Какво е охладителна кула с естествено извличане?

Естествената токова кула е вид разменник на топлина, който охлажда водата чрез директен контакт с въздуха. Използва се в електроцентрали, нефтни рафинерии, петрохимически заводи и заводи за природен газ, за да се премахне излишната топлина от циркулиращата водна система. Естествената токова кула разчита на принципа на конвективния поток, за да осигури циркулация на въздуха, без нужда от вентилатори или други механични устройства. Потокът на въздуха се задвижва от разликата в плътността между топлия и влажния въздух в кулата и по-студения и по-сухия околен въздух извън кулата.

Как работи естествената токова кула?

Основният принцип на работа на естествената токова кула е илюстриран в следващата диаграма:

Основните компоненти на естествената токова кула са:

• Вход за гореща вода: Тук горещата вода от системата или кондензатора влиза в кулата отгоре. Входът за гореща вода е свързан с серия от насадки, които разпръскват водата над напълнителния материал.

• Напълнителен материал: Това е порест материал, който предоставя голяма повърхностна площ за трансфер на топлина между водата и въздуха. Напълнителният материал може да бъде направен от дърво, пластмаса, метал или керамика. Напълнителният материал може да бъде подреден по различни начини, като бруйни ленти, решетки или филмови пакети.

• Резервоар за студена вода: Тук се събира охладената вода в долната част на кулата. Резервоарът за студена вода има клапа за изтичане и помпа, която рециркулира водата обратно към системата или кондензатора.

• Вход за въздух: Тук влизат пресния въздух в кулата от основата. Входът за въздух може да бъде отворен или затворен, в зависимост от конструкцията на кулата.

• Изход за въздух: Тук топлият и влажен въздух излиза от кулата отгоре. Изходът за въздух може да има дифузор или комин, за да се засили потокът на въздух.

Процесът на охлаждане на водата в естествената токова кула включва два основни механизма: трансфер на явна топлина и трансфер на скрита топлина.

• Трансфер на явна топлина: Това е, когато топлината се прехвърля от горещата вода към студения въздух чрез директен контакт. В резултат, температурата на двата флуида се променя, но не и техните фази. Трансферът на явна топлина зависи от фактори като температурната разлика, скоростта на потока и повърхностната площ на контакта.

• Трансфер на скрита топлина: Това е, когато топлината се прехвърля от горещата вода към студения въздух чрез испаряване. В резултат, част от водата променя фазата си от течна в пара, докато поглъща топлина от околната среда. Трансферът на скрита топлина зависи от фактори като относителната влажност, парното налягане и коефициента на масов трансфер.

Комбинацията от трансфер на явна и скрита топлина охлажда водата и нагрява въздуха. Охладената вода пада в резервоара за студена вода, докато нагретият въздух се издига към изхода за въздух поради плаваемост. Ефектът на плаваемостта създава естествен поток, който вдъхва повече пресен въздух в входа за въздух, създавайки непрекъснат цикъл на охлаждане.

Какви са видовете естествени токови кули?

Естествените токови кули могат да бъдат класифицирани на два вида според техния конфигурация:

• Естествени токови кули с противоположен поток: В тези кули водата тече надолу, а въздухът се движи нагоре в противоположни посоки. Това позволява по-голяма температурна разлика и по-висока ефективност на охлаждане. Обаче, тези кули изискват повече височина и повече разпръскващи насадки от кули с перпендикулярни потоци.

• Естествени токови кули с перпендикулярни потоци: В тези кули водата тече надолу, а въздухът се движи хоризонтално в перпендикулярни посоки. Това позволява по-ниска височина и по-малко разпръскващи насадки от кули с противоположен поток. Обаче, тези кули имат по-ниска температурна разлика и по-ниска ефективност на охлаждане от кули с противоположен поток.

Следващата таблица обобщава някои от предимствата и недостатъците на всеки вид:

| Перпендикулярни потоци | По-ниска височина По-ниска цена По-малко разпръскващи насадки Малко подвержен на образуване на накип | По-ниска температурна разлика По-ниска ефективност на охлаждане Лошо разпределение на водата Подвержен на замръзване |

Следващата фигура показва разликата между естествените токови кули с противоположен поток и перпендикулярни потоци:

Какви са приложенията на естествените токови кули?

Естествените токови кули се предпочитат за приложения, които изискват:

• Голяма и постоянна капацитет за охлаждане през много години

• Ниски операционни и поддръжкови разходи

• Ниски шумови равнища и потребителски мощности

• Висока устойчивост към ветрови товари и корозия

Някои примери за приложения, които използват естествени токови кули, са:

• Термични електроцентрали, които използват въглище, нефтен продукт, газ или ядрено гориво за производство на електричество

• Нефтни рафинерии, които обработват суров нефт в различни продукти като бензин, дизел, реактивно гориво и т.н.

• Петрохимически заводи, които произвеждат химикали от нефтени или природен газови суровини

• Заводи за природен газ, които обработват природен газ в течен природен газ (LNG), компресиран природен газ (CNG) или други продукти

Какви са предимствата и недостатъците на естествените токови кули?

Някои от предимствата на естествените токови кули са:

• Не изискват вентилатори или други механични устройства за индукция на поток на въз