برج خنک کننده هیبریدی (Hybrid Cooling tower)، ترکیب همزمان دو دستگاه برج خنک کننده خشک و برج خنک کننده مرطوب در یک دستگاه است. در قسمت بالا قسمت خشک و در قسمت پایین قسمت مرطوب قرار دارد. استفاده از برج خنک کن هیبریدی تبخیر و اتلاف آب و همچنین مصرف برق را نیز کاهش میدهد.
این نوع برجهای خنک کن به جهت طراحی دارای ارتفاع بلندی بوده و دارای سیستم لوله کشی دقیق میباشند. در ادامه این مطلب از کارا فناور اطلس پارسی، قصد داریم تا به بررسی ساختار و صنایعی که این نوع دستگاه را مورد استفاده قرار میدهند و نحوه عملکرد آن بپردازیم.
ویژگی های برج خنک کننده هیبریدی
در کولینگ تاور هیبریدی پروانه در قسمت فوقانی قرار گرفته است و هوا را در جهت ارتفاع برج به جریان میاندازد. در قسمت خشک مسیری از کویل قرار گرفته است که آب سیستم ابتدا در آن به جریان درآمده، همزمان هوا از روی کویل ها عبور کرده و دمای آب را تا نزدیکی دمای خشک کاهش میدهد. سپس همین آب در قسمت پایین اسپری شده و با مکانیزم تبخیر به نزدیک دمای مرطوب رسیده و از قسمت حوضچه برج خنک کننده به سیستم پمپ میشود.
در نوع دیگری از برجهای خنک کننده هیبریدی، آب داغ ابتدا وارد کوئل در قسمت فوقانی که کوئل خشک نامیده میشود که تنها جریان هوا از روی آن عبور میکند و آبی بروی آن پاشیده نمیشود. این آب پس از رسیدن به نزدیکی دمای خشک کوئل خشک را ترک کرده و وارد کوئل دوم میشود. در کوئل دوم آب بروی کوئلها پاشیده شده و دمای کوئل را به نزدیکی دمای مرطوب میرساند. همزمان هوا از ناحیه زیر وارد شده و از روی هر دو کوئل عبور کرده از قسمت بالا خارج میشود.
“کولینگ تاور هیبریدی، ترکیبی از خنک کننده تر و خشک است که با کاهش مصرف آب و برق تاثیر مثبتی بر محیط زیست دارد و ملزومات زیست محیطی را داراست.”
این برجها کاهش مصرف آب و در نتیجه کاهش خروج بخار را به دنبال دارند که مخصوصاً در آب و هوای مرطوب سرد و در زمستان از یخ زدن و آلودگی محیطی جلوگیری میشود. حذف بخار به خصوص در مناطق شهری، مناطق صنعتی و نزدیک به جادههایی با قابلیت انجماد بسیار سودمند است.
نحوه عملکرد برجهای خنک کننده هیبریدی
برجهای خنک کن هیبریدی از دو بخش خشک یا تر (Dry & Wet) تشکیل شده است. بخش خشک مانند برج خنک کننده درای کولر (Dry cooler or Air Cooled) کار میکند و هوای خروجی از قسمت Wet یا تر، که خنک میباشد از روی کویل فین دار با روکش ضد زنگ زدگی قسمت خشک یا Dry عبور میکند و سیال یا آب درون کویل را ابتدا پیش سرمایش میکند و درجه آن را مقدار زیادی کاهش میدهد. سپس آب یا سیال درون کویل وارد کویل بخش Wet یا تر میشود و در آن جا مانند سیستم مدار بسته عمل میشود. آب توسط نازل روی لولههای کویل بخش تر یا Wet پاشیده شده و از طریق تبخیر آب یا سیال درون کولینگ تاور هیبریدی را خنک میکند تا به دمای مورد نظر برسد.
