنها بنحوی انجام نمی گیرد . از خصوصیات ویژه این نوع برجها بلند و کوتاه بودن ساختمان برج است . بنابراین پمپهایی با فشار زیاد برای پمپ کردن آب به بالای یرج مورد استفاده قرار می گیرد .در ساخت این نوع برجها می بایست دقت بسیار زیادی بخرج داد تا استحکام و مقاومت آنها در برابر وزش بادهای شدید زیاد باشد .چون این نوع برجها دارای ارتفاع زیادی هستند لذا احتیاج به لنگرهای مناسبی دارند .
افت دمایی آب بستگی به سرعت و جهت حرکت باد دارد و مخارج احداث این نوع برجها زیاد است .
برج خنک کننده با کشش طبیعی :این نوع برجها ابتدا در اروپا توسعه یافتند . نخستین برج خنک کننده با کشش طبیعی در ابتای قرن حاضر در هلند بنا شد که از چوب ساخته شده بود . بعدها جنس این برجها از چوب به استیل تغییر یافت و امروزه این نوع برجها از بتن مسلح ساخته می شوند . در ابتدا شکل آنها شبیه استوانه های بود که از وارانه کردن یک مخروط ناقص از طرف دیگر آن بدست آمد ه و لیکن امروزه شکل آنها بصورت هیپربولیکی است . این نوع برجها بیشتر در انگلستان استفاده می شوند و در ایالات متحده اولین نوع از این برج در سال 1972 ساخته شده است . یک برج خنک کننده با کشش طبیعی اساساً شامل یک پوسته خالی بشکل دودکش است که ممکن است بالغ بر 330 ft ارتفاع و 300ft قطر داشته باشد. در حالیکه در دودکش خنک کننده آکنه هایی تعبیه شده که وظیفه پخش بهتر آب را انجام می دهند و ارتفاع بستر آکنه ای به 30 ft می رسد .
در حال حاضر در بالای دودکش خنک کننده معمولاًیک حذف کننده نصب می شود تا از خروج قطره آب توسط هوا جلوگیری نماید . در غیر اینصورت قطرات آب توسط جریان هوا به بیرون منتقل شده و در صورت خروج در اطراف برج ته نشین شده و بصورت باران کثیف در می آیند .
پوسته این برجها از بتن آرمه ساخته می شود که شکل آن بصورت هذلولی تغییر یافته است . این پوسته بر روی پایه هایی که بمنظور ورود هوای آزاد ساخته شده است نگاهداشته می شوند .همچنین این پایه ها جهت داشتن مقاومت لازم در برابر نیروهای ******نده حاصل از جریان هوا در داخل پوسته بصورت شیبدار ساخته می شود .
چون این نوع از برجها از پروانه یا فن جهت جریان هوا استفاده نمی کنند می بایست عاملی برای ایجاد جریان هوا وجود داشته باشد .این عامل بصورت فشار توسط اختلاف دانسیته های هوای سرد خارج و هوای گرم و مرطوب داخل ایجاد می گردد.شکل خاص هذلولی مانند دودکش این نوع برجها به جریان یافتن بهتر هوا کمک می کند.
آب توسط پمپ به دانه های آبفشان که در بالای شبکه ای از چوب قرمز قرار گرفته است وارد شده و ضمن پائین آمدن از روی شبکه های چوب مجدداًقطرات جدیدی تشکیل می گردد .
سپس این قطرات جدید برروی آکنه ها ریخته و این عمل تا پائین برج ادامه می یابد .
در اینجا انتقال حرارت بین هوای سرد ورودی از انتهای برج و قطرات آب سرازیرشده صورت گرفته، در نتیجه از حرارت بخاطر گرادیان بین هوا وآب پروسس از آب طرف هوا منتقل میگردد .همچنین اختلاف فشار بخار آب اشباع شده در سطح قطرات با بخارآب در هوایی که در جهت مخالف آب جریان دارد به تبادل حرارتی کمک می کند .
