برج خنک کننده خشک: مزایا، کاربردها و انواع
به گزارش بازار، برج خنک کننده خشک دستگاهی است که برای کاهش دمای آب و محلول های خنک کننده به کار می رود. این فناوری به عنوان جایگزینی برای برج های خنک کننده تر استفاده می شود و مزایای زیادی از جمله مصرف کمتر آب و نیاز پایین‌تر به نگهداری دارد. برج خنک کننده خشک یکی از ابزارهای مهم در صنعت خنک کنندگی است که برای کاهش دمای آب و هوا و حفظ کیفیت آب استفاده می‌شود.
در این مقاله ما قصد داریم انواع، ویژگی ها، کاربردها، مزایا و چالش‌های مرتبط با برج های خنک کننده خشک را مورد بررسی قرار دهیم.
ویژگی های برج خنک کننده خشک
مبانی ترمودینامیکی، نحوه انتقال حرارت و جریان مایعات در برج های خنک کننده خشک از جمله موضوعات هستند که در این بخش پوشش داده می‌شوند.
اجزاء برج خنک کننده خشک
کولینگ تاورهای خشک از بخ های مختلفی تشکیل شده است که هر کدام وظایف خاص خود را دارند. اجزای اصلی یک برج خنک کننده خشک شامل موارد زیر می شود:
- بخش ورودی: این بخش شامل تجهیزاتی مانند پمپ ها، فیلترها و سایر تجهیزات مربوط به ورود آب به برج می باشند. این بخش مسئول تامین آب مورد نیاز برای خنک کردن است.
- بخش توزیع آب: در این بخش، آب ورودی به صورت یکنواخت و بهینه به سطح برج توزیع می‌شود تا بتواند به بهترین شکل ممکن حرارت را از فرایندهای صنعتی جذب کند.
- بخش تبخیر: این بخش شامل سیستم‌هایی است که آب را به صورت مستقیم یا غیرمستقیم تبخیر می‌کنند. این مرحله باعث خنک شدن آب و جذب حرارت از فرایندهای صنعتی می شود.
- بخش خروجی: در این بخش، آب خنک شده به سیستم های صنعتی برای استفاده برای خنک کردن و یا دیگر فرایندهای مورد نیاز تخلیه می شود.
- بخش تهویه: این بخش شامل تجهیزاتی مانند فن ها و دمنده ها است که برای تسهیل فرایند تبخیر و تخلیه بخار آب استفاده می شود.
قطعات اصلی سازنده برج خنک کننده خشک
اصلی ترین اجزای سازنده یک دستگاه برج خنک کننده فایبرگلاس خشک شامل بدنه و ساختار نگهدارنده، کویل، پروانه و الکتروموتور است که به شرح هر کدام در ذیل می پردازیم.
- بدنه: بدنه یک برج خنک کننده خشک، ساختار اصلی نگهدارنده برج محسوب شده که شامل قسمت ها یا قطعات مختلفی چون لوور، تشتک، فن استک، پنل، شاسی نگه دارنده کویل است. بدنه فایبرگلاس مقاومت بسیار بالایی برابر اشعه نور خورشید، رطوبت محیط، پوسیدگی، خوردگی دارد. همچنین بدنه فایبرگلاس دارای مزایایی مانند وزن سبک، جابجایی راحت، تعمیرات آسان می‌باشد.
- کویل: مهمترین بخش سیستم مدار بسته در خنک کن برج‌های خشک به شمار می‌آید. هدف کویل تشکیل سطح نفوذ انتقال حرارت است. مواردی همانند متریال سازنده کویل، تعداد ردیف‌های مبدل، تراکم فین، تعداد لوله درهر ردیف روی راندمان برج خنک کن خشک تاثیرگذار می‌باشد.
