कूलिंग टॉवर

कूलिंग टॉवर्स ऊष्मा निष्कासन के वे उपकरण हैं जिनका उपयोग संसाधित अपशिष्ट ऊष्मा को वातावरण में छोड़ने के लिए किया जाता है। कूलिंग टॉवर्स में संसाधित उष्मा को निकालने के लिए पानी के वाष्पीकरण के लिए या तो वेट-बल्ब वाले वायु तापमान के समीप क्रियाशील तरल को ठंडा करने के लिए उपयोग किया जाता है या फिर ड्राई-बल्ब वाले वायु तापमान के समीप क्रियाशील तरल को ठंडा करने के लिए पूरी तरह से वायु पर निर्भर रहना पड़ता है। सामान्य अनुप्रयोगों में तेल शोधक कारखाने, रासायनिक संयंत्र, ऊर्जा संयंत्रों और इमारत को ठंडा करने में प्रयुक्त किया जाने वाला प्रवाहित होने वाले पानी को ठंडा करना शामिल है। टॉवर्स छोटी छत से लेकर बड़ी छत वाली बहुत बड़ी अंडाकार संचरनाएं(छवि 1 में दिखाएनुसार) हो सकती हैं जिनकी ऊंचाई लगभग 200 मीटर तक ऊंची और चौड़ाई 100 मीटर तक या आयतकार संरचना (चित्र 2 में दिखाएनुसार) के समान हो सकती हैं जिनकी उंचाई 40 मीटर तक और लंबाई 80 मीटर तक हो सकती है। छोटे टॉवर सामान्यतः फैक्ट्री में बनते हैं, जबकि बड़ों का निर्माण साइट पर ही किया जाता है। उन्हें आमतौर पर परमाणु ऊर्जा संयंत्रों से जोड़ कर देखा जाता है।
अंडाकार कूलिंग टॉवर का पेटेंट फ्रेडरिक वैन इटैरसन और जेरार्ड क्युपर्स द्वारा 1918 में किया गया।

उपयोग के अनुसार वर्गीकरण

कूलिंग टॉवर्स का वर्गीकरण आमतौर पर HVAC (एयर कंडीशनिंग) या औद्योगिक ड्यूटी के रूप में रेंटेल, रोजेलीटो और स्ट्रोंगहोल्ड, अप्रैल द्वारा अपनी पुस्तक द मिस्ट्री ऑफ टॉवर्स अनफोल्डेड (The Mystery of Cooling Towers Unfolded) में बताया गया है, के अनुसार किया जा सकता है।

HVAC

एक HVAC कूलिंग टॉवर चिलर से ऊष्मा छोड़ने वाली उपश्रेणी है। पानी से ठंडे होने वाले चिलर में आमतौर पर वेट-बल्ब के तापमान पर या उसके समीप टॉवर के पानी में ऊष्मा को छोड़ने के कारण हवा द्वारा ठंडे होने वाले चिलर की तुलना में ऊर्जा की खपत कम होती है। वायु द्वारा ठंडे होने वाले चिलर को ऊष्मा ड्राई-बल्ब के तापमान पर छोड़नी चाहिए और इस तरह से न्यूनतम औसत के प्रतिपक्षीय-कार्नोट वाली चक्राकार प्रभाविकता होती है। बड़े-बड़े कार्यालय वाली इमारतों, अस्पतालों और विशेष रूप से स्कूलों में लगाए जाने वाले एयर कंडीशनिंग सिस्टम के रूप में एक या एक से अधिक कूलिंग टॉवर्स का उपयोग किया जाता है। आमतौर पर, औद्योगिक कूलिंग टॉवर्स HVAC टॉवर्स की तुलना में अधिक बड़े होते हैं।
HVAC में प्रयुक्त होने वाले कूलिंग टॉवर्स में कूलिंग टॉवर के साथ-साथ पानी द्वारा ठंडे होने वाले चिलर या पानी द्वारा ठंडे होने वाले कंडेंसर्स का उपयोग होता है। एक टन का एयर-कंडीशनिंग 12,000 बीटीयू/घंटा (3517 W) निकालता है। वास्तव में, कूलिंग टॉवर की सतह पर समतुल्य टन ऊर्जा की ऊष्मा-समतुल्यता के कारण लगभग 15,000 बीटीयू/घंटा (4396 W) निकालने के लिए चिलर कंप्रेशर को चलाने की जरूरत होती है। यह समतुल्य टन को पानी 10 °F (5.56 °C) के कूलिंग 3 अमरीकी गैलन/मिनट (1,500 पाउंड/घंटे) में ऊष्मा निकालने के रूप में परिभाषित किया जाता है, जो लगभग 15000 बीटीयू/घंटा या 4.0 के कोअफिशन्ट ऑफ पर्फॉर्मन्स (COP) है। यह COP ऊर्जा कार्यक्षमता अनुपात (EER) 13.65 के समतुल्य है।

