重力沉降室

通常假定：①颗粒在除尘器入口断面上分布均匀；②颗粒的运动轨迹是由水平和垂直两个方向的分速度合成的。在水平方向，颗粒与气体具有相同的速度Vo；在垂直方向，忽略气体的浮力，颗粒仅在重力和气体阻力作用下以其终末重力沉降速度Us沉降。基于上述假定的沉降室除尘效率，主要决定于气流的流动状态(即无混合的塞状流、无混合的层流、横向混合的紊流和完全混合的紊流)。

无混合是假定除尘器中未被捕集的颗粒无任何混合，既无轴向（气流方向）混合，也无横向混合，塞状流是假定在任一横断面上气流速度分布是均匀的。

设沉降室的长、宽、高分别为L、W、H，水平气流速度为Vo(m/s)，处理气体流量为Q(m³/s)，则气流在沉降室内的停留时间：

在时间t内，粒径为dp的颗粒的重力沉降高度hc为：

因此，对于粒径为dp的颗粒，只有在高度hc以下进入沉降室．才能以其沉降速度Us沉降到下部灰斗中。若hc<=H，则对粒径为dp的颗粒的分级除尘效率为：

对于斯托克斯区域，沉降速度

代入上式中得到：

对于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子有hc=H，即下式成立。

由于沉降室内的气流扰动和返混的影响，工程上一般用分级效率的公式的一半作为实际分级效率，则有：

为提高沉降室的除尘效率，有的在室内加装一些垂直挡板，一方面为了改变气流的运动方向，由于粉尘惯性较大，不能随同气体一起改变方向，撞到挡板上，失去继续飞扬的动能，沉降到下面的灰斗中；另一方面为了延长粉尘的通行路程，使它在重力作用下逐渐沉降下来。如图所示，使气体产生一些小股涡旋，尘粒受到离心作用，与气体分开，并碰到室壁上和挡板上，使之沉降下来。对装有挡板的沉降室，气流速度可以提高到6-8m/s，多段沉降室设有多个室段，这样相对地降低了尘粒的沉降速度。2100433B

重力沉降窒是最古老、最简易的除尘设备，主要由室体、进气口、出气口和集灰斗组成。含尘气流进入室体内，因流动截面积的扩大而使气体流速降低，较大尘粒借助自身重力作用自然沉降而被分离捕集下来。

重力沉降室适用于捕集密度大、颗粒大（50 μm以上）的粉尘，特别是磨损件很强的粉尘。其优点是结构简单、造价低、施工容易、维护管理方便、阻力小（一般为50～150Pa），可处理较高温气体（最高使用温度能达到350～550℃）、可回收干灰等，但缺点是除尘效率低（约50%）、占地面积大，因此，一般作为多级除尘系统中的预除尘器使用。

沉降室的除尘效率与沉降室的结构、气流速度、尘粒大小等因素直接相关。沉降室的尺寸宜以矮、宽、长的原则布置。沉降室内气流速度越低，越有利于捕集细小尘粒，但设备体积相对庞大；在室内气流速度一定的前提下，增加沉降室的纵深，也可提高除尘效率．但不宜延长至10 m以上；在沉降室内合理布置挡墙、隔板、喷雾或在沉降窒底部设置水封池等措施，均能在一定程度上（10%～15%）提高除尘效率。

重力沉降降尘室

用于气体除尘，如从焙烧矿石的炉气中分离固体颗粒。最简单的降尘室（图1）为一长方形容器，底部设有集尘斗（灰斗）。含尘气体自降尘室一端进入后,尘粒随气体作平移运动,同时又作沉降运动。如果它在气流到达出口端前沉降到降尘室底部，它就能与气体分离。降尘室在单位时间内的含尘气处理量V与降尘室的底面积A及沉降速度ut成正比，即：

V=Aut

含尘气处理量与降尘室的高度无关，因此降尘室以扁平形状为佳。为提高降尘室的处理能力，可在其中设置多层水平降尘隔板（图2）。这种多层降尘室为尘粒沉降提供的有效水平面积包括底面积和各层降尘隔板面积。

重力沉降增稠器

通常是一个锥形底的圆筒或圆池（图3）。将悬浮液连续加到圆筒中心液面以下，清液经周边溢出，悬浮物缓慢沉至器底。器底设有旋转齿耙，将沉渣移至中心，用泥浆泵排出。固体颗粒在增稠器内的沉降过程大致可分为三个阶段：①在容器上部，颗粒浓度很小，颗粒沉降可认为互不干扰，称为自由沉降阶段。②在容器下部，颗粒浓度增大，颗粒沉降互相干扰，沉降速度很小，称为干扰沉降阶段。③在容器底部，沉聚泥浆自身经历的增稠压缩阶段。增稠器具有澄清液体和增稠悬浮液的双重功能，主要用于颗粒浓度较低的悬浮液的分离，如工业用水的澄清及过滤的预处理。2100433B