برج خنک کننده هیبریدی از این بابت که هم در مصرف آب صرفه جویی میکند و گاهاً با کارکرد چهار فصل کولینگ تاور هیبریدی تا 50 درصد نسبت به برج های مدار باز کاهش مصرف آب دارد. همانطور که میدانید کشور ایران جز کشورهای گرم و خشک بشمار آمده و آب بسیار ارزشمند است. بنابراین میتوان با استفاده از کولینگ تاورهای هیبریدی تا مقدار بسیار زیادی در مصرف آب صرفه جویی میشود.
قیمت برج خنک کننده هیبریدی با برج خنک کننده مدار بسته حدودا قیمت یکسانی دارند، اما چون در برج خنک کن هیبریدی نسبت به برج خنک کن مدار باز، لولههای مسی و فین های آلومینیومی استفاده شده است، برج خنک کننده هیبریدی (Hybrid Cooling Tower) قیمت بالاتری دارد.
مصرف آب در برجهای خنک کننده هیبریدی نسبت به برجهای مدار باز، مدار بسته و آدیاباتیک در فصل کاری یا تابستان کمتر است، چون برجهای خنک کننده مدار بسته و مدار باز و آدیاباتیک تبخیری هستند و مصرف آب یکسانی را در اوج گرما دارند. اما برج خنک کننده آدیاباتیک نسبت به برجهای مدار باز و مدار بسته، هر چقدر هوا خنک تر میشود، مصرف آب کمتری دارد.
در فصل زمستان، کولینگ تاور مدار باز بیشترین مصرف آب را دارد؛ سپس برج خنک کن مدار بسته و پس از آن برج خنک کن هیبریدی و خنک کننده آدیاباتیک تقریباً مصرف کمتر و یکسان آب را به همراه دارند.
کولینگ تاور هیبریدی (Hybrid Cooling Tower) مقدار آب کمتری نسبت به سایر برجهای خنک کننده مصرف دارد و در فصل سرد و زمستان گاهی میتوان بدون مصرف آب، سیال درون کویل برج خنک کننده را خنک کرد (بستگی به دبی آب دارد). از آن جهت که خنک کن هیبریدی با سیال خنک شونده یا آب درون سیکل بسته (مدار بسته) کار میکند، از رسوب و جلبک در برج خنک کننده جلوگیری خواهد شد.
اجزاء کولینگ تاور هیبریدی
اجزاء یک برج خنک کننده هیبریدی عبارتند از:
- پوسته بیرونی (مواد FRP، فولاد ضد زنگ، بتن)
- ساختار اصلی
- حوض آب
- فن استک
- حوضچه خنک کننده
- قطرهگیر مبدلهای خنک کننده خشک
- ماژول های مخلوط
- فن با درایو
- سیستم توزیع آب از جمله اسپریهای نازل
در شکل پایین نوعی از کولینگ تاور هیبریدی نشان داده شده که علاوه بر وجود فن و ایجاد جریان مکانیکی، سازه به صورتی است که جریان هوا را به صورت طبیعی به جریان در میآورد. این نوع کولینگ تاور به نام برج خنک کننده جریان مرکب هیبریدی شناخته میشود.
برج خنک کن هیبریدی با اصول خنک کننده مرطوب کار میکند، در حالی که آن را با ماژول خنک کننده خشک تکمیل میکند. هدف از این ماژول کاهش دمای آب خنک کننده با استفاده از هوای اطراف قبل از ورود آب به بخش مرطوب است. هوای داغ قسمت خنک کننده خشک با هوای مرطوب اشباع شده از بخش مرطوب مخلوط شده است که نتیجه آن حذف بخار در قسمت خروجی میباشد.
کاربرد کولینگ تاور هیبریدی در صنایع
برج خنک کن از نوع هیبریدی در صنایعی به کار میرود که هم دمای آب ورودی بالاتر از دمای خشک محیط باشد و هم نیاز به آب سرد پایین تر از دمای خشک محیط (نزدیک به دمای مرطوب) باشد.
