برج خنک کننده یک مبدل حرارتی تخصصی است که در آن آب و هوا به منظور کاهش دمای آب در تماس مستقیم (یا غیر مستقیم) با یکدیگر قرار می گیرند. در حالی که این اتفاق می افتد، مقدار کمی از آب تبخیر می شود و دمای آب در حال گردش از طریق برج خنک کن کاهش می یابد.
آبی که توسط یک فرآیند صنعتی یا در یک کندانسور سیستم تهویه مطبوع گرم شده است، به برج خنک کننده پمپ می شود. آب از طریق نازل‌ها روی سطوح خنک کننده می‌پاشد. وظیفه این سطوح کاهش سرعت جریان آب ؛ افزایش سطح تبادل حرارت بین آب و هوا و افزایش زمان این تبادل حرارت است. هنگامی که آب از میان برج خنک کننده توسط نیروی ثقل به پایین می آید ، در معرض جریان هوا قرار می گیرد که توسط فن موتور الکتریکی از داخل برج به بیرون کشیده می شود.
وقتی آب و هوا در تماس با هم در می آیند، مقدار کمی آب تبخیر می شود، حرارت لازم برای این تبخیر از ملکول های آب در گردش گرفته می شود ودر نتیجه عمل خنک کنندگی آب فرایند رخ می دهد. سپس آب سرد شده به کندانسور یا تجهیزات فرآیندی که در آنجا گرما را جذب کرده بود، پمپ می شود. سپس دوباره این چرخه تکرار می گردد.
انواع برج خنک کننده
همه برج ها برای همه کاربردها مناسب نیستند. برج های خنک کننده در انواع مختلفی طراحی و ساخته می شوند که دارای اندازه های متعددی هستند. درک انواع مختلف، همراه با مزایا و محدودیت های آنها، هنگام تعیین برج مناسب برای یک پروژه مهم است. لیست محصول یک نمای کلی از برج ها را ارائه می دهد تا به شما کمک کند تعیین کنید کدام یک برای برنامه شما مناسب است.
دسته بندی
برجهای خنک کننده به لحاظ نوع تماس آب و هوا به دو گروه برجهای مدار باز و برجهای مدار بسته تقسیم می شوند.
برج ها ار نظر نوع حرکت هوا به دو نوع مکش طبیعی (Natrual draft) و مکش اجباری (Forced draft) دسته بندی می گردند. تقریبا بیش از ۹۰٪ برجهای خنک کننده از نوع برجهای مدار باز مکش اجباری هستند. که خود به گروههای ذیل تقسیم می گردند:
- جریان متقابل (Counter Flow)
- جریان متقاطع (Cross Flow)
در سال های اخیر، بر خلاف گذشته برجهای خنک کننده از نوع جریان متقابل بعلت حجم کمتر و راندمان بهتر مقبولیت بیشتری پیدا کرده اند.
تعاریف
تعاریف مهم و مورد نیاز در برج خنک کننده بشرح ذیل می باشند:
دامنه خنک کنندگی (Range) : کاهش درجه حرارت آب در عبور از برج ( اختلاف بین دمای آب ورودی و خروجی آب) را دامنه خنک کنندگی می نامند.
ظرفیت یک برج خنک کننده را می توان با اندازه گیری از معادله زیر بدست آورد
بار برج (Kw) = دبی آب (L/s) × ۱۹/۴ (Kj/kg °K) × دامنه خنک کنندگی (°K)
تقرب :(Approach) : اختلاف بین دمای آب خروجی از برج و دمای مرطوب هوای ورودی به برج خنک کننده را تقرب می نامند. از نظر تئوریک پایین ترین دمای قابل حصول برای آب در برج خنک کننده ، دمای مرطوب هوای ورودی است،که در این حالت راندمان برج ۱۰۰٪ می شود. با توجه به اینکه عملا راندمان ۱۰۰٪ امکان پذیر نیست و برای رسیدن به دمای مرطوب می بایست از برج خنک کننده خیلی بزرگتر استفاده کرد و اینکار توجیه اقتصادی ندارد، معمولا دمای آب خروجی از برج ۴ الی ۵ درجه سلسیوس بیشتر از دمای مرطوب محیط در نظر گرفته می شود.
آهنگ جریان آب(Water flow rate) : مقدار آب در گردش در واحد زمان را آهنگ جریان آب می نامند.
هدر رفت آب(Water Losses): هدر رفت آب در برجهای خنک کننده بخصوص در مناطق خشک و کم آب دارای اهمیت زیادی است.
هدر رفت آب به موارد زیر بستگی دارد.
- تبخیر (Evaporation)
- فرار قطرات(Drift loss)
- تخلیه هدفمند(Bleed off)
تبخیر :(Evaporation) مقدار تبخیر بطور معمول از رابطه زیر قابل تخمین است:
E=0.0008 (Ti -To)×F
E= مقدار تبخیر بر حسب gpm
To و Ti = دمای آب خروجی و ورودی برحسب °F
F= آهنگ جریان آب بر حسب gpm
فرار قطرات (Drift loss ): میزان فرار قطرات در برجهای خنک کننده پارس اهداف کمتر از ۰۰۲/۰در صد جریان آب در گردش است که حداکثر مقدار آن از رابطه زیر بدست می آید:
D= 0.002× F
D= مقدار فرار قطرات بر حسب gpm یا m3/hr
F= آهنگ جریان آب برحسب gpm یا m3/hr
تخلیه هدفمند (Bleed off): منظور از تخلیه هدفمند آب از برج خنک کننده ، تخلیه پیوسته یا متناوب درصدی از آب در گردش برج برای جلوگیری از افزایش غلظت مواد معدنی حل نشده و سایر ناخالصی های موجود در آب کندانسور است. بدون تخلیه هدفمند غلظت مواد معدنی حل نشده در کندانسور در اثر تبخیر در برج سریعا افزایش می یابد.
میزان تخلیه آب از برج برای حفظ غلظت مواد معدنی در محدوده قابل قبول به دامنه خنک کنندگی برج، آهنگ جریان آب و شرایط اولیه آب بستگی دارد. مقادیر تخلیه پیشنهادی شرکت پارس اهداف برای دامنه های مختلف در جدول زیر داده شده است. برای تعیین مقدار آب تلف شده در اثر تخلیه هدفمند، آهنگ جریان آب را در ضریب داده شده در جدول ضرب نمایید.
| Percent Bleed Off | Cooling Range °F |
| 0.1 | 5 |
| 0.16 | 6.5 |
| 0.21 | 7.5 |
| 0.33 | 10 |
| 0.55 | 15 |
| 0.75 | 20 |
لوله تخلیه آب (Bleed Off) برج بایستی روی لوله آب گرم ورودی به برج خنک کن و در نزدیکی برج نصب شود ، بطوریکه آب تنها موقعی که پمپ کار می کند تخلیه شود.
دیگر انواع برج خنک کننده
