Cooling Towers (Soğutma Kuleleri)

[mechkaku]

Öncelikle merhabalar. Termodinamik dersinde hocamız bir soru sordu ve verilebilecek bütün cevapları verdiğimizi düşünüyorum ama o cevabı bulmadığımızı düşündü ve konu kapandı. Bende üstüne gittim, araştırmaktayım. Soru şu şekilde " biz soğutmayı heat exchanger da yapabiliyorken neden bu kadar maliyetle (zahmetle) cooling tower kullanıyoruz?". Soğutmanın hızlı olmasından , sistem için daha verimli olmasından , sirküle edilen suyun daha temiz olmasından , her türlü cevabı söyledik. Bunların doğru olduğunu fakat asıl sebebin buharlaşmayla ilgili olduğunu söyledi. Sizler ne düşünüyorsunuz?

Termik santral olarak düşünebilirsiniz. Türbinden buharı gelen soğutmak ve basıncı düşürmek için kullanıyoruz heat exchanger'i. Heat exchanger da ki soğuk suyun sürekli temin edildiğinden ve atıldığını varsayabilirsiniz. (cooling tower olmadan)

 

[sefa37]

Türbinden gelen buharı tekrar kullanabilmek amacı ile kondenser + soğutma kulesi kullanılmaktadır. Buhar bildiğiniz üzere depolanabilen birşey değildir. Bu sebeple özellikle termik santrallerde türbinden gelen özelliğini kaybetmiş yani basınç ve sıcaklık düşüşü olan buhar kondenserlere gönderilerek yoğuşma işlemi gerçekleşir ve buhar suya dönüştürülür daha sonra ısıtma işlemi için sisteme gönderilir. Kondenserde soğutma işleminin sağlanması için göl veya denizden çekilen (genelde termik santraller deniz göl etrafında konumlandırılır.) suyu soğutma kulesi vasıtası ile soğutarak (kulenin çalıştığı ilin yaştermometre sıcaklığına en fazla 3°C yaklaşarak soğutur. örneğin istanbulda yaş termometre 24 ise kule en fazla yazın 27 ye kadar soğutur.) kondensere gönderilir ve kondenserde buhar sıvıya çevrilir. İlk yatırım maliyeti yüksek gibi gözüksede işletme maliyeti bakımından soğutma kulesi bir avantajdır. Yani buhın depolanamadığından ve atılan buhar miktarının çok yüksek olduğundan ve bu buharın geri kazanımını sağlamak için soğutma kulesi ve kondenser grubunun kullanılması ile buharı sıvıya çevirerek sisteme kazandırmış oluruz.

Heat exchanger yani eşanjörlerde (bu sistemde buhar eşanjörü) kondenserde yoğuşma işlemini gerçekleştirebilecek delta t yi sağlayamayız.

Yanlış bilgi verdiysem lütfen forumdaki arkadaşlarımız düzeltsin. Bildiklerimi paylaşmak hem arkadaşımıza yardımcı olmak istedim.

 

[Crocs]

@sefa37 öncelikle kondenser zaten bir heat exchangerdır. eşanjör dediğiniz boru tipi ısı değiştiriciler (veya plakalı), kapalı sistemlerdir (kondenser gibi). soğutma kuleleri açık sistemlerdir. yani hava-sıvı temassız ısı değiştiricisidir. en büyük dezavantajı, ortam kirliliklerinin sistemi kontamine etmesidir. Ancak;

Soğutma kulesinde soğuttuğumuz su, hava ile soğutulmaktadır. haliyle soğutucu akışkan her ortamda bulunabilen bir malzemedir. Soğutma suyu ise değerli bir kaynak olup her yerde bulunamadığı gibi, eğer siz soğutma kulesi yerine eşanjör koyarsanız, eşanjördeki ısınan suyu da doğaya direk veremeyeceğinizden onu da soğutmanız gerekecek, onun içinde ayrı bir eşanjöt gerekecek bu da kısır ve sonsuz denebilecek bir döngüye sebep olacaktır. (çok noktalı derin deniz deşarjı durumu hariç). Bu yüzden soğutma kulesi kullanırsın

