냉각탑

냉각탑은 냉각수 흐름(일반적으로 낮은 온도의 물 흐름)의 냉각을 통해 대기 중으로 폐열을 제거하는 장치입니다.냉각탑은 물의 증발을 사용하여 프로세스 열을 제거하고 작동유체를 습구 공기 온도에 근접하도록 냉각하거나, 건조 냉각탑의 경우 라디에이터를 사용하여 작동유체를 건조구 공기 온도에 근접하도록 냉각하는 공기로만 냉각할 수 있습니다.

일반적인 용도에는 정유공장, 석유화학 및 기타 화학공장, 화력발전소, 원자력발전소 및 건물 냉각용 HVAC 시스템에 사용되는 순환수의 냉각이 포함된다.이 분류는 타워로 유입되는 공기 유형에 기초한다. 냉각 타워의 주요 유형은 자연 통풍 냉각 타워와 유도 통풍 냉각 타워이다.

냉각 타워는 작은 지붕 꼭대기 유닛에서 최대 200m(660ft) 높이와 100m(330ft) 직경의 매우 큰 쌍곡선 구조물 또는 40m(130ft) 높이와 80m(260ft) 길이의 직사각형 구조물까지 크기가 다양합니다.하이퍼볼로이드 냉각탑은 일부 석탄 화력발전소 및 일부 대형 화학 및 기타 산업발전소에서도 사용되지만 종종 원자력발전소와 ^[1]관련이 있다.이러한 대형 타워는 매우 눈에 띄지만 대부분의 냉각 타워는 훨씬 작습니다. 여기에는 에어컨에서 열을 방출하기 위해 건물이나 근처에 설치된 많은 유닛이 포함됩니다.냉각탑은 또한 일반 대중들에 의해 연기나 유해한 가스를 배출하는 것으로 생각되지만 실제로는 수증기만 배출할 뿐 기후 ^[2][3]변화에 기여하지 않는다.

역사

냉각탑은 증기 엔진과 함께 사용할 ^[4]응축기의 개발을 통해 19세기에 시작되었다.응축기는 실린더 또는 터빈에서 나오는 증기를 응축하기 위해 다양한 수단을 통해 비교적 차가운 물을 사용합니다.이는 배압을 감소시켜 증기 소비량과 연료 소비량을 감소시키는 동시에 전력을 증가시키고 보일러 ^[5]물을 재활용합니다.그러나 응축기는 충분한 냉각수를 공급해야 하는데,^[6][7] 이 냉각수가 없으면 실용적이지 않습니다.선박용 엔진에서는 물 사용이 문제가 되지 않지만, 많은 ^{[citation needed]}육상 기반 시스템에 큰 제한을 두고 있다.

20세기 초까지, 냉각수 재활용의 몇 가지 증발 방법이 수도 공급이 확립되지 않은 지역뿐만 아니라, 도시 수도관이 충분히 공급되지 않을 수도 있고, 수요가 있을 때 신뢰할 수도 있고, 냉각 ^[4][7]요구를 충족하기에 적합한 도시 지역에서 사용되었습니다.이용 가능한 토지가 있는 지역에서는 시스템이 냉각 연못의 형태를 취했고, 도시와 같이 토지가 제한된 지역에서는 ^[6][8]냉각 타워의 형태를 취했습니다.

이러한 초기 타워는 건물 옥상에 배치되거나 팬에 의해 공기가 공급되거나 자연 ^[6][8]기류에 의존하여 독립형 구조물로 배치되었습니다.1911년의 미국 공학 교과서는 한 디자인을 "원형 또는 직사각형 모양의 경판 껍질"이라고 기술했습니다. 사실상 굴뚝 더미는 수직으로 훨씬 짧아졌습니다(20~40피트).(높음) 및 가로 방향으로 매우 크게 확대됩니다.상단에는 응축기에서 물을 퍼올려야 하는 분배 수조 세트가 있습니다. 이 수조들은 탑 ^[8]내부 공간을 채우는 나무 슬랫이나 직조 와이어 스크린으로 만들어진 "매트" 위로 흘러내립니다.

쌍곡면 냉각탑은 1918년 ^[9]네덜란드 엔지니어 프레데릭 반 아이터슨과 게라르트 카이퍼스에 의해 특허를 받았다.최초의 쌍곡선 냉각탑은 1918년 헤를렌 근처에 지어졌다.영국 최초의 발전기는 1924년 영국 리버풀의 리스터 드라이브 발전소에서 석탄 화력 ^[10]발전소에서 사용되는 물을 식히기 위해 지어졌다.

내륙 처리 및 발전소의 냉각수 소비는 2040–2069년까지 ^[11]대부분의 화력발전소의 전력 가용성을 감소시킬 것으로 추정된다.

2021년, 연구자들은 증기 회수 방법을 제시했다.증기는 이온 빔을 사용하여 충전된 다음 반대 전하의 철망에 포착됩니다.물의 순도는 EPA 음용성 ^[12]기준을 초과했다.

용도별 구분

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난방, 환기 및 공조(HVAC)

HVAC(난방, 환기, 공조) 냉각 타워는 냉각기에서 불필요한 열을 처리(배출)하기 위해 사용됩니다.액체 냉각 냉각 냉각기는 일반적으로 습구 온도 또는 습구 온도에서 타워수에 대한 열 제거로 인해 공랭 냉각 냉각 장치보다 에너지 효율이 높습니다.공랭식 냉각기는 높은 건구 온도에서 열을 방출해야 하므로 평균 카르노 사이클 효과가 낮습니다.기후가 더운 지역에서는 대규모 사무실 건물, 병원 및 학교에서 일반적으로 에어컨 시스템의 일부로 하나 이상의 냉각 타워를 사용합니다.일반적으로 산업용 냉각탑은 HVAC 타워보다 훨씬 큽니다.냉각탑의 HVAC 사용은 냉각탑을 수냉식 냉각기 또는 수냉식 콘덴서와 짝을 이룹니다.1톤의 에어컨은 시간당 12,000개의 영국 열 유닛(3.5kW)을 제거하는 것으로 정의됩니다.냉각탑 측의 등가 톤은 냉각기의 컴프레서를 구동하는 데 필요한 에너지와 동등한 추가 폐열로 인해 시간당 약 15,000개의 영국 열 유닛(4.4kW)을 배출합니다.이 등가 톤은 성능(COP)^[13]의 냉각 계수를 4.0으로 가정할 때 시간당 15,000 영국 열 단위(4.4kW)에 달하는 3 US 갤런/분(11L/분) 또는 시간당 1,500파운드(680kg/시)의 물을 10°F(5.6°C) 냉각할 때의 열 방출로 정의됩니다.이 COP는 Energy Efficiency Ratio(EER; 에너지 효율비) 14에 해당합니다.

