معرفی برج خنک کننده و اجزای آن


در اکثر کارخانجات کوچک و بزرگ یکی از مهم‌ترین و اساسی‌ترین دستگاه‌ها می‌توان انواع برج‌های خنک کننده را نام برد. برج خنک کننده علاوه بر آب به منظور خنک کردن سیالاتی دیگر در صورت لزوم مورد استفاده واقع می‌شود.
 
اگراز وسایل برج‌های خنک کننده صرف نظر نشود برای ساخت برج تکنولوژی بالایی نیاز نیست همان‌طور که در ایران در حال حاضر ساخت این برج‌ها در حد وسیعی صورت می‌گیرد. برج‌ها با توجه به شرایط فیزیکی و شیمیایی خاص خود دچار مشکلاتی می‌شوند ولی معمولا زمانی لازم است تا این مشکلات برج را از کار بیاندازد طولانی است ولی عملاٌ اجتناب ناپذیر است. با توجه به اینکه برج‌های خنک کننده معمولاً حجیم می‌باشند و به علت پاشیدن آب در محیط اطراف خود و خرابی تجهیزات آن را معمولاًٌ در انتهای فرایند نصب می‌کنند. در این مجموعه تا سر حد امکان سعی شده است که دیدی نسبتا کلی راجع به برج جنبه‌ای به خواننده منتقل شود و تا حد امکان از جزییات مربوط به برج‌های خنک کننده توضیح لازم داده شده باشد.


برج خنک کننده دستگاهی است که با ایجاد سطح وسیع تماس آب با هوا تبخیر آسان می‌کند و باعث خنک شدن سریع آب می‌گردد. عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرمای نهان تبخیر انجام می‌گیرد، در حالی که مقدار کمی آب تبخیر می‌شود و باعث خنک شدن آب می‌گردد. باید توجه داشت آب مقداری از گرمای خود را به طریق تشعشع، هدایتی و جابه‌جایی و بقیه از راه تبخیر از دست می‌دهد.

بیش‌تر دستگاه‌های خنک کن از یک مدار بسته تشکیل شده‌اند 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 می‌سازد. این کار باعث ادامه کار یکنواخت و پایداری دستگاه می‌شود.

در دستگاه‌هایی که به دلایلی مجبوریم آب را بگردش در آوریم و یا به کار ببریم باید به نحوی گرمای آب را دفع کرد. با بکار بردن برج‌های خنک کننده این کار انجام می‌گیرد. در تمام کارخانه‌ها تعداد زیادی دستگاه‌های تبدیل حرارتی (Heat Exchanger) وجود دارد که در بیش‌ترآن‌ها آب عامل سرد کنندگی است.

به دلایل زیر آب معمول‌ترین سرد کننده است:
1. بمقدار زیاد و ارزان در دسترس می‌باشد.
2. به آسانی آب را می‌توان 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 بکار بردن آن باعث بوجود آمدن مشکلاتی نیز می‌شود.

آب با سختی زیاد باعث رسوب سازی در دستگاه‌ها شده و همچنین از آن‌جایی که بیش‌تر این دستگاه‌ها از آلیاژ آهن ساخته شده‌اند مشکل خوردگی به وجود می‌آید. از طرف دیگر بیش‌تر برج‌های خنک کننده در بر خورد مستقیم با هوا و نور خورشید می‌باشند محیط مناسبی برای رشد باکتری‌ها و میکرو ارگانیسم‌ها نیز می‌باشد که آن‌ها نیز مشکلاتی همراه دارند.

وارد شدن گرد و خاک به داخل برج نیز در بعضی مواقع ایجاد اشکال می‌نماید. در کل این مشکلات باعث می‌شود 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 بخش‌های دیگری از این مجموعه را در بر می‌گیرد.


عموما برج‌های خنک کننده (Cooling Tower) را به سه گروه تقسیم می‌کنند:
 
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 می‌شوند در صنعت دارای کاربرد فراوانی است.

از برج‌های خنک کننده خشک بیش‌تر در مکان‌های که آب کافی برای خنک کردن برج وجود ندارد استفاده می‌شود. عمل خنک کردن آب را نیز می‌توان از برج‌های سینی‌دار بصورت مرحله‌ای انجام داد ولی عملاً بعلت وجود هزینه‌های زیاد ساخت، نگهداری و کنترل سیستم این روش معمول نمی‌باشد.

برای انجام عملیات خنک سازی آب می‌توان از برج‌های آکنده و سینی‌دار استفاده نمود. با وجود این در مواردی که فازهای مورد نظر آب و هوا با شند به علت فراوانی و ارزان بودن فازهای فوق بدلایلی که در صفحه قبل ذکر شد از دستگاه‌های دیگری استفاده می‌گردد که ساختن و نگهداری آن‌ها مستلزم هزینه‌های زیادی نمی‌باشد. از این جهت بیش‌تر دستگاه‌هایی که در مقیاس صنعتی بکار می‌رود ساختمان و خصوصیات بسیار عمده‌ای را دارا است که اینک به انواع مختلف این دستگاه‌ها اشاره می‌شود.


