混合式換熱器

混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應用遍及化工和冶金企業、動力工程、空氣調節工程以及其它許多生產部門中。

混合式熱交換器的種類

按照用途的不同，可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型：

（1）冷卻塔（或稱冷水塔）

在這種設備中，用自然通風或機械通風的方法，將生產中已經提高了溫度的水進行冷卻降溫之后循環使用，以提高系統的經濟效益。例如熱力發電廠或核電站的循環水、合成氨生產中的冷卻水等，經過水冷卻塔降溫之后再循環使用，這種方法在實際工程中得到了廣泛的使用。

（2）氣體洗滌塔（或稱洗滌塔）

在工業上用這種設備來洗滌氣體有各種目的，例如用液體吸收氣體混合物中的某些組分，除凈氣體中的灰塵，氣體的增濕或干燥等。但其zui廣泛的用途是冷卻氣體，而冷卻所用的液體以水居多?？照{工程中廣泛使用的噴淋室，可以認為是它的一種特殊形式。噴淋室不但可以像氣體洗滌塔一樣對空氣進行冷卻，而且還可對其進行加熱處理。但是，它也有對水質要求高、占地面積大、水泵耗能多等缺點：所以，目前在一般建筑中，噴淋室已不常使用或僅作為加濕設備使用。但是，在以調節濕度為主要目的的紡織廠、卷煙廠等仍大量使用!

（3）噴射式熱交換器

在這種設備中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進行傳熱傳質，并—同進入擴散管，在擴散管的出口達到同一壓力和溫度后送給用戶。

（4）混合式冷凝器

這種設備一般是用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝
噴淋室的類型和構造

（1）噴淋室的構造

圖6-2（a）是應用比較廣泛的單級、臥式、低速噴淋室，它由許多部件組成。前擋水板有擋住飛濺出來的水滴和使進風均勻流動的雙重作用，因此有時也稱它為均風板。被處理空氣進入噴淋室后流經噴水管排，與噴嘴中噴出的水滴相接觸進行熱質交換，然后經后擋水板流走。后擋水板能將空氣中夾帶的水滴分離出來，防止水滴進入后面的系統：在噴淋室中通常設置一至三排噴嘴，zui多四排噴嘴。噴水方向根據與空氣流動方向相同與否分為順噴、逆噴和對噴，從噴嘴噴出的水滴完成與空氣的熱質交換后，落入底池中。底池和四種管道相通，

1）循環水管：底池通過濾水器與循環水管相連，使落到底池的水能重復使用。濾水器的作用是清除水中雜物，以免噴嘴堵塞。

2）溢水管：底池通過溢水器與溢水管相連，以排除水池中維持一定水位后多余的水。在溢水器的喇叭口上有水封罩可將噴淋室內、外空氣隔絕，防止噴淋室內產生異味。

3）補水管：當用循環水對空氣進行絕熱加濕時，底池中的水量將逐漸減少，由于泄漏等原因也可能引起水位降低。為了保持底池水面高度一定，且略低于溢水口，需設補水管并經浮球閥自動補水

4）泄水管：為了檢修、清洗和防凍等目的，在底池的底部需設有泄水管，以便在需要泄水時，將池內的水全部泄至下水道。

為了觀察和檢修的方便，噴淋室還設有防水照明燈和密閉檢查門。

噴嘴是噴淋室的zui重要部件。我國曾廣泛使用Y-I型離心噴嘴，其構造與性能詳見本章第三節。近年來，國內研制出了幾種新型噴嘴，如BTL-I型、PY-1型、FL型、FKT型等。由于使用Y-I型噴嘴的噴淋室實驗數據較完整，故在后面奉章的的題中仍加以引用。

擋水板是影響噴淋室處理空氣效果的又一重要部件。它由多折的或波浪形的平行板組成。當夾帶水滴的空氣通過擋水板的曲折通道時，由于慣性作用，水滴就會與擋水板表面發生碰撞，并聚集在擋水板表面上形成水膜，然后沿擋水板下流到底池。

