鍋爐除塵裝置

錢曉穎

摘要：鍋爐是現代生活與工業主要的熱源之一，隨著現在社會、經濟等的不斷發展，人們對熱量的需求與日俱增，因此，鍋爐的數量也日益增長，同時對工業廢氣的排放標準即除塵要求也越來越高。主要從鍋爐除塵裝置歷年專利申請量及技術兩大方面對鍋爐除塵裝置進行分析。

關鍵詞：鍋爐;除塵;專利申請

一、鍋爐除塵器分類

從含有固體或液體微粒的氣流中，出去或捕集固態或液態微粒的設備統稱為除塵裝置，或稱為除塵器，按照除塵器分離捕集粉塵的主要機理，其可分為如下四類：

（1）機械式除塵器：主要利用質量力（重力、慣性力和離心力等）的作用使得粉塵與氣流分離沉降，包括重力沉降室、慣性除塵器和旋風除塵器等，其中旋風除塵器在工業鍋爐中應用較為廣泛;

（2）濕式除塵器/濕式洗滌器：主要利用液滴、液膜或液層洗滌含塵氣流，從而使得粉塵和氣流分離沉降，可用于氣體除塵，也可用于氣體吸收;

（3）電除塵器：主要利用高壓電場使得粉塵粒子荷電，在庫侖力作用下使得粉塵和氣流分離沉降;

（4）過濾式除塵器：使得含塵氣流通過織物或多孔填料層進行過濾分離，包括袋式除塵器、顆粒層除塵器等^【1】。

除塵裝置的性能主要從性能和經濟兩個方便考慮，二者并不可割裂開看，是相互關聯并且相互制約的，技術性能主要指處理煙氣的流量、除塵器的阻力以及除塵效率等，經濟性能主要考慮設備投資和運行費用、占地面積和使用年限等，我們在考慮一個除塵裝置的優劣的時候，既要考慮其除塵效果即除塵性能，又要考慮到我們的投入比。

二、鍋爐除塵裝置的專利申請概況

為研究鍋爐除塵裝置的發展狀況，我們對歷年來的專利來關于鍋爐除塵裝置的專利申請進行了統計分析，檢索得到的相關同族的專利申請量約550件。首先，為了方便的觀察鍋爐除塵裝置歷年專利申請量的變化趨勢，我們按照年份對相關專利進行了統計分析。

由圖1可以看出，鍋爐除塵裝置相關的專利申請可以追溯到上個世紀50年代，而上個世紀50年代至80年代屬于該項技術的起步階段，該領域于上世紀90年代開始逐步發展，專利申請量也逐漸增多，自二十一世紀以來，隨著科學技術的不斷發展，人們在追求生產力的同時也更加注重環境的保護，為了減少鍋爐燃燒產生的煙氣中的有害物質對環境的污染，人們開始逐漸專注于煙氣中固體顆粒的去除，全球專利申請量趨勢變化也反應了這一趨勢，2000年以來，有關鍋爐除塵裝置的專利申請量顯著增多，增長勢頭十分明顯。

三、鍋爐除塵裝置技術分析

3.1機械式除塵裝置的發展

機械除塵器依靠機械力將塵粒從氣流中除去，其結構簡單，設備費用和運行費用均較低，但是除塵效率不高。機械式除塵方式大體分為三大類，一類為依靠煙塵重力作用將煙氣中的煙塵出去，最開始的時候僅僅是單純的依靠重力除塵，例如1976年專利申請BE835470A1中將煙氣引入沉降室中通過重力作用進行除塵，在后期，對重力除塵技術進行了改進。總而言之，重力除塵室除塵原理較為簡單，除塵設備組成也較為簡單。

第二類機械除塵方式通過慣性對煙氣除塵。

第三類機械除塵方式是利用離心力對煙氣進行除塵，離心力除塵室含塵煙氣送入除塵裝置，在除塵裝置內使得粉塵顆粒受到離心力作用沉降下來從而從集塵箱的排塵口排出，相對于重力除塵以及慣性除塵，使用離心力除塵的旋風分離器進行除塵是機械除塵的一個重大發展。