औद्योगिक कूलिंग टॉवर्स

औद्योगिक कूलिंग टॉवर्स का उपयोग विभिन्न स्रोतों जैसे मशीनरी या गर्म प्रक्रिया वाली सामग्री के रूप में ऊष्मा निकालने के लिए किया जा सकता है। बड़े औद्योगिक कूलिंग टॉवर्स का मूल उपयोग बिजली संयत्रों, पेट्रोलियम शोधशालाओं, पेट्रोकेमिकल संयत्रों, प्राकृतिक गैस संसाधन संयंत्रों, भोजन संसाधन संयंत्रों, सेमी-कंटक्टर संयत्रों और अन्य औद्योगिक सुविधाओं वाले परिसंचारी ठंडे पानी में अवशोषित ऊष्मा निकालने के लिए किया जाता है। कोई विशिष्ट 700 MW कोयला आधारित बिजली संयंत्र में ठन्डे पानी को प्रवाहित करने की दर किसी कूलिंग टॉवर की लगभग 71,600 क्यूबिक मीटर प्रति घंटे (315,000 अमरीकी गैलन प्रति मिनट) होती है और प्रवाहित होने वाले पानी के लिए शायद 5 प्रतिशत (जैसे 3,600 क्यूबिक मीटर प्रति घंटे) के हिसाब से पानी की आपूर्ति करने की आवश्यकता होती है।
यदि उस संयंत्र में कूलिंग टॉवर नहीं है और लगातार ठंडा होने वाले पानी का उपयोग किया जाता है, तो इसके लिए लगभग 100,000 क्यूबिक मीटर प्रति घंटे पानी की आवश्यकता होगी और इस पानी मात्रा को निरंतर रूप से महासागर, झील या नदी में पहुंचाना पड़ेगा जहां से यह आया था इसकी आपूर्ति पुन: संयंत्र को करनी पड़ेगी. इसके अतिरिक्त, नदी या झील के ताप में बड़ी मात्रा में छोड़े गए गर्म पानी के कारण उसके तापमान में वृद्धि हो सकती है जो स्थानीय पारिस्थितिकी तंत्र के स्तर के असहनीय हो सकता है। पानी के तापमान बढ़ने के कारण मछली और अन्य जलीय जीव मर सकते हैं। (थर्मल प्रदूषण देखें.) इसके बजाय कूलिंग टॉवर ऊष्मा को पर्यावरण एवं हवा में छोड़ता है और वायु प्रसार उष्मा को गर्म पानी की तुलना अधिक बड़े क्षेत्र पर फैला देता है जिसके कारण उष्मा जल स्रोतों में विभाजित हो जाती है।
तटीय क्षेत्रों में स्थापित कुछ कोयला आधारित और परमाणु आधारित ऊर्जा संयंत्रों में महासागर के पानी का सतत् उपयोग होता है। लेकिन फिर भी, वातावरणीय समस्याओं से बचने के लिए ऑफ़शोर डिस्चार्ज वाटर आउटलेट के लिए अत्यधिक सावधानीपूर्वक डिज़ाइन तैयार करने की आवश्यकता होती है।
पेट्रोलियम शोधशालाओं में भी बहुत बड़े-बड़े कूलिंग टॉवर सिस्टम होते हैं। किसी विशिष्ट बड़ी शोधशाला जिसमें 40,000 मीट्रिक टन क्रूड ऑयल प्रतिदिन (प्रतिदिन 300,000 बैरल) परिसंचारित होता है उसके कूलिंग टॉवर के लिए लगभग 80,000 घन मीटर पानी प्रति घंटे की आवश्यकता होती है।
विश्व का सबसे अधिक ऊंचाई वाला कूलिंग टॉवर नीदरयूसेम पॉवर स्टेशन है जिसकी ऊंचाई 200 मीटर है।

क्रॉसफ़्लो (Crossflow)

