تامین و تولید تجهیزات صنعتی

برج خنک کننده چیست؟

برج های خنک کننده از جمله محبوب ترین سیستم های مکانیکی هستند که در نیروگاه های برق، سیستم های تهویه مطبوع مرکزی و بسیاری از سیستم های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. ایده آن بر اساس تبادل حرارت بین آب گرم خارج شده از مبدل های حرارتی و هوای جوی است که هم مکانیکی و هم طبیعی هستند.

برج خنک کننده یک جسم فلزی یا بتنی است که در آن هوا از پایین به بالا جریان دارد. یا به طور طبیعی توسط اختلاف فشار یا توسط فن های مکش. آب داغ در حین عبور به سمت پایین روی پدهای خنک کننده از بالا اسپری می شود تا سطح تبادل حرارتی بین هوا و آب افزایش یابد و سپس در پایین جمع می شود. برای کاهش تلفات آب در برج های خنک کننده، یک DRIFT ELIMINATOR در بالای آن تعبیه شده است تا بخشی از آب خروجی از جریان هوا را بازیابی کند. برج های خنک کننده یکی از ایده های مهندسی است که به حفظ محیط زیست کمک می کند، زیرا از همان آب در چرخه خنک کننده استفاده مجدد می شود و در صورت دفع دمای آب کاهش می یابد.

این برج‌ها نوع خاصی از مبدل‌های حرارتی (مخصوصاً فقط با آب و هوا) در نظر گرفته می‌شوند که فرآیند تبادل حرارت مستقیماً بین آب گرم و هوا صورت می‌گیرد که باعث کاهش دمای آب هنگام عبور از برج خنک کننده به دلیل تبخیر می‌شود.

نحوه عملکرد برج خنک کن را توضیح دهید؟

آب گرم شده در فرآیندهای صنعتی یا در کندانسورها توسط پمپ هایی از بالا به داخل برج خنک کننده پمپ می شود و به صورت قطرات به طور یکنواخت توزیع می شود تا زمانی که به قسمت پایین مخزن برج خنک کننده (تشتک) بیفتد. در هنگام سقوط با هوای عبوری از داخل برج خنک کننده که در آن فرآیند تبادل حرارت انجام می شود تماس پیدا می کند و گرما از جریان آب گرم به جریان هوای سرد منتقل می شود که دما و رطوبت نسبی آن را تا 100 درصد افزایش می دهد. سپس هوای گرم به اتمسفر تخلیه می شود و آب سرد شده در حوضچه برج خنک کن جمع می شود و مجدداً برای استفاده در فرآیندهای مختلف صنعتی یا کندانسورهای صنعتی پمپ می شود.

اجزای اصلی برج خنک کن:

قاب و پوشش: بسیاری از برج های خنک کننده دارای اسکلت بیرونی هستند که از حصار بیرونی، موتور، فن ها و سایر قسمت ها پشتیبانی می کند.

فن ها (در مورد برج های خنک کننده اجباری):

پکینگ (سطوح انتقال حرارت): برای کمک به فرآیند انتقال حرارت با فعال کردن تماس هوا با آب.

حوضچه آب سرد: در پایین برج خنک کننده قرار دارد که آب سردی را که از برج می ریزد دریافت می کند.

انواع برج خنک کننده:

برج خنک کننده با استفاده از جریان هوای طبیعی جوی که برای برج های خنک کننده اتمسفر طبیعی (نوع اسپری) استفاده می شود. این نوع برج خنک کن از بدنه ای ساختاری به شکل جعبه با لوورهای راهنما تشکیل شده است که راهنماها اجازه می دهند هوا به داخل برج عبور کند، اما در جهتی شیبدار برای حفظ آب در داخل برج خنک کن.