歸納而言可知，不管是利用重力或是慣性除塵還是通過離心力除塵的裝置均結構簡單，對設備要求不高，不需要特殊的附加設備，但是機械除塵裝置對于粒徑較小的粉塵分離效率較低，因此，對于粒徑較低的粉塵，一般不宜采用機械式除塵裝置。

3.2濕式除塵器的發展

濕式除塵器是使含塵氣體與液體（一般選擇為水）密切接觸，使得其中的顆粒物由氣相轉變為液相的裝置。按照氣液分散的情況不同，濕式除塵器主要可以分為液滴洗滌類、液膜洗滌類以及液層洗滌類，按照濕式除塵的凈化機理，濕式除塵器大致可以分為重力噴霧洗滌器、旋風洗滌器、填料洗滌器、文丘里洗滌器等^【2】。

近些年來，人們不僅僅單獨的只選擇濕式除塵器這一種除塵類型，而是將濕式除塵與其他的除塵方式進行組合使用，從而達到更好的除塵效果。

3.3電除塵器的發展

電除塵器是利用靜電力實現粒子與氣體分離沉降的除塵設備，其分離效率較高，是目前應用相當廣泛的高效除塵裝置，電除塵器主要由放電電極（電暈極）和集塵電極組成，放電極是陰極，集塵電極是陽極并接地，煙氣從電極之間通過，在兩極之間加上較高的電壓后，在放電的電機附近的電場強度較大，在集塵電極附近的電場的強度相對較小，因此，在兩級之間形成了不均勻的強電場，其除塵原理如圖6所示，它包括氣體電離、粒子荷電、核電離子的遷移、顆粒的沉積與清除四個過程^【3】。

3.4過濾式除塵器

過濾式除塵器由內部過濾以及表面過濾兩種方式，表面過濾紙通過采取織物等類似的薄層濾料對微粒進行捕集，由于織物一般做成袋狀的形式，因此，人們多將其稱為袋式過濾器，其通過對含塵氣體的碰撞、攔截、擴散等作用經含塵氣體中的粉塵進行分離;而另一種除塵方式是內部過濾，顧名思義，其是把如玻璃纖維、金屬絨、硅砂或煤粒等松散的濾料以一定的體積填充于一定的容器或者框架結構內作為過濾層，從而實現含塵粒子的捕集，這種過濾方式由于含塵氣體需要通過比較場的過濾層，因此，僅應用于含塵濃度較小的地方。

四、小結

本文通過VEN數據庫收錄的專利作為樣本，分析了有關鍋爐除塵裝置相關技術的專利申請趨勢，以及技術主題分布，并對鍋爐除塵裝置下的四類除塵器的技術發展做了進一步的演進路線分析，通過上述分析，加深了對鍋爐除塵領域相關技術以及發展水平的認知。

在鍋爐除塵裝置專利申請時間軸來看，2000年是一個節點，2000年后，相關的專利申請量突飛猛進，其中，中國的申請量十分可觀，可見中國十分重視對廢氣中含塵粒子的處理。鍋爐除塵裝置下分為四個大類，在不斷的發展過程中，人們已不單單僅選擇其中一個類型的除塵器，而是依據各類除塵器的原理將其中二者或者多者有機的結合，以進一步提高其除塵效率，或者正對其中某一部件而進一步改進，以提高除塵效率及裝置本身的性能。

參考文獻

[1]劉秉鉞，王雙飛，韓穎等.制漿造紙污染控制[M].中國輕工業出版社.2016.

[2]梁吉艷，崔麗，王新主編.環境工程學[M].中國建材工業出版社.2014.

[3]韓穎主編;劉秉鉞，王雙飛，韓穎編.制漿造紙污染控制[M].中國輕工業出版社.2016.

（作者單位：國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心）