سيستم هاي نيروگاهي براي خنك كاري توربين هاي خود، يا برج خنك كننده مخروطي و مكعبي(Coolingtower conical)  مسكوني و تجاري براي خنك كردن سيال مورد استفاده در چيلرهاي به كار رفته براي تهويه مطبوع(دماي مناسب هوا همراه با زدودن دود و گرد و غبار) نيازمند برج خنك كننده برج خنك كننده مخروطي و مكعبي هستند.

تقريبا مي توان گفت كه استفاده از سيستم هاي تهويه مطبوع در دنياي امروز تبديل به يك ضرورت شده است. با وجود رشد بسيار زياد در زمينه هاي مختلف خنك كاري، هنوز هم زمينه هاي كاري و تحقيقاتي در آن به وفور ديده مي‌شود. برج خنك كننده مكعبي و مخروطي نه به عنوان سيستم تهويه مطبوع و خنك كاري بلكه جزئي از اين سيستم هاي ياد شده هستند.

همانطور كه پيش از اين اشاره شد، در حال حاظر اصطلاح خنك كاري به معني گسترده وسيعي شامل كنترل دما،كنترل رطوبت و پالايش ذرات موجود است.

دو فرايند اصلي مورد نياز براي دست يابي به بالاترين بهره وري در فرايند خنك كاري در زير توضيح خواهيم داد:
سرمايش: فرايند كاهش انرژي حرارتي يا كاهش گرما از سيال مورد نظر در برج خنك كننده مكعبي، به هدف پايين اوردن دما
حركت هوا: فرايند سيركولاسيون هوا در برج خنك كننده مكعبي به منظور دست يابي به بهترين حالت انتقال انرژي حرارتي

نحوه كاركرد برج خنك كننده مخروطي:

در صنعت مكانيك، برج هاي خنك كاري سيال موجود در ديگر سيستم ها نظير چيلر را تا دماي مورد انتظار خنك مي كنند. ابتدا سيال مورد نظر بر روي صفحات پركننده پاشيده مي شود، در اين هنگام فن برج شروع به كار كرده و هواي داخل برج خنك كننده مخروطي و مكعبي را به گردش در مي آورد.

اين به عمل تبخير سيال درون برج خنك كننده دايره منجر مي شود و دماي سيال را كاهش مي دهد. وظيفه ديگر فن، اگزاست هواي گرم داخل برج خنك كن مدور به محيط بيرون است.

سيال گرم توسط لوله هايي در بالاي برج توزيع شده و سپس توسط نيروي گرانش تا قسمت پايين روي پكينگ در حركت است. طراحي سطوح پر كننده به اين شكل است كه سيال را به ذرات ريز تبديل كرده و همچنين سطح بيشتري را براي تماس با هوا ايجاد مي كند.

سيال خنك كننده در تشتك يا بيسين(Basin) برج خنك كننده مخروطي و مكعبي جمع شده و از طريق پمپ يا سيستم ثقلي به دستگاه بر مي گردد.

چرا برج خنك كننده مكعبي:

برج خنك كننده در شكل هاي دوار و مكعبي و همچنين هذلولي توليد مي شود. دليل طراحي برج خنك كننده مكعبي بيشتر ظرفيت بالاي اين نوع برج(بر اساس تناژ تبريد) و سهولت توليد و تعمير ان است.

به راحتي مي توان با افزودن سلول، ظرفيت برج را افزايش داد. يكي ديگر از نكات برج خنك كننده مكعبي بر خلاف نوع دوار آن، استفاده از چند فن به جاي يك مي باشد. اين امر به عمر برج خنك كننده مكعبي كمك شاياني مي كند زيرا لرزش و اتعاشات اين برج به طور قابل ملاحظه اي كم مي شود.

چرايي برج خنك كننده مخروطي:

ايا به اين فكر كرده ايم به چه دليل لوله هاي انتقال اب را مدور مي سازند؟ نكته اولي كه به ذهن ما مي رسد اين است كه اتصالات اين نوع لوله ها بسيار اسان است. اگر بخواهيم از ديد يك مهندس مكانيك به اين قضيه نگاه كنيم داستان طور ديگري است.

