برج خنک کننده بتنی نیروگاه
در ابتدای این بخش توضیحی مختصر در خصوص انواع نیروگاه تولید برق بیان می کنیم. به صورت کلی نیروگاه ها را می توان به 4 گروه نیروگاه حرارتی، نیروگاه آبی، نیروگاه بادی و نیروگاه خورشیدی تقسیم نمود.
در ایران بیش از 92-93% میزان برق تولیدی توسط نیروگاه های حرارتی تولید می گردد.
نیروگاه های سیکل حرارتی خود به 4 گروه اصلی تقسیم می شوند :
1- نیروگاه بخار
2- نیروگاه گازی
3- نیرگاه سیکل ترکیبی
4- نیروگاه هسته ای
تعمیرات برج خنک کننده فایبرگلاس: همانگونه که در تصویر فوق مشاهده می کنید بیشترین درصد تولید برق در ایران مربوط به نیروگاه گازی و پس از آن نیروگاه بخار و سیکل ترکیبی است. آب در گردش در نیروگاه ها را می توان به وسیله کندانسور هوایی(ایرکولر) و یا کولینگ تاور خنک کرد.
شکل ظاهری اکثر کولینگ تاور های بتونی نیروگاهی مشابه است، البته باید توجه داشت در برخی از طراحی ها، در قسمت ورودی هوا فن هایی نیز وجود دارد تا درصورت کافی نبودن جریان طبیعی هوا، با ایجاد جریان اجباری موجب خنک شدن آب شوند. کولینگ تاور نیروگاه ها از لحاظ نحوه خنک کاری به دو حالت کلی تقسیم می گردند.
1- برج خنک کننده نیروگاهی هوا خنک(برج خنک کن نیروگاه خشک)
Dry cooling tower
این نوع برج های خنک کن دارای رادیاتورهایی در قسمت ورودی است که با جریان هوای عبوری، آب داخل آن خنک می شود. این حالت باعث خواهد شد سیال خنک شونده (آب) با هوا در ارتباط نباشد و مصرف آب در اثر تبخیر در حد صفر باقی بماند.
2- برج خنک کننده نیروگاه آب خنک(برج خنک کن نیروگاه مرطوب یا تر)
Wet cooling tower
در این نوع برج خنک کن آب مانند انواع صنعتی، توسط کانالها و نازل ها پاشیده می شود و پس از برخورد با هوای ورودی و خنک شدن دوباره به مدار بر می گردد. در این حالت به دلیل تبخیرآب در گردش، مصرف آب نسبتا بالا خواهد بود.
نمونه برج خنک کننده مدور تر نیروگاهی را می توان در نیروگاه نکا، نیروگاه تهران ، بخش قدیمی نیروگاه همدان و …. مشاهده نمود. البته عموما کولینگ تاور های آب خنک نیروگاهی در ایران با سازه بتنی و فرم مکعب مستطیل ساخته شده اند.
روش ساده ظاهری تشخیص برج خنک کن مداربسته خشک و تر نیروگاهی بررسی، مشاهده بخار در قسمت خروجی دودکش آن است. بدین ترتیب اگر در خروجی دودکش برج خنک کننده نیروگاهی بخار آب مشاهده کردید، می توانید با احتمال خیلی زیاد آن کولینگ تاور را مرطوب یا تر در نظر بگیرید.
با در نظر گرفتن کم آبی و خشکسالی های اخیر در ایران یکی از بزرگترین موارد مصرف آب، برج خنک کننده نیروگاهها است که شهرهای بزرگ را دچار مشکلات فراوانی کرده است و متاسفانه مشکلات فراوانی را برای شهرهای مجاور ایجاد کرده است.
3 – کولینگ تاور هیبرید برای نیروگاه
استفاده از سیستم هیبرید برای خنک کاری در نیروگاه ها به کم شدن مصرف آب متوسط سالیانه می انجامد. سیستم ترکیبی از روش هوا خنک و Cooling tower است. روش کارکرد برج هیبرید به این صورت است که در فصلهایی مثل پاییز و زمستان که هوا سردتر است و در طول بعضی شبهای تابستان و بهار، آب به وسیله هوای محیط خنک می شود. به این ترتیب تبخیر و مصرف آب برج خنک کن نیروپاه کم می شود. البته سیستم هیبرید، قیمت بسیار بالاتری از کولینگ تاورهای عادی دارد.