用鍍鋅鋼板或玻璃條加工而成的多折形擋水板，由于其阻力較大、易損壞，現已較少使用。而用各種塑料板制成的波形和蛇形擋水板，阻力較小且擋水效果較好。

（2）噴淋室的類型

噴淋室有臥式和立式；單級和雙級；低速和高速之分。此外，在工程上還使用帶旁通和帶填料層的噴淋室。

如圖6-2（b）所示，立式噴淋室的特點是占地面積小，空氣流動自下而上，噴水由上而下，因此空氣與水的熱濕交換效果更好，一般是在處理風量小或空調機房層高允許的地方采用。

雙級噴淋室能夠使水重復使用，因而水的溫升大、水量小，在使空氣得到較大焰降的同時節省了水量。因此，它更適宜于用在使用自然界冷水或空氣焓降要求較大的地方。雙級噴淋室的缺點是占地面積大，水系統復雜。

一般低速噴淋室內空氣的流速為2～3m／s，而高速噴淋室內空氣流速更高。圖6-3是美國Carrier公司的高速噴淋室。在其圓形斷面內空氣流速可高達8～10m／s，擋水板在高速氣流驅動下旋轉，靠離心力作用排除所夾帶的水滴。圖6-4是瑞士Luwa公司的高速噴淋室，它的風速范圍為3.5～6.5m/s，其結構與低速噴淋室類似。為了減少空氣阻力，它的均風板用流線型導流格柵代替，后擋水板為雙波型。這種高速噴淋室已在我國紡織行業推廣應用。

帶旁通的噴淋室是在噴淋室的上面或側面增加一個旁通風道，它可使一部分空氣不經過噴水處理而與經過噴水處理的空氣混合，得到要求處理的空氣終參數。

帶填料層的噴淋室，是由分層布置的玻璃絲盒組成。在玻璃絲盒上均勻地噴水，空氣穿過玻璃絲層時與各玻璃絲表面上的水膜接觸，進行熱濕交換。這種噴淋室對空氣的凈化作用更好，它適用于空氣加濕或蒸發式冷卻，也可作為水的冷卻裝置。

冷卻塔的類型與結構

（1）冷卻塔的類型

冷卻塔有很多種類，根據循環水在塔內是否與水直接接觸，可分成干式、濕式。干式冷卻塔是把循環水通入安裝于冷卻塔中的散熱器內被空氣冷卻，這種塔多用于水源奇缺而不允許水分散失或循環水有特殊污染的情況：濕式冷卻塔則讓水與空氣直接接觸，它是本章所要討論的對象。

在開放式冷卻塔中，利用風力和空氣的自然對流作用使空氣進入冷卻塔，其冷卻效果要受到風力及風向的影響，水的散失比其它型式的冷卻塔大。在風筒式自然通風冷卻塔中，利用較大高度的風筒，形成空氣的自然對流作用使空氣流過塔內與水接觸進行傳熱，其特點是冷卻效果比較穩定。在機械通風冷卻塔中，機械通風冷卻塔具有冷卻效果好和穩定可靠的特點，它的淋水密度（指在單位時間內通過冷卻塔的單位截面積的水量）可遠高于自然通風冷卻塔。

按照熱質交換區段內水和空氣流動方向的不同，還有逆流塔、橫流塔之分，水和空氣流動方向相反的為逆流塔，方向垂直交又的為橫流塔。

（2）冷卻塔的構造

各種型式的冷卻塔，一般包括下面所述幾個主要部分，這些部分的不同結構，可以構成不同形式的冷卻塔。

1）淋水裝置

淋水裝置又稱填料，其作用在于將進塔的熱水盡可能形成細小的水滴或水膜，增加水和空氣的接觸面積，延長接觸時間，以增進水氣之間的熱質交換。在選用淋水裝置的型式時，要求它能提供較大的接觸面積并具有良好的親水性能，制造簡單而又經久耐用，安裝檢修方便、價格便宜等。