اسکلت سازه ای برج خنک کن و راهنماها از فولاد ساخته شده است.اندازه برج خنک کننده بستگی به ظرفیت واحد خنک کننده ای دارد که از برج خنک کن برای آن استفاده می شود.این نوع برج خنک کن در مکانی باز و یا روی پشت بام قرار می گیرد. ساختمان هایی که در آن هوا آزادانه در برج خنک کن دمیده می شود. در این نوع آب گرم از کندانسور به اسپرینکلرهای برج خنک کن در بالای برج پمپ می شود و سپس آب از نازل های آبپاش به پایین می ریزد و چون انتقال حرارت آب به هوا بستگی به سطح آب جبرانی برای مسیر هوا دارد، بنابراین آبپاش معمولی دارای یک نازل باریک برای عملکرد خوب برج خنک کننده، می توان مشاهده کرد که غبار ریز تولید شده توسط اسپرینکلرهای نازل باریک، سطح آب بیشتری را در معرض هوا قرار می دهد. اما اسپری نباید خیلی ریز (یا خیلی ریز) باشد، زیرا باعث می شود مقداری آب از برج توسط هوا خارج شود و این باعث از دست رفتن مقداری آب برای برج خنک کن می شود، اما تاثیری بر کار خنک کننده گی برج در آن زمان ندارد.

برج خنک کننده جریان طبیعی اتمسفریک(نوع عرشه اسپلش):

مشابه نوع اول مورد استفاده برای آبپاش است با این تفاوت که حاوی مواد پرکننده یا هما پکینگ برج خنک کن است که از بلوکه توخالی قرمز چوبی، سرامیکی ، ورق آهن یا پلاستیک ساخته شده است.

برج خنک کن بخش اصلی نیروگاه های هسته ای و بسیاری از نیروگاه های دیگر است. یک برج خنک کننده با استفاده از هوای خنک و نسبتاً خشک، گرما را از آب گرم به جو خارج می کند. قبل از شروع کار با برج های خنک کننده، اجازه دهید کمی در مورد نیروگاه های حرارتی و منابع گرما صحبت کنیم:

نیروگاه حرارتی

ایستگاهی است که در آن انرژی گرمایی از طریق توربین های بخار به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. جایی که آب گرم شده و تبخیر می شود و بخار حاصل برای چرخاندن یک توربین بخار استفاده می شود و سپس این انرژی مکانیکی توسط یک ژنراتور الکتریکی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. این فرآیند چرخه رانکین نامیده می شود.

منابع حرارتی:

طراحی نیروگاه های حرارتی با توجه به منابع مختلف حرارتی متفاوت است، از جمله:

انرژی سوخت فسیلی

انرژی حرارتی خورشیدی.

انرژی هسته ای.

انرژی زمین گرمایی.

نیروگاه های زباله سوز و نیروگاه های گازی.

برج خنک کننده:

توسعه موتور بخار اولین گام در توسعه انواع برج های خنک کننده است که در قرن نوزدهم زمانی که کندانسورها در سیستم های تولید برق مورد استفاده قرار گرفتند، ظهور کردند. در سال 1901، یک مهندس آمریکایی طرح خاصی را برای برج خنک کن به شکل مستطیل یا دایره‌ای مانند دودکش پیشنهاد کرد، به شکل گروهی از حوضچه‌های توزیع در بالا، جایی که آب از کندانسور به بالا پمپ می‌شود. و سپس چکه می کند.

در برخی مناطق با زمین های بزرگ از استخرهای خنک کننده استفاده می شد اما در شهرهای بزرگ با زمین های محدود از سیستم برج خنک کننده استفاده می شد. این برج برای اولین بار توسط مهندسان هلندی جرارد کویپرز و فردریک وان در سال 1918 ثبت شد و در همان سال در نزدیکی هیرلن ساخته شد.

طبقه بندی برج های خنک کننده:

برج های خنک کننده یا در تهویه مطبوع HVAC و یا در کارهای صنعتی استفاده می شوند. چیلرهای آب خنک نسبت به چیلرهای با هوا خنک‌کننده انرژی کارآمدتری دارند. ساختمان های اداری بزرگ، بیمارستان ها و مدارس معمولاً از یک یا چند برج خنک کننده به عنوان بخشی از سیستم های تهویه مطبوع خود استفاده می کنند. در مورد برج‌ خنک‌کننده صنعتی باید بگوییم که، این برج‌ها بسیار بزرگ‌تر از برج‌های گرمایش، تهویه مطبوع هستند و برای حذف گرما از فرآیندهای ترمودینامیکی در صنایع استفاده می‌شوند.