برج 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 از یک برج خنک کننده نیروگاهی عموماً وابسته به محیط اقلیمpowerhousدارد که 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 که دمای مرطوب پایینی دارند برجهای خنک کننده در نیروگاه های آن شهرها مورد بهره وری قرار گرفته است.
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 وابسته به نوع آن (مدار باز یا مداربسته) به روش مستقیم یا 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.
در شکل زیر نحوه عملکرد یک برج خنک کننده بتنی به شکل هذلولوی گون را می بینید.
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 مکش شده پس از گذر از بخش فیلینگ یا اصطلاحاً پکینگ مدیا در تماس با آب داغی قرار می گیرد که پیشتر توسط دوشهای مخصوص پاشیده شده است. حاصل تماس مستقیم آب با هوا انتقال حرارتی است که بخاطر انتقال جرم (تبخیر) صورت پذیرفته است. در واقع تبخیر در برجهای خنک کننده مدارباز عامل اصلی کاهش دمای آب تا نزدیکی دمای اشباع محیط است.
بررسی انواع برجهای خنک کننده نیروگاهی
در یک دسته بندی کولینگ تاور ها بر اساس نوع مکش جریان هوا به دو دسته اتمسفریک(جریان طبیعی)و فورس درفت (جریان اجباری) تقسیم بندی می شوند.
1-برج خنک کن اتمسفریک چیست؟
در گذشته که تکنولوژی فن ها یا پروانه های هوادهی موجود نبود طراحی سیستم های خنک کننده با جریان هوای طبیعی (باد) انجام میگرفت. در این مدل برج خنک کننده جریان طبیعی هوای اتمسفر(جو) با فشار و سرعت بسیار کمی به داخل یک کولینگ تاور مکش می شد و در تماس با آب گرم ریزشی قرار می گرفت. همانطور که واضح است اینگونه منابع سرمایشی قالباً در محیطهای دیزباد(دارای وزش باد شدید) نصب می گردید تا بیشترین کارایی را دارد باشد. راندمان برج خنک کننده اتمسفریک عمدتاً به سطح مقطع و ارتفاع چیدمان سطوح خنک کننده (پکینگ) بستگی داشت.
2-برج خنک کن جریان اجباری چگونه کار می کند؟
نسل امروزی و جدید برجهای خنک کاری آب از نوع مکش یا دهش القایی (اجباری) بوده که بدلیل کارکرد بسیار خوب از کاربرد فروانی بهره جسته است. امروزه بسیاری از نیروگاه های پیشرفته کشور از برجهای خنک کن مکش اجباری طراحی و ساخته گشته اند. بسیاری از سازندگان مطرح کشور ایران نیز در جهت توسعه نیروگاه های سیکل ترکیبی، آبی و هوایی از این منبع سرمایشی در جهت خنک کاری ژنراتورهای خود بهره می برند. در شکل زیر نحوه خنک کاری آب در یک نیروگاه را مشاهده می نمایید.
در تصویر سمت راست نمونه یک برج خنک کننده مکعبی مدارباز با جریان مخالف از نوع جریان اجباری را می بینید. هوای مکش شده با فشار استاندارد و با سرعت خطی بین 700 الی 500 فوت بر دقیقه از سطح خنک کننده ها گذر می کند. این جریان هوا با سرعت معین در برخورد با مدیا سبب انتقال حرارت از آب گرم به هوای سرد می شود. این فرآیند تا زمانی که دمای آب به دمای حباب تر محیط طراحی برسد ادامه می یابد. در نهایت این فرآیند آب با دمایی بین 3 الی 5 درجه بالاتر از وت بالب (دمای محیط اشباع) از قسمت بیسین (تشتک تحتانی) خروج می نماید. بسیاری از نسل های جدید تر از برجهای خنک کننده نیروگاهی اکنون به شکل و شمایل تصویر سمت راست تولید می شوند.
برج خنک کننده نیروگاهی از نوع مداربسته
طراحی و راه اندازی نیروگاه های تولید برق معمولاً شامل هزینه های بالایی می شود و از این رو یکی از نگرانی ها تعمیر و نگهداری آنان است. در یک برج خنک کننده مدارباز بدلیل تبخیر همواره غلظت مواد محلول در آب رو به رشد است. این افزایش سختی آب موجب رسوب گرفتگی در مبدل ژنراتورها می شود. یک ژنراتور برای بخش های مختلف خود از جمله روغن، توربوشارژ ایر، شارژ ایر و سر سیلندرها نیازمند گردش آب خنک است. گردش آب با سختی بالا موجب خرابی این بخشها شده و از این رو پیشنهاد میشود.
