Wieża chłodnicza

Nie mylić z łapaczem wiatru .

Typowa wyparna wieża chłodnicza z wymuszonym ciągiem i otwartą pętlą, odrzucająca ciepło z obiegu wodnego skraplacza przemysłowego agregatu chłodniczego

Hiperboloidalne wieże chłodzące z naturalnym ciągiem w elektrowni Didcot (Wielka Brytania)

Mokre wieże chłodnicze z wymuszonym ciągiem (wysokość: 34 metry) i mokre wieże chłodnicze z ciągiem naturalnym (wysokość: 122 metry) w Westfalii w Niemczech.

„ Zakamuflowana ” mokra wieża chłodnicza z ciągiem naturalnym w Dreźnie (Niemcy)

Wieża chłodnicza to urządzenie, które odprowadza ciepło odpadowe do atmosfery poprzez schłodzenie strumienia chłodziwa , zwykle strumienia wody, do niższej temperatury. Wieże chłodnicze mogą wykorzystywać odparowywanie wody do usuwania ciepła procesowego i schładzania płynu roboczego do temperatury zbliżonej do temperatury termometru mokrego lub, w przypadku suchych wież chłodniczych , polegać wyłącznie na powietrzu do schładzania płynu roboczego do temperatury zbliżonej do temperatury suchej temperatura powietrza w żarówce za pomocą grzejników .

Typowe zastosowania obejmują chłodzenie wody obiegowej stosowanej w rafineriach ropy naftowej , zakładach petrochemicznych i innych zakładach chemicznych , elektrowniach cieplnych , elektrowniach jądrowych oraz systemach HVAC do chłodzenia budynków. Klasyfikacja opiera się na rodzaju wlotu powietrza do wieży: główne typy wież chłodniczych to wieże chłodnicze z ciągiem naturalnym i z ciągiem indukowanym .

Wieże chłodnicze różnią się rozmiarem, od małych jednostek dachowych po bardzo duże struktury hiperboloidalne (jak na sąsiednim obrazie), które mogą mieć do 200 metrów (660 stóp) wysokości i 100 metrów (330 stóp) średnicy, lub prostokątne konstrukcje, które mogą mieć ponad 40 metrów (130 stóp) wysokości i 80 metrów (260 stóp) długości. Hiperboloidalne wieże chłodnicze są często kojarzone z elektrowniami jądrowymi , chociaż są również stosowane w niektórych elektrowniach węglowych oraz do pewnego stopnia w niektórych dużych zakładach chemicznych i innych zakładach przemysłowych. Chociaż te duże wieże są bardzo widoczne, zdecydowana większość wież chłodniczych jest znacznie mniejsza, w tym wiele jednostek zainstalowanych na budynkach lub w ich pobliżu w celu odprowadzania ciepła z klimatyzacji . Opinia publiczna często uważa wieże chłodnicze za emitujące dym lub szkodliwe opary, podczas gdy w rzeczywistości emisje z tych wież nie przyczyniają się do śladu węglowego i składają się wyłącznie z pary wodnej .

Historia

Rycina z 1902 r. Przedstawiająca „bezwentylatorową wieżę samochłodzącą Barnarda”, wczesną dużą wyparną wieżę chłodniczą, która opierała się raczej na naturalnym ciągu i otwartych bokach niż na wentylatorze; woda przeznaczona do schłodzenia była natryskiwana z góry na promienisty wzór pionowych mat z siatki drucianej.

Wieże chłodnicze powstały w XIX wieku dzięki opracowaniu skraplaczy do użytku z silnikiem parowym . Skraplacze wykorzystują stosunkowo zimną wodę na różne sposoby do skraplania pary wydobywającej się z cylindrów lub turbin. Zmniejsza to przeciwciśnienie , co z kolei zmniejsza zużycie pary, a tym samym zużycie paliwa, jednocześnie zwiększając moc i recykling wody kotłowej. Jednak skraplacze wymagają wystarczającej ilości wody chłodzącej, bez której są niepraktyczne. Podczas gdy zużycie wody nie stanowi problemu w przypadku silników morskich , stanowi znaczne ograniczenie dla wielu systemów lądowych.

Na przełomie XIX i XX wieku na obszarach pozbawionych stałego zaopatrzenia w wodę, a także w lokalizacjach miejskich, w których miejskie sieci wodociągowe mogą być niewystarczające, stosowano kilka metod recyklingu wody chłodzącej przez odparowanie; niezawodny w czasach zapotrzebowania; lub w inny sposób wystarczające do zaspokojenia potrzeb chłodzenia. Na obszarach z dostępnymi gruntami systemy przybrały formę stawów chłodzących ; na obszarach o ograniczonej powierzchni, na przykład w miastach, przybrały formę wież chłodniczych.

Te wczesne wieże były umieszczane albo na dachach budynków, albo jako konstrukcje wolnostojące, zasilane powietrzem przez wentylatory lub w oparciu o naturalny przepływ powietrza. Amerykański podręcznik inżynierii z 1911 roku opisał jeden projekt jako „okrągłą lub prostokątną powłokę lekkiej płyty - w efekcie komin znacznie skrócony w pionie (20 do 40 stóp wysokości) i bardzo powiększony w bok. Na górze znajduje się zestaw rynny rozdzielcze, do których musi być pompowana woda ze skraplacza, z których ścieka ona po „matach” wykonanych z drewnianych listew lub plecionych drucianych ekranów, które wypełniają przestrzeń wewnątrz wieży”.

Hiperboloidalna wieża chłodnicza została opatentowana przez holenderskich inżynierów Frederika van Itersona i Gerarda Kuypersa w 1918 roku . Pierwsze hiperboloidalne wieże chłodnicze zostały zbudowane w 1918 roku w pobliżu Heerlen . Pierwsze w Wielkiej Brytanii zostały zbudowane w 1924 roku w elektrowni Lister Drive w Liverpoolu w Anglii, do chłodzenia wody używanej w elektrowni węglowej.

Zgodnie z raportem Instytutu Technologii Gazu (GTI) , pośrednie chłodzenie wyparne do punktu rosy Cykl Maisotsenko (cykl M) jest teoretycznie rozsądną metodą obniżania temperatury płynu do punktu rosy, który jest niższy niż temperatura jego termometru mokrego. Cykl M wykorzystuje energię psychrometryczną (lub energię potencjalną) dostępną z utajonego ciepła wody parującej do powietrza. Podczas gdy jego obecną manifestacją jest M-Cycle HMX dla klimatyzacji, dzięki projektowi technicznemu cykl ten może być zastosowany jako urządzenie do odzyskiwania ciepła i wilgoci w urządzeniach spalania, wieżach chłodniczych, skraplaczach i innych procesach obejmujących strumienie wilgotnych gazów.

Szacuje się, że zużycie wody chłodzącej przez przetwórnie lądowe i elektrownie zmniejszy dostępność energii dla większości elektrociepłowni do lat 2040-2069.

W 2021 roku naukowcy zaprezentowali metodę odzyskiwania pary. Para jest ładowana za pomocą wiązki jonów, a następnie wychwytywana w drucianej siatce o przeciwnym ładunku. Czystość wody przekraczała EPA .