روش های تولید جریان هوا در برج خنک کن:

جریان هوا از طریق برج به دو روش اصلی (طبیعی و مکانیکی) اعمال می شود:

طبیعی: در این نوع برج خنک کننده، گرما به طور کامل توسط همرفت طبیعی از طریق هوا منتقل می شود، جایی که هوای گرم و مرطوب از طریق گردش در داخل برج خنک کننده بالا می رود. این به دلیل تفاوت در چگالی است که منجر به جریان هوا در برج می شود.

به صورت مکانیکی: در این روش از فن ها برای گردش هوا در برج خنک کننده استفاده می شود که به دو صورت می باشد.

مکش القایی: یک فن مکانیکی در محل تخلیه (در بالای برج خنک کننده) قرار می گیرد که برای کشیدن هوا از داخل برج استفاده می شود و اغلب در این نوع از فن های محوری استفاده می شود.

ورودی اجباری: یک فن از نوع دمنده در ورودی قرار می گیرد تا هوا را به اجبار خارج کند و سرعت هوای ورودی و خروجی بالایی ایجاد کند. عقب نشینی اجباری به نیروی بیشتری نسبت به عقب نشینی القایی نیاز دارد که از معایب این نوع است.

روش های انتقال حرارت در برج خنک کن:

انواع اصلی روش های انتقال حرارت مورد استفاده در برج های خنک کننده را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد:

برج خنک کننده خشک: محیط کار از هوای اطراف جدا می شود و فرآیند تقریباً شبیه مبدل های حرارتی لوله ای است و انتقال حرارت همرفتی نقش اصلی را در این روش ایفا می کند.

برج خنک کننده مرطوب یا بخار: در این نوع از اصل خنک کننده تبخیری استفاده می شود که تماس مستقیم آب خنک کننده با هوای داخل برج خنک کننده وجود دارد.

برج خنک کننده نوع مرطوب/خشک: این نوع مختلط از برج های خنک کننده می توانند مصرف آب را تا حدود 20 درصد برج های خنک کننده نوع مرطوب معمولی کاهش دهند (یک مشکل نامطلوب برای سیستم های خنک کننده نیروگاه).

اندازه برج خنک کننده:

اندازه برج خنک کن متناسب با عملکرد خنک کننده مورد نیاز انتخاب می شود.این برج یا در سایت (در مورد برج های بزرگ) و یا در کارخانه (در مورد برج های کوچک) یکپارچه شده است.

روش های عددی و تجربی برای بهبود طراحی برج های خنک کننده:

مطالعات تجربی زیادی بر روی برج های خنک کننده انجام شد که در آن پارامترهای مختلفی از جمله: مقادیر دما و فشار در نقاط مختلف برج اندازه گیری شد. این کار در سرعت ها و دماهای مختلف باد انجام می شود و سپس نتایج به دست آمده از نقاط اندازه گیری شده برای بهبود عملکرد مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. در روش‌های عددی، برنامه‌های دینامیک سیالات محاسباتی مانند Ansys-Fluent برای شبیه‌سازی ساختار جریان و توزیع دما در داخل برج خنک‌کننده برای بهبود طراحی برج استفاده شد. سپس نتایج تجربی با نتایج عددی مقایسه می شود.

اثرات بر اکوسیستم

بیشتر چرخه کار در نیروگاه ها با ریختن آب گرم به رودخانه، دریاچه یا اقیانوس به پایان می رسد و سپس نیروگاه با همان منبع آب تامین می شود تا چرخه دوباره شروع شود. این تخلیه آب گرم دمای رودخانه یا دریاچه را افزایش می دهد و اکوسیستم محلی را تغییر می دهد، زیرا دمای بالاتر آب می تواند به موجودات آبزی آسیب برساند... ممکن است ماهی ها و دیگر موجودات زنده را بکشد.

این در حالی است که برج های خنک کننده مقدار زیادی گرما را به اتمسفر آزاد می کنند که توسط باد به مناطق دور افتاده سرایت می کند و بر این اساس باید روش زهکشی آب برای جلوگیری از آلودگی محیطی بررسی شود.

جهت کسب اطلاعات بیشتر در ارتباط با برج خنک کن به وب سایت سازاب مراجعه نمایید.

