چیست برج خنک کننده تابعی طبیعی
برج خنک‌سازی طبیعی نوعی مبدل حرارتی است که با تماس مستقیم آب با هوا، آب را خنک می‌کند. این برج در نیروگاه‌ها، پالایشگاه‌های نفت، پتروشیمی و پالایشگاه‌های گاز طبیعی برای حذف گرما از سیستم آب گردشی استفاده می‌شود. برج خنک‌سازی طبیعی بر اصل جریان همرفت تکیه می‌کند تا جریان هوا را بدون نیاز به پرهای هوایی یا دستگاه‌های مکانیکی دیگر فراهم کند. جریان هوا توسط تفاوت چگالی بین هوا گرم و مرطوب داخل برج و هوا سرد و خشک محیط اطراف برج ایجاد می‌شود.
برج خنک‌سازی طبیعی چگونه عمل می‌کند؟
اصول کاری اساسی برج خنک‌سازی طبیعی در نمودار زیر نشان داده شده است:
اجزاء اصلی برج خنک‌سازی طبیعی عبارتند از:
ورودی آب گرم: این قسمت محل ورود آب گرم از سیستم یا م.Condenser به بالای برج است. ورودی آب گرم به مجموعه‌ای از پاشنده‌ها متصل است که آب را روی مواد پرکن پاشیده می‌کنند.
مواد پرکن: این مواد پُر سوراخ هستند که سطح زیادی برای انتقال حرارت بین آب و هوا فراهم می‌کنند. مواد پرکن می‌توانند از چوب، پلاستیک، فلز یا سرامیک ساخته شده باشند. مواد پرکن می‌توانند به صورت نوارهای پاش، شبکه‌ها یا بسته‌های فیلمی تنظیم شوند.
مخزن آب سرد: این قسمت محل جمع آوری آب خنک شده در پایین برج است. مخزن آب سرد دارای شیر دوخت و پمپی است که آب را به سیستم یا م.Condenser بازگرداند.
ورودی هوا: این قسمت محل ورود هوا تازه به برج در پایین آن است. ورودی هوا می‌تواند باز یا بسته باشد، بسته به طراحی برج.
خروجی هوا: این قسمت محل خروج هوا گرم و مرطوب از بالای برج است. خروجی هوا می‌تواند دیفیوزر یا استک داشته باشد تا جریان هوا را افزایش دهد.
فرآیند خنک‌سازی آب در برج خنک‌سازی طبیعی شامل دو مکانیزم اصلی است: انتقال حرارت معقول و انتقال حرارت پنهان.
انتقال حرارت معقول: این زمانی است که حرارت از آب گرم به هوا سرد با تماس مستقیم منتقل می‌شود. به عنوان نتیجه، دمای هر دو مایع تغییر می‌کند، اما فاز آن‌ها تغییر نمی‌کند. انتقال حرارت معقول به عواملی مانند تفاوت دما، دبی جریان و سطح تماس بستگی دارد.
انتقال حرارت پنهان: این زمانی است که حرارت از آب گرم به هوا سرد با تبخیر منتقل می‌شود. به عنوان نتیجه، بخشی از آب فاز خود را از مایع به بخار تغییر می‌دهد، در حالی که حرارت از محیط اطراف جذب می‌کند. انتقال حرارت پنهان به عواملی مانند نسبت رطوبت، فشار بخار و ضریب انتقال جرم بستگی دارد.
ترکیب انتقال حرارت معقول و پنهان آب را خنک و هوا را گرم می‌کند. آب خنک شده به مخزن آب سرد در پایین می‌ریزد، در حالی که هوا گرم شده به خروجی هوا در بالا به دلیل شناوری بالا می‌رود. اثر شناوری یک جریان هوا طبیعی ایجاد می‌کند که هوا تازه را از ورودی هوا جذب می‌کند و چرخه مداومی از خنک‌سازی را ایجاد می‌کند.
انواع برج‌های خنک‌سازی طبیعی چه هستند؟
برج‌های خنک‌سازی طبیعی می‌توانند بر اساس ساختارشان به دو نوع تقسیم‌بندی شوند:
برج‌های خنک‌سازی طبیعی جریان مخالف: در این برج‌ها، آب به سمت پایین و هوا به سمت بالا در جهات مخالف حرکت می‌کنند. این امر امکان تفاوت دمای بالاتر و کارایی خنک‌سازی بالاتر را فراهم می‌کند. با این حال، این برج‌ها نیاز به ارتفاع بیشتر و تعداد بیشتر پاشنده‌ها دارند.
برج‌های خنک‌سازی طبیعی جریان متقاطع: در این برج‌ها، آب به سمت پایین و هوا به صورت افقی در جهات عمود بر هم حرکت می‌کنند. این امر امکان ارتفاع کمتر و تعداد کمتر پاشنده‌ها را فراهم می‌کند. با این حال، این برج‌ها دارای تفاوت دمای کمتر و کارایی خنک‌سازی کمتری نسبت به برج‌های جریان مخالف هستند.
جدول زیر برخی از مزایا و معایب هر نوع را خلاصه می‌کند:
نوع |
مزایا |
معایب |
جریان مخالف |
تفاوت دمای بالاتر کارایی خنک‌سازی بالاتر توزیع بهتر آب کمتر آسیب‌پذیری نسبت به یخ زدن |
ارتفاع بیشتر هزینه بالاتر تعداد بیشتر پاشنده‌ها آسیب‌پذیری نسبت به رسوب‌گذاری |
| جریان متقاطع | ارتفاع کمتر هزینه کمتر تعداد کمتر پاشنده‌ها کمتر آسیب‌پذیری نسبت به رسوب‌گذاری | تفاوت دمای کمتر کارایی خنک‌سازی کمتر توزیع ضعیف‌تر آب بیشتر آسیب‌پذیری نسبت به یخ زدن |
شکل زیر تفاوت بین برج‌های خنک‌سازی طبیعی جریان مخالف و متقاطع را نشان می‌دهد:
برج‌های خنک‌سازی طبیعی در کدام کاربردها استفاده می‌شوند؟
برج‌های خنک‌سازی طبیعی معمولاً برای کاربردهایی که نیاز به موارد زیر دارند ترجیح داده می‌شوند:
ظرفیت خنک‌سازی بزرگ و ثابت در طول سال‌های متوالی
هزینه‌های عملیاتی و نگهداری کم
سطح نویز و مصرف انرژی کم
مقاومت بالا در برابر بارهای بادی و فرسودگی
برخی از نمونه‌های کاربردهایی که از برج‌های خنک‌سازی طبیعی استفاده می‌کنند عبارتند از:
نیروگاه‌های حرارتی که از زغال، نفت، گاز یا سوخت هسته‌ای برای تولید برق استفاده می‌کنند
پالایشگاه‌های نفت که نفت خام را به محصولات مختلفی مانند بنزین، دیزل و سوخت هواپیما تبدیل می‌کنند
پتروشیمی‌هایی که مواد شیمیایی را از مواد اولیه نفت یا گاز طبیعی تولید می‌کنند
پالایشگاه‌های گاز طبیعی که گاز طبیعی را به گاز طبیعی مایع (LNG)، گاز طبیعی فشرده (CNG) یا محصولات دیگر تبدیل می‌کنند
مزایا و معایب برج‌های خنک‌سازی طبیعی چیست؟
برخی از مزایای برج‌های خنک‌س