- صنایع انرژی
- صنعت پتروشیمی
- صنایع شیمیایی
- مهندسی صنایع و متالورژی
- صنعت پلاستیک و لاستیک
- صنعت کاغذ
- صنعت تولید (پردازش مواد غذایی، پالایشگاههای شکر)
کاهش مصرف آب در برج خنک کننده هیبریدی
کاهش مصرف آب در کولینگ تاور هیبریدی یک هدف مهم برای بسیاری از صنایع است، زیرا به حفظ منابع آب و به حداقل رساندن هزینههای عملیاتی کمک میکند. در اینجا چند راه برای دستیابی به صرفه جویی در آب در برج خنک کننده هیبریدی آورده شده است:
- استفاده از سیستم حلقه بسته
اجرای سیستم حلقه بسته میتواند مصرف آب را در برج خنک کننده هیبریدی به میزان قابل توجهی کاهش دهد. در این سیستم، سیال فرآیند در یک حلقه بسته به گردش در میآید و تنها بخش کوچکی از آب به دلیل تبخیر و رانش از بین میرود. آب از دست رفته را میتوان با آب make-up پر کرد و مصرف کلی آب را کاهش داد.
- بهینه سازی طراحی برج خنک کننده
طراحی و اندازه مناسب برج خنک کننده میتواند به مصرف بهینه آب کمک کند. اطمینان از اینکه برج به اندازه مناسب برای کاربرد خاص است میتواند جریان آب اضافی و هدر رفتن را به حداقل برساند. علاوه بر این، استفاده از سطوح انتقال حرارت کارآمد، مانند کویلهای با راندمان بالا، میتواند عملکرد برج خنک کننده را افزایش داده و نیاز به آب را کاهش دهد.
- از سیستم های تصفیه و فیلتراسیون آب استفاده کنید
اجرای سیستمهای تصفیه و فیلتراسیون آب میتواند به حفظ کیفیت آب برج خنک کننده کمک کند و چرخههای طولانیتر غلظت را امکانپذیر کند. با تصفیه و فیلتر کردن آب میتوان نیاز به دمیدن مکرر و تعویض آب را به حداقل رساند و در نتیجه در مصرف آب صرفه جویی کرد.
- پیاده سازی فناوری های صرفه جویی در مصرف آب
برای کاهش مصرف آب میتوان از فناوریهای مختلف صرفه جویی در مصرف آب در برجهای خنک کننده هیبریدی استفاده کرد. به عنوان مثال، استفاده از حذف کنندههای رانش میتواند اتلاف آب ناشی از رانش را به حداقل برساند، در حالی که اجرای نازلهای صرفه جویی در مصرف آب یا سیستم های اسپری میتواند توزیع آب را بهینه کرده و هدر رفت را کاهش دهد.
- روش های خنک کننده جایگزین را در نظر بگیرید
در برخی موارد، روشهای خنک کننده جایگزین مانند کندانسورهای هوا خنک یا خنک کنندههای خشک ممکن است برای کاربردهای خاص مناسب تر باشند. این روشها نیاز به مصرف آب را به طور کلی حذف میکنند و در نتیجه باعث صرفه جویی قابل توجهی در مصرف آب میشوند.
- تعمیر و نگهداری و بازرسی منظم
تعمیر و نگهداری و بازرسی منظم سیستم برج خنک کننده میتواند در شناسایی و رفع هرگونه نشتی، نقص یا ناکارآمدی که ممکن است به مصرف بیش از حد آب کمک کند، موثر باشد. با رسیدگی سریع به این مسائل میتوان مصرف آب را به حداقل رساند.
با اجرای این استراتژیها، صنایع میتوانند به طور موثر مصرف آب در برجهای خنک کننده هیبریدی را کاهش دهند و به تلاشهای صرفه جویی در مصرف آب و صرفه جویی در هزینه کمک کنند. ارزیابی الزامات و محدودیتهای خاص برنامه برای تعیین مناسبترین اقدامات حفاظت از آب برای اجرا مهم است.
“جهت مطالعه بیشتر به “برج خنک کننده هلر” و “برج خنک کننده هوایی”مراجعه فرمایید. (بادران تهویه صنعت در لینکدین)”