THÁP GIẢI NHIỆT LÀ GÌ?

THÁP GIẢI NHIỆT LÀ GÌ?

It’s a common question during the early design phase of large mechanical systems: “Is open-loop or closed-loop cooling equipment better suited for this project?” / Đó là một câu hỏi phổ biến trong giai đoạn thiết kế ban đầu của các hệ thống cơ khí lớn: “Thiết bị làm mát vòng hở hay vòng kín phù hợp hơn cho dự án này?”

When it comes to modern heat rejection technology, both open-loop and closed-loop cooling equipment provide a distinct set of advantages for the engineer, installer and building owner. The specific cooling needs of the application, along with the physical parameters of the installation site, budgetary considerations and environmental goals should ultimately determine the type of system that’s best-suited and specified. / Khi nói đến công nghệ loại bỏ nhiệt hiện đại, cả thiết bị làm mát vòng hở và vòng kín đều mang lại một loạt lợi thế khác biệt cho kỹ sư, người lắp đặt và chủ sở hữu tòa nhà. Nhu cầu làm mát cụ thể của ứng dụng, cùng với các thông số vật lý của vị trí lắp đặt, cân nhắc ngân sách và mục tiêu môi trường cuối cùng sẽ xác định loại hệ thống phù hợp nhất và được chỉ định.

1. Cooling towers with open, closed or hybrid cooling circuit / Tháp giải nhiệt hở, Tháp giải nhiệt kín hoặc lai giữa hai loại, tháp giải nhiệt là gì?

1.1. Open circuit cooling towers / Tháp giải nhiệt hở
In open circuit cooling towers, there is a direct contact between the water to cool down and the air. / Trong các tháp giải nhiệt mạch hở, có sự tiếp xúc trực tiếp giữa nước và không khí để làm mát.

An open cooling tower is a heat exchanger that in order to cool down water makes use of the direct contact with the air. The heat transfer occurs partially thanks to a heat exchange between air and water, but mainly thanks to the evaporation of a small quantity of the water that needs to be cooled. This will allow to cool down to a temperature lower than the ambient temperature. / Tháp giải nhiệt hở là một bộ trao đổi nhiệt để làm mát nước sử dụng tiếp xúc trực tiếp với không khí. Sự truyền nhiệt diễn ra một phần nhờ sự trao đổi nhiệt giữa không khí và nước, nhưng chủ yếu nhờ sự bay hơi của một lượng nhỏ nước cần làm mát. Điều này sẽ cho phép làm mát xuống nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ môi trường xung quanh.

Operation / Nguyên lý hoạt động tháp giải nhiệt hở

• The water that needs to be cooled will be directed to the upper part of the cooling tower. / Nước cần giải nhiệt sẽ được dẫn lên phần trên của tháp giải nhiệt.
• The nozzles (A) distribute water over the tower packing (B). / Các vòi (A) phân phối nước qua đệm tháp (B).
• Water will be spread in a thin and even film over the packing thanks to its shape. This will result in a very large contact surface (heat exchange surface). / Nước sẽ được trải thành một lớp màng mỏng và đều trên bề mặt giá thể nhờ hình dạng của nó. Điều này sẽ dẫn đến bề mặt tiếp xúc (bề mặt trao đổi nhiệt) rất lớn.

• The fan blows or extracts (depending on the type of fan) ambient air through the packing. This air will cool the water in 2 different ways. Part of the heat will be removed due to convection (contact between hot water and colder air), but the main cooling part will be because of evaporation. / Quạt thổi hoặc hút (tùy thuộc vào loại quạt) không khí xung quanh qua lớp giá thể. Không khí này sẽ làm mát nước theo 2 cách khác nhau. Một phần nhiệt sẽ được loại bỏ do sự đối lưu (sự tiếp xúc giữa nước nóng và không khí lạnh hơn), nhưng phần làm mát chính sẽ là do bay hơi.
• The air, which is now saturated with humidity, will be exhausted through the upper part. / Không khí lúc này đã bão hòa độ ẩm sẽ thoát ra ngoài qua phần bên trên tháp.
• The cooled down water will be gathered in the basin (C) so it can be reused in the production process. / Nước đã được làm nguội sẽ được tập trung về bồn (C) để có thể tái sử dụng trong quá trình sản xuất.
• The drop eliminators above the nozzles make sure that the water drops don't leave the cooling tower. / Bộ khử nước phía trên tháp giải nhiệt đảm bảo rằng giọt nước không rời khỏi tháp giải nhiệt (tiết kiệm nước).

1.2. Closed circuit cooling towers / Tháp giải nhiệt kín

There is no direct contact between the water to cool down and the air inside closed circuit cooling towers, but an additional heat exchanger is however used. Cooling towers with piping and plate heat exchanger also exist. / Không có sự tiếp xúc trực tiếp giữa nước để làm mát và không khí bên trong các tháp giải nhiệt mạch kín, tuy nhiên, một bộ trao đổi nhiệt bổ sung được sử dụng. Tháp giải nhiệt với bộ trao đổi nhiệt đường ống và tấm cũng tồn tại.

