Википедија

Toranj za hlađenje

уређај који извлачи отпадну топлоту у атмосферу кроз хлађење воденог тока

Toranj za hlađenje ili rashladna kula je isparni hladnjak koji se koristi za hlađenje vode ili drugog radnog medija na temperaturu okolnog vazduha. Ove kule koriste isparavanje vode kako bi smanjile temperaturu sistema. Obično se koriste u rafinerijama, hemijskim elektranama, nuklearnim elektranama itd. Kule mogu biti različitih veličina i oblika, od malih dimnjaka na kućama pa sve do hiperboloidnih kula, koje mogu da budu visoke i do 200 m, sa prečnikom i do 100 m, ili pak pravougaonog oblika, koje mogu biti visine do 40 m i dužine do 80 m.

Hiperboloidna rashladna kula
Tipični rashladni toranj sa otvorenim krugom sa prisilnim isparavanjem koji odbacuje toplotu iz vodenog kruga kondenzatora industrijske rashladne jedinice.
Vlažno rashladni tornjevi sa prisilnim propuhom (visina: 34 metra) i vlažni hladnjaci sa prirodnim propuhom (visina: 122 metra) u Vestfaliji, Nemačka.
„Kamuflirani” vlažni rashladni toranj sa prirodnim propuhom u Drezdenu (Nemačka)

Kada elektrana ne bi imala toranj za hlađenje, morala bi da raspolaže sa oko 100.000 kubnih metara vode na sat, i ta količina vode bi morala da se kontinualno vraća u okean, jezero ili reku, odakle se voda uzima. Ovakav princip rada, bez rashladne kule, može vremenom dovesti do povećanja temperature reke ili jezera, što bi dovelo do velikog poremećaja lokalnog ekosistema i životne sredine. Rashladna kula omogućava disipaciju određene količine toplote u atmosferu, gde se pomoću vetra i vazduha širi u mnogo većoj zapremini nego što topla voda može da raspodeli u unutrašnjosti same vodene mase iz koje je prvobitno uzeta.

Istorija uredi

 
Gravira iz 1902. godine na „Barnardovom samohladnom tornju bez ventilatora“, ranom velikom isparavajućem rashladnom tornju koji se radije oslanjao na prirodnu promaju i otvorene stranice, a ne na ventilator; voda koja se hladila prskana je odozgo na radijalni uzorak vertikalnih mrežica od žičane mreže.

Rashladni tornjevi su nastali u 19. veku razvojem kondenzatora za upotrebu sa parnom mašinom.[1] Kondenzatori koriste relativno hladnu vodu, na razne načine, za kondenzaciju pare koja izlazi iz cilindara ili turbina. Ovo smanjuje povratni pritisak, što zauzvrat smanjuje potrošnju pare, a time i potrošnju goriva, dok istovremeno povećava snagu i reciklira kotlovsku vodu.[2] Međutim, kondenzatorima je potreban dovoljan dovod rashladne vode, bez koga su nepraktični.[3][4] Iako upotreba vode nije problem kod brodskih motora, ona predstavlja značajno ograničenje za mnoge kopnene sisteme.

Do početka 20. veka, nekoliko isparivačkih metoda recikliranja rashladne vode bilo je u upotrebi u područjima kojima nedostaje adekvatno snabdevanje vodom, kao i na urbanim lokacijama gde opštinski vodovodi često nisu dovoljno snabdeveni; pouzdano u vreme potražnje; ili na drugi način dovoljno za zadovoljavanje potreba za hlađenjem.[1][4] U oblastima sa raspoloživim zemljištem, sistemi su poprimili oblik rashladnog rezervoara; u oblastima sa ograničenim zemljištem, poput gradova, oni su imaju oblik rashladnih tornjeva.[3][5]

Ovi rani tornjevi bili su postavljene na krovovima zgrada ili kao samostojeće građevine, koje su ventilatori snabdevali vazduhom ili su se oslanjali na prirodni protok vazduha.[3][5] Jedan američki inženjerski udžbenik iz 1911. godine opisao je jedan dizajn kao „kružnu ili pravougaonu školjku od lagane ploče - poput dimnjačke konstrukcije koja je znatno vertikalno skraćena (visoka od 20 do 40 stopa) i veoma uvećan bočno. Na vrhu se nalaze razvodna korita u koja se mora pumpati voda iz kondenzatora; iz njih se ona spušta preko „prostirki“ od drvenih letvi ili pletenih žičanih paravana koji ispunjavaju prostor u kuli.“[5]

