प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावर क्या हैं?
प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावर (प्राकृतिक संवहन कूलिंग टावर) वायु परिसंचरण प्रदान करने के लिए संवहन प्रवाह के सिद्धांत का उपयोग करते हैं। प्राकृतिक ड्राफ्ट टावर आमतौर पर बहुत ऊँचे होते हैं ताकि पर्याप्त वायु प्रवाह उत्पन्न हो सके। इन्हें बनाना महंगा होता है और इन्हें केवल उन्हीं अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है जहाँ कई वर्षों तक बड़े पैमाने पर स्थिर शीतलन की आवश्यकता होती है; एक थर्मल पावर प्लांट ऐसा ही एक अनुप्रयोग है।
प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावर
प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावर कैसे काम करता है
नीचे दिया गया वीडियो हमारे कूलिंग टावरों का परिचय ऑनलाइन वीडियो कोर्स से एक अंश है।
ठंडा कूलिंग पानी कूलिंग टावर बेसिन से पावर प्लांट तक पंप किया जाता है। प्रक्रिया द्वारा ठंडा कूलिंग पानी गर्म किया जाता है और इसका तापमान बढ़ जाता है। गर्म कूलिंग पानी अब ठंडा होने के लिए कूलिंग टावर में वापस पंप किया जाता है।
प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावर जल प्रणाली
आने वाला गर्म पानी टावर के अंदर स्प्रे नोजल के माध्यम से वितरित किया जाता है। स्प्रे नोजल गर्म पानी को पूरे फिल पर समान रूप से छिड़कते हैं। पानी फिल के माध्यम से नीचे की ओर गुजरता है जबकि हवा ऊपर की ओर जाती है।
प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावर घटक
जैसे ही पानी फिल के माध्यम से नीचे की ओर यात्रा करता है, इसका कुछ हिस्सा वाष्पित हो जाता है जिससे शेष पानी ठंडा हो जाता है (वाष्पीकरणीय शीतलन)।
प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावर क्रॉस सेक्शन
जैसे ही हवा फिल के माध्यम से यात्रा करती है, इसका तापमान बढ़ जाता है और यह स्टैक प्रभाव के कारण कूलिंग टावर के शीर्ष पर उठती है (गर्म हवा ठंडी हवा की तुलना में कम घनी होती है और इस प्रकार इसके ऊपर उठती है)। टावर के शीर्ष से निकलने वाली हवा टावर के आधार पर अधिक हवा खींचती है, जिससे टावर के आधार से शीर्ष तक एक प्राकृतिक वायु प्रवाह बनता है; यह स्टैक प्रभाव है और यह निरंतर होता है जब तक कि कूलिंग पानी लगातार परिसंचारित होता रहता है।
वायु और जल प्रवाह
काउंटर और क्रॉस फ्लो
प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावर काउंटर फ्लो या क्रॉस फ्लो डिज़ाइन के हो सकते हैं। क्रॉस फ्लो प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावरों का आधार काउंटर फ्लो प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावरों की तुलना में बहुत चौड़ा होता है।
काउंटर फ्लो प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावर
क्रॉस फ्लो प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावर
फायदे और नुकसान
फायदे
- कम रखरखाव लागत।
- कम परिचालन लागत।
- कम प्रणाली हानि (आमतौर पर कुल प्रवाह का 1% से कम)।
- कम शोर स्तर क्योंकि कोई पंखे नहीं होते।
- बड़ी शीतलन क्षमता।
नुकसान
- बड़ी प्रारंभिक पूंजी निवेश।
- कभी-कभी बड़ी संरचना और स्थानीय क्षेत्र पर सौंदर्य प्रभाव के कारण योजना अनुमति प्राप्त करना कठिन।
शीतकालीनकरण
प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावर शून्य से नीचे के वातावरण में संचालित हो सकते हैं जिससे जलाशय का पानी जम सकता है। इसे रोकने के लिए कई विधियाँ अपनाई जाती हैं।
- कूलिंग पानी से टावर को खाली करें। पानी के जमने के कारण होने वाली क्षति की संभावना को दूर करने का एक सरल और प्रभावी तरीका, लेकिन यह पावर स्टेशन को अनुपयोगी बना देता है।
- कूलिंग पानी का परिसंचरण करें ताकि कूलिंग टावर बेसिन में शून्य से ऊपर का तापमान बनाए रखा जा सके। यह विधि अधिकांश संयंत्रों द्वारा उपयोग की जाती है क्योंकि यह आर्थिक और लागू करने में अपेक्षाकृत आसान है।
- कूलिंग टावर के पानी में एंटी-फ्रीज मिलाएं। इससे पानी के जमने से रोका जा सकता है, लेकिन प्रणाली में पानी की बड़ी मात्रा के कारण यह वित्तीय रूप से व्यावहारिक समाधान नहीं है।
- कूलिंग टावर बेसिन को गर्म करें। यह विकल्प आमतौर पर आर्थिक रूप से व्यावहारिक नहीं है।
प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावरों का आकार इतना अजीब क्यों होता है?