냉각탑은 또한 공통 배관 물 루프를 공유하는 여러 개의 수원 열 펌프가 있는 HVAC 시스템에도 사용된다.이 유형의 시스템에서는 열 펌프가 냉각 모드에서 작동할 때마다 워터 루프 내부에서 순환하는 물이 히트 펌프의 응축기에서 열을 제거한 후 외부에 장착된 냉각 타워를 사용하여 워터 루프에서 열을 제거하고 대기 중으로 배출합니다.반면 열 펌프가 가열 모드로 작동 중일 때는 응축기가 루프수에서 열을 끌어내고 가열할 공간으로 배출합니다.워터 루프가 주로 건물에 열을 공급하기 위해 사용되는 경우, 냉각 타워는 일반적으로 폐쇄되고(그리고 동파 피해를 방지하기 위해 배수 또는 월동될 수 있음), 열은 다른 수단, 보통 별도의 보일러에서 공급됩니다.

공업용 냉각탑

산업용 냉각 타워는 기계나 가열 공정 재료와 같은 다양한 소스에서 열을 제거하는 데 사용할 수 있습니다.대형 산업용 냉각탑의 주요 용도는 발전소, 석유 정제소, 석유 화학 공장, 천연 가스 처리 공장, 식품 가공 공장, 반도체 공장 및 증류 기둥의 응축기와 같은 기타 산업 시설에서 사용되는 순환 냉각수 시스템에서 흡수되는 열을 제거하는 것입니다.s, 결정화 시 액체를 냉각하기 위한 것 ^[14]등냉각탑이 있는 전형적인 700_th MW 석탄 화력발전소의 냉각수 순환 속도는 시간당 약 71,600 입방 미터(^[15]분당 315,000 US 갤런)에 달하며, 순환수는 약 5%의 공급수 보충 속도(즉, 시간당 3,600 입방 미터, 초당 1 입방 미터와 동일)를 필요로 한다.

만약 같은 발전소에 냉각탑이 없고 한 번 통과하는 냉각수를 사용한다면, 시간당^[16] 약 10만 입방미터가 필요할 것이다. 대량의 냉각수 섭취는 일반적으로 매년 ^[17]수백만 마리의 물고기와 유충을 죽인다.많은 양의 물은 지속적으로 입수된 바다, 호수 또는 강으로 되돌려져 발전소에 지속적으로 재공급되어야 한다.게다가 많은 양의 뜨거운 물을 방류하면 수돗물이나 호수의 온도가 지역 생태계가 수용할 수 없는 수준으로 상승할 수 있다.수온이 높아지면 물고기와 다른 수생 생물(열 오염 참조)이 죽거나 얼룩말 홍합이나 조류와 같은 바람직하지 않은 생물들이 증가할 수 있습니다.냉각탑은 대신 열을 대기 중으로 방출하는 역할을 하며, 바람과 공기의 확산은 뜨거운 물이 수역에서 열을 분배할 수 있는 것보다 훨씬 더 넓은 영역에 열을 분산시킵니다.증발 냉각수는 이후 목적(어디선가 비 이외에는)에 사용할 수 없지만 지표면 전용 냉각수는 재사용할 수 있습니다.연안 지역에 위치한 일부 석탄 화력발전소와 원자력 발전소는 일회성 바닷물을 사용한다.하지만 그 곳에서도 해양 방류수 출구는 환경 문제를 피하기 위해 매우 세심한 설계를 필요로 한다.

석유 정제 공장에는 또한 매우 큰 냉각탑 시스템이 있습니다.하루에 40,000톤의 원유를 처리하는 일반적인 대형 정유 공장(하루 30,000배럴(48,000m³))은 냉각탑 시스템을 통해 시간당 약 80,000입방미터의 물을 순환시킵니다.

세계에서 가장 높은 냉각 타워는 인도 ^[18]라자스탄 주 잘라와르에 있는 칼리신드 화력발전소의 높이 202m(663ft)의 냉각 타워입니다.

빌드별 분류

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패키지 타입

이러한 유형의 냉각 타워는 공장에서 미리 조립되어 있으며 소형 기계이기 때문에 트럭으로 간단하게 운반할 수 있습니다.패키지형 타워의 용량은 제한적이며, 이러한 이유로 식품 가공 공장, 섬유 공장, 일부 화학 가공 공장 또는 병원, 호텔, 몰, 자동차 공장 등과 같은 열 제거 요건이 낮은 시설이 선호한다.

주택가 또는 주택가 근처에서 자주 사용되기 때문에 패키지형 냉각탑에서는 소음 수준 제어가 상대적으로 더 중요한 문제입니다.

현장기립형

발전소, 철강 가공 공장, 석유 정제 공장 또는 석유 화학 공장 등의 시설은 일반적으로 열 제거 능력이 크기 때문에 현장 기립형 냉각 타워를 설치합니다.필드 기립 타워는 패키지형 냉각 타워에 비해 크기가 훨씬 큽니다.

전형적인 필드 입설 냉각탑은 펄프형 섬유강화플라스틱(FRP) 구조, FRP 클래딩, 에어 드래프트용 기계장치 및 드리프트 제거장치를 가진다.

열전달 방법

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사용되는 열 전달 메커니즘과 관련하여 주요 유형은 다음과 같습니다.

