اجزا، عملکرد و کاربردها

برج خنک کننده خشک یکی از ابزارهای مهم در صنعت و انرژی است که برای خنک کردن آب استفاده می‌شود. این برج‌ ها به منظور افزایش بازدهی و کاهش مصرف انرژی در سیستم‌ های خنک کننده استفاده می ‌شوند. در این مقاله به بررسی اجزای اصلی برج خنک کننده خشک و نحوه عملکرد آن می‌ پردازیم.

برج خنک کننده خشک یا برج خنک کننده مدار بسته، دستگاهی است که برای خنک کردن سیالات صنعتی مانند آب با درجه حرارت بالا در صنایع مختلف، ساخت چیلر و غیره استفاده می‌ شود. این برج ‌ها به دو نوع خشک و تر تقسیم بندی می ‌شوند. برج خنک کننده خشک، در ایران به علت کم آب بودن اکثر مناطق، نسبت به نوع مرطوب بسیار بهتر خواهد بود. برج خنک کننده خشک با نام های دیگری چون برج خنک کننده مدار بسته یا هوا خنک یا درای کولر (Dry Cooler) و یا مبدل حرارتی هوا خنک نیز شناخته می شود. برج خنک کننده خشک، مصرف آبی ندارد و در این نوع از برج ‌ها، هوا و آبگرم با هم تماس مستقیمی ندارند و مصرف آب صفر است. برج خنک کننده خشک، چون هوا و آبگرم با هم تماس مستقیمی ندارند، قسمتی از آبگرم تبخیر نمی‌ شود و مصرف آب در این سیستم صفر است. برج خنک کننده خشک، چون هوا و آبگرم با هم تماس مستقیمی ندارند، قسمتی از آبگرم تبخیر نمی ‌شود و مصرف آب در این سیستم صفر است. برج خنک کننده خشک، مزایایی نسبت به برج خنک کننده تر دارد که در ادامه به آنها اشاره خواهیم کرد.

اجزای اصلی برج خنک کننده خشک

اجزای اصلی یک برج خنک کننده خشک شامل موارد زیر می ‌باشد:

• بخش ورودی: این بخش شامل سیستمی است که آب گرم وارد برج می‌شود. این ممکن است شامل پمپ ‌ها، لوله ‌ها و سیستم‌ های توزیع آب باشد که آب را به بخش خنک کننده منتقل می‌ کند. در نتیجه می توان گفت که در بخش ورودی، آب گرم وارد برج می‌ شود و از طریق یک پمپ به بخش خنک کننده منتقل می ‌شود.
• بخش خنک کننده: این بخش شامل ساختاری است که آب به صورت متناوب از بالای برج به پایین ریخته می ‌شود و از طریق تماس با هوا خنک می ‌شود. سپس آب خنک شده به بخش خروجی منتقل شده و به سیستم خنک کننده باز می‌گردد. این ساختار ممکن است شامل پوشش ‌های خنک کننده، پیچ‌ های توزیع آب و سازه ‌های تبادل حرارت باشد.
• بخش خروجی: در این بخش، آب خنک شده از بخش خنک کننده به سیستم خنک کننده باز می ‌گردد. این بخش ممکن است شامل لوله‌ ها، پمپ ‌ها و سیستم‌ های بازدهی آب بازگشتی باشد.

این اجزاء به طور کلی مهمترین اجزاء برای عملکرد برج خنک کننده خشک هستند. ترکیب و طراحی دقیق این اجزا می ‌تواند به بهبود کارایی و کاربرد برج خنک کننده کمک کند.

طبقه بندی برج خنک کننده خشک

الف) طبقه بندی بر اساس فرآیند

• خنک کننده مستقیم خشک؛ همانطور که از نام آن مشخص است، یک سیستم خنک کننده خشک مستقیم به طور مستقیم جریان اگزوز توربین بخار را متراکم می کند و میعانات را بدون از دست دادن آب به دیگ برمی گرداند. به این معنا، بخار مستقیماً در داخل لوله‌های پره‌دار با هوا خنک می‌شود، بدون نیاز به کندانسور سطحی میانی . به طور کلی، آنها در فرآیندهای صنعتی، آب و برق و انرژی های تجدید پذیر برای نیروگاه های کوچک یا بزرگ رایج هستند.
• سیستم هایخنک کننده خشک غیر مستقیم؛ سیستم های خنک کننده خشک غیرمستقیم یک برج خنک کننده خشک غیرمستقیم (IDCT) را با یک کندانسور سطحی یا جت بخار متصل می کند. آنها برای واحدهای متراکم با ظرفیت بالا ایده آل هستند. پوشش آن - ساخته شده از فولاد یا بتن - از گردش مجدد هوای گرم جلوگیری می کند. به این ترتیب نیاز به نیروی کمکی و تعداد قطعات مکانیکی را کاهش می دهد.
• کندانسور کششی یا طبیعی؛ کندانسور کششی یا طبیعی (NDACC) یک کندانسور هوا خنک (ACC) است که به جای فن از یک برج کشش طبیعی استفاده می کند. این باعث کاهش مصرف برق ACC می شود.

ب) طبقه بندی بر اساس مکان

• یک خنک کننده خشک از راه دور با هدف کلی که جدا از چیلر هوا خنک شده با لوله کشی است اما به آن متصل است.
• سیم پیچ های انباشته، یعنی آنهایی که به سیم پیچ های کندانسور مبرد چیلر می پیوندند.
• کولر خشک پیچ دار یا مدولار که مستقیماً به چیلر هوا خنک متصل می شود. دستگاه های این حالت می توانند مقدار مناسب خنک کننده رایگان مورد نیاز را تامین کنند.
• کویل های انباشته شده، یعنی سیم پیچ هایی که به کویل های کندانسور مبرد چیلر می پیوندند.
• کولر خشک پیچ دار یا مدولار که مستقیماً به چیلر هوا خنک متصل می شود. دستگاه های این حالت می توانند مقدار مناسب خنک کننده رایگان مورد نیاز را تامین کنند.

عملکرد برج خنک کننده خشک

عملکرد کولینگ تاور خشک به صورت کلی به این شکل است:

• ورود آب گرم: آب گرم وارد برج خنک کننده می‌ شود تا از طریق یک سیستم توزیع به بخش خنک کننده منتقل شود.
• تماس با هوا: آب گرم از بالای برج به پایین ریخته شده و از طریق تماس با هوا خنک می‌ شود. در این فرآیند، آب گرم حرارت خود را به هوا منتقل می‌ کند و خنک می‌ شود.
• خروج آب خنک شده: آب خنک شده از بخش خنک کننده به سیستم خنک کننده باز می ‌گردد تا مجدداً استفاده شود.
• تهویه: هوای گرم و خشک از پایین برج به بالا منتقل می گردد. در این فرآیند، هوا حرارت از آب را جذب کرده و خنک می ‌شود. سپس هوا خنک شده از بالای برج خارج می‌ شود.

با این روش، برج خنک کننده خشک می‌ تواند آب را بدون استفاده از مصرف آب برای خنک کردن مورد استفاده قرار دهد. این روش به دلیل کارایی بالا و کاهش مصرف منابع طبیعی، به عنوان یک راه حل پایدار برای خنک کردن آب مورد توجه قرار گرفته است. به عبارت دیگر، عملکرد برج خنک کن خشک بر اساس اصول تبخیر آب و انتقال حرارت از طریق هوا انجام می ‌شود. هنگامی که آب از بالای برج به پایین ریخته می ‌شود، انرژی حرارتی آب به هوا منتقل شده و آب خنک می ‌شود. سپس هوا به عنوان یک وسیله حامل انرژی حرارتی از برج خارج شده و آب خنک شده به سیستم باز می ‌گردد.

کاربردهای برج خنک کننده خشک 

برج خنک‌ کننده خشک در صنایع مختلف و همچنین در سیستم ‌های تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می‌ گیرد. . این برج‌ ها به دلیل عدم نیاز به مصرف آب برای خنک کردن و همچنین کاهش مصرف انرژی، به عنوان یک راه حل پایدار برای خنک کردن آب مورد توجه قرار گرفته اند.

 برخی از کاربردهای اصلی آن عبارتند از:

• نیروگاه ‌ها: برای خنک کردن آب مورد استفاده در تولید بخار و خنک کردن آب مورد استفاده در سیستم‌ های تولید برق از انرژی های مختلف مانند نفت، گاز و زغال سنگ مورد استفاده قرار می گیرند.
• صنایع شیمیایی: در صنایع شیمیایی برای خنک کردن آب مورد استفاده در فرآیندهای تولید و همچنین خنک کردن گازها و مایعات کاربرد دارند.
• صنایع فولاد: در صنایع فولاد برای خنک کردن آب مورد استفاده در فرآیندهای تولید و همچنین خنک کردن گازها و مایعات استفاده می ‌گردد.
• سیستم‌های تهویه مطبوع: در برج ‌های خنک کننده سیستم ‌های تهویه مطبوع مرکزی استفاده می ‌شود تا از طریق خنک کردن آب، هوا را خنک کرده و سپس به سیستم تهویه مطبوع ارسال کند.
• صنایع پتروشیمی: در صنایع پتروشیمی برای خنک کردن گازها و مایعات مورد استفاده قرار می ‌گیرد.
• سیستم‌های تولید برف مصنوعی: برای تولید برف مصنوعی و خنک کردن آب مورد استفاده در این فرآیند استفاده می‌ شود.

در مجموع می توان گفت که برج خنک کن خشک به عنوان یک راه حل مؤثر برای خنک کردن آب و سایر مایعات در صنایع مختلف و سیستم ‌های تهویه مطبوع استفاده می ‌شود.

مزایا و معایب برج خنک کننده خشک

برج‌ های خنک کننده خشک دارای مزایا و معایبی است که در ادامه به بررسی هر کدام از آنها خواهیم پرداخت.

