Tháp giải nhiệt: khái niệm, phân loại, cấu tạo, nguyên lí

Trong hệ thống làm mát bằng nước, tháp giải nhiệt có nhiệm vụ hết sức quan trong. Vậy tháp giải nhiệt là gì, cấu tạo, nguyên lý làm việc ra sao. Cùng chúng tôi tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây nhé.

Tháp giải nhiệt là gì?

Tháp giải nhiệt còn gọi là tháp làm mát, tháp tản nhiệt (trong tiếng anh là Cooling Tower) là thiết bị dùng để giải phóng bớt lượng nhiệt dư thừa của nước ra ngoài khí quyển.

Nhiệm vụ

Tháp giải nhiệt được lắp đặt dùng để làm giảm nhiệt độ của dòng nước bằng cách trích nhiệt từ nước và thải ra khí quyển. Phương pháp này tận dụng được sự bay hơi của nước vào không khí và kết quả là phần nước còn lại được làm mát đáng kể.

Ngoài ra, tháp giải nhiệt còn có thể làm giảm nhiệt độ của nước thấp hơn các thiết bị chỉ sử dụng không khí để loại bỏ nhiệt.

Do đó, việc sử dụng tháp giải nhiệt giúp tránh gây hư hỏng thiết bị và đem về hiệu quả cao về mặt năng lượng và chi phí.

Cấu tạo tháp giải nhiệt

1. Tháp giải nhiệt
2. Thiết bị ngưng tụ
3. Hơi môi chất vào
4. Lỏng môi chất ra
5. Rơ le áp lực nước
6. Mô tơ quạt
7. Bơm nước
8. Bơm nước bổ sung
9. Đường cân bằng
10. Áp kế
11. Phin lọc
12. Phao

Nguyên lý làm việc

Nhiệt độ nước lúc ban đầu được bơm dẫn đưa vào thiết bị ngưng tụ, thiết bị làm mát dầu cho máy nén và làm mát đầu máy nén là t_nv = (22 – 28)°c, nhiệt độ này phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ môi trường, sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ, thiết bị làm mát dầu hay áo nước làm mát cho máy nén do nó nhận nhiệt của các thiết bị trên thải ra làm cho nhiệt độ nước tăng lên rất nhiều t_nr = (30 – 40)°c.

Chính vì vậy không thể trực tiếp đưa chúng tuần hoàn trở lại để làm mát được, nếu loại bỏ chúng thì sản xuất không kinh tế, nếu đưa chúng trở lại làm mát thì cần phải hạ thấp nhiệt độ nước ra đúng bằng nhiệt độ ban đầu và tháp giải nhiệt là một trong những thiết bị thực hiện nhiệm vụ này một cách hiệu quả nhất.

Trên đỉnh tháp có gắn quạt hút quay với tốc độ tương đối lớn để hút không khí hai bên hông tháp đi lên và nước sau khi ra khỏi các thiết bị thải nhiệt được đưa lên sàng của đỉnh tháp vừa tạo mưa và vừa quay, tại đây chúng sẽ trao đổi nhiệt với nhau, kết quả làm cho nhiệt độ của nước rơi xuống đáy tháp giảm nhiệt độ và đúng bằng nhiệt độ ban đầu, sau đó cho tuần hoàn trở lại các thiết bị thải nhiệt để làm mát nhờ bơm.

Phân loại

Theo hình dáng thiết kế

Tháp có 02 loại: tháp tròn và tháp dạng khối hộp.

Tháp giải nhiệt tròn

Tháp giải nhiệt tròn được sử dụng nhiều cho các đơn vị sản xuất vừa và nhỏ.

Khi khởi động tháp giải nhiệt, nước sẽ được phun từ trên xuống tấm tản nhiệt theo dạng tia qua hệ thống đầu phun và ống chia nước của thiết bị.

Trong lúc đó, nguyên lý tháp giải nhiệt sẽ sử dụng không khí mát từ bên ngoài đưa vào tháp ở cửa vào nằm dưới đáy tháp. Không khí sẽ di chuyển ngược lên, đi qua tấm tản nhiệt, tiếp xúc với nước và cuốn theo hơi nước nóng đưa ra môi trường bên ngoài.

Nước mát còn lại trong tháp giảm từ 5 – 12°C (tùy dòng tháp) so với nhiệt độ ban đầu sẽ được đưa tới các nhà máy, xí nghiệp hoặc tòa nhà lớn để giải nhiệt cho máy móc, khu văn phòng. Sau đó, nước nóng từ các nhà máy lại được đưa đến tháp hạ nhiệt và lặp lại quy trình làm mát như trên.

Tháp giải nhiệt vuông

Tháp giải nhiệt vuông phù hợp với các đơn vị sản xuất quy mô lớn và tầm cỡ.

Dòng tháp giải nhiệt cooling tower này có thiết kế luồng khí đưa xuống bồn nước theo phương thẳng đứng, cùng chiều với lưu lượng nước chảy thẳng xuống bởi tác động của trọng lực. Khi đó, nước sẽ được dàn đều trên bề mặt màng giải nhiệt qua hệ thống phân phối nước dạng máng hoặc đầu phun.

Cùng thời điểm đó, không khí luân chuyển sẽ cuốn theo hơi nước nóng ra môi trường bên ngoài, giúp làm giảm nhiệt độ của nước trong hệ thống tuần hoàn. Cuối cùng, tương tự như tháp giải nhiệt nước dạng tròn, nước mát sẽ được đưa tới nhà xưởng để giải nhiệt cho hệ thống máy móc, trang thiết bị tại đây.

Theo nguyên lí hoạt động

Dựa trên nguyên lý hoạt động, tháp giải nhiệt được chia thành 2 loại: đối lưu tự nhiên và đối lưu cơ học.

• Tháp giải nhiệt đối lưu tự nhiên: hoạt động theo cơ chế là sử dụng nguyên lý chênh lệch nhiệt độ trong-ngoài để làm mát. Hơi nước nhiệt độ cao trong tháp bay lên, và khí mát bên ngoài đi vào, qua đó làm mát cho nước. Hình thức này được dùng cho các nhà xưởng cần công suất giải nhiệt cao.
• Tháp giải nhiệt đối lưu cơ học: hoạt động theo cơ chế sử dụng vòng quạt để hút khí theo nguyên lý cưỡng bức trong dòng nước đang lưu thông, từ đó tăng thời gian tiếp xúc không khí và nước. Khả năng giải nhiệt của loại tháp này khi đó lại phụ thuộc vào quạt và đệm trợ lực của hệ thống.

Theo cơ chế tuần hoàn nguồn nước

• Tháp giải nhiệt không tuần hoàn: là hệ thống tháp lấy nước từ nguồn nước lớn, tiết kiệm chi phí như sông hồ, không tái sử dụng nước. Tuy nhiên hệ thống cũng phải có bước xử lý nước để chống cáu cặn dễ gây hư hỏng tháp.
• Tháp giải nhiệt tuần hoàn kín: tháp giải nhiệt tuần hoàn kín là hệ thống tháp có cơ chế giữ lại một lượng nước nhất định trong ống. Tuy nhiên, hệ thống này cũng có quy trình ngừa vi sinh, chống ăn mòn khi hoạt động trong thời gian dài.
• Tháp tuần hoàn hở: khác với hai loại trên, loại tháp này được dùng phổ biến hơn, nước tuần hoàn sẽ bay hơi liên tục và được bù nước bằng lượng tương đương, cũng vì vậy, chất lượng nước thay đổi liên tục yêu cầu người dùng cần thường xuyên kiểm tra và bảo dưỡng vệ sinh.