• 습식 냉각탑 또는 증발 냉각탑은 증발 냉각의 원리로 작동한다.작동 중인 냉각수(일반적으로 물)는 증발된 유체이며 요소에 노출됩니다.
• 폐회로 냉각탑(유체 냉각기라고도 함)은 작동 중인 냉각수를 대형 열교환기(일반적으로 라디에이터)를 통해 통과시켜 깨끗한 물을 뿌리고 팬에 의해 유도되는 통풍을 가합니다.그 결과 열전달 성능은 습식 냉각탑과 비슷하며 작동 유체를 환경 노출 및 오염으로부터 보호할 수 있습니다.
• 단열 냉각탑은 공기가 공기로부터 열교환기를 통과하기 전에 공기를 식히기 위해 유입 공기 또는 골판지 패드에 물을 분사합니다.단열 냉각 타워는 다른 냉각 타워보다 물을 적게 사용하지만 습구 온도에 근접한 유체를 냉각시키지 않습니다.대부분의 단열 냉각 타워는 하이브리드 냉각 타워이기도 합니다.
• 드라이 쿨링 타워(또는 드라이 쿨러)는 열교환기를 통한 열전달에 의해 작동되는 냉각수를 라디에이터 등 주변 공기와 분리하여 대류 열 전달을 이용하여 작동하는 폐쇄 회로 냉각 타워입니다.그들은 증발을 사용하지 않는다.
• 하이브리드 냉각 타워는 습식 또는 단열 및 건조 작동 간에 전환할 수 있는 폐쇄 회로 냉각 타워입니다.이를 통해 다양한 기상 조건에서 물과 에너지 절약의 균형을 맞출 수 있습니다.일부 하이브리드 냉각 타워는 건조 모드, 습식 모드 및 단열 모드를 전환할 수 있습니다.

습식 냉각탑(또는 개방회로 냉각탑)에서는 공기가 비교적 건조할 경우 온수를 주변 공기 드라이 벌브 온도보다 낮은 온도로 냉각할 수 있습니다(노점 및 온도 측정 참조).주변 공기가 물의 흐름을 통과하면 물의 일부분이 증발하고 물의 일부를 증발시키는 데 필요한 에너지가 나머지 물 덩어리로부터 흡수되어 온도가 낮아집니다.약 420킬로줄/kg(970BTU/lb)의 열에너지가 증발수에 흡수됩니다.증발은 포화 공기 상태를 초래하여 타워에서 처리되는 물의 온도를 습구 온도에 가까운 값으로 낮춥니다. 습구 온도는 주변 건조구 온도보다 낮습니다. 이 값은 주변 공기의 초기 습도에 따라 결정됩니다.

더 나은 성능(더 나은 냉각)을 달성하기 위해 충전이라는 매체를 사용하여 표면적을 늘리고 공기와 물 사이의 접촉 시간을 늘립니다.스플래시 필은 물 흐름을 방해하기 위해 배치된 재질로 구성되어 있습니다.필름 필은 물이 흐르는 얇은 재료 시트(일반적으로 PVC)로 구성됩니다.두 방법 모두 유체(물)와 가스(공기) 사이의 접촉 표면적과 시간을 증가시켜 열 전달을 개선합니다.

기류 발생 방법

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타워를 통한 공기 흡입과 관련하여 냉각 타워에는 세 가지 유형이 있습니다.

• 자연 통풍 — 높은 굴뚝을 통해 부력을 활용합니다.따뜻하고 습한 공기는 건조하고 차가운 외부 공기와 비교하여 밀도 차이로 인해 자연스럽게 상승합니다.따뜻하고 습한 공기는 같은 압력에서 건조한 공기보다 밀도가 낮다.이 습한 공기 부력은 탑을 통해 상승 기류를 생성합니다.
• 기계식 드래프트 - 전동 팬모터를 사용하여 타워를 통해 공기를 강제 또는 흡입합니다.
  • 유도 드래프트 - 배출구(상부)에 팬이 있는 기계식 드래프트 타워로, 타워를 통해 공기를 끌어올립니다.팬은 뜨겁고 습한 공기를 배출구로 유도합니다.이로 인해 흡기 및 배기 속도가 낮아져 배출된 공기가 공기 흡입구로 역류하는 재순환 가능성이 줄어듭니다.이 팬/핀 배열은 드로우 스루라고도 합니다.
  • 강제 송풍 : 송풍식 팬이 있는 기계식 송풍탑.팬은 공기를 타워 안으로 밀어 넣어 높은 진입 속도와 낮은 진입 속도를 생성합니다.낮은 출구 속도는 재순환에 훨씬 더 취약합니다.흡기구에 팬을 설치하면 팬은 결빙 상태로 인해 합병증이 발생하기 쉬워집니다.또 다른 단점은 강제 드래프트 설계는 일반적으로 동등한 유도 드래프트 설계보다 더 많은 운동 마력을 필요로 한다는 것이다.강제 드래프트 설계의 장점은 높은 정압 상태에서 작업할 수 있다는 것입니다.이러한 설정은 밀폐된 공간이나 일부 실내 환경에도 설치할 수 있습니다.이 팬/핀 지오메트리는 블로우 스루라고도 합니다.
• 팬 어시스트 내추럴 드래프트: 내추럴 드래프트 셋업과 같은 하이브리드 타입.단, 통기는 팬에 의해 보조됩니다.

하이퍼볼로이드 냉각탑

1916년 ^[19]8월 16일 Frederik van Iterson은 철근콘크리트 ^[20]냉각탑 개선법에 대한 영국 특허(108,863)를 취득했다.이 특허는 1917년 8월 9일에 출원되어 1918년 4월 11일에 발표되었다.

1918년, DSM은 Staatsmijn Emma에 최초의 하이퍼볼로이드 자연 드래프트 냉각 타워를 건설했으며, Frederik van Iterson이 설계했습니다.

하이퍼볼로이드(때로는 쌍곡선으로 잘못 알려져 있음) 냉각탑은 구조적인 강도와 ^{[21][22][23][24]}재료의 최소 사용으로 인해 모든 자연 드래프트 냉각탑의 설계 표준이 되었습니다.또한 쌍곡선 모양은 상향 대류 기류를 가속시켜 냉각 ^[25][26]효율을 향상시킵니다.이러한 설계는 일반적으로 원자력 발전소와 관련이 있다.그러나 대형 석탄 화력발전소에서도 같은 종류의 냉각탑이 자주 사용되기 때문에 이러한 연관성은 오해를 불러일으킨다.반대로 모든 원자력 발전소에 냉각탑이 있는 것은 아니며, 대신 호수, 강 또는 바닷물로 열교환기를 냉각시킨다.

하이브리드 냉각 ^[27]타워에서 최대 92%의 열효율이 관찰되었습니다.