Klasyfikacja według zastosowania

Ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja (HVAC)

Dwie wieże chłodnicze HVAC na dachu centrum handlowego (Darmstadt, Hesja, Niemcy)

Główny artykuł: HVAC

Wieża chłodnicza FRP zainstalowana na dachu

Cela wieży chłodniczej typu krzyżowego z materiałem wypełniającym i widoczną wodą obiegową

Wieża chłodnicza HVAC (ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja) służy do usuwania („odrzucania”) niepożądanego ciepła z agregatu chłodniczego . Chłodzone cieczą agregaty chłodnicze są zwykle bardziej wydajne energetycznie niż agregaty chłodzone powietrzem ze względu na odprowadzanie ciepła do wody w wieży przy temperaturze mokrego termometru lub zbliżonej do niej . Chłodzone powietrzem agregaty chłodnicze muszą odprowadzać ciepło przy wyższej temperaturze termometru suchego , a tym samym mieć niższą średnią skuteczność odwróconego cyklu Carnota . Na obszarach o gorącym klimacie duże budynki biurowe, szpitale i szkoły zwykle wykorzystują jedną lub więcej wież chłodniczych jako część swoich systemów klimatyzacji. Ogólnie rzecz biorąc, przemysłowe wieże chłodnicze są znacznie większe niż wieże HVAC. Zastosowanie HVAC wieży chłodniczej łączy wieżę chłodniczą z chłodzonym cieczą agregatem chłodniczym lub skraplaczem chłodzonym cieczą. Tonę . klimatyzacji definiuje się jako usunięcie 12 000 brytyjskich jednostek termicznych na godzinę (3,5 kW) Równoważna tona po stronie wieży chłodniczej faktycznie odrzuca około 15 000 brytyjskich jednostek termicznych na godzinę (4,4 kW) ze względu na dodatkowy ekwiwalent ciepła odpadowego energii potrzebnej do napędzania sprężarki agregatu chłodniczego. Ta równoważna tona jest zdefiniowana jako oddawanie ciepła podczas chłodzenia 3 galonów amerykańskich na minutę (11 litrów na minutę) lub 1500 funtów na godzinę (680 kg / h) wody o 10 ° F (5,6 ° C), co wynosi 15 000 brytyjskich jednostek termicznych na godzinę (4,4 kW), przy założeniu współczynnika wydajności agregatu chłodniczego (COP) równego 4,0. Ten COP odpowiada współczynnikowi efektywności energetycznej (EER) równemu 14.

Wieże chłodnicze są również używane w systemach HVAC, które mają wiele wodnych pomp ciepła , które mają wspólną pętlę rurociągów wodnych . W tego typu systemie woda krążąca w obiegu wodnym odbiera ciepło ze skraplacza pomp ciepła zawsze, gdy pompy ciepła pracują w trybie chłodzenia, wówczas zamontowana na zewnątrz wieża chłodnicza służy do odprowadzania ciepła z obiegu wodnego i odrzucania to do atmosfery . Natomiast gdy pompy ciepła pracują w trybie grzania, skraplacze pobierają ciepło z wody obiegowej i odrzucają je do ogrzewanej przestrzeni. Gdy pętla wodna jest wykorzystywana głównie do dostarczania ciepła do budynku, wieża chłodnicza jest zwykle wyłączana (i może zostać osuszona lub zimowana, aby zapobiec uszkodzeniom spowodowanym przez zamarznięcie), a ciepło jest dostarczane innymi sposobami, zwykle z oddzielnych kotłów .

Przemysłowe wieże chłodnicze

Przemysłowe wieże chłodnicze dla elektrowni

Przemysłowe wieże chłodnicze do przetwórstwa owoców

lekka wieża chłodnicza

Przemysłowe wieże chłodnicze mogą być używane do usuwania ciepła z różnych źródeł, takich jak maszyny lub podgrzewany materiał procesowy. Głównym zastosowaniem dużych, przemysłowych wież chłodniczych jest usuwanie ciepła pochłoniętego w obiegowych wody chłodzącej stosowanych w elektrowniach , rafineriach ropy naftowej , zakładach petrochemicznych , zakładach przetwórstwa gazu ziemnego , zakładach przetwórstwa spożywczego, zakładach produkujących półprzewodniki i w innych zakładach przemysłowych. np. w skraplaczach kolumn destylacyjnych, do chłodzenia cieczy krystalizującej itp. Szybkość obiegu wody chłodzącej w typowej elektrowni węglowej o mocy 700 MW _z chłodnią kominową wynosi około 71 600 metrów sześciennych na godzinę (315 000 galonów amerykańskich na minutę), a woda obiegowa wymaga uzupełniania wody zasilającej na poziomie około 5 procent (tj. 3600 metrów sześciennych na godzinę, co odpowiada jednemu metrze sześciennemu na sekundę).

Gdyby ta sama elektrownia nie miała wieży chłodniczej i korzystała z wody chłodzącej z jednorazowym przepływem , potrzebowałaby około 100 000 metrów sześciennych na godzinę. Duże ujęcie wody chłodzącej zazwyczaj zabija miliony ryb i larw rocznie, ponieważ organizmy uderzają w ekrany wlotowe . Duża ilość wody musiałaby być stale zawracana do oceanu, jeziora lub rzeki, z której została pozyskana i stale ponownie dostarczana do rośliny. Ponadto odprowadzanie dużych ilości gorącej wody może podnieść temperaturę odbiornika rzeki lub jeziora do poziomu nieakceptowalnego dla lokalnego ekosystemu. Podwyższona temperatura wody może zabijać ryby i inne organizmy wodne (patrz zanieczyszczenie termiczne ) lub może również powodować wzrost liczby niepożądanych organizmów, takich jak inwazyjne gatunki racicznicy lub algi . Zamiast tego wieża chłodnicza służy do rozpraszania ciepła do atmosfery, a dyfuzja wiatru i powietrza rozprowadza ciepło na znacznie większym obszarze niż gorąca woda może rozprowadzać ciepło w zbiorniku wodnym. Parująca woda chłodząca nie może być wykorzystana do innych celów (innych niż deszcz gdzieś), podczas gdy woda chłodząca tylko powierzchniowa może być ponownie wykorzystana. Niektóre elektrownie węglowe i elektrownie jądrowe zlokalizowane na obszarach przybrzeżnych korzystają z wody oceanicznej, która raz przepływa. Ale nawet tam wylot wody zrzutowej na morzu wymaga bardzo starannego zaprojektowania, aby uniknąć problemów środowiskowych.

Rafinerie ropy naftowej mają również bardzo duże systemy wież chłodniczych. Typowa duża rafineria przetwarzająca 40 000 ton metrycznych ropy naftowej dziennie (300 000 baryłek (48 000 m ³ ) dziennie) przepuszcza około 80 000 metrów sześciennych wody na godzinę przez system wieży chłodniczej.

Najwyższe wieże chłodnicze na świecie to dwie wieże chłodnicze o wysokości 202 metrów (663 stóp) elektrowni cieplnej Kalisindh w Jhalawar w Radżastanie w Indiach.

Wieża chłodnicza postawiona w terenie

Klasyfikacja według budowy

Typ przesyłki

Wieże chłodnicze wznoszone w terenie

Wieża chłodnicza Brotep-Eco

Wieża chłodnicza w opakowaniu

Tego typu wieże chłodnicze są wstępnie zmontowane fabrycznie i można je łatwo transportować ciężarówkami, ponieważ są to kompaktowe maszyny. Wydajność wież typu pakietowego jest ograniczona iz tego powodu są one zwykle preferowane przez obiekty o niskich wymaganiach dotyczących odprowadzania ciepła, takie jak zakłady przetwórstwa spożywczego, zakłady tekstylne, niektóre zakłady przetwórstwa chemicznego lub budynki, takie jak szpitale, hotele, centra handlowe, fabryki samochodów itp.