کار و وظیفه اصلی دودکش خنک کننده افزایش سطح جانبی بین آب گرم و هوای سرد است که این عمل بوسیله پاشیدن قطرات ریز آب در آکنه های نوع splash یا بوسیله فراهم کردن سطح بزرگی از آب بصورت یک لایه متحرک در آکنه های نوع film صورت می گیرد . همچنین مقطع هیپربولیکی استحکام بیشتری را داراست و در مقایسه با شکلهای دیگر مقاومت بیشتری در برابر جریان باد ایجاد می کند . پس بطور اساسی به مواد کمتری برای ساخت این بدنه ها احتیاج است و می توان ضخامت این دودکش ها را در قسمت میانی به 6-7 اینچ رساند .
برجهای خنک کننده با کشش طبیعی ممکن است از نوع جریان متقابل (جهت حرکت هوا و قطرات مخالف یکدیگر) و یا از نوع جریان متقاطع (جهت حرکت هوا و قطرات عمود بر یکدیگر) باشند .
در برجهای جریان متقابل آکنه ها بصورت یک سطح وسیع گسترده شده اند و در نتیجه دارای ارتفاع کمی هستند. در برجهای جریان متقاطع آکنه ها بر روی حلقه ای که در خارج از برج قرار دارد سوار شده اند .
انتخاب بین انواع مختلف از برجهای خنک کننده به عوامل زیادی بستگی دارد که مهمترین عوامل شرایط اقلیمی، اقتصادی و آب و هوایی می باشد

انواع برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی هوا
در برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی ،هوا بوسیله یک یا چند باد بزن (FAN) که بطور مکانیکی عمل می نمایند بحرکت در می آید .بطوریکه در ژنراتورهای بخار ،باد بزنها که از نوع کشش اجباری هستند در سطح زیرین جهت راندن هوا بداخل برج نصب شده اند .از لحاظ تئوری این نوع برج ترجیح داده می شود ،زیرا فن با هوای خنک کننده کار می کنند و بدین جهت نیروی کمتری را تلف می کنند . بهر حال آزمایش و کار با این نوع فن ها دارای بعضی نقطه ضعف ها است که از آنجمله می توان به موارد ذیل اشاره کرد :
پخش وتوزیع هوا ، نشت وتراوش ،برگشت هوای خروجی مرطوب و داغ به برج و جمع شدن شبنم و سرماریزه در ضمن کار در زمستان .
در برجهای کشش مکانیکی ،فن ها جایگزین دودکش ها در برجهای کشش طبیعی می شوند .
خصوصیات عمل سرمایش (خنک کردن) قدری متفاوت است .در شرایط آب وهوایی که رطوبت بسیار پائین است برجهای کشش طبیعی بطور رضایت بخشی عمل می کنند و در برجهای کشش مکانیکی بسیار اقتصادی تر خواهند بود .
برای واحدهای کوچک چند سلولی بدون شک برجهای کشش مکانیکی ارزانتر از برجهای کشش طبیعی است ، اما در مورد واحدهای بزرگ که تمایل به زیاد شدن هزینه های اصلی و اولیه وجود ندارد بکار بردن برجهای کشش مکانیکی هزینه توان مورد نیاز بادبزن می بایست مورد بررسی قرار گیرد .
یکی از اشکالات کاربرد برجهای کشش مکانیکی تخلیه ذرات پخش شده از برج در ارتفاع کم می باشد که ممکن است این ذرات بداخل ورودی های هوا کشیده شوند . این برگشت مجدد ذرات می تواند سبب نزول ذرات و بدی عملکرد مجموعه بزرگی از تجهیزات سلولهای برجهای کشش مکانیکی گردد .بعلاوه اگر ذرات بطرف زمین کشیده شوند ممکن است اطراف برج مه آلود شود .از مزایای اصلی این برجها می توان موارد زیر را نام برد :
1. اطمینان از بجریان انداختن هوای مورد نیاز به هر میزان و در شرایط اقلیمی و آب و هوائی
2. استفاده از پمپهای با فشار کم
3. اشغال فضای کمتر جهت بهره برداری از این نوع دستگاههای مبرد
4. تنظیم دقیق دمای آب
5. سرمایه اولیه کم و هزینه ساخت ناچیز
از معایب این نوع برجها می توان به موارد زیر اشاره کرد :
1. قدرت زیاد باد بزنها مستلزم خرج زیادتر است .