प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावरों का आकार कई कारणों से बहुत अनोखा होता है। पहला कारण यह है कि आकार इतनी बड़ी टावर का निर्माण करते समय आवश्यक निर्माण सामग्री की मात्रा को कम करता है। दूसरा कारण यह है कि टावर का पैराबोलॉइड आकार टावर के माध्यम से वायु प्रवाह को तेज करता है, जो टावर की शीतलन क्षमता को बढ़ाता है। प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावरों को कभी-कभी हाइपरबोलिक टावर कहा जाता है, हालांकि सही शब्द हाइपरबोलॉइड है।
स्टैक प्रभाव क्या है?
जब हवा गर्म होती है, तो यह कम घनी हो जाती है। क्योंकि गर्म हवा ठंडी हवा की तुलना में कम घनी होती है, यह घनत्व के अंतर के कारण ठंडी हवा के ऊपर उठेगी। गर्म और ठंडी हवा के घनत्व के आधार पर अलग होने की इस प्रक्रिया को स्टैक प्रभाव या चिमनी प्रभाव कहा जाता है।
उदाहरण के लिए, एक गर्म हवा का गुब्बारा हवा में उड़ता है क्योंकि गुब्बारे के अंदर गर्म हवा होती है। गर्म हवा कम घनी होती है आसपास की परिवेशी हवा की तुलना में, यही कारण है कि गर्म हवा ऊपर उठती है, गुब्बारे को अपने साथ खींचती है।
गर्म हवा का गुब्बारा
3D मॉडल घटक
यह 3D मॉडल एक विशिष्ट प्रेरित ड्राफ्ट हाइपरबोलॉइड कूलिंग टावर से जुड़े सभी प्रमुख घटकों को दिखाता है, इनमें शामिल हैं:
- फिल (हीट एक्सचेंजर)
- स्प्रे नोजल
- पाइपिंग
- बेसिन/जलाशय
- ड्रिफ्ट एलिमिनेटर
- पंखा
- टावर संरचना (हाइपरबोलॉइड टावर)
यह एक प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावर का 3D मॉडल है।
3D मॉडल एनोटेशन
प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावर घटक
प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावर (प्राकृतिक संवहन कूलिंग टावर) वायु परिसंचरण प्रदान करने के लिए संवहन प्रवाह के सिद्धांत का उपयोग करते हैं। वे पर्याप्त वायु प्रवाह उत्पन्न करने के लिए ऊँचे होते हैं। इन्हें बनाना महंगा होता है, और इन्हें केवल उन्हीं अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है जहाँ कई वर्षों तक बड़े पैमाने पर स्थिर शीतलन की आवश्यकता होती है; एक थर्मल पावर प्लांट ऐसा ही एक अनुप्रयोग है।
संग्रहण बेसिन (जलाशय)
संग्रहण बेसिन कूलिंग टावर के नीचे एक रिसेप्टेकल है जो कूलिंग टावर द्वारा ठंडा किए गए पानी को एकत्र करता है; इसे आमतौर पर कंक्रीट से बनाया जाता है। 'ठंडा' कूलिंग पानी कूलिंग टावर बेसिन से प्रक्रिया जैसे पावर प्लांट तक पंप किया जाता है।
वितरण प्रणाली
कूलिंग टावर का वह हिस्सा जो पानी को फिल क्षेत्र में वितरित करता है, आमतौर पर इसमें फ्लैंज इनलेट्स, प्रवाह नियंत्रण वाल्व, स्प्रे शाखाएँ, मीटरिंग ऑरिफिस, स्प्रे नोजल और अन्य संबंधित घटक शामिल होते हैं। वितरण प्रणाली का उद्देश्य यह सुनिश्चित करना है कि पानी सभी स्प्रे नोजल तक समान रूप से वितरित हो।
सम्प
सम्प (पंप सक्शन बे) संग्रहण बेसिन का एक अवसादित हिस्सा है जहाँ से 'ठंडा' पानी केंद्रीय पंप(s) तक खींचा जाता है, फिर प्रक्रिया जैसे पावर प्लांट तक भेजा जाता है। सम्प में आमतौर पर स्ट्रेनर्स, एंटी-वोर्टेक्स डिवाइस और एक ड्रेन या क्लीन-आउट कनेक्शन होता है।
फिल
फिल मूल रूप से एक हीट एक्सचेंजर है जो कूलिंग पानी और हवा के बीच संपर्क सतह क्षेत्र को अधिकतम करता है। हवा फिल के पार ऊपर की ओर जाती है जबकि पानी गुरुत्वाकर्षण के कारण नीचे की ओर गिरता है। जैसे ही हवा पानी के ऊपर से गुजरती है, पानी का कुछ हिस्सा वाष्पित हो जाता है, और शेष पानी ठंडा हो जाता है (वाष्पीकरणीय शीतलन)। कूलिंग टावर दो मुख्य फिल डिज़ाइन का उपयोग करते हैं, 'फिल्म फिल' और 'स्प्लैश फिल' डिज़ाइन। फिल्म फिल अधिक कुशल है, लेकिन अधिक महंगा है, और गंदगी के प्रति अधिक संवेदनशील है।