Ze względu na ich częste stosowanie w obszarach mieszkalnych lub w ich pobliżu, kontrola poziomu dźwięku jest stosunkowo ważniejszą kwestią w przypadku wież chłodniczych typu pakietowego.

Typ wzniesiony na polu

Obiekty takie jak elektrownie, zakłady przetwórstwa stali, rafinerie ropy naftowej lub zakłady petrochemiczne zwykle instalują wieże chłodnicze wznoszone w terenie ze względu na ich większą zdolność do odprowadzania ciepła. Wieże wznoszone w terenie są zwykle znacznie większe w porównaniu do wież chłodniczych typu pakietowego.

Typowa wieża chłodnicza wzniesiona w terenie ma konstrukcję z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem (FRP) formowaną metodą pultrudowania , okładzinę z FRP , jednostkę mechaniczną ciągu powietrza i eliminator znoszenia.

Metody wymiany ciepła

W odniesieniu do zastosowanego mechanizmu wymiany ciepła główne typy to:

• mokre wieże chłodnicze lub wyparne wieże chłodnicze działają na zasadzie chłodzenia wyparnego . Chłodziwo robocze (zwykle woda) to odparowany płyn, który jest narażony na działanie czynników atmosferycznych.
• Wieże chłodnicze z obiegiem zamkniętym (zwane również chłodnicami cieczy ) przepuszczają czynnik chłodzący przez duży wymiennik ciepła , zwykle chłodnicę , na którą rozpylana jest czysta woda i stosowany jest ciąg wywołany wentylatorem. Wynikowa wydajność wymiany ciepła jest zbliżona do wydajności mokrej wieży chłodniczej, z korzyścią w postaci ochrony płynu roboczego przed wpływem środowiska i zanieczyszczeniem.
• adiabatyczne wieże chłodnicze rozpylają wodę w napływające powietrze lub na tekturową podkładkę w celu schłodzenia powietrza, zanim przejdzie ono przez chłodzony powietrzem wymiennik ciepła. Adiabatyczne wieże chłodnicze zużywają mniej wody niż inne wieże chłodnicze, ale nie chłodzą płynu tak blisko temperatury mokrego termometru. Większość adiabatycznych wież chłodniczych to również hybrydowe wieże chłodnicze.
• suche wieże chłodnicze (lub suche chłodnice ) to wieże chłodnicze z obiegiem zamkniętym, które działają na zasadzie wymiany ciepła przez wymiennik ciepła, który oddziela roboczy czynnik chłodzący od powietrza otoczenia, na przykład w chłodnicy, wykorzystując konwekcyjne przenoszenie ciepła. Nie używają parowania.
• hybrydowe wieże chłodnicze to wieże chłodnicze z obiegiem zamkniętym, które mogą przełączać się między pracą mokrą lub adiabatyczną i suchą. Pomaga to zrównoważyć oszczędność wody i energii w różnych warunkach pogodowych. Niektóre hybrydowe wieże chłodnicze mogą przełączać się między trybami suchymi, mokrymi i adiabatycznymi.

W mokrej wieży chłodniczej (lub wieży chłodniczej z obiegiem otwartym) ciepłą wodę można schłodzić do temperatury niższej niż temperatura termometru suchego powietrza otoczenia, jeśli powietrze jest stosunkowo suche (patrz punkt rosy i psychrometria ). Gdy powietrze z otoczenia jest zasysane przez strumień wody, niewielka część wody odparowuje, a energia potrzebna do odparowania tej części wody jest pobierana z pozostałej masy wody, obniżając w ten sposób jej temperaturę. Odparowana woda pochłania około 420 kilodżuli na kilogram (970 BTU / funt) energii cieplnej. Parowanie powoduje nasycenie powietrza, obniżając temperaturę wody przetwarzanej przez wieżę do wartości zbliżonej do temperatury mokrego termometru , która jest niższa niż temperatura termometru suchego otoczenia , różnica określona przez początkową wilgotność otaczającego powietrza.

Aby uzyskać lepszą wydajność (większe chłodzenie), stosuje się środek zwany wypełnieniem , który zwiększa powierzchnię i czas kontaktu między przepływami powietrza i wody. Splash fill składa się z materiału umieszczonego w celu przerwania przepływu wody powodując rozpryskiwanie. Wypełnienie foliowe składa się z cienkich arkuszy materiału (zwykle PVC ), po których spływa woda. Obie metody zwiększają powierzchnię i czas kontaktu płynu (wody) z gazem (powietrzem), aby poprawić wymianę ciepła.

Metody generowania przepływu powietrza

Schody wejściowe u podstawy masywnej hiperboloidalnej wieży chłodniczej dają poczucie jej skali (Wielka Brytania).

Jeśli chodzi o zasysanie powietrza przez wieżę, istnieją trzy typy wież chłodniczych:

• Naturalne zanurzenie — wykorzystuje pływalność przez wysoki komin. Ciepłe, wilgotne powietrze naturalnie unosi się z powodu różnicy gęstości w porównaniu z suchym, chłodniejszym powietrzem zewnętrznym. Ciepłe , wilgotne powietrze ma mniejszą gęstość niż suche powietrze przy tym samym ciśnieniu. Ta wyporność wilgotnego powietrza powoduje przepływ powietrza w górę przez wieżę.
• Ciąg mechaniczny — Wykorzystuje napędzane silnikiem silniki wentylatorów do wymuszania lub zasysania powietrza przez wieżę.
  • Ciąg wymuszony — Mechaniczna wieża wyciągowa z wentylatorem na wylocie (u góry), który zasysa powietrze przez wieżę. Wentylator wydmuchuje gorące, wilgotne powietrze z wylotu. Powoduje to niskie prędkości wlotu i wylotu powietrza, zmniejszając możliwość recyrkulacji , w której wywiewane powietrze przepływa z powrotem do wlotu powietrza. Ten układ wentylatora/płetwy jest również znany jako przeciąganie .
  • Ciąg wymuszony — Mechaniczna wieża wyciągowa z wentylatorem typu dmuchawy na wlocie. Wentylator wtłacza powietrze do wieży, tworząc wysokie prędkości wlotu i niskie wylotu powietrza. Niska prędkość wyjściowa jest znacznie bardziej podatna na recyrkulację. Z wentylatorem na wlocie powietrza, wentylator jest bardziej podatny na komplikacje spowodowane warunkami zamarzania. Inną wadą jest to, że projekt z wymuszonym ciągiem zwykle wymaga większej mocy silnika niż równoważny projekt z wymuszonym ciągiem. Zaletą konstrukcji z wymuszonym ciągiem jest możliwość pracy przy wysokim ciśnieniu statycznym . Takie konfiguracje można instalować w bardziej ograniczonych przestrzeniach, a nawet w niektórych sytuacjach w pomieszczeniach. Ta geometria wentylatora/płetwy jest również znana jako przedmuch .
• Naturalny przeciąg wspomagany wentylatorem — Typ hybrydowy, który wygląda jak konfiguracja z naturalnym przeciągiem, chociaż przepływ powietrza jest wspomagany przez wentylator.

Hiperboloidalna wieża chłodnicza

16 sierpnia 1916 r. Frederik van Iterson uzyskał brytyjski patent (108 863) na ulepszoną konstrukcję wież chłodniczych ze zbrojonego betonu . Patent został złożony 9 sierpnia 1917 r., A opublikowany 11 kwietnia 1918 r.