در علم سيالات هنگامي كه جريان سيال را در داخل لوله و كانال ها بررسي مي كنيم با قانون لزجت نيوتون اين كار را انجام مي دهيم. اين قانون بيانگر تنش هاي ايجاد شده در زمان حركت سيال داخل لوله مي باشد

. وقتي لوله مدور باشد سبب كاهش زياد تنش هاي ايجاد شده مي شود. حال برج خنك كننده مخروطي و مكعبي را از همين حيث بررسي كنيم. وقتي برج خنك كاري مدور توليد شود تمركز تنش در ان بسيار كم مي باشد و اين باعث طولاني شدن عمر برج خنك كننده مدور مي شود.

محل نصب برج خنك كننده مكعبي:

به دليل شكل مكعب اين برج خنك كاري امكان ازدياد طول با ثابت نگهداشتن ارتفاع برج ميسر است( دقيقا شبيه انچه كه در مخازن تحت فشار استوانه اي و كروي شاهد ان هستيم) اين كار براي افزايش ظرفيت برج صورت مي گيرد.

پس محل نصب ما مي‌تواند راحت‌تر انتخاب شود. نكته ديگر براي محل نصب اين است كه اطراف ديواره‌هاي خود برج خنك كننده مكعبي بايد آزاد باشد و فاصله اي حدودا 3 متري داشته باشد تا جريان ازاد هوا اطراف برج خنك كننده مكعبي شكل بگيرد.

محل نصب برج خنك كاري مدور:

در اين برج خنك كاري با افزايش ظرفيت برج، شعاع و ارتفاع ان زياد مي شود. محل نصب برج خنك كاري مدور بايد به گونه اي باشد كه از طرفين آزاد باشد تا سبب گردش طبيعي هوا در اطراف خود باشد. همچنين بايد تدبيري انديشيده شود تا ساعاتي از شبانه روز در سايه قرار گيرد.

جنس كولينگ تاور مكعبي و مخروطي:

مكعب بودن اين نوع برج توليد ان را آسان كرده است، به طوريكه مي توان علاوه بر فايبرگلاس از ورق گالوانيزه در بدنه ان استفاده كرد.

دوار بودن برج باعث مي شود محدوديت در انتخاب جنس بدنه داشته باشيم به طوري كه مي توان ان را فقط از فايبرگلاس توليد كرد. ادامه مطلب در سايت برج خنك كننده تجهيز صنعت تتا

ديگ بخار ( boiler ) مخزن تحت فشار براي تامين آب گرم و يا توليد بخار است، كه دراندازه هاي مختلفي مورد استفاده قرارمي‌گيرند.عامل اصلي درطراحي و ساخت ديگ بخار فشار است.

ديگ بخار يك ظرف بسته است كه آب با ساير مايعات در آن گرم شده و بخار يا بخار فوق گرم در آن توليد مي‌شود. در بويلرها براي جلوگيري از افزايش فشار ديگ بخار نسبت به فشار طراحي، از يكشيراطمينان استفاده  مي‌شود. به اين ترتيب درصورتي كه فشار سيال گرم داخل ديگ بخار بيش از فشار مجاز شود؛اين سيال از طريق شيراطمينان از دستگاه خارج مي‌گردد.موارد ايمني و كنترل براي سيستم‌هاي پرفشار، غير ازمواقعي كه صرفه اقتصادي يا ضرورت داشته باشند استفاده نمي‌شوند.

يك ديگ بخار كم فشار با فشار حداكثر 100kpa بالاتر از فشار جو كار مي‌كند بدين معني كه در چنين سيستمي فشار سنج فشار نسبي 100kpa را نشان مي‌دهد.در مقابل يك ديگ آب گرم كم فشار تا فشار 1100kpa مجاز است. دليل اين اختلاف عبارت است از:

انفجار يك بويلر به شدت خطرناك است ديگ بخار به دليل انبساط بسيار بالاي بخار در هنگام انفجار مانند يك بمب عمل مي كنند.در مقابل خرابي يك ديگ آب گرم منجر به جاري شدن آب مي شود و مانند بخار حالت انفجار ندارد به همين منظور فشار ديگهاي آب گرم كم فشار تا 1100kpa مجاز نيز است.

قوانين بويلر

قوانين مربوط به ديگ بخار و اجزاي آن در آيين نامه ها مختلف آمده است اين آيين نامه ها توسط افراد متخصص ساكن در هر منطقه كه در اين زمينه ها كار ميكنند تدوين شده است استاندارد اصلي در شمال امريكا توسط انجمن مهندسان مكانيك آمريكا  (ASME) تحت عنوان كد ديگها و مخازن فشار ارائه شده است.محتواي اين مقررات عبارتند از : 1- ديگ بخار مكانيكي 2- ديگ بخار گرمايش .در اروپا نيز آيين نامه ديگري در اين زمينه تدوين شده است كه در آن معيارها و ضوابط اندكي متفاوت مطرح شده است.

