摘要：1974年日本首次公开了电袋复合专利技术，国内电袋复合技术虽起步较晚，但经历数十年的发展，已在专利数量和技术广度上形成一定优势。本文对国内外电袋复合专利技术进行了分析，梳理了电袋复合技术的核心专利及发展脉络，并对电袋复合除尘专利的检索提出了若干建议。
关键词：电袋复合；嵌入式；脱硫；均流板
一、背景和意义
火力发电是我国主要的电力供应形式。在今后的20-30年内，火力发电仍将占全国总发电量的60%以上[1]。但燃煤产生颗粒物、SOx、NOx有机物和痕量元素等污染严重制约了我国能源工业乃至整个国民经济的快速发展。电袋复合除尘器是电除尘器与袋式除尘器的组合形式，其充分利用了电除尘器高效低阻及袋式除尘器高精度的特点，具有广泛的应用前景。
二、电袋复合除尘器专利技术的总体状况
2.1 申请趋势
笔者在CNTXT和VEN数据库中，利用如下分类号（IC、FT）及关键词：B01D46、B03C3、B01D50、B01D51、B01D53、4D054、4D058；电袋，电布，电滤，静电、电场、电极、布袋、滤袋；electric、electrostatic、electrode、bag、fabric、filter precipitator进行了检索和筛选，检索时间截止为2018年7月30日，共获得185篇专利文献，其中中国专利135篇，国外专利50篇。
2.1.1 国外申请趋势
住友重机于1972年提出了世界上第一件电袋复合除尘器专利申请JPS4965564A。但此后，国外相关专利的公开量并未大幅增长，仅在1980-1989、2000-2009两个阶段内有两位数的公开量，分别为19件、16件。
截止于本文检索终止时，国外关于电袋复合技术的专利公开量为50篇，其中日本申请人占28篇，主要申请人为日立、三菱重工、新日本制铁三家企业。
2.1.2 中国申请趋势
我国首篇相关专利CN85102824A公开于1986年，申请人为冶金工业部安全技术研究所。2004年起，相关专利的公开量开始快速增长。国内电袋复合专利的申请人主要分布于东部沿海城市，尤其以福建和江苏两省居多。这是由于沿海城市的工业化程度较高，环境问题突出，同时对火力发电依赖性大。使得该区域的企业、高校等单位对于高效率除尘技术的研究投入相对更多。
2.2 技术分布
2.2.1 技术主题分布
本文将电袋复合专利技术分为四个一级主题：装置结构、滤袋保护、除尘效率、多污染物联合脱除。
国外相关专利所覆盖的主题集中于装置结构，如立式电袋、内插电极式滤袋、嵌入式电袋等电区和袋区的组合方式，以及电袋与旋风、重力等传统除尘手段的组合。这是由于对电袋复合除尘的改进大部分是针对袋区或电区的独立改进。这促使申请人倾向于以单独的电除尘器或袋除尘器申请专利。该点可从国外相关专利的主分类号分布得到印证，在50篇国外专利中，分布于独立电除尘器（B03C3）的有36篇；独立袋式除尘器（B01D46）的有8篇。
我国相关专利的技术主题分布相对均匀，在组合方式、除尘效率，滤袋保护的主题上均有布局。这是由于滤袋寿命较短，且高性能滤袋依赖进口因而滤袋成本在运行成本中的占比很高[2]。因此，对滤袋保护方案的研究就成了企业缩减运行成本的重要手段。
我国相关专利文献的主分类号主要分布于组合除尘器（B01D50）大组下，占比约64%。此外，在独立电除尘器、独立袋除尘器、烟气净化（B01D53）等大组下也有少量分布。
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2.2.2 申请人分布
龙净环保（福建龙净、厦门龙净等）以58篇相关专利公开量成为国内在电袋复合除尘领域最重要的申请人。而清华大学与同方股份或同方环境作为独立申请人或共同申请人申请了六篇相关发明专利，授权率为100%，体现了清华在电袋复合除尘技术上的高水平研发能力。
三、核心专利
