Nguyên lý hoạt động của các loại tháp giải nhiệt (Cooling Tower)

4 loại tháp giải nhiệt (Cooling Tower)

Cấu tạo và các loại tháp giải nhiệt

Tháp giải nhiệt (Cooling Tower) là một loại thiết bị trao đổi nhiệt đặc biệt, nơi không khí và nước nóng được tiếp xúc trực tiếp với nhau để quá trình làm mát bay hơi và nhờ đó, nhiệt độ của nước giảm xuống. Trong quá trình làm mát bay hơi, không khí phải không bão hòa để có thể lưu trữ hơi nước đã bay hơi và để hơi nước chuyển pha từ lỏng sang khí.

Nguyên lý hoạt động chung của các loại tháp giải nhiệt (Cooling Tower)

Nguyên lý làm việc của tháp giải nhiệt là làm mát bằng bay hơi.

Sơ đồ nguyên lý tháp giải nhiệt

Nước nóng được đưa vào thiết bị từ đỉnh tháp giải nhiệt. Nước nóng chảy qua một đường ống và được đi qua vòi phun. Ưu điểm của thiết kế này là diện tích bề mặt tiếp xúc với nước trong không khí tăng lên. Nước rơi xuống do ảnh hưởng của trọng lực .

Không khí được đưa vào thiết bị từ đáy tháp giải nhiệt.

Nước rơi trên vật liệu làm đầy (Fill material). Các vật liệu làm đầy là khu vực xảy ra sự tiếp xúc trực tiếp giữa không khí và nước nóng. Các vật liệu làm đầy đôi khi còn được gọi là khối đệm (packings) hoặc vách ngăn (baffles). Mục tiêu của vật liệu làm đầy là tăng diện tích bề mặt hiệu quả chịu trách nhiệm truyền nhiệt.

Sau khi nước nóng và không khí tiếp xúc với nhau, quá trình làm mát bay hơi diễn ra, dẫn đến giảm nhiệt độ của nước và tăng nhiệt độ của không khí.

Nước làm mát được thu gom từ bể ở đáy tháp giải nhiệt và không khí ấm bốc lên và di chuyển ra khỏi tháp giải nhiệt.

Các loại tháp giải nhiệt gió (Air draft cooling tower)

"Air draft" có nghĩa là luồng gió/không khí, còn "cooling tower" là tháp làm mát/tháp giải nhiệt.

Vì vậy, "Air Draft cooling tower" có thể hiểu là tháp làm mát sử dụng luồng không khí để giảm nhiệt độ.

Tháp làm mát này thường được sử dụng trong các nhà máy công nghiệp, nhà máy điện, nhà máy hóa chất và các ngành công nghiệp khác để giảm nhiệt độ của các thiết bị và quá trình sản xuất.

Tháp giải nhiệt gió (Air draft cooling tower) được phân loại là:

1-tháp giải nhiệt không khí tự nhiên (Atmospheric towers),

2-tháp giải nhiệt đối lưu tự nhiên (Natural draft towers),

3-tháp giải nhiệt cơ học (Mechanical draft towers). Các tháp giải nhiệt Cơ học được phân loại thành loại quạt gió đẩy cưỡng bức (Forced Draft Cooling Towers) và loại dùng quạt gió hút (Induced Draft Cooling Towers).

1. Tháp giải nhiệt không khí tự nhiên (Atmospheric Cooling Towers)

Tháp làm mát không khí tự nhiên, là một công nghệ được sử dụng để làm giảm nhiệt độ của nước hoặc khí thải bằng cách đưa chúng qua một hệ thống các tấm lưới hoặc ống dẫn. Các tấm lưới hoặc ống này được tạo thành từ vật liệu có khả năng truyền nhiệt tốt, giúp cho nhiệt độ của nước hoặc khí thải được giảm xuống thông qua quá trình trao đổi nhiệt với không khí.

Đây là loại tháp giải nhiệt đơn giản nhất. Nó bao gồm một buồng hình hộp chữ nhật có những cánh chớp thông gió ở các phía đối diện. Các cánh chớp là thiết bị hoạt động như một rào cản đối với nước văng và ánh sáng mặt trời, cũng như dẫn hướng gió. Không khí trong khí quyển đi vào tháp giải nhiệt tùy thuộc vào tốc độ của gió được dẫn hướng bởi các cửa chớp. Tháp chứa vật liệu làm đầy, tại đó sẽ diễn ra sự tiếp xúc của không khí và nước. Chúng rẻ nhưng không hiệu quả vì hiệu suất chủ yếu phụ thuộc vào hướng gió và tốc độ gió.