悬浮在介质中的分散体系质点要受到重力和浮力的作用，其所受的净力为：

F=V(ρ-ρ0)g式中V为单个质点的体积；ρ和ρ0分别为质点与介质的密度;g为重力加速度。若ρ>ρ0,则质点下沉；反之则上浮。因此,只要质点与介质的密度不等,质点在重力场作用下就要朝一个方向浓集，或沉于容器的底部或浮于介质的上层。但另一方面,由于质点的浓集,体系出现浓差，因而产生扩散作用。扩散与沉降是两个相对抗的过程。沉降使质点沿着沉降方向浓集；扩散则相反，使质点在介质中均匀分布。质点小时,扩散起主要作用,因而分散体系在动力学上是稳定的。质点大时,沉降起主要作用,质点在重力场中沉降，体系不稳定，粗分散体系即属于这种情况。在中间状态,沉降与扩散成平衡,质点在介质中浓度随着高度不同有一平衡分布。

沉降室的设计计算，主要是根据要求处理的气体量和净化效率确定沉降室的尺寸，最关键的是选择适当的气流速度。气流速度低，分离效果好，但除尘器截面积较大；气流速度大，分离效果差，且易引起二次扬尘。因此，应选择沉降室中的气流速度低于物料被重新带走的二次扬尘速度。

沉降室气体流速

为了使问题简化，在沉降室的设计计算中假定：沉降室内气流分布均匀，并处于层流状态；进入除尘器的尘粒以气流速度v向前运动，同时以沉降速度v₀下降。则进入沉降室的含尘气体在沉降室断面上的流速，根据含尘气体的临界速度v_c确定。

式中，v_c为含尘气体的临界速度，m/s；

k为流线系数，取10～20，k值随尘粒直径d_P减小而递增；其余符号意义同前。

含尘气体在沉降室断面上的流速为临界速度的0.5～0.75倍，一般在0.2～0.8m/s范围内选取。

沉降室有效分离粒径

1、尘粒从沉降室顶部降落到底部所需时间

式中，H为沉降室高度，m；

v₀为尘粒的沉降速度，m/s；

2、气流在沉降室内停留的时间

式中，L为沉降室长度，m；

v为沉降室断面上的气体速度，m/s；

3、要使尘粒不被气流带走，必须使

4、在层流区，尘粒的沉降速度v₀与粒径d_P的平方成正比，根据斯托克斯定律，不同粒径尘粒的沉降速度可用以下公式求得

式中所有符号意义同前。

5、沉降室的高度H应根据实际情况确定。但H应尽量小一些，因为H越大，所需的沉降时间就越长，势必加长沉降室的长度。具体的长度和高度尺寸可根据现场空间条件，同时考虑运转的方便来确定，必要时可以以消耗材料最少为目的，进行最优计算。

6、沉降室的宽度B与处理气量有关

式中，Q为沉降室处理气量，m³/s；

B为沉降室的宽度，m；

其余符号意义同前。

7、一定结构的沉降室，能沉降在室内的最小粒径d_min可按以下公式求得

式中所有符号意义同前。

沉降室结构尺寸

沉降室的外形尺寸可用近似式确定

式中，A为沉降室有效截面积，m²。

通常，在设计重力沉降室时，应注意下列问题。

① 气流速度尽可能选低些，以保持接近层流 (粒子的雷诺数R_e<2000)状态，因为R_e更高的湍流会使已降落的粉尘再次扬起，破坏沉降作用。

② 为保证沉降室横断面上气流分布均匀，沉降室的进风管应通过平滑的渐扩管与之相连。若受场地限制，可装设导流板、扩散板等气流分布装置。如条件允许，把进风管装在降尘室上部。

③ 净化高温烟气时，由于热压作用，排气口以下空间的气流有可能减弱，从而降低了容积利用率和除尘效率，此时沉降室的进出口位置应低一些。

重力沉降室的主要优点是结构简单、价格低廉、耗能少，适用于净化密度大、粒径粗的粉尘。通常去除粒径范围为30～50μm的粉尘，如设计合理，加装适当的挡板可使效率达60%～80%，但小于5μm的粉尘，净化效率几乎等于零。重力沉降室的压力损失大约为50～150Pa。 2100433B