به همين دليل طراح بايد در هنگام طراحي ديگ بخار با ضوابط آيين نامه‌هاي محلي آشنايي كافي داشته باشد.

به طور كلي تمامي ديگها دو قسمت اصلي دارند:

1-بخش احتراقي يا محفظه احتراق

2-بخش انتقال حرارت

بخش احتراق جايي است كه در آن مخلوط هوا و سوخت مي‌سوزد.كف اين بخش عايق و قسمت فوقاني و نواحي اطراف آن پوشيده از صفحات انتقال حرارت هستند. نسبت هواي ارسالي به محفظه احتراق به شدت در راندمان سيستم موثر است.زياد بودن نسبت هوا منجر به گرم شدن مقداري از هوا و خروج گرما با خارج شدن هواي گرم از طريق دودكش مي‌شود و كم بودن نسبت آن منجر به سوخت ناقص و توليد گازهاي سمي مي‌گردد.

نسبت خيلي كم هوا مي‌تواند منجر به خروج سوخت از دودكش بدون شركت در احتراق باشد.

بخش دوم ديگ بخار انتقال حرارت است .در اين بخش گاز قبل از خروج از محفظه بويلر از راست به چپ و سپس از چپ به راست مي‌رود در ديگ‌هاي بزرگ از چدن هايي كه به هم پيچ شده يا از ورق‌هاي فولادي به هم جوش شده با لوله‌ها استفاده مي‌شود.

در مدل هاي كوچك تر به خصوص ديگ بخار خانگي بخش انتقال حرارت از مس .آلومينيوم يا فولادهاي ضدزنگ ساخته ميشود.بويلر‌ها قابل طراحي براي هر نوع سوختي هستند.منبع توليد انرژي در ديگ‌هاي بخار ميتواند الكتريسيته گاز نفت يا زغال سنگ باشد.

در عصر امروز به عنوان بازيافت مي‌توان از دور ريز ها نيز به عنوان سوخت طبيعي استفاده كرد.

عملكرد بويلر بخار

در تمامي انواع بويلر گرماي ورودي به محفظه احتراق ديگ نياز به تعديل يا تنظيم دارد مشعل‌هاي گازي يا گازوئيلي ممكن است به صورت دوره اي خاموش و روشن شوند كه اين عمل در دماي آب يا بخار تاثير دارد.

تاثير ياد شده به ويژه در بار حرارتي كه بيشتر است.به طور كلي اين خاموش روشن شدن مشكلي در عملكرد سيستم ايجاد نميكند اما با استفاده از مشعل‌هاي خاموش كم و زياد راندمان سيستم بالا ميرود.در سيستم هاي بزرگ تر مشعل‌هايي با خروجي قابل تنظيم از صفر تا صددرصد نصب مي‌شود.

به محدوده كاهش ظرفيت ديگ بخار اصطلاحا نسبت كاهش ظرفيت گفته ميشود.كه مابين عملكرد كامل دستگاه و حداقل آن است . به عنوان مثال مشعلي كه از ده درصد ظرفيت تا صددرصد ظرفيت مي‌تواند كاركند نسبت كاهش دور 10:1 دارد.در صورت استفاده از يك مشعل قابل تنظيم راندمان سيستم ديگ بخار با كاهش خروجي افزايش مي‌يابد.

اين افزايش به دليل بالا رفتن نسبت سطح تبادل حرارت به گرماي ورودي است كه در عين حال خروجي با نرخ احتراق سيستم كاهش مي‌يابد.

ديگ بخار با سوخت زغال سنگ

در يك ديگ بخار با سوخت زغال سنگ تنظيم كردن مقدار حرارت محفظه احتراق با تنظيم حجم هواي ورودي به داخل محفظه قابل تنظيم است  به اين ترتيب ورود هواي بيشتر به معناي گرماي بيشتر و ورود هواي كمتر به معني توليد كمتر گرما است.

در حالت كلي با افزايش ميانگين دماي سيال كارايي سيستم كاهش مي‌يابد يعني سيستم با محدوده دماي 65c تا 75cبا دماي ميانگين 70c نسبت به سيستمي با محدوده دماي 70C تا 80C كارايي بهتري دارد از سوي ديگر براي ميانگين دمايي پايين‌تر سطح بيشتري براي انتقال گرما نياز است در اينجا مثال ديگري داريم كه طراح بايد هزينه‌هاي جاري مانند سوخت در برابر هزينه‌هايي مانند خريد تجهيزات مقايسه كند.

