Ano ang Isang Cooling Tower na Natural Draft?

Ang isang cooling tower na natural draft ay isang uri ng heat exchanger na nag-cool ng tubig sa pamamagitan ng direktang kontak sa hangin. Ginagamit ito sa mga power plants, oil refineries, petrochemical plants, at natural gas plants upang alisin ang labis na init mula sa circulating water system. Ang cooling tower na natural draft ay nakasalalay sa prinsipyong convective flow upang magbigay ng air circulation, nang hindi kailangan ng fans o iba pang mechanical devices. Ang airflow ay pinapatakbo ng pagkakaiba-iba ng density ng mainit at basa na hangin sa loob ng tower at mas malamig at tuyo na ambient air sa labas ng tower.

Paano Gumagana ang Cooling Tower na Natural Draft?

Ang pangunahing prinsipyong ginagamit ng cooling tower na natural draft ay ipinapakita sa sumusunod na diagrama:

Ang pangunahing komponente ng cooling tower na natural draft ay:

• Hot water inlet: Ito ang lugar kung saan pumapasok ang mainit na tubig mula sa sistema o condenser sa tuktok ng tower. Ang hot water inlet ay konektado sa serye ng mga nozzle na nag-spray ng tubig sa ibabaw ng fill material.

• Fill material: Ito ay isang poroso na materyal na nagbibigay ng malaking surface area para sa heat transfer sa pagitan ng tubig at hangin. Ang fill material ay maaaring gawa sa kahoy, plastic, metal, o ceramic. Ang fill material ay maaaring ma-arrange sa iba't ibang paraan, tulad ng splash bars, grids, o film packs.

• Cold water basin: Ito ang lugar kung saan nagsasama ang nainit na tubig sa ilalim ng tower. Ang cold water basin ay may drain valve at pump na nag-recirculate ng tubig pabalik sa sistema o condenser.

• Air inlet: Ito ang lugar kung saan pumapasok ang fresh air sa base ng tower. Ang air inlet ay maaaring bukas o sarado, depende sa disenyo ng tower.

• Air outlet: Ito ang lugar kung saan lumalabas ang mainit at basa na hangin sa tuktok ng tower. Ang air outlet ay maaaring may diffuser o stack upang mapataas ang airflow.

Ang proseso ng pag-cool ng tubig sa cooling tower na natural draft ay kasama ang dalawang pangunahing mekanismo: sensible heat transfer at latent heat transfer.

• Sensible heat transfer: Ito ay nangyayari kapag ang init ay inilipat mula sa mainit na tubig sa malamig na hangin sa pamamagitan ng direktang kontak. Bilang resulta, ang temperatura ng parehong fluid ay nagbabago, ngunit hindi ang kanilang phase. Ang sensible heat transfer ay nakadepende sa mga factor tulad ng temperature difference, flow rate, at surface area ng contact.

• Latent heat transfer: Ito ay nangyayari kapag ang init ay inilipat mula sa mainit na tubig sa malamig na hangin sa pamamagitan ng evaporation. Bilang resulta, ang ilang bahagi ng tubig ay nagbabago ng phase mula liquid to vapor, habang nasa proseso ng pag-absorb ng init mula sa paligid. Ang latent heat transfer ay nakadepende sa mga factor tulad ng humidity ratio, vapor pressure, at mass transfer coefficient.

Ang kombinasyon ng sensible at latent heat transfer ay nag-cool down ng tubig at nag-heating ng hangin. Ang nainit na tubig ay bumaba sa cold water basin, samantalang ang nainit na hangin ay tumataas sa air outlet dahil sa buoyancy. Ang epekto ng buoyancy ay lumilikha ng natural draft na humahila ng mas maraming fresh air sa air inlet, naglilikha ng continuous cycle ng cooling.

Ano ang Mga Uri ng Cooling Towers na Natural Draft?

Ang cooling towers na natural draft ay maaaring ikategorya sa dalawang uri batay sa kanilang configuration:

• Counterflow natural draft cooling towers: Sa mga tower na ito, ang tubig ay nag-flow pababa, at ang hangin ay nag-flow pataas sa opposite directions. Ito ay nagbibigay ng mas mataas na temperature difference at mas mataas na cooling efficiency. Gayunpaman, ang mga tower na ito ay nangangailangan ng mas mataas na height at mas maraming spray nozzles kaysa sa crossflow towers.

• Crossflow natural draft cooling towers: Sa mga tower na ito, ang tubig ay nag-flow pababa, at ang hangin ay nag-flow horizontally sa perpendicular directions. Ito ay nagbibigay ng mas mababang height at mas kaunti na spray nozzles kaysa sa counterflow towers. Gayunpaman, ang mga tower na ito ay may mas mababang temperature difference at mas mababang cooling efficiency kaysa sa counterflow towers.

Ang sumusunod na table ay sumarili ng ilang mga advantages at disadvantages ng bawat uri:

| Crossflow | Mas mababang height Mas mababang cost Mas kaunting spray nozzles Mas kaunti ang prone sa scaling | Mas mababang temperature difference Mas mababang cooling efficiency Mas masamang distribution ng tubig Mas prone sa freezing |

Ang sumusunod na figure ay nagpapakita ng pagkakaiba ng counterflow at crossflow natural draft cooling towers:

Ano ang Mga Application ng Cooling Towers na Natural Draft?

Ang cooling towers na natural draft ay karaniwang pinili para sa mga application na nangangailangan ng:

• Malaking at constant na cooling capacity sa loob ng maraming taon

• Mababang operational at maintenance costs

• Mababang noise level at power consumption

• Mataas na resistance sa wind loadings at corrosion

Ang ilang halimbawa ng mga application na gumagamit ng cooling towers na natural draft ay:

• Thermal power plants na gumagamit ng coal, oil, gas, o nuclear fuel upang bumuo ng electricity

• Oil refineries na nagproseso ng crude oil upang maging iba't ibang produkto tulad ng gasoline, diesel, jet fuel, etc.

• Petrochemical plants na bumubuo ng chemicals mula sa petroleum o natural gas feedstocks

• Natural gas plants na nagproseso ng natural gas upang maging liquefied natural gas (LNG), compressed natural gas (CNG), o iba pang produkto

Ano ang Mga Advantages at Disadvantages ng Cooling Towers na Natural Draft?

Ang ilang mga advantages ng cooling towers na natural draft ay:

• Hindi sila nangangailangan ng fans o iba pang mechanical devices upang i-induce ang airflow, kaya nagbabawas ng power at noise

• May mababang operational at maintenance costs, dahil may kaunti silang moving parts at wear and tear

• May mababang system losses, dahil nawawala lang sila ng less than 1% ng total water flow dahil sa evaporation

• May malaking cooling capacity, dahil kaya silang handle ng malaking amount ng water flow

• Walang recirculation ng hangin, dahil may mataas na stack outlet na nagpaprevent ng warm air mula sa re-entering ng tower

Ang ilang mga disadvantages ng cooling towers na natural draft ay:

• Nangangailangan ng malaking initial capital investment, dahil mahal silang construct at install

• Nangangailangan ng malaking area, dahil may wide base at tall height

• Mahirap makakuha ng planning permission, dahil may negative aesthetic impact sa local area

• Ang performance ay nakadepende sa wind velocity at direction, dahil maaaring makaapekto sa airflow at heat transfer

• Susceptible sa