琳水裝置可根據水在其中所呈現的現狀分為點滴式、薄膜式及點滴薄膜式三種：

a．點滴式 這種淋水裝置通常用水平的或傾斜布置的三角形或矩形板條按一定間距排列而成。在這里，水滴下落過程中水滴表面的散熱以及在板條上濺散而成的許多小水滴表面的散熱約占總散熱量的60％～75％，而沿板條形成的水膜的散熱只占總散熱量的25％～30％。一般來說，減小扳條之間的距離S1、S2可增大散熱面積，但會增加空氣阻力，減小濺散效果。通常取S1為150mm，S2為300mm。風速的高低也對冷卻效果產生影響，一般在點滴式機械通風冷卻塔中可采用1.3～2m／s，自然通風冷卻塔中采用0.5～1.5m/s。

b．薄膜式 這種淋水裝置的特點是利用間隔很小的平膜板或凹凸形波板、網格形膜板所組成的多層空心體，使水沿著其表面形成緩慢的水流，面冷空氣則經多層空心體間的空隙，形成水氣之間的接觸面。水在其中的散熱主要依靠表面水膜、格網間隙中的水滴表面和濺散而成的水滿的散熱等三個部分，而水膜表面的散熱居于主要地位。圖6-8中示出了其中四種薄膜式淋水裝置的結構。對于斜波交錯填料，安裝時可將斜波片正反疊置，水流在相鄰兩片的棱背接觸點上均勻地向兩邊分散。其規格的表示方法為“波矩×波高×傾角—填料總高”，以mm為單位。蜂窩淋水填料是用浸漬絕緣紙制成毛坯在酚醛樹脂溶液中浸膠烘干制成六角形管狀蜂窩體構成，以多層連續放于支架上，交錯排列而成。它的孔眼的大小以正六邊形內切圓的直徑d表示。其規格的表示方法為：d（直徑），總高H=層數×每層高-層距，例如：d20，H=12×100-0=1200mm。



c．點滴薄膜式 鉛絲水泥網格板是點滴薄膜式淋水裝置的一種（圖6-9），它是以16～18#鉛絲作筋制成的50mm×50mm×50mm方格孔的網板；每層之間留有50mm左右的間隙，層層裝設而成的：熱水以水滴形式淋灑下去，故稱點滴薄膜式。其表示方法：G層數×網孔-層距mm。例如G16×50-50。

2）配水系統

配水系統的作用在于將熱水均勻地分配到整個淋水面積上，從而使淋水裝置發揮zui大的冷卻能力。常用的配水系統有槽式、管式和池式三種。

槽式配水系統通常由水槽、管嘴及濺水碟組成，熱水從管嘴落到濺水碟上．濺成無數小水滴射向四周，以達到均勻布水的目的.

3）通風筒

通風筒是冷卻塔的外殼，氣流的通道。自然通風冷卻塔一般都很高，有的達150m以上。而機械通風冷卻塔的風筒一般在l0m左右。包括風機的進風口和上部的擴散筒。為了保證進、出風的平緩性和清除風筒口的渦流區，風筒的截面一般用圓錐形或拋物線形。

在機械通風冷卻塔中，若鼓風機裝在塔的下部區域，操作比較方便，這時由于它送的是較冷的干空氣，而不像裝在塔頂的抽風機那樣是用于排除受熱而潮濕的空氣，因此鼓風機的工作條件較好。但是，采用鼓風機時，從冷卻塔排出的空氣流速，僅有1.5～2.Om/s左右，而且由于這種塔的高度不大，因此只要有微風吹過，就有可能將塔頂排出的熱而潮濕的空氣吹向下部，以致被風機吸入，造成熱空氣的局部循環，惡化了冷卻效果。