鍋爐除塵裝置

錢曉穎

摘要：鍋爐是現(xiàn)代生活與工業(yè)主要的熱源之一，隨著現(xiàn)在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等的不斷發(fā)展，人們對(duì)熱量的需求與日俱增，因此，鍋爐的數(shù)量也日益增長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)工業(yè)廢氣的排放標(biāo)準(zhǔn)即除塵要求也越來(lái)越高。主要從鍋爐除塵裝置歷年專利申請(qǐng)量及技術(shù)兩大方面對(duì)鍋爐除塵裝置進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：鍋爐；除塵；專利申請(qǐng)

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(tài)或液態(tài)微粒的設(shè)備統(tǒng)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(jī)理，其可分為如下四類：

（1）機(jī)械式除塵器：主要利用質(zhì)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(fēng)除塵器等，其中旋風(fēng)除塵器在工業(yè)鍋爐中應(yīng)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(chǎng)使得粉塵粒子荷電，在庫(kù)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(jìn)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(jīng)濟(jì)兩個(gè)方便考慮，二者并不可割裂開看，是相互關(guān)聯(lián)并且相互制約的，技術(shù)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(jīng)濟(jì)性能主要考慮設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用、占地面積和使用年限等，我們?cè)诳紤]一個(gè)除塵裝置的優(yōu)劣的時(shí)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(qǐng)概況

為研究鍋爐除塵裝置的發(fā)展?fàn)顩r，我們對(duì)歷年來(lái)的專利來(lái)關(guān)于鍋爐除塵裝置的專利申請(qǐng)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，檢索得到的相關(guān)同族的專利申請(qǐng)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(qǐng)量的變化趨勢(shì)，我們按照年份對(duì)相關(guān)專利進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。

由圖1可以看出，鍋爐除塵裝置相關(guān)的專利申請(qǐng)可以追溯到上個(gè)世紀(jì)50年代，而上個(gè)世紀(jì)50年代至80年代屬于該項(xiàng)技術(shù)的起步階段，該領(lǐng)域于上世紀(jì)90年代開始逐步發(fā)展，專利申請(qǐng)量也逐漸增多，自二十一世紀(jì)以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們?cè)谧非笊a(chǎn)力的同時(shí)也更加注重環(huán)境的保護(hù)，為了減少鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣中的有害物質(zhì)對(duì)環(huán)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?qū)＠暾?qǐng)量趨勢(shì)變化也反應(yīng)了這一趨勢(shì)，2000年以來(lái)，有關(guān)鍋爐除塵裝置的專利申請(qǐng)量顯著增多，增長(zhǎng)勢(shì)頭十分明顯。

三、鍋爐除塵裝置技術(shù)分析

3.1機(jī)械式除塵裝置的發(fā)展

機(jī)械除塵器依靠機(jī)械力將塵粒從氣流中除去，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用均較低，但是除塵效率不高。機(jī)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(shí)候僅僅是單純的依靠重力除塵，例如1976年專利申請(qǐng)BE835470A1中將煙氣引入沉降室中通過重力作用進(jìn)行除塵，在后期，對(duì)重力除塵技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)?？偠灾亓Τ龎m室除塵原理較為簡(jiǎn)單，除塵設(shè)備組成也較為簡(jiǎn)單。

第二類機(jī)械除塵方式通過慣性對(duì)煙氣除塵。

第三類機(jī)械除塵方式是利用離心力對(duì)煙氣進(jìn)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(nèi)使得粉塵顆粒受到離心力作用沉降下來(lái)從而從集塵箱的排塵口排出，相對(duì)于重力除塵以及慣性除塵，使用離心力除塵的旋風(fēng)分離器進(jìn)行除塵是機(jī)械除塵的一個(gè)重大發(fā)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求不高，不需要特殊的附加設(shè)備，但是機(jī)械除塵裝置對(duì)于粒徑較小的粉塵分離效率較低，因此，對(duì)于粒徑較低的粉塵，一般不宜采用機(jī)械式除塵裝置。

3.2濕式除塵器的發(fā)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(zhuǎn)變?yōu)橐合嗟难b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(jī)理，濕式除塵器大致可以分為重力噴霧洗滌器、旋風(fēng)洗滌器、填料洗滌器、文丘里洗滌器等【2】。

近些年來(lái)，人們不僅僅單獨(dú)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(jìn)行組合使用，從而達(dá)到更好的除塵效果。

3.3電除塵器的發(fā)展

電除塵器是利用靜電力實(shí)現(xiàn)粒子與氣體分離沉降的除塵設(shè)備，其分離效率較高，是目前應(yīng)用相當(dāng)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(yáng)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(jī)附近的電場(chǎng)強(qiáng)度較大，在集塵電極附近的電場(chǎng)的強(qiáng)度相對(duì)較小，因此，在兩級(jí)之間形成了不均勻的強(qiáng)電場(chǎng)，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(gè)過程【3】。

3.4過濾式除塵器

過濾式除塵器由內(nèi)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(duì)微粒進(jìn)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(duì)含塵氣體的碰撞、攔截、擴(kuò)散等作用經(jīng)含塵氣體中的粉塵進(jìn)行分離；而另一種除塵方式是內(nèi)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(jié)構(gòu)內(nèi)作為過濾層，從而實(shí)現(xiàn)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(chǎng)的過濾層，因此，僅應(yīng)用于含塵濃度較小的地方。

四、小結(jié)

本文通過VEN數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的專利作為樣本，分析了有關(guān)鍋爐除塵裝置相關(guān)技術(shù)的專利申請(qǐng)趨勢(shì)，以及技術(shù)主題分布，并對(duì)鍋爐除塵裝置下的四類除塵器的技術(shù)發(fā)展做了進(jìn)一步的演進(jìn)路線分析，通過上述分析，加深了對(duì)鍋爐除塵領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)以及發(fā)展水平的認(rèn)知。

在鍋爐除塵裝置專利申請(qǐng)時(shí)間軸來(lái)看，2000年是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，2000年后，相關(guān)的專利申請(qǐng)量突飛猛進(jìn)，其中，中國(guó)的申請(qǐng)量十分可觀，可見中國(guó)十分重視對(duì)廢氣中含塵粒子的處理。鍋爐除塵裝置下分為四個(gè)大類，在不斷的發(fā)展過程中，人們已不單單僅選擇其中一個(gè)類型的除塵器，而是依據(jù)各類除塵器的原理將其中二者或者多者有機(jī)的結(jié)合，以進(jìn)一步提高其除塵效率，或者正對(duì)其中某一部件而進(jìn)一步改進(jìn)，以提高除塵效率及裝置本身的性能。

參考文獻(xiàn)

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

[2]梁吉艷，崔麗，王新主編.環(huán)境工程學(xué)[M].中國(guó)建材工業(yè)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(guó)輕工業(yè)出版社.2016.

（作者單位：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心）