پیشنهادی فروشگاه فایل کارینت
تکنولوژیکسب و کار

برج خنک کننده هیبریدی؛ تازه ترین تکنولوژی خنک کننده سیستم های تهویه

برج خنک کننده هیبریدی (Hybrid Cooling Tower یک سیستم خنک کننده است که از فناوری های خنک کننده مرطوب و خشک برای کاهش حجم جریان بخار و مصرف آب برای به حداقل رساندن تاثیرات زیست محیطی استفاده می کند.

برج خنک کن هیبریدی یک دستگاه اساسی در سیستم ‌های خنک کننده صنعتی است که بعنوان یکی از اجزای اصلی در فرایند خنک کردن آب استفاده می ‌شود. این برج‌ ها به دلیل کارایی بالا و هزینه‌ های کمتر نسبت به برج‌ های خنک کننده سنتی، در صنایع مختلف از جمله نیروگاه ‌ها، کارخانه ‌ها و ساختمان ‌های بزرگ استفاده می ‌شوند. در این مقاله به این موضوع خواهیم پرداخت که اساساً چرا باید از برج خنک کننده هیبریدی در فرایندهای مختلف خنک کنندگی بخش های مختلف صنعتی و مسکونی استفاده کنیم.

کاربردهای صنعتی برج خنک کننده هیبریدی

  • صنایع انرژی
  • صنعت پتروشیمی
  • صنایع شیمیایی
  • صنایع مهندسی و متالورژی
  • صنعت پلاستیک و لاستیک
  • صنعت کاغذ
  • صنایع تولیدی (فرآوری مواد غذایی، پالایشگاه های شکر)

قطعات برج خنک کننده هیبریدی

قطعات برج خنک کن هیبریدی شامل اجزای گوناگونی است که برج های خنک کننده هیبریدی را می سازند. هر کدام از این قطعات در برج خنک کن، وظیفه مشخصی را عهده دار هستند. سرد کردن آب مورد استفاده در فرآیندهای مختلف جزء وظایف اصلی برج ‌های خنک کننده ترکیبی به شمار می ‌آید. قطعات کولینگ تاور نیز ابزاری می ‌باشند که جهت فعالیت موثر و بهینه دستگاه، داخل برج خنک کننده هیبریدی نصب می‌ شوند. اجزای سازنده این تجهیزات خنک کننده، هر کدام انواع مختلفی دارند و از جنس ‌های گوناگونی ساخته می شوند. طراحی هریک از قطعات برج هیبریدی فایبرگلاس باید با دقت بالا صورت گیرد؛ زیرا انجام عملکرد خنک سازی سیال بطور صحیح به استاندارد بودن اجزای سیستم وابسته است.

هوا از هر دو بخش مرطوب و خشک برج وارد می شود. هوای وارد شده از بخش های پایینی قبل از رسیدن به قسمت خشک بالایی از قسمت مرطوب عبور می کند. هوای قسمت‌های مرطوب و خشک بالا می‌آید و از بالای فن مخلوط می‌شود و در نتیجه یک ستون قابل رویت کم یا اصلاً دیده نمی‌شود.

اجزاء برج خنک کننده هیبریدی

  • بدنه خارجی (مواد تشکیل دهنده: FRP، فولاد، فولاد ضد زنگ، بتن)
  • ساختار پشتیبان
  • حوض آب
  • پشته فن
  • پر خنک کننده
  • حذف کننده های رانش
  • مبدل های خنک کننده خشک
  • مخلوط کردن ماژول ها
  • پنکه با درایو
  • سیستم توزیع آب شامل نازل های اسپری

طرز کار برج خنک کننده هیبریدی

برج خنک کننده هیبریدی مطابق با اصول خنک کننده مرطوب کار می کند، در حالی که با ماژول خنک کننده خشک تکمیل می شود. هدف این ماژول کاهش دمای آب خنک کننده با استفاده از هوای اطراف قبل از ورود آب به بخش مرطوب است. هوای گرم حاصل از خنک ‌سازی خشک با هوای اشباع شده از قسمت مرطوب مخلوط شده، در نتیجه باعث از بین رفتن بخار می گردد.