- سیستم هوادهی: قطعات برج خنک کننده خشک در این بخش بسیار اهمیت دارد که شامل فن، موتور، سیستم انتقال قدرت یا کاهش دور می‌گردد. وظیفه اصلی این قطعات سازنده ایجاد جریان القایی داخل هوا و تماس هوا با سطح جداره کوئل جهت تبادل حرارت می‌باشد. تنظیم مقدار هوادهی روی ظرفیت کولینگ تاور مدار بسته اثر دارد. قطر پروانه، دور فن، تعداد بلیدها بر میزان هوارسانی موثر است. فن نقش تامین فشار نسبی هوای اطراف و جابجایی هوا را عهده دار خواهد بود. الکتروموتور انرژی مکانیکی جهت تامین گشتاور مورد احتیاج فن را فراهم می‌کند. کاهش دور نیز باید دور خروجی الکتروموتور را تا اندازه استاندارد دور پروانه برج خنک کننده پایین آورد.
این اجزاء به طور کلی اجزای اصلی یک برج خنک کننده خشک هستند. هر کدام از این اجزاء نقش مهمی در عملکرد کلی برج خنک کننده دارند و باید به طور صحیح نگهداری و تعمیر شوند تا عملکرد بهینه را ارائه دهند.
طرز کار برج خنک کننده خشک
برج خنک کننده خشک یکی از روش های خنک کردن آب است که در فرایندهای صنعتی و تجاری استفاده می‌شود. این بدین معنی است که این برج ها برای خنک کردن آب مورد استفاده در سیستم های تهویه مطبوع، خنک کردن تجهیزات صنعتی یا دیگر فرایندهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
نحوه کار برج خنک کننده خشک به صورت کلی به این صورت است:
- ورود آب: آب گرم وارد برج می‌شود. این آب ممکن است از فرایندهای صنعتی یا سیستم‌های تهویه مطبوع به عنوان یک منبع گرما ورودی استفاده شود.
- توزیع آب: آب ورودی به صورت یکنواخت و بهینه به سطح برج توزیع می‌شود تا بتواند به بهترین شکل ممکن حرارت را از فرایندهای صنعتی جذب کند.
- تبخیر: آب به صورت مستقیم یا غیرمستقیم تبخیر می‌شود. این فرایند باعث خنک شدن آب و جذب حرارت از فرایندهای صنعتی می‌شود.
- خروج آب خنک شده: آب خنک شده به سیستم‌های صنعتی برای استفاده برای خنک کردن و یا دیگر فرایندهای مورد نیاز تخلیه می‌شود.
- تهویه: فرایند تهویه با استفاده از فن ها انجام می‌گیرد تا بخار آب تخلیه شود و برج آماده برای دوره بعدی خنک کردن آب باشد.
این فرایند به صورت مداوم انجام می‌شود تا بتوان حرارت تولید شده در فرایندهای صنعتی را بهینه کرد و آب را خنک کرد. این روش خنک کردن به دلیل کارایی بالا و مصرف انرژی کم، یکی از گزینه‌های محبوب برای صنایع مختلف است.
کاربردهای برج خنک کننده خشک
در این بخش، به موارد استفاده از برج های خنک کننده خشک و صنایعی که از این فناوری بهره می‌برند اشاره می‌کنیم. از صنایع خوراکی گرفته تا نیروگاه‌ها و صنایع پتروشیمی، تمامی کاربردهای این دستگاه ها مورد بحث قرار خواهند گرفت.
- صنایع پتروشیمی
برج خنک کننده خشک در صنایع پتروشیمی برای خنک کردن آب استفاده می‌شود که در فرآیندهای تولیدی به کار می‌رود. با استفاده از برج خنک کننده خشک، می‌توان دمای آب را به حداقل رساند و از آب با کیفیت بالا استفاده کرد.
برج خنک کننده خشک در صنایع فولاد برای خنک کردن آب استفاده می‌شود که در فرآیندهای تولیدی به کار می‌رود. با استفاده از برج خنک کننده خشک، می‌توان دمای آب را به حداقل رساند و از آب با کیفیت بالا استفاده کرد.