2. ایجاد سروصدا و لرزشهای فراوان حاصل از گردش پروانه ها
3. خسارات ناشی از خرابی فن ها و فساد الوار
شش مکانیکی خواهد بود .

برج خنک کننده دستگاهی است که با ایجاد سطح وسیع تماس آب با هوا تبخیر آسان می کند و باعث خنک شدن سریع آب می گردد.عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرمای نهان تبخیر انجام می گیرد، در حالی که مقدار کمی آب تبخیر می شود و باعث خنک شدن آب می گردد.باید توجه داشت آب مقداری از گرمای خود را به طریق تشعشع ،هدایتی وجابجایی و بقیه از راه تبخیر از دست می‌دهد.
بیشتر دستگاههای خنک کن از یک مدار بسته تشکیل شده اند که آب در این دستگاهها نقش جذب ، دفع و انتقال گرما را به عهده دارد، یعنی گرمای بوجود آمده توسط ماشین جذب و از دستگاه دور می سازد. این کار باعث ادامه کار یکنواخت و پایداری دستگاه می شود.
در دستگاههایی که به دلایلی مجبوریم آب را بگردش در آوریم و یا به کار ببریم باید بنحوی گرمای آب را دفع کرد. با بکار بردن برجهای خنک کننده این کار انجام می گیرد. در تمام کارخانه ها تعداد زیادی دستگاههای تبدیل حرارتی (heat exchanger) وجود دارد که در بیشترآنها آب عامل سرد کنندگی است.
بدلایل زیر آب معمولترین سرد کننده هاست:
1. بمقدار زیاد وارزان در دسترس می باشد.
2. به آسانی آب را می توان مورد استفاده قرار داد .
3. قدرت سرد کنندگی آب نسبت به اکثر مایعات( در حجم مساوی )بیشتر است.
4. انقباض و انبساط آب با تغییر درجه حرارت جزیی است.
هر چند که آب برای انتقال گرما بسیار مناسب است با بکار بردن آن باعث بوجود آمدن مشکلاتی نیز می شود.
آب با سختی زیاد باعث رسوب سازی در دستگاهها شده و همچنین از آنجایی که بیشتر این دستگاهها از آلیاژ آهن ساخته شده اند مشکل خوردگی بوجود می آید. از طرف دیگر بیشتر برجهای خنک کننده در بر خورد مستقیم با هوا و نور خورشید می باشند محیط مناسبی برای رشد باکتریها و میکرو ارگانیسم ها نیز می باشد که آنها نیز مشکلاتی همراه دارند.
وارد شدن گرد و خاک بداخل برج نیز در بعضی مواقع ایجاد اشکال می نماید.در کل این مشکلات باعث می شود که بازدهی دستگاه کم شده و در نتیجه از نظر اقتصادی مخارج زیادتری خواهند داشت. در این مجموعه طبیعت این مشکلات و شرایط بوجود آمدن آنها و راههای جلوگیری از آنها را بطور مختصر شرح خواهیم داد.موارد استفاده از برجهای خنک کننده را نیز در بخش های دیگری از این مجموعه را در بر می گیرد.
عموماً برجهای خنک کننده (cooling tower) را به سه گروه تقسیم می کنند:
1. برجهای خنک کننده مرطوب
2. برجهای خنک کننده مرطوب- خشک
3. برجهای خنک کننده خشک
در برجهای خنک کننده مرطوب، آب نقش اصلی و اساسی را داشته و هدف نیز همان خنک کردن آب است. این نوع دستگاهها که خود به چند گروه و دسته تقسیم می شوند در صنعت دارای کاربرد فراوانی است.