W 1918 roku firma DSM zbudowała pierwszą hiperboloidalną wieżę chłodniczą z naturalnym ciągiem w Staatsmijn Emma , ​​zaprojektowaną przez Frederika van Itersona .

hiperboloidalne (czasami błędnie nazywane hiperbolicznymi ) stały się standardem projektowym dla wszystkich wież chłodniczych z ciągiem naturalnym ze względu na ich wytrzymałość konstrukcyjną i minimalne zużycie materiału. Kształt hiperboloidy pomaga również w przyspieszaniu konwekcyjnego przepływu powietrza w górę, poprawiając wydajność chłodzenia. Te projekty są powszechnie kojarzone z elektrowniami jądrowymi . Jednak skojarzenie to jest mylące, ponieważ tego samego rodzaju chłodnie kominowe są często stosowane w dużych elektrowniach węglowych, a także w niektórych elektrowniach geotermalnych. I odwrotnie, nie wszystkie elektrownie jądrowe mają wieże chłodnicze, a niektóre zamiast tego chłodzą swoje wymienniki ciepła wodą z jeziora, rzeki lub oceanu.

W hybrydowych wieżach chłodniczych zaobserwowano sprawność cieplną do 92%.

Kategoryzacja według przepływu powietrze-woda

Przepływ krzyżowy

Mechaniczna wieża chłodnicza z przepływem krzyżowym używana w aplikacjach HVAC

Wieża chłodnicza z przepływem krzyżowym

Zwykle niższy koszt początkowy i długoterminowy, głównie ze względu na wymagania dotyczące pompy.

Przepływ krzyżowy to konstrukcja, w której strumień powietrza jest skierowany prostopadle do strumienia wody (patrz schemat po lewej). Strumień powietrza wpływa na jedną lub więcej pionowych powierzchni wieży chłodniczej, aby spotkać się z materiałem wypełniającym. Woda przepływa (prostopadle do powietrza) przez wypełnienie grawitacyjnie. Powietrze przepływa przez wypełnienie, a tym samym przepływa przez wodę do otwartej objętości komory. Wreszcie wentylator wypycha powietrze do atmosfery.

Dystrybucja lub zbiornik ciepłej wody składający się z głębokiej misy z otworami lub dyszami w dnie znajduje się w pobliżu szczytu wieży z przepływem krzyżowym . Grawitacja rozprowadza wodę przez dysze równomiernie na materiale wypełniającym. Przepływ krzyżowy V/s przeciwprądowy

Zalety konstrukcji z przepływem krzyżowym:

• Dystrybucja wody grawitacyjnej umożliwia stosowanie mniejszych pomp i konserwację podczas użytkowania.
• Bezciśnieniowy spray upraszcza zmienny przepływ.

Wady konstrukcji z przepływem krzyżowym:

• Bardziej podatne na zamarzanie niż konstrukcje przeciwprądowe.
• Zmienny przepływ jest bezużyteczny w pewnych warunkach.
• Bardziej podatne na gromadzenie się brudu w wypełnieniu niż konstrukcje przeciwprądowe, szczególnie w obszarach zakurzonych lub piaszczystych.

Licznik przepływu

Prysznice wewnątrz wieży chłodniczej

Wieża chłodnicza typu pakietowego z wymuszonym ciągiem przeciwprądowym

W konstrukcji przeciwprądowej przepływ powietrza jest dokładnie przeciwny do przepływu wody (patrz diagram po lewej). Strumień powietrza najpierw wpływa do otwartej przestrzeni pod materiałem wypełniającym, a następnie jest wciągany pionowo. Woda jest rozpylana przez dysze ciśnieniowe w pobliżu szczytu wieży, a następnie spływa w dół przez wypełnienie, przeciwnie do przepływu powietrza.

Zalety konstrukcji przeciwprądowej:

• Dystrybucja wody w sprayu sprawia, że ​​wieża jest bardziej mrozoodporna.
• Rozbicie wody w aerozolu sprawia, że ​​wymiana ciepła jest bardziej wydajna.

Wady konstrukcji przeciwprądowej:

• Zwykle wyższy koszt początkowy i długoterminowy, głównie ze względu na wymagania dotyczące pompy.
• Trudne w stosowaniu zmiennego przepływu wody, ponieważ może to negatywnie wpłynąć na charakterystykę oprysku.
• Zwykle głośniejszy, ze względu na większą wysokość spadku wody z dna wypełnienia do zbiornika zimnej wody

Wspólne aspekty

Wspólne aspekty obu projektów:

• Oddziaływania przepływu powietrza i wody pozwalają na częściowe wyrównanie temperatury i odparowanie wody.
• Powietrze, teraz nasycone parą wodną, ​​jest odprowadzane ze szczytu wieży chłodniczej.
• „Basen zbiorczy” lub „zbiornik zimnej wody” służy do zbierania i zatrzymywania schłodzonej wody po jej interakcji ze strumieniem powietrza.

Konstrukcja z przepływem krzyżowym i przeciwprądowym może być stosowana w wieżach chłodniczych z ciągiem naturalnym i mechanicznym.

Bilans materiałowy mokrej wieży chłodniczej

objętościowe natężenie przepływu wody uzupełniającej , straty spowodowane parowaniem i wiatrem, szybkość pobierania i cykle koncentracji.

Na sąsiednim schemacie woda pompowana z basenu wieży to woda chłodząca kierowana przez chłodnice procesowe i skraplacze w zakładzie przemysłowym. Chłodna woda pochłania ciepło z gorących strumieni procesowych, które muszą zostać schłodzone lub skondensowane, a pochłonięte ciepło ogrzewa wodę obiegową (C). Ciepła woda powraca na szczyt wieży chłodniczej i spływa w dół po materiale wypełniającym wewnątrz wieży. Spływając w dół, styka się z powietrzem otoczenia unoszącym się w górę przez wieżę albo przez naturalny ciąg, albo przez wymuszony ciąg za pomocą dużych wentylatorów w wieży. Ten kontakt powoduje utratę niewielkiej ilości wody w postaci wiatru lub dryfu (W), a część wody (E) odparowuje . Ciepło potrzebne do odparowania wody pochodzi z samej wody, która schładza ją z powrotem do pierwotnej temperatury wody w basenie, po czym woda jest gotowa do recyrkulacji. Odparowana woda pozostawia rozpuszczone sole w większości wody, która nie została odparowana, zwiększając w ten sposób stężenie soli w krążącej wodzie chłodzącej. Aby zapobiec zbyt wysokiemu stężeniu soli w wodzie, część wody jest odprowadzana lub wydmuchiwana (D) w celu utylizacji. Uzupełnianie świeżej wody (M) jest dostarczane do basenu wieży w celu skompensowania utraty wody odparowanej, wody utraconej przez wiatr i wody czerpanej.