- صنایع خودروسازی
برج خنک کننده خشک در صنایع خودروسازی برای خنک کردن آب استفاده می‌شود که در فرآیندهای تولیدی به کار می‌رود. با استفاده از برج خنک کننده خشک، می‌توان دمای آب را به حداقل رساند و از آب با کیفیت بالا استفاده کرد.
مزایا، اهمیت و اکو – کارآمدی
در این بخش، دلایلی که برج خنک کننده خشک را به یک انتخاب محبوب در میان صنایع مختلف تبدیل کرده است را شرح خواهیم داد. موضوعاتی چون صرفه جویی در مصرف آب، کاهش هزینه‌های نگهداری و عملیاتی، و برتری‌های زیست محیطی آن به تفصیل مورد تحلیل قرار خواهند گرفت.
مزایای برج خنک کننده خشک
برج خنک کننده خشک از کارایی بالایی برخوردار است و می‌تواند به صورت موثر حرارت را از آب یا فرایندهای دیگری که نیاز به خنک کردن دارند، جذب کند.
- صرفه جویی در مصرف آب
برج خنک کننده خشک از آب سرد برای خنک کردن آب استفاده می‌کند، اما در مقایسه با برج خنک کننده مبدل حرارتی، مصرف آب آن کمتر است. برای مثال، برای خنک کردن ۱۰۰ گالن آب به دمای ۸۵ درجه فارنهایت، برج خنک کننده خشک تنها ۳ گالن آب مصرف می‌کند، در حالی که برای خنک کردن همان مقدار آب با برج خنک کننده مبدل حرارتی، حدود ۲۰ گالن آب مصرف می‌شود.
- کاهش هزینه های انرژی
برج خنک کننده خشک باعث کاهش هزینه‌های انرژی می‌شود، زیرا از پمپ کمتری برای پمپاژ آب استفاده می‌کند. همچنین، با توجه به این که برای خنک کردن آب از هوا استفاده می‌شود، هیچ نیازی به سرمایش هوا نیست، که باعث کاهش هزینه‌های انرژی می‌شود. در نهایت می‌توان گفت که برج خنک کننده خشک می‌تواند هزینه‌های انرژی را کاهش داده و بهبود کارایی سیستم خنک کننده را فراهم نماید.
این نوع برج خنک کننده می‌تواند برای مختلف اندازه‌ها و نیازهای صنعتی مورد استفاده قرار بگیرد؛ بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که این نوع از کولینگ تاوررها، انعطاف پذیری بالایی دارد.
برج خنک کننده خشک با نگهداری مناسب و تعمیرات منظم، می‌تواند عمر طولانی داشته باشد و هزینه‌های نگهداری را کاهش دهد.
- کاهش آلودگی هوا
برج خنک کننده خشک باعث کاهش آلودگی هوا می‌شود، زیرا هیچ گونه آلاینده‌ای در آب استفاده شده وجود ندارد. در مقابل، برای خنک کردن آب با استفاده از برج خنک کننده مبدل حرارتی، از آب شهری استفاده می‌شود که ممکن است حاوی آلاینده‌های شیمیایی باشد. بنابراین با کاهش مصرف آب و انرژی، برج خنک کننده خشک می‌تواند اثرات مخرب بر محیط زیست را کاهش داده و به حفظ محیط زیست کمک کند.
- کاهش فضای لازم برای نصب
برج خنک کننده خشک نسبت به برج خنک کننده مبدل حرارتی فضای کمتری برای نصب نیاز دارد، زیرا برای خنک کردن آب از هوا استفاده می‌شود و نیازی به مبدل حرارتی نیست.
با توجه به ویژگی‌هایی که در بالا ذکر شد، برج خنک کننده خشک یکی از گزینه‌های مناسب برای صنایع مختلف است که می‌تواند بهبود کارایی و صرفه‌جویی در منابع را فراهم کند.
