برج خنک کننده یا کولینگ تاور
برج خنک‌کننده یا کولینگ تاور دستگاهی است برای دفع حرارت آب مورد استفاده در چگالنده به جو از طریق تبادل حرارتی با هوا است. کولینگ تاورها معمولاً با تبخیر آب، حرارت ایجاد شده در یک واحد شیمیایی را دفع کرده و سیال سرویس را تا دمای حباب مرطوب هوا پایین می‌آورند البته باید در نظر داشت در برخی از برج‌های خنک‌کن با چرخه بسته که به برج خنک‌کن خشک مشهور هستند، کاهش دمای سیال سرویس صرفاً تا دمایی نزدیک به دمای حباب خشک هوا امکان‌پذیر است.
برج های خنک کن به دلیل گستردگی کاربرد دارای انواع مختلفی هستند که در چند دسته بندی مختلف به آنها اشاره می شود.
انواع برج های خنک کننده از نظر جهت جریان هوا و آب
- برج خنک کننده جریان مخالف یا کانتر فلو (Counter flow)
- برج خنک کننده جریان متقاطع یا کراس فلو(Cross flow)
انواع برج های خنک کننده از نظر شکل ظاهری
- برج خنک کننده مکعبی
- برج خنک کننده مدور
- برج خنک کننده ذوزنقه ای
- برج خنک کننده استوانه ای
انواع برج های خنک کننده از نظر جنس بدنه
- برج های خنک کننده فایبرگلاس
- برج خنک کننده بتنی
- برج خنک کننده گالوانیزه یا فلزی (برج خنک کن چوبی)
انواع برج های خنک کننده از نظر گردش آب
- برج خنک کننده مدار بسته
- برج خنک کننده مدار باز
فن برج خنک‌کننده
فن‌ها نقش مهمی در خنک‌سازی دارند و از نوع فن محوری یا سانتریفیوژ می‌باشند.
فن‌های مورد استفاده در برج‌های خنک‌کننده، از لحاظ فرم هندسی و نحوه تولید به صورت کلی به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند.
۱- فن ضربی برج خنک‌کننده:
این فن‌ها با قطر بین ۰٫۵ تا ۱٫۲ متر در حالت کلی از ورقه فولادی ساخته شده و توسط قالب پرس تولید می‌گردند.
این نوع فن کولینگ تاور در صورتیکه از تولیدکنندگان معتبر خریداری شود از لحاظ قیمت و کیفیت در بازه مناسبی قرار دارد. باید در نظر داشت با توجه به جنس فن و روش تولید، این نوع فن در قطر بیش از ۱ متر دچار لرزش خواهد شد و به همین دلیل دارای محدودیت ابعاد است.
۲- فن پروفیل ایر فویل کولینگ تاور:
همانگونه که از نامشان پیداست این فن‌ها دارای پروفیل ایرفویل می‌باشند و در طول فن، فرم پروفیل و ابعاد هندسی آن ثابت است (به جز بخش انتهایی که در آن قسمتی از یال، بریده شده‌است). جنس این نوع فن برج خنک کن عمدتاً از پروفیل آلومینیوم است که با روش اکسترود و پولترود تولید می‌شود. دلیل استفاده از آلومینیوم در پره فن برج خنک کن، استحکام مناسب نسبت به وزن کم، دمپ کردن ارتعاش و مقاومت بالا در مقابل خوردگی است.
بازه ابعادی معمول فن آلومینیوم کولینگ تاور از قطر ۰٫۸ متر تا ۳ متر می‌باشد. این فن‌ها دارای قیمت کمتری نسبت به فن‌های کامپوزیتی (نوع سوم فن محوری) هستند لیکن معایب خاص خود را نیز دارند.
۳- فن پروفیل ایر فویل با فرم پروفیل متغیر (فن کامپوزیت برج خنک کن):
فن کامپوزیت فایبر گلاس گلاس کولینگ تاور که سابقه تولید آن از دو نوع قبلی کمتر است علاوه بر دارا بودن پروفیل ایرفویل، به دلیل چرخش پروفیل در شعاع فن و تغییر زاویه حمله، دبی یکنواخت تری نسبت به دو نوع قبلی دارد، و به همین دلیل سرعت خطی لبه این نوع فن تا ۶۰ متر بر ثانیه قابل قبول می‌باشد.
از مهم‌ترین مزایای فن فایبر گلاس پروفیل ایرفویل برج خنک‌کننده، می‌توان به مصرف انرژی و وزن کمتر آن نسبت به نمونه‌های دیگر، صدای تولیدی کمتر و میزان هوادهی بیشتر اشاره کرد.