Ciąg wentylatora, wieża chłodnicza z przeciwprądem

Korzystając z tych jednostek wymiarowych natężenia przepływu i stężenia:

M	= Woda uzupełniająca w m 3 /h
C	= Woda obiegowa w m 3 /h
D	= Woda pobierana w m 3 /h
mi	= Odparowana woda w m 3 /h
W	= Ubytek wody w m 3 /h
X	= Stężenie w ppmw (dowolnych całkowicie rozpuszczalnych soli… zwykle chlorków)
X M	= Stężenie chlorków w wodzie uzupełniającej (M), w ppmw
X C	= Stężenie chlorków w wodzie obiegowej (C), w ppmw
Cykle	= Cykle koncentracji = X C / X M (bezwymiarowe)
ppmw	= części na milion wagowo

Bilans wodny wokół całego systemu wynosi wtedy:

M = mi + re + w

Ponieważ odparowana woda (E) nie zawiera soli, równowaga chlorków wokół układu wynosi:

MX _M = DX _do + WX _do = X _do ( re + W )

${\ Displaystyle MX_ {M} = DX_ {C} + WX_ { C}=X_{C}(D+W)}$

i dlatego:

${\ Displaystyle {X_ {C} \ ponad X_ {M}} = {\ tekst {Obiegi koncentracji}}={M \ponad (D+W)}={M \ponad (ME)}=1+{E \ponad (D+W)}}$

Z uproszczonego bilansu ciepła wokół wieży chłodniczej:

${\ Displaystyle E = {C \ Delta Tc_ {p} \ ponad H_ {V}}}$

Gdzie:
H V	= ciepło utajone parowania wody = 2260 kJ/kg
ΔT	= różnica temperatur wody od szczytu wieży do dołu wieży, w °C
c str	= ciepło właściwe wody = 4,184 kJ / (kg ${\ Displaystyle \ cdot}$ ° C)

Straty wiatru (lub dryfu) (W) to ilość całkowitego przepływu wody z wieży, która jest porywana w przepływie powietrza do atmosfery. Z wielkogabarytowych przemysłowych wież chłodniczych, w przypadku braku danych producenta, można przyjąć, że:

W = 0,3 do 1,0 procent C dla wieży chłodniczej z ciągiem naturalnym bez eliminatorów znoszenia wiatru

W = 0,1 do 0,3 procent C dla wieży chłodniczej z ciągiem wymuszonym bez eliminatorów znoszenia wiatru

W = około 0,005 procent C (lub mniej), jeśli chłodzenie wieża ma eliminatory znoszenia wiatru

W = około 0,0005 procent C (lub mniej), jeśli wieża chłodnicza jest wyposażona w eliminatory znoszenia wiatru i wykorzystuje wodę morską jako wodę uzupełniającą.

Cykle koncentracji

Cykl koncentracji reprezentuje akumulację rozpuszczonych minerałów w recyrkulującej wodzie chłodzącej. Zrzut poboru (lub wydmuchu) służy głównie do kontrolowania gromadzenia się tych minerałów.

Skład chemiczny wody uzupełniającej, w tym ilość rozpuszczonych minerałów, może się znacznie różnić. Wody uzupełniające o niskiej zawartości rozpuszczonych minerałów, takie jak wody powierzchniowe (jeziora, rzeki itp.), są agresywne w stosunku do metali (żrące). Wody uzupełniające z wód gruntowych (takich jak studnie ) są zwykle bogatsze w minerały i mają tendencję do osadzania się kamienia (minerały depozytowe). Zwiększenie ilości minerałów obecnych w wodzie poprzez cykle może sprawić, że woda będzie mniej agresywna dla rurociągów; jednak nadmierny poziom minerałów może powodować problemy z osadzaniem się kamienia.

Zależność między cyklami koncentracji i natężeniami przepływu w wieży chłodniczej

Wraz ze wzrostem cykli stężenia woda może nie być w stanie utrzymać minerałów w roztworze . Gdy rozpuszczalność tych minerałów zostanie przekroczona, mogą one wytrącić się jako mineralne ciała stałe i spowodować zanieczyszczenie oraz problemy z wymianą ciepła w wieży chłodniczej lub wymiennikach ciepła . Temperatury wody obiegowej, rurociągów i powierzchni wymiany ciepła określają, czy i gdzie minerały będą wytrącać się z wody obiegowej. Często profesjonalny ds. uzdatniania wody oceni wodę uzupełniającą i warunki pracy wieży chłodniczej i zaleci odpowiedni zakres cykli stężenia. Stosowanie chemikaliów do uzdatniania wody, uzdatnianie wstępne, takie jak zmiękczanie wody , regulacja pH i inne techniki mogą wpływać na dopuszczalny zakres cykli stężenia.

Cykle koncentracji w większości wież chłodniczych zwykle wahają się od 3 do 7. W Stanach Zjednoczonych wiele wodociągów wykorzystuje wodę studzienną, która zawiera znaczne ilości rozpuszczonych ciał stałych. Z drugiej strony, jedno z największych źródeł zaopatrzenia w wodę, dla Nowego Jorku , ma powierzchniowe źródło wody deszczowej o dość niskiej zawartości minerałów; w ten sposób wieże chłodnicze w tym mieście często mogą koncentrować się do 7 lub więcej cykli koncentracji.

Ponieważ wyższe cykle stężeń oznaczają mniej wody uzupełniającej, wysiłki na rzecz ochrony wody mogą koncentrować się na zwiększaniu cykli stężeń. Wysoko oczyszczona woda z recyklingu może być skutecznym sposobem na zmniejszenie zużycia wody pitnej przez wieże chłodnicze w regionach, w których brakuje wody pitnej.

Konserwacja

Oczyść widoczny brud i zanieczyszczenia z basenu zimnej wody i powierzchni z widocznym biofilmem (tj. szlamem).

Poziom środków dezynfekujących i innych środków chemicznych w wieżach chłodniczych i wannach z hydromasażem powinien być stale utrzymywany i regularnie monitorowany.

Należy przeprowadzać regularne kontrole jakości wody (zwłaszcza poziomu bakterii tlenowych) za pomocą szkiełek zanurzeniowych , ponieważ obecność innych organizmów może wspierać legionellę, wytwarzając organiczne składniki odżywcze, których potrzebuje do rozwoju.

Uzdatnianie wody

Zobacz też: Uzdatnianie wody przemysłowej

Oprócz uzdatniania krążącej wody chłodzącej w dużych przemysłowych systemach wież chłodniczych w celu zminimalizowania osadzania się kamienia i zanieczyszczeń , woda powinna być filtrowana w celu usunięcia cząstek stałych, a także dodawana do biocydów i algicydów , aby zapobiec wzrostowi, który mógłby zakłócać ciągły przepływ wody. W pewnych warunkach biofilm mikroorganizmów, takich jak bakterie, grzyby i algi, może bardzo szybko rosnąć w wodzie chłodzącej i może zmniejszyć wydajność wymiany ciepła wieży chłodniczej. Biofilm można redukować lub zapobiegać mu za pomocą chloru lub innych chemikaliów. Normalną praktyką przemysłową jest stosowanie dwóch biocydów, takich jak utleniające i nieutleniające, w celu wzajemnego uzupełnienia swoich mocnych i słabych stron oraz zapewnienia szerszego spektrum działania. W większości przypadków stosuje się ciągły biocyd utleniający o niskim stężeniu, a następnie na przemian z okresową dawką uderzeniową biocydów nieutleniających.

Algacydy i Biocydy

Algacydy, jak może sugerować ich nazwa, mają na celu zabicie glonów i innych pokrewnych drobnoustrojów roślinopodobnych w wodzie. Biocydy mogą redukować pozostałą pozostałą materię żywą, poprawiając system i utrzymując czyste i wydajne zużycie wody w wieży chłodniczej. Jedną z najczęstszych opcji, jeśli chodzi o biocydy do wody, jest brom.

Inhibitory skali

Wśród problemów, które powodują największe uszkodzenia i obciążenia systemów wieży ciśnień, jest skalowanie. Kiedy niepożądany materiał lub zanieczyszczenie w wodzie gromadzi się na określonym obszarze, może tworzyć osady, które z czasem rosną. Może to powodować różne problemy, od zwężenia rur po całkowite zatory i awarie sprzętu.

