برج خنک کننده بتنی به نوعی از برج خنک کننده گفته می شود که سازه و بدنه اصلی آن از بتن ساخته شود. این برج های خنک کننده بیشتر به شکل هذلولی و یا مکعبی ساخته می شوند و ابعاد بسیار بزرگی دارند که ارتفاع آنها گاه تا 150 متر می رسد.به طور کلی، ساخت کولینگ تاور بتنی نیاز به مصالح زیادی دارد و بسیار پر هزینه است. علاوه بر این نیاز به فوندانسیون بزرگ و گران قیمت برای تحمل وزن سازه اصلی دارد. پروسه ساخت آن بسیار زمان بر است، زیرا در هر مرحله نیاز به خشک شدن بتن است. ولی در عین حال عملکرد بسیار مناسبی دارند و آب با دبی بسیار بالا را خنک می کنند.
برج خنک کننده بتنی
جهت ساخت برج خنک کننده بتنی نیاز به همکاری نزدیک مهندسان مکانیک و سازه جهت هماهنگی در قرار گرفتن قطعات و قسمت ها در سازه اصلی می باشد. رعایت ابعاد و دقت در ساخت بسیار مهم است و نیاز است که پس از هر مرحله ارتفاع و ابعاد دقیقا بررسی و چک شود.
همانطور که گفته شد این نوع نیاز به فوندانسیون بسیار بزرگ و مستحکم جهت تحمل بار وزنی دارد. در داخل بدنه بتنی برج خنک‌کن قطعات تقویتی فلزی به کار می رود. قیمت فن برج خنک کننده فایبرگلاس عموماً شامل ستون‌های فایبرگلاسی با قطر مختلف، بافت‌های برشی و پروفیل‌های فولادی برای اتصال قطعات به یکدیگر هستند.
مزایا و معایب برج خنک کن بتنی
برج خنک کن بتنی تبدیل به بخش ثابت نیروگاه و خواهد شد و تغییر یا به روز رسانی آن و یا قسمت های آن تقریبا غیرممکن است.اگر در داخل بتون از قطعات فلزی استفاده نشده باشد و سازه به خوبی تقویت شده نباشد، برج خنک کننده با اولین زلزله ضعیف فرو خواهد ریخت. بعد از زلزله باید کولینگ تاور بتنی را جهت تشخیص خرابی‌ها به دقت مورد بازرسی قرار داد.
همچنین این مدل برج ممکن است در طی زمان دچار خوردگی و یا ترک شود، بنابراین و بازسازی مداوم در دستور کار قرار دارد که بسیار مشکل و پرهزینه است و زمان زیادی هم می برد.
این نوع برج در مقابل آتش مقاوم هستند، ولی در هنگام اطفاء حریق ممکن است برخی قسمت های آن سریعبرج 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.
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
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)
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)
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 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 کننده خشک و تر نیروگاهی بررسی، مشاهده بخار در قسمت خروجی دودکش آن است. بدین ترتیب اگر در خروجی دودکش پکینگ برج خنک کننده نیروگاهی بخار آب مشاهده کردید، می توانید با احتمال خیلی زیاد آن کولینگ تاور را مرطوب یا تر در نظر بگیرید.
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 نیروگاهی، جهت خنک سازی بخش ها، فعالیت ها و فرآیندهای مختلف یک نیروگاه استفاده می گردد. با توجه به نیاز گسترده به آب خنک در نیروگاه، معمولاً از نوع کولینگ تاورهای عظیم و بلند مرتبه که سازه بتنی دارند استفاده می شود.
گاهی جریان دبی آب حتی تا پنجاه هزار متر مکعب در ساعت و ارتفاع نیز تا 150 متر می رسد. در این نوع کولینگ تاور به جهت حساسیت و الزامات موجود در نیروگاه، باید در تمام طول مدت فعالیت عملکرد مطمئن و پایداری داشته باشد.
برج خنک کننده نیروگاه برقی حرارتی
بخش عمده انرژی مورد نیاز کشورها از نیروگاه برقی حرارتی تأمین می گردد که همه آنها نیاز به خنک سازی نیاز دارند. در نیروگاه های برقی حرارتی، آب داغ تأمین شده حاصل از گاز طبیعی، ذغال سنگ، نفت و یا انرژی هسته ای توربین ها را به حرکت درمی آورد.
آب داغ پس از اینکه به بخار اشباع تبدیل شد حال به سمت توربین که به ژنراتور متصل است می رود و با استفاده از انرژی جنبشی خود آن را به حرکت در می آورد و پس از عبور بخار از توربین وارد کندانسور می شود. در این مرحله کولینگ تاور با کاهش دمای بخار آن را به آب اشباع تبدیل می نماید.
