Comment fonctionne une tour de refroidissement-en circuit fermé ?

Circulation interne fermée du milieu : transport du caloporteur central

La principale caractéristique d'une tour de refroidissement fermée est que le fluide de refroidissement (généralement de l'eau douce, une solution d'éthylène glycol ou un fluide caloporteur spécial) circule dans une boucle de serpentin étanche, sans contact direct avec l'air extérieur ou l'eau pulvérisée-ce qui est l'essence même d'une tour de refroidissement fermée.

Pendant le fonctionnement, le fluide chaud à refroidir (par exemple, le fluide à haute température provenant de refroidisseurs ou de réacteurs industriels) est acheminé vers les serpentins d'échange thermique de la tour de refroidissement fermée par une pompe de circulation. Le fluide circule continuellement à l’intérieur des serpentins, transférant la chaleur qu’il transporte aux parois du serpentin.

Les serpentins sont généralement fabriqués en acier inoxydable, en alliage de titane ou en alliage de cuivre, qui présentent une excellente conductivité thermique et une excellente résistance à la corrosion, permettant une conduction thermique rapide du milieu vers les parois du serpentin. Après le transfert de chaleur, le fluide à basse température-retourne à l'équipement refroidi par la sortie du serpentin pour continuer à absorber la chaleur, formant ainsi une circulation fermée continue.

La clé de ce lien est de maintenir l’étanchéité de la boucle afin d’éviter les fuites de fluide ou les infiltrations d’air, qui pourraient entraîner une détérioration du fluide et la corrosion du pipeline. Par conséquent, le système est généralement équipé d'un vase d'expansion (pour équilibrer les fluctuations de pression), d'une pompe d'appoint - (pour compléter la perte de fluide) et d'un filtre de précision (pour éliminer les impuretés).

Pulvérisation externe et échange de chaleur par évaporation : transfert de chaleur vers l'atmosphère

L'extérieur d'une tour de refroidissement fermée adopte une structure ouverte, dissipant la chaleur des serpentins par évaporation de l'eau de pulvérisation et convection de l'air.-il s'agit du lien principal de dissipation thermique, divisé en deux étapes : "circulation de l'eau de pulvérisation" et "échange thermique par évaporation + convection".

Circulation de l'eau de pulvérisation

Un puisard est installé au pied de la tour. Une pompe de pulvérisation met sous pression l'eau de refroidissement dans le puisard et la pulvérise uniformément sur la surface extérieure des serpentins d'échange thermique à travers le dispositif de pulvérisation supérieur, formant ainsi un film d'eau uniforme. L'eau de pulvérisation entre entièrement en contact avec les parois extérieures des serpentins, absorbe la chaleur transférée par les parois, puis retombe dans le puisard après élévation de température, complétant ainsi la circulation interne de l'eau de pulvérisation. Le puisard est généralement équipé d'un dispositif de dosage stabilisant la qualité de l'eau pour empêcher le tartre et la croissance microbienne dans l'eau de pulvérisation, qui pourraient autrement affecter l'efficacité de l'échange thermique.

Évaporation + échange de chaleur par convection

Un ventilateur à flux axial est installé au bas ou sur le côté de la tour de refroidissement fermée. Lorsque le ventilateur fonctionne, il aspire de l'air à température ambiante provenant de l'extérieur de la tour et l'air passe vers le haut à travers l'espace entre les serpentins et le film d'eau. Deux types d'échange thermique se produisent à ce moment : d'abord,échange thermique sensible-l'air entre directement en contact avec le film d'eau à haute-température, transférant la chaleur par différence de température ; deuxième,échange de chaleur latente-une partie de l'eau de pulvérisation s'évapore sous le flux d'air, absorbant une grande quantité de chaleur latente de vaporisation (représentant 70 à 80 % de la dissipation thermique totale), ce qui réduit rapidement la température des parois extérieures du serpentin.

L'air chauffé et humidifié est évacué par le haut de la tour, évacuant la majeure partie de la chaleur, tandis que l'eau de pulvérisation non évaporée retombe dans le puisard pour être recyclée. Une petite quantité de perte par évaporation est compensée par un apport d'eau douce.

Régulation du volume d'air et systèmes auxiliaires : optimisation de l'efficacité opérationnelle

Pour s'adapter aux différentes charges et conditions environnementales, les tours de refroidissement fermées sont équipées de régulation du volume d'air et de systèmes auxiliaires pour assurer la stabilité opérationnelle et l'efficacité énergétique :

Contrôle du ventilateur à fréquence variable: Ajuste automatiquement la vitesse du ventilateur (ou le nombre de ventilateurs en fonctionnement) en fonction de la température du fluide à la sortie des serpentins d'échange thermique. Lorsque la charge de refroidissement est faible, la vitesse du ventilateur est réduite pour économiser de l'énergie ; lorsque la température ambiante est trop élevée (par exemple en été), la vitesse est augmentée pour augmenter le volume d'air et assurer l'effet de dissipation thermique.

Dispositifs antigel- : Dans les régions froides ou lors d'un fonctionnement à faible-charge en hiver, le fluide à l'intérieur des serpentins peut geler en raison de la basse température. Le système est équipé d'un traçage électrique, d'un traçage à la vapeur ou d'un dispositif de dérivation de circulation pour maintenir la température du fluide au-dessus du point de congélation ; pendant ce temps, le système de pulvérisation peut passer en « fonctionnement à sec » (arrêt de la pulvérisation, s'appuyant uniquement sur la convection de l'air pour l'échange thermique) pour éviter d'endommager la tour causé par l'eau de pulvérisation gelée.

Conception du dévésiculeur: Un désembueur est installé au sommet de la tour, qui peut capturer de minuscules gouttelettes d'eau dans l'eau de pulvérisation (avec un taux de capture de plus de 99 %). Cela réduit non seulement le gaspillage d’eau, mais empêche également les gouttelettes d’eau d’être évacuées avec l’air, ce qui pourrait provoquer de l’humidité ou de la corrosion dans l’environnement.

Résumé du processus de travail global

Le fonctionnement d'une tour de refroidissement en circuit fermé-peut être résumé comme suit : le fluide chaud entre dans les serpentins → conduction thermique à travers les parois du serpentin → l'eau pulvérisée absorbe la chaleur → l'air s'évapore et évacue la chaleur → le fluide refroidi revient.

Le fluide chaud circule dans des serpentins scellés et la chaleur est transférée à travers les parois du serpentin vers le film d'eau de pulvérisation externe ; l'air introduit par le ventilateur entre en contact avec le film d'eau, évacuant la chaleur de la tour par évaporation et convection ; le fluide refroidi retourne à l'équipement pour être recyclé, tandis que l'eau de pulvérisation circule de manière répétée à l'intérieur de la tour avec seulement une petite quantité de perte par évaporation complétée.

Cette conception conserve l'avantage de la dissipation thermique par évaporation à haute efficacité-des tours de refroidissement ouvertes tout en évitant les problèmes de contamination et de tartre causés par le contact direct entre le fluide de refroidissement et le monde extérieur, atteignant ainsi le double objectif de "dissipation thermique à haute efficacité- + protection moyenne".