Zużycie wody w wieży chłodniczej pochodzi z dryfu, upustu, utraty parowania. Woda, która jest natychmiast uzupełniana w wieży chłodniczej z powodu utraty, nazywana jest wodą uzupełniającą. Zadaniem wody uzupełniającej jest zapewnienie bezpiecznej i stabilnej pracy maszyn i urządzeń.

Choroba legionistów : legioneloza

Legionella pneumophila (powiększenie 5000 ×)

Dalsze informacje: Legionelloza i Legionella

Mnóstwo mikroskopijnych organizmów, takich jak kolonie bakterii, grzyby i glony, może z łatwością rozwijać się w umiarkowanie wysokich temperaturach panujących wewnątrz wieży chłodniczej.

Innym bardzo ważnym powodem stosowania biocydów w wieżach chłodniczych jest zapobieganie rozwojowi bakterii Legionella , w tym gatunków wywołujących legionelozę lub chorobę legionistów, w szczególności L. pneumophila lub Mycobacterium avium . Różne Legionella są przyczyną choroby legionistów u ludzi, a przenoszenie odbywa się poprzez kontakt z aerozolami — wdychanie kropelek mgły zawierających bakterie. Typowymi źródłami bakterii Legionella są wieże chłodnicze stosowane w otwartych systemach wyparnej wody chłodzącej z recyrkulacją, systemach ciepłej wody użytkowej, fontannach i podobnych dystrybutorach podłączonych do publicznej sieci wodociągowej. Naturalne źródła obejmują słodkowodne stawy i strumienie.

Francuscy naukowcy odkryli, że bakterie Legionella przemieszczały się w powietrzu na odległość do 6 kilometrów (3,7 mil) z dużej zanieczyszczonej wieży chłodniczej w zakładzie petrochemicznym w Pas-de-Calais we Francji. Ta epidemia zabiła 21 z 86 osób, które miały infekcję potwierdzoną laboratoryjnie.

Dryf (lub wiatr) to termin określający kropelki wody w przepływie procesowym, które mogą wydostać się na wylocie z wieży chłodniczej. Eliminatory znoszenia są stosowane w celu utrzymania szybkości znoszenia zazwyczaj na poziomie 0,001–0,005% natężenia przepływu w obiegu. Typowy eliminator znoszenia zapewnia wiele zmian kierunku przepływu powietrza, aby zapobiec ucieczce kropelek wody. Dobrze zaprojektowany i dobrze dopasowany odkraplacz może znacznie zmniejszyć utratę wody i potencjalne narażenie na Legionellę lub chemikalia do uzdatniania wody. Ponadto mniej więcej co sześć miesięcy należy sprawdzać stan odkraplaczy, upewniając się, że nie ma szczelin umożliwiających swobodny przepływ brudu.

Amerykańskie Centra Kontroli i Zapobiegania Chorobom (CDC) nie zalecają, aby placówki służby zdrowia regularnie badały bakterie Legionella pneumophila . Zaplanowane monitorowanie mikrobiologiczne w kierunku Legionelli pozostaje kontrowersyjne, ponieważ jej obecność niekoniecznie jest dowodem na możliwość wywoływania choroby. CDC zaleca agresywne środki dezynfekcyjne do czyszczenia i konserwacji urządzeń, o których wiadomo, że przenoszą bakterie Legionella , ale nie zaleca regularnych testów mikrobiologicznych na obecność bakterii. Jednak zaplanowane monitorowanie wody pitnej w szpitalu można rozważyć w niektórych miejscach, w których osoby są bardzo podatne na choroby i śmiertelność z powodu Legionellą (np. na oddziałach transplantacji hematopoetycznych komórek macierzystych lub na oddziałach transplantacji narządów miąższowych). Ponadto po wybuchu epidemii legionellozy urzędnicy ds. zdrowia zgadzają się, że monitorowanie jest konieczne w celu zidentyfikowania źródła i oceny skuteczności biocydów lub innych środków zapobiegawczych.

Badania wykazały obecność bakterii Legionella w 40% do 60% wież chłodniczych.

Terminologia

Płyty napełniające na dole wieży chłodniczej elektrowni Iru (Estonia). Wieża jest zamknięta, odsłaniając liczne głowice rozpylające wodę.

• Windage lub Drift — Kropelki wody wynoszone z wieży chłodniczej wraz z powietrzem wywiewanym. Dryfujące kropelki mają takie samo stężenie zanieczyszczeń jak woda wpływająca do wieży. Szybkość znoszenia jest zwykle zmniejszana przez zastosowanie urządzeń przypominających przegrody, zwanych eliminatorami znoszenia, przez które powietrze musi przepływać po opuszczeniu stref napełniania i natryskiwania wieży. Dryf można również ograniczyć, stosując wyższe temperatury na wejściu do wieży chłodniczej.

• Wydmuch — Kropelki wody wydmuchiwane z wieży chłodniczej przez wiatr, zwykle przy otworach wlotu powietrza. Woda może również zostać utracona w przypadku braku wiatru w wyniku rozpryskiwania lub zaparowania. Aby ograniczyć te straty, stosuje się urządzenia takie jak osłony przeciwwietrzne, żaluzje, deflektory przeciwbryzgowe i odwracacze wody.

• Pióropusz — Strumień nasyconego powietrza wywiewanego opuszczający wieżę chłodniczą. Pióropusz jest widoczny, gdy zawarta w nim para wodna skrapla się w kontakcie z chłodniejszym powietrzem otoczenia, podobnie jak nasycone powietrze w czyimś oddechu zaparowuje w zimny dzień. W pewnych warunkach pióropusz wieży chłodniczej może stwarzać zagrożenie zaparowania lub oblodzenia otoczenia. Należy pamiętać, że woda odparowana w procesie chłodzenia jest „czystą” wodą, w przeciwieństwie do bardzo małego procentu dryfujących kropelek lub wody wydmuchiwanej z wlotów powietrza.

• Draw-off lub Blow-down — część przepływu wody obiegowej, która jest usuwana (zwykle odprowadzana do kanalizacji) w celu utrzymania ilości całkowitych rozpuszczonych substancji stałych (TDS) i innych zanieczyszczeń na akceptowalnym niskim poziomie. Wyższe stężenie TDS w roztworze może wynikać z większej wydajności wieży chłodniczej. Jednak im wyższe stężenie TDS, tym większe ryzyko osadzania się kamienia, rozwoju biologicznego i korozji. Wielkość wydmuchu jest przede wszystkim określana przez pomiar przewodności elektrycznej wody obiegowej. Rozrostowi biologicznemu, osadzaniu się kamienia i korozji można zapobiegać za pomocą chemikaliów (odpowiednio biocydów, kwasu siarkowego, inhibitorów korozji). Z drugiej strony jedynym praktycznym sposobem zmniejszenia przewodności elektrycznej jest zwiększenie ilości wydmuchu, a następnie zwiększenie ilości czystej wody uzupełniającej.

• Zero upustu dla wież chłodniczych , zwany także zerowym wydmuchem dla wież chłodniczych , to proces znacznie zmniejszający potrzebę odpowietrzania wody z resztkami ciał stałych z systemu, umożliwiając zatrzymanie w wodzie większej ilości ciał stałych w roztworze.

• Uzupełnianie — woda, którą należy dodać do systemu wody obiegowej w celu skompensowania strat wody, takich jak parowanie, utrata dryfu, wydmuch, przedmuch itp. Hałas — energia dźwiękowa emitowana

• przez wieżę chłodniczą i słyszana (zarejestrowany) w danej odległości i kierunku. Dźwięk jest generowany przez uderzenie spadającej wody, ruch powietrza przez wentylatory, poruszające się w konstrukcji łopatki wentylatora, wibracje konstrukcji, silniki, przekładnie czy pasy napędowe.

