前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的等離子體煤粉燃燒技術專利申請綜述，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
采用等離子體能量用于改善高爐效果的方法有：①用等離子體發生器進行超高溫預熱鼓風，并同方向噴入粉煤或其他碳氫化合物以代替焦炭；②用等離子體提供的能量來重整和加熱含碳或碳氫化合物燃料，自爐外生成還原氣體引入高爐。其優點在于：不像高爐那樣必須建煉焦和燒結車間。焦炭消耗有限，可以從市場上購買，爐身和大多數裝備都相應地減小，基建投資和操作成本比高爐節約得多。煤和焦炭消耗量低，也導致鐵水含硫低，而在高爐中這要靠獨立的脫硫處理才能達到。等離子體煤粉燃燒技術在上述兩方面的科研成果，大部分都申請了專利，因而通過相關專利分析可以較好地反映出等離子體煤粉燃燒技術的研究和應用進展。本文通過分析國內外有關等離子體煤粉燃燒技術的專利申請的地理分布、技術熱點及專利權人信息，判斷并揭示當前等離子體煤粉燃燒技術的發展狀況及發展趨勢。相關專利申請狀況分析本文檢索專利申請所采用的數據庫為當前最為權威的四大專利數據庫：中國專利數據庫（CNPAT）、德溫特世界專利索引數據庫（WPI）、日本專利文獻數據庫（PAJ）、歐洲專利局專利文獻數據庫（EPODOC），檢索內容為2012年6月4日前所公開的所有有關等離子體煤粉燃燒技術的專利文獻。檢索的策略主要為關鍵詞檢索和IPC分類號檢索，采用關鍵詞為“等離子”、“煤粉”、“燃燒”，分類號為F23Q、F23D、C21B、H05H、F23C（具體含義見表1，表略）。在上述四大專利數據庫進行檢索后，經過去除重復專利文獻、瀏覽相關專利文獻摘要并刪除不相關專利文獻，得到189件有關等離子體煤粉燃燒技術的專利申請，其中發明專利申請154件，實用新型專利申請35件，外觀設計專利申請0件。由于專利申請具有延遲公開的特點，有少量2010年的申請和大量2011年的申請還沒有公開。
1．專利申請量的年度變化情況
為了能夠客觀地反映該專利技術的發展規律，首先研究其專利申請量隨時間（以年份為單位）的變化趨勢。等離子體煤粉燃燒技術的首次專利申請出現在1968年，是由美國的AVCO公司提出的。首次探索性的研究之后，出現了近10年的暗淡期，這是因為該技術首次應用后，要有相當長的一段時間讓技術人員去解決該技術應用時所出現的各種技術問題，比如說還需要在電極材料、大功率線圈冷卻、流體力學和傳熱領域做基礎研究和積累實踐經驗，使其中的“錯誤”不會在后來的設計中重復。該技術專利申請量在1980年出現過一次小的明顯增長，之后再經過幾年的沉寂，在1986年達到第一個峰值19件，此后，申請量有所下滑，但仍然保持在一個比之前相對高的水平上波動，在2008年再次達到新的峰值22件。參見圖1所示。眾所周知，同族專利是一組具有相同發明主題，用相同或不同文種向不同國家或國際組織多次申請、多次被公開或批準，內容相同或基本相同的專利。申請人為了維護自己的潛在收益，不惜花費資金在許多國家申請專利，尋求保護，因而同族專利數量的多少可以作為衡量專利技術價值的一項重要依據。圖1（圖略）中的專利申請量未排除同族專利的因素，因此將等離子體煤粉燃燒技術相關專利申請中的同族專利與非同族專利區分開來形成圖2。由前面的分析可知，從圖2中下方非同族專利申請量的變化趨勢，可以更為清晰地看出等離子體煤粉燃燒技術專利申請數量隨年份的變化情況；圖2中上方的同族專利申請量變化趨勢，則反映了等離子體煤粉燃燒技術專利申請質量（技術含量和專利權的地域保護范圍）隨年份的變化情況。從圖2中得到的結論是：等離子體煤粉燃燒技術專利申請數量實際上是一直保持平緩上升的，而在1986年、1988年、1991年、1996年、2008年，相關專利申請的質量大幅度提高，涌現出技術水平較高、要求保護的地域范圍顯著擴張的同族專利。
2．專利申請的國別分析
