粉尘预处理装置—沉降室设计规范

粉尘预处理装置—沉降室设计规范

粉尘预处理装置中的沉降室（又称重力沉降室）是最简单、最经济的一种粉尘分离设备，主要依靠重力作用使气流中的尘粒自然沉降而分离。其设计规范主要围绕最大化沉降效率和确保结构合理实用展开。

以下是沉降室设计的主要规范要点：

 一、 核心设计原理

1. 重力沉降：含尘气体进入沉降室后，流通截面扩大，流速显著降低。粉尘颗粒在自身重力作用下，以沉降速*向底部沉降。

2. 分离条件：颗粒从沉降室顶部沉降到底部所需的时间 (`t_s = H / Vs`) 必须小于或等于气体在沉降室内停留的时间 (`t_r = L / U`)。

    `H`：沉降室有效高度 (m)

    `L`：沉降室有效长度 (m)

    `U`：沉降室内气体的水平平均流速 (m/s)

    关键设计不等式：`L / U >= H / Vs` 或 `L >= (H * U) / Vs`

二、 关键设计参数与规范

1. 气体流速 (U)：

    核心控制参数！流速越低，颗粒停留时间越长，沉降效果越好。

    推荐范围：通常控制在 4 - 5 m/s 之间。不宜超过10 m/s。

    计算依据：`U = Q / (W * H)`

        *   `Q`：处理气量 (m?/s)

        *   `W`：沉降室宽度 (m)

        *   `H`：沉降室高度 (m)

2. 沉降室尺寸 (长L、宽W、高H)：

    长度 (L)：是提高效率最有效的尺寸。根据分离条件和目标粉尘的最小沉降粒径确定。L越长，气体停留时间越长，沉降机会越多。通常 L/H > 3。

    宽度 (W)： 由处理气量和选定的流速、高度决定。`W = Q / (U * H)`。过宽可能导致气流分布不均。

    高度 (H)： 影响颗粒沉降路径。H越低，颗粒沉降到底部所需时间越短。但H过低会限制处理能力或增加宽度。需在沉降效率和空间/成本之间权衡。通常 H在 2 - 4 米 范围。

3. 沉降效率：

    主要捕获较大、较重的颗粒（通常 > 50 μm，理想情况下 > 75-100 μm）。

    效率特点：效率随粒径平方增大而急剧提高。对小颗粒（< 10-20 μm）效率非常低。通常作为高效除尘器（如布袋、电除尘）的预处理，去除粗颗粒以减轻后续负荷。

4. 入口设计：

    目的：使含尘气体均匀、稳定、低速地进入沉降室横截面，避免气流短路、涡流或二次扬尘。

    常用措施：

        入口设置渐扩管（喇叭口），降低流速。

        入口处设置气流分布板（多孔板、格栅）或导流叶片，强制气流均匀分布。

        入口位置通常位于沉降室一端的上部或中部。

5. 出口设计：

    目的：汇集净化后的气体并排出，避免出口附近产生抽吸作用将已沉降粉尘带走。

    常用措施：

        出口设渐缩管。

        出口位置应与入口保持足够距离（通常在对侧），并位于沉降室上部。

        可在出口前设置挡板或百叶窗，防止气流直接抽吸底部粉尘。

6. 粉尘收集与排放：

    灰斗：沉降室底部必须设置锥形或槽形灰斗，其倾角应大于粉尘安息角（通常 ≥ 60°），确保沉降粉尘能顺利滑落，避免堆积。

    排灰装置： 灰斗底部需安装可靠的排灰阀（如星型卸灰阀、双翻板阀、螺旋输送机），实现连续或间歇密闭排灰，防止漏风。

    人工清灰门： 对于小型或间歇操作沉降室，可设置密封良好的检修门/清灰门，定期人工清理。

7. 结构材料：

    根据气体性质（温度、湿度、腐蚀性）和粉尘性质（磨损性、腐蚀性）选择。

    常用材料： 碳钢（常需防腐涂层如环氧树脂、玻璃鳞片）、不锈钢（耐腐蚀要求高时）、混凝土或砖混结构（大型、永久性设施）。

    内部可加耐磨衬里（如耐磨陶瓷、铸石板）处理高磨损性粉尘。

三、 重要设计考虑因素

1. 粉尘性质：

    粒径分布：决定可被有效捕集的颗粒范围及效率。

    真密度 (ρp)：直接影响沉降速度Vs，是效率计算的关键参数。

    安息角/粘性： 影响灰斗设计倾角和排灰顺畅性。

    可燃性/爆炸性：若粉尘可燃，需按防爆规范设计（泄爆口、结构强度、避免积尘死角、防静电等）。

2. 气体性质：

    流量 (Q)： 决定设备基本尺寸。

    温度：影响气体粘度μ（温度升高，μ增大，Vs减小）、材料选择、热膨胀。

    湿度：可能引起粉尘结块、糊袋（若后续有布袋）、腐蚀。

    腐蚀性： 影响材料选择（如含SO?、HCl等酸性气体）。

3. 压力损失：

    沉降室本身的压力损失很低，通常在 50 - 150 Pa 范围。

    主要损失来自进出口和内部构件（如分布板）。需计算并纳入风机选型。

4. 空间限制与布置：

     沉降室通常体积庞大（尤其是处理大气量时）。设计需考虑现场可用空间、进出通道、设备支撑结构等。

5. 维护与操作：

    设计需便于检查、清灰、维修（设置足够数量和大小的检修门/人孔）。

    排灰系统设计必须可靠、易于操作，避免堵塞。

四、 适用场合与限制

适用：

     处理高浓度、大颗粒粉尘的初级净化。

     作为高效除尘器（袋式、电除尘）的可靠预处理，保护后续设备免受粗颗粒磨损或堵塞。

    对净化效率要求不高、空间充裕、投资预算有限的场合。

    高温烟气（无需特殊冷却即可进入）。

限制：

    对细粉尘（<10-20μm）捕集效率很低。

    设备庞大，占地面积大。

    主要依赖重力，无附加外力，效率提升有限。

总结：

沉降室的设计核心在于最大化颗粒在室内的停留时间（通过降低流速U和增加长度L）并最小化颗粒沉降所需高度（降低H）。设计需严格遵循`L >= (H * U) / Vs`的基本原理，并精心设计入口分布、灰斗排灰等关键细节。务必牢记沉降室仅适用于粗颗粒粉尘的预处理，其设计需紧密结合粉尘特性、气体条件和现场实际情况，并参考适用的国家和行业设计规范。设计完成后，通常需进行气流模拟或按比例模型试验来验证气流分布的均匀性。