برج خنک کننده

برج خنک کننده چیست؟

برج خنک کننده نوعی سیستم حذف حرارت است که بر اساس فرآیند خنک کننده تبخیری برای تولید آب سرد مورد نیاز در صنایع مختلف از جمله نیروگاه ها، پتروشیمی ها، تولید مواد غذایی و همچنین تامین آب سرد در چیلر آب خنک و چیلر جذبی مورد استفاده قرار می گیرد.

نحوه عملکرد برج خنک کننده

اصولاً حذف گرما از جریان آب گرم ورودی به برج با تبخیر بخشی از جریان آب انجام می شود.

به گونه ای که پس از تماس آب و جریان هوای طبیعی یا اجباری داخل برج، بخشی از آب در حال گردش تبخیر شده و در نتیجه دمای آب باقیمانده کاهش می یابد.

به عبارت ساده تر، گرمای آب گرم ورودی از طریق فرآیند تبخیر به جریان هوای عبوری منتقل می شود و به این ترتیب با کاهش دمای آب، گرمای نهان هوا و در واقع دمای آن کاهش می یابد.

بنابراین ظرفیت برج در کاهش دمای آب بستگی به میزان رطوبتی دارد که هوای ورودی به برج می تواند جذب کند.

از آنجایی که امکان کاهش دمای آب در برج خنک‌ کننده تا تقریباً 3 درجه سانتی گراد بالاتر از دمای هوای مرطوب محیط وجود خواهد داشت، عملکرد سیستم‌هایی مانند برج های خنک کننده و چیلر های آبی که بر اساس فرآیند خنک سازی تبخیری عمل می‌کنند، در محیطی با هوای مرطوب نمی تواند به درستی صورت بگیرد.

اجزا و قطعات اصلی برج خنک کننده  (Cooling Tower)

برج خنک کننده از چند قسمت تشکیل شده است که مهمترین آنها عبارتند از:

فن:

 مکانیزمی برای حرکت اجباری هوا در داخل برج است. یا از نوع محوری (مکش) است که روی برج قرار می گیرد یا از نوع گریز از مرکز (دمنده) که در جلوی برج نصب می شود.

نازل های آبپاش:

 نازل هایی هستند که در کلکتور ورودی آب برج که جریان آب گرم ورودی را روی اتصالات توزیع می کند نصب شده اند.

 کلکتور شدن آب توسط نازل ها علاوه بر پراکندگی بهتر آن در سطوح ظروف، باعث کاهش فشار و  کاهش دمای تبخیر آن می شود. علاوه بر این، با تبدیل شدن به قطرات آب، سطح تماس آب و هوا نیز افزایش می یابد.

پکینگ:

عاملی برای افزایش سطح تماس آب و هوا است که منجر به تشدید فرآیند تبخیر می شود. بنابراین پس از پاشش آب از نازل ها، آب به صورت لایه های نازک به طور کامل روی سطوح پکینگ برج خنک کننده پخش می شود و سپس با هوای بیشتری تماس پیدا می کند. همچنین به دلیل حبس شدن آب در داخل پکینگ، زمان بیشتری برای تبخیر آن وجود خواهد داشت.

درگاه آب جبرانی:

 به شناوری متصل است که با افت سطح آب داخل مخزن برج (با تبخیر و تخلیه آب) آب جبرانی را آزاد می کند، اصل کار شناور متصل به این پورت دقیقاً مشابه شناور در کولرهای آبی با کاهش سطح آب داخل مخزن است که، شناور به سمت پایین حرکت می کند و آب بیشتری وارد برج خنک کننده می شود و بالعکس وقتی سطح آب داخل مخزن بالا می رود، شناور طبق قانون شناوری پاسکال بالا می رود.

در واقع وظیفه شناور و درگاه آب جبرانی حفظ سطح آب داخل مخزن برج در حد مطلوب می باشد.

درگاه سرریز آب:

 در صورتی که شناور از کار بیفتد و هنگامی که تشتک برج خنک کننده پر است، آب اضافی در تشت از طریق این درگاه تخلیه می شود. زیرا اگر تجمع بیش از حد در برج وجود داشته باشد و سطح آب به آب بندی ها برسد، برج خنک کننده آسیب می بیند.

درگاه تخلیه آب:

به دلیل ارتباط مستقیم آب با هوا و کثیفی آن، آب آلوده از طریق این درگاه تخلیه شده و آب تمیز از درگاه آب جبرانی جایگزین می شود. درگاه تخلیه آب همیشه در پایین ترین قسمت حوضچه برج نصب می شود.