برج خنک کننده چیست؟

برج های خنک کننده از جمله محبوب ترین سیستم های مکانیکی هستند که در نیروگاه های برق، سیستم های تهویه مطبوع مرکزی و بسیاری از سیستم های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. ایده آن بر اساس تبادل حرارت بین آب گرم خارج شده از مبدل های حرارتی و هوای جوی است که هم مکانیکی و هم طبیعی هستند.

برج خنک کننده یک جسم فلزی یا بتنی است که در آن هوا از پایین به بالا جریان دارد. یا به طور طبیعی توسط اختلاف فشار یا توسط فن های مکش. آب داغ در حین عبور به سمت پایین روی پدهای خنک کننده از بالا اسپری می شود تا سطح تبادل حرارتی بین هوا و آب افزایش یابد و سپس در پایین جمع می شود. برای کاهش تلفات آب در برج های خنک کننده، یک DRIFT ELIMINATOR در بالای آن تعبیه شده است تا بخشی از آب خروجی از جریان هوا را بازیابی کند. برج های خنک کننده یکی از ایده های مهندسی است که به حفظ محیط زیست کمک می کند، زیرا از همان آب در چرخه خنک کننده استفاده مجدد می شود و در صورت دفع دمای آب کاهش می یابد.

این برج‌ها نوع خاصی از مبدل‌های حرارتی (مخصوصاً فقط با آب و هوا) در نظر گرفته می‌شوند که فرآیند تبادل حرارت مستقیماً بین آب گرم و هوا صورت می‌گیرد که باعث کاهش دمای آب هنگام عبور از برج خنک کننده به دلیل تبخیر می‌شود.

نحوه عملکرد برج خنک کن را توضیح دهید؟

آب گرم شده در فرآیندهای صنعتی یا در کندانسورها توسط پمپ هایی از بالا به داخل برج خنک کننده پمپ می شود و به صورت قطرات به طور یکنواخت توزیع می شود تا زمانی که به قسمت پایین مخزن برج خنک کننده (تشتک) بیفتد. در هنگام سقوط با هوای عبوری از داخل برج خنک کننده که در آن فرآیند تبادل حرارت انجام می شود تماس پیدا می کند و گرما از جریان آب گرم به جریان هوای سرد منتقل می شود که دما و رطوبت نسبی آن را تا 100 درصد افزایش می دهد. سپس هوای گرم به اتمسفر تخلیه می شود و آب سرد شده در حوضچه برج خنک کن جمع می شود و مجدداً برای استفاده در فرآیندهای مختلف صنعتی یا کندانسورهای صنعتی پمپ می شود.

اجزای اصلی برج خنک کن:

قاب و پوشش: بسیاری از برج های خنک کننده دارای اسکلت بیرونی هستند که از حصار بیرونی، موتور، فن ها و سایر قسمت ها پشتیبانی می کند.

فن ها (در مورد برج های خنک کننده اجباری):

پکینگ (سطوح انتقال حرارت): برای کمک به فرآیند انتقال حرارت با فعال کردن تماس هوا با آب.

حوضچه آب سرد: در پایین برج خنک کننده قرار دارد که آب سردی را که از برج می ریزد دریافت می کند.

انواع برج خنک کننده:

برج خنک کننده با استفاده از جریان هوای طبیعی جوی که برای برج های خنک کننده اتمسفر طبیعی (نوع اسپری) استفاده می شود. این نوع برج خنک کن از بدنه ای ساختاری به شکل جعبه با لوورهای راهنما تشکیل شده است که راهنماها اجازه می دهند هوا به داخل برج عبور کند، اما در جهتی شیبدار برای حفظ آب در داخل برج خنک کن.