Soğutma kulesinde ısı transferinin oldukça büyük bölümü ısınan suyun buharlaşarak havaya karışmasıyla gerçekleşir. Yani burada sadece ısı değil kütle transferi de gerçekleşmektedir. eksilen kısmı sisteme sürekli su ilavesiyle takviye edersin. Burada genellikle sadece kimyasal olarak şartlandırılmış, filtre edilmemiş su kullanılır

 

[sefa37]

Soğutma kuleleri sadece açık sistem değildir. Soğutma kuleleri içerisinde bulunan serpantin sayesinde kapalı sistem olarakta çalışır veya açık sistem soğutma kulesi + plakalı eşanjör sayesinde kapalı sistem olarak ta çalışır. Proseslere göre işletmeler açık tip yada kapalı tip soğutma kulesi seçerler.

Termik santrallerde evaporatif kondenser kullanılmalıdır. Yani su soğutmalı kondenser kullanılmalıdır. Kondenserdeki yoğuşma yani buharlaşmayı sağlayabilmek için belli bir sıcaklık farkı olmak zorundadır. Sadece eşanjör ile bu sıcaklık farkını yakalamak mümkün değildir.

Soğutma kulelerinde açık sistemlerde buharlaşma kaybı saatte %0,5 iken kapalı sistemlerde buharlaşma kaybı saatte %0,9 dur.
Soğutma kulelerinde şartlandırılmış su kullanılması zorunlu değildir. (özel prosesler hariç.). @Crocs arkadaşımız istediği fabrikayı ziyaret ederek sorabilir.

Kondenserin içerisinde de bakır borulardan oluşan serpantin bulunan bir sistemdir. Eşanjörler sadece boru tiplerden oluşan bir sistem değildir.
Piyasada daha çok yaygın olarak kullanılan eşanjör plakalı eşanjördür. Evlerinizde bulunan kombilerde de küçük tipte plakalı eşanjör vardır. İnceleyebilirsiniz.

Öğrenci arkadaşımızın sorusuna gelecek olursak hocasının sorusunun cevapı evaporatif konderserde yoğuşma yani buharlaşma için gerekecek soğuk suyu en ekonomik olarak soğutma kulesi ile gerçekleştirebilir. Yoğuşma işleminden sonra buhar sıvıya dönüşmekte ve tekrar kullanılmak üzere sisteme gönderilmektedir.

Bir diğer alternatif ise chiller dir. Chiller yatırım maliyeti yüksek olması ve harcanan elektrik sarfiyatının soğutma kulesine oranla yaklaşık 8 - 10 kat fazla olması sebebi ile soğutma kulesi en ideal çözümdür.

 

[Crocs]

@sefa37 sizin dediğiniz serpantinli sistem chiller olarak isimlendiriliyor. Evet kapalı tipleri mevcut. Bunlar yukarıda konuştuğumuz enerji santrallerinde pek kullanılmamaktadır. Büyük ölçekte de pek mevcut değil (maliyet baş sebebi).

Şartlandırılmış suyla ilgili "genellikle" ibaresini bu sebeple yazdım. Suyunuzun ve işletmenizin durumuna göre farklı durumlar mevcuttur ancak büyük sistemlerde şartlandırma sistemi sağlıklı çalıştırmak için gereklidir. Büyük bir çevriminiz varsa scaling ve fouling sorunuyla baş edebilmek için kimyasal ve/veya fiziksel şartlandırma zorunlu bir durumdur. Burada büyükten kastım 40-50 MW ve üzeri santraller. bugüne dek 10-65-45-160 ve 1350 MWlık santrallerde çalıştım ya da staj yaptım.

yanlış anlamayın tartışma ya da cevap olsun diye değil yazdıklarım kesinlikle. Enerji sektöründe 4 yıldır bir orada bir burada koşturuyorum ve sizin dediğiniz sistemlere ben hiç rastlamadım. Bahsettiğiniz sistemler ve durumlar büyük ölçüde ekonomik değiller. Gelen soru da enerji sektörü ile ilgili olduğundan enerji sektöründe kullanılan sistemlere göre cevapladım. Elbette 3-5 MW gücündeki sistemlerde direk plakalı ya da boru tipi ısı değiştirici kullanılabiliyor olabilir ama benim çalıştığım ölçekte o tesisler biraz küçük kalıyor

 

[mechkaku]

cevaplarınız için teşekkür ederim