درگاه ورودی آب گرم:

جایی است که آب گرم وارد برج می شود. این آب گرم می تواند از خروجی کندانسور چیلر تراکمی آب خنک یا از خروجی کندانسور چیلر جذبی تامین شود.

درگاه خروجی آب سرد:

این پورت مسئول خروج آب سرد از برج خنک کننده است، زیرا آب سرد شده مجدداً در دستگاه یا سیستم مورد نظر استفاده می شود.

در شکل زیر انواع پورت ها را در برج را مشاهده می کنید.

به طور کلی برج های خنک کننده را می توان در دو دسته مجزا در نظر گرفت: 

1.  مدار باز
2.  مدار بسته

برج خنک کننده مدار باز

در برج خنک کننده مدار باز، جریان آبی که باید خنک شود در تماس مستقیم با هوا است. به گونه ای که جریان آب به سمت قسمت بالایی برج هدایت شده و از طریق نازل های اتمیزه کننده روی پکینگ ها پخش می شود.

آب به صورت لایه های بسیار نازک بر روی سطوح پرکننده پخش می شود و در نتیجه سطح تماس بسیار بزرگی با جریان هوای عبوری ایجاد می شود.

مقداری از گرمای آب با انتقال حرارت حذف می شود (اگر دمای هوای خشک کمتر از دمای آب ورودی باشد)، اما بیشتر سرد شدن آب به دلیل فرآیند تبخیر است.

در نهایت هوای اشباع شده از بالای برج به فضا تخلیه می شود و از طرفی آب سرد انباشته شده در سینی نیز از پایین برج خارج می شود.

از نظر نحوه ایجاد جریان هوا، دو نوع برج خنک کننده یا برج خنک کننده مدار باز تعریف می شود:

با گردش هوای اجباری:

جریان هوا توسط یک عامل خارجی در برج  از طریق همرفت اجباری ایجاد می شود. این فرایند با استفاده از فن های محوری یا گریز از مرکز، در داخل برج صورت می پذیرد.

با حرکت طبیعی هوا:

جریان هوا از طریق فرآیند همرفت طبیعی و به دلیل ارتفاع زیاد برج، بدون هیچ نیروی خارجی ایجاد می شود. مانند بسیاری از برج های نیروگاهی که از این روش در ساخت آنها استفاده می شود. 

برج های خنک کننده مدار باز  به دو صورت طراحی می شوند:

جریان متقابل: در این نوع برج های مدار باز جهت ذرات هوای عبوری یکسان است.

جریان متقاطع: در این نوع برج های مدار باز، جریان ذرات هوای عبوری عمود بر یکدیگر است.

برج خنک کننده مدار بسته

در برج های مدار بسته هیچ تماس مستقیمی بین جریان آبی که باید خنک شود و جریان هوای در حال عبور وجود ندارد. همانند داخل برج مبدل حرارتی دیگری (کویل) تعبیه شده است که جریان آب مورد نظر از آن عبور می کند. جریان آب دیگری از مخزن به بالای برج هدایت می شود و از طریق نازل های مه، آب بر روی لوله های کویل توزیع می شود.

به این ترتیب بخشی از ذرات آب اتمیزه شده در اثر برخورد با سطح داغ لوله ها تبخیر شده و باعث افت دمای آب داخل لوله ها می شود.

جریان هوای عبوری از روی کویل نیز شرایطی را برای تبخیر بهتر ذرات آب فراهم می کند. به طوری که هوای اشباع شده از برج خارج شده و هوای تازه و خشک جایگزین آن می شود.

طبیعتاً دمای کمتر هوای خشک نسبت به دمای سطح لوله ها نیز به خنک شدن آب داخل لوله ها کمک می کند.

تفاوت بین برج خنک کننده و کندانسور؟

یکی از سوالات متداول مشتریان این است که برج های خنک کننده عملکردی مشابه کندانسورهای تبخیری دارند؟ تفاوت اصلی آنها در چیست؟

اگرچه برج های مدار بسته، مانند کندانسورهای تبخیری، از فرآیند خنک کننده تبخیری برای حذف گرما استفاده می کنند، اما هیچ یک از برج های مدار بسته، گاز مبرد یا بخار آب را متراکم نمی کنند، بلکه به سادگی دمای آب مایع را کاهش می دهند.

 به دلیل تمیزی و خلوص بالاتر مبرد در مقایسه با آب، قطر لوله های کویل در کندانسورهای تبخیری که برای متراکم کردن گاز مبرد استفاده می شود کمتر از برج خنک کننده مدار بسته است.