کولینگ تاور نیروگاه
سوخت نیروگاه های برقی حرارتی معمولا گاز طبیعی، ذغال سنگ، نفت و یا فعالیت راکتور اتمی می باشد که بوسیله حرارت آن آب به بخار اشباع تبدیل شده و وارد توربین شده آن را به حرکت درآورده و برق تولید می کند. حال این بخار باید در کندانسور شده به وسیله کولینگ تاور خنک شده و سیکل ادامه یابد
بخش های مختلف برج خنک کننده نیروگاه
برج خنک کننده نیروگاه
۱. برج خنک کن نیروگاه
۲. پمپ آب سرد
۳. خطوط انتقال سه فاز
۴. ترانسفورماتور افزایش ولتاژ
۵. ژنراتور الکتریکی
۶. توربین بخار کم فشار
۷. پمپ آب بویلر
۸. تقطیر کننده سطحی
۹. توربین بخار فشار متوسط
۱۰. دریچه کنترل بخار
۱۱. توربین بخار فشار بالا
۱۲. دگازور
۱۳. گرم کننده آب
۱۴. حمل‌کننده زغال سنگ
۱۵. قیف زغال سنگ
۱۶. پودرساز زغال سنگ
۱۷. سیلندر دود بویلر
۱۸. قیف خاکستر
۱۹. سوپر هیتر
۲۰. پمپ هوا
۲۱. پس گرم کن
۲۲. سوپاپ هوای احتراق
۲۳. پیش گرم کن مقدماتی
۲۴. پیش گرم کن هوا
۲۵. ته نشین کننده الکترواستاتیکی
۲۶. پمپ هوا
۲۷. دودکش
کولینگ تاور نیروگاه اتمی
در یک نیروگاه اتمی نیز جهت خنک کردن کندانسور به کار می رود. مطابق تصویر ابتدا در ساختمان اتمی با گرمای حاصل از واکنش هسته ای بخار حاصل می شود. بخار تولید شده وارد توربین گردیده و سپس به وسیله ژنراتور برق تولید می شود. در نهایت آب خنک حاصل از کولینگ تاور وارد مبدل شده و کندانسور را خنک می کند.
برج خنک کن نیروگاه اتمی
نیروگاه های اتمی معمولاً در کنار دریا یا رودخانه ساخته می شود و از این منبع آبی استفاده می نماید. در تصویر زیر نیروگاه اتمی بوشهر را ملاحظه می فرمایید.
کولینگ تاور نیروگاه شهید رجایی
از جمله نیروگاه‌های برقی حرارتی ایران می توان به نیروگاه شهید رجایی قزوین اشاره نمود که اگر از شهر قزوین به سمت تهران حرکت نمایید، به صورت شگفت انگیزی با سازه های بلند و زیبا در سمت راست جاده رخ نمایی می کند. 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.
برج خنک کن نیروگاه شهید رجایی
از آنجا که این کولینگ تاور از نوع خشک غیر مستقیم است، هیچ نوع مصرف آب در بخش تبخیر نخواهد داشت. این برج خنک کن دارای یک کویل (کندانسور) می باشد که آب در درون آن جریان دارد و همزمان هوا به وسیله مکش طبیعی از روی آن عبور کرده و باعث خنک شدن آن می شود. سپس این آب خنک سیال دیگری را در مبدل حرارتی به صورت غیرمستقیم خنک می کند.
برج خنک کننده نیروگاه شهید مفتح
برج خنک کننده نیروگاه مفتح در زمان طراحی از نوع مرطوب ساخته شد. معمولاً این نوع از کولینگ تاور به دلیل مصرف زیاد آب باید در کنار دریا یا رودخانه مورد بهره‌برداری قرار گیرند. حال با گذشت زمان و کمبود شدید منابع آبی در منطقه دچار مشکل گردیده است.
در چند فاز تعدادی از کولینگ تاورهای تر به نوع هلر و هیبریدی تبدیل شده اند. با تبدیل کولینگ تاورهای مرطوب به و کولینگ تاور هیبریدی تا حدود هشتاد درصد می توان در مصرف آب صرفه‌جویی نمود.
- سازه فلزی برج شماره دو نیروگاه همدان از نوع سازه فضایی با المان های لوله‌ای است که در نقاط گره با اتصالات پیچی متصل شده اند.
- ارتفاع برج 135 متر و به وزن 2000 تن می باشد.