電除塵器振打清灰專利技術發展分析

謝德娟 曹壽峰

摘 要：本文從專利角度對除塵器電極板振打清灰技術的發展狀況做了分析，著重對機械振打技術、氣動振打技術、電磁振打技術的重要節點專利進行了梳理。

關鍵詞：除塵器;電極板;清灰;振打;專利分析;技術發展

0 引言

電除塵器作為一種工業煙氣凈化設備，廣泛應用于電力、冶金、化工等行業。工業電除塵器（ESP）種類和結構形式繁多，但都基于相同的工作原理，主要包括電暈放電、粉塵荷電、荷電粉塵在電場中的遷移運動以及被捕集粉塵的清除。在電除塵器中，電極板的清灰效果對電除塵器的除塵效率有著顯著的影響，有效清除電極板捕集的灰塵是保障電除塵器持續高效運行的重要環節，如果沒有把電極上的積灰清除干凈，將引起供電功率下降從而導致電除塵器的除塵效率降低。

常規靜電電除塵器被捕集粉塵的清除，主要有機械清灰和聲波清灰兩種。而機械清灰方式中，最為廣泛應用的是頂部電磁錘振打和側部繞臂錘振打。振打裝置的振打力大小以及均勻性是否符合要求，是否設置合理的振打周期，較大地影響了電除塵器的除塵效果。本文將對電除塵器振打清灰技術的專利技術發展路線進行分析。

1 振打清灰專利技術演進概況

振打清灰是通過一較小物體打擊受振動體，使其產生沖擊振動，因振打接觸時間很短，耗用能量很少，但瞬時沖擊力很大。這種瞬間敲擊脈沖力由無限多個簡諧力疊加而成，作用在受振動物體上，引起一連串的諧振反應，使電極上的粉塵層獲得的慣性力克服作用在粉塵層上的電場力和黏附力從而使粉塵脫落。

通過對振打清灰除塵技術的相關專利文獻進行梳理和總結，得到該技術的技術發展路線演進圖（見圖1）。振打清灰技術從振打位置來看主要分為頂部振打和側部振打兩大流派。從圖中可知，這兩項技術一直是并存和發展的，但總體上以頂部振打為振打清灰技術的主流。這是由于頂部振打方式中，振打力從上往下傳遞，振打力分布為上大下小，符合振打機理，振打力方向與粉塵的落灰方向一致，因而粉塵易呈塊狀脫落并快速落到灰斗中，清灰效果較好。而側向清灰技術的振打力從下往上傳遞，振打力分布為下部大上部小，且振打力方向為垂直于粉塵落入的方向，需要使用很大的振打力來保證清灰徹底。

從振打驅動方式上可以看出，振打清灰技術主要分為機械振打、氣動振打和電磁振打，其中機械振打方式在頂部振打技術和側部振打技術中均有使用，而電磁振打和氣動振打則主要集中在頂部振打技術中。

2 振打清灰技術重要節點專利

2.1 機械振打清灰技術

由于機械振打技術耗能低，改進設計空間較大，其占據整個振打清灰技術的主流。對于機械振打技術，國內外的研究均重點集中在振打力傳遞機構的設計上。通過傳動方式改進、傳動組件加工方式改進等方式以保證振打傳動結構對振打力的有效傳遞，以及傳動結構的工作可靠性。

2015年的CN205084885U中的陰極振打裝置針對采用陰極小分區供電技術的電除塵器，將振打錘的水平振打力傳遞至所述陰極框架的各部分，且振打力衰減不明顯，保證其足夠使積灰下落。同年的CN105327780A針對目前頂傳側打機構中大小針輪容易出現的針輪柱銷斷裂問題，采用凸輪結構傳動，通過立軸帶動凸輪Ⅱ轉動一周，凸輪Ⅱ撥動凸輪Ⅰ擺動一次，從而帶動安裝在水平軸上的振打錘也相應擺動一定角度。凸輪Ⅱ與凸輪Ⅰ脫開的瞬間，振打錘在自重力的作用下，向下擺動打擊陰極振打砧。2017年的CN106694230A則針對傳動組件之間用焊接連接存在的焊縫開裂問題，采用普通碳鋼將振打定位件采用磨具一次壓制成型，各組件間通過栓釘、沉頭孔等連接，避免采用焊接結構。