Tháp giải nhiệt khí quyển

2. Tháp giải nhiệt đối lưu tự nhiên (Natural Draft Cooling Towers)

Tháp làm mát đối lưu tự nhiên (Natural Draft Cooling Towers) được sử dụng trong các nhà máy điện, nhà máy hóa chất và các ngành công nghiệp khác để làm mát nước. Các tháp làm mát này hoạt động bằng cách sử dụng sức hút tự nhiên của không khí để kéo nước qua các bề mặt lớn, giúp cho nước được làm mát trước khi được sử dụng lại trong quá trình sản xuất.

Tên gọi khác của loại tháp này là tháp giải nhiệt hypebol. Cấu tạo của vỏ tháp chủ yếu được làm bằng bê tông với kích thước rất lớn. Chiều cao của tháp lên đến 200m, do đó, tháp giải nhiệt này thích hợp cho những khu vực lắp đặt có nhu cầu hạ nhiệt cao, với mức kinh phí đầu tư phù hợp cho tháp hạ nhiệt bê tông đắt tiền và bền bỉ.

Nguyên lý

Tháp giải nhiệt đối lưu tự nhiên hoạt động dựa trên nguyên lý dịch chuyển của luồng không khí. Khi lượng khí nóng di chuyển lên trên thoát ra ngoài thông qua đỉnh tháp, thì lượng không khí mát bên ngoài môi trường có thể đi vào đáy tháp mà không cần năng lượng hút hay đẩy từ quạt. Tuy nhiên, để đảm bảo sự luân chuyển của luồng khí, đảm bảo hiệu suất giải nhiệt của tháp, quạt được thiết kế và lắp đặt như thiết bị hỗ trợ khi cần thiết.

Về cơ bản chúng đều được thiết kế với các phần như sau:

Thân đỡ của hình hypebol (bê tông cốt thép, thép)
Vỏ bọc
Khối đệm làm mát
Tấm chắn bắn nước
Hệ thống phân phối nước bao gồm vòi phun
Bồn nước
Nước được bơm qua đường ống lên hệ thống phân phối nước của tháp. Nước từ trên hệ thống phân phối rơi xuống khối đệm qua vòi phun. Ở khối đệm, nước sẽ được xé nhỏ thành từng dòng rồi rơi xuống bể chứa. Khi nước rơi từ độ cao nhất định sẽ tiếp xúc với không khí từ đáy tháp thổi lên. Nhờ quá trình trao đổi nhiệt đó mà nước được giảm nhiệt độ đáng kể.

Tháp giải nhiệt đối lưu tự nhiên

Tháp giải nhiệt đối lưu tự nhiên vận dụng cơ chế đối lưu của không khí trong tự nhiên dựa vào sự chênh lệch nhiệt độ. Không khí bên trong tháp giải nhiệt luôn nóng hơn nhiệt độ của không khí bên ngoài. Do đó, khi không khí bên trong tháp di chuyển lên trên, thoát ra ngoài, kéo theo một lượng không khí mát đi vào bên trong tháp, tiếp tục quá trình hạ nhiệt.

Về phân loại, tháp giải nhiệt đối lưu tự nhiên được chia thành 2 dạng chính: tháp giải nhiệt dòng ngang và tháp ngược dòng.

Sơ đồ tháp dòng ngang

Tháp dòng ngang: vị trí của khối đệm nằm ở bên ngoài tháp. Nguồn không khí lưu thông dọc theo hướng nước đang rơi. Khi nước được đưa vào bên trong tháp từ phía trên và di chuyển qua các khối đệm, không khí sẽ dịch chuyển vào bên trong tháp từ một hoặc nhiều phía đối nhau. Lượng không khí này, mang theo nhiệt lượng của nước, sẽ được quạt hút đưa ra ngoài từ lớp khối đệm đến đỉnh tháp. Quạt và hệ thống điều khiển động cơ của tháp giải nhiệt đối lưu tự nhiên dòng ngang được đặt tại lối thoát hơi nước, do đó, các linh kiện này cần có cấu tạo chắc chắn, có khả năng chống chịu các điều kiện khắc nghiệt và hao mòn do độ ẩm cao.