공기-물 흐름별 분류

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크로스플로우

일반적으로 초기 및 장기 비용이 절감되는데, 이는 주로 펌프 요건에 기인합니다.

직교류란 기류가 물의 흐름에 수직으로 향하도록 설계한 것입니다(왼쪽 그림 참조).에어플로우는 냉각탑의 하나 이상의 수직면에 들어가 충전재를 충족시킵니다.물은 중력에 의해 충전재를 통해 흐릅니다(공기와 수직).공기는 주입구를 통해 계속 흐르기 때문에 물이 열려 있는 플레넘 볼륨으로 흐릅니다.마지막으로, 선풍기는 공기를 대기 중으로 밀어낸다.

바닥부에 구멍 또는 노즐이 있는 깊은 팬으로 구성된 분배 또는 온수 분지는 직류탑 꼭대기 근처에 위치한다.중력은 물을 충전재 전체에 걸쳐 노즐을 통해 균일하게 분배합니다.크로스 플로우 V/s 카운터 플로우

크로스플로우 설계의 장점:

• 중력수 분배를 통해 사용 중 소형 펌프 및 유지보수가 가능합니다.
• 비가압 스프레이는 가변 흐름을 단순화합니다.

크로스플로우 설계의 단점:

• 역류 설계보다 결빙되기 쉽습니다.
• 가변 흐름은 상황에 따라서는 사용할 수 없습니다.
• 특히 먼지나 모래가 많은 지역에서는 역류 설계보다 성토에 먼지가 쌓이기 쉽습니다.

역류

역류 설계에서 공기 흐름은 물 흐름과 정반대입니다(왼쪽 그림 참조).공기 흐름은 먼저 충전 매체 아래의 열린 영역으로 들어간 다음 수직으로 끌어올립니다.물은 탑 꼭대기 부근에 있는 가압된 노즐을 통해 분무된 후, 기류 반대편인 충전재를 통해 아래로 흐릅니다.

역류 설계의 이점:

• 스프레이 물 분배는 타워의 얼음을 더 잘 막아줍니다.
• 스프레이로 물을 분해하면 열 전달이 더 효율적입니다.

역류 설계의 단점은 다음과 같습니다.

• 일반적으로 초기 및 장기 비용이 높아지는데, 이는 주로 펌프 요건에 기인합니다.
• 스프레이 특성이 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에 다양한 물 흐름을 사용하기 어렵습니다.
• 일반적으로 충전재 바닥에서 냉수 분지로 떨어지는 물의 높이가 크기 때문에 소음이 더 심합니다.

공통점

두 설계의 공통적인 측면:

• 공기와 물의 흐름의 상호작용을 통해 부분적으로 온도가 균일해지고 물이 증발합니다.
• 현재 수증기로 포화 상태인 공기는 냉각탑 꼭대기에서 배출됩니다.
• "수집 분지" 또는 "냉수 분지"는 냉각수가 공기 흐름과 상호작용한 후 이를 수집하여 저장하는 데 사용됩니다.

직교류 및 역류 설계는 모두 자연 통풍 및 기계 통풍 냉각 타워에 사용할 수 있습니다.

습식 냉각탑 재료 밸런스

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양적으로, 습식 증발 냉각탑 시스템 주변의 재료 균형은 보충 부피 유량, 증발 및 풍량 손실, 인출 속도 및 농도 사이클의 ^[28][29]작동 변수에 의해 제어된다.

인접한 다이어그램에서 타워 분지에서 펌핑된 물은 산업 시설의 프로세스 냉각기와 응축기를 통해 배출되는 냉각수입니다.냉각수는 냉각 또는 응축이 필요한 고온 프로세스 스트림의 열을 흡수하고 흡수된 열은 순환수(C)를 따뜻하게 합니다.따뜻한 물은 냉각탑의 꼭대기로 돌아와 탑 내부의 충전재 위로 아래로 흘러내립니다.흘러내릴 때, 그것은 자연 통풍 또는 타워 내의 큰 팬을 사용한 강제 통풍으로 타워를 통해 올라오는 주변 공기와 접촉합니다.이 접촉으로 인해 소량의 물이 바람이나 표류(W)로 손실되고 물의 일부(E)가 증발합니다.물을 증발시키는 데 필요한 열은 물을 원래 세면대 수온으로 냉각시킨 후 물을 재순환할 수 있는 상태로 만드는 물 자체에서 나옵니다.증발된 물은 증발되지 않은 물의 대부분에 용해된 염분을 남겨 순환 냉각수의 염분 농도를 높입니다.물의 염분 농도가 너무 높아지는 것을 방지하기 위해 물의 일부를 끌어내리거나(D) 불어 떨어뜨려 폐기한다.주탑 유역에 담수 보충(M)을 공급하여 증발수, 풍력 손실수 및 인출수의 손실을 보상한다.

다음 유속 및 농도 치수 단위를 사용합니다.

M	= 보충수3(m/h)
C	= 순환수3(m/h)
D	= 취수(m3/h)
E	= 증발수3(m/h)
W	= 풍속수 손실3(m/h)
X	= ppmw 단위 농도 (완전 용해성 염류의 경우...)보통 염화물)
XM.	= 보충수 중 염화물 농도(M) (ppmw)
XC.	= 순환수 중 염화물 농도(C) (ppmw)
사이클	= 농도의 주기 = XC / XM (무농도)
ppmw	= 중량 기준 ppm

시스템 전체의 수분 밸런스는 ^[29]다음과 같습니다.

M=E+D+W

증발수(E)에는 염분이 없으므로 시스템 주변의 염화물 균형은 다음과 같습니다.^[29]

MX_M=DX_C+WX_C=X_C(D+W)

${\displaystyle MX_{M}=MX_{C}+WX_{C}=X_{C}(D+W)}$

따라서 ^[29]다음과 같습니다.

$({displaystyle {X_{C} \over X_{M} ={M \over (D+W)} ={M \over (M-E)} =1+{E \over (D+W)} )$

냉각탑 주변의 심플한 열 밸런스:

${\displaystyle E={C\Delta Tc_{p}\over H_{V}}$

여기서:
HV	= 물의 기화잠열 = 2260 kJ/kg
δT	= 주탑상부와 주탑하부의 수온차(°C)
cp.	= 물의 비열 = 4.184 kJ / ($kg${\ \$displaystyle$ \ cdot$\}$ °C )

윈디지(또는 드리프트) 손실(W)은 대기로의 공기 흐름에 포함된 총 타워 물 흐름의 양입니다.대규모 산업용 냉각탑에서 제조사 데이터가 없는 경우 다음과 같이 가정할 수 있다.