پکینگ یا مدیا
برای افزایش تبادل حرارتی بین جریان آب و هوا در داخل برج خنک کن از پکینگ‌ها استفاده می‌گردد که با افزایش سطح تماس جریان آب با هوا و همچنین کاهش سرعت جریان آب، در خنک‌سازی جریان آب نقش مؤثری دارند. پکینگ‌ها به صورت شبکه‌ای بوده و در دو نوع غشایی(Film Packing) و اسپلش (Splash Packing)در برج خنک کن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
حوضچه یا باسین
در قسمت زیرین برج خنک کن قرار دارد و آب خنک شده در آن جمع‌آوری شده و به سمت سیستم‌های سردسازی هدایت می‌شود.
قطره گیرها
تیغه‌های قطره گیر برای جلوگیری از پخش ذرات آب و ممانعت از خروج آنها به محیط بیرون از برج خنک کن بکار می‌روند.
جنس ساختاری کولینگ تاور
برج خنک کن‌ها معمولاً به چند صورت فلزی، پلی اتیلنی ، فایبر گلاسی و بتنی ساخته می‌شوند.
تنوع برج خنک کن یا کولینگ تاور از نظر ظاهری ( فرم هندسی بدنه )
کولینگ تاورهای پکیج یا برج خنک کننده از لحاظ فرم کلی ظاهری به انواع مختلفی تقسیم می شوند که در این بخش قصد داریم به ارائه توضیحاتی در این خصوص و مقایسه این مدل ها بپردازیم. البته برج خنک کننده به روش های دیگری هم طبقه بندی می شود که در مقالات دیگر به توضیح آن خواهیم پرداخت. در تصویر زیر نمودار کامل دسته بندی برج خنک کن را می بینید.
برج خنک کننده مدور ( کولینگ تاور گرد یا خمره ای )
این نوع از برج خنک کن بیشتر در مصارف مسکونی به کار می رود. بدنه Bottle type cooling tower از قطعات فایبر گلاس که به صورت پترن در کنار هم قرار گرفته اند تشکیل شده است. از لحاظ نوع برخورد جریان هوا و آب، جزو دسته جریان مخالف یا برج های خنک کننده کانتر فلو قرار می گیرند.
تنها فایده برج خمره ای، قیمت نسبتا پایین آن است.در بین بقیه انواع کولینگ تاور، مدل مخروطی عموما دارای نازل و قطره گیر ثابت نیست و پاشش آب از طریق قطعه ای دوار به نام اسپرینکلر صورت می گیرد که خود باعث بروز مشکلاتی فراوان در حوزه تعمیرات و نگهداری حواهد شد.
استفاده از برج خنک کن بطری شکل(گرد یا خمره ای) به دلیل خرابی زیاد و هزینه تعمیرات و نگهداری بالا و راندمان پایین، مدت زیادی است در کشورهای اروپایی و مدرن منتفی شده است.
تنها مزیت برج های خنک کن بطری شکل
قیمت پایین در سایزهای کوچک
معایب برج خنک کننده بطری شکل(گرد)
- راندمان پایین آبرسانی به دلیل چرخش سیستم اسپرینکلر
- خرابی نسبتا زیاد
- رسوب و گرفتگی سیستم اسپرینکلر
- نداشتن قطره گیر ثابت و اتلاف آب زیاد
- انتقال حرارت آب گرم ورودی با مخزن آب
- راندمان پایین سیستم تسمه پولی برج خنک کن و خرابی نسبتا زیاد
- نامناسب بودن برای کاربری صنعتی و واحد های مسکونی لوکس
- استحکام بسیار پایین بدنه و مقاومت پایین در مقابل نیرو و ضربه
برج خنک کننده کراس فلو یا ذوزنقه ای(Cross flow cooling tower)
این مدل از انواع برج های خنک کن که به کولینگ تاور جریان متقاطع نیز شهرت دارد، از لحاظ کلی از کیفیت نسبتا بهتری در مقایسه با برج خنک کننده مخروطی(گرد) برخوردار می باشد. در برج کراس فلو پکینگ(فیلینگ) در دیواره های کناری قرار میگیرد. به دلیل شکل بدنه و برخوردار بودن از شاسی می توان در کولینگ کراس فلو از گیربکس هم استفاده کرد. همچنین سیستم پاشش آب در این برج ها عموما به صورت حوضچه می باشد که راندمان بسیار بالاتری از برج های خنک کننده گرد(دوار) را فراهم می کنند.
مزیت برج خنک کن کراس فلو یا ذوزنقه ای
امکان جانمایی مناسب در پروژه مسکونی
ارتفاع کمتر از برج خنک کننده مکعبی
قیمت نسبتا مناسب
معایب برج خنک کننده کراس فلو یا ذوزنقه ای
گرفتگی حوضچه های توزیع آب به مرور زمان
نزدیک بودن ورودی هوا به فن که موجب جریان گردابی و کاهش راندمان کولینگ تاور می شود
توزیع غیر یکنواخت آب بر روی پکینگ ها بدلیل پاشش آب از بالا
نامناسب بودن برای کاربرد صنعتی
برج خنک کننده مکعبی( کانتر فلو یا جریان مخالف،Counter flow cooling tower)
برج کانتر فلو از لحاظ کیفیت و راندمان بهترین گزینه در بین سایر انواع کولینگ تاور است. به همین دلیل معمولا از موارد فوق قیمت بیشتری دارد. در کولینگ تاور چهار گوش، راندمان عملکرد بسیار بالا است و تعمیرات و نگهداری بسیار راحت و کم هزینه می باشد. بدنه برج خنک کن جریان مخالف از استحکام بالایی برخوردار بوده و به دلیل استفاده از قطره گیر ثابت و لوور، پاشش آب و اتلاف آن به حداقل میرسد.