جریان بخار در برج خنک کننده هیبریدی

جریان بخار خروجی در برج خنک کننده هیبریدی
جریان بخار خروجی در برج خنک کننده هیبریدی

در مورد برج خنک کننده، کلمه “plume” به معنای جریان بخار یا دودی است که از برج خنک کننده بیرون می ‌آید. این جریان بخار یا دودی به عنوان “plume” شناخته شده و ممکن است از برج خنک کننده به دلیل فرآیند خنک کردن آب یا دیگر مایعات ناشی شود. در برج ‌های خنک کننده نیروگاه‌ ها یا صنایع دیگر، این پدیده به عنوان “plume” شناخته می ‌شود.

جریان بخار مرئی یا Visible plume اساساً بخار آب خالصی است که در حین کار از برج های خنک کننده خارج می شود. زمانی قابل مشاهده است که توده هوای مرطوب که از برج خارج می شود، در زیر نقطه شبنم آن خنک شود. جریان بخار مرئی بیشتر در دوره های زمستانی شایع است، زمانی که هوای مرطوب گرمتر با هوای سردتر محیط مخلوط می شود. بخار مرئی تخلیه شده از برج خنک کننده، آلاینده هوا نیست. از طریق این جریان بخار، برج های خنک کننده گرما و رطوبت را به محیط اطراف اضافه می کنند.

در برج های خنک کننده هیبریدی، جریان هوای خشک و گرم تولید شده در دسته های لوله بخش خشک با هوای اشباع خشک شده از بخش مرطوب مخلوط می شود تا تشکیل ستون بخار را کاهش دهد. هوای مخلوط و غیر اشباع که از برج هیبریدی خارج می شود، از اثرات خنک کنندگی ترکیبی هر دو بخش مرطوب و خشک استفاده می کند، بنابراین حتی اگر توسط محیط اطراف خنک شود، هوا فوق اشباع نشده و مه قابل مشاهده ای رخ نمی دهد.

برج ‌های خنک ‌کن هیبریدی به‌ طور ویژه ای طراحی شده ‌اند تا در شرایط سرد و مرطوب محیطی و زمانی که محدودیت‌ های محلی به این فناوری نیاز دارند (مانند فرودگاه ‌ها یا مناطق مسکونی)، از جریانات بخار قابل مشاهده جلوگیری کنند.

مصرف آب برج خنک کننده هیبریدی

مصرف آب برج خنک کننده هیبریدی
مصرف آب برج در خنک کننده هیبریدی

هیبریداسیون یک برج خنک کننده، انتقال از یک برج خنک کننده کامل مرطوب به یک برج خنک کننده هیبریدی است. هیبریداسیون سیستم خنک کننده SPIG با افزودن یک بخش خشک به برج های خنک کننده مرطوب، اثرات زیست محیطی را به حداقل می رساند.

این بخش ‌های خشک اساساً مبدل ‌های حرارتی معمولی هستند که با هوا خنک می ‌شوند و در قسمت بالایی سازه بالای حذف کننده ‌های رانش قرار دارند. بخش خشک مجهز به دمپرهایی برای کنترل جریان هوا مطابق با شرایط واقعی محیطی است. حداکثر عملکرد حرارتی برج خنک ‌کننده هیبریدی که از طریق دمای آب سرد خروجی از برج محاسبه می ‌گردد، زمانی حاصل می‌ شود که برج خنک ‌کن در پیکربندی مرطوب و با دمپرها کاملاً بسته باشد.

مصرف آب در برج های خنک کننده هیبریدی نسبت به برج های مدار باز، مدار بسته و آدیاباتیک در فصل کاری یا تابستان کمتر می باشد، چون برج های 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 برج های مدار باز و مدار بسته، هر چقدر هوا خنک تر می شود، مصرف آب کمتری دارد.

در فصل زمستان نیز، 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 مقدار آب کمتری نسبت به سایر برج های خنک کننده مصرف دارد و در فصل سرد و زمستان گاهی می توان 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 می کند، از رسوب و جلبک در برج خنک کننده جلوگیری خواهد شد.

تأثیر دمای هوای محیط بر دمای ورودی سیال خنک‌ کننده کولینگ تاور هیبریدی
تأثیر دمای هوای محیط بر دمای ورودی سیال خنک‌ کننده کولینگ تاور هیبریدی

از سوی دیگر، حداکثر قابلیت کاهش جریان بخار، زمانی به دست می آید که جریان هوا به بخش خشک تحویل داده شود و دمپرها کاملاً باز شوند. یک سیستم خلاء به برج اضافه می ‌شود تا هوا را از بالای دسته ‌های لوله، هم در زمان راه‌ اندازی و هم در طول عملیات عادی حذف کند تا حجم مناسب آب در بخش خشک کنترل شود.

