بهینه سازی برج خنک کننده

بهینه سازی برج خنک کننده

خلاصه مقاله :

یکی از مهم ترین دستگاه های تبریدی، برج های خنک کننده مرطوب است. قابلیت خنک سازی این برج, آن را قادر به فعالیت در گستره آب و هوایی وسیعی کرده است. در این برج ها, قسمتی از آب بازگشتی از منبع گرم در طول حرکت در پرکن ها تبخیر می شود.

روش های بهینه سازی مصرف آب در برج های خنک کننده مرطوب:

یکی از مهم ترین دستگاه های تبریدی، برج های خنک کننده مرطوب است. قابلیت خنک سازی این برج, آن را قادر به فعالیت در گستره آب و هوایی وسیعی کرده است. در این برج ها, قسمتی از آب بازگشتی از منبع گرم در طول حرکت در پرکن ها تبخیر می شود. تبخیر و نیز تخلیه اضافی, نشتی, به بیرون پاشیدن,سرریز جریان, اتلاف هواخورد و بیرون اندازی نیز باعث اتلاف آب در برج می شود. از آنجا که سرزمین ایران در منطقه ای کم آب واقع شده, استفاده بهینه از منابع آب یک ضرورت به شمارمی آید. در این مقاله راه های کاهش مصرفو بهینه کردن مصرف آب در برج های خنک کننده مرطوب بررسی و آثار اجرا این راه کارها بر روی برج خنک کننده مرطوب از نوع جریان متقابل به عنوان نمونه مورد بحث واقع می شود. نتایج نشان می دهد که با اجرای راه کارهای ساده و صرف هزینه اندک می توان در حدود ۱۳۰۰ متر مکعب در یک دوره سه ماهه در تابستان در مصرف آب صرفه جویی کرد.


مقدمه:

انواع برج های خنک کن به عنوان یکی از اجزای اصلی سیستم های سرمایشی, در صنایع مختلف چون نیروگاه ها, تاسیسات شیمیایی و تهویه مطبوع کاربردی گسترده دارند. معمولا با در نظر گرفتن شرایط منطقه ای و اقلیمی و کلیه ی هزینه های دائم و اولیه, یکی از انواع سیستم های خنک کن مانند کولر های هوایی, برج هلر, برج گردش باز (مرطوب), برج گردش بسته (خشک) یا برج های ترکیبی به کار می رود. در این میان به دلیل هزینه اولیه پایین و سهولت کاربری و ایجاد اختلاف دمای مناسب, سیستم خنک کننده گردش باز (مرطوب) از همه مرسوم تر است. در این برج ها, با افزایش سطوح تماس هوا و آب در برج خنک کن, تبخیر آسان می شود و بر اثر از دست رفتن گرمای نهان تبخیر, آب به سرعت خشک می شود. در نتیجه, مقداری از آب بر اثر تبخیر از دست می رود.
در شکل (۱) جریان های آب ورودی خروجی در برج های خنک کننده مرطوب را مشاهده می کنید. تبخیر, تخلیه ی اضافی, نشتی, به بیرون پاشیدن, سرریز جریان, اتلاف هواخورد و بیرون اندازی از مهم ترین منابع اتلاف آب در این برج ها می باشند.

در نتیجه مقدار زیادی آب (در حدود ۱ تا ۳ درصد آب در گردش) در این برج ها هدر می رود. با افزایش بهای آب و کمبود آن باید برج های خنک کننده به منظور کاهش مصرف آب مدیریت و تنظیم شوند. همچنین مدیریت انرژی نیز در سیستم های سرمایشی دارای اهمیت است. مثلا اگر دمای آب برگشتی از برج یک درجه سلسیوس افزایش یابد, توان مصرفی در سیستمی هواساز به منظور حفظ دمای مطلوب محیط , ۳ درصد افزایش می یابد. راه های مختلفی برای بهینه سازی برج به کار گرفته میشود اما ساده ترین و ارزان ترین آنها, نگهداری صحیح و بازدید روزانه عملکرد آهن از جانب اپراتورهاست. بازدید و بازرسی منظم برج باعث مشخص شدن معایب و در نتیجه رفع آن می شود. یکی درگر از راه های شناخت صحیح و ارزیابی عملکرد بهینه برج انجام مدل سازی و تحلیل نتایج در حالات مختلف آن است. با مدلسازی برج های موجود, می توان میزان مصرف آب آنها را محاسبه کرد و سپس برآوردی برای کاهش مصرف آب و انرژی در صورت انجام بهینه سازی ارائه داد.
هدف از این مقاله شناسایی و ارائه راهکارهایی برای کاهش مصرف آب در برج های خنک کننده مرطوب موجود در سیستم های خنک سازی است.