چالش ها و راه حل ها در مورد برج خنک کننده خشک
علی‌رغم مزایای بسیار، برج های خنک کننده خشک چالش‌های خاص خود را دارند. در این بخش به معضلاتی از قبیل افزایش دما در آب و هوای گرم یا هزینه های اولیه بالا و روش هایی برای مقابله با این چالش‌ها می‌پردازیم.
چالش‌هایی که ممکن است در استفاده از برج خنک کننده خشک وجود داشته باشد عبارتند از:
- تأمین هوا: یکی از چالش‌های اصلی برج خنک کننده خشک، تأمین هوای خنک کننده است. در برخی موارد، ممکن است هوای خنک کننده کافی در دسترس نباشد که می‌تواند باعث کاهش کارایی برج خنک کننده خشک شود.
- تأمین آب: برای عملکرد بهینه برج خنک کننده خشک، نیاز به مقدار زیادی آب دارد. تأمین و مدیریت منابع آب می‌تواند یک چالش مهم باشد.
- نگهداری و تعمیرات: برای حفظ عملکرد بهینه، برج خنک کننده خشک نیاز به نگهداری و تعمیرات منظم دارد. این موضوع نیازمند هزینه‌های مالی و منابع انسانی است.
راه حل‌های ممکن برای مدیریت چالش‌های برج خنک کننده خشک عبارتند از:
- بهینه سازی استفاده از هوا: استفاده از سیستم‌های تهویه مناسب و بهینه می‌تواند کمک کننده باشد تا هوای خنک کننده به صورت کافی در دسترس باشد.
- مدیریت مصرف آب: استفاده از سیستم‌های بازیافت آب و کاهش ضایعات می‌تواند کمک کننده باشد تا مصرف آب به حداقل برسد.
- برنامه ریزی نگهداری و تعمیرات: برنامه‌ریزی منظم برای نگهداری و تعمیرات می‌تواند کمک کننده باشد تا عمر مفید برج خنک کننده خشک افزایش یابد و هزینه‌های ناشی از خرابی‌ها کاهش یابد.
با این راه حل‌ها، می‌توان بهبود عملکرد و کارایی برج خنک کننده خشک را بهبود داد و چالش‌های مرتبط با آن را کاهش داد.
۴ مزیت برج خنک کننده خشک (مدار بسته) نسبت به نوع تر (مدار باز)
مزایای برج خنک کننده خشک به برج خنک کننده تر عبارتند از:
- در برج خنک کننده مدار بسته (خشک) مصرف آب وجود ندارد، در حالی که در نوع مدار باز یا همان تبخیری (تر) به علت بخار شدن بخشی از آب به خاطر در هم آمیختن آب با هوا، بایستی آب تازه‌ای جایگزین آن شود تا مدار همواره پر از آب باشد.
- همانطور که می‌دانید، اکثر مناطق کشورمان دارای آب و هوای گرم و خشک و یا نیمه خشک است و در اکثر مناطق با کمبود آب مواجه هستیم. با توجه به اینکه مصرف آب در برج‌های تبخیری قابل توجه است، استفاده از آن در این مناطق توصیه نمی‌شود. از طرفی نیز راندمان نوع تبخیری یا همان مدار باز در مناطق با آب و هوای مرطوب نیز به علت کاهش راندمان و توان خنک کاری سیستم، پیشنهاد نمی‌شود. بنابرین در مناطق با آب و هوای خشک و اماکنی که با کمبود آب مواجه هستند و نیز مناطق با آب و هوای مرطوب، استفاده از برج خنک کننده مدار بسته (خشک) پیشنهاد می‌شود.
- آلودگی، رسوب و خوردگی برج خنک کننده خشک (مدار بسته) بسیار کمتر از نوع تبخیری (مدار باز) است زیرا در نوع تبخیری، آبگرم به صورت آزادانه با هوای درون برج تبادل گرمایی انجام داده و محیطی مرطوب و گرم و مستعد رشد باکتری را فراهم می‌آورد. در ضمن کل آب مدار آن باید به صورت دوره‌ای جهت گندزدایی تعویض و مواد شیمیایی به آن افزوده شود.
