برج خنک کننده
برج خنک کننده (cooling tower) نوع خاصی از مبدل حرارتی (heat exchanger) است. در این تجهیز گرمای آب با تماس مستقیم با هوا، به اتمسفر منتقل می‌گردد. آب خنک کننده‌ی مورد نیاز صنایع بعد از انجام تهویه به برج خنک‌کننده باز می‌گردد تا سرد شود. پایه کار این سیستم انتقال گرما بر مبنای اصول اولیه فرآیند تبخیر است. در این فرآیند حجم زیادی از آب خنک می‌شود تا برای ورود مجدد به تجهیزات مورد نیاز مورد استفاده قرار گیرد. از برج خنک‌کننده در صنایعی مانند نیروگاه‌ها، پتروشیمی‌ها، پالایشگاه‌ها و… استفاده می‌شود. با توجه به شرایط آب و هوایی محل تاسیسات صنعتی، انواع مختلفی از این تجهیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.بخشی از برج خنک‌کننده با قطعاتی به نام «پرکن» (filler) مانند پوشال در کولر آبی پر می‌شود. آبی که قرار است خنک شود، روی این پرکن‌ها اسپری می‌گردد. پرکن‌ها باعث افزایش سطح و زمان تماس بین هوا و آب می‌شوند
از زغال سنگ ، نفت سفید یا گاز طبیعی به عنوان سوخت در برج خنک کننده استفاده می شود . در آغاز از نفت سفید به عنوان سوخت استفاده می شد اما با افزایش مصرف بنزین برای خودروها ، اما با افزایش قیمت منسوخ شد ، در حالی که امروزه از گاز طبیعی به طور گسترده ای استفاده می شود زیرا تولید دی اکسید گوگرد ، باران اسیدی و درمان خاکستر مشکلی نشان نمی دهد و برای محیط زیست بسیار بهتر است.
اجزای سازنده یک نیروگاه (برج خنک کننده) عبارتند از:
- انبار زغال سنگ
- کالدجا
- توربین ها
- ژنراتور و سیستم الکتریکی
انبار ذغال سنگ
زغال سنگ توسط تسمه نقاله یا کالسکه قطار حمل می شود. تسمه نقاله زغال سنگ را به انبار زغال سنگ باز که در نزدیکی نیروگاه قرار دارد منتقل می کند. انبار زغال سنگ چندین هفته ذخیره تأمین دارد. تسمه های نقاله دیگر ذغال سنگ را به نیروگاه انتقال می دهند که از طریق قیف آسیاب های بزرگ را پر می کند. در آسیاب ، زغال سنگ آسیاب شده و پودر می شود. گرد و غبار ذغال با هوا مخلوط شده و از طریق دستگاه احتراق به دیگ بخار وارد می شود. این مخلوط درون کوره مشتعل می شود. گاز مایع و گاز طبیعی نیز با قطار یا خط لوله منتقل می شوند. در نیروگاه ها مخازنی وجود دارد که این سوخت ها برای تأمین چندین روز در آنها ذخیره می شوند. روغن با پمپ ها به دستگاه احتراق ارسال می شود.دستگاه احتراق ذرات نفت سفید را با هوا مخلوط می کند. این مخلوط به داخل کوره تزریق و مشتعل می شود. گاز طبیعی نیز با هوا مخلوط شده و از طریق دستگاه احتراق به دیگ بخار وارد می شود و اشتعال این مخلوط در داخل کوره انجام می شود. گاز طبیعی به راحتی از زغال سنگ مشتعل می شود زیرا به خوبی با هوا مخلوط می شود و احتراق با خاکستر کمتری تمیزتر است.
کالدجا
دیگ بخار از فولاد ساخته شده و دیواره های آن با لوله های آب پوشانده شده است. اجزای تشکیل دهنده آن عبارتند از:
- سیستم تزریق سوخت
- سیستم بخار آب
- سیستم جریان هوا
- سیستم خاکستر
سیستم تزریق سوخت برج خنک کننده
گاز طبیعی ، نفت سفید یا ذغال پودر به همراه هوا در محفظه احتراق مخلوط شده و به داخل کوره تزریق می شوند. این مخلوط مشتعل شده و دمای زیادی ایجاد می کند ، که باعث گرم شدن آب در لوله های قرار گرفته در دیواره های دیگ می شود. در دماهای بالا آب تبخیر شده و بخار تولید می شود.
