برج خنک کننده خشک نیروگاه

برج خنک کننده خشک غیر مستقیم، همان است با این تفاوت که آب خنک شده در این سیستم به صورت غیر مستقیم در فرآیند برای خنک کردن سیال دیگر یا بخار به کار می رود. در اینجا هم همان روابط ترمودینامیکی برج خنک کننده خشک برقرار است و دمای آب خارج شده از برج می تواند تا 5 درجه سانتیگراد بالای دمای خشک خنک شود. استعلام قیمت و نحوه خرید برج خنک کننده فایبرگلاس (به انگلیسی: FRP Cooling Tower) بر مبنای قالب مخروطی، مکعبی و صنعتی، پیش از هر عامل دیگری صورت می پذیرد.

این آب سپس به انواع مبدل ها وارد شده و سیال هدف را خنک می کند. می توان گفت که سیال هدف با توجه به راندمان مبدل حرارتی معمولا تا حدود 8 درجه سانتیگراد بالای دمای خشک خنک خواهد شد. با توجه به اینکه کل فرآیند در سیکل بسته انجام می شود بنابراین هیچ گونه رسوب گذاری نداریم و همینطور به دلیل خشک بودن ، مصرف آب نخواهیم داشت.

برج خنک کننده خشک غیر مستقیم در نیروگاه

بخار خروجی از توربین ابتدا در داخل یک کندانسور توسط آب بعنوان سیال خنک کننده کندانس شده و به مایع تبدیل می گردد. آب گرم وارد برج خنک کننده خشک غیر مستقیم شده، یک سری لوله های پره دار شده و با دمیدن هوا بر روی لوله ها خنک شده و دوباره به سیستم برگردانده می شود.

چون در این سیستم ها از یک سیال واسطه که همان آب است در خنک سازی و تبدیل بخار به مایع در داخل کندانسور استفاده می شود و مستقیماً از هوا استفاده نمی شود، به آن سیستم غیر مستقیم اطلاق می شود.

بسته به نوع کندانسور که در این قبیل سیستم ها مورد استفاده قرار می گیرد، روش خنک سازی خشک غیر مستقیم به سه صورت انجام می شود:

• برج خنک کننده خشک غیر مستقیم با استفاده از کندانسور سطحی
• برج خنک کننده خشک غیر مستقیم با استفاده از کندانسور پاششی (جت یا تماس مستقیم)
• برج خنک کننده خشک غیر مستقیم با استفاده از سیال خنک کننده آمونیاک

الف) در اولین روش که از کندانسور سطخی استفاده می شود، بخار خروجی از توربین وارد کندانسور شده و با عبور از روی لوله های حاوی آب خنک کننده بصورت کندانس در می آید و در اثر انتقال حرارت آب موجود درون لوله ها گرم می گردد. سپس آب گرم خروجی از کندانسور به سمت برج خنک کن خشک غیر مستقیم فرستاده شده و با عبور از یکسری لوله های پره دار و توسط دمیده شدن هوا بصورت طبیعی و یا اجباری سرد می شود.

ب) در دومین روش از کندانسور پاششی یا تماس مستقیم استفاده می شود. در این نوع، بخار خروجی از توربین وارد کندانسور شده و با آب سرد کننده مخلوط می گردد. آب سرد کننده باعث کندانس شدن بخار خروجی از توربین می گردد.

به دلیل ورود هوا از دو طرف برج های خنک کننده جریان متقاطع و بسته بودن دو طرف دیگر، می توان سلول های برج خنک کننده را به صورت مدولار در حالی که فضای کمی اشغال می کنند، در کنار هم و به صورت سری قرار داد.

آب سرد کننده و بخار تقطیر شده در انتهای کندانسور جمع آوری و مقداری از آن توسط پمپ گردشی به برج خنک کننده خشک غیر مستقیم برگردانده شده و در آنجا توسط دمیده شدن هوا سرد می شود. مابقی آب هم به سمت تغذیه آب نیروگاه رفته و به سمت بویلر ها برای تولید بخار فرستاده می شود. این نوع از سیستم خنک کن خشک، نامیده می شود.

ج) در روش سوم از آمونیاک به عنوان سیال خنک کننده در کندانسور استفاده می شود. مایع آمونیاک در حال اشباع دارد کندانسور شده و پس از گرفتن گرمای بخار، به بخار اشباع آمونیاک تبدیل شده و سپس وارد سیستم خنک کننده شده و بصورت مایع در می آید و دوباره به سمت کندانسور پمپ می شود. باید یادآور شویم که این روش خنک سازی در اشل صنعتی چندان مورد استفاده قرار نمی گیرد.