A cooling tower is a heat exchanger that uses the direct contact with the air to cool down water. The heat exchange happens partially through a heat exchange between air and water, but mainly through the evaporation of a small quantity of the water that needs to be cooled. This will allow to cool down to a temperature lower than the ambient temperature. / Tháp giải nhiệt là một bộ trao đổi nhiệt sử dụng tiếp xúc trực tiếp với không khí để làm mát nước. Quá trình trao đổi nhiệt xảy ra một phần thông qua trao đổi nhiệt giữa không khí và nước, nhưng chủ yếu thông qua sự bay hơi của một lượng nhỏ nước cần được làm mát. Điều này sẽ cho phép hạ nhiệt xuống nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ xung quanh.

When the water that needs to be cooled cannot get into contact with the air (e.g. in the food industry), it is necessary to use a heat exchanger. / Khi nước cần làm mát không thể tiếp xúc với không khí (ví dụ như trong ngành thực phẩm) thì cần sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt.

The heat exchanger separates the process water that needs te be cooled from the “evaporation water” of the cooling tower. This will avoid contact between the process water and the air. / Bộ trao đổi nhiệt tách nước quy trình cần được làm mát khỏi “nước bay hơi” của tháp giải nhiệt. Điều này sẽ tránh tiếp xúc giữa nước xử lý và không khí.

In open circuit cooling towers it is not necessary to use anti-freeze, the use of anti-freeze in the closed cooling towers might be necessary. / Trong tháp giải nhiệt mạch hở, không cần thiết phải sử dụng chất chống đóng băng, việc sử dụng chất chống đóng băng trong tháp giải nhiệt kín có thể cần thiết.

Process side / Nguyên lý hoạt động tháp giải nhiệt kín

• The process water that needs to be cooled will be guided through the heat exchanger (A). This heat exchanger consists of stainless steel plates and is situated next to the cooling tower in a separate adjacent room. / Nước xử lý cần làm mát sẽ được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt (A). Bộ trao đổi nhiệt này bao gồm các tấm thép không gỉ và được đặt bên cạnh tháp giải nhiệt trong một phòng liền kề riêng biệt.
• Inside the heat exchanger, the heat of the water from the process side is transmitted to the cooling water on the cooling tower side. / Bên trong bộ trao đổi nhiệt, nhiệt của nước từ phía quy trình được truyền đến nước làm mát ở phía tháp giải nhiệt.
• The process water is now cooled down again and can be reused as cooling water in the process. Consequently, the cooling water circulates in a closed circuit between the consumers (production machines, condensers, etc.) and the heat exchanger. / Nước quy trình hiện được làm mát trở lại và có thể được tái sử dụng làm nước làm mát trong quy trình. Do đó, nước làm mát lưu thông trong một mạch kín giữa người tiêu dùng (máy sản xuất, bình ngưng, v.v.) và bộ trao đổi nhiệt.

Cooling tower side / Mặt tháp giải nhiệt

• Once the reheated cooling water has left the plate heat exchanger, it will be directed through the piping to the upper part of the cooling tower, where nozzles (B) will distribute the water over the tower packing (C). / Sau khi nước làm mát được làm nóng lại đã rời khỏi bộ trao đổi nhiệt dạng tấm, nó sẽ được dẫn qua đường ống đến phần trên của tháp giải nhiệt, nơi các vòi (B) sẽ phân phối nước trên lớp đệm tháp (C).
• The cooled down water falls through the packing and is gathered in the basin. This is where the fresh water will be led back through the recirculation pump (D) to the heat exchanger in order to be reused. / Nước được làm mát rơi qua bao bì và được tập trung trong lưu vực. Đây là nơi nước ngọt sẽ được dẫn trở lại qua bơm tuần hoàn (D) đến bộ trao đổi nhiệt để được tái sử dụng.
• The water is cooled down by the air which is developed by the fan(s) in counter flow. This air will warm up and get saturated after contact with the water flowing over the packing. The air is exhausted through the top. / Nước được làm mát bằng không khí do (các) quạt tạo ra theo dòng chảy ngược. Không khí này sẽ nóng lên và bão hòa sau khi tiếp xúc với nước chảy qua bao bì. Không khí cạn kiệt qua đỉnh.
• The drop eliminators above the nozzles make sure that the water drops don't leave the cooling tower. / Bộ khử giọt phía trên vòi đảm bảo rằng giọt nước không rời khỏi tháp giải nhiệt.

3. Adiabatic cooler (hybrid cooling circuit) / Bộ làm mát đoạn nhiệt (Bộ trao đổi nhiệt lai)

An adiabatic cooler is a liquid cooler. The heat to be removed is discharged dry throughout most of the year by only using the ambient air. As soon as the temperature of the ambient air becomes too high, this will appliance will automatically switch over to wet mode and make additional use of the cooling effect of evaporating water. / Bộ làm mát đoạn nhiệt là bộ làm mát bằng chất lỏng. Nhiệt cần loại bỏ được thải ra khô trong suốt cả năm chỉ bằng cách sử dụng không khí xung quanh. Ngay khi nhiệt độ của không khí xung quanh trở nên quá cao, thiết bị này sẽ tự động chuyển sang chế độ ướt và sử dụng thêm hiệu ứng làm mát của nước bay hơi.