صرفه جویی آب دربرج های خنک کننده مرطوب:

همانطور که گفته شد, خشک سالی های اخیر و کاهش منبع آب در اقصی نقاط دنیا, به خصوص ایران, از یکسو و افزایش بهای آب و برق از سوی دیگر, موجب شده است که مدیران سازمان ها و کارخانه ها, در فکر کاهش مصرف آب و برق در تجهیزات خود باشند. برج خنک کننده در صورت طراحی نادرست, فرسودگی و عدم بهره گیری از دانش روز می تواند موجب اتلاف فراوان آب و انرژی (برق) شود. گام های لازم برای یافتن راه کارهایی با هدف صرفه جویی آب در برج های خنک کننده مرطوب را میتوان بر این اساس برشمرد:

_ شناسایی ورودی ها و خروجی های آب:
موازنه آب در برج های خنک کننده شامل تمام جریان های آب ورودی و خروجی مربوط به عملیانت این سیستم است. مطابق شکل ۱ برای جبران هرگونه آب تلف شده در چرخه آب خنک کن, باید آب به سیستم تزریق شود. از این رو, کلیه ی خروجی های برج باید به صورت کامل شناسایی و تا حد ممکن اندازی گیری شوند. برخی از راه های هدر رفت آب مانند تبخیر و تخلیه اضافی به نحوه عملکرد فرآیندی برج مربوط می شوند که می توان با بهینه سازی فرآیند آنها را کنترل کرد. برخی دیگر شامل سرریز, بیرون اندازی, به بیرون پاشییدن, اتلاف هواخورد, و نشتی مربوط به نحوه طراحی و ساخت مکانیکی یا عملکرد اجزای برج مرتبط می شوند که باید تا حد امکان حذف شوند.

_ انتخاب منبع تامین مناسب آب:

کیفیت آب در دسترس برای استفاده ممکن است بر مواد یا فرآیند برج خنک کننده تاثیر بگذارد. تولید کنندگان برج های خنک کننده محدوده ی استانداردی برای کیفیت آب تعیین می کنند. این موضوع به مواد و طراحی آن بستگی دارد و در تولید کنندگان مختلف و انواع برج فرق می کند. در انتخاب هر منبع آب باید کیفیت آب, در دسترس بودن و هزینه های آن بررسی شود.
بهره برداری مجدد از منابع آب می تواند مصرف آب برج ها را به نحو چشمگیری کاهش دهد. آب تخلیه ی اضافی و هر آبی را که برای نگهداری و تمیز کردن سیستم مصرف می شود, می تواند جمع اوری و دوباره مصرف گردد تا مصرف آب کل مجموعه کاهش یابد.

_ افزایش کیفیت آب در گردش:

در هر برج خنک کننده تر, در هر دو جریان هوا و آب احتمال آلودگی وجود دارد. آلودگی های هوا شامل گرد و خاک, مواد آلی, حشرات, اندامگانهای میکروبی و گازهاست و آب می تواند شامل انواع مختلعف نمک, ذرات جامد سوسپانسیونی و اندامگانهای میکروبی باشد. احتمال آلودگی آب بر اثر مخلوط شدن با مواد فرآیندی نیز وجود دارد. علاوه بر اینها, در سیستم های خنک کننده , ذرات جامد سوسپانسیونی در جریان ها به دلیل خوردگی, رسوب داخلی لوله ها و دیگ ها و رشد میکروبی در ان ها تولید می شوند. بنابراین تمیز نگه داشتن آب در گردش برج خنک کننده باعث افزایش انتقال حرارت, کاهش مصرف آب و کاهش هزینه نگهداری می شود. تزریق مواد شیمیایی مناسب و صافش, اغلب راه حل های مناسبی برای افزایش کیفیت آب به شمار می آیند.
برای مدیریت هر چه بهتر آب مصرفی در سیستم برج های خنک کننده باید سیستم های تصفیه آب و صافی های آب تخلیه ی اضافی و آب جبرانی بهینه و میزان تاثیر عملیاتی آن بررسی شود. معمولا, ارزیابی سیستم تصفیه آب با جمع آوری نمونه هایی از آب به منظور انجام آنالیز صورت می گیرد تا نظارت دقیق بر خوردگی و برنامه کنترل تخلیه ی اصافی وجود داشته باشد. هم چنین با بررسی میزان آلاینده های موجود در آب با جمع آوری نمونه های از آب به منظور انجام آنالیز صورت می گیرد تا نظارت دقیقی بر خوردگی و برنامه کنترل تخلیه ی اضافی وجود داشته باشد. همچنین باید با بررسی میزان آلاینده های موجود در آب روش صحیح نگهداری صافی ها اختیار شوند. یکی از یاده ترین روش های تمیز کردن صافی های آب, استفاده از سیستم شستشوی معکوس است.

_ ارائه راهکارهای کاهش مصرف آب برای یک برج خنک کن موجود به عنوان نمونه:
برای بررسی تاثیر اصلاحات در برج خنک کننده, روی یک برج نمونه واقع در استان شیراز تحقیق به عمل آمد. در شکل (۲) نمودار تصویری در شکل از این برج را مشاهده می کنید.

