(Rashladni tornjevi) List: 1 RASHLADNI TORNJEVI Rashladni tornjevi su uređaji (izmjenjivači topline voda/zrak) pomoću kojih se neiskorištena energija (toplina) iz energetskih postrojenja, preko rashladne vode s kojom se hlade kondenzatori i ostali hladnjaci u postrojenju, predaje okolini. Rashladni sustavi s rashladnim tornjevima spadaju u tzv. cirkulacijske rashladne sustave, a prema načinu izmjene topline mogu biti: - otvoreni (tzv. vlažni) s direktnim kontaktom između zraka i vode, - zatvoreni (tzv. suhi). Prednosti otvorenih (vlažnih) rashladnih tornjeva: - Veća efikasnost hlađenja u odnosu na zatvorene (suhe) rashladne tornjeve, - Primjena na mjestima gdje nema dovoljno raspoložive količine vode za protočno hlađenje, - Ekološki prihvatljiviji u odnosu na protočne rashladne sustave. Kod zatvorenih (suhih) rashladnih tornjeva izmjena topline vrši se konvekcijom i kondukcijom preko izmjenjivačkih površina, dok se kod otvorenih (vlažnih) rashladnih tornjeva, pored direktne konvekcije između površine čestica raspršene vode, prijenos topline i mase zbiva također uslijed otparivanja dijela vode koja se uslijed toga hladi. Ovisno o načinu dovođenja zraka, rashladni tornjevi mogu biti: - s prirodnim strujanjem zraka (toranjska hiperbolična izvedba) - s prisilnim strujanjem zraka (poprečno, protustrujno).
(Rashladni tornjevi) List: 2 Rashladni tornjevi s prirodnim strujanjem zraka (hiperbolična izvedba)
(Rashladni tornjevi) List: 3 Rashladni tornjevi s prisilnim strujanjem zraka
(Rashladni tornjevi) List: 4 Shema rashladna tornja s prisilnim poprečnim strujanjem zraka Zagrijani vlažni zrak Ventilator Zagrijana rashladna voda Toranjske ispune Zagrijana rashladna voda Distribucijski bazen Zrak iz okoline Zrak iz okoline Ohlađena rashladna voda Sabirni bazen Ispune rashladna tornja s poprečnim prisilnim strujanjem zraka Voda Zrak
(Rashladni tornjevi) List: 5 Shema rashladna tornja s prisilnim protusmjernim strujanjem zraka Ventilator Zagrijana rashladna voda Distributor vode Toranjske ispune Zrak iz okoline Zrak iz okoline Ohlađena rashladna voda Sabirni bazen Ispune rashladna tornja s protusmjernim prisilnim strujanjem zraka Voda Zrak
(Rashladni tornjevi) List: 6 OSNOVNI PRORAČUN RASHLADNOGA TORNJA Temp. t 2 Voda Δt W Zrak t vl,t t 1 Visina tornja Temperaturni raspon hlađenja Temperaturni raspon hlađenja definiran je kao razlika ulazne (zagrijane ) i izlazne (ohlađene) vode iz rashladna tornja. U praksi se kreće od 6 do 12 0 C. tw=t 2 -t 1
(Rashladni tornjevi) List: 7 Približenje temperaturi vlažna termometra Zahvaljujući tome što se prijenos topline kod vlažnih rashladnih tornjeva zbiva najvećim dijelom uslijed ishlapljivanja, voda se može ohladiti do temperature koja je niža od temperature okoline, odnosno teoretski do temperature vlažna termometra. U realnosti, vlažni rashladni tornjevi hlade vodu do temperature t 1 koja je 3 do 8 0 C iznad temperature vlažna termometra t vl,t (ovisno o veličini tornja i relativnoj vlažnosti okolnoga zraka). Razlika između izlazne temperature vode iz rashladna tornja t 1 i temperature vlažna termometra t vl,t, što ustvari predstavlja približenje temperaturi vlažna termometra, pokazatelj je kvalitete izvedbe rashladna tornja, odnosno t vl,t=t 1 -tvl,t Temperatura vlažna termometra definirana je kao temperatura isparivanja filma vode u struji zraka kod neke vlažnosti i temperature okoline. Efikasnost rashladna tornja Efikasnost rashladna tornja definirana je omjerom stvarnoga i teoretskoga temperaturnog raspona hlađenja, odnosno: η = h t t 2 t t 2 1 vl, t