W = 풍력 드리프트 제거 장치가 없는 자연 통풍 냉각 타워의 경우 C의 0.3~1.0%

W = 윈디지 드리프트 제거 장치가 없는 유도 드래프트 냉각 타워의 경우 C의 0.1 ~ 0.3%

W = 냉각 타워에 윈디지 드리프트 제거 장치가 있는 경우 C의 약 0.005%(또는 그 이하)

W = 냉각 타워에 풍향 드리프트 제거 장치가 있고 바닷물을 보충수로 사용하는 경우 C(또는 그 이하)의 약 0.0005 %.

집중 주기

농도 주기는 재순환 냉각수에 용해된 광물이 축적되는 것을 나타냅니다.배출(또는 블로다운)은 주로 이러한 광물의 축적을 제어하기 위해 사용됩니다.

용존 광물의 양을 포함한 보충수의 화학 작용은 매우 다양할 수 있습니다.지표수 공급원(호수, 하천 등)의 미네랄 함량이 낮은 보충수는 금속(부식성)에 대해 공격적인 경향이 있다.지하수 공급의 보충수(예: 우물)는 보통 미네랄 함량이 더 높고, 스케일링(광물 퇴적물)이 많은 경향이 있습니다.사이클링을 통해 물 속에 존재하는 미네랄의 양을 증가시키면 물이 배관에 덜 공격적이게 만들 수 있습니다. 그러나 미네랄의 과다 수준은 스케일링 문제를 일으킬 수 있습니다.

농도의 주기가 증가함에 따라 물은 미네랄을 용액에 담지 못할 수 있다.이러한 광물의 용해도를 초과하면 광물질 고형물로 침전되어 냉각탑이나 열교환기의 오염 및 열교환 문제를 일으킬 수 있다.재순환 물, 배관 및 열 교환 표면의 온도는 재순환 물로부터 광물이 침전되는지 여부와 위치를 결정합니다.종종 전문 수처리 컨설턴트가 냉각탑의 보충수와 작동 상태를 평가하고 농도 주기에 적절한 범위를 제안합니다.수처리제, 수연화, pH 조정 등의 전처리 및 기타 기법의 사용은 허용 가능한 농도 주기의 범위에 영향을 미칠 수 있습니다.

대부분의 냉각탑의 농도 주기는 보통 3에서 7까지이다.미국에서는 많은 물 공급원이 상당한 수준의 용해 고형물을 가진 우물물을 사용한다.반면, 뉴욕시의 가장 큰 급수 중 하나는 지표면 빗물 공급원이 매우 낮기 때문에, 그 도시의 냉각탑은 종종 7주기 이상의 집중도로 집중될 수 있습니다.

농도가 높을수록 보충수가 줄어들기 때문에 수분 보존 노력은 ^[30]농도 주기 증가에 초점을 맞출 수 있습니다.고도로 처리된 재활용수는 음용수가 ^[31]부족한 지역에서 냉각탑의 음용수 소비를 줄이는 효과적인 수단이 될 수 있습니다.

유지

육안으로 볼 수 있는 바이오 필름(슬라임 ^{[citation needed]}등)을 사용하여 냉수 분지와 표면의 먼지와 이물질을 청소합니다.

냉각탑 및 온수조 내 소독제 및 기타 화학 수위는 지속적으로 유지되고 정기적으로 ^[32]모니터링해야 합니다.

딥슬라이드를 이용한 수질 정기 점검은 다른 유기체의 존재가 레지오넬라가 ^{[citation needed]}번성하는데 필요한 유기 영양소를 생산함으로써 레지오넬라를 지원할 수 있기 때문에 받아들여져야 합니다.

수처리

대형 산업용 냉각탑 시스템의 순환 냉각수를 처리하여 스케일링과 오염을 최소화하는 것 외에, 물은 미립자를 제거하기 위해 여과되어야 하며,^[28] 또한 지속적인 물의 흐름을 방해할 수 있는 성장을 방지하기 위해 생물화물 및 조류 제거제를 투여해야 합니다.특정 조건 하에서는 냉각수에서 박테리아, 곰팡이, 조류 등 미생물의 생체막이 매우 빠르게 성장하여 냉각탑의 열전달 효율을 떨어뜨릴 수 있다.바이오필름은 염소나 다른 화학물질을 사용하여 감소하거나 예방할 수 있습니다.일반적인 산업 관행은 산화 및 비산화 두 가지 유형의 생물화물을 사용하여 서로의 장단점을 보완하고 보다 광범위한 공격을 보장하는 것입니다.대부분의 경우, 연속적인 저준위 산화성 바이오시드를 사용하고, 그 후 비산화성 바이오시드의 ^{[citation needed]}주기적인 충격량을 번갈아 사용한다.

알류시드 및 바이오시드

알류시드는 이름에서 알 수 있듯, 조류와 다른 식물성 미생물을 물 속에서 죽이는 것을 의도하고 있다.바이오시드는 남아있는 다른 생물들을 감소시켜 시스템을 개선하고 냉각탑의 깨끗하고 효율적인 물 사용을 유지할 수 있습니다.물을 위한 바이오시드에 관한 가장 일반적인 선택지 중 하나는 ^[33]브롬입니다.

스케일 억제제

급수탑 시스템에 가장 큰 손상과 부담을 주는 문제 중 하나는 확장입니다.물 속의 원치 않는 물질이나 오염물질이 특정 지역에 쌓이면 시간이 지남에 따라 증식하는 퇴적물을 만들 수 있습니다.이로 인해 파이프의 협소함부터 전체적인 막힘 및 기기 ^[33]고장까지 다양한 문제가 발생할 수 있습니다.

냉각탑의 수분 소비는 드리프트, 블리딩, 증발 손실에서 비롯되며, 상실로 인해 냉각탑으로 즉시 보충되는 물을 보충수라고 합니다.보충수의 기능은 기계와 장비를 안전하고 ^{[citation needed]}안정적으로 작동시키는 것입니다.

