重力沉降

重力沉降降塵室

用于氣體除塵，如從焙燒礦石的爐氣中分離固體顆粒。最簡(jiǎn)單的降塵室（圖1）為一長方形容器，底部設(shè)有集塵斗（灰斗）。含塵氣體自降塵室一端進(jìn)入后,塵粒隨氣體作平移運(yùn)動(dòng),同時(shí)又作沉降運(yùn)動(dòng)。如果它在氣流到達(dá)出口端前沉降到降塵室底部，它就能與氣體分離。降塵室在單位時(shí)間內(nèi)的含塵氣處理量V與降塵室的底面積A及沉降速度ut成正比，即：

V=Aut

含塵氣處理量與降塵室的高度無關(guān)，因此降塵室以扁平形狀為佳。為提高降塵室的處理能力，可在其中設(shè)置多層水平降塵隔板（圖2）。這種多層降塵室為塵粒沉降提供的有效水平面積包括底面積和各層降塵隔板面積。

重力沉降增稠器

通常是一個(gè)錐形底的圓筒或圓池（圖3）。將懸浮液連續(xù)加到圓筒中心液面以下，清液經(jīng)周邊溢出，懸浮物緩慢沉至器底。器底設(shè)有旋轉(zhuǎn)齒耙，將沉渣移至中心，用泥漿泵排出。固體顆粒在增稠器內(nèi)的沉降過程大致可分為三個(gè)階段：①在容器上部，顆粒濃度很小，顆粒沉降可認(rèn)為互不干擾，稱為自由沉降階段。②在容器下部，顆粒濃度增大，顆粒沉降互相干擾，沉降速度很小，稱為干擾沉降階段。③在容器底部，沉聚泥漿自身經(jīng)歷的增稠壓縮階段。增稠器具有澄清液體和增稠懸浮液的雙重功能，主要用于顆粒濃度較低的懸浮液的分離，如工業(yè)用水的澄清及過濾的預(yù)處理。2100433B

懸浮在介質(zhì)中的分散體系質(zhì)點(diǎn)要受到重力和浮力的作用，其所受的凈力為：

F=V(ρ-ρ0)g式中V為單個(gè)質(zhì)點(diǎn)的體積；ρ和ρ0分別為質(zhì)點(diǎn)與介質(zhì)的密度;g為重力加速度。若ρ>ρ0,則質(zhì)點(diǎn)下沉；反之則上浮。因此,只要質(zhì)點(diǎn)與介質(zhì)的密度不等,質(zhì)點(diǎn)在重力場(chǎng)作用下就要朝一個(gè)方向濃集，或沉于容器的底部或浮于介質(zhì)的上層。但另一方面,由于質(zhì)點(diǎn)的濃集,體系出現(xiàn)濃差，因而產(chǎn)生擴(kuò)散作用。擴(kuò)散與沉降是兩個(gè)相對(duì)抗的過程。沉降使質(zhì)點(diǎn)沿著沉降方向濃集；擴(kuò)散則相反，使質(zhì)點(diǎn)在介質(zhì)中均勻分布。質(zhì)點(diǎn)小時(shí),擴(kuò)散起主要作用,因而分散體系在動(dòng)力學(xué)上是穩(wěn)定的。質(zhì)點(diǎn)大時(shí),沉降起主要作用,質(zhì)點(diǎn)在重力場(chǎng)中沉降，體系不穩(wěn)定，粗分散體系即屬于這種情況。在中間狀態(tài),沉降與擴(kuò)散成平衡,質(zhì)點(diǎn)在介質(zhì)中濃度隨著高度不同有一平衡分布。

重力沉降窒是最古老、最簡(jiǎn)易的除塵設(shè)備，主要由室體、進(jìn)氣口、出氣口和集灰斗組成。含塵氣流進(jìn)入室體內(nèi)，因流動(dòng)截面積的擴(kuò)大而使氣體流速降低，較大塵粒借助自身重力作用自然沉降而被分離捕集下來。

重力沉降室適用于捕集密度大、顆粒大（50 μm以上）的粉塵，特別是磨損件很強(qiáng)的粉塵。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、施工容易、維護(hù)管理方便、阻力?。ㄒ话銥?0～150Pa），可處理較高溫氣體（最高使用溫度能達(dá)到350～550℃）、可回收干灰等，但缺點(diǎn)是除塵效率低（約50%）、占地面積大，因此，一般作為多級(jí)除塵系統(tǒng)中的預(yù)除塵器使用。

沉降室的除塵效率與沉降室的結(jié)構(gòu)、氣流速度、塵粒大小等因素直接相關(guān)。沉降室的尺寸宜以矮、寬、長的原則布置。沉降室內(nèi)氣流速度越低，越有利于捕集細(xì)小塵粒，但設(shè)備體積相對(duì)龐大；在室內(nèi)氣流速度一定的前提下，增加沉降室的縱深，也可提高除塵效率．但不宜延長至10 m以上；在沉降室內(nèi)合理布置擋墻、隔板、噴霧或在沉降窒底部設(shè)置水封池等措施，均能在一定程度上（10%～15%）提高除塵效率。

為提高沉降室的除塵效率，有的在室內(nèi)加裝一些垂直擋板，一方面為了改變氣流的運(yùn)動(dòng)方向，由于粉塵慣性較大，不能隨同氣體一起改變方向，撞到擋板上，失去繼續(xù)飛揚(yáng)的動(dòng)能，沉降到下面的灰斗中；另一方面為了延長粉塵的通行路程，使它在重力作用下逐漸沉降下來。如圖所示，使氣體產(chǎn)生一些小股渦旋，塵粒受到離心作用，與氣體分開，并碰到室壁上和擋板上，使之沉降下來。對(duì)裝有擋板的沉降室，氣流速度可以提高到6-8m/s，多段沉降室設(shè)有多個(gè)室段，這樣相對(duì)地降低了塵粒的沉降速度。2100433B

通常假定：①顆粒在除塵器入口斷面上分布均勻；②顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡是由水平和垂直兩個(gè)方向的分速度合成的。在水平方向，顆粒與氣體具有相同的速度Vo；在垂直方向，忽略氣體的浮力，顆粒僅在重力和氣體阻力作用下以其終末重力沉降速度Us沉降?；谏鲜黾俣ǖ某两凳页龎m效率，主要決定于氣流的流動(dòng)狀態(tài)(即無混合的塞狀流、無混合的層流、橫向混合的紊流和完全混合的紊流)。

無混合是假定除塵器中未被捕集的顆粒無任何混合，既無軸向（氣流方向）混合，也無橫向混合，塞狀流是假定在任一橫斷面上氣流速度分布是均勻的。

設(shè)沉降室的長、寬、高分別為L、W、H，水平氣流速度為Vo(m/s)，處理氣體流量為Q(m³/s)，則氣流在沉降室內(nèi)的停留時(shí)間：

在時(shí)間t內(nèi)，粒徑為dp的顆粒的重力沉降高度hc為：

因此，對(duì)于粒徑為dp的顆粒，只有在高度hc以下進(jìn)入沉降室．才能以其沉降速度Us沉降到下部灰斗中。若hc<=H，則對(duì)粒徑為dp的顆粒的分級(jí)除塵效率為：

對(duì)于斯托克斯區(qū)域，沉降速度

代入上式中得到：

對(duì)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。

由于沉降室內(nèi)的氣流擾動(dòng)和返混的影響，工程上一般用分級(jí)效率的公式的一半作為實(shí)際分級(jí)效率，則有：