از یرجهای خنک کننده خشک بیشتر در مکانهای که آب کافی برای خنک کردن برج وجود ندارد استفاده می شود. عمل خنک کردن آب را نیز میتوان از برجهای سینی دار بصورت مرحله ای انجام داد.ولی عملاً بعلت وجود هزینه های زیاد ساخت ،نگهداری و کنترل سیستم این روش ، معمول نمی باشد.
برای انجام عملیات خنک سازی آب می توان از برجهای آکنده و سینی دار استفاده نمود.با وجود این در مواردی که فازهای مورد نظر آب و هوا با شند بعلت فراوانی و ارزان بودن فازهای فوق بدلایلی که در صفحه قبل ذکر شد از دستگاههای دیگری استفاده می گردد که ساختن و نگهداری آنها مستلزم هزینه های زیادی نمی باشد. از این جهت بیشتر دستگاههایی که در مقیاس صنعتی بکار می رود ساختمان و خصوصیات بسیار عمده ای را دارا است که اینک به انواع مختلف این دستگاهها اشاره می شود.

بررسی برجهای خنک کننده و اجزاء آن
برج خنک کننده : COOLING TOWER
برج خنک کن دستگاهی است که با ایجاد سطح وسیعی در تماس آب با هوا ، عمل تبخیر را آسان نموده و در نتیجه باعث خنک شدن سریع آب می گردد.
عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرمای نهان تبخیر انجام می گیرد در حالی که مقدار کمی آب بخار می شود و سبب خنک شدن آب می گردد.باید توجه داشت که آب مقدار اندکی از گرمای خود را از طریق تشعشع (Radiation) ودر حدود 4/1آن را از راه هدایت (Conduction) و جابجائی (Convection) و بقیه را از راه تبخیر از دست می‌دهد.
اختلاف فشار بخار آب بین سطح آب و هوا باعث تبخیر می شود.این اختلاف بستگی به دمای آب و میزان اشباع هوا از آب دارد.
مقدار گرمای که بوسیله مایعی جذب یا دفع می شود از رابطه زیر بدست می آید :
TDE=W×S×
در رابطه بالا:
E :گرمای دفع یا جذب شده بر حسب BTU/hr یا CAL/hr
W :دبی مایع خنک شونده بر حسب lb/hr
S : گرمای ویژه مایع خنک کننده بر حسب lb.f/ Btu
TD :کاهش دمای مایع خنک شونده بر حسب f
در حالیکه عمل خنک شدن از طریق تبخیر انجام می گیرد گر مای نهان تبخیر از دست داده شده باید به آن اضافه گردد و آن برابر است با حاصل ضرب گرمای نهان تبخیر در دبی .
مقدار تبخیر بستگی دارد به سطح بر خورد آب با هوا و همچنین شدت جریان هوا دارد. برای اینکه حداکثر بهره برداری که در طرح آن بکار رفته است رعایت شود در برجهای خنک کننده که آکنده های آن از نوع splash packing می باشد آب به صورت قطره های در سطوح برج پخش می شود تا سطح وسیعی بوجود آید البته برای این منظور می توان از آکنه های نوع film packing نیز استفاده کرد.
جریان هوا در برج به صورت کشش طبیعی با استفاده از دودکش های هذلولی شکل یا کشش مکانیکی بوسیله بادبزنهای مناسب در جهت مخالف آب ( counter-flow) و یا به طور متقاطع (cross-flow) با آن به جریان می افتد .

الف) لوله ها و آکنه ها
شامل قسمتهای هستند که درجریان انتقال حرارت دخالت داشته در ضمن باعث می شود که مقدار آب گرد شده که همراه باد خارج می شود کم شده و از خروج آنها از برج جلوگیری شود.همچنین نگهدار خوبی برای قسمتهای دیگر برج می باشد . در مورد مشخصات آکنه ها در همین فصل توضیح داده خواهد شد.