بررسی برج‌های خنک کننده و اجزاء آن
برج خنک کننده: Cooling Tower
عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرمای نهان تبخیر انجام می‌گیرد در حالی که مقدار کمی آب بخار می‌شود و سبب خنک شدن آب می‌گردد. باید توجه داشت که آب مقدار اندکی از گرمای خود را از طریق تشعشع (Radiation) ودر حدود 1/4 آن را از راه هدایت (Conduction) و جابجایی (Convection) و بقیه را از راه تبخیر از دست می‌دهد. 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 می‌گردد.
اختلاف فشار بخار آب بین سطح آب و هوا باعث تبخیر می‌شود. این اختلاف بستگی به دمای آب و میزان اشباع هوا از آب دارد.
مقدار گرمای که بوسیله مایعی جذب یا دفع می‌شود از رابطه زیر بدست می‌آید:

E=W×S×(T2-T1)
 
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
T2-T1: کاهش دمای مایع خنک شونده بر حسب f

در حالیکه عمل خنک شدن از طریق تبخیر انجام می‌گیرد گرمای 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 آکنده‌های آن از نوع Splash Packing می‌باشد آب به صورت قطره‌های در سطوح برج پخش می‌شود تا سطح وسیعی بوجود آید البته برای این منظور می‌توان از آکنه‌های نوع Film Packing نیز استفاده کرد.
جریان هوا در برج به صورت کشش طبیعی با استفاده از دودکش‌های 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 می‌افتد.



سیستم برج خنک کننده
در سیستم برج خنک کننده آب گرم کندانسور از برج خنک کننده عبور می کند و با هوا تماس می‌یابد. در برج‌های خنک کننده با کشش طبیعی، پوسته خارجی برج از بتن مسلح ساخته شده ودر روی پایه‌ها تکیه دارد. هوا از قسمت پایین وارد برج خنک کننده می‌شود و به طرف بالا جریان می‌یابد و از دهانه بالای برج خارج می‌گردد.

انواع دیگری از برج‌های خنک کننده که از چوب و سایر مصالح ساخته می‌شود نیز وجود دارد. در برج‌های خنک کننده با کشش طبیعی هوا شکل برج طوری طراحی می‌شود که جریان سریع هوا در داخل برج به وجود آید.

آب گرم از کندانسور در ارتفاع 10 تا 15 متر بالاتر از سطح استخر به سیستم پخش کننده آب وارد می‌شود. در برج‌های قدیمی‌تر صفحه‌ای که آب خروجی از کندانسور به آن ریخته می‌شود دارای سوراخ‌های منظمی در قسمت پایین است که آب از داخل این سوراخ‌ها به فنجان‌های زیرین می‌ریزد. این فنجان‌ها باعث پاشش آب و تبدیل آن‌ها به قطرات کوچک می‌شوند. یک سیستم خیلی جدید برای پخش آب در برج خنک کننده بکار بردن لوله‌هایی است که در سطح بالای آن شیپوره‌هایی برای پاشش آب تعبیه شده است.

تبادل حرارت بین هوای بالارونده از برج و آبی که از برج سرازیر است با تغییر حرارت محسوس در اثر اختلاف درجه حرارت بین آب و هوا انجام می‌شود. سهم این قسمت از تبادل حرارتی خیلی کم است و قسمت عمده تبادل در اثر تبخیر مقدار کمی آب که پیوسته همراه هوا می‌باشد، انجام می‌شود. در اثر این عمل مقدار زیادی گرما از آب سرازیر شده در برج خنک کننده (بستگی به مقدار آبی که تبخیر شده است) به هوا منتقل می‌گردد (Evaporating Loss). ضمنا مقداری از قطرات آب بوسیله هوا به خارج از برج پراکنده می‌شود (Windage Loss). برای جلوگیری از خروج قطرات آب یک شبکه چوب در اطراف برج و حدود 3 متر بالاتر از توده تخته ها قرار دارد. کمبود آب تبخیر شده در سیستم برج خنک کننده باید از منبع خارجی جبران شود که به آن، آب تکمیلی یا آب جبرانی (Makeup) گویند. برای این منظور در صورت امکان از آب رودخانه استفاده کرد یا فاضلاب‌ها را تا حد امکان صاف و تصفیه کرده و استفاده نمود.
 
هنگامیکه از نظر فضای ساختمان برج خنک کننده محدودیتی وجود داشته باشد ظرفیت برج خنک کننده را تا حد امکان با استفاده از بادبزن‌های مخصوص و بزرگی اضافه می‌نمایند. این بادبزن‌ها مقدار عبورهوای خنک کننده در داخل برج را زیاد می‌نماید.

2020 © Copyright - almaatech.ir