شناخت و بررسی انواع برج خنک کننده یا کولینگ تاور
انواع برج خنک کننده (Cooling Tower Types) از لحاظ مسیر جریان آب و هوا، نحوه ساخت و روش انتقال حرارت تقسیم بندی می شوند. برج های خنک کننده دارای اشکال مختلفی هستند. گاهی شکل پکینگ برج خنک کننده به صورت گرد، مکعب و یا هذلولی می باشد و گاهی پروانه در قسمت کنار یا در قسمت بالا قرار گرفته و یا به طور کل فاقد پروانه می باشد. ممکن است تفاوت هایی در توزیع آب داخل دستگاه وجود داشته باشد که می تواند به صورت دورانی، اسپری نازل و یا ثقلی باشد. تفاوت های نوع توزیع آب در برج نیز ، موثر در قیمت برج های خنک کننده است.
برج خنک کننده
هزینه های اقتصادی پایین استفاده از برج های خنک کننده، در عین افزایش در راندمان تولید، مهمترین دلیل مصرف بالای کولینگ تاور در صنعت عنوان شده است. بسیاری از کارخانه های صنعتی و نیمه صنعتی که از ماشین آلات سبک و سنگین استفاده می کنند، باعث شده است تا امروزه از این تجهیز در افزایش راندمان خود بهره برداری نمایند.
در واقع بکارگیری برج خنک کن در صنعت یک اصل جدایی ناپذیر از هر صنعتی به حساب می آید. صنایع مختلفی چون فولاد، ساخت قطعات پلاستیکی، صنایع فرمدهی فلزات رنگین، تولید لباس، صنایع ریخته گری، چوب، نفت، پتروشیمی و نیروگاه ها بزرگترین مصرف کنندگان برج خنک کننده به شمار می آیند. در یک توصیف کلی از کولینگ تاور، این دستگاه در دو کاربری اصلی مورد استفاده قرار می گیرد.
برج خنک کننده جریان مکانیکی
از یک یا چند پروانه برای به جریان درآوردن هوا استفاده می نماید. این نوع دستگاه خنک کننده از عملکرد پایداری برخوردار است و کمتر تحت تأثیر باد و شرایط محیطی قرار می گیرد. در این نوع برج خنک کننده از فن به عنوان محرک جهت ایجاد جریان هوا استفاده می شود. نحوه عملکرد این برج با پکینگ گرید اسپلش دارای تفاوت هایی است که در بخش تعریف پکینگ اسپلش به توضیح آن میپردازیم.
مزایای برج خنک کننده (کولینگ تاور) جریان مکانیکی
- سازه بسیار کوچک
- اشغال فضای کم
- راندمان و عملکرد بالا
- پایداری نسبت به شرایط جوی
اجزای برج خنک کننده مکانیکی
- الکتروموتور
- پروانه
- قطره گیر
- پکینگ
- سیستم توزیع آب
- سازه
- حوضچه آب
برج خنک کن جریان اجباری
از نوع جریان مکانیکی می باشد که در این دستگاه پروانه یا پروانه ها در قسمت ورودی هوا قرار دارند. سرعت ورود هوا بالا بوده، ولی سرعت خروج هوا پایین می باشد که این امر موجب ایجاد ضعف در جلوگیری از گردش مجدد هوا می گردد.
مسیر جریان آب و هوا در برج خنک کننده جریان اجباری
این نوع کولینگ تاور از نظر ساخت اقتصادی می باشد و برای اکثر صنایع مناسب است. این نوع برج خنک کننده در سایزهای کوچک معمولاً از فلز ساخته می شود و در سایزهای بزرگ از بتن ساخته می شود. برج خنک کننده جریان اجباری بزرگ مورد استفاده در صنایع بر اساس نیازهای کاربری طراحی و ساخته می شود. پروانه این نوع برج خنک کننده ها معمولاً از نوع سانتریفیوژ می باشد. این برج ها فشار استاتیکی بالایی دارد، ولی مصرف برق بالا و سر و صدای زیادی را دارا است. پروانه این برج به دلیل قرار گرفتن در مسیر ورود هوا، در محیط با آب و هوای سرد، در معرض یخ زدن قرار دارد.