ب)حوضچه
حوضچه در پائین برج قرار دارد که آب خنک کننده در آن جمع می گردد.به حوضچه یک جریان بنام آب تکمیلی یا آب جبرانی (MAKE UP) وارد می شود و یک جریان برای استفاده در دستگاههای تبادل حرارت از آن خارج می گردد .علاوه بر جمع آوری آب در حوضچه ،آب قبل از اینکه به سمت کندانسور پمپ شود صاف نیز می گردد.
حوضچه های برجهای بزرگ و مفید از بتن ساخته شده اند .عموماً این حوضچه ها طوری طراحی می شوند که برج بدون اضافه کردن آب جبرانی می تواند برای چندین ساعت کار کند .
از زهکش برای برطرف کردن لجن ته نشین شده و کنترل سطح آب در حالتی که جریان موج دار که در کف قرار دارد ترک می کند و به میان سرندی که از ورود اشغال تجمع یافته به ورودی پمپ جلوگیری می کند ،می ریزد .
پ)بادبزنها
در برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی باد بزنهای نصب می شوند تا جریان هوای لازم را جهت عبور از آکنه ها تولید نماید .بادبزنها در برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی کاربرد دارند . توضیح در این مورد ضرورتی ندارد و به همین مقدار اکتفا می شود .
ت) حذف کننده ها
این وسیله از خارج شدن قطرات آب بوسیله کشش هوا از برج جلوگیری بعمل می آورد . تیغه ها معمولاًطوری نصب می شوند که با سطح افق زاویه ای در حدود 45 درجه بسازد .جنس این تیغه ها از چوب ، فلز یا پلاستیک ممکن است ساخته شده باشند .درباره کشش و حذف کننده های کشش بعداً مفصلاً توضیح داده خواهد شد .
ث) آکنه ها
دو نوع آکنه ها که در برجهای خنک کننده ممکن است مورد استفاده قرار گیرد عبارتند از :
1. SPLASH PACKING
2. FILM PACKING
1. SPLASH PACKING :
در این نوع آکنه ها آب بر اثر برخورد با تیغه ها پخش و به صورت قطره قطره در آمده که در نتیجه ایجاد سطح وسیع می نماید .از آنجایکه قطرات آب همراه پیوسته بوده و وزن سنگین دارند این نوع دسته بندی ممکن است در اثر جریان دائمی از هم گسیخته گردد.
2. FILM PACKING :
در این نوع آکنه ها سطح وسیع از آب در اثر جریان آن در روی تیغه ها بوجود می آید . به طرق گوناگون می توان چنین سطح وسیعی ایجاد کرد
a. GIRD PACKING
در این نوع آکنه ها از یک سری شبکه های که معمولاً از چوب بوده و روی یکدیگر قرار گرفته اند استفاده می شود .این شبکه ها طوری نصب گردیده که همراه هر شبکه با شبکه های اطراف خود زاویه 90 درجه می سازند وباین شکل در سطوح شبکه ها پخش می گردد .
b. RANDOM PACKING
این نوع آکنه ها موادی با سطح زیاد درست شده که به طور نا منظم در داخل برج قرار دارند . یکی از دلایل نا مرغوب بودن این نوع آکنه ها ایجاد مقاومت زیاد در مقابل جریان هوا می باشد . این نوع آکنه ها دارای قسمتهای حلقوی است که قطر هر حلقه با طول آن برابر است . این حلقه ها از جنس های مختلفی یوده وسطح تماس آب با هوا را زیاد می کنند.
c. PLATE TYPE FILM PACKING
این نوع آکنه ها از صفحات نازک پلاستیکی چین دار ساخنه شده اند که با زاویه کمی کمتر از 90 درجه با سطح افق نصب شده اند. چین های روی صفحات باعث بوجود امدن سطح زیاد می گردند .
مشخصات و خصوصیات آکنه ها در بخش های آینده تشریح خواهد شد .آکنه ها باید طورب انتخاب شوند تا هم سطح تماس آب و هوا برای نسبتهای بالای انتقال حرارت و انتفال جرم مناسب یاشند و هم مقاومت کمتری در مقابل جریان هوا داشته باشند .آکنه ها باید محکم ، سبک و در برابر خوردگی و خراب شدن مقاوم باشد.
