摘 要：流化床風帽作為連接風室與爐膛的核心部件對于流化床的理論研究起著重要的作用，文章通過對相關領域?qū)＠墨I收集、標引和梳理，分析了國內(nèi)外流化床風帽相關專利的年度分布情況，并發(fā)現(xiàn)其技術路線階段性分布，現(xiàn)有的流化床風帽按照其結(jié)構(gòu)主要分成S形風帽、定向風帽、柱形風帽以及鐘罩形風帽，同時作者在文章著重分析了鐘罩形風帽的演進路線。

關鍵詞：流化床；鐘罩式風帽；專利分析

引言

隨著工業(yè)現(xiàn)代化的迅速發(fā)展，人類對能源的需要也是日益提高，而流化床作為一項清潔高效的發(fā)電技術得到了迅速的發(fā)展，其在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和廢棄物處理利用等領域已得到廣泛的商業(yè)應用。流化床清潔發(fā)電技術是目前世界商業(yè)化程度最好的潔凈煤技術之一。流化床技術的進步，對進一步解決我國當前能源緊缺、環(huán)境污染等問題，具有重要意義。循環(huán)流化床的鍋爐的布風裝置由支撐板、風帽、風室、和排渣管組成，在高溫高磨損的惡劣環(huán)境下，風帽是爐內(nèi)的易損部件，風帽質(zhì)量的好壞直接影響著流化床能否安全穩(wěn)定的運行。因此風帽的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量是流化床安全運行的保證，常見的流化床風帽形式主要有S形風帽、定向風帽、柱形風帽以及鐘罩形風帽等。由于風帽設計中的問題，給流化床鍋爐的長期、穩(wěn)定運行帶來了諸多不利影響[1-2]。

1 流化床風帽歷年專利申請量變化趨勢及技術路線演進

流化床風帽技術的研發(fā)較早，從1965年，就已經(jīng)出現(xiàn)了流化床風帽技術的相關專利文獻。

從1965-1982年這長達十多年的時間，對流化床風帽技術的研發(fā)沒有中斷，然而數(shù)量都不是很多，屬于流化床風帽技術發(fā)展的萌芽階段，由于中國專利法設立的時間較晚，因此這一時期風帽技術的專利申請都是外國申請，同時這部分外國申請又多為歐美發(fā)達國家的申請，這也與歐美國家在電站鍋爐技術上的投入以及重視程度是吻合的。這一時期的具代表性的專利有柱形風帽技術分支的：US19680756927A在流化床風帽上設置兩層噴嘴，從而通過產(chǎn)生壓差從而達到更好的流化效果；US19730427864A披露了通過將風帽設置成兩層壁的形式，從而達到降低噴出氣流壓力的目的；US19790100090A披露了一種用于將空氣和燃料同時噴出的組合式柱形風帽；1978年專利文獻JP1491878A提出的通過在流化床風帽底部設置一灰渣排出口從而降低了風帽被堵塞的可能性，達到了均勻布風的目的。

而在1983-2000年這十幾年的時間，流化床風帽技術的全球?qū)＠纳暾埩坑辛舜蠓€(wěn)定的增長，各經(jīng)濟大國在八十年代均制定了一系列自己的流化床技術的推廣計劃，這一時期的風帽技術發(fā)展呈現(xiàn)較好的趨勢，不同的制造商推出了不同的流化床爐型，而風帽的設計也因技術流派的不同，其結(jié)構(gòu)的設計業(yè)不盡相同。這一時期出現(xiàn)的S形風帽的相關技術有：US19880232774為首件涉及S形狀專利的申請：將風帽完全內(nèi)置于布風板耐磨耐火材料里，上段管口和下段管口均分別豎直接入爐膛底部和風室，中段橫向埋于耐磨耐火材料內(nèi)，該風帽磨損量較小，且沒有漏渣問題，但在水平段和垂直向上出風管中，不可避免地出現(xiàn)部分被床料堵死的問題，清理困難；Foster Wheeler公司公司申請的US19900486683A給出了風帽由從布風板向上延伸的用于接收空氣的垂直段、從垂直段向下彎曲延伸的彎曲段以及與彎曲段相連接的用于吹出空氣的水平段三部分組分。這一時期出現(xiàn)的箭形風帽的相關技術有：1994年Combustion Eng和Alstom公司共同申請了US19940307139A：多個以相互平行的關系大體垂直地延伸的噴嘴組件，各噴嘴組件包括一大體是圓柱形的殼體，它具有一與流化床底板大體呈垂直關系布置的中心線，上述各殼體包括在其遠離上述底板的一軸向最遠端自其大體上徑向延伸的四個頭部，從而提高了流化床內(nèi)空氣分配的效率。2000年，清華大學申請的CN00200573設計了一種用于流化床鍋爐的傘骨形風帽，風帽由主風管及連接在主風管上部的2個或多個噴口管組成，在主風管頂端覆蓋有防磨帽頭，從而不僅能明顯提高流化質(zhì)量，有效防止磨損及克服排渣不暢等問題。這一時期關于鐘罩形風帽的代表性專利有：1993年MITSUBISHI申請的JP29796793A通過在風帽芯管和外罩開有小孔的柱塞從而減少了灰渣的回流；JP11587396A通過在風帽芯管的底部設置一調(diào)整柱塞從而調(diào)整進入爐膛內(nèi)空氣的壓力；DE10227473A披露了一種鐘罩形風帽，其通過風帽外罩出口角度的設置調(diào)節(jié)出口空氣的速度，因而風帽頭部的壁可以做薄最終達到節(jié)約成本的目的。