طراحی برج خنک کننده هیبریدی

طراحی برج خنک کننده هیبریدی به صورتی انجام شده است تا خنک کننده خشک را با خنک کننده مرطوب در یک پوشش معمولی ترکیب می کند. جریان آب گرم سیستم را به صورت سری عبور می دهد و در قسمت خشک واقع در خارج از محفظه برج خنک کننده درست بالای حذف کننده های رانش گرم شروع می شود. سپس آب از پیش سرد شده به سیستم توزیع وارد شده و بر روی محیط پرکننده قسمت مرطوب تخلیه می شود. یک سیستم خلاء لغزشی باید برای ایجاد و حفظ اثر سیفون در دسته های لوله (بخش خشک) ارائه شود که به پمپ ‌های آب در گردش در سر پمپ پایین ‌تر اجازه می ‌دهد.

بازار برج های خنک کننده هیبریدی

اندازه بازار جهانی برج های خنک کننده هیبریدی در سال 2022، مبلغ بالغ بر 1000 میلیون دلار بود و پیش بینی می شود که تا سال 2031 به مبلغ 1362.94 میلیون دلار برسد که CAGR 3.5٪ را در دوره پیش بینی نشان می دهد.

انتظار می رود منطقه آسیا و اقیانوسیه به دلیل عوامل متعدد زیر، سریع ترین بازار در حال رشد برای برج های خنک کننده هیبریدی باشد.

  • اول، این منطقه دارای جمعیت زیادی است که تقاضا برای قدرت و سایر منابع را افزایش می دهد.
  • دوم، این منطقه توسعه زیرساخت قابل توجهی را تجربه می کند که باعث افزایش تقاضا برای راه حل های خنک کننده در صنایع مختلف می شود.
  • سوم، تمرکز فزاینده ای بر پایداری و بهره وری انرژی در منطقه وجود دارد که تقاضا برای راه حل های خنک کننده هیبریدی را افزایش می دهد.
بازار جهانی برج خنک کننده هیبریدی بر اساس نوع (ارتباط مستقیم،-مدار بسته)
بازار جهانی برج خنک کننده هیبریدی بر اساس نوع (ارتباط مستقیم،-مدار بسته)

انتظار می رود چین بزرگترین دارنده سهم بازار برج های خنک کننده هیبریدی در منطقه آسیا و اقیانوسیه باشد، زیرا این کشور بزرگترین مصرف کننده انرژی است و در چندین صنعت مانند تولید برق، شیمیایی و نفت و گاز حضور چشمگیری دارد. همچنین انتظار می ‌رود هند به دلیل جمعیت زیاد و رو به رشد و همچنین بخش ‌های صنعتی و تجاری در حال گسترش، بازار قابل توجهی برای برج‌ های خنک ‌کننده هیبریدی باشد. سایر کشورهای منطقه آسیا و اقیانوسیه مانند اندونزی، مالزی و تایلند نیز به دلیل رشد اقتصادی و توسعه زیرساختی، انتظار می ‌رود رشد قابل توجهی در تقاضا برای برج ‌های خنک‌ کننده هیبریدی تجربه کنند.

این کشورها به شدت در صنایعی مانند تولید برق، نفت و گاز و مراکز داده سرمایه گذاری می کنند که انتظار می رود تقاضا برای راه حل های خنک کننده هیبریدی را افزایش دهد. به طور کلی، انتظار می رود منطقه آسیا و اقیانوسیه به دلیل جمعیت زیاد و رو به رشد، صنعتی شدن و شهرنشینی سریع و تمرکز فزاینده بر پایداری و بهره وری انرژی، بازار کلیدی برای برج های خنک کننده هیبریدی باشد. در نتیجه، تولیدکنندگان در بازار بر گسترش حضور خود در منطقه از طریق مشارکت، همکاری و راه ‌اندازی محصولات جدید تمرکز می ‌کنند تا تقاضای فزاینده برای راه ‌حل ‌های خنک ‌کننده هیبریدی را جلب کنند.

در نهایت با توجه به مطلب ذکر شده می توان نتیجه گرفت که نیاز روزافزون به راه‌ حل ‌های خنک ‌کننده با انرژی کارآمد و سازگار با محیط‌ زیست و افزایش شهرنشینی و صنعتی ‌شدن کشورهای در حال توسعه، عوامل کلیدی بازار برج ‌های خنک ‌کننده هیبریدی هستند.