مشخصات و خصوصیات آکنه ها :
مشخصات و خصوصیات آکنه یک برج خنک کننده را در یک برج خنک کننده آزمایشی اندازه گیری می کنند. یک نمونه از این برج در نیروگاه برق groyden A در سال 1950 بنا شده بود و در آن زمان فکر می کردند بزرگترین نوع خود در کشور باشد . در این برج یک مقطع از آکنه با مربعی به ضلع 4 ft وعمق 8 ft را می توان زیر یک تغییر بار آب و هوا و اتلاف حرارتی برای اندازه گیری ضریب انتقال حجمی و مقاومت جریان هوا نصب و آز مایش کرد . بزرگی این برج یک مسئله اساسی است در غیر اینصورت مقدار آبی که به ظرف پائین دیواره ریزش می کند کافی است تا بر روی دقت آزمایش تاثیر بگذارد.
هر دو جریان آب وهوا توسط اوریفیس اندازه گیری می شود . جریان آب بیشتر در مقابل یک حجم اندازه گیری شده تانک ، چک خواهد شد.

انواع برجهای خنک کننده :

1. استخرهای خنک کن که ساده ترین سیستم خنک کننده می باشند یعنی استخرهای طویل و عریضی ساخته آب گرم توسط یک لوله وارد این استخر شده و در تماس با هوای محیط حرارت خود را از دست میدهد و آب خنک شده را از بالاترین قسمت استخر به سیستم برگشت داده تا با این عمل زمان ماندن آب در استخر را زیاد کرده تا بیشتر آب بتواند در معرض هوا قرار گیرد و تبادل حرارتی بهتر صورت گیرد . استخرهای خنک کن آبپاشی نیز داریم که آب گرم را بصورت قطره قطره درآورده و وارد استخر میکند . با این عمل سطح برخورد آب گرم با هوای محیط در زمان ریزش زیاد گردیده است و راندمان آن از استخر فوق بهتر است فقط در طراحی بایستی حصارهایی جهت جلوگیری از انتقال آب بوسیله باد در نظر گرفته شود.

2. برج با کوران طبیعی هوا بطور افقی یا بطرف بالا متناسب با جهت ریزش آب به جریان انداخته و حرارت را از آب میگیرند . البته قسمتی از جریان هوا را جابجایی گرمای آب بوجود میآورد. یک نوع از این برجهای فاقد بست و بند در برج میباشند . فقط تعداد زیادی سوراخ های پخش کن آب در بالای آن نصب گردیده است. نوع دیگر آن دارای بست و بندهایی چوبی است که راندمان بهتری را داراست در ضمن این برجها خیلی بلند و باریک هستند . پمپهایی با فشار زیاد جهت پمپاژ آب در بالای برج مورد نیاز هستند . افت دمای آب بستگی به سرعت و جهت حرکت باد دارد و در محلی بایستی احداث گردند که مانعی جهت وزش باد وجود نداشته باشد . برجهایی با کشش طبیعی هذلولی موجود است که جریان هوا در جهت عکس جریان آب بطرف بست و بندهای چوبی در برج حرکت میکند و باعث خنک شدن آب میگردد. این برجها در نقاطی که هوای خشک و گرم دارند مورد استفاده قرار نمیگیرند .زیرا درجه حرارت آب ورودی به برج بایستی از درجه حرارت هوای محیط بیشتر باشد .

3. برجهای کورانی القائی :در این نوع برجها جریان هوا توسط بادبزنی که در برج قرار گرفته برقرار میشود . در برجهای با کشش مکانیکی پمپهایی با فشار کم نیاز است و برای احداث آن تشخیص جهت باد اجباری نیست .