کولینگ تاور جریان القایی
از نوع جریان مکانیکی است. در این برج خنک کن، پروانه یا پروانه ها در قسمت خروجی هوا قرار گرفته و سرعت خروج هوا در ناحیه فن، سرعت بالاتری نسبت به ورود هوا در ناحیه ورود دارد. به دلیل قرار گرفتن پروانه در قسمت خروج هوای گرم، امکان یخ زدن پروانه در فصول سرد وجود ندارد. همچنین در این نوع برج، گردش مجدد هوا به خودی خود به وجود نمی آید. بسیاری از مدل های برج خنک کننده کوچک از نوع القایی هستند که در یک سایز کوچک به کمک پروانه قابلیت کاهش دمای مقدار مشخصی از دبی آب را دارند.
برج خنک کننده جریان القایی
در این نوع برج به دلیل شکل و مکانیزم کارکرد، امکان گردش مجدد هوا وجود ندارد. این مدل برج ها، از دبی های کوچک 15 گالن بر دقیقه تا 700000 گالن بر دقیقه و بیشتر ساخته می شود و خود شاهدی بر گسترش روز افزون استفاده از این مدل کولینگ تاور می باشد.
کولینگ تاور جریان مرکب
از انواع برج خنک کننده است که ظاهری شبیه کولینگ تاور جریان طبیعی دارد، ولی ارتقاع آن معمولاً کمتر بوده و درون آن از یک یا چندیدن پروانه برای به جریان انداختن هوا استفاده شده است. همچنین در این نوع برج، در فصول سرد ممکن است پروانه ها خاموش باشند و در صورت نیاز و در بار شدید، پروانه های سیستم شروع به کار کنند.
معمولاً طراحی برج خنک کننده جریان مرکب به صورتی است که فقط در زمان اوج بار و یا گرمای شدید هوا، فن ها مجبور به کار شوند. عمدتاً فن ها در ناحیه ورود هوا قرار گرفته اند و به مانند جریان اجباری فن را به داخل برج خنک کننده می دمند و هوا از بالای برج خنک کننده خارج می شود. ساخت و استفاده از برج خنک کننده جریان مرکب در مصرف انرژی صرفه جویی قابل ملاحظه به دنبال دارد. در هنگام استفاده می توان فن ها را ابتدا با دور پایین به گردش در آورد و در صورت نیاز دور پروانه ها را بالا برد تا میزان خنک کاری افزایش یابد.
برج خنک کننده هیبریدی
نوع دیگری از برج خنک کننده است که در ترکیبی از دو و می باشد. در این برج خنک کننده ابتدا آب با دمای بسیار بالا وارد کوئل شده و به وسیله هوای جریان یافته در برج خنک شده و سپس آب بروی سطوح انتقال حرارت پاشیده و مانند برج خنک کن معمولی خنک می شود.
انواع کولینگ تاور بر اساس مسیر جریان آب و هوا
انواع دیگری از برج خنک کننده بر اساس مسیر جریان هوا و آب نسبت به هم در داخل برج خنک کننده وجود دارد. این تقسیم بندی به صورت زیر می باشد.
- برج خنک کننده جریان مخالف
- برج خنک کننده جریان متقاطع
برج خنک کننده جریان مخالف
مسیر جریان آب در جهت مخالف مسیر جریان هوا می باشد. معمولاً جریان آب از بالا به پایین و مسیر جریان هوا از پایین رو به بالا است. در شکل برج خنک کن جریان مخالف را مشاهده می فرمایید. سیستم توزیع آب در برج خنک کن جریان مخالف معمولاً توسط فشار پمپ و به وسیله نازل صورت می پذیرد. نازل، آب را تا حد امکان به روی سطح و به صورت قطره توزیع می کند. سطوح انتقال حرارت مورد استفاده در این نوع برج خنک کن باید به شکلی باشد که اجازه ورود هوا از قسمت پایین داده شود. پروانه معمولاً در قسمت مرکزی و در قسمت بالا قرار گرفته و هوا را از پایین به سمت بالا مکش می کند.
معمولاً به دلیل مکانیزم کارکرد و مسیر خلاف جهت آب و هوا، پرتاب آب در این نوع برج های خنک کننده زیاد است؛ به همین دلیل غالباً در قسمت بالای سیستم توزیع آب از قطره گیر استفاده می شود. قطره گیر به هوا اجازه عبور می دهد، ولی قطرات آب را می گیرد و به سیستم باز می گرداند.