تحلیل اقتصادی و فنی استفاده از برج خنک کننده هیبریدی

در بخش پایانی قصد داریم تا تحلیل اقتصادی و فنی استفاده از برج خنک کننده هیبریدی برای جایگزینی با برج های خنک کننده مرطوب معمولی برای فرایندهایی با بارهای خنک کنندگی بالا را بطور خلاصه بیان کنیم.

حفاظت از آب از اهمیت ویژه ای برخوردار است و برای امنیت محیطی و غذایی، امری بسیار ضروری است. مطالعات امکان سنجی نشان داده است که بسیاری از تاسیسات صنعتی جدید در معرض محدودیت های جدی آب است. بسیاری از آژانس ‌های زیست‌ محیطی در سرتاسر جهان محدودیت ‌های مصرف آب را بر تاسیسات موجود گوشزد می‌ کنند که نشان‌ دهنده الزام اخلاقی و اجتماعی صنایع مختلف است.

نیاز آنها به آب برای خنک کنندگی سیستم های مختلف صنعتی و مسکونی، موضوعی قابل توجه است. یک چرخه یکپارچه با استفاده از خنک کننده هوای خشک و تبرید فشرده به عنوان راه حل محدودیت آب پیشنهاد می شود. چرخه خنک ‌کننده پیشنهادی دارای مزایای فنی مختلفی مانند بهبود عملکرد کارخانه، استفاده کم از مواد شیمیایی و سازگاری با محیط‌زیست است، البته مشروط بر اینکه انرژی مورد نیاز توسط انرژی ‌های تجدیدپذیر برآورده شود.

ضرایب انتقال حرارت مبدل‌ های حرارتی چرخه مذکور، قابل تأمل است. زیرا سیال مدار بسته نسبت به آب خنک ‌کننده مورد استفاده در مرطوب ‌کننده ‌ها تمیزتر است. دمای سیال خنک ‌کننده سیکل پیشنهادی کمتر تحت تأثیر دمای محیط قرار می ‌گیرد و مزایای مرتبط با آن از نظر بهینه‌ سازی طراحی است.

با وجود صرفه جویی در منابع، چرخه هوای خشک نیاز به سرمایه گذاری قابل توجهی دارد که تقریباً سه برابر مقدار مورد نیاز برای برج های خنک کننده معمولی است. با این حال، چرخه های برج خنک کننده مرطوب به دلیل مشکلات شناخته شده باید با یک روش دیگری جایگزین شوند. علاوه بر این، اگر توان مورد نیاز با استفاده از انرژی ‌های تجدیدپذیر تولید شود، می ‌توان به کاهش قابل توجه در میزان فشار خنک ‌کننده دست یافت که چرخه پیشنهادی را عملی و پایدار می ‌سازد.

سخن آخر

بنابراین، استفاده از برج خنک کننده هیبریدی HBCS زمانی مفید است که میزان آب مصرفی را کمتر کرده و بخار خروجی از پشته ‌های فن را کاهش داده یا حذف نماید. چون بخار آب است، پس توده آلاینده ای نیست؛ اما ممکن است باعث ایجاد مشکلاتی برای مناطق مختلف و بویژه مناطق مسکونی از جمله تراکم بیش از حد هوا شود.

برج های خنک کننده مرطوب ممکن است به دلیل انتخاب مواد، اجزای کمتر مورد نیاز و اندکی صرفه جویی در مصرف برق باعث صرفه جویی در هزینه اولیه شوند. با این حال، برج ‌های خنک ‌کننده هیبریدی با کاهش مصرف آب و کاهش توده بخار خروجی، مزایای زیست ‌محیطی بسیاری دارند. در موارد استفاده صنعتی و مسکونی از برج های خنک کن هیبریدی، شاهد صرفه جویی قابل توجهی در آب مورد استفاده با این برج های خنک کن بوده ایم.

‫0/5 ‫(0 نظر)
مشاهده بیشتر

تحریریه کارینت

مطالب فناوری، آموزشی، ترفند های وب و موبایل و کلی مطلب دیگه رو در وبلاگ کارینت دنبال کنید :)  ✍️ اینجا هر کسی میتونه بنویسه!  | ???? ما را در تلگرام دنبال کنید (@karynet)

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا