انواع برج های خنک کننده

از پكينگ ها به عنوان سطح انتقال حرارت در برج خنك كننده استفاده مي گردد.
هدف از طراحي پکینگ های ورقه ای شركت صنايع پايدار به حداكثر رسانيدن عملكرد دمايي برج خنك كننده مي باشد. پكينگ ها ي ورقه اي از بهترین نوع ورقه های PVC بوده و با استفاده از افزودنی های خاص، از نظر مشخصات فیزیکی، ضربه پذیری، استحکام کششی ،

مقاومت دمایی و… منطبق با روشهای تست استانداردASTM و استاندارد(CTI) Bulletin STD-136 مي باشد. افزون بر اين در برابر اشعه ما وراء بنفش و رشد باکتری، ازجمله باکتری لژیونلا (Legionella) که اغلب در منابع آب طبیعی،آب هاي راکد، چشمه هاي آب گرم و باتلاق ها وجود دارد، مقاوم مي باشند. در برج هاي خنک کننده، هوا سازها، مرطوب سازها و… نيز امكان رشد اين باسيل هوازي وجود دارد.

اين مشكل بیشتر در برج های صنعتی که منبع تغذیه آنها آبهایی آلوده به جلبک و باکتری مي باشد، بروز مي كند. از طرف ديگر وجود آب گرم و منبعي از آهن در این سیستم ها، بر ميزان رشد و تکثیر اين عوامل افزوده است. به واسطه فن دستگاه هاي مذكور باکتریLegionella به همراه گرد خاک معلق در هوا( که حتی از ۵ میکرون هم بزرگتر نیستند) وارد مجاری تنفسی شده، در شش ها نفوذ و منجر به عفونت می شود. امروزه با استفاده از پلاستيك در ساخت پكينگ هاي برج خنك كننده، اين بيماري قابل كنترل مي باشد.

مواج بودن از جمله مزاياي ديگر اين ورقه ها است، كه با انتقال و تقسيم فشار به چين خوردگي هاي بعدي ميزان فشار بر روي سطح هر ورقه را كاهش مي دهد. دركاربرد هاي صنعتي با درجه رسوب گيري بالا از شيارهايي با عمق بيشتر استفاده مي گردد، زيرا باكمتر شدن عمق اين شيار ها، نياز به آب تميزتري جهت كاركرد برج مي باشد.

پکینگ هاي اين شركت در طرح های متنوع با شیارهای عرضی و عمودی بصورت لانه زنبوری و شانه تخم مرغی با نسبت های متفاوت سطح به حجم و در ضخامت های مختلف با زاويه و ارتفاع شيار متفاوت كه هر كدام تأثيرات متفاوتي در عملكرد دمايي برج خنك كننده دارند،تولید و عرضه می گردند.

شكل۱ – شيارهاي عرضي

شكل۲- شيارهاي عمودي
هر دو حالت شيارهاي عرضي و عمودي( vertical and cross corrugated )باعث بهبود در عملكرد دمايي و كاهش سرعت آبي كه به صورت لايه اي از فيلم يا غشاي نازكي بر روي پكينگ در آمده است مي شود. البته اين كاهش سرعت در پكينگ با زاويه غير عمود، سبب افزايش ميزان رسوب مي گردد.

نكته قابل توجه اين است كه ميزان كم رسوب، بر روي سطح پكينگ تأثير مهمي در عملكرد دمايي برج خنك كننده ندارد ولي در صورتيكه ميزان رسوب شديد بوده و مانع آرايش آب به صورت فيلم و مسدود نمودن جريان هوا گردد، به موجب آن، تأثير زيان آور بر روي عملكر دمايي برج خنك كننده مي گذارد.

در بسياري از برج هاي خنك كننده از پكينگ هاي تلفيقي Mixed Media جهت بهبود در عملكرد برج استفاده مي گردد. نتايجي كه در آزمايشات ارائه شده در مقاله شماره CTI TP95-13 آمده است به صورت زير مي باشد:
ارتباط داده هاي انتقال حرارت و افت فشار در جريان آب و هوا براي تركيب بلوك با ارتفاع mm ۶۰۰و شيارهاي mm ۱۸و دو بلوك mm ۶۰۰با شيار mm ۱۳با فرمول هاي مقابل بيان مي شود.
kaY/L = 1.742 (L/G)-0.711L-0.258

 

N=18.47 L0.183G-0.277
براي فهم ساده تر، مقايسه عملكرد پكينگ تلفيقي PVC و پكينگ اسپلاش چوبي در نيروگاه Didcot (ECTR )، براي درجه حرارت آب برگشتي از پكينگ، پيش بيني هاي كامپيوتري بيان مي گردد. دماي بازسرمايش براي پكينگ هاي تلفيقي با عمق ۸/۱ متر۱۹٫۳°Cپيش بيني و براي پكينگ هاي اسپلاش چوبي ۲۱٫۸°C اندازه گيري شد كه كاهش آن ۵/۲ k مي باشد.