通過對專利申請的申請號進行國別統計，可以分析該技術的地理上的熱點所在。從圖3中的數據可以看出，目前該技術最活躍的地區在中國，相關專利申請量高達61件，是第二名的2倍左右，原因在于目前中國石油資源緊缺，以相對廉價的煤代替價格高昂的燃油的迫切性非常高；其次是俄羅斯（本文將前蘇聯的相關專利申請量并入俄羅斯的申請量中），相關專利申請量為30件，該國的煤炭和石油資源都非常豐富，但是其火力發電廠主要以燒煤為主，該國科技實力很強，且與中國在等離子體煤粉燃燒技術方面一直有良好的合作關系，在中國也申請了不少相關專利；日本在能源方面比較貧乏，因此該國不但在火力發電廠而且在高爐煉鐵領域都一直積極嘗試采用等離子體煤粉燃燒技術以盡可能節省燃油和焦炭，其相關專利申請量排行世界第三，達到21件；美國和歐洲國家的火力發電廠主要以燒油為主，故在這些地區相關專利申請較少。
3．主要申請人
圖4（圖略）顯示了擁有3件以上等離子體煤粉燃燒技術專利申請的主要申請人，其申請量按照降序排列的匯總情況，統計過程中將各子公司的申請量與母公司的申請量合并統計。在此僅介紹排名前三位的申請人以及圖中其余的中國申請人。申請量排名全球第一的是中國龍源電力公司，其相關專利申請量高達41件，并且多數是質量較高的PCT申請。該公司主要生產鍋爐安全控制系統、火焰檢測裝置等產品，自1998年成立以來，堅持走自主創新之路，研發成功了具有世界先進水平的DLZ-200型等離子無油點火裝置，并擁有完全自主知識產權。在等離子點火及穩燃技術的研發過程中，龍源電力攻克了等離子發生器技術、燃燒器內燃技術、等離子燃燒系統優化設計等多項重大技術難題，先后取得了多項國際和國內專利，并達到工業化應用水平。該公司已經在美國、加拿大、日本、澳大利亞、英國、德國等國家申請了等離子體煤粉燃燒技術相關專利。據估算，如果原電力系統機組均采用其技術，每年可節約燃油250萬噸以上；如果國內火力發電廠全部采用其技術，每年可節約的燃油相當于一座中型油田的產量。該公司已經運行和正執行合同的采用等離子點火和穩燃技術的機組總容量超過1.3億千瓦，還有上百臺機組鍋爐正在可行性研究和方案論證階段。為開拓國際市場，2006年6月，龍源電力與英國三井巴布科克公司簽訂了在國際市場共同推廣等離子體點火技術合作協議，這標志著其等離子點火技術走出國門取得實質性進展。按照協議要求，針對英國DRAX電廠的等離子點火技術改造方案已試驗成功，并為出口歐洲市場作好了技術準備。此外，該公司已經與澳大利亞及英國的多個發電集團進行技術談判，與俄羅斯的多個科研機構進行了有關等離子技術應用的交流、合作，還和美國的主要鍋爐制造商開展了等離子燃燒器的技術研究。申請量排名全球第二的是澳大利亞悉尼大學，其相關專利申請量達到27件。悉尼大學創建于1850年，是澳大利亞最古老的大學之一。悉尼大學的物理系自20世紀70年代初就開始進行等離子體煤粉燃燒技術的科研工作，且多次組織世界范圍內的等離子學術大會，享有較高的學術地位。該大學與澳大利亞新南威爾士州電力委員會有良好的合作關系，其研究成果能順利地應用于火力發電廠和煉鐵廠。申請量排名全球第三的是法國鋼鐵研究院（IRSID，institutderecherchesdelasederurgie），其擁有20件相關專利申請，全部為PCT申請。該研究院隸屬于法國鋼鐵聯合會和工業部，成立于1946年，其委員會由法國一些主要鋼鐵公司的董事長組成。它面向法國所有鋼鐵企業，承擔它們所委托的各項科學研究任務，其宗旨是促進法國鋼鐵工業的技術進步和工藝革新。法國與比利時在普通高爐上進行了用等離子槍提高煤粉噴吹率的工業性試驗，取得了成功，焦比下降到200千克/噸鐵左右，法國在錳鐵高爐上已經實現了商業化生產。北京光耀電力設備股份有限公司的該技術全球專利申請量排名第五。該公司成立于1997年，是致力于為國家建設提供高價值技術解決方案的高科技企業，核心業務分布在數字化風電遠程監控與并網技術應用、交流等離子技術應用、節能減排解決方案等3類業務上。該公司研制的首臺交流等離子點火系統在北京京能集團熱電2號爐成功點火并網發電。交流等離子技術是國家重大科技成就之一，它創造了一種穩定的可控制的高溫高焓值溫度場，應用前景十分廣闊。由于交流等離子具有電極壽命長、功率可調整等特點，其成為了目前市場應用的直流等離子的替代產品。