從2001年開始，流化床風帽的申請出現(xiàn)了爆發(fā)性的增長，這種增長還體現(xiàn)在我國申請人在流化床風帽專利技術上專利申請的數(shù)量和質(zhì)量上，這一時期，我國的各大鍋爐制造企業(yè)以及電力院校、研究所更加重視其在流化床技術領域的研究，同時隨著我國知識產(chǎn)權(quán)保護意識的增加，出現(xiàn)了大批的硫化床方面的專利，到目前為止，我國是世界上CFB鍋爐數(shù)量最多、裝機容量最大的流化床發(fā)展大國，同時隨著時間的變化，我國在流化床技術研發(fā)方面的投入持續(xù)的增加，這一時期在箭形風帽申請方面，上海交通大學2008年申請的CN200810041463，對在先專利進行了改型，其披露了一種側(cè)置箭頭式流化床風帽，由一根進風管和兩根風帽出風管構(gòu)成，出風管軸線與進風管下垂線方向呈一定夾角。這一時期在柱形風帽的研發(fā)方面，代表性專利有中國科學院工程熱物理研究所2005年申請的專利CN1699826A披露了一種鑲嵌多孔段型風帽，多孔段的微孔材料為泡沫金屬、多孔金屬、泡沫陶瓷、多孔陶瓷、泡沫金屬陶瓷、多孔金屬陶瓷、陶瓷纖維或金屬纖維，該多孔段組件可拆卸地固定于風管的底端，從根本上徹底解決了風帽的漏灰問題。而在鐘罩式風帽的研發(fā)方面：無錫華光鍋爐股份有限公司申請的CN200420026106將風帽體的底部沿徑向向內(nèi)收縮，形成定位圈，上述槽口開設于定位圈上，風帽體套在中空的連接管上，連接管的上部設置沿徑向的凸緣，凸緣與風帽體上的槽口相互配合連接，從而可以方便地從連接管上安裝或拆卸風帽。中國科學院工程熱物理研究所2010申請的CN201010605861披露的雙節(jié)流內(nèi)嵌柱形風帽，風帽阻力控制精確且有較寬調(diào)節(jié)范圍，具有防漏渣功能，安裝維護方便。

這一時期，除了典型的四種風帽結(jié)構(gòu)之外，清華大學申請的專利CN200610011187，該專利另辟蹊徑，申請了一種浮子式風帽，該浮子式風帽由于該浮子式風帽由圓錐型氣流通道和浮子兩部分組成，所述的浮子頂部為帶導流裙邊的半球，中間為設有內(nèi)螺紋的圓錐段，下部裝有頭部為半球形的螺栓。與之前的風帽相比，該技術給出的浮子式風帽氣流從浮子的四周流出，所以布風均勻，流通面積大，阻力小，可以減少一次風機的電耗；由于其沒有局部高流速區(qū)，不會對相鄰風帽產(chǎn)生磨損同時能夠達到均勻布風的目的。

2 結(jié)束語

文章分析了國內(nèi)外流化床風帽技術，國外對于硫化床的起步較早，而我國雖然對流化床風帽的研究起步較晚，然而通過十幾年的發(fā)展，我國在流化床風帽的研究上有了長足的進步，在吸收典型的流化床風帽技術的基礎上，同樣有了一定的創(chuàng)新，同時我們同樣也應該看到自身的不足，與世界大型電站鍋爐企業(yè)在流化床技術的研發(fā)以及專利的保護意識上尚有一定的差距。因此希望我國企業(yè)進一步地加強在流化床風帽技術上的研發(fā)，從而在競爭中處于有利地位。

參考文獻

[1]駱仲泱，等.循環(huán)流化床鍋爐技術的現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].動力工程，2004，24（6）：761-767.

[2]林宗虎，等.循環(huán)流化床鍋爐[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.