برج های خن ک کننده

برج خنک کننده(cooling tower) دستگاهی است که با ایجاد سطح وسیع تماس آب با هوا تبخیر را آسان کرده و باعث خنک شدن سریع آب می گردد.عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرمای نهان تبخیر انجام می گیرد، در حالی که مقدار کمی آب تبخیر شده و باعث خنک شدن آب می گردد.باید توجه داشت آب مقداری از گرمای خود را به طریق تشعشع ،هدایتی وجابه جایی و بقیه را به وسیله تبخیر از دست میدهد. بیشتر دستگاه های خنک کن از یک مدار بسته تشکیل شده اند که آب در این دستگاه ها نقش جذب ، دفع و انتقال گرما را به عهده دارد؛ یعنی گرمای به وجود آمده توسط ماشین را جذب و از دستگاه دور می سازد. این کار باعث ادامه کار یکنواخت و پایداری دستگاه می شود. در دستگاه هایی که به دلایلی مجبوریم آب را به گردش در آوریم و یا به کار ببریم، باید به نحوی گرمای آب را دفع کرد. با به کار بردن برج های خنک کننده این کار انجام می گیرد. در تمام کارخانه ها تعداد زیادی دستگاه های تبدیل حرارتی (heat exchanger) وجود دارد که در بیشترآنها آب عامل سرد کنندگی است. برج های خنک کننده را به سه گروه تقسیم می کنند: 1- برج های خنک کننده مرطوب 2- برج های خنک کننده مرطوب- خشک3- برج های خنک کننده خشک . در برج های خنک کننده مرطوب آب نقش اصلی و اساسی را داشته و هدف نیز همان خنک کردن آب است. این نوع دستگاه ها که خود به چند گروه و دسته تقسیم می شوند در صنعت دارای کاربرد فراوانی است. از برج های خنک کننده خشک بیشتر در مکان هایی که آب کافی برای خنک کردن برج وجود ندارد استفاده می شود. عمل خنک کردن آب را نیز می توان از برج های سینی دار به صورت مرحله ای انجام داد. ولی عملاً به علت وجود هزینه های زیاد ساخت ، نگهداری و کنترل سیستم این روش ، معمول نمی باشد. برج های خنک کننده و اجزای آن برج خنک کننده دستگاهی است که با ایجاد سطح وسیعی در تماس آب با هوا ، عمل تبخیر را آسان نموده و در نتیجه باعث خنک شدن سریع آب می گردد. عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرمای نهان تبخیر انجام می گیرد، در حالی که مقدار کمی آب بخار می شود و سبب خنک شدن آب می گردد.باید توجه داشت که آب مقدار اندکی از گرمای خود را از طریق تشعشع (Radiation) ودر حدود 4/1آن را از راه هدایت (Conduction) و جابه جائی (Convection) و بقیه را از راه تبخیر از دست میدهد. اختلاف فشار بخار آب بین سطح آب و هوا باعث تبخیر می شود.این اختلاف بستگی به دمای آب و میزان اشباع هوا از آب دارد. در حالی که عمل خنک شدن از طریق تبخیر انجام می گیرد گرمای نهان تبخیر از دست داده شده باید به آن اضافه گردد و آن برابر است با حاصل ضرب گرمای نهان تبخیر در دبی. مقدار تبخیر بستگی به سطح بر خورد آب با هوا و همچنین شدت جریان هوا دارد تا حداکثر بهره برداری که در طرح آن به کار رفته است، رعایت شود . در برج های خنک کننده که آکنده های آن از نوع splash packing می باشد آب به صورت قطره های ریز در سطوح برج پخش می شود تا سطح وسیعی به وجود آید البته برای این منظور می توان از آکنه های نوع film packing نیز استفاده کرد. جریان هوا در برج به صورت کشش طبیعی با استفاده از دودکش های هذلولی شکل یا کشش مکانیکی به وسیله بادبزن های مناسب در جهت مخالف آب ( counter-flow) و یا به طور متقاطع (cross-flow) با آن به جریان می افتد . مکانیزم برج خنک کننده در سیستم برج خنک کننده آب گرم کندانسور از برج خنک کننده عبور می کند و با هوا تماس می یابد. در برج های خنک کننده با کشش طبیعی ، پوسته خارجی برج از بتن مسلح ساخته شده و بر روی پایه ها تکیه دارد . هوا از قسمت پائین وارد برج خنک کننده می شود و به طرف بالا جریان می یابد و از دهانه بالای برج خارج می گردد. انواع دیگری از برج های خنک کننده که از چوب و سایر مصالح ساخته می شود نیز وجود دارد.