Hiperboloidni rashladni toranj patentirali su holandski inženjeri Frederik van Iterson i Gerard Kujpers 1918. godine.[6] Prvi hiperboloidni rashladni tornjevi izgrađeni su 1918. godine u blizini Herlena. Prvi u Ujedinjenom Kraljevstvu izgrađeni su 1924. godine u elektrani Lister Drive u Liverpoolu, u Engleskoj, za hlađenje vode koja se koristi u elektrani na ugalj.[7]

Procenjuje se da će potrošnja rashladne vode u unutrašnjoj preradi i elektranama smanjiti raspoloživost električne energije većine termoelektrana do 2040–2069.[8]

Rashladna voda uredi

Rašladna voda ima u modernoj pogonskoj tehnici vrlo važnu ulogu. Rafinerije, čeličane, gasne turbine, nuklearni reaktori, itd. ne mogu u svojoj funkciji delovati bez rašladne vode. Svaka mašina, koja oslobađa toplotnu energiju, troši rashladnu vodu. Pod rashladnom vodom se podrazumeva voda koja ima ulogu medija za odvođenje toplote kod tehnoloških procesa. Pred industrijsku rashladnu vodu se postavljaju danas potpuno određeni zahtevi u pogledu njenog sastava. Praktičko nema na raspolaganju vode, koja bi idealno u potpunosti odgovarala tim zahtevima. Stoga je nužna priprema i obrada vode koja se koristi u rashladne svrhe.

Vrste rashladnih tornjeva uredi

Rashladni tornjevi se dele prema tipu strujanja (prirodna ili mehanička cirkulacija) i prema smeru strujanja vazduha (kružno ili protivsmerno). Rašladni tornjevi s prisilnom cirkulacijom (mehaničkom) se još mogu podeliti na pritisne i indukovane.

Rašladni tornjevi s prirodnom cirkulacijom uredi

Rašladni tornjevi s prirodnom cirkulacijom se ponekad i zovu hiperboličnim tornjevima zbog svog karakterističnog oblika i funkcionisanja tornja. Njima nije potreban ventilator zato što su dizajnirani na način da iskoriste razliku u gustini između vazduha koji ulazi u toranj i toplijeg vazduha unutar samog tornja.

Topao i vlažan vazduh unutar tornja je manje gustine i on se podiže prema gore, dok se hladan i gušći vazduh spušta prema donjem delu tornja. Razlog za veliku visinu rashladnog toranja (do 200m) je što je potrebno ostvariti adekvatno strujanje vazduha. Rashladni tornjevi s prirodnom cirkulacijom mogu imati protivstrujno ili kružno strujanje vazduha. Moraju imati eliminator kapljica kako manje kapljice ne bi otišle sa strujom vazduha. Zbog gubitka vode potrebno je dodavati svežu vodu. Punilo tornja ima letvice raznih oblika koje usporavaju padanje vode i povećavaju površinu razmene, a cilj im je da se intenzivira interakcija vode i vazduha, a pri tome termodinamički ne učestvuju u procesu. Učinak tornja zavisi samo od entalpije vazduha, a ne od temperature.

Rašladni tornjevi s prisilnim strujanjem uredi

Rašladni tornjevi s prisilnim strujanjem koriste ventilator za strujanje vazduha prema dnu tornja. Strujanje vazudha može biti indukovano i pritisno. Mogu se još podeliti na rashladne tornjeve s kružnim i protivsmernim strujanjem. Skoro svi rashladni tornjevi s prisilnom cirkulacijom su protusmerni. Oni daju pouzdaniji protok vazduha i time je efikasnost veća. Snaga ventilatora je srazmerno mala s obzirom na izmenjeni toplotni tok (1:100), ali kod postrojenja od npr. 100 000 kW bila bi potrebna snaga ventilatora od 1000 kW što je jako puno, te se u to slučaju prelazi na rašladne tornjeve s prirodnim strujanjem. Karakterišu ih manje dimenzije izmjenjivačke površine i niža izlazna temperatura medija koji se hladi, te ukupne manje dimenzije.