طرحی برای برج خنک کن خشک به منظور کاهش اثرات وزش باد:

سیستم های خنک کن نیروگاهی به عنوان یکی از مهم ترین بخش های تمامی نیروگاه های حرارتی همواره مورد توجه خاص بوده اند. راندمان این بخش سیستم به طور مستقیم بر راندمان نیروگاه اثر می گذارد. عملکرد سیستم خنک کن خشک هلر نیز مانند انواع دیگر سیستم های خنک کن به شدت تحت تاثیر نامطلوب وزش باد قرار می گیرد. در صورت وزش شدید باد ممکن است کارایی حرارتی برج های هلر تا حدود چهل درصد کاهش یابد.تاثیر نامطلوب وزش باد بر عملکرد حرارتی برج ناشی از دو عامل جریان های گردابه ای در اطراف رادیاتورها به منظور کاهش اثرات گردابه ای انجام شده است.
در تحقیقی نیز برای کاهش اثر خفگی دهانه خروجی دودکش برج که ناشی از کج شدن پلوم خروجی از آن می باشد, استفاده از دودکش دارای سطح مقطع خروجی با زاویه بهینه ۲۷ درجه نسبت به افق پیشنهاد شده است. در این تحقیق برای کاهش اثرات نامطلوب وزش باد طرحی پیشنهاد شده است که شبیه سازی عددی آن نشان داد با اجرای آن می توان تا شصت و چهار درصد عملکرد حرارتی برج را نسبت به شرایط فعلی به هنگام وزش باد بهبود بخشید.

خواص ترموفیزیکی بر عملکرد برج خنک کننده:

برای محاسبه چگونگی عملکرد برج های خنک کننده به پارامترهای دمای ورودی آب – دمای تخلیه – شعاع متوسط قطرات آب, سرعت متوسط هوا درون برج سرمایش, شدت ریزش یک قطره, ارتفاع ریزش قطرات و تامامی پارامترهای ترموفیزیکی نظیر ویسکوزیته, دانسیته, ظرفیت حرارتی و سایر پارامترها احتیاج می باشد. این خواص تابع دما, فشار و عملکرد برج است.
کنترل عوامل موثر بر خوردگی و رسوب دهی در آب های خنک کن و روش های جلوگیری از آن
یکی از مشکلات عمده نیرو گاه های کشور, خوردگی لوله های مرتبط به برج خنک کننده می باشد. به منظور بررسی علل تخریب لوله های مذکور و بهبود در وضعیت کنترل شیمیایی تحقیقات وسیعی گزارش شده است. نتایج حاصله نشان داده است که رسوب گل و لای, بالا بودن میزان مواد معلق در آب, ایجاد سل های غلظتی اکسیژن, وجود باکتری ها و عدم تزریق مداوم کلر بعث بروز مشکلاتی شده که در نهایت به پوسیدگی لوله ها انجامیده است. انتخاب آلیاژهای بهتر نظیر کوپر و نیکل و افزودن ترکیباتی نظیر نمک های روی, فسفونات ها و مولبیدات ها به پلی فسفات از جمله تمهیداتی هستند که در جهت بهبود کارایی میتوانند صورت گیرند

رسوب زدایی برج های خنک کننده:

در چند دهه اخیر تکنولوژی سختی گیری و رسوب زدایی مغناطیسی در صنایع مختلف به خصوص در حرارت و برودت جایگاه مناسبی پیدا کرده است به طوری که در بسیاری از موارد جایگزین روش های دیگر که عمدتا شیمیایی هستند, شده است.
این روش با برخورداری از مزایایی چون حذف آثار نامطلوب سختی و رسوب, جلوگیری از تشکیل رسوب, حذف رسوبهای پیشین, افزایش بازدهی مبدل های حرارتی و نصب و نگهداری آسان تبدیل به یکی از کاربردی ترین راه های مقابله با سختی و رسوب در حرارت و برودت شده است. در اثر اعمال میدان مغناطیسی با انرژی مناسب می توان شرایطی را ایجاد کرد که فرآیند تشکیل بلور های رسوب در داخل آب رخ داده و از چسبیدن آنها به دیواره ها جلوگیری شود. در این حالت اصطلاحا در آب پدیده داته برفی رخ داده و هسته های اولیه ی بلورهای رسوب در آب تشکیل می شود. با گذشت زمان به حجم هسته های اولیه افزوده شده و بلورهای سخت خنثی و معلق در آب که خاصیت چسبندگی خود را از دست داده اند ظاهر می شود. در کنار فرآیند فوق افزایش مولکول های آزاد تدر آب و شکسته شدن پیوند هیدروژنی بین آنها باعث افزایش حلالیت آب شده و خاصیت رسوب زدایی را نیز به فن آوری فوق می افزاید, به نحوی که با گذشت زمان رسوب های پیشین نیز در آب حل شده و تبدیل به بلور های خنثی معلق در آب می شوند.

جهت کسب اطلاعات بیشتر در خصوص راه اندازی خطوط تولید صنایع غذایی از طریق شماره های زیر با ما در ارتباط باشید.