سیستم بخار آب
آب پمپ شده به دیگ گرم می شود و از طریق لوله ها گردش می کند. به دلیل گرمای آزاد شده در هنگام احتراق سوخت ، آب تبخیر شده و بخار تولید می شود. بخار داغ گرم می شود ، در این حالت دما بالا می رود و توربین فشار قوی را به حرکت در می آورد. بخار مستعمل خارج شده از توربین فشار بالا دوباره گرم می شود ، که توربین فشار کم را به حرکت در می آورد. بخار مصرف شده و خارج شده از توربین در آب ، در کندانسور متراکم می شود. کندانسور خلا a ایجاد می کند که تبخیر بخارهای توربین را امکان پذیر می کند. خازن یک مبدل حرارتی است که بخارها بر روی لوله ها متراکم می شوند و توسط آب از منبع مجاور خنک می شوند. تکنیک های خنک کننده می تواند توسط رودخانه ، دریاچه یا اقیانوس و سپس توسط برج خنک کننده باشد.برج های خنک کننده می توانند از انواع مختلفی با استفاده از روش آب و هوا استفاده کنند و باعث خنک سازی با اثر زیاد اما با اتلاف آب می شوند. برج ها می توانند هوا و مکانیکی باشند. برج هایی با جریان هوای طبیعی بلندتر هستند. در داخل برج خنک کننده ، موانع قرار گرفته در آن فضای گردش آب را برای خنک کننده کارآمدتر افزایش می دهد. آب داغ اسپری تا مشبک بالای برج ریخته می شود. آب از طریق موانع به آرامی از بالای برج به پایین جریان می یابد. به طور همزمان ، فن ها یا جریان هوای طبیعی از پایین برج به سمت بالا گردش می کنند. این باعث آزاد شدن بخار می شوددر داخل برج خنک کننده ، موانع قرار گرفته در آن فضای گردش آب را برای خنک کننده کارآمدتر افزایش می دهد. آب داغ اسپری تا مشبک بالای برج ریخته می شود. آب از طریق موانع به آرامی از بالای برج به پایین جریان می یابد. به طور همزمان ، فن ها یا جریان هوای طبیعی از پایین برج به سمت بالا گردش می کنند. این باعث آزاد شدن بخار می شوددر داخل برج خنک کننده ، موانع قرار گرفته در آن فضای گردش آب را برای خنک کننده کارآمدتر افزایش می دهد. آب داغ اسپری تا مشبک بالای برج ریخته می شود. آب از طریق موانع به آرامی از بالای برج به پایین جریان می یابد. به طور همزمان ، فن ها یا جریان هوای طبیعی از پایین برج به سمت بالا گردش می کنند. این باعث آزاد شدن بخار می شود
سیستم جریان هوا برج خنک کننده
فن های جریان هوا ، هوای تازه محیط را از طریق بخاری منتقل می کنند و دمای هوا را افزایش می دهند. گاز داغ بخاری هوا را گرم می کند.
سیستم خاکستر برج خنک کننده
نیروگاه های زغال سنگ نیز مقدار زیادی خاکستر تولید می کنند. ذرات خاکستر در ته فر جمع می شوند و با آب مخلوط می شوند. خاکستر پرنده از کیسه های فیلتر استخراج شده و با آب مخلوط می شود. سپس خاکستر در محل های خاکستر ریخته می شود که باید برای کاشت گیاهان با خاک پوشانده شود تا آلودگی محیط به حداقل برسد. از خاکستر می توان برای بتن نیز استفاده کرد.
توربین ها
فشار بالا و دمای بخار توربین را به حرکت در می آورد. انرژی گرما در بخار به انرژی مکانیکی تبدیل می شود. طول پره های توربین از ورودی تا دهانه بخار افزایش می یابد. توربین دارای قسمت ساکن و شافت چرخان است. نیروگاه های مدرن دارای یک توربین فشار بالا و یک توربین فشار کم در برخی موارد یک توربین فشار متوسط هستند.
ژنراتور و سیستم الکتریکی برج خنک کننده
ژنراتور و توربین بر روی پایه نصب شده و روی شافت متصل می شوند. استاتور ژنراتور دارای هسته از ورق های فولادی با قاشق است. سیم پیچ های سه فاز در این دره ها قرار دارند. در ژنراتورهای بزرگ سیم پیچ ها ستاره متصل (Y) هستند. سیم پیچ ها از میله های مسی عایق بندی شده با میکا ساخته شده اند. معمولاً در نیروگاه ها از ژنراتورهای روتور استوانه ای پرسرعت استفاده می شود که به آنها توربو ژنراتور گفته می شود. روتور استوانه ای از فولاد با قاشق ساخته شده است. میله های مسی عایق شده در قاشق ها قرار می گیرند و سیم پیچ هایی را تشکیل می دهند که با جریان مستقیم تحریک کننده تامین می شوند. سطوح بدون قاشق قطب تشکیل می دهند. اصل کار ژنراتور جریان مستقیم در روتور باعث تولید میدان مغناطیسی می شود. توربین روتور و میدان مغناطیسی را می چرخاند.میدان چرخشی باعث ایجاد ولتاژ در سیم پیچ های سه فاز استاتور می شود. مولد های هیدرولیکی دارای روتور با قطب های نوک تیز هستند. این روتور دارای قطب هایی با سیم پیچ های جریان مستقیم است. قطب ها از طریق برسهای متصل به حلقه های کشویی با جریان مستقیم تأمین می شوند. ژنراتورهای کوچک توسط هوا خنک می شوند ، که با یک فن واقع در روتور گردش می کند. ژنراتورهای بزرگ توسط هیدروژن که از طریق یک حلقه بسته گردش می کند ، خنک می شوند. ژنراتورهای بسیار بزرگ توسط آب خنک می شوند. آب خنک کننده از طریق حفره های ویژه در هادی های سیم پیچ گردش می کند. جریان تحریک DC توسط ریدایرکتوری که از طریق حلقه های کشویی و برس به روتور متصل می شود ، تولید می شود. ژنراتور انرژی مکانیکی توربین را به برق تبدیل می کند. انرژی تولید شده در نیروگاه ها بارها را از طریق خطوط انتقال تأمین می کند.در نیروگاه ها ، موتورها ، آسیاب ها و پمپ ها برای کار خود در جایی 10-15٪ از برق تولید شده را مصرف می کنند که به آن مصرف خدمات (خود) گفته می شود.
برج خنک کننده