- چون سیال داغ درون لوله‌ها و در مسیری بسته حرکت می‌کند، به جای آبگرم، هر نوع سیال دیگری مانند مبرد (گاز فریون) یا هر نوع سیالی در صنعت که نیاز به خنک شدن دارد، می‌تواند در این نوع از برج‌ها جاری شده و توسط هوایی که با فن‌ها دمیده می‌شود، خنک گردد. در حالی که در برج های مدار باز فقط می‌توان آبگرم را خنک نمود.
افزایش راندمان برج خنک کننده خشک
برج های خنک کن خشک یکی از متداولترین و پرکاربردترین برج ها در نیروگاه‌ها در مناطق خشک و کم آب می‌باشند که در آن از نیروی شناوری ناشی از اختلاف چگالی هوای سرد بیرون و هوای گرم و مرطوب داخل جهت جریان طبیعی هوا استفاده می‌شود. بنابراین شرایط اقلیمی منطقه تاثیرات بسیاری بر عملکرد این نوع برج ها خواهد داشت.
از جمله مؤثرترین عوامل می‌توان به وزش باد اشاره کرد که باعث ایجاد تاثیرات نامطلوبی بر عملکرد حرارتی برج می‌گردد. این عامل جریان گردابه‌ای در اطراف رادیاتورها ایجاد می‌کند. همچنین باعث تولید نیروهایی در جهت خلاف نیروی شناوری هوای درون برج در دهانه خروجی می‌گردد که موجبات خفگی برج را ایجاد می‌کند. بنابراین تحت این شرایط مکش برج کاهش و در ادامه، دمای آب خروجی افزایش و راستای خطوط جریان هوا از محدوده طراحی خارج می‌گردد که به دنبال آن خلاء کندانسور شکسته و راندمان توربین به شدت کاهش می‌یابد.
روشی که دراین بخش برای بهبود راندمان برج خنک کننده خشک در این شرایط مورد بررسی قرار گرفته است، استفاده از کلاهک دوار در دهانه خروجی برج می‌باشد. این کلاهک همانند یک باد سنج جهت باد را تشخیص و با استفاده از نیروی وارد شده از طرف باد به بازوی خود رو به جریان دوران می‌نماید که به خاطر حالت آیرودینامیکی ویژه، همانند یک مکنده خودکار در دهانه خروجی عمل کرده و با بهره‌گیری از پدیده جدایش لایه مرزی، مکش را مضاعف و مشکلات بیان شده را تاحد فراوانی برطرف می‌کند.
مقایسه کولینگ تاور خشک و ایرکولر
کولینگ تاور خشک از نظر عملکرد مشابه ایرکولر است، با این تفاوت که برج خنک کن خشک در بسیاری از موارد به صورت بتنی و یا در ابعاد بزرگ ساخته می‌شود. برج خنک کن خشک، در حال حاضر بیشتر در نیروگاه‌ها کاربرد دارد. بدنه برج خنک کننده خشک کاملاً شبیه یک برج خنک کننده معمولی است که به جای پکینگ، یک کویل در داخل آن قرار می‌گیرد. فن در قسمت بالایی قرار دارد و هوا را از قسمت پایین مکیده و از روی کویل ها عبور می‌دهد تا آب جاری در کویل ها خنک شود.
یک برج خنک کننده خشک می تواند آب موجود در کویل ها را تا ۵ درجه بالاتر از دمای خشک خنک کند. کویل های مورد استفاده در برج خنک کننده خشک از لوله های مسی معمولی و فاقد فین دار می باشد، اما ساختار دستگاه کاملا شبیه برج خنک کننده مدار بسته بوده و فقط آب روی کویل ها پاشیده نمی شود.
