锅炉除尘装置

钱晓颖

摘要：锅炉是现代生活与工业主要的热源之一，随着现在社会、经济等的不断发展，人们对热量的需求与日俱增，因此，锅炉的数量也日益增长，同时对工业废气的排放标准即除尘要求也越来越高。主要从锅炉除尘装置历年专利申请量及技术两大方面对锅炉除尘装置进行分析。

关键词：锅炉；除尘；专利申请

一、锅炉除尘器分类

从含有固体或液体微粒的气流中，出去或捕集固态或液态微粒的设备统称为除尘装置，或称为除尘器，按照除尘器分离捕集粉尘的主要机理，其可分为如下四类：

（1）机械式除尘器：主要利用质量力（重力、惯性力和离心力等）的作用使得粉尘与气流分离沉降，包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等，其中旋风除尘器在工业锅炉中应用较为广泛；

（2）湿式除尘器/湿式洗涤器：主要利用液滴、液膜或液层洗涤含尘气流，从而使得粉尘和气流分离沉降，可用于气体除尘，也可用于气体吸收；

（3）电除尘器：主要利用高压电场使得粉尘粒子荷电，在库仑力作用下使得粉尘和气流分离沉降；

（4）过滤式除尘器：使得含尘气流通过织物或多孔填料层进行过滤分离，包括袋式除尘器、颗粒层除尘器等【1】。

除尘装置的性能主要从性能和经济两个方便考虑，二者并不可割裂开看，是相互关联并且相互制约的，技术性能主要指处理烟气的流量、除尘器的阻力以及除尘效率等，经济性能主要考虑设备投资和运行费用、占地面积和使用年限等，我们在考虑一个除尘装置的优劣的时候，既要考虑其除尘效果即除尘性能，又要考虑到我们的投入比。

二、锅炉除尘装置的专利申请概况

为研究锅炉除尘装置的发展状况，我们对历年来的专利来关于锅炉除尘装置的专利申请进行了统计分析，检索得到的相关同族的专利申请量约550件。首先，为了方便的观察锅炉除尘装置历年专利申请量的变化趋势，我们按照年份对相关专利进行了统计分析。

由图1可以看出，锅炉除尘装置相关的专利申请可以追溯到上个世纪50年代，而上個世纪50年代至80年代属于该项技术的起步阶段，该领域于上世纪90年代开始逐步发展，专利申请量也逐渐增多，自二十一世纪以来，随着科学技术的不断发展，人们在追求生产力的同时也更加注重环境的保护，为了减少锅炉燃烧产生的烟气中的有害物质对环境的污染，人们开始逐渐专注于烟气中固体颗粒的去除，全球专利申请量趋势变化也反应了这一趋势，2000年以来，有关锅炉除尘装置的专利申请量显著增多，增长势头十分明显。

三、锅炉除尘装置技术分析

3.1机械式除尘装置的发展

机械除尘器依靠机械力将尘粒从气流中除去，其结构简单，设备费用和运行费用均较低，但是除尘效率不高。机械式除尘方式大体分为三大类，一类为依靠烟尘重力作用将烟气中的烟尘出去，最开始的时候仅仅是单纯的依靠重力除尘，例如1976年专利申请BE835470A1中将烟气引入沉降室中通过重力作用进行除尘，在后期，对重力除尘技术进行了改进。总而言之，重力除尘室除尘原理较为简单，除尘设备组成也较为简单。

第二类机械除尘方式通过惯性对烟气除尘。

第三类机械除尘方式是利用离心力对烟气进行除尘，离心力除尘室含尘烟气送入除尘装置，在除尘装置内使得粉尘颗粒受到离心力作用沉降下来从而从集尘箱的排尘口排出，相对于重力除尘以及惯性除尘，使用离心力除尘的旋风分离器进行除尘是机械除尘的一个重大发展。

归纳而言可知，不管是利用重力或是惯性除尘还是通过离心力除尘的装置均结构简单，对设备要求不高，不需要特殊的附加设备，但是机械除尘装置对于粒径较小的粉尘分离效率较低，因此，对于粒径较低的粉尘，一般不宜采用机械式除尘装置。

3.2湿式除尘器的发展

湿式除尘器是使含尘气体与液体（一般选择为水）密切接触，使得其中的颗粒物由气相转变为液相的装置。按照气液分散的情况不同，湿式除尘器主要可以分为液滴洗涤类、液膜洗涤类以及液层洗涤类，按照湿式除尘的净化机理，湿式除尘器大致可以分为重力喷雾洗涤器、旋风洗涤器、填料洗涤器、文丘里洗涤器等【2】。

近些年来，人们不仅仅单独的只选择湿式除尘器这一种除尘类型，而是将湿式除尘与其他的除尘方式进行组合使用，从而达到更好的除尘效果。

3.3电除尘器的发展

电除尘器是利用静电力实现粒子与气体分离沉降的除尘设备，其分离效率较高，是目前应用相当广泛的高效除尘装置，电除尘器主要由放电电极（电晕极）和集尘电极组成，放电极是阴极，集尘电极是阳极并接地，烟气从电极之间通过，在两极之间加上较高的电压后，在放电的电机附近的电场强度较大，在集尘电极附近的电场的强度相对较小，因此，在两级之间形成了不均匀的强电场，其除尘原理如图6所示，它包括气体电离、粒子荷电、核电离子的迁移、颗粒的沉积与清除四个过程【3】。

3.4过滤式除尘器

过滤式除尘器由内部过滤以及表面过滤两种方式，表面过滤纸通过采取织物等类似的薄层滤料对微粒进行捕集，由于织物一般做成袋状的形式，因此，人们多将其称为袋式过滤器，其通过对含尘气体的碰撞、拦截、扩散等作用经含尘气体中的粉尘进行分离；而另一种除尘方式是内部过滤，顾名思义，其是把如玻璃纤维、金属绒、硅砂或煤粒等松散的滤料以一定的体积填充于一定的容器或者框架结构内作为过滤层，从而实现含尘粒子的捕集，这种过滤方式由于含尘气体需要通过比较场的过滤层，因此，仅应用于含尘浓度较小的地方。

四、小结

本文通过VEN数据库收录的专利作为样本，分析了有关锅炉除尘装置相关技术的专利申请趋势，以及技术主题分布，并对锅炉除尘装置下的四类除尘器的技术发展做了进一步的演进路线分析，通过上述分析，加深了对锅炉除尘领域相关技术以及发展水平的认知。

在锅炉除尘装置专利申请时间轴来看，2000年是一个节点，2000年后，相关的专利申请量突飞猛进，其中，中国的申请量十分可观，可见中国十分重视对废气中含尘粒子的处理。锅炉除尘装置下分为四个大类，在不断的发展过程中，人们已不单单仅选择其中一个类型的除尘器，而是依据各类除尘器的原理将其中二者或者多者有机的结合，以进一步提高其除尘效率，或者正对其中某一部件而进一步改进，以提高除尘效率及装置本身的性能。

参考文献

[1]刘秉钺，王双飞，韩颖等.制浆造纸污染控制[M].中国轻工业出版社.2016.

[2]梁吉艳，崔丽，王新主编.环境工程学[M].中国建材工业出版社.2014.

[3]韩颖主编；刘秉钺，王双飞，韩颖编.制浆造纸污染控制[M].中国轻工业出版社.2016.

（作者单位：国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心）