(Rashladni tornjevi) List: 8 Materijalna i energetska bilanca rashladna tornja Zagrijani vlažni zrak m zr, h 2, X 2, (Δm wi + Δm ws ), Povratna zagrijana voda m w, T 2 Ulazni (okolni) zrak m zr, h 1, X 1 Voda za dopunu Δm wi + Δm ws + Δm o Polazna ohlađena voda m w, T 1 Odsoljavanje Δm o Gubici vode u rashladnome tornju: m w = m wi + m ws + m gdje je: gubitak vode zbog otparivanja m wi m ws - gubiak vode zbog odstrujavanja (odnošenja) kapljica mwo gubitak vode zbog odsoljavanja wo
(Rashladni tornjevi) List: 9 Na otparivanju vode temelji se glavni efekt hlađenja, odnosno odvođenja topline u vlažnome rashladnom tornju, a nastala količina vodene pare iznosi se zajedno sa zrakom kojemu se na taj način povećava vlažnost od X 1 ( na ulazu ) do X 2 ( na izlazu iz tornja). Količina otparene vode ( m wi ): mwc w (T 2 -T 1 ) = m wi r mwi=m w c w (T 2 -T 1 )/r mwi =4,18 m w (T 2 -T 1 )/2450 mwi =0,0017m w (T 2 -T 1 ) gdje je: c w - specifična toplina vode [4,18 kj/kg K] r - latentna toplina isparivanja vode [2450 kj/kg] Količina zraka (m zr ) za rashladni toranj: mwi=(x 2 -X 1 )mzr mzr = m wi /(X 2 -X 1 ) gdje je: m zr potrebna količina zraka za rashladni toranj [kg/h] X1 - sadržaj vode u zraku na ulazu u toranj [kg H2O /kg zr ] X2 - sadržaj vode u zraku na izlazu iz tornja [kg H2O /kg zr ] Količina vode koja se može otpariti zavisi prvenstveno o stanju okoline, odnosno o relativnoj vlažnosti okolnoga zraka te temperaturi suhog i vlažnoga termometra. Porastom vlažnosti okolnoga zraka smanjuje se količina vode koja u danim uvjetima može otpariti u tornju, pa se na taj način smanjuje i temperaturni raspon hlađenja, odnosno rashladni učin tornja.
(Rashladni tornjevi) List: 10 Gubici vode zbog otparivanja iznose približno 1,5 do 2,5 % u odnosu na količinu vode u cirkulaciji. Gubici vode zbog odstrujavanja ( m ws ): Ovi gubici zavise prvenstveno o hidrodinamskoj konstrukciji rashladna tornja (prirodna ili prisilna cirkulacija zraka), izvedbi odstranjivača kapljica, te o uvjetima strujanja oko tornja (vjetar). Gubici zbog odstrujavanja ( m ws ) mogu biti 0,3 do 2,5 % u odnosu na količinu vode u cirkulaciji. Gubici vode zbog odsoljavanja ( m wo ): Ovi gubici zavise o dozvoljenoj koncentraciji soli u rashladnoj vodi. Koncentracijski broj C je omjer koncentracije soli u cirkulacijskoj vodi unutar rashladnoga sustava u odnosu na koncentraciju soli u dodatnoj (svježoj) vodi. Dozvoljeni koncentracijski broj C zavisi o kemijskoj obradi rashladne vode radi sprječavanja taloženja kamenca, korozije te mikrobiološkoga rasta. - Veći koncentracijski broj uvjetuje složeniju i skuplju kemijsku obradu rashladne vode, ali manje troškove za dodatnu vodu zbog manjih gubitaka odsoljavanja. - Manji koncentracijski broj ima za posljedicu veću količinu vode koja se odsoljava (veće gubitke vode), ali manje troškove kemijske obrade rashladne vode. U praksi je uobičajeno koncentracijski broj C = 2 do 5.
(Rashladni tornjevi) List: 11 Bilanca količine soli u vodi količina vode koja se ispušta odsoljavanjem Da bi se održao zadani koncentracijski broj C u rashladnoj vodi, količina soli koja se unosi dodatnom vodom za dopunu gubitaka treba biti jednaka količini soli koja se iz rashladna sustava iznosi odsoljavanjem i odstrujavanjem (vodom koja se otparuje ne iznose se soli), prema jednadžbi bilance soli: m wi + m ws + m wo =C( m ws + m wo ) Iz ove jednadžbe proizlazi količina vode koju treba kontrolirano ispuštati radi odsoljavanja da bi se konventracija soli u vodi održala u dozvoljenim granicama, odnosno da bi se održao određeni koncentracijski broj C. m wo = m wi C 1 Δm ws Odabrani koncentracijski broj C treba biti predmet optimizacije pogonskih troškova, odnosno: - troškova dodatne vode, - troškova kemijske obrade vode u rashladnome sustavu, - utjecaja uvjeta zaštite okoliša.