کولینگ تاور جریان متقاطع
در مسیر جریان آب و مسیر جریان هوا متقاطع می باشد. معمولاً جریان آب از بالا به پایین و مسیر جریان هوا به صورت افقی است. در شکل زیر برج خنک کن جریان متقاطع را مشاهده می فرمایید.
برج خنک کننده جریان متقاطع
این نوع برج خنک کننده دارای ارتفاع ریزش آب زیادی می باشد. بنابراین آب به راحتی فرصت پیدا کرده تا با هوا تماس پیدا کرده تبخیر شود و خنک کاری بیشتری صورت پذیرد. به دلیل مسیر متقاطع جریان هوا و آب، امکان پرتاب قطرات آب از برج خنک کننده به حداقل ممکن رسیده و در نتیجه پرت آب در این مدل برج بسیار اندک است. نحوه ریزش آب در این برج های خنک کننده به کمک گرانش انجام می شود. بنابراین سیستم توزیع آب ساده تر و دارای عمر بیشتری است.
انواع برج خنک کن بر اساس مدار آب
یک نوع دیگر تقسیم بندی بر اساس مدار جریان آب برای برج های خنک کننده وجود دارد. بر این اساس، برج خنک کننده به دو دسته زیر تقسیم بندی می شوند.
- برج خنک کننده مدار باز
- برج خنک کننده مدار بسته
محاسبه هد پمپ برج خنک کننده مدار باز
به همان برج خنک کن معمولی گفته می شود که آب در هنگام ورد به کولینگ تاور از لوله خارج شده و داخل دستگاه پاشیده می شود و با هوا در تماس بوده و به اصطلاح مدار باز است و در تمام مسیر، آب داخل لوله نمی باشد.
برج خنک کننده مدار بسته
در داخل ، کوئل به کار رفته و آب سیستم از درون این کوئل ها عبور کرده و خنک می شود. تنها تفاوت در عملکرد برج خنک کننده مدار بسته نسبت به عملکرد برج خنک کننده معمولی (مدار باز)، جلوگیری از تبخیر و رسوب گرفتن در آب سیستم است؛ به نحوی که آب سیستم با دلیل عبور از داخل کوئل با هوا در تماس نبوده، بنابراین آب تبخیر نمی شود و ناخالصی نیز وارد آن نمی شود. ولی در برج خنک کننده مدار بسته همزمان در مدار دیگری آب به روی کوئل ها ریخته شده، که این آب در مجاورت جریان هوای به وجود آمده به وسیله فن، از روی سطح کوئل ها تبخیر می گردد و در نهایت کوئل ها را خنک می کند.
تقسیم بندی کولینگ تاور بر اساس جنس سازه
برج خنک کننده بر اساس جنس سازه کولینگ تاور به چهار دسته زیر طبقه بندی شده است.
- برج خنک کننده فایبرگلاس
- برج خنک کننده گالوانیزه یا فلزی
- برج خنک کننده بتنی
- برج خنک کننده چوبی
برج خنک کننده فایبرگلاس مدور
بدنه برخی از انواع برج های خنک کن نیز از جنس فایبرگلاس ساخته می شود که در صورت استفاده از رزین مرغوب و لایه های کافی از مقاومت و کیفیت بالایی برخوردارند. برج های خنک کن فایبرگلاس از نظر شکل به دو نوع مدور و مکعبی تقسیم می شوند.
برج خنک کننده گالوانیزه
یکی از انواع برج های خنک کننده، برج های خنک کننده گالوانیزه است. پاشش دائمی آب و تماس آن با سطح بدنه برج موجب می شود برج های خنک کننده در معرض تخریب و اکسیداسیون با آب باشند. در نتیجه استفاده از ورق گالوانیزه مرغوب در بدنه این نوع برج های خنک کننده موجب افزایش عمر مفید آنها در برابر رطوبت و زنگ زدگی می شود.
برج خنک کننده بتنی
کولینگ تاور بتنی، نوعی برج خنک کننده است که سازه و بدنه اصلی آن از بتن ساخته می شود. برج های خنک کننده بتنی اغلب به شکل هذلولی یا مکعبی در ظرفیت های بسیار بالا در محل پروژه تولید می شوند.