آشنایی با انواع برج خنک کننده به لحاظ نوع عملکرد

معرفی کولینگ تاور و کاربردهای آن

انواع برج خنک کننده از لحاظ مسیر جریان آب و هوا، نحوه ساخت و روش انتقال حرارت تقسیم بندی می شوند. کولینگ تاور ها دارای اشکال مختلفی هستند، گاه شکل آن ها به صورت گرد، مکعب و یا هذلولی می باشد، گاه 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 است که می تواند به صورت دورانی، اسپری نازل و یا ثقلی باشد.

 در این مطلب به دسته بندی کولینگ تاور می پردازیم و ضمن معرفی هر کدام، معایب و مزایای آن را توضیح خواهیم داد، در ادامه از نظر مدار آب بررسی و اشکال آن را معرفی می نماییم، با استفاده از محاسبه گر زیر می توانید به صورت آنلاین ظرفیت برج خنک کننده را مشخص فرمایید.

بررسی انواع برج خنک کننده

کولینگ تاور از نظر جریان هوا به دسته بندی زیر تقسیم می شوند:

• جریان طبیعی
• جریان مکانیکی
• جریان اجباری
• جریان القایی
• جریان مرکب

برج خنک کن چیست؟ برج خنک کننده دستگاهی است که گرمای بوجود آمده در فرآیند ها، ماشین ها و دستگاه های صنعتی را از آب در حال جریان دریافت و از طریق تبخیر آن را به اتمسفر انتقال می دهد و مجددا آب خنک را به سیستم برمیگرداند.

یکی از لوازم پر مصرف که برای بالا بردن راندمان برج های خنک کننده استفاده می شود، پکینگ ها می باشند. برای اطلاع از قیمت برج خنک کننده به سایت ما مراجعه نمایید.

·        انواع برج خنک کننده : کولینگ تاور جریان طبیعی

یا اتمسفری فاقد پروانه است و از هیچ قطعه ای برای به جریان انداختن هوا استفاده نمی کند. آب در داخل این برج ها فقط اسپری می شود و هوا هم به صورت طبیعی جریان پیدا می کند، بسیار ارزان هستند و عملکرد مطمئن ندارند و در مقابل باد و شرایط آب و هوایی به شدت تأثیر پذیر هستند.

برج خنک کننده هذلولی از نوع جریان طبیعی می باشد که از جنس بتن ساخته می شود و دارای ابعاد و ارتفاع بسیار بلندی است. معمولا در نیروگاه ها و یا کارخانجاتی که به آب خنک فراوان احتیاج دارند استفاده می شود. جریان هوا در این برج ها به دلیل اختلاف فشار در ارتفاع بوجود می آید. ساخت این نوع برج خنک کننده بسیار پرهزینه می باشد ولی عملکرد بسیار مطمئن دارد و برای صنایع حساس به کار می رود.

·        کولینگ تاور جریان مکانیکی

از که از یک یا چند پروانه برای به جریان درآوردن هوا استفاده می نماید. این نوع دستگاه از عملکرد پایدار برخوردار است و کمتر تحت تأثیر باد و شرایط محیطی قرار می گیرد.

·        برج خنک کن جریان اجباری

در این نوع برج خنک کننده از فن به عنوان محرک جهت ایجاد جریان هوا استفاده می شود. برای دریافت اطلاعات بیشتر در مورد این محصول به سایت شرکت دلتا کولینگ مراجعه نمایید.

کولینگ تاور جریان اجباری از نوع جریان مکانیکی می باشد، در این دستگاه پروانه یا پروانه ها در قسمت ورودی هوا به قرار دارند، سرعت ورود هوا بالا و سرعت خروج هوا پایین می باشد که موجب ایجاد ضعف در جلوگیری از گردش مجدد هوا می شود.

 پروانه این نوع برج خنک کننده ها معمولا از نوع سانتریفیوژ می باشد، فشار استاتیکی بالایی دارد ولی برق زیادی مصرف می کند و سر و صدای بالایی دارد. پروانه این برج به دلیل قرار گرفتن در مسیر ورود هوا در آب و هوای سرد در معرض یخ زدن قرار دارد.

·        کولینگ تاور جریان القایی

از نوع جریان مکانیکی می باشد، در این نوع دستگاه پروانه یا پروانه ها در قسمت خروجی هوا قرار دارند 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. در این نوع دستگاه 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.