از آنجا كه عملكرد ديگ بخار براي سيستم تهويه مطبوع ساختمان در كنار ديگر اجزا مانند چيلر و كولينگ تاور بسيار ضروري است استفاده از دو بويلر مي‌تواند در مواقع خرابي يك ديگ بسيار مفيد باشد.

وجود دو پمپ باعث مي‌شود تا درهنگام خرابي از توقف كامل سيستم جلوگيري شود. يك منبع تحت فشار كه تنظيم كننده فشار سيستم در هنگام گرم شدن و انبساط آب است منبع هاي تحت فشار معمولا داراي غشايي است كه آب و هوا را براي جلوگيري از خوردگي ناشي از ورود اكسيژن هوا به آب از هم جدا مي‌سازد.

در چنين سيستمي اگر سطح آب كاهش يابد مقداري از آب به سيستم پمپ مي‌شود و با كاهش فشار سيستم قسمت هواي مخزن تقويت مي‌شود.

شير اطمينان ديگ بخار

از ديگر اجزاي اين سيستم يك شير اطمينان با بارگذاري فنري است كه براي هر ديگ بخار ديده شده است اين شير در صورت افزايش فشار از فشار طراحي سيستم آب يا بخار را آزاد كرده و از انفجار سيستتم ديگ بخار جلوگيري ميكندكنترل كننده سطح آب ديگر جزئي است كه براي هر مخزن بخار تعبيه شده است به اين ترتيب از كاهش شديد ميزان آب ديگ كه باعث زياد گرم شدن دستگاه و افزايش احتمال بروز خسارت به سيستم مي‌شود جلوگيري به عمل مي‌آيد .

وجود اكسيژن محلول و مواد شيميايي خورنده در آب باعث ايجاد خوردگي و جاي گذاري رسوب در سيستم مي‌شود كه اين مسله به ويژه در مورد در مورد لوله‌هاي فولادي از اهميت بيشتري برخوردار است در سيستم‌هاي مدار بسته براي كنترل بيشتر كيفيت ديگ بخار از انواع افزودني‌هاي شيميايي استفاده مي‌گردد.

در سيستم‌هاي توليد بخار مواردي از قبيل خلوص آب و عاري بودن آن از اكسيژن اضافه ميشود.در چنين سيستم‌هايي به علت خاصيت خورندگي بالاي بخار مواد شيميايي به آب اضافه مي‌شود تا از ميزان خوردگي سيستم كاسته شود

ضمن آنكه براي پيشگيري از مشكلات احتمالي كنترل مداوم از مواد لازم جهت جلوگيري از خوردگي الزامي است

اصول ديگ بخار

ديگ بخار يك ظرف بسته است كه  آب يا ساير مايعات درآن گرم شده وبخار يا بخار فوق گرم توليد مي شود، يا تركيبي از اين اعمال زير فشار يا در خلأ براي استفاده خارج از ديگ بخار با استفاده از انرژي حاصل از احتراق سوخت، برق، يا انرژي خورشيد انجام مي شود.واژه ديگ بخار شامل واحدهاي احتراق، جدا از سيستم هاي كنترل دروني كه براي گرمايش يا تبخير مايعاتي غير از آب به كار مي روند، مي باشد.

ديگ بخار اغلب براي تأمين آب و گرمايش ساختمان ها مورد استفاده قرار مي گيرند. ديگ‌هاي بخار براي كاربردهاي كم فشار وكم دما انتخاب مي‌شوند. مكان‌هاي نمونه براي ديگ‌هاي بخار عبارت‌اند از :

ساختمان هاي اداري، مدارس، اتاق هاي پرستاري، بيمارستان ها، هتل ها، رختشوي خانه ها، كليسا ها، وغيره. برآورد مي شود كه 80%ديگ‌هاي مورد استفاده به اين گروه تعلق دارند

انواع مختلفي از ديگ بخار در سرتاسر جهان به كار مي‌رود. طبقه‌بندي كلي اين بويلرها براساس معيارهاي زير مي‌باشد. براساس كاربرد، براساس جنس ديگ، براساس سوخت، براساس نوع لولهو غيره نيز طبقه‌بندي مي‌شود.