首篇电袋复合专利于1974年公开。其方案为在阵列布置的滤袋之间设置高压放电针，同时在滤袋内部设置高压阳极板的跨滤袋的电场。该方案是一种嵌入式布置方式，颗粒荷电后受袋内阳极板的吸引，加速向阳极板运动，并被滤袋截留。
1975年，美国专利US3910779A也描述了一种嵌入式电袋复合除尘器。不同的是，其取消了设在滤袋内部的阳极板并同时在混合区上游设置了前级电场，使大部分颗粒在到达滤袋表面之前就被去除，显著降低了滤袋的负荷。
此后，日立公司发现，荷电灰尘的集聚会使阳极板与放电极间的电位差缩小，导致放电效果下降，对此其在1986年公告的日本专利JPS6161864B2中提出阳极板链的方案，对阳极板进行持续的清灰。
同年7月，我国首篇电袋复合专利CN85102824A公开，其记载了一种具有管状收尘极和置于管内的线式放电针方案，实现了在同等电区体积下，烟气在电区的更长荷电和集尘时间。
1993年美国专利US5217511A首次提出可将电区和袋区置于同一壳体，以解决管道连接带来的袋区气流分布不均匀问题。同时，该专利进一步在电、袋过渡区域设置了两级均流孔板。
2003年美国专利US6524369B1提出在滤袋与放电针的混合区设置阳极板的嵌入方案以解决电火花灼伤滤袋的问题。该专利采用凹凸交替阳极板；板间缩径段设置电极；扩径段设置滤袋；使气流在放电极处形成文丘里混合效果，促进烟尘荷电。
2004年，韩国专利KR20040020128A针对该嵌入方案提出了进一步的改进型。滤袋和放电极分列于收尘极板的两侧，使滤袋和放电极被收尘极板隔离，电火花被严格限制在两侧收尘极板之间，而不会直接作用于滤袋。
2008年，清华大学在其中国专利CN101121152A中提出了一种用于混合区的双层收尘板。第二层收尘板被布置于第一层收尘板的间隙处，阻隔了烟气对滤袋的直接冲击。2014年又在其专利CN103566695A中对该方案进行了优化，双层板被改为单层多孔板，圆孔外部连接有圆形挡板，从而在保证阻隔效果的前提下简化了收尘板的电连接结构。
2009年，浙江菲达在其专利CN101337148A中公开了将袋区分成若干子室，并沿烟气流向安装于不同高度处，以使烟气在袋区均匀分布。湖南湘达环保在其于2015年公开的专利CN204469483U中将滤袋的高度梯度改为了密度梯度。
2014年，福建龙净在其专利CN103521025A中首次公开了将滤袋横置以解决袋区前后端负荷不均匀的问题，该方案被多篇专利引用。
在电袋嵌入方案上，福建龙净在其一篇专利中描述了在阳极板间布置2-3排滤袋的方案，后成为了主流的电袋嵌入方案。2017年，龙净在其专利CN106552469A中提出在应用中，该嵌入方案仍存在较明显的烧袋现象。并提出使用金属滤袋，且在其表面设置金属芒刺作为放电针的解决方案。使滤袋同时具有放电和过滤作用，极大简化了混合区的结构。
四、结论建议
由于分类和撰写习惯的差异，国外相关专利主要分布于独立的电除尘器B03C3或袋除尘器B01D46大组下；而国内相关专利涉及主题广泛，除针对装置结构的改进方案外，还大量涉及除尘效率、联合脱除等技术主题。在分类上，国内专利主要分布于组合除尘器B01D50大组下；因此，充分的检索应兼顾上述三个大组。
参考文献
[1] 张晓鲁.推动电力发展和电力结构调整创建国际一流电力企业.中国电力[J].2001(9):6-7.
[2] 曾昌伍.窑尾袋收尘器使用国产滤袋与进口滤袋的技术经济分析.中国硅酸盐学会环保学术年会论文集[J].2012:40-42.
作者简介：庄海民（1989-05），男，汉族，籍贯：江苏省宿迁市，当前职务：发明专利实质审查员，当前职称：实习研究员，学历：硕士，研究方向：化工
论文作者:庄海民
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：专利论文; 滤袋论文; 除尘器论文; 阳极板论文; 收尘论文; 方案论文; 电除尘器论文; 《电力设备》2019年第6期论文;