البته اين محاسبات درباره تمامي برج هاي خنك كننده صادق مي باشد. در اولين تعويضي كه در برج خنك كننده مذكور صورت پذيرفت تقريباً ۵/۱۷ درصد بهبود در دماي آب خروجي برج بوجود آمد كه به معني كاهش۹۴/۲ k دماي آب بازسرمايش مي باشد.

هدف استفاده از پكينگ در برج خنك كننده
۱- آب گرم در اثر تماس با هواي سرد، در برج خنك كننده، خنك مي شود.كه اين سرمايش به واسطه:
الف -حدود ۷۵ درصد تبخير از طريق انتقال جرم است
ب- حدود ۲۵ درصد انتقال حرارت محسوس از طريق هدايت و جابجايي مي باشد.
۲- انتقال جرم از جريان بخار آب گرم به هواي سرد صورت مي گيرد كه به درجه حرارت مرطوب محيط (ورودي هوا) بستگي دارد.

۳- با افزايش درجه حرارت مرطوب، آنتالپي هواي ورودي افزايش مي يابد.
۴- حجم پكينگ تعيين كننده راندمان برج خنك كننده است.
۵- از پكينگ براي بوجود آمدن غشايي از آب گرم ورودي بر روي سطوح گسترده استفاده مي شود.
۶- پكينگ زمان مناسب مورد نياز براي تماس بين آب و هوا را ايجاد مي كند.

۷-اقبصادي بودن استفاده از پكينگ هاي غشايي به دليل قيمت نسبتاً ارزان آنها كه نزديك به ۱۰ تا ۲۰ درصد قيمت كل برج خنك كننده مي باشد.
خصوصيات پكينگ مناسب
۱- در مقابل عوامل شيميايي آب مقاوم باشد.
۲- در برابر خوردگي مقاوم باشد.

۳- زمان مناسبي براي ايجاد فيلمي از آب گرم جهت تبخير ايجاد نمايد.
۴- در مقابل درجه حرارت آب گرم تا ۵۰ درجه سانتيگراد مقاوم باشد.
۵- كمترين افت فشار استاتيك را در برابر جريان هوا داشته باشد.

مشخصات فنی
پکینگ های ورقه ای ساخته شده از پي وي سي در برابر عوامل شیمیایی ، الکلی، اسیدها، گریس ها، روغن ها، چربیها و مواد بیولوژیک کاملاً مقاوم می باشند. از جمله فوايد PVC پايداري، طولاني بودن عمر مفيد، خاصيت خود خاموشي و قابليت يكنواخت ساختن قطرات آب (Wetting ) بر روي سطح مي باشد.

پکینگ ها از ورق های متعدد PVC ساخته می شوند که آرایش هندسی سطح پکینگ های مذکور منجر به افزایش ميزان تبخیر،کاهش افت فشار، كاهش مقاومت هوا، برای انتقال بیشتر حرارت و رطوبت مي گردد. اين نوع پکینگ ها قابل باز یافت و دوست محیط زیست می باشند.

نوعی از پکینگ هاي توليدي اين شركت ضد رسوب(Anti Fouling) مي باشند كه تنها ميزان کمی رسوب داخل آنها ايجاد مي گردد، درنتيجه از افزايش رسوب در مدت كاركرد برج جلوگيري مي شود. همانطوريكه در شكل ۲ نشان داده شده شيارهاي پكينگ ضد رسوب توليدي اين شركت به صورت عمودي طراحي شده اند. از اين پكينگ تنها در برج هاي خنك كننده از نوع Counter Flow استفاده مي گردد.

موارد استفاده
از پکینگ ها در انواع برج های خنک کننده Natural draft – Bottle Type – Counter Flow – Cross Flow ،مربوط به صنایع کاغذ ، فولاد ، قند ، شکر ، غذایی ، شیمیایی ، پتروشیمی ، پالایشگاه ها، نیروگاه ها، انواع سیستم های تهویه و براي ارتقاء راندمان برج های خنک کننده قدیمی استفاده مي شود. از طرف ديگر،در انواع شوینده های هوا، رطوبت زنها، سیستم های تصفیه فاضلاب ، برج های ازت زدایی و حوضچه های پرورش ماهی نيز كاربرد دارند.

بررسی انواع برجهای خنک کننده
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:
۱٫ بوسیله افزایش حرارت هوای اطراف
۲٫ بوسیله تبخیر بخشی ازآب در حال گردش در سیستم
۳٫ 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:
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 .