دسته بندی برج خنک کننده با جنس بدنه 

برج های خنک کننده معمولاً بر اساس جنس بدنه شان به چند دسته تقسیم می شوند. در زیر به برخی از دسته بندهای متداول برج خنک کننده با توجه به جنس بدنه آن ها اشاره می کنیم:

1. برج خنک کننده گالوانیزه: برج هایی که بدنه شان از جنس فلز مانند فولاد، آلومینیوم یا فولاد ضد زنگ است. این دسته از برج ها عموماً مقاومت بالا و طول عمر طولانی دارند. (معمولاً در برج های صنعتی و بزرگ استفاده می شوند)
2. برج خنک کننده بتنی: برج هایی که ساختار بدنه شان از بتن ساخته شده است. این نوع برج ها معمولاً برای مکان هایی با ظرفیت بالا و استفاده های صنعتی یا نیروگاهی استفاده می شوند. آن ها عموماً قابلیت مقاومت در برابر زلزله را دارند.
3. برج خنک کننده فایبرگلاس: برج هایی که بدنه شان از جنس فایبرگلاس تقویت شده با رزین پلی استر یا رزین وینیل استر ساخته شده است. این نوع برج ها عموماً، نصب آسانتری دارند و در کاربردهای تجاری یا صنعتی کوچکتر مورد استفاده قرار می گیرند.
   

نحوه محاسبه توان کولینگ تاور

محاسبه توان برج خنک کننده بستگی به عوامل مختلفی دارد که شامل جریان هوا، دمای آب و هوا و دمای آب ورودی و خروجی به برج می شود. البته، روش های مختلفی برای محاسبه توان برج خنک کننده وجود دارد، اما یکی از روش های معمول به شرح زیر است:

1. محاسبه جریان هوا: ابتدا باید جریان هوا را محاسبه کنید. برای این کار، باید میزان هوا (به واحد متر مکعب در ثانیه) که از برج عبور می کند را بدست آورید. این مقدار معمولاً توسط تجهیزات سنجش جریان هوا اندازه گیری می شود.
2. محاسبه دمای آب ورودی و خروجی: برای محاسبه توان برج خنک کننده، باید دمای آب ورودی و خروجی به برج را در نظر بگیرید. دمای آب ورودی و خروجی به برج معمولاً توسط سنسورهای مربوطه اندازه گیری می‌شود.
3. محاسبه توان: با استفاده از جریان هوا و دمای آب ورودی و خروجی، می توانید توان برج خنک کننده را محاسبه کنید. یکی از روش های معمول محاسبه توان برج خنک کننده استفاده از رابطه زیر می باشد:

توان (kW) = جریان هوا (m³/s) × 1.225 (kg/m³) × Cp × ΔT

در این رابطه، Cp نشان دهنده ظرفیت گرمایی آب و ΔT نشان دهنده تفاوت دما بین آب ورودی و خروجی به برج است.

مقادیر Cp و ΔT باید با توجه به شرایط خاص برج خنک کننده و آب استفاده شده تعیین شوند.

لطفاً توجه داشته باشید که این روش یکی از روش های معمول استفاده شده در صنعت است و ممکن است در برخی موارد، روش های دیگری نیز برای محاسبه توان برج خنک کننده استفاده شود.

قیمت برج خنک کننده به چه عواملی بستگی دارد؟ 

قیمت برج خنک کننده به عوامل متعددی بستگی دارد، ازجمله:

1.      ظرفیت خنک کنندگی: برج ها در ظرفیت های مختلفی عرضه می شوند. برج های با ظرفیت بیشتر قیمت بیشتری دارند.

2.      ابعاد و اندازه: اندازه و ابعاد برج نیز بر روی قیمت آن تأثیر می گذارد. برج های بزرگتر و با امکانات اضافی ممکن است گران تر باشند.

3.      نوع و تکنولوژی: نوع خنک کننده (مانند خنک کننده خشک یا تر، خنک کننده انتقال حرارت جبرانی یا تبخیری) و تکنولوژی مورد استفاده در برج نیز تأثیر دارد. برج های با تکنولوژی پیشرفته و بهره وری بالاتر ممکن است گران تر باشند.

4.      جنس و مواد ساخت: مواد ساخت برج نیز قیمت را تحت تأثیر قرار می دهند. مواد با کیفیت و مقاومت بالا ممکن است هزینه بیشتری داشته باشند.

5.      نیاز به سفارشی سازی: اگر نیاز به سفارشی ساختن داشته باشید و برج خنک کننده باید با ویژگی های خاص شما پیکربندی شود، ممکن است هزینه را افزایش دهد.

برای انتخاب بهترین برج خنک کننده با توجه به نیاز‌های خاص خود، می توانید با کارشناسان شرکت ما تماس حاصل نمایید تا علاوه بر مشاوره رایگان، لیست قیمت ها را نیز دریافت کنید.