اسکلت سازه ای برج خنک کن و راهنماها از فولاد ساخته شده است.اندازه برج خنک کننده بستگی به ظرفیت واحد خنک کننده ای دارد که از برج خنک کن برای آن استفاده می شود.این نوع برج خنک کن در مکانی باز و یا روی پشت بام قرار می گیرد. ساختمان هایی که در آن هوا آزادانه در برج خنک کن دمیده می شود. در این نوع آب گرم از کندانسور به اسپرینکلرهای برج خنک کن در بالای برج پمپ می شود و سپس آب از نازل های آبپاش به پایین می ریزد و چون انتقال حرارت آب به هوا بستگی به سطح آب جبرانی برای مسیر هوا دارد، بنابراین آبپاش معمولی دارای یک نازل باریک برای عملکرد خوب برج خنک کننده، می توان مشاهده کرد که غبار ریز تولید شده توسط اسپرینکلرهای نازل باریک، سطح آب بیشتری را در معرض هوا قرار می دهد. اما اسپری نباید خیلی ریز (یا خیلی ریز) باشد، زیرا باعث می شود مقداری آب از برج توسط هوا خارج شود و این باعث از دست رفتن مقداری آب برای برج خنک کن می شود، اما تاثیری بر کار خنک کننده گی برج در آن زمان ندارد.

برج خنک کننده جریان طبیعی اتمسفریک(نوع عرشه اسپلش):

مشابه نوع اول مورد استفاده برای آبپاش است با این تفاوت که حاوی مواد پرکننده یا هما پکینگ برج خنک کن است که از بلوکه توخالی قرمز چوبی، سرامیکی ، ورق آهن یا پلاستیک ساخته شده است.

برج خنک کن بخش اصلی نیروگاه های هسته ای و بسیاری از نیروگاه های دیگر است. یک برج خنک کننده با استفاده از هوای خنک و نسبتاً خشک، گرما را از آب گرم به جو خارج می کند. قبل از شروع کار با برج های خنک کننده، اجازه دهید کمی در مورد نیروگاه های حرارتی و منابع گرما صحبت کنیم:

نیروگاه حرارتی

ایستگاهی است که در آن انرژی گرمایی از طریق توربین های بخار به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. جایی که آب گرم شده و تبخیر می شود و بخار حاصل برای چرخاندن یک توربین بخار استفاده می شود و سپس این انرژی مکانیکی توسط یک ژنراتور الکتریکی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. این فرآیند چرخه رانکین نامیده می شود.

منابع حرارتی:

طراحی نیروگاه های حرارتی با توجه به منابع مختلف حرارتی متفاوت است، از جمله:

انرژی سوخت فسیلی

انرژی حرارتی خورشیدی.

انرژی هسته ای.

انرژی زمین گرمایی.

نیروگاه های زباله سوز و نیروگاه های گازی.

برج خنک کننده:

توسعه موتور بخار اولین گام در توسعه انواع برج های خنک کننده است که در قرن نوزدهم زمانی که کندانسورها در سیستم های تولید برق مورد استفاده قرار گرفتند، ظهور کردند. در سال 1901، یک مهندس آمریکایی طرح خاصی را برای برج خنک کن به شکل مستطیل یا دایره‌ای مانند دودکش پیشنهاد کرد، به شکل گروهی از حوضچه‌های توزیع در بالا، جایی که آب از کندانسور به بالا پمپ می‌شود. و سپس چکه می کند.

در برخی مناطق با زمین های بزرگ از استخرهای خنک کننده استفاده می شد اما در شهرهای بزرگ با زمین های محدود از سیستم برج خنک کننده استفاده می شد. این برج برای اولین بار توسط مهندسان هلندی جرارد کویپرز و فردریک وان در سال 1918 ثبت شد و در همان سال در نزدیکی هیرلن ساخته شد.

طبقه بندی برج های خنک کننده:

برج های خنک کننده یا در تهویه مطبوع HVAC و یا در کارهای صنعتی استفاده می شوند. چیلرهای آب خنک نسبت به چیلرهای با هوا خنک‌کننده انرژی کارآمدتری دارند. ساختمان های اداری بزرگ، بیمارستان ها و مدارس معمولاً از یک یا چند برج خنک کننده به عنوان بخشی از سیستم های تهویه مطبوع خود استفاده می کنند. در مورد برج‌ خنک‌کننده صنعتی باید بگوییم که، این برج‌ها بسیار بزرگ‌تر از برج‌های گرمایش، تهویه مطبوع هستند و برای حذف گرما از فرآیندهای ترمودینامیکی در صنایع استفاده می‌شوند.

روش های تولید جریان هوا در برج خنک کن:

جریان هوا از طریق برج به دو روش اصلی (طبیعی و مکانیکی) اعمال می شود:

طبیعی: در این نوع برج خنک کننده، گرما به طور کامل توسط همرفت طبیعی از طریق هوا منتقل می شود، جایی که هوای گرم و مرطوب از طریق گردش در داخل برج خنک کننده بالا می رود. این به دلیل تفاوت در چگالی است که منجر به جریان هوا در برج می شود.

به صورت مکانیکی: در این روش از فن ها برای گردش هوا در برج خنک کننده استفاده می شود که به دو صورت می باشد.

مکش القایی: یک فن مکانیکی در محل تخلیه (در بالای برج خنک کننده) قرار می گیرد که برای کشیدن هوا از داخل برج استفاده می شود و اغلب در این نوع از فن های محوری استفاده می شود.

ورودی اجباری: یک فن از نوع دمنده در ورودی قرار می گیرد تا هوا را به اجبار خارج کند و سرعت هوای ورودی و خروجی بالایی ایجاد کند. عقب نشینی اجباری به نیروی بیشتری نسبت به عقب نشینی القایی نیاز دارد که از معایب این نوع است.

روش های انتقال حرارت در برج خنک کن:

انواع اصلی روش های انتقال حرارت مورد استفاده در برج های خنک کننده را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد:

برج خنک کننده خشک: محیط کار از هوای اطراف جدا می شود و فرآیند تقریباً شبیه مبدل های حرارتی لوله ای است و انتقال حرارت همرفتی نقش اصلی را در این روش ایفا می کند.

برج خنک کننده مرطوب یا بخار: در این نوع از اصل خنک کننده تبخیری استفاده می شود که تماس مستقیم آب خنک کننده با هوای داخل برج خنک کننده وجود دارد.

برج خنک کننده نوع مرطوب/خشک: این نوع مختلط از برج های خنک کننده می توانند مصرف آب را تا حدود 20 درصد برج های خنک کننده نوع مرطوب معمولی کاهش دهند (یک مشکل نامطلوب برای سیستم های خنک کننده نیروگاه).

اندازه برج خنک کننده:

اندازه برج خنک کن متناسب با عملکرد خنک کننده مورد نیاز انتخاب می شود.این برج یا در سایت (در مورد برج های بزرگ) و یا در کارخانه (در مورد برج های کوچک) یکپارچه شده است.

روش های عددی و تجربی برای بهبود طراحی برج های خنک کننده:

مطالعات تجربی زیادی بر روی برج های خنک کننده انجام شد که در آن پارامترهای مختلفی از جمله: مقادیر دما و فشار در نقاط مختلف برج اندازه گیری شد. این کار در سرعت ها و دماهای مختلف باد انجام می شود و سپس نتایج به دست آمده از نقاط اندازه گیری شده برای بهبود عملکرد مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. در روش‌های عددی، برنامه‌های دینامیک سیالات محاسباتی مانند Ansys-Fluent برای شبیه‌سازی ساختار جریان و توزیع دما در داخل برج خنک‌کننده برای بهبود طراحی برج استفاده شد. سپس نتایج تجربی با نتایج عددی مقایسه می شود.

اثرات بر اکوسیستم

بیشتر چرخه کار در نیروگاه ها با ریختن آب گرم به رودخانه، دریاچه یا اقیانوس به پایان می رسد و سپس نیروگاه با همان منبع آب تامین می شود تا چرخه دوباره شروع شود. این تخلیه آب گرم دمای رودخانه یا دریاچه را افزایش می دهد و اکوسیستم محلی را تغییر می دهد، زیرا دمای بالاتر آب می تواند به موجودات آبزی آسیب برساند... ممکن است ماهی ها و دیگر موجودات زنده را بکشد.

این در حالی است که برج های خنک کننده مقدار زیادی گرما را به اتمسفر آزاد می کنند که توسط باد به مناطق دور افتاده سرایت می کند و بر این اساس باید روش زهکشی آب برای جلوگیری از آلودگی محیطی بررسی شود.

جهت کسب اطلاعات بیشتر در ارتباط با برج خنک کن به وب سایت سازاب مراجعه نمایید.