برج خنک کننده یا کولینگ تاور (Cooling Tower) دستگاهی است که گرمای بوجود آمده در فرآیندها، ماشین ها و دستگاه های صنعتی را از آب در حال جریان دریافت و از طریق تبخیر آن را به اتمسفر انتقال می دهد و مجدداً آب خنک را به سیستم برمی گرداند.
نحوه کار برج خنک کننده
برج خنک کننده یک نوع مبدل حرارتی می باشد که از طریق ایجاد تماس بین آب و هوا، شرایط خنک سازی آب داغ را بوجود می آورد. به عبارت دیگر تماس بین آب و هوا، فرآیند تبخیر را به وجود می آورد که انجام این فرایند تبخیر، گرمای ایجاد شده توسط آب داغ را جذب کرده و به فضای خارج از برج، هدایت می کند.
برج‌های خنک کننده، دارای ویژگی ها و مزایای بسیار متنوع و به صرفه ای هستند که در دوره‌های زمانی طولانی چه از لحاظ قیمت و تنوع در ساختار و چه از لحاظ مانایی و قدرت خنک سازی و افزایش راندمان، همواره به عنوان انتخاب اول صاحبان صنایع بیشماری از جمله صنایع نفت، پالایشگاه، پتروشیمی، نیروگاه حرارتی، نیروگاه اتمی، کارخانجات شیمیایی، غذایی، دارویی و... در جهان تبدیل شده اند.
مزایای برج خنک کننده
انواع برج خنک کننده (Cooling Tower Types) از لحاظ مسیر جریان آب و هوا، نحوه ساخت، روش انتقال حرارت و جنس سازه تقسیم بندی می شوند. انتخاب نوع برج خنک کن بر اساس نوع و نیاز واحد بهره بردار انتخاب می گردد.
انواع دیگری از برج خنک کننده بر اساس مسیر جریان هوا و آب نسبت به هم در داخل برج خنک کننده وجود دارد. این تقسیم بندی به صورت زیر می باشد.
کولینگ تاور جریان مخالف
برج خنک کننده جریان مخالف مسیر جریان آب در جهت مخالف مسیر جریان هوا می باشد. معمولاً جریان آب از بالا به پایین و مسیر جریان هوا از پایین رو به بالا است. سیستم توزیع آب در برج خنک کن جریان مخالف معمولاً توسط فشار پمپ و به وسیله نازل صورت می پذیرد.
کولینگ تاور جریان متقاطع
در برج خنک کننده جریان متقاطع مسیر جریان آب و مسیر جریان هوا متقاطع می‌باشد. معمولاً جریان آب از بالا به پایین و مسیر جریان هوا به صورت افقی است.
کولینگ تاور از نظر جریان هوا به موارد زیر دسته‌بندی می‌شوند.
کولینگ تاور جریان طبیعی
برج خنک کننده جریان طبیعی یا اتمسفری فاقد پروانه بوده و از هیچ قطعه‌ای برای به جریان انداختن هوا استفاده نمی‌کند. در این نوع برج، آب در داخل آن فقط اسپری می‌شود و هوا هم به صورت طبیعی جریان پیدا می‌کند.
برج خنک کننده هذلولی
برج خنک کننده هذلولی از نوع جریان طبیعی می‌باشد که از بتن ساخته شده و دارای ابعاد و ارتفاع بسیار بلندی است و معمولاً در نیروگاه‌ها و کارخانجاتی که به آب خنک فراوان احتیاج دارند، استفاده می‌شود.
کولینگ تاور جریان مکانیکی
برج خنک کننده جریان مکانیکی از یک یا چند پروانه برای به جریان درآوردن هوا استفاده می‌نماید. این نوع دستگاه خنک کننده از عملکرد پایداری برخوردار است و کمتر تحت تأثیر باد و شرایط محیطی قرار می‌گیرد.
کولینگ تاور جریان اجباری
برج خنک کننده جریان اجباری از نوع جریان مکانیکی می‌باشد که در این دستگاه پروانه یا پروانه‌ها در قسمت ورودی هوا قرار دارند. سرعت ورود هوا بالا بوده، ولی سرعت خروج هوا پایین می‌باشد که این امر موجب ایجاد ضعف در جلوگیری از گردش مجدد هوا می‌گردد.
کولینگ تاور جریان القایی
برج خنک کننده جریان القایی از نوع جریان مکانیکی است. در این برج خنک کن، پروانه یا پروانه‌ها در قسمت خروجی هوا قرار گرفته و سرعت خروج هوا در ناحیه فن، سرعت بالاتری نسبت به ورود هوا در ناحیه ورود دارد. در این نوع برج به دلیل شکل و مکانیزم کارکرد، امکان گردش مجدد هوا وجود ندارد.
کولینگ تاور جریان مرکب
برج خنک کننده جریان مرکب از انواع برج خنک کننده است که ظاهری شبیه کولینگ تاور جریان طبیعی دارد، ولی ارتقاع آن معمولاً کمتر بوده و درون آن از یک یا چندیدن پروانه برای به جریان انداختن هوا استفاده شده است.
برج خنک کننده هیبریدی
برج خنک کننده هیبریدی نوع دیگری از برج خنک کننده است که در ترکیبی از دو برج خنک کننده خشک و برج خنک کننده مرطوب می‌باشد. در این برج خنک کننده ابتدا آب با دمای بسیار بالا وارد کوئل شده و به وسیله هوای جریان یافته در برج خنک شده و سپس آب بروی سطوح انتقال حرارت پاشیده و مانند برج خنک کن معمولی خنک می‌شود.
یک نوع دیگر تقسیم‌بندی بر اساس مدار جریان آب برای برج‌های خنک کننده وجود دارد. بر این اساس، برج خنک کننده به دو دسته زیر تقسیم‌بندی می‌شوند.
کولینگ تاور مدار باز
برج خنک کننده مدار باز به همان برج خنک کن معمولی گفته می‌شود که آب در هنگام ورد به کولینگ تاور از لوله خارج شده و داخل دستگاه پاشیده می‌شود و با هوا در تماس بوده و به اصطلاح مدار باز است و در تمام مسیر، آب داخل لوله نمی‌باشد.
کولینگ تاور مدار بسته
در داخل برج خنک کننده مدار بسته، کوئل به کار رفته و آب سیستم از درون این کوئل‌ها عبور کرده و خنک می‌شود.
برج خنک کننده فایبرگلاس
برج خنک کننده بر اساس جنس سازه کولینگ تاور به چهار دسته زیر دسته‌بندی شده است.
برج خنک کن یکی از تجهیزات ضروری در صنایع مختلف نیروگاهی، پتروشیمی، پالایشی و … در معرض افزایش دما قرار دارند و خنک کردن آنها برای حفظ عملکرد و افزایش عمر الزامی است به شمار می‌رود. این کار برعهده برج‌های خنک کننده قرار دارد که باید بر حسب نیاز، انواع مختلف برج خنک کننده را اجرایی کرد.
منبع: شرکت بادران تهویه صنعت (طراحی، مهندسی و ساخت انواع برج خنک کننده و تجهیزات تهویه مطبوع)