در برج های خنک کننده با کشش طبیعی هوا، شکل برج طوری طراحی می شود که جریان سریع هوا در داخل برج به وجود آید. آب گرم از کندانسور در ارتفاع 10 تا 15 متر بالاتر از سطح استخر به سیستم پخش کننده آب وارد می شود . در برج های قدیمی تر صفحه ای که آب خروجی از کندانسور به آن ریخته می شود دارای سوراخ های منظمی در قسمت پائین است که آب از داخل این سوراخ ها به فنجان های زیرین می ریزد. این فنجان ها باعث پاشش آب و تبدیل آنها به قطرات کوچک می شوند. یک سیستم خیلی جدید برای پخش آب در برج خنک کننده به کار بردن لوله هایی است که در سطح بالای آن شیپوره هایی برای پاشش آب تعبیه شده است. تبادل حرارت بین هوای بالارونده از برج و آبی که از برج سرازیر است با تغییر حرارت محسوس در اثر اختلاف درجه حرارت بین آب و هوا انجام می شود. سهم این قسمت از تبادل حرارتی خیلی کم است و قسمت عمده تبادل در اثر تبخیر مقدار کمی آب که پیوسته همراه هوا می باشد،انجام می شود. در اثر این عمل مقدار زیادی گرما از آب سرازیر شده در برج خنک کننده (بستگی به مقدار آبی که تبخیر شده است) به هوا منتقل می گردد.ضمناً مقداری از قطرات آب به وسیله هوا بخارج از برج پراکنده می شود. برای جلوگیری از خروج قطرات آب یک شبکه چوب در اطراف برج و حدود 3 متر بالاتر از توده تخته ها قرار دارد . کمبود آب تبخیر شده در سیستم برج خنک کننده باید از منبع خارجی جبران شود که به آن ،آب تکمیلی یا آب جبرانی (Makeup) گویند . برای این منظور در صورت امکان از آب رودخانه استفاده کرد یا فاضلاب ها را تا حد امکان صاف و تصفیه کرده و استفاده نمود . هنگامی که از نظر فضای ساختمان برج خنک کننده محدودیتی وجود داشته باشد ظرفیت برج خنک کننده را تا حد امکان با استفاده از بادبزن های مخصوص و بزرگی اضافه می نمایند. این بادبزن ها مقدار عبورهوای خنک کننده در داخل برج را زیاد می نماید. قسمت های اصلی برج خنک کننده الف) لوله ها و آکنه ها: شامل قسمت هایی هستند که درجریان انتقال حرارت دخالت داشته و در ضمن باعث می شود که مقدار آب گرد شده که همراه باد خارج می شود کم شده و از خروج آنها از برج جلوگیری شود.همچنین نگهدار خوبی برای قسمت های دیگر برج می باشد . ب)حوضچه: حوضچه در پائین برج قرار دارد که آب خنک کننده در آن جمع می گردد.به حوضچه یک جریان به نام آب تکمیلی یا آب جبرانی (MAKE UP) وارد می شود و یک جریان برای استفاده در دستگاه های تبادل حرارت از آن خارج می گردد .علاوه بر جمع آوری آب در حوضچه ،آب قبل از اینکه به سمت کندانسور پمپ شود صاف نیز می گردد. حوضچه های برج های بزرگ و مفید از بتن ساخته شده اند .عموماً این حوضچه ها طوری طراحی می شوند که برج بدون اضافه کردن آب جبرانی می تواند برای چندین ساعت کارکند. پ)بادبزن ها: در برج های خنک کننده با کشش مکانیکی باد بزن هایی نصب می شوند تا جریان هوای لازم را جهت عبور از آکنه ها تولید نماید.بادبزن ها در برج های خنک کننده با کشش مکانیکی کاربرد دارند . توضیح در این مورد ضرورتی ندارد و به همین مقدار اکتفا می شود. ت) حذف کننده ها: این وسیله از خارج شدن قطرات آب به وسیله کشش هوا از برج جلوگیری به عمل می آورد . تیغه ها معمولاًطوری نصب می شوند که با سطح افق زاویه ای در حدود 45 درجه بسازد .جنس این تیغه ها از چوب ، فلز یا پلاستیک ممکن است ساخته شده باشند .