اما در کولر هوایی یا درای کولر، هیچ بدنه ای مانند برج خنک کننده خشک وجود ندارد، بلکه فن در قسمت بالا در حلقه آن قرار می گیرد و فقط بدنه کوچکی در اطراف کویل ها وجود دارد و کولر هوا از پایین کاملا باز است. کویل های کولر هوا از لوله های پره دار ساخته شده اند و انتقال حرارت بسیار خوبی دارند. در مقایسه با برج خنک کننده خشک و ایرکولر می توان به این نکته اشاره کرد که کولرهای هوا دمای مایع را از دمای بالا تا دمای نزدیک به دمای محیط خشک خنک می‌کنند و گاهی اوقات مایعی که در داخل کویل جریان دارد در فاز بخار است که خنک می‌شود. به مایع می‌رسد و به آن کولر هوای مایع دو فاز می‌گویند.
تفاوت اصلی بین برج خنک کننده خشک و ایرکولر در ساختار دستگاه و نوع کویل های مورد استفاده می‌باشد. به این صورت که از کویل ها ی فین دار در کولر هوا و از کویل های لوله ساده در برج خنک کننده خشک استفاده می گردد.
معمولاً استفاده از برج خنک کننده خشک زمانی که در فصول گرم به عنوان برج خنک کننده مدار بسته کار می‌کند و در فصول سرد با بستن آب در مدار دوم به عنوان برج خنک کننده خشک کار می کند، زیرا در فصول سرد، برج خنک کننده خشک کار می‌کند. هوای محیط کاهش می یابد و امکان رسیدن به دمای مورد نیاز وجود دارد در واقع این برج خنک کننده دارای کاربری دوگانه می باشد.
قیمت برج خنک کننده خشک
قیمت برج خنک کننده خشک ممکن است بسته به اندازه، نوع و ویژگی های خاص آن متغیر باشد. عوامل زیر ممکن است بر قیمت برج خنک کننده خشک تأثیر بگذارند:
- اندازه و ظرفیت: برج های خنک کننده خشک، در اندازه ها و ظرفیت های مختلفی موجود هستند. برج های بزرگ تر و با ظرفیت بیشتر معمولاً قیمت بالاتری دارند.
- مواد ساخت: استفاده از مواد ساخت مختلفی مانند فولاد ضدزنگ، آلومینیوم، پلاستیک و فیبرگلاس نیز می تواند بر قیمت برج خنک کننده خشک تأثیر بگذارد.
- قابلیت ها و ویژگی ها: ویژگی های اضافی مانند سیستم های کنترل خودکار، کیفیت عایق ها، وجود سیستم های حفاظتی و … ممکن است قیمت را افزایش دهد.
- نوع استفاده: برج خنک کننده خشک ها برای مصارف صنعتی، تجاری یا مسکونی ممکن است متفاوت باشند و این نیز می تواند بر قیمت آنها تأثیر بگذارد.
- محل تولید: محصولاتی که در مناطق با هزینه تولید پایین تر تولید می شوند ممکن است قیمت مناسب تری داشته باشند.
- شرکت سازنده: شرکت های مختلفی برج های خنک کننده خشک تولید می کنند و قیمت ها ممکن است بسته به شرکت سازنده متفاوت باشند.
به طور کلی، قیمت برج خنک کن خشک می تواند از چند هزار دلار تا چندین صد هزار دلار (یا حتی بیشتر) متغیر باشد. برای دقیق ترین اطلاعات در مورد قیمت و ویژگی های خاص برج خنک کننده خشک، توصیه می شود با تولیدکنندگان متخصص و باتجربه در زمینه تولید برج های خنک کننده خشک تماس گرفته و مشاوره های لازم را بگیرید.
نتیجه گیری
در خاتمه، با جمع بندی اطلاعات ارائه شده طی مقاله، نقش برج خنک کننده خشک در صنایع مدرن و اهمیت آن در تحقق اهداف پایداری و کاهش مصرف منابع را مورد تاکید قرار می دهیم. همچنین یادآور می شویم که باید چشم انداز آینده و پتانسیل های تکنولوژیکی در این حوزه را به دقت مورد بررسی قرار داد.