• Podejście — Podejście to różnica temperatur między temperaturą schłodzonej wody a temperaturą mokrego termometru powietrza wlotowego to rodzaj pomiaru temperatury, który odzwierciedla właściwości fizyczne układu zawierającego mieszaninę gazu i pary, zazwyczaj powietrza i pary wodnej

• (twb). Ponieważ wieże chłodnicze działają na zasadzie chłodzenia wyparnego, maksymalna wydajność wieży chłodniczej zależy od temperatury termometru mokrego powietrza.

• termometru . Wyjście.

• Wypełnienie — wewnątrz wieży dodaje się wypełnienia, aby zwiększyć powierzchnię kontaktu, a także czas kontaktu między powietrzem a wodą, aby zapewnić lepszą wymianę ciepła. Wydajność wieży zależy od doboru i ilości wypełnienia. Można zastosować dwa rodzaje wypełnień:
  • Wypełnienie typu filmowego (powoduje rozprowadzenie wody w cienką warstwę)
  • Wypełnienie typu Splash (przerywa spadający strumień wody i przerywa jego pionowy postęp)

• Filtracja pełnego przepływu — Filtracja pełnego przepływu w sposób ciągły usuwa cząstki stałe z całego przepływu w systemie. Na przykład w systemie 100-tonowym natężenie przepływu wyniosłoby około 300 galonów/min. Filtr zostałby wybrany tak, aby pomieścić całe natężenie przepływu 300 gal/min. W takim przypadku filtr jest zwykle instalowany za wieżą chłodniczą po stronie tłocznej pompy. Chociaż jest to idealna metoda filtracji, w przypadku systemów o wyższym przepływie może być nieopłacalna.

• Filtracja w strumieniu bocznym — Filtracja w strumieniu bocznym, choć popularna i skuteczna, nie zapewnia pełnej ochrony. W przypadku filtracji w strumieniu bocznym część wody jest filtrowana w sposób ciągły. Ta metoda działa na zasadzie, że ciągłe usuwanie cząstek utrzymuje system w czystości. Producenci zazwyczaj pakują filtry strumienia bocznego na ramie wraz z pompą i elementami sterującymi. W przypadku systemów o dużym przepływie ta metoda jest opłacalna. Właściwe zwymiarowanie systemu filtracji strumienia bocznego ma kluczowe znaczenie dla uzyskania zadowalającej wydajności filtra, ale toczy się debata na temat prawidłowego doboru rozmiaru systemu strumienia bocznego. Wielu inżynierów dobiera system tak, aby w sposób ciągły filtrował wodę w zbiorniku wieży chłodniczej z szybkością równoważną 10% całkowitego natężenia przepływu w obiegu. Na przykład, jeśli całkowity przepływ systemu wynosi 1200 galonów/min (system 400-tonowy), wymagany jest system strumienia bocznego o przepływie 120 galonów/min.

• Cykl koncentracji — Maksymalny dozwolony mnożnik ilości różnych substancji w wodzie obiegowej w porównaniu z ilością tych substancji w wodzie uzupełniającej.

• Drewno impregnowane — materiał konstrukcyjny do wież chłodniczych, który został w dużej mierze porzucony na początku XXI wieku. Nadal jest używany okazjonalnie ze względu na niskie koszty początkowe, pomimo krótkiej oczekiwanej żywotności. Żywotność impregnowanego drewna jest bardzo zróżnicowana w zależności od warunków pracy wieży, takich jak częstotliwość przestojów, uzdatnianie wody obiegowej itp. W odpowiednich warunkach pracy szacowana żywotność impregnowanych drewnianych elementów konstrukcyjnych wynosi około 10 lat.

• Wymywanie — utrata środków chemicznych do konserwacji drewna w wyniku mycia wody przepływającej przez wieżę chłodniczą o konstrukcji drewnianej.

• Pultrudowany FRP — powszechny materiał konstrukcyjny do mniejszych wież chłodniczych, tworzywo sztuczne wzmocnione włóknem (FRP) jest znane ze swojej wysokiej odporności na korozję. Pultruded FRP jest produkowany przy użyciu pultruzji i stał się najpopularniejszym materiałem konstrukcyjnym dla małych wież chłodniczych. Oferuje niższe koszty i wymaga mniej konserwacji w porównaniu do betonu zbrojonego, który jest nadal używany w przypadku dużych konstrukcji.

Produkcja mgły

Mgła wytwarzana przez elektrownię Eggborough

W pewnych warunkach otoczenia z wypływu z wieży chłodniczej widać smugi pary wodnej, które można pomylić z dymem z pożaru. Jeśli powietrze na zewnątrz jest nasycone lub bliskie nasyceniu, a wieża dodaje do powietrza więcej wody, powietrze nasycone kropelkami wody może być odprowadzane, co jest postrzegane jako mgła. Zjawisko to zwykle występuje w chłodne, wilgotne dni, ale jest rzadkie w wielu klimatach. Mgły i chmury związane z wieżami chłodniczymi można określić jako homogenitus, podobnie jak w przypadku innych chmur pochodzenia ludzkiego, takich jak smugi kondensacyjne i tory statków .

Zjawisku temu można zapobiec, zmniejszając wilgotność względną nasyconego powietrza wylotowego. W tym celu w wieżach hybrydowych nasycone powietrze wylotowe jest mieszane z ogrzanym powietrzem o niskiej wilgotności względnej. Część powietrza dostaje się do wieży powyżej poziomu odkraplacza, przechodząc przez wymienniki ciepła. Wilgotność względna suchego powietrza jest natychmiastowo zmniejszana, gdy jest ogrzewana podczas wchodzenia do wieży. Wyładowywana mieszanka ma stosunkowo niższą wilgotność względną, a mgła jest niewidoczna.

Zanieczyszczenie emisją soli

Kiedy mokre wieże chłodnicze z uzupełnianiem wodą morską są instalowane w różnych gałęziach przemysłu zlokalizowanych na obszarach przybrzeżnych lub w ich pobliżu, dryf drobnych kropelek emitowanych z wież chłodniczych zawiera prawie 6% chlorku sodu, który osadza się na pobliskich obszarach lądowych. To osadzanie się soli sodowych na pobliskich terenach rolniczych/wegetatywnych może przekształcić je w sodowo-słone lub sodowo-alkaliczne gleby w zależności od rodzaju gleby i zwiększać sodowość wód gruntowych i powierzchniowych. Problem osadzania się soli z takich wież chłodniczych pogarsza się tam, gdzie nie są narzucone lub nie są wdrażane krajowe normy kontroli zanieczyszczeń w celu zminimalizowania emisji dryfu z mokrych wież chłodniczych wykorzystujących wodę morską.