برج خنک کن خشک غیر مستقیم

مزایای کولینگ تاور خشک غیر مستقیم

• در یک برج خنک کن خشک غیر مستقیم برای خنک سازی از هوا استفاده می شود و نیازی به سیال سرد کننده نیست و در نتیجه میزان مصرف آب در مقایسه با سیستم های خنک کننده مرطوب بسیار کمتر است. بنابراین در مناطقی که با مشکلات کمبود آب مواجه هستند استفاده از این سیستم ها توصیه می شود و را به دنبال خواهد داشت.
• در کارخانجاتی که از سیستم خنک سازی خشک استفاده می کنند بدون توجه به دسترسی منابع آبی می توان کارخانه را در هر محلی تاسیس نمود.
• قسمت های مختلف برج خشک قابل تعویض جز به جز می باشد. لذا انتخاب اجزای ارزان قیمت باعث کاهش میزان سرمایه آب گذاری اولیه می شود و به کمک پیشرفت سریع تکنولوژی در دوره های کوتاه می توان برای تعویض اجزا اقدام نمود.
• از آنجایی که سیستم های خشک از آب بعنوان سیال سرد کننده استفاده نمی کنند، پس احتیاج به افزودن مقادیر زیاد مواد شیمیایی جهت تصفیه آب ندارند و همین طور به دوره های تمیزکاری مانند سیستم های مرطوب نیز نیاز نمی باشد.
• سیستم های خنک کننده ی خشک باعث آلودگی منابع آبی نمی گردند که این آلودگی در سیستم های تر شامل آلودگی شیمیایی و آلودگی حرارتی منابع آب می باشد.
• برج خنک کننده خشک غیر مستقیم، اثرات نا مطلوب زیست محیطی مانند تشکیل ابر و بخارات قابل رویت که ناشی از پدیده تبخیر در برج های خنک کننده مرطوب می باشد را ندارد.

معایب کولینگ تاور خشک غیر مستقیم

• در برج خنک کن خشک غیر مستقیم میزان خنک سازی بر مبنای دمای حباب خشک محیط می باشد. یعنی حداقل دمای سیال خنک شده به دمای حباب خشک محیط نزدیک تر می شود. پس از آنجاییکه دمای حباب خشک معمولاً از دمای حباب تر هوا بیشتر است، پس کارایی برج های خشک مخصوصا در روزهای گرم کمتر از است.
• در برج خنک کن خشک غیر مستقیم، چون خلا وجود دارد، نشت هوا یک مشکل اساسی محسوب می شود.
• در برج خنک کن خشک غیر مستقیم از هوا به عنوان سیال خنک کننده استفاده می شود و اساس انتقال حرارت به روش جابجایی است نه تبخیر، پس در مقایسه با سیستم های مرطوب حجم هوای بیشتری از سیستم انتقال داده می شود، یعنی برج های خنک کننده ی خشک احتیاج به سطح انتقال حرارت بیشتری دارد لذا ابعاد آن در مقایسه به برج مرطوب بزرگتر است.

برج خنک کن خشک غیر مستقیم معمولاً بزرگتر و از لحاظ مکانیکی پیچیده تر از سیستم مرطوببرج خنک کننده نیروگاه یک دستگاه در خنک نمودن آب جهت استفاده برای اکثر نیروگاه های تولید برق به شمار می آید که در اصطلاح به آن کولینگ تاور اطلاق میکنند. بسیاری از نیروگاه های کشور به کمک کمپرسور هوا تولید برق انجام می دهند که یک برج خنک کن با هدف تامین آب سرد (دمای 25 درجه) بکار برده می شوند.

دمای خروجی آب از یک برج خنک کننده نیروگاهی عموماً وابسته به محیط اقلیم powerhouse دارد. نتیجتاً این دما در اوج کار یعنی تابستان بین 20 تا 30 درجه سانتیگراد است. لازم به ذکر است بیشترین کاربرد کولینگ تاور به عنوان منبع برودتی یک نیروگاه هوای فشرده زمانی است که شرایط محیطی گرم و خشک باشد.

طرح یک سوال مهم: کدام شهرهای ایران شرایط مساعد تری برای نصب یک برج خنک کننده دارند؟

بزرگترین نیروگاه های کشور در شهرهای اراک، یزد، اصفهان قرار دارند و منبع برودتی و سرمایشی همگی آنان برجهای خنک کننده بتنی است. البته شهرهایی مانند بوشهر، آبادان، ماهشهر و سایر شهرهای جنوبی نیز دارای نیروگاه های بزرگی بوده که بدلیل شرایط رطوبتی بالای محیط، محل مناسبی برای بکارگیری برج خنک کننده نیست. امروزه در بیشتر مناطق کشور با دمای مرطوب پایین برجهای خنک کننده در نیروگاه های آن شهرها دیده می شوند.

نحوه کارکرد برج های خنک کننده نیروگاهی

همانطور که می دانید در یک سیکل هوای فشرده که توسط کمپرسورهای هوا صورت میپذیرد دمای هوا پس از افزایش فشار بالا می رود. بیشتر کمپرسورهای هوا یا حتی ژنراتورهای تولید برق دارای سیکل آب گردش بوده و نیازمند آب با دمای پایین می باشند. آب سرد از یک برج خنک کن توسط پمپ به کندانسورهای ژنراتور هدایت می شود و از آنجا با جذب گرمای هوا توسط مبدل به کولینگ تاور بر می گردد.

آب گرم برگشتی به برج خنک کننده مرتبط با نوع آن (مدار باز یا مداربسته) به روش مستقیم و غیر مستقیم در تماس با هوای محیط قرار می گیرد. حاصل تماس مستقیم آب و هوای خشک و خنک انتقال حرارت و خنک کاری آب است.

همانطور که در شکل بالا واضح است، هوای خشک از قسمت زیر برج خنک کننده به واسطه فن مکنده به داخل کشیده می شود. این هوای مکشی پس از گذر از بخش فیلینگ یا اصطلاحاً پکینگ مدیا در تماس با آب داغ قرار می گیرد.

نتیجه تماس مستقیم آب با هوا تبادل حرارت  بخاطر انتقال جرم (تبخیر) میباشد. در واقع تبخیر در برجهای خنک کننده مدارباز عامل اصلی کاهش دمای آب تا نزدیکی دمای اشباع محیط است. سیستم مکش هوا در این مدل برج خنک کننده چیلر عمود برجریان ریزش آب می باشد.