انواع برجهای با کشش مکانیکی :

1.برجهای دمنده Force draft cooling tower : در این نوع برج خنک کن بادبزنهای مکانیکی جریان هوا را در برج برقرار میکنند و محل آنها در قسمت ورودی هواست و هوا را بدرون برج و سرتاسر بست و بندها می راند. قسمتهای مکانیکی آن در نزدیکی سطح زمین در روی بتنها محکم شده است ، بنابراین لرزش را به حداقل میرساند.

2. برجهای مکنده Induced draft cooling tower : در این نوع برجها بادبزنها در محل خروجی هوا از برج قرار گرفته اند و محل آنها معمولاً در بالای برجها و در بعضی مواقع در طرفین برج میباشد .
حال که برجها را تا حدودی شناخته ایم میپردازیم به ساختمان و عملکرد برجها . همانطور که می دانید آب با فشار پمپ گردشی یعنی(C.W.P ) Circulating Water Pump وارد مبدلهای حرارتی گشته وپس از اخذ حرارت از ماده گرم موجود در مبدل بوسیله یک لوله خروجی آب وارد بستر بالای برج خنک کن میشود . این بستر دارای سوراخهای زیادی است که جهت پودر کردن آب در آن پلاستیکهای پروانه تعبیه شده است آب پس از ورود از آنها وارد بست و بندهای چوبی برج میگردد که این چوبها داخل شبکه های پلاستیکی بصورت نردبانی چیده شده اند. و کار آنها تا جای ممکن این است که بتوانند آب را بصورت اسپری درآورند تا سطح برخورد آب و هوا بدین نحو افزایش یابد و تبادل حرارت در آن به خوبی صورت گیرد. پس دیدیم که آب در بالای بستر برج وارد و بسمت پایین اسپری می گردد بادبزن یا فنی که در بالای برج قرار گرفته است پره های آن دارای زوایایی هستند که قادرند هوای محیط را از اطراف برج کشیده و در خلاف جهت ریزش آب به آب زده و از بالای برج هوا را خارج نمایند.(آب از بالا به پایین می ریزد و هوا را از پایین به بالا می وزد) پس در اینجا هوا با تماسی که با آب گرفته است سبب شده گرمای آب را از آن گرفته واز برج خارج نمایند و چون آب تحت فشار پمپ گردش وارد بستر بالایی برج و این مقدار فشار در حدود چند دهم از فشار جو بیشتر است باعث می شود یک مقدار زیادی از آب تبخیر گردد(حدوداً 1% آب در گردش) و این عمل در فصل زمستان از بالای برج کاملاً مشهود است بست و بندهای چوبی(Packing ) و حذف کننده های قطرات آب(Eliminators ) که در اطراف و بالای برج قرار گرفته اند وظیفه دارند از خروج آبهایی که بوسیله باد انتقال میابند جلوگیری نمایند. هر وقت شما قطرات آب را حوالی برج ملاحظه کردیدباید بدانید که این بست و بندهای چوبی هستند که فرسوده شده اند و قادر به نگهداری پودرهای آب نیستند و آب از آنها به خارج تراوش میکند . پس آب در برج خنک کننده با از دست دادن حرارت تبخیر شده است و در این رهگذر یونها و مواد معلق خود را وارد بستر تحتانی برج نموده است پس با عمل تبخیر آب یونها و مواد معلق در داخل آب تغلیظ میشوند بطوریکه ایجاد رسوب و فولینگ(Fooling ) در روی لوله های مبدل حرارتی حتمی است ، مثلاً اگر آبی دارای 200 میکروموس بر سانتیمتر کنداکتیویته و ppm200 یون کلر داشته باشد و این Make up تأمین کننده کسری آب برج باشد در برج خنک کننده پس از 5 بار تغلیظ شدن کنداکتیویته به 1000 میکروموس بر سانتیمتر . یون کلر به ppm100 می رسد و حال اگر هر چه درجه تغلیظ افزایش یابد مقادیر هم به نسبت افزایش می یابد پس بایستی جهت جلوگیری از تغلیظ شدن آب و ایجاد رسوب در لوله ها فاکتورهایی را در نظر بگیریم :