Sơ đồ hoạt động tháp ngược dòng

Tháp ngược dòng: Khối đệm của tháp giải nhiệt đối lưu tự nhiên ngược dòng được lắp đặt bên trong tháp. Không khí được đưa vào tháp từ phần đáy ngược chiều với với lối vào của nước nóng từ phần trên. Sau khi tiếp xúc và trích nhiệt từ nước, không khí thoát ra ở đầu trên. Để đảm bảo sự lưu thông của không khí, tháp ngược dòng cần sự hỗ trợ của quạt hút và quạt đẩy.

Đặc điểm:

- Tháp giải nhiệt đối lưu tự nhiên có công suất vận hành rất lớn, khả năng giải nhiệt cao. Nhờ đó, sau khi lưu thông qua tháp giải nhiệt, nước được giải thoát lượng nhiệt rất lớn.
- Do phải hoạt động liên tục với công suất lớn, cấu tạo của thân tháp và các linh kiện khác đều được chế tạo từ các vật liệu có độ bền cao, có sức chống chịu nhiệt độ cao tốt, đảm bảo thời gian vận hành lâu dài.
- Quy trình điều khiển, vận hành tháp giải nhiệt đối lưu khá đơn giản.

3. Tháp giải nhiệt dùng quạt đẩy cưỡng bức (Forced Draft Cooling Towers)

Tháp giải nhiệt dùng quạt đẩy cưỡng bức (Forced Draft Fan - FD Fan) là một loại tháp giải nhiệt cơ học vì chúng sử dụng quạt để chuyển không khí bên trong tháp giải nhiệt.

Các tháp làm mát này được sử dụng để làm mát nước đã được sử dụng trong quá trình sản xuất hoặc các quá trình công nghiệp khác. Nước được đưa vào tháp và được phun lên bề mặt của các tấm tản nhiệt, sau đó gió được thổi qua các tấm tản nhiệt để làm mát nước. Nước được thu thập và sử dụng lại trong quá trình sản xuất hoặc được xử lý trước khi được xả ra.

Tháp giải nhiệt cưỡng bức

Tháp này sử dụng quạt ở đáy tháp để đẩy không khí vào bên trong tháp giải nhiệt. Cơ chế cưỡng bức làm cho nó hiệu quả hơn so với việc luồng gió tự nhiên. Nếu quạt đủ lớn thì nó có thể làm cho chuyển động của không khí trở nên không đồng đều khi đi qua khối đệm hay vật liệu làm đầy (fill material). Nhược điểm lớn nhất của tháp đối lưu cưỡng bức là nó có thể lấy không khí thoát ra từ bên ngoài và đẩy nó quay trở lại bên trong tháp giải nhiệt. Sự tái sinh tuần hoàn này làm giảm hiệu suất của tháp do tốc độ bão hòa của khí tăng lên.

4. Giải nhiệt dùng quạt hút (Induced Draft Cooling Towers)

Ứng dụng tháp giải nhiệt dùng quạt hút (Induced Draft Fan -ID Fan) được thiết kế để loại bỏ hiệu ứng tái lưu thông gió xảy ra trong quá trình đẩy gió vào cưỡng bức. Quạt trong tháp này được đặt trên đỉnh của tháp giải nhiệt. Không gian cho không khí được thực hiện ở dưới cùng của tháp. Khi quạt hoạt động, lực hút được tạo ra ở đáy tháp và luồng gió được tạo ra.

Trong cơ chế dòng chảy ngược của quá trình (nước rơi xuống - luồng gió hút lên), công suất cần thiết để di chuyển không khí sẽ cao vì không khí đi vào khối đệm sẽ gặp lực cản tối đa do chất lỏng thoát ra khỏi khối đệm (cooling fill).

Tháp này có thể được vận hành trong 2 dòng chảy đồng thời, dòng chảy ngược và dòng chảy cắt ngang.

---

Xin chào bạn!

Nếu bạn đang thích trang web của chúng tôi và thấy các bài viết của chúng tôi hữu ích, chúng tôi rất mong nhận được sự ủng hộ của bạn. Với sự giúp đỡ của bạn, chúng tôi có thể tiếp tục phát triển tài nguyên và cung cấp cho bạn nội dung có giá trị hơn nữa.

Cảm ơn bạn đã ủng hộ chúng tôi.

Nguyễn Thanh Sơn

Tìm kiếm Blog này