레지오넬라병

냉각탑에서 생물 살충제를 사용하는 또 다른 중요한 이유는 레지오넬라균의 성장을 막기 위해서이며, 레지오넬라균이나 레지오넬라균병을 일으키는 종, 특히 L. pneumophila ^[34]또는 Mycobacterium avium을 ^[35]포함한다.다양한 레지오넬라 종은 인간에게 레지오넬라병의 원인이고 전염은 박테리아가 포함된 안개방울의 흡입인 에어로졸에 노출된다.레지오넬라의 일반적인 공급원에는 개방 재순환 증발 냉각수 시스템, 가정용 온수 시스템, 분수 및 공공 급수 공급 장치에 사용되는 유사한 보급기가 포함된다.자연의 원천은 담수 연못과 ^[36][37]개울을 포함한다.

프랑스 연구원들은 레지오넬라 박테리아가 프랑스 파 드 칼레의 석유화학 공장의 오염된 냉각탑에서 공기를 통해 6킬로미터까지 이동한 것을 발견했다.그 발병으로 실험실에서 확인된 ^[38]감염자 86명 중 21명이 사망했다.

드리프트(또는 윈디지)는 냉각탑 방전에서 빠져나갈 수 있는 프로세스 흐름의 물방울을 가리키는 용어입니다.드리프트 제거기는 일반적으로 순환 유량의 0.001~0.005%까지 드리프트 속도를 유지하기 위해 사용됩니다.일반적인 드리프트 엘리미네이터는 물방울의 유출을 방지하기 위해 여러 방향의 공기 흐름을 변화시킵니다.잘 설계되고 잘 맞는 드리프트 제거기는 수분 손실과 레지오넬라 또는 수처리 화학 노출 가능성을 크게 줄일 수 있습니다.또한 약 6개월마다 드리프트 제거기의 상태를 점검하여 ^[39]오물이 자유롭게 흐를 수 있도록 틈이 없는지 확인하십시오.

미국 질병통제예방센터(CDC)는 의료기관이 레지오넬라 폐렴균 검사를 정기적으로 하는 것을 권장하지 않는다.레지오넬라균에 대한 예정된 미생물학적 모니터링은 그것이 반드시 질병을 일으킬 수 있는 증거라고는 할 수 없기 때문에 여전히 논란이 되고 있다.CDC는 레지오넬라균을 전염시키는 것으로 알려진 장치를 세척하고 유지하기 위한 적극적인 소독 조치를 권장하지만, 정기적으로 예정된 세균학적 검사는 권장하지 않습니다.그러나 레지오넬라 감염으로 인한 질병 및 사망에 매우 취약한 특정 환경(예: 조혈모세포 이식 장치 또는 고체 장기 이식 장치)에서 병원 내 음용수에 대한 정기적인 모니터링을 고려할 수 있다.또한, 레지오넬라증이 발생한 후, 보건 관계자들은 근원을 식별하고 생물 살충제 또는 다른 예방 ^{[40][failed verification]}조치의 효과를 평가하기 위해 모니터링이 필요하다는 데 동의한다.

연구에 따르면 냉각탑의 ^[41]40~60%에서 레지오넬라균이 발견되었습니다.

용어.

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• Windage 또는 Drift — 배기와 함께 냉각 타워에서 배출되는 물방울.드리프트 방울은 타워로 유입되는 물과 같은 농도의 불순물을 가지고 있습니다.드리프트 속도는 일반적으로 드리프트 엘리미네이터라고 불리는 배플 같은 장치를 사용하여 감소합니다. 이 장치는 타워의 충전 및 스프레이 구역을 떠난 후 공기가 통과해야 합니다.냉각탑 온도에 진입하는 온열기를 사용하여 드리프트를 줄일 수도 있습니다.

• 분출 - 냉각탑에서 바람에 의해 뿜어져 나오는 물방울(일반적으로 공기 흡입구 개구부).또한 바람이 없으면 물이 튀거나 뿌려서 물이 손실될 수 있습니다.이러한 손실을 제한하기 위해 윈드스크린, 루버, 스플래시 디플렉터 및 워터 컨버터와 같은 장치가 사용됩니다.

• 플룸 - 냉각탑에서 나오는 포화 배기의 흐름.플룸은 수증기가 차가운 주변 공기와 접촉할 때 볼 수 있다. 추운 날 입김에 포화된 공기처럼 말이다.특정 조건에서 냉각탑 기둥은 주변에 김 서림 또는 결빙 위험을 초래할 수 있습니다.냉각 프로세스에서 증발된 물은 "순수한" 물이라는 점에 유의하십시오. 반면 공기 흡입구에서 방출되는 드리프트 방울이나 물은 매우 적은 비율입니다.

• 드로우오프 또는 블로우다운 : Total Solutioned Solids(TDS; 총용존고형물) 및 기타 불순물의 양을 허용 가능한 수준으로 유지하기 위해 제거되는 순환수 흐름의 부분.용액의 TDS 농도가 높아지면 냉각탑의 효율이 높아집니다.그러나 TDS 농도가 높을수록 규모, 생물학적 성장 및 부식의 위험이 커집니다.블로 다운의 양은 주로 순환수의 전기 전도율을 측정하여 지정됩니다.생물학적 성장, 스케일링 및 부식은 화학 물질(각각 생물화물, 황산, 부식 억제제)로 예방할 수 있다.한편, 전기전도율을 저하시키는 유일한 실용적인 방법은 블로 다운 방전량을 증가시키고, 그 후 깨끗한 보충수의 양을 증가시키는 것이다.

• 냉각탑용 제로 블리딩(냉각탑용 제로 블로우다운)은 냉각탑용 제로 블리딩(zero-blood-down)이라고도 하며 물이 용액에 ^[42][43][44]더 많은 고형물을 수용할 수 있도록 함으로써 시스템에서 잔류 고형물을 블리딩할 필요성을 크게 줄이는 프로세스입니다.

• 보충 - 증발, 드리프트 손실, 블로아웃, 블로다운 등의 수분 손실을 보상하기 위해 순환수 시스템에 추가해야 하는 물.