همچنین در کولینگ تاور مکعبی از نازل ثابت استفاده می کنند. کیفیت بالا و کاربری مناسب برج مکعبی کانترفلو، آن را به بهترین گزینه برای کاربردهای صنعتی، تجاری و مسکونی تبدیل می نماید.
مزیت برج های خنک کن فایبرگلاس کانتر فلو
- کیفیت مناسب
- راندمان تبخیر بالا
- فاصله نسبتا زیاد بین ورودی هوا و خروجی فن
- استفاده از نازل های ثابت تحت فشار
- حداقل پاشش آب به دلیل استفاده از قطره گیر ثابت و لوور
- تعمیرات و نگهداری آسان
- امکان استفاده از گیر بکس با راندمان بالا
- کاربری صنعتی، تجاری و مسکونی لوکس
معایب برج خنک کننده مکعبی کانتر فلو
- قیمت بالاتر نسبت به برج خنک کننده بطری شکل
- نیاز به پمپ جداگانه جهت تامین هد مورد نیاز و فشار نازل ها
کولینگ تاور بتنی نیروگاهی ( هلر )
شما هم هنگامی که از نزدیکی یک نیروگاه رد شدید، برجهایی با دودکش بتنی بزرگی را دیده اید که از آنها بخار خارج می شود. نام این تجهیزات برج خنک کننده بتنی هلر است. در بین برج ها این مدل از انواع کولینگ تاور، معمولا فن ندارد و حرکت هوا در آن بخاطر اختلاف فشار در پایین و قسمت ورودی با خروجی بالا رخ میدهد. تفاوت اصلی برج خنک کن هلر با سیستم هایی که تاکنون توضیح دادیم، این است که در محل پروژه ساخته می شوند و در برخی موارد بصورت خشک هم کار می کند.
امروزه بهینه سازی جایگاه ویژه ای در صنعت دارد و خنک سازی صنعتی بوسیله کولینگ تاور از این قاعده مستثنی نیست. با در نظر گرفتن این موضوع که آب در محیط های گرم و کم رطوبت از سرعت تبخیر بسیار بالاتری برخوردار می باشد، سیستم های خنک کننده هیبریدی (Hybrid cooling system) برای خنک سازی در مناطق گرم و خشک بسیار مناسب است.
تبخیر آب که با عبور جریان هوا القا و سبب کاهش دمای آن می شود، فرآیند قابل توجهی است که در این سیستم بسیار کلیدی است.
شبیه سازی های انجام شده بر روی کولینگ هیبریدی نشان می دهند که با بهره گیری از ویژگی های آدیاباتیک هوا (Adiabatic) این سیستم می تواند دمای هوای ورودی را تا نزدیکی دمای تر خنک کند.
چنانچه دمای آب خنک خروجی از سیستم کولینگ کمتر از دمای حباب تر هوای محیط باشد، سیستم اواپوراتور (Evaporator) وارد مدار دستگاه شده و کارآیی سیستم به ازای دمای محیط بالاتر و خشک تر، به طرز چشمگیری افزایش می یابد.
بررسی های بیشتر نشان میدهد که تحت این شرایط علاوه بر مزیت های ذکر شده نرخ مصرف آب و توان برق مصرفی سیستم کولینگ نیز به طزر چشمگیری کاهش می یابد.
بکار گیری تکنولوژی هیبریدی در کولینگ تاور موجب کاهش چشمگیر مصرف آب می گردد و با صرفه جویی مصرف آب کمک شایسته ای به حفظ محیط زیست می نماید.
این فرآیند خنک کاری علاوه بر اینکه دوستدار محیط زیست می باشد دارای هزینه بهره برداری کمی نیز دارد زیرا بر خلاف سیستم های فشرده سازی مکانیکی گازی، به هیچ مبردی احتیاج ندارد. لازم به ذکر است تمام مبردها کم یا بیش به طبیعت آسیب می رسانند.
در نهایت در بسیاری از مواقع، سیستم خنک سازی هیبریدی می تواند جایگزین اقتصادی مناسبی برای کولینگ تاور تر (wet cooling tower) باشند. یا تحت شرایط خاصی، به عنوان پیش خنک کننده در این سیستم ها استفاده شوند.
هیبریکول
کولینگ تاور یا برج خنک کننده هیبریدی کیانا انرژی