南京創能電力科技開發有限公司的該技術全球專利申請量排名并列第八。徐州燃燒控制研究院有限公司和曲大偉的相關專利申請量排名并列全球第十一、中國第四。徐州燃燒控制研究院有限公司是江蘇省首批高新技術企業，1983年開始從事鍋爐自動點火的研發，經過二十多年發展，現擁有八大系列一百多種產品，涉及光機電一體化、節能、環保、新材料等高技術領域，年銷售收入過億元。曲大偉是哈爾濱九洲節能設備有限公司的法定代表人，該公司是集科、工、貿于一體的高新技術企業，在鍋爐、加熱爐燃燒系統的節能環保技術領域具有深厚的基礎和經驗。#p#分頁標題#e#
4．專利申請的技術領域分布
利用國際專利分類號（IPC）對專利申請進行頻次排序分析，可以發現發明創造最為活躍的技術領域、某一領域可能出現的新技術、某一技術領域中的重點技術。表1為等離子體煤粉燃燒技術專利申請按IPC降序排列的結果。等離子體煤粉燃燒技術經過四十多年的科研與實踐，技術不斷成熟，在某些技術領域由于其特殊的優勢成了科研熱點。如表1所示，統計結果表明排名前兩位的技術領域是F23Q和F23D，即如何用等離子體順利點燃煤粉和研制合適的燃燒器。目前，等離子體煤粉燃燒技術已經從開始只能點燃優質煙煤發展到能夠點燃貧煤以及揮發份最小的無煙煤，為了形成合適的溫度場和流場以利于引燃煤粉，設計獨到的燃燒器也不斷推出。排在第三位的技術領域是C21B，即鐵或鋼的冶煉。將等離子體煤粉燃燒技術應用于冶金業能節省大量昂貴的焦炭并使得冶煉工藝簡化、產品質量提高。這項技術在冶金工業發達的國家特別是法國還有日本得到了應用?？梢灶A見，該領域的科研工作會逐步得到重視，相關專利申請量會明顯增長。目前我國在高爐煉鐵技術領域僅有1件等離子體煤粉燃燒技術發明專利申請，名稱為“電煤法熔融還原煉鐵工藝”，申請號為200910180217.4，申請人為朝陽鑫鋼熔融鑄件有限公司，該申請處于在審狀態?？梢?，我國高爐煉鐵領域運用等離子體煤粉燃燒技術的水平還比較低，應當引起相關部門的重視。排在第四位的技術領域是H05H，即等離子體技術領域，該領域的研究重點在于等離子體發生器陽極材料、陰極材料、線圈冷卻問題、大功率電源、控制系統及控制策略。其中，將微波技術引入等離子體形成過程是一項最新的技術。例如，名稱為“一種微波等離子體點燃器”的發明專利申請（申請號為201010183105.7），于2012年2月24日被中國國家知識產權局授予專利權。該發明所采用的微波等離子體是一種通過無極放電產生的高電荷密度和溫度的準平衡等離子體，它與直流、射頻等離子體相比，具有轉換效率高、溫度高、體積大等特點。排在第五位的技術領域是F23C，即使用流體燃料的燃燒方法或設備。其中，將等離子體煤粉燃燒技術運用于流化床鍋爐是有益的嘗試。例如，名稱為“循環流化床鍋爐”的實用新型專利申請（申請號為201020251374.8，授權日為2011年5月18日），采用等離子體煤粉點火裝置利用煤粉對流化床進行點火，能夠用更經濟的煤粉替代燃油進行點火，因此能耗低，比較經濟；由于采用煤粉點火，與原來的燃油點火相比，能夠在很大程度上避免火災和人身傷亡事故的發生，因此比較安全；通過采用煤粉點火，使得NOx排放量大大減少，而且能夠采用電除塵器進行除塵，防止大量黑煙的產生，因此比較環保。
結語
等離子體煤粉燃燒技術能夠給傳統的燃煤火力發電廠和煉鐵廠帶來可觀的經濟效益，并且更為環保。對該領域的專利分析結果表明，目前該領域專利技術的應用主要集中在點火、燃燒器設計、配套部件的選擇等方面。我國在燃煤火力發電廠等離子體煤粉燃燒技術的研究和應用方面已經處于世界先進水平，并在很多其他國家申請了專利。同時，我國作為當今世界上鋼鐵產量最大的國家，在煉鐵行業內還欠缺高水平的有關等離子體煤粉燃燒技術的專利申請，而在高爐煉鐵領域采用等離子體煤粉燃燒技術是實現半煤半焦煉鐵、提高經濟效益和節能環保水平的重要途徑，因此我國相關企業和科研單位有必要在此方面進行科研攻關，盡快形成高質量的技術成果并申請專利，以科技水平的提高來促進生產力的發展。
本文作者：李軍 單位：國家知識產權局專利局材料工程發明審查部