• کولینگ تاور جریان مرکب

از است که ظاهری شبیه کولینگ تاور جریان طبیعی دارد ولی ارتقاع آن معمولا کمتر است و درون آن از یک یا چندیدن پروانه برای به جریان انداختن هوا استفاده شده است. در این نوع دستگاه در فصول سرد ممکن است پروانه ها خاموش باشند و ممکن است در صورت نیاز و در بار شدید پروانه ها شروع به کار کنند. برج خنک کن جریان مرکب  نوع دیگری از برج خنک کننده می باشد که در ترکیبی از دو برج خنک کننده خشک و مرطوب 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 می شود و سپس آب بروی سطوح انتقال حرارت پاشیده شده و مانند برج خنک کن معمولی خنک می شود.

تقسیم بندی کولینگ تاور بر اساس مسیر جریان آب و هوا نسبت به هم

تقسیم بندی دیگری وجود دارد که با توجه به مسیر هوا و آب نسبت به هم درون برج خنک کننده است. این تقسیم بندی به دو دسته است:

کولینگ تاور جریان مخالف

مسیر جریان آب در جهت مخالف مسیر جریان هوا می باشد. معمولا 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.

کولینگ تاور جریان متقاطع

مسیر جریان آب و مسیر جریان هوا متقاطع می باشد. معمولا جریان آب از بالا به پایین و مسیر جریان هوا به صورت افقی است. در شکل برج خنک کن جریان متقاطع را مشاهده می فرمایید.

سطح تبخیر و راندمان پکینگ به چه معنی است؟

در مطلب تخصصی مربوط به پکینگ های برج خنک کننده، توضیح دادیم که وظیفه اصلی فیلینگ برج خنک کن، افزایش سطح تماس آب و هوا و بهتر کردن تبخیر سطحی است. بدین ترتیب پکینگ بستری را فراهم می کند تا آب مدت زمان بیشتری در معرض هوای در حال عبور از برج خنک کننده قرار بگیرد و نیز سطح بیشتری از آب با هوا در تماس باشد.

در کولینگ تاور های قدیمی، از الوارهای چوب اشباع به عنوان پکینگ استفاده می شد که پس از پیشرفت تکنولوژی، استفاده از پکینگ فیلم و فیلینگ ضد رسوب که از جنس پلاستیک و از نوع پی وی سی – PVC و پ پ – PP هستند، متداول شد.

پکینگ تریکل اسپلش طرح  و آلمان،(از نوع ضد رسوب) دارای مزیت های بسیار زیادی نسبت به پکینگ فیلم می باشند اما  آن از پکینگ فیلم کمتر است.

سطح مفید تبخیر که با واحد متر مربع بر متر مکعب حجم پکینگ اندازه گیری می شود، عبارت است از سطح معادلی که تبخیر سطحی بر روی آن انجام می شود. باید توجه داشت که سطح مفید تبخیر الزاما با سطح فیزیکی پکینگ برابر نیست.

در مدیا نوع نت اسپلش، سطح مفید تبخیر پکینگ از سطح هندسی آن بیشتر است زیرا بخش قابل توجهی از تبخیر توسط قطرات آب که توسط بدنه پکینگ به اطراف پاشیده می شود، صورت می پذیرد.

مقایسه سطح تبخیر و عمر مفید انواع مختلف پکینگ فیلم و اسپلش

به صورت کلی سطح مفید تبخیر در فیلینگ نت اسپلش مدل NC20-25، گرید اسپلش، اسپلش بار، رندوم اسپلش و توربو اسپلش بین 50 الیm2/m3 130 و سطح تبخیر پکینگ برج خنک کننده فیلم بین 120 الی 240 متر مربع بر متر مکعب است.

در پکینگ یا فیلینگ فیلم، با افزایش گام پکینگ، سطح مفید تبخیر کاهش می یابد اما در عین حال احتمال گرفتگی نیز کم می شود. به عنوان مثال پکینگ فیلم گام 19 سطح مفید تبخیر کمتری نسبت به پکینگ فیلم گام 12 دارد اما در مقابل گرفتگی ناشی از رسوب مقاوم است.

سطح مفید تبیر برخی از پکینگ های کولینگ تاور پر کاربرد عبارت اند از :

سطح مفید تبخیر پکینگ فیلم کانتر فلو با گام 19 میلیمتر : 150m2/m3

سطح مفید تبخیر پکینگ فیلم کانتر فلو با گام 27 میلیمتر : 125m2/m3

سطح مفید تبخیر پکینگ نت یا تریکل اسپلش آلمانی ضد رسوب برج خنک کننده : 130m2/m3

سطح مفید تبخیر پکینگ اسپلش گرید کولینگ تاور : 50m2/m3

سطح موثر تبخیر کمتر است.

