CN103933822A - 用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统及方法。系统包括发声装置、封闭的团聚腔室和含尘烟气管，所述发声装置与团聚腔室连通，所述含尘烟气管穿过团聚腔室。方法包括以下步骤：S1：用发声装置调制强声波，并发送至团聚腔室；S2：向含尘烟气管内通入含尘烟气，含尘烟气流经含尘烟气管位于团聚腔室内的部分的时长控制为3s～10s；S3：通过团聚腔室声场的作用，含尘烟气中的悬浮颗粒相互碰撞形成大粒径颗粒，通过重力沉降和/或除尘设备，将形成的大粒径颗粒脱除。该用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统及方法具有结构简单、能耗低、效率高，适用于有大量含尘烟气需要处理的场合的优点。

Description

用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统及方法

技术领域

本发明涉及悬浮颗粒脱除技术，尤其涉及用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统及方法。

背景技术

近年来，我国很多城市灰霾天气出现的频率越来越高、污染越来越重，悬浮颗粒物已经成为各大城市的主要污染物，同时也是室内空气的重要污染物。悬浮颗粒物尤其是PM2.5（空气动力学直径小于2.5微米的悬浮颗粒）的排放是大气环境中主要的颗粒物污染源。悬浮颗粒通常富集有害物质，对人体健康和环境容易造成严重危害。

工业上常使用的除尘设备主要有机械分离器、旋风除尘器等，其结构简单，运行和维护比较方便，应用较为广泛，具有较高的总除尘效率，但对微米、亚微米级的颗粒脱除效率却很低，袋式除尘器对细颗粒的脱除效率较高，但运行时压降较大，而且需要经常更换滤料，运行成本较高。

目前，国内较为先进的利用声场脱除悬浮颗粒的技术有文献号为CN101219318的中国专利文献公开的“声波与外加种子颗粒联合作用脱除微颗粒物的装置和方法”，该技术利用声波与外加种子颗粒脱除微颗粒物，具有一定成效，但是容易造成外加的种子颗粒与悬浮颗粒吸附到管道内壁，清除较为不便，易对装置造成腐蚀，且装置内声强较高时极易造成声场内出现湍流，使刚形成的团聚体破碎，因此很难保证长期稳定可靠的工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、能耗低、效率高，适用于有大量含尘烟气需要处理的场合的用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统，包括发声装置、封闭的团聚腔室和含尘烟气管，所述发声装置与团聚腔室连通，所述含尘烟气管穿过团聚腔室。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述发声装置与团聚腔室之间设有通过调节长度控制团聚腔室共振频率的连通管。

所述发声装置包括依次连接的空气压缩机、压力罐、电气调制发音头、指数型号筒和封闭耦合腔，所述电气调制发音头连接有信号发生器和功率放大器，所述封闭耦合腔设有排气孔，所述连通管连通封闭耦合腔与团聚腔室。

所述电气调制发音头、指数型号筒和封闭耦合腔设有两组，且分布于团聚腔室两侧，各组中的电气调制发音头分别通过管道连通至压力罐；各组中的封闭耦合腔分别通过一件连通管连通至团聚腔室。

所述含尘烟气管位于团聚腔室内的部分为弯曲的薄壁管道。

还包括控制组件，所述控制组件包括颗粒浓度测试仪、传声器、颗粒浓度显示PC机、声场显