Toplotni učinak rashladnog tornja pre svega zavisi od temperature vlažnog termometra vazduha. Temperatura suvog termometra i relativna vlažnost imaju neznatan uticaj na toplotni učinak rashladnih tornjeva s prisilnim strujanjem, ali utiču na količinu isparene vode unutar rashladnog tornja. Zagrejavanje vazduha može se podeliti na osetni deo i na latentni deo toplote koju vazduh preuzima hlađenjem vode. Ako se ulaznom vazduhu povećava temperatura suvog termometra, uz nepromenjenu temperaturu vlažnog termometra, ukupna razmena toplote ostaje ista, ali se menja odnos izmenjene osetne i latentne toplote.

Kružni rašladni toranj uredi

Kod kružnih rašladnih tornjeva vazduh poprečno struji na vodu koja se cedi kroz punilo. Ventilator je smešten niz struju vazduha u odnosu na ispunu tornja, na izlazu vazduha pri vrhu uređaja. Ispuna se nalazi u nivou s ulazima vazduha. Vazduh ulazi u toranj kroz bočne žaluzije i struji vodoravno kroz ispunu i eliminator kapi. Vazduh se zatim usmerava prema gore i izlazi pri vrhu uređaja. Voda se raspršuje iz sapnica, pada preko ispune i dolazi do kružnog strujanja vode i struje vazduha. Kružni rashladni toranj s indukovanim strujanjem ima povećanu površinu za ulaz vazduha. Usled kružnog strujanja, ovakav toranj može biti znatno niži od protivsmernog tornja. Negativna strana te implementacije je povećan rizik od recirkulacije istrošenog vazduha iz tornja.

Problemi koji nastaju u rašladnim sistemima uredi

Voda se koristi u sistemima za hlađenje kao medij za prenos toplote, a često i kao konačna tačka za odbacivanje toplote u atmosferu putem isparavanja unutar rashladnih tornjeva. Problemi koji nastaju u rashladnim sistemima se mogu podeliti u tri glavne grupe: korozija, kamenac, i razvoj mikroorganizama i algi. Korozija skraćuje životni vek komponenti rašladnog sistema i uzrokuje propuštanje radne materije ili rashladne vode za izmenjivače toplote. Takođe uzrokuje probleme kao što je smanjenje delotvornosti izmenjivača toplote i smanjenje protočne količine vode ili radne materije. Kada u izmenjivačima toplote dolazi do taloženja kamenca i oblaganja mulja, ne samo što se smanjuje efikasnost izmenjivača, već dolazi i do stvaranja opšte korozije ispod sloja taloga.

Ovi se problemi retko javljaju sami i obično se pojavljuju u kombinaciji jedno s drugim. Najčešće se javljaju u otvorenim recirkulirajućim rašladnim tornjevima jer su čvrste materije rastvorene u rashladnoj vodi koncentrisane isparavanjem vode.

Reference uredi

  1. ^ a b International Correspondence Schools (1902). A Textbook on Steam Engineering. Scranton, Pa.: International Textbook Co. 33–34 of Section 29:"Condensers". 
  2. ^ Croft, Terrell, ur. (1922). Steam-Engine Principles and Practice. New York: McGraw-Hill. str. 283—286. 
  3. ^ a b v Heck, Robert Culbertson Hays (1911). The Steam Engine and Turbine: A Text-Book for Engineering Colleges. New York: D. Van Nostrand. str. 569—570. 
  4. ^ a b Watson, Egbert P. (1906). „Power plant and allied industries”. The Engineer (With Which is Incorporated Steam Engineering). Chicago: Taylor Publishing Co. 43 (1): 69—72. 
  5. ^ a b v Snow, Walter B. (1908). The Steam Engine: A Practical Guide to the Construction, Operation, and care of Steam Engines, Steam Turbines, and Their Accessories. Chicago: American School of Correspondence. str. 43—46. 
  6. ^ UK Patent No. 108,863
  7. ^ „Power Plant Cooling Tower Like Big Milk Bottle”. Popular Mechanics. Hearst Magazines. februar 1930. str. 201. ISSN 0032-4558. 
  8. ^ van Vliet, Michelle T. H.; Wiberg, David; Leduc, Sylvain; Riahi, Keywan (2016). „Power-generation system vulnerability and adaptation to changes in climate and water resources”. Nature Climate Change. 6 (4): 375—380. ISSN 1758-678X. doi:10.1038/nclimate2903. 

Literatura uredi

Spoljašnje veze uredi

 
Toranj za hlađenje na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Торањ_за_хлађење&oldid=27553676”