针对现有机械类除尘器除尘效率低等特点，结合国内外除尘领域先进技术，经过多年实验总结，在现有的理论基础上我们提出了“富集层取出型分离理论”，富集层理论是对分离理论的创新，气固分离理论的创新推动了分离设备的创新，分离设备的创新必将引起采用分离设备的相关行业的变革，特别是水泥行业设备的变革，变革的结果是高效、节能、降耗。应用富集层理论设计的产品已经获得了多项国家专利技术，在实际的工程中被广泛应用。
富集层取出型分离理论
在很多研究旋风分离器的文献中，都提到在旋风分离器运行时，内筒壁附近有一层很薄的固体粒子层，这层固体粒子在旋涡轴向力和重力的双重作用下向下运行，最终落入灰斗，我们称这一固体粒子层为富集层。通过对富集层的研究我们提出了一个分离理论新思路：通过理论计算，合理设计除尘器结构，使在离心分离器内的富集层，不受干扰，完整引出分离器。
该层内的固体粒子是以堆积容积密度占据分离器富集层的空间，在富集层与分离器运动过程中，由于富集层与管壁的摩擦阻力作用，富集层内的速度远低于分离器内气流运行的速度，在运动的过程中是逐渐增厚的。由于离心力的作用，较小的颗粒到达富集层后继续运动通过较大颗粒的缝隙到达富集层下部，避免了小颗粒被气流从新卷起，提高除尘效率。
与传统的机械类除尘器比较，富集层沉降室是利用颗粒的离心力作用原理进行沉降，沉降加速度为V2/R与气流速度的平方成正比，远大于靠颗粒自身重力作用沉降的沉降加速度g。烟气流速愈大，除尘效率越高，综合考虑一般控制烟气流速在15m/s—20m/s之间，沉降效率显著提高，在单位处理时间内，处理烟气量明显增加，这样设备体积减少，除尘成本降低。
通过该理论设计的除尘器，完全解决了影响旋风除尘器除尘效率的二次携带、上灰环、轴向逆流等主要问题，使除尘效率显著提高，经过该除尘器的气流，不需二次分离，是分离效率最高的机械类除尘器。
通过大量实验，我们验证了该理论的可行性和优越性。图1是在一台2t/h燃煤链条炉排锅炉上做的工业性实验，采用两个富集层分离器进行并联而组成的分离器组对锅炉烟气的进行除尘。经山东省环保部门检测结果显示，除尘前，烟气含尘浓度为1.207g/m3,流经除尘器后烟气所含的颗粒浓度为61和38mg/m3（按过剩空气系数=1.8再折算）满足Ⅰ类地区Ⅱ时段的含尘量80mg/m3要求，热态除尘效率为95.8%，除尘器阻力为665Pa。完全达到了国家规定的表1中《工业锅炉旋风除尘器技术条件》所要求的性能标准.
工业锅炉旋风除尘器热态性能指标
联合型除尘器
在实际的新建或改造项目中，为了满足国家政策的要求，含尘烟气排放必须环保排放标准，这就要求烟气须经过静电除尘器或袋除尘器，甚至经过电-袋联合除尘器后才能达到环保要求。但由于现场空间等工况条件的限制，没有足够的场地空间建设大型的静电除尘器或袋式除尘器。另外，电、袋除尘器建设和运行成本费用已经成为了企业很大的经济负担。针对这种情况我们借鉴了电—袋联合除尘器的设计思路提出了应用富集层理论设计的富集层沉降室与电、袋除尘器相结合，称之为富袋联合除尘器和联合型富集层除尘器，这两项产品都已经取得了“产品专利”证明。
该项设计的优点是：
富袋、富电联合除尘器与电—袋联合除尘器进行比较，具备了电—袋联合除尘器的优点，可以达到电—袋收尘同样的除尘效率。富集层沉降室取代了电—袋联合收尘器的电收尘部分，简化了电收尘部分控制，降低设备投资和运行费用。富袋联合除尘器提高了袋除尘器部分的气布比（过滤速度），增加了袋除尘器的单位时间处理能力，减小袋式除尘器的体积和投资建设费用和占地。进入布袋气体浓度的降低，延长了袋除尘器的清灰间隔，降低了时间平均阻力，延长了布袋和设备的使用寿命，节省了每年运行维护的费用。