Pył zawieszony respirabilny o wielkości poniżej 10 mikrometrów (µm) może być obecny w dryfie z wież chłodniczych. Większe cząstki o wielkości powyżej 10 µm są na ogół filtrowane w nosie i gardle przez rzęski i śluz, ale cząstki mniejsze niż 10 µm, określane jako PM 10 , mogą _osadzać się w oskrzelach i płucach i powodować problemy zdrowotne. Podobnie cząstki mniejsze niż 2,5 µm (PM _2,5 ) mają tendencję do przenikania do obszarów wymiany gazowej w płucach, a bardzo małe cząstki (mniejsze niż 100 nanometrów) mogą przechodzić przez płuca i oddziaływać na inne narządy. Chociaż całkowita emisja cząstek stałych z mokrych wież chłodniczych z uzupełnianiem wodą słodką jest znacznie mniejsza, zawierają one więcej PM ₁₀ i PM _2,5 niż całkowita emisja z mokrych wież chłodniczych z uzupełnianiem wodą morską. Wynika to z mniejszej zawartości soli w dryfie wody słodkiej (poniżej 2000 ppm) w porównaniu z zawartością soli w dryfie wody morskiej (60 000 ppm).

Stosować jako komin spalinowy

Komin spalin wewnątrz mokrej wieży chłodniczej o ciągu naturalnym

Podłączenie komina spalin do mokrej wieży chłodniczej z ciągiem naturalnym

Duże wieże chłodnicze hiperboloidalne ze stali konstrukcyjnej dla elektrowni w Charkowie (Ukraina)

W niektórych nowoczesnych elektrowniach wyposażonych w oczyszczanie spalin , takich jak elektrownie Großkrotzenburg i elektrownie Rostock , wieża chłodnicza jest również wykorzystywana jako komin spalinowy (komin przemysłowy), oszczędzając w ten sposób koszt oddzielnej konstrukcji komina. W instalacjach bez oczyszczania spalin mogą wystąpić problemy z korozją, w wyniku reakcji surowych spalin z wodą z wytworzeniem kwasów .

Czasami wieże chłodnicze z ciągiem naturalnym są budowane ze stali konstrukcyjnej zamiast betonu (RCC), gdy czas budowy wieży chłodniczej z ciągiem naturalnym przekracza czas budowy pozostałej części zakładu lub lokalna gleba ma słabą wytrzymałość, aby wytrzymać ciężkie waga wież chłodniczych RCC lub ceny cementu są wyższe na miejscu, aby wybrać tańsze wieże chłodnicze z ciągiem naturalnym wykonane ze stali konstrukcyjnej.

Eksploatacja w mroźne dni

Niektóre wieże chłodnicze (takie jak systemy klimatyzacji mniejszych budynków) są sezonowo wyłączane, osuszane i konserwowane, aby zapobiec uszkodzeniom spowodowanym mrozem.

Zimą w innych miejscach stale działają wieże chłodnicze, z których wypływa woda o temperaturze 4 ° C (39 ° F). W zimnym klimacie często stosuje się grzejniki basenowe, odpływy wieżowe i inne metody ochrony przed zamarzaniem. Działające wieże chłodnicze z awariami mogą zamarznąć podczas bardzo niskich temperatur. Zazwyczaj zamrażanie rozpoczyna się w rogach wieży chłodniczej przy zmniejszonym obciążeniu cieplnym lub jego braku. Silne mrozy mogą powodować powstawanie coraz większych ilości lodu, co skutkuje zwiększonymi obciążeniami konstrukcyjnymi, które mogą spowodować uszkodzenie lub zawalenie się konstrukcji.

Aby zapobiec zamarzaniu, stosuje się następujące procedury:

• Nie zaleca się stosowania systemów obejściowych z modulacją wody podczas mrozów. W takich sytuacjach elastyczność sterowania silnikami o zmiennej prędkości, silnikami dwubiegowymi i/lub wieżami wielokomórkowymi z silnikami dwubiegowymi należy uznać za wymaganie.
• Nie obsługuj wieży bez nadzoru. W celu monitorowania stanu wieży można zainstalować zdalne czujniki i alarmy.
• Nie używaj wieży bez obciążenia cieplnego. Podgrzewacze basenowe mogą być używane do utrzymywania wody w misce wieży w temperaturze powyżej zera. Przewód grzejny („taśma grzewcza”) to rezystancyjny element grzejny instalowany wzdłuż rur wodociągowych w celu zapobiegania zamarzaniu w zimnym klimacie.
• Utrzymać projektowe natężenie przepływu wody nad wypełnieniem wieży.
• Manipulować lub zmniejszać przepływ powietrza, aby utrzymać temperaturę wody powyżej punktu zamarzania.

Zagrożenie pożarowe

Wieże chłodnicze zbudowane w całości lub w części z materiałów palnych mogą wspierać wewnętrzne rozprzestrzenianie się ognia. Takie pożary mogą stać się bardzo intensywne ze względu na wysoki stosunek powierzchni do objętości wież, a pożary mogą być dodatkowo intensyfikowane przez naturalną konwekcję lub przeciąg wspomagany wentylatorem. Wynikające z tego uszkodzenia mogą być na tyle poważne, że wymagają wymiany całej konstrukcji ogniwa lub wieży. Z tego powodu niektóre przepisy i normy zalecają, aby palne wieże chłodnicze były wyposażone w automatyczny przeciwpożarowy system tryskaczowy . Pożary mogą rozprzestrzeniać się wewnątrz konstrukcji wieży, gdy komórka nie pracuje (na przykład w celu konserwacji lub budowy), a nawet podczas pracy wieży, zwłaszcza pożary typu indukowanego, ze względu na istnienie stosunkowo suchych obszarów w obrębie wież.

Stabilność strukturalna

Będąc bardzo dużymi konstrukcjami, wieże chłodnicze są podatne na uszkodzenia spowodowane wiatrem, aw przeszłości miało miejsce kilka spektakularnych awarii. W elektrowni Ferrybridge w dniu 1 listopada 1965 r. Stacja była miejscem poważnej awarii konstrukcyjnej , kiedy trzy wieże chłodnicze zawaliły się z powodu wibracji przy wietrze o prędkości 85 mil na godzinę (137 km / h). Chociaż konstrukcje zostały zbudowane tak, aby wytrzymać wyższe prędkości wiatru, kształt wież chłodniczych powodował, że zachodnie wiatry kierowały się do samych wież, tworząc wir . Trzy z oryginalnych ośmiu wież chłodniczych zostały zniszczone, a pozostałe pięć zostało poważnie uszkodzonych. Wieże zostały później odbudowane, a wszystkie osiem wież chłodniczych wzmocniono, aby tolerowały niekorzystne warunki pogodowe. Zmieniono przepisy budowlane, aby uwzględnić ulepszone wsparcie strukturalne, a także wprowadzono testy w tunelu aerodynamicznym w celu sprawdzenia konstrukcji i konfiguracji wieży.

Zobacz też

• Lista najwyższych wież chłodniczych
• Gleby alkaliczne
• Inżynieria Architektoniczna
• Chłodzenie wody z głębokiego jeziora
• Chłodnica wyparna
• Chłodzenie wyparne
• Elektrownia na paliwa kopalne
• Ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja
• Struktura hiperboloidalna
• Inżynieria mechaniczna
• Elektrownia atomowa
• Elektrownia
• Spryskaj staw
• Chłodzenie wodne
• Katastrofa na Willow Island

Linki zewnętrzne

• Co to jest wieża chłodnicza? Zarchiwizowano 7 maja 2010 r. w Wayback Machine – Cooling Technology Institute
• „Chłodnie kominowe” – zawiera schematy – Virtual Nuclear Tourist
• Wytyczne dotyczące mokrej wieży chłodniczej dotyczące cząstek stałych, Environment Canada.
• Uderzające zdjęcia opuszczonych wież chłodniczych w Europie autorstwa Reginalda Van de Velde, Lonely Planet, 15 lutego 2017 r. (zob. także fragment wywiadu radiowego , World Update , BBC, 21 listopada 2016 r.)