مزایای برج خنک کن خشک

در کولینگ تاور خشک، آب تبخیر نمی‌ شود و بنابراین نیاز به آب جبرانی ندارد، در نتیجه آب سیستم رسوب نمی‌ گیرد. استفاده از آن در محل‌ هایی که دسترسی به آب وجود ندارد و یا هزینه آب بسیار بالا است، مقرون به صرفه می‌ باشد. زمانی که نیاز به خنک کاری آب بسیار گرم است، می‌ توان ابتدا با استفاده از برج خنک کننده خشک، دمای آب را بدون تبخیر تا حدود دمای خشک رساند و سپس به وسیله برج خنک کننده مرطوب، دمای آن را به دمای مرطوب رساند. به دلیل عدم گردش آب درون برج خنک کن خشک، فرسایش و زنگ زدگی به حداقل می‌ رسد که این امرباعث طولانی شدن عمر دستگاه می‌ شود. در برج خنک کننده خشک تماس مستقیم میان آب و هوا وجود ندارد، بنابراین تبخیر آب نیز وجود ندارد.

نگهداری آسان و سایر مزایای مربوط به سیستم های خنک کننده خشک

تعمیر و نگهداری سیستم های خنک کننده خشک، نسبتاً ساده است. آنها فقط نیاز به یک بازرسی کلی برای جستجو و ارزیابی مشکلات مکانیکی و آسیب های احتمالی دارند. در این میان، شواهدی از ارتعاشات بیش از حد از فن ها و بررسی بصری برای نشانه های خوردگی وجود دارد. وقتی صحبت از تمیز کردن کویل های خنک کننده می شود، زباله های معمولی مانند کاغذ، گرد و غبار، برگ ها و گرده ها را می توان با برس پاک کرد. مانند هوای فشرده که برخلاف جهت جریان هوا می وزد. در مورد رسوبات سنگین تر، این رسوبات باید با یک جت آب تحت فشار، همچنین برخلاف جهت جریان هوا، برداشته شوند. به عنوان مکمل، در صورت لزوم باید از یک ماده تمیز کننده خنثی استفاده شود.

کولرهای خشک مزایای خاص دیگری نیز دارند مانند:

• هزینه های اجرایی کلی پس از نصب اولیه کم است
• جداسازی راحت اجزاء به اپراتورها اجازه می دهد تا فضای حیاتی را برای سایر تجهیزات ذخیره کنند
• این سیستم ها نیازی به تامین مداوم آب ندارند، بنابراین مشکلی در تامین و دفع آب ایجاد نمی کنند
• گرمای تولید شده را می توان مستقیماً به فرآیندهای دیگر هدایت کرد. این باعث کاهش اتلاف انرژی و بهبود کارایی کلی سیستم می شود
• چیلرهایی که ما با آنها سروکار داریم را می توان طوری برنامه ریزی کرد که در تمام طول سال حتی در مناطق جغرافیایی با دمای پایین کار کنند.

معایب برج خنک کن خشک

مصرف برق بالا را می‌ توان بزرگترین مسئله این برج‌ های خنک کننده نامید. در حقیقت در کولینگ تاور خشک، به جریان هوای بالا که به وسیله یک یا چند فن تأمین شود، نیاز خواهیم داشت. سطح تماس کویل و هوا در این نوع برج‌ ها، باید بسیار بیشتر از کولینگ تاور مدار بسته باشد. بنابراین در این نوع برج های خنک کن، از کوئل‌ های فین‌ دار استفاده شده است.

طراحی سیستم برج های خنک کننده خشک

کولرهای خشک یا برج های خنک کننده خشک دارای طراحی مستقیم و مستحکم هستند که شامل یک مبدل حرارتی (معمولاً لوله پره دار یا کویل های میکروکانالی) و فن هایی است که جریان هوا را هدایت می کند. از طریق مبدل حرارتی برای خنک کردن آب یا محلول گلیکول عبوری از آن استفاده می شود. کولرهای خشک عمدتاً در ترتیب جریان هوای افقی یا عمودی موجود هستند. ظرفیت دفع گرما معمولاً تا 1 مگاوات است، اگرچه سردکن ‌های خشک با ظرفیت بالا هم در بازار موجود است.

 طراحی ‌های مدرن ممکن است شامل سیستم‌ های پیش خنک‌ کننده، اسپری آدیاباتیک یا پدهای مرطوب باشند. پیش خنک شدن تبخیری اجازه می دهد تا سیال فرآیند کمتر از دمای حباب خشک خنک شود.

نتیجه‌گیری

برج خنک کننده خشک یکی از ابزارهای مهم در صنایع مختلف است که به دلیل کارایی بالا و کاهش مصرف منابع طبیعی، مورد توجه قرار گرفته است. این برج‌ ها نقش مهمی در حفظ محیط زیست و صرفه جویی در مصرف انرژی دارند و باید به عنوان یک راه حل پایدار برای خنک کردن آب مورد استفاده قرار گیرند.

این مقاله به بررسی اجزای اصلی برج خنک کننده خشک، عملکرد آن و کاربردهای آن پرداخت. امیدواریم که این مقاله به درک بهتری از این تکنولوژی مهم و پایدار کمک کرده باشد.