برج خنک کننده

برج خنک کننده (کولینگ تاور)

در دهه‌های اخیر، با پیشرفت صنعت و افزایش استفاده از تجهیزات الکترونیکی و ماشین‌های صنعتی، نیاز به سیستم‌های خنک کننده برای حفظ دمای مناسب این تجهیزات روز به روز بیشتر شده است. یکی از راه‌حل‌های متداول برای خنک کردن تجهیزات، استفاده از برج خنک کننده است. برج خنک کننده یک سیستم صنعتی است که برای جذب و انتقال حرارت از آب یا سایر مایعات استفاده می‌شود.

برج خنک کننده یک دستگاه است که برای خنک کردن آب یا دیگر مایعات در فرآیندهای صنعتی و تجاری استفاده می‌شود. این برج‌ها به منظور جذب حرارت از آب یا مایعات دیگر به کار می‌روند و سپس با استفاده از هوا یا سایر مایعات، حرارت جذب شده را به محیط زیست منتقل می‌کنند. برج خنک کننده‌ها به دو نوع خشک و تر تقسیم می‌شوند که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند.

اجزای برج خنک کننده

• پمپ آب

پمپ آب یکی از اجزای اصلی برج خنک کننده است که وظیفه انتقال آب را دارد. این پمپ‌ها از قدرت موتورها برای جابجایی آب استفاده می‌کنند. آب از طریق لوله‌هایی که در سیستم برج خنک کننده وجود دارند، به پمپ آب منتقل می‌شود و سپس به سایر اجزا مانند استخر آب سرد و لوله‌های خنک کننده راه پیدا می‌کند.

• استخر آب سرد

استخر آب سرد نقش مهمی در برج خنک کننده دارد. این بخش از برج، آب خنک شده را دریافت کرده و آن را باز به سیستم برمی‌گرداند. استخر آب سرد به صورت معمول در بالای برج قرار دارد و از آنجا که آب به دلیل خنک شدن در برج به تمامی سطوح استخر تماس می‌یابد، حرارت بدست آمده از بخش‌های دیگر رااجزای برج خنک کننده

• لوله‌های خنک کننده

لوله‌های خنک کننده نیز از اجزای اصلی برج خنک کننده هستند. این لوله‌ها برای عبور آب خنک شده به منظور جذب حرارت و خنک کردن آن استفاده می‌شوند. آب از پمپ آب به لوله‌های خنک کننده منتقل می‌شود و در آنجا با هوا در تماس قرار می‌گیرد. این تماس باعث انتقال حرارت از آب به هوا می‌شود و آب خنک می‌شود.

• بدنه

بدنه مهمترین بخش در برج خنک کننده بوده که معمولا از جنس فایبر گلاس با الیاف حصیری درست می شود. در برج های خنک کننده با جریان اجباری از بدنه گالوانیزه نیز استفاده می کنند.

• الکتروموتور و فن

الکتروموتور و فن شامل دو بخش الکتروموتور و فن بوده که الکتروموتور نیروی مکانیکی نیرویی مکانیکی مورد نیاز برای گردش فن را برعهده دارد. وظیفه اصلی گردش هوا در کولینگ تاور بر عهده مجموعه فن است.

• خروجی هوا

خروجی هوای کولینگ تاور در عین سادگی از اهمیت بالایی برخوردار است و مهمترین کار آن ایجاد یکنواختی در جریان هوای داخل برج خنک کن می باشد.

• قطره گیر

برای جلوگیری از اتلاف و هدر رفتن آب استفاده می شود. اینگونه که قطرات مکش شده به سمت پروانه را در خود گیر انداخته و به سمت پایین برج هدایت می کند. قطره گیرها معمولا ظاهری شبیه به کندو دارند.

• نازل

نازل یا افشانک در برج های خنک کننده آبگردانی وظیفه پاشش و توزیع آب دارند و با پاشش آب داغ روی پکینگ های در تماس با جریان هوا باعث کاهش دمای آب می شوند.

• پکینگ

به پکینگ ها مدیا نیز می گویند و عموما از جنس فایبر گلاس ساخته شده اند و برای ایجاد مقطعی که آب و هوا با هم در تماس اند استفاده می شود.

• دمپر یا ورودی هوا

وظیفه دمپرها وارد کردن مقدار مشخصی هوای خشک و تازه به داخل برج خنک کننده می باشد.

• حوضچه آب سرد

آب داغ بعد از عبور از پکینگ ها سرد شده و در کف برج داخل حوضچه ای جمع می شود که از آن حوضچه به چیلر برگردد.

• تشتک های بالایی

در برج های جریان متقاطع بارانی آب وارد شده از کندانسور روی حوضچه های بالای برج خنک کن می ریزد و در کف حوضچه تعدادی سوراخ متعدد وجود دارد که آب را به صورت قطره ای روی پکینگ ها ریخته و دمای آن کاهش یابد.