به نصف فاصله حداکثر بین دو ورق در پکینگ لانه زنبوری یا فیلم، گام پکینگ(بر حسب میلیمتر) گفته می شود. برای درک بهتر این مطلب اگر از بالا به پکینگ فیلم نگاه کنید شش ضلعی هایی می بینید که به فرم لانه زنبوری کنار هم قرار گرفته اند. فاصله بین دو ضلع متقابل بر حسب میلیمتر در این حالت معادل 2 برابر پکینگ است. در ادامه گام های رایج و پر مصرف پکینگ فیلم را توضیح میدهیم.

 گام های رایج و پر مصرف پکینگ فیلم

پکینگ فیلم گام 12 میلیمتر

این نوع پکینگ دارای سطح مفید تبخیر و راندمان بسیار بالایی است اما فقط در شرایطی که سختی آب خیلی پایین باشد مورد استفاده قرار می گیرد. پکینگ گام 12 لانه زنبوری فیلم برای آب در شهرک صنعتی و آب چاه مناسب نیست و معمولا خیلی سریع رسوب می گیرد. در عین حال به خاطر تنگ بودن روزنه های فیلینگ 12، معمولا موتور و فن باید فشار بیشتری را تحمل کنند.

پکینگ فیلم گام 19

فیلینگ برج خنک کن با گام 19 میلیمتر، متداول ترین محصول موجود در بازار است و عموما با آب شهر و آب نسبتا سبک سازگار است. اما در شرایطی که سختی آب بالا باشد این پکینگ نیز دچار گرفتگی می شود.

پکینگ گام 23 و گام 27

این نوع فیلینگ برای آب های نسبتا سخت استفاده می شود و راندمان تبخیر کمتری دارد. پیشنهاد می کنیم در صورتیکه در کولینگ تاور آب چاه یا آب سخت جریان دارد از پکینگ نت اسپلش ضد رسوب استفاده شود. فیلینگ تریکل اسپلش پلی پروپیلن هم عمر مفید بالاتری دارد و هم راحت تر تمیز می شوند.

در بخش دوم اطلاعات فنی مربوط به پکینگ، به طبقه بندی پکینگ ها از لحاظ نوع عملکرد می پردازیم. از لحاظ نوع عملکرد در پکینگ می توان پکینگ ها را به دو نوع پکینگ فیلم و پکینگ اسپلش برج خنک کننده تقسیم کرد.

Film packing for cooling towers 

ویژگی های فیلینگ فیلم کولینگ تاور

دلیل نامگذاری این نوع پکینگ ها به دلیل شرایط عملکرد آنها در برخورد با آب و یا سیال خنک شونده است. هنگامی که آب بر روی این نوع پکینگ ها ریخته می شود، فیلمی (سطحی) از آب بر روی ورقه ها تشکیل می شود. تشکیل این فیلم سطحی باعث می شود در حجم یکسان، سطح برخورد آب و هوا بیشتر شده و تبخیر سطحی افزایش یابد و در نتیجه سیال خنک شود.

بزرگترین مزیت پکینگ های فیلم، راندمان تبخیر بالاتر از پکینگ های اسپلش است. بزرگترین عیب این نوع پکینگ ها گرفتگی حفره های آن به دلیل ایجاد رسوب به مرور زمان است. شایان ذکر است که پکینگهای فیلم خود دارای انواع مختلف و با ابعاد حفره های مختلف می باشند که هرکدام کاربری خاصی دارند لیکن اصول خنک کردن و تبخیر سطحی در آنها یکسان می باشد.

 مزایای فیلینگ نوع فیلم(لانه زنبوری) برج خنک کننده

• راندمان بالای تبخیر آب
• قیمت مناسب و کمتر از نمونه ضد رسوب NC 20 -25

معایب پکینگ فیلم برج خنک کن

• گرفتگی شدید در صورت استفاده در آب با سختی بیش از 150 -200
• ایجاد افت فشار هوای بیشتر در برج خنک کننده
• نیاز به تعویض یا اسید شویی کامل بلوک های پکینگ بعد از 2 الی 4 سال

دسته بندی انواع برج خنک کننده از نگاهی دیگر

انواع برج خنک کننده را می توان از نظر نوع جریان هوای جاری در آن ، از نظر مدار باز یا مدار بسته بودن ، از نظر جنس بدنه خارجی و از نظر شکل ظاهری به ۱۰ نوع مختلف دسته بندی کرد. انواع برج خنک کننده شامل برج خنک کننده جریان متقاطع و برج خنک کننده جریان مخالف از نظر نحوه ورود هوا ، برج خنک کننده مدار بسته و برج خنک کننده مدار باز از نظر نوع تبادل حرارت و سایر تقسیم بندی ها بر اساس شکل ظاهری، جنس و غیره است که در ادامه آنها را بررسی می کنیم. با شناخت انواع برج های خنک کننده ، محدودیتها ، مزایا و معایب آنها می توان مناسب ترین نوع را برای یک پروژه انتخاب نمود.