4. Applications and Benefits of Open Loop and Closed Loop Cooling Towers / Các ứng dụng và lợi ích của tháp giải nhiệt vòng hở và vòng kín

The applications, benefits, and efficiency improvements of open loop and closed loop cooling towers. Considerations when choosing an open loop and closed loop cooling tower will also be discussed. / Các ứng dụng, lợi ích và cải tiến hiệu quả của tháp giải nhiệt vòng hở và vòng kín. Những cân nhắc khi lựa chọn tháp giải nhiệt vòng hở và vòng kín cũng sẽ được thảo luận.

4.1. The applications of open loop and closed loop cooling towers include: / Các ứng dụng của tháp giải nhiệt vòng hở và vòng kín bao gồm:

• Power plants / Nhà máy điện
• Petrochemical plants / nhà máy hóa dầu
• Petroleum refineries / nhà máy lọc dầu
• Natural gas processing plants / Nhà máy xử lý khí tự nhiên
• Food processing plants / Nhà máy chế biến thực phẩm
• Semiconductor plants / nhà máy bán dẫn
• Water cooled air compressors / Máy nén khí làm mát bằng nước
• Die casting machines / nhà máy đúc kim loại
• Refrigeration / Điện lạnh
• Plastic injection and blow molding machine / Máy ép nhựa và thổi nhựa
• Distilleries / nhà máy chưng cất

4.2. Benefits of Open Loop Cooling Towers / Lợi ích của Tháp giải nhiệt hở

• A lower approach can be easily achieved / Chi phí đầu tư thấp hơn 
• Lower initial cost due to the absence of the intermediate heat exchanger / Chi phí ban đầu thấp hơn do không có bộ trao đổi nhiệt trung gian
• Easier expansion / Mở rộng công suất hệ thống dễ dàng hơn

4.3. The benefits of closed loop cooling towers include: / Những lợi ích của tháp giải nhiệt vòng kín bao gồm:

• Contaminant-free cooling loop / Vòng làm mát không gây ô nhiễm
• Dry operation in winter / Vận hành khô trong mùa đông
• Ease of maintenance / Dễ dàng bảo trì
• Lower overall system costs / Chi phí hệ thống tổng thể thấp hơn
• Reduced water loss through evaporation / Giảm thất thoát nước do bay hơi
• Reduced need for chemical treatment / Giảm nhu cầu xử lý hóa chất
• Protection of the process fluid’s quality / Bảo vệ chất lượng của chất lỏng quá trình
• Operational flexibility at a slightly higher cost at first / Hoạt động linh hoạt với chi phí ban đầu cao hơn một chút
• They can provide totally dry sensible heat rejection which can extremely lower the overall consumption of water at a project / Chúng có thể cung cấp khả năng loại bỏ nhiệt hợp lý hoàn toàn khô ráo, điều này có thể làm giảm đáng kể mức tiêu thụ nước tổng thể tại một dự án
• Based on the switchover temperatures of a dry bulb, they can be sized for partial load or full design. / Dựa trên nhiệt độ chuyển đổi của bầu khô, chúng có thể được định cỡ cho tải một phần hoặc thiết kế đầy đủ.

4.4. Improving Efficiency of Open Loop and Closed Loop Towers / Cải thiện hiệu quả của các tháp vòng lặp mở và vòng lặp khép kín

To improve the efficiency of open loop and closed loop cooling towers the following can be considered: / Để nâng cao hiệu quả của tháp giải nhiệt vòng hở và vòng kín, có thể xem xét những điều sau:

• Installing a new pipe where it is needed will help improve energy efficiency, even if it is one piece of new piping needed. / Lắp đặt một đường ống mới ở nơi cần thiết sẽ giúp cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng, ngay cả khi đó là một đoạn đường ống mới cần thiết.
• Ensuring that the System is Recycling Water Properly: A cooling tower must be recycling upward 98% of water. If it does not meet this requirement, it must be serviced. Recycling water improves water and energy efficiency. / Đảm bảo rằng Hệ thống Tái chế Nước đúng cách: Một tháp giải nhiệt phải được tái chế tới 98% nước. Nếu nó không đáp ứng yêu cầu này, nó phải được bảo dưỡng. Nước tái chế cải thiện hiệu quả sử dụng nước và năng lượng.
• Increase Cooling Cycles: You must be aware of the number of cooling cycles your tower uses. If the cycles are adjusted from three to six, it can make a significant difference in efficiency and water usage is saved. / Tăng chu kỳ làm mát: Bạn phải biết số chu kỳ làm mát mà tháp của bạn sử dụng. Nếu các chu kỳ được điều chỉnh từ ba đến sáu, nó có thể tạo ra sự khác biệt đáng kể về hiệu quả và tiết kiệm được lượng nước sử dụng.