انواع برج خنک کننده

• برج خنک کننده خشک

برج خنک کننده خشک یا برج خنک کننده خشک‌گردان، نوعی برج است که در آن هوای خنک به طور مستقیم با آب یا مایع حاوی حرارت در تماس می‌باشد. این برج‌ها از طریق مبدل‌های حرارتی خشک، حرارت مایع را به هوا منتقل می‌کنند. برج خنک کننده خشک به دلیل کمبود مصرف آب و عملکرد بهتر در شرایط خشک و گرم، معمولاً در مناطقی با محدودیت منابع آب استفاده می‌شود.

برج خنک کننده خشک (dry cooling tower) از طریق تبادل حرارت هوا با آب، حرارت را از آب خنک می‌کند. در این نوع برج خنک کننده، هوای خارجی از طریق فن‌ها به داخل برج جذب می‌شود و با مجرایی که در آن آب خنک قرار دارد، تماس می‌کند. هوای جذب شده حرارت آب را جذب کرده و آب را خنک می‌کند.

در اینجا، آب به صورت پراکنده در برج می‌چکد و حرارت آن توسط هوای جذب شده از آن خارج می‌شود. برج خنک کننده خشک به دلیل عدم تماس مستقیم آب با هوا، مصرف آب کمتری نسبت به برج خنک کننده تر دارد. این نوع برج خنک کننده در صنایعی که مصرف آب محدود است یا محیط آب خنک کننده در دسترس نیست مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• برج خنک کننده تر

برج خنک کننده تر یا برج خنک کننده ترین، نوعی برج است که در آن آب یا مایع به صورت مستقیم با هوا در تماس است. این برج‌ها از طریق تبادل حرارت آب و هوا، حرارت مایع را به هوا منتقل می‌کنند. برای این نوع برج خنک کننده، نیاز به مصرف آب بیشتری نسبت به برج خنک کننده خشک وجود دارد.

برج خنک کننده تر (wet cooling tower) از طریق تماس آب با هوا، حرارت را از آب خنک می‌کند. آب سرد کننده از بالای برج به صورت پراکنده به پایین ریخته می‌شود و در این مسیر با هوا در تماس قرار می‌گیرد. هوای عبوری از طریق آب، حرارت آب را جذب کرده و آب را خنک می‌کند سپس آب خنک شده به سیستم مورد نیاز بازمی‌گردد.

برج خنک کننده تر به دلیل تماس مستقیم آب با هوا، کارایی بالایی در خنک کردن آب دارد. این نوع برج خنک کننده به طور گسترده در صنایع نیروگاهی و پتروشیمی استفاده می‌شود.

تفاوت برج خنک کننده خشک و تر

انتخاب بین برج خنک کننده تر و خشک بستگی به نیازها و شرایط خاص هر صنعت و سیستم دارد. هر یک از این انواع برج خنک کننده مزایا و معایب خود را دارند که باید در انتخاب صحیح مدنظر قرار گیرد.

برخلاف برج خنک کننده تر، برج خنک کننده خشک از روشی استفاده می‌کند که آب به صورت مستقیم با هوا در تماس نیست. در این نوع برج خنک کننده، آب در داخل لوله‌هایی که از بالای برج تا پایین آن‌ها استقرار دارند، جاری می‌شود. هوا از طریق این لوله‌ها جریان می‌یابد و با دیواره لوله‌ها در تماس است. در این فرآیند، حرارت آب به هوا منتقل می‌شود و آب خنک می‌شود. آب خنک شده سپس به سیستم مورد نظر برای استفاده برمی‌گردد.

برج خنک کننده خشک به دلیل اینکه هوا و آب به صورت مستقیم با هم در تماس نیستند، در صنایعی که نیاز به خشک کردن آب یا جلوگیری از تلف شدن آب دارند، مانند سیستم‌های تهویه مطبوع، استفاده می‌شود.

عملکرد برج خنک کننده

• استفاده از برج خنک کننده تر

در این روش، برج خنک کننده تر برای خنک کردن آب یا مایعی که نیاز به خنک شدن دارد، استفاده می‌شود. روش کار برج خنک کننده تر به این صورت است که آب یا مایع حاوی حرارت به برج وارد می‌شود و در آن با تماس با هوا، حرارت آب به هوا منتقل می‌شود. این هوا می‌تواند به صورت طبیعی یا با استفاده از فن‌های خنک کننده به برج تامین شود.

برج خنک کننده تر در فرآیندهای صنعتی مختلف استفاده می‌شود. به عنوان مثال، در سیستم‌های تهویه مطبوع، برای خنک کردن آب سرد کننده استفاده می‌شود. همچنین در صنایع نفت و گاز، برای خنک کردن فرآیندهای صنعتی و تجهیزات استفاده می‌شود.

• استفاده از برج خنک کننده خشک

در این روش، برج خنک کننده خشک برای خنک کردن آب یا مایعی که نیاز به خنک شدن دارد، استفاده می‌شود. در برج خنک کننده خشک، هوای خنک به طور مستقیم با آب یا مایع حاوی حرارت در تماس است. این هوا با تماس با مایع، حرارت آب را جذب کرده و سپس با استفاده از هوا خنک شده، حرارت را به محیط منتقل می‌کند.