क्रॉसफ़्लो (Crossflow) एक ऐसा डिज़ाइन है जिसमें वायु का प्रवाह पानी के प्रवाह की लंबवत दिशा में होता है (नीचे आकृति देखें). वायु का प्रवाह कूलिंग टॉवर में सामग्री को भरने के लिए एक या एक से अधिक लंबवत सतह से होकर प्रविष्ट होती है। पानी गुरुत्व द्वारा फिल से होकर बहता (वायु की लंबवत दिशा में) है। हवा लगातार फिल से होकर गुजरती रहती है और इस प्रकार से पानी खुले निकाय वाले क्षेत्र से होकर प्रवाहित होता है। किसी गहरे तल वाले वितरण या गर्म पानी के बेसिन जिसके तल में छेद या नॉजेल (nozzles) होते हैं का उपयोग क्रॉसफ़्लो (Crossflow) टॉवर में किया है। गुरुत्व भरी सामग्री को नॉजेल के माध्यम से पानी को समान रूप से फैला देता है।

फ्लू गैस स्टैक के रूप में कूलिंग टॉवर

फ्लू गैस शोधन से लैस कुछ आधुनिक ऊर्जा संयंत्र जैसे पॉवर स्टेशन स्टाडिंगर ग्रासक्रोटेनबर्ग और पॉवर स्टेशन रॉसटोक में कूलिंग टॉवर का उपयोग फ्लू गैस स्टैक (औद्योगिक चिमनी) के रूप में किया जाता है। फ्लू गैस शोधन रहित संयंत्रों में जंग संबंधी समस्याएं हो सकती हैं।

कूलिंग टॉवर धुंध

कुछ विशेष परिवेशी परिस्थितियों के अंतर्गत, जल वाष्प (धुंध) को किसी कूलिंग टॉवर (छवि 1 देखें) से निकलने वाले पानी से धुंध को देखा जा सकता है और आग से निकलने वाले धुएं के रूप में गलती हो सकती है। यदि बाहरी हवा में संतृप्त या उसके समान है और टॉवर वायु में अधिक पानी को बढाते हैं, तो तरल पानी की संतृप्त बूंदों को वायु में छोड़ा जा सकता है - जिसे धुंध के रूप में देखा जा सकता है। यह घटना विशिष्टतौर पर ठंडे, आर्द दिनों में होती है, लेकिन सभी मौसमों में संभव नहीं है।

आग से खतरे

कूलिंग टॉवर्स जिनका निर्माण पूर्ण या आंशिक रूप से दहनशील सामग्री के आधार पर किया जाता है वे भीतरी आग फैलाने में सहायक हो सकते हैं। इसके परिणामस्वरूप पर्याप्त रूप से घातक हो सकता है जिसके लिए संपूर्ण दीवार या टॉवर की संरचना को प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है। इस कारण से, कुछ कोड और मानक जिनके लिए दहनशील कूलिंग टॉवर्स की आवश्यकता होगी उनके लिए स्वचालित अग्निशामक सिस्टम उपलब्ध कराए जाएंगे. टॉवर रखरखाव के दौरान टॉवर संरचना में आग भड़क सकती है जब सेल प्रयोग में (जैसे रखरखाव या निर्माण के समय) नहीं हो और विशेष रूप से उत्प्रेरित-ड्राफ्ट प्रकार जिसके कारण टॉवर में अपेक्षाकृत सूखा स्थान मौजूदा रहता है।

स्थिरता

बहुत बड़ी संरचनाओं होने के नाते, वे वायु क्षति के प्रति अतिसंवेदनशील हैं और अतीत में ऐसी बहुत सी असाधारण विफलताओं का सामना करना पड़ा है। फेरीब्राइड पॉवर स्टेशन (Ferrybridge power station) में, 1 नवम्बर 1965 को स्टेशन वाले स्थान पर मुख्य संरचनात्मक विफलता का सामना करना पड़ा जब कूलिंग टॉवर्स 85मी प्रति घंटे तेज हवाओं के कंपने के कारण नष्ट हो गए। हालांकि कूलिंग टावर्स की संरचनाओं का निर्माण तेज गति से चलने वाली हवाओं का सामना करने के उद्देश्य के लिए किया गया था, जिससे कीको पश्चिमी हवाएं चक्र बनाती हुए टॉवर्स से होती हुई कीपाकार में गुजर सकें. मूल आठ कूलिंग टॉवर्स में तीन टॉवर्स नष्ट हो गए और बाकी पांच बुरी तरह से क्षतिग्रस्त हो गए। आठों टॉवरों का पुनर्निर्माण किया गया और सभी आठों कूलिंग टॉवर्स का निर्माण मौसम प्रतिकूल स्थितियों को सहन करने के लिए मजबूती के साथ किया गया था। उन्नत संरचनात्मक सुधार शामिल करने के लिए इमारत कोड में संशोधन किए गए और संरचनाओं और विन्यास की जांच के लिए हवादार सुरंग परीक्षण लागू किए गए।