۱ . دسته بندی انواع برج خنک کننده از نظر جهت جریان هوا

۱ . ۱ . برج خنک کننده جریان متقاطع

در برج خنک کننده جریان متقاطع ، هوا از دیوار جانبی برج و به صورت افقی و آب داغ به صورت عمودی از بالا به پایین جریان می یابد و برخورد آن دو به صورت متقاطع (عمود بر هم) است. این دو جریان وارد پکینگ (پکینگ قطعه ای است پلاستیکی که سطح تماس آب و هوا را افزایش می دهد) می شوند. جریان هوا توسط مکش فن و جریان آب داغ در اثر نیروی جاذبه ایجاد می شود.

هوا با عبور از لابلای صفحات پکینگ به صورت جریان مغشوش درآمده و در اثر برخورد مستقیم با ذرات آب داغ، گرمای بیش از حد آب را می گیرد. هوا که درجه حرارت آن بالا رفته از قسمت بالایی برج خنک کننده جریان متقاطع و از لای پره های فن به بیرون راه پیدا می کند و آب که درجه حرارت آن کاهش یافته در صفحه زیرین برج جمع می گردد و از یک لوله خارج می شود تا دوباره برای خنک کاری دستگاه صنعتی و یا دستگاه تهویه مطبوعی مانند کندانسور چیلر آماده باشد.

۱ . ۲ . برج خنک کننده جریان مخالف

در برج خنک کننده جریان مخالف ، هوا از قسمت زیرین برج و به شکل عمودی از پایین به بالا و توسط مکش فن ، جریان می یابد. آب داغ نیز پس از افشانده شدن از نازل ها از قسمت بالایی برج خنک کننده جریان مخالف وارد و در اثر نیروی گرانش از بالا به پایین جریان می یابد و همانند برج خنک کننده جریان متقاطع که توضیح داده شد، این دو جریان در پکینگ به هم رسیده و مبادله گرمایی انجام می دهند. علت استفاده از نازل ها در این نوع این است که دو جریان در خلاف جهت یکدیگر هستند و آب باید با فشار افشانده شود تا بر جریان هوای رو به بالا غلبه کرده تا بتواند رو پایین حرکت کند. بنابرین در برج خنک کننده جریان مخالف از نازل های تزریق آب استفاده شده ولی در نوع جریان متقاطع استفاده نمی شود.

یک نکته اینکه هوا قسمتی از آب داغ را بخار کرده و قسمتی را نیز به صورت ذرات ریز مایع به همراه خود از برج خارج می کند که قبل از فن یک قطعه به نام Drift Eliminator (قطره گیر) قرار می گیرد که قطرات آب را جمع و مجددا به برج بر می گرداند.

۲ . دسته بندی از نظر مدار باز یا مدار بسته بودن

۲ . ۱ . برج خنک کننده مدار باز

تمام برج های خنک کننده ای که در آن آب با هوا تماس مستقیم داشته و قسمتی از آب تبخیر می گردد با نام مدار باز شناخته می شوند که باید آبی به مرور زمان به عنوان آب جایگزین وارد مدار آن گردد. بنابرین در این نوع از برج ها مصرف آب وجود دارد. این برج ها با نام برج خنک کننده مرطوب یا تبخیری نیز شناخته می شوند که ساختار کامل آن را می توانید در متن زیر مطالعه کنید.

۲ . ۲ . برج خنک کننده مدار بسته

اگر آب داغ درون لوله هایی جریان یابد و هوا از اطراف لوله ها توسط فن عبور داده شود، در این صورت هوا با آب تماس فیزیکی نداشته و به اصطلاح به آن برج خنک کننده مدار بسته (یا برج خنک کننده خشک یا هوا خنک) گفته می شود که بیشتر به جای کاربرد واژه برج از نام های دیگری مانند مبدل حرارتی هوا خنک یا درای کولر (Dry Cooler) برای نام گذاری آن استفاده می شود. علت جلوگیری از برخورد مستقیم آب با هوا ، جلوگیری از تبخیر آب و نیز ایجاد آلودگی در آب و انتقال آن به هوا است که با توجه به شرایط آب و هوای پروژه، راندمان مورد نیاز، قیمت و … یکی از دو سیستم برج خنک کننده مدار باز و یا برج خنک کننده مدار بسته مورد استفاده قرار می گیرد