ड्रिफ्ट एलिमिनेटर्स
'ड्रिफ्ट' वह नाम है जो कूलिंग जल प्रणाली से वाष्पीकरण के कारण खोए गए पानी के अणुओं को दिया जाता है। प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावरों से अक्सर सफेद नमी का एक बड़ा गुबार उठता हुआ देखा जा सकता है, यह 'ड्रिफ्ट' है, और यह एक वित्तीय हानि का प्रतिनिधित्व करता है (खोए हुए पानी को बदलना पड़ता है)। ड्रिफ्ट एलिमिनेटर्स पानी के नुकसान को कम करते हैं और परिणामस्वरूप परिचालन लागत को कम करते हैं।
ड्रिफ्ट एलिमिनेटर्स समानांतर ब्लेड से बने होते हैं जो टावर के वायु निर्वहन पक्ष पर व्यवस्थित होते हैं ताकि निकलने वाली वायु धारा से फंसे हुए पानी की बूंदों को हटा सकें। ड्रिफ्ट एलिमिनेटर का आकार फंसे हुए पानी की बूंदों को टावर से बाहर निकलने से पहले कई बार दिशा बदलने की आवश्यकता होती है (कष्टप्रद प्रवाह पथ)। हवा के लिए दिशा बदलना और ड्रिफ्ट एलिमिनेटर के माध्यम से गुजरना कोई समस्या नहीं होती है, लेकिन पानी की बूंदें ड्रिफ्ट एलिमिनेटर पर टकराती हैं, संघनित होती हैं, फिर फिल पर वापस टपकती हैं, और कूलिंग टावर बेसिन में लौट आती हैं।
हाइपरबोलॉइड टावर
प्राकृतिक ड्राफ्ट कूलिंग टावरों का इतना अनोखा आकार होने के दो मुख्य कारण हैं। पहला कारण यह है कि आकार इतनी बड़ी टावर का निर्माण करते समय आवश्यक निर्माण सामग्री की मात्रा को कम करता है। दूसरा कारण यह है कि टावर का हाइपरबोलॉइड आकार टावर के माध्यम से वायु प्रवाह को तेज करता है, जो टावर की शीतलन क्षमता को बढ़ाता है। 'ठंडी' हवा टावर के आधार में प्रवेश करती है, फिल के पार ऊपर की ओर खींची जाती है, गर्म होती है, फिर टावर के शीर्ष के माध्यम से बाहर निकलती है। यह वायु तापमान का अंतर -और परिणामस्वरूप वायु घनत्व- है जो टावर के माध्यम से संवहन वायु प्रवाह का कारण बनता है (गर्म हवा कम घनी होती है और टावर के माध्यम से ऊपर उठती है, जिससे परिवेशी ठंडी हवा टावर के आधार के माध्यम से खींची जाती है)। गर्म हवा (कम घनी) के ठंडी हवा (अधिक घनी) के ऊपर उठने की प्रक्रिया को 'स्टैक प्रभाव' या 'चिमनी प्रभाव' कहा जाता है।
स्प्रे नोजल
स्प्रे नोजल का उद्देश्य पानी को फिल के पार समान रूप से फैलाना है और इस प्रकार पानी और हवा के बीच संपर्क सतह क्षेत्र को अधिकतम करना है। एक बड़ा संपर्क सतह क्षेत्र वांछनीय है क्योंकि यह बहुत अधिक गर्मी हस्तांतरण क्षमता प्रदान करता है। सभी हीट एक्सचेंजर्स प्रवाहित माध्यमों के बीच एक बड़े संपर्क सतह क्षेत्र पर निर्भर करते हैं, क्योंकि यह उनके बीच उच्च तापीय संपर्क सुनिश्चित करता है।
कूलिंग जल आउटलेट
कूलिंग पानी को जलाशय से खींचा जाता है और इस कनेक्शन के माध्यम से स्टीम टर्बाइन कंडेनसर(s) तक भेजा जाता है।
कूलिंग जल इनलेट
कंडेनसर(s) से लौटने वाला कूलिंग पानी इस कनेक्शन के माध्यम से प्रवेश करता है।
गर्म हवा
जैसे ही हवा फिल के माध्यम से गुजरती है, इसका तापमान बढ़ जाता है, और यह टावर के माध्यम से ऊपर उठती है।
वायु इनलेट
परिवेशी हवा टावर के आधार के माध्यम से टावर में खींची जाती है।
संबंधित ऑनलाइन इंजीनियरिंग कोर्स
अतिरिक्त संसाधन
https://en.wikipedia.org/wiki/Cooling_tower
https://filter.eu/what-is-a-cooling-tower/
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/natural-draft-cooling-tower