برج خنک کننده خشک برای کاربردهایی که نیاز به حداقل مصرف آب دارند، مناسب است. به عنوان مثال، در نیروگاه‌ها برای خنک کردن آب سیستم تولید بخار استفاده می‌شود. همچنین در صنایع شیمیایی و فولاد، برای خنک کردن فرآیندهای صنعتی و تجهیزات استفاده می‌شود.

کاربرد برج خنک کننده

برج خنک کننده تر و خشک در کاربردهای مختلفی استفاده می‌شوند و بستگی به نیازها و شرایط خاص هر صنعت و سیستم دارد. در زیر به برخی از کاربردهای این دو نوع برج خنک کننده اشاره می‌کنم:

• برج خنک کننده تر

1. صنایع پتروشیمی: در صنایع پتروشیمی، نیاز به خنک کردن آب به دماهای پایین و استفاده از آب خنک شده برای فرآیندهای صنعتی وجود دارد. برج خنک کننده تر به دلیل توانایی خنک کردن آب به دماهای پایین و کارایی بالا، در این صنایع استفاده می‌شود.
2. صنایع تولید فولاد: در صنایع تولید فولاد، برای خنک کردن آب استفاده می‌شود که در فرآیندهای تولید فولاد مورد نیاز است. برج خنک کننده تر به دلیل قابلیت خنک کردن آب به دماهای پایین و کاهش هزینه‌های انرژی، مناسب برای این صنعت است.
3. نیروگاه‌ها: در نیروگاه‌ها، برای خنک کردن آب استفاده می‌شود که در فرآیند تولید برق نیاز است. برج خنک کننده تر به دلیل کارایی بالا و توانایی خنک کردن آب به دماهای پایین، در نیروگاه‌ها استفاده می‌شود.

• برج خنک کننده خشک

1. سیستم‌های تهویه مطبوع: در سیستم‌های تهویه مطبوع برج خنک کننده خشک استفاده می‌شود. در این سیستم‌ها، آب جاری در داخل لوله‌ها خنک می‌شود و در اثر تبخیر حرارت را از هوا جذب می‌کند. این روش به دلیل جلوگیری از تلف شدن آب و خشک کردن آب، مناسب برای سیستم‌های تهویه مطبوع است.
2. صنعت الکترونیک: در صنعت الکترونیک، کاهش دمای دستگاه‌ها و تجهیزات الکترونیکی بسیار مهم است. برج خنک کننده خشک به دلیل اینکه هوا و آب به صورت مستقیم با هم در تماس نیستند، برای خنک کردن دستگاه‌ها و تجهیزات الکترونیکی بکار می‌رود.
3. صنعت غذایی: در صنعت غذایی، برای خنک کردن آب و استفاده در فرآیندهای تولیدی مانند خنک کردن مواد غذایی یا تمیز کردن تجهاز ابزارهای مختلفی برای انجام این فرآیند استفاده می‌شود. برج خنک کننده تر یکی از این ابزارها است که برای خنک کردن آب به دماهای پایین استفاده می‌شود. در این برج، آب به شکل جریان جاری در داخل لوله‌ها عبور می‌کند و در اثر تعامل با هوا، حرارت آب به هوا منتقل می‌شود و آب خنک شده به فرآیندهای مورد نیاز ارسال می‌شود.

هر یک از این دو نوع برج خنک کننده، بسته به نیازها و شرایط مورد استفاده، ویژگی‌ها و مزایا و معایب خاص خود را دارند. توانایی خنک کردن آب به دماهای پایین و کاهش هزینه‌های انرژی، از مزایای استفاده از برج خنک کننده تر است. از طرف دیگر، برج خنک کننده خشک به دلیل جلوگیری از تلف شدن آب و خشک کردن آب، در برخی صنایع مانند سیستم‌های تهویه مطبوع و صنعت الکترونیک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مزایا برج خنک کننده

1. کاهش هزینه‌های انرژی: استفاده از برج خنک کننده می‌تواند به کاهش هزینه‌های انرژی مربوط به خنک کردن آب منجر شود، زیرا این برج‌ها از روش‌هایی استفاده می‌کنند که حرارت را به صورت موثری از آب جدا می‌کنند.
2. صرفه‌جویی در منابع آب: با استفاده از برج خنک کننده، میزان آب مورد نیاز برای خنک کردن آب کاهش می‌یابد، زیرا برج خنک کننده تر این امکان را فراهم می‌کند که آب را به دمای مطلوبی خنک کند.
3. کاهش آلودگی محیطی: با استفاده از برج خنک کننده، میزان آلودگی محیطی کاهش می‌یابد، زیرا این برج‌ها با استفاده از تماس آب با هوا، حرارت را به صورت طبیعی منتقل می‌کنند و نیاز به استفاده از سوخت‌های فسیلی را کاهش می‌دهند.