• 노이즈 - 냉각탑에서 방출되어 일정한 거리와 방향에서 들리는(녹음된) 음향 에너지.소리는 낙수의 충격, 팬의 공기 이동, 구조물 내 팬 블레이드 이동, 구조물의 진동, 모터, 기어박스 또는 구동 벨트에 의해 발생합니다.

• 접근법 - 냉각수 온도와 흡기 습구 온도(twb) 간의 온도 차이입니다.냉각 타워는 증발 냉각 원리를 기반으로 하므로 최대 냉각 타워 효율은 공기의 습구 온도에 따라 달라집니다.습구 온도는 가스와 증기(일반적으로 공기와 수증기)가 혼합된 시스템의 물리적 특성을 반영하는 온도 측정의 한 유형입니다.

• 범위: 범위는 온수 입구와 냉각수 출구 사이의 온도차입니다.

• 충전재 - 타워 내부에 충전재를 추가하여 접촉면을 늘리고 공기와 물 사이의 접촉 시간을 늘려 열 전달을 개선합니다.주탑의 효율은 충전재의 선택과 양에 따라 달라집니다.다음 두 가지 유형의 필을 사용할 수 있습니다.
  • 필름 타입 필(물이 박막으로 퍼지는 원인이 됩니다)
  • 스플래시 타입 충전(하강하는 물줄기를 차단하고 수직진행 방해

• [Full-Flow Filteration] : 풀플로우 필터는 시스템플로우 전체에서 미립자를 지속적으로 걸러냅니다.예를 들어 100t 시스템의 경우 유량은 약 300gal/min입니다.필터는 전체 300 gal/min 유량을 수용하도록 선택됩니다.이 경우 필터는 일반적으로 펌프의 토출측 냉각탑 뒤에 설치된다.이것이 이상적인 여과 방법이지만, 고유량 시스템의 경우 비용 부담이 클 수 있습니다.

• 사이드 스트림필터링: 사이드 스트림필터는 일반적이고 효과적이지만 완전한 보호를 제공하지는 않습니다.측류 여과에서는 물의 일부가 연속적으로 여과됩니다.이 방법은 연속적인 입자 제거가 시스템을 청결하게 유지한다는 원리로 작동합니다.제조업체는 일반적으로 사이드 스트림 필터를 펌프와 제어 장치가 있는 스키드에 패키징합니다.하이플로우 시스템에서는 이 방법이 비용 효율적입니다.만족스러운 필터 성능을 얻기 위해서는 사이드 스트림 여과 시스템의 적절한 사이징이 중요하지만 사이드 스트림 시스템의 사이징을 어떻게 적절하게 할 것인지에 대해서는 논란이 있습니다.많은 엔지니어가 냉각탑 세면대 물을 총 순환 유량의 10%에 해당하는 속도로 연속적으로 여과할 수 있도록 시스템의 크기를 조정합니다.예를 들어 시스템의 총 흐름이 1,200 gal/min(400t 시스템)인 경우 120 gal/min 사이드스트림 시스템이 지정됩니다.

• 농도 주기 — 보충수 중 기타 물질의 양과 비교하여 순환수 중 기타 물질의 양에 대해 허용되는 최대 승수.

• 처리된 목재 — 2000년대 초에 대부분 폐기된 냉각탑용 구조 재료입니다.짧은 수명에도 불구하고 초기 비용이 저렴하기 때문에 여전히 가끔 사용됩니다.처리목재의 수명은 주탑의 가동상황에 따라 정지횟수, 순환수 처리 등 많은 차이가 있다.적절한 작업 조건 하에서 처리된 목재 구조 부재의 예상 수명은 약 10년입니다.

• 침출 - 목재 구조물 냉각탑을 흐르는 물의 세척 작용으로 목재 방부제 화학 물질이 손실됩니다.

• Pultrused FRP - 소형 냉각탑의 일반적인 구조 재료인 섬유강화플라스틱(FRP)은 높은 내식성으로 알려져 있습니다.Pultrused FRP는 Pultrusion 기술을 사용하여 생산되며 소형 냉각 타워의 가장 일반적인 구조 재료가 되었습니다.대형 구조물에 여전히 사용되고 있는 철근 콘크리트에 비해 비용이 저렴하고 유지 보수도 적게 듭니다.

안개 생성

특정 환경 조건 하에서는 냉각탑에서 방출되는 수증기 기둥을 볼 수 있으며 화재의 연기로 오인할 수 있다.옥외 공기가 포화 상태이거나 포화 상태이고 타워가 공기에 물을 더 많이 넣으면 액체 물방울이 있는 포화 공기가 배출될 수 있는데, 이는 안개로 보인다.이러한 현상은 일반적으로 서늘하고 습한 날에 발생하지만, 많은 기후에서 드물게 발생합니다.냉각탑과 관련된 안개와 구름은 항로 및 선박 ^[45]선로와 같은 인공 기원의 다른 구름과 마찬가지로 균질성(homogenatus)으로 설명할 수 있다.

이러한 현상은 포화 배출 공기의 상대 습도를 감소시킴으로써 예방할 수 있습니다.이를 위해 하이브리드 타워에서는 포화 토출 공기와 가열된 저습도 공기가 혼합됩니다.일부 공기는 드리프트 제거기 레벨보다 높은 타워로 유입되어 열 교환기를 통과합니다.건조 공기의 상대 습도는 탑 안으로 들어가는 동안 가열되면서 더욱 즉시 감소합니다.방출된 혼합물은 상대적으로 상대 습도가 낮고 안개는 ^{[citation needed]}보이지 않습니다.

염배출 오염

해안지역 또는 그 근방에 위치한 다양한 산업에 해수화장식 냉각탑을 설치할 경우 냉각탑에서 방출되는 미세한 물방울의 드리프트에는 인근 육지에 침전되는 염화나트륨이 6% 가까이 함유되어 있다.인근 농경지/채식지에 나트륨 염분을 축적하면 토양 성질에 따라 나트륨 염분을 소다식염수 또는 소다알칼리성 토양으로 전환하고 지하수와 지표수의 소다도를 높일 수 있다.해수화장품을 이용한 습식냉각탑의 표류배출량을 최소화하기 위해 국가오염관리기준이 시행되지 않거나 시행되지 않을 경우 이러한 냉각탑의 염분 ^[46]퇴적 문제는 더욱 심각해진다.