معمولاً سعی نکنیم آب برج بیش از 5 بار تغلیظ گردد . زیرا بیان شده وقتی درجه تغلیظ از مرز 5 بگذرد ایجاد رسوب در روی لوله ها حتمی است ولی در زیر 5 بار تغلیظ رسوب ایجاد نمی گردد و این کنترل معمولاً‌ توسط آزمایش کنداکتیویته از آب برج عملی است . فرضاً کنداکتیویته Make up برج 250 میکروموس بر سانتیمتر است. شما بایستی کنداکتیویته برج را حداکثر بین 1300-1000 میکروموس بر سانتیمتر یا اینکه آب رسوب ساز نیست شما مبادرت به دفع آب نمودید و متحمل ضرر از نظر مخارج تصفیه آب Make up شده اید و کنترل این پدیده متوسط باز و بسته کردن والو تخلیه یا Blow down برج عملی است برای اینکه کنداکتیویته یا رسانایی افزایش نیابد بهتر است همیشه بلودان والو مقداری باز باشد تا حد مورد دلخواه را ثابت نگهدارد. بلودان والو معمولاً بعد از Cooling C.M.P قرار گرفته است تا با نوربلانی(تلاطمی) که پمپ ایجاد می نماید سبب گردد یونهای سنگین و مواد معلق زیر آب زده شود . پمپهای گردشیC.M.P همیشه جریان Turbulence (متلاطم) را در آب خنک کننده ایجاد می نمایند زیرا میدانید که اگر جریان حالت اغتشاش نداشته باشد کل آب در تبادل حرارتی نقش ندارد . دو لوله در نظر میگیریم در یکی از لوله ها جریان آرام عبور میکند ملاحظه میکنید فقط آن قسمت از آبی که با جداره لوله در تماس هستند قادرند حرارت را از ماده گرم گرفته وآب قسمت میانی لوله هیچ نقشی در جذب حرارت ندارند و از آن خارج می شوند ولی لوله ای که در آن آب بصورت متلاطم درآمده کل آب با جداره لوله در تماس است و نقش زیادی در جذب حرارت دارد. پس پمپهای فوق باعث اغتشاش در آب شده و این اغتشاش البته در مسیرهای پیچ و خم دار والوها و سه راهیها و هرگونه تغییر مسیر دادن آب و غیره افزلیش می یابد و وقتی وارد جعبه آب Water box شد با همین حالت تلاطم وارد لوله های کندانسور را جهت حفاظت بایستی باندازه 20 سانتیمتر داخل لوله را با لوله پلاستیکی دیگر حفاظت نموده تا ایجاد تلاطم باعث خوردگی سایشی Errosion نگردد. عمل اغتشاش با عبور آب در لوله رفته رفته کاسته میشود. کلیه مواد شیمیایی که به برج زده میشوند ترجیحاً بایستی بعد از این پمپ تزریق گردد تا بتواند کاملاً محفوظ و مفید واقع شده ، لازم بتذکر است 30 سانتیمتر لوله پلاستیکی که قطر کمتری نسبت به لوله کندانسور دارد در داخل لوله کندانسور تعبیه میشود البته این عمل احتیاج به مهارت زیاد از نظر نصب دارد که آب بین دو جداره لوله کندانسور و لوله پلاستیکی نفوذ نکند که بعداً سبب خوردگی از بین از نوع حفره ای Pitting گردد .پس با بخار شدن آب در برج مشخص شده است که آب از یونها تغلیظ میشود و از طرفی اگر در این آبها بیکربنات کلسیم و منیزیم وجود داشته باشد و زمانیکه این آب وارد مبدلهای حرارتی میگردد با جذب حرارت قادر است رسوب کربنات کلسیم و یا ئیدروکسیدمنیزیم را در جداره داخلی لوله های مبدل حرارتی باقی بگذارد و رسوبات تشکیل شده باعث افت انتقال حرارت میگردند و سبب میشوند که ماده گرم در مبدلهای حرارتی خنک نشود یا فرضاً بخار متراکم و کندانسه و یا راندمان سیستم حرارتی کم شود .