联合型富集层除尘器中富集层沉降室替代电收尘前一个或两个电场除尘室。电除尘器电场数量减少，体积减小，造价低、耗材低，降低了投资建设费用。富集层沉降室阻力仅为700Pa，整个设备除尘电耗降低，控制操作简单。联合型富集层除尘器占地少，其中富集层沉降室运行可靠，在电收尘出现故障时，也可保证排放在Ⅱ～Ⅲ类排放标准内。
图1 富集层分离器
富集层沉降室体积小、造价低、运行可靠、除尘效率高等优点，在保证具有同样除尘效率的基础上，完全可以使整个设备体积小电、袋除尘的体积，适合于在改造项目中场地空间不足情况下应用；富集层沉降室成本造价低廉，其建造成本远小于建设一个电除尘器的电场或建设一个袋除尘器的滤袋室所耗费的成本，另外，富集层沉降室几乎不需要后期运行成本，节省了电除尘器运行电耗，或袋除尘器更换滤袋所带来的高昂成本，这些优点都是在保证达到同样除尘效率的情况下所具有的。此项设计是北京登普公司在研发、设计富集层除尘器中所产生的思路，真诚希望与电除尘器或袋除尘器厂家达成合作意向，共同完善、发展新一代除尘器。
增能、零排放余热发电系统
富集层除尘器能够完全解决风机的磨损问题，根据这一特点我们对现有熟料冷却机余热发电热力循环系统进行改进，实现了增能、零排放最优余热利用设计方案。
在传统的水泥行业中，窑头蓖冷机冷却系统是利用引风机抽取室温下的空气对水泥熟料进行冷却，水泥余热发电系统就是利用窑头蓖冷机排放的②路温度较高的烟气经余热锅炉产生高温蒸汽，高温蒸汽经汽轮机后进行发电。②路烟气经余热锅炉后与①路烟气一起经除尘器除尘，在经风机后对空排放。排放系统如图1所示。该系统是利用300℃～400℃的含尘烟气进行发电，产生的蒸发量、蒸汽出口温度较低、进而余热发电量较低。要想提高发电量，就需要提高余热锅炉烟气进口温度，根据蓖冷机冷却系统的特性，利用低温烟气对熟料进行冷却，使烟气循环利用，做到系统零排放，提高了进余热锅炉的烟气温度，增加发电量。
为了能实现烟气的循环利用，必须解决的是风机的磨损问题。北京登普公司应用富集层理论设计出了具有自主知识产权的除尘设备——斜置富集层分离器。该设备除尘效率达到了95%，流经该设备的烟气，可以达到风机不磨损。根据这一特点北京登普公司对现有熟料冷却机热力循环系统进行改进，图2 、图3 、图4 所
示。
图2:
图3：
图4：
根据熟料冷却的特点，①、④路系统引风机引进室温空气对熟料进行冷却，而②、③路系统是引风机利用余热锅炉和 ①路系统所产生的低温烟气，对熟料进行冷却。图2循环系统适用于新建余热发电项目，图3、图4循环系统适用于对现有余热发电系统进行改造项目，根据不同工况和用户的要求选择最优的解决方案。热力循环系统特点是：
1、斜置富集层除尘器除尘效率高，保证风机不磨损。
2、②、③路系统利用低温烟气对熟料进行冷却，减少了被烟气携带排放的热量，使热量得以从新利用。
3、②路系统排放的烟气温度提高，提高了余热锅炉进口烟气温度、蒸发量和蒸汽出口温度，提高余热发电量。该系统也减少了低温能源的浪费，达到了高效、增能目的。
4、整个系统烟气循环利用，实现零排放，以100000m3/h风量为例，可减少粉尘排放量为5t/h。
5、②、③路系统选用风机最高使用温度200℃，压头分别增加1000Pa和2000Pa左右。风机运行成本小于由于零排放所省去的电除尘器和大功率引风机设备的运行成本，整体运行成本降低。富集层取出型理论是登普公司对分离理论的创新，富袋、富电联合除尘器和增能、零排放余热发电系统是富集层除尘器的最佳应用实例。我们可以根据客户要求，设计出满足不同工况条件的除尘器，保证余热锅炉、风机不磨损或达到国家规定的环保排放要求。
作者：高吉国
来源：北京登普环保科技开发有限公司