냉각탑으로부터의 드리프트에는 크기가 10마이크로미터(μm) 미만인 호흡 가능한 부유 입자 물질이 존재할 수 있다.일반적으로 크기가 10μm 이상인 입자는 섬모, 점액 등을 통해 코와 목구멍에서 걸러지지만, 10μm 미만의 입자(PM₁₀)는 기관지와 폐에 침전돼 건강에 문제를 일으킬 수 있다.마찬가지로 2.5μm(PM_2.5) 미만의 입자는 폐의 가스 교환 영역에 침투하는 경향이 있으며, 100나노미터 미만의 매우 작은 입자가 폐를 통과하여 다른 장기에 영향을 미칠 수 있습니다.담수 보충을 통한 습식 냉각탑의 총 입자 배출량은 훨씬 적지만 해수 보충을 통한 습식 냉각탑의 총 배출량보다 더 많은₁₀ PM과_2.5 PM을 포함합니다.이는 해수 드리프트의 염분 함량(60,000ppm)^[46]에 비해 담수 드리프트의 염분 함량(2,000ppm 이하)이 낮기 때문이다.

연도 가스 스택으로 사용

Grokkrotzenburg 발전소와 Rosock 발전소와 같이 연도 가스 정화를 갖춘 일부 최신 발전소에서는 냉각탑을 연도 가스 스택(산업용 굴뚝)으로도 사용하므로 별도의 굴뚝 구조 비용이 절감됩니다.연도 가스 정화 장치가 없는 공장에서는 생 연도 가스와 물의 반응으로 ^{[citation needed]}인해 부식 문제가 발생할 수 있습니다.

때때로 천연 드래프트 냉각탑의 건설 시간이 나머지 공장의 건설 시간을 초과하거나 지역 토양이 RCC 냉각탑의 무거운 무게를 견딜 강도가 부족하거나 현장에서 시멘트 가격이 높을 때 콘크리트(RCC) 대신 구조용 강철로 건설된다.구조용 ^{[citation needed]}강철로 만든 저렴한 천연 드래프트 냉각 타워를 위한 pt.

결빙 시 작업

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일부 냉각 타워(소형 건물 에어컨 시스템 등)는 동결 손상을 방지하기 위해 계절적으로 정지, 배수 및 월동됩니다.

겨울 동안 다른 사업장에서는 4°C(39°F)의 물이 타워에서 빠져나간 상태에서 냉각 타워를 계속 가동합니다.분지 히터, 타워 배수 및 기타 동결 방지 방법은 추운 기후에서 자주 사용됩니다.작동 중인 냉각탑은 매우 추운 날씨에는 결빙될 수 있습니다.일반적으로 동결은 열 부하가 감소하거나 없는 냉각탑 모서리에서 시작됩니다.혹독한 동결 조건은 증가하는 얼음 부피를 만들어 구조적 손상이나 붕괴를 일으킬 수 있는 구조적 하중을 증가시킬 수 있다.

결빙을 방지하기 위해 다음 절차를 사용합니다.

• 동파 시에는 물 조절 바이패스 시스템을 사용하지 않는 것이 좋습니다.이러한 상황에서는 가변 속도 모터, 2단 모터 및/또는 2단 모터 멀티 셀 타워의 제어 유연성을 요건으로 고려해야 한다.
• 타워를 무인 운전하지 마십시오.타워 상태를 감시하기 위해 원격 센서 및 경보를 설치할 수 있습니다.
• 열 부하가 없는 상태에서 타워를 작동시키지 마십시오.세면기 히터는 타워팬의 물을 동결 온도 이상으로 유지하기 위해 사용할 수 있다.열 트레이스("히팅 테이프")는 추운 기후에서 동결을 방지하기 위해 수도관을 따라 설치된 저항성 발열체입니다.
• 타워 필 위에 설계 물 유량을 유지합니다.
• 물의 온도를 빙점 이상으로 유지하도록 공기 흐름을 조정하거나 줄입니다.

화재 위험

가연성 물질의 전체 또는 일부에 건설된 냉각탑은 내부 화재 전파를 지원할 수 있다.이러한 화재는 타워의 표면적 비율이 높기 때문에 매우 강해질 수 있으며, 자연 대류 또는 팬에 의한 통풍으로 화재가 더욱 심해질 수 있다.이로 인한 손상은 셀 전체 또는 타워 구조를 교체해야 할 정도로 심각할 수 있습니다.이러한 이유로 일부 법규 및^[47] 표준에서는 가연성 냉각탑에 자동 화재 스프링클러 시스템을 제공할 것을 권장하고 있다.화재는 셀이 가동되지 않을 때(유지보수나 건설 등), 타워가 가동 중인 동안에도 ^[48]타워 내부에 상대적으로 건조한 지역이 존재하기 때문에 특히 유도 통풍 방식의 화재가 발생할 수 있다.

구조 안정성

냉각탑은 매우 큰 구조물이기 때문에 바람의 손상에 취약하며 과거에 몇 번의 대폭적인 고장이 발생했다.1965년 11월 1일 페리브리지 발전소에서는 냉각탑 3개가 85mph(137km/h)^[49]의 바람의 진동으로 인해 붕괴된 주요 구조적 고장 현장이었다.구조물은 높은 풍속을 견딜 수 있도록 지어졌지만 냉각탑의 모양은 서풍을 탑 자체에 유입시켜 소용돌이를 만들었다.당초 냉각탑 8개 중 3개가 파괴됐고 나머지 5개도 심하게 파손됐다.이후 타워는 재건되었고 8개의 냉각 타워는 모두 악천후를 견디기 위해 강화되었다.개선된 구조 지지대를 포함하도록 건축 법규가 변경되었고, 타워 구조와 ^{[citation needed]}구성을 확인하기 위해 풍동 시험이 도입되었습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

외부 링크

• 냉각탑이란 무엇입니까?– 냉각 테크놀로지 연구소
• '냉각탑'– 그림 포함– 가상 핵관광객
• 캐나다 환경(Environment Canada)의 입자 물질에 대한 습식 냉각탑 지침.
• Reginald Van de Velde, Lonely Planet, 2017년 2월 15일 유럽 폐냉각탑의 인상적인 사진(라디오 인터뷰, World Update, BBC, 2016년 11월 21일 발췌 참조)