2.2 氣動振打清灰技術

氣動振打是利用高壓氣體推動活塞桿運動以帶動錘頭進行振打，相對于機械振打，結構得到大大簡化，僅需要高壓空氣作為動力源，振動力的傳遞也相對平穩可靠。而電磁振打是采用線圈通電生磁，利用電磁力將振打棒提高，再控制線圈斷電從而使電磁力消失，電磁振打不僅能夠提高振動力傳遞的平穩可靠性，且其用微機控制，可根據工況變化和實際需要，對每個電磁錘振打器的振打周期、頻率、順序和振打力度進行靈活調節，各振打器相互獨立各自有對應的準確接線地址，可對每個振打器實行準確控制。

早在1969年，US3605915A中公開了一種氣動單脈沖振打清灰技術，其采用氣缸的活塞配合活塞復位彈簧實現一定頻率的振打，活塞復位彈簧與活塞前后設置。1987年，JPH01143658A中也針對頂部采用凸輪和提拉桿帶動振打錘振打占用空間大等缺點，采用高壓空氣通過管道帶動振打錘進行振打，高壓空氣的壓力可控，結構較為簡單。而同年的US4693732A中則對氣動振打技術作了進一步改進，其將活塞復位彈簧設置在氣缸套筒外部對稱，設置在活塞桿兩側，且在除塵器上部設置多個氣動振打裝置，一個從頂部上方振打，兩個從頂部側向振打，進一步提高了氣動振打的清灰效果。1994年US5561583A中通過控制回路控制振打頻率為每秒3次，同時對振幅、時間的準時和延遲等進行控制，提高了氣動振打的精確性。

2.3 電磁振打清灰技術

幾乎與氣動振打技術同時期出現的還有電磁振打技術，而電磁振打技術的研究主要集中在電磁線圈的控制技術。1977年，US4111669A公開了電磁脈沖振打的控制方法，其控制器以一定的周期間歇地向振打錘的電路供電，其具有切換開關，每個時間周期內向至少一個振打錘供電，并保證振打間隔時間可變。1984年，JPS59193161A中則針對電磁線圈易斷裂的問題提供了一種電磁線圈的檢測控制回路。1991年，CN2087997U在頂部保溫箱外部設置電磁振打裝置，其將線圈通過與橋式整流器連接進行調節，從而實現振打頻率、振打力可調。1997年，CN2265248Y中公開了一種電磁振打程序控制儀，采用可控硅作為整流元件和振打控制的執行元件，可實現1-99只電磁振打裝置的程序控制，結構簡單，維修方便，切換無火花。2010年，CN101979146A針對已有的電磁振打器存在連線過多的缺陷，采用對振打器進行管理的智能控制裝置，使用一根兩芯線并行連接各振打器，連線大為減少。2014年，CN204353010U公開的電磁振打控制裝置包括綜合控制回路和行列控制回路。其中，綜合控制回路中的整流二極管為封裝型二極管，綜合控制回路中的晶閘管為封裝型二極管;行列控制回路中的晶閘管為封裝型晶閘管。采用封裝型二極管代替原有控制回路中的螺栓結構的整流二極管，并且采用封裝型晶閘管代替原有控制回路中的螺栓結構的晶閘管，使得控制回路的體積減小，節省電磁振打控制回路的占用空間。2015年，CN105107633A則針對線圈的封裝方式進行改進，其為解決現有振打器中線圈的固定構件結構復雜的缺點，提出了一種無固封劑式頂部電磁振打器。其骨架上設置聚乙烯泡沫塑料制成的彈性的上固定圈和下固定圈，上固定圈和下固定圈套接配合固定在筒體內，線圈的頂部固定配合在上固定圈的底部，線圈的底部與下固定圈固定配合，從而不使用固封劑將電磁線圈固定在筒體內，提高了線圈工作的可靠性。

3 結語

由上述分析可知，電除塵器振打清灰相關專利文獻主要包括機械振打、氣動振打、電磁振打三類振打技術，相關專利申請的技術演進則主要涉及振打力傳遞結構的改進，目的在于提高振打力的傳遞平穩性和均勻性，同時保證相關結構組件的工作可靠性，從而保證電除塵器的除塵效果。

參考文獻：

[1]鄭欽臻，李樹然，周靖鑫，等.振打清灰對電除塵器排放的影響：工業應用分析[J].高壓電技術，2017，43（02）：499-506.

[2]王俊民.電除塵工程手冊[M].北京：中國標準出版社，2007.

[3]田雨.淺析影響發電廠電除塵器除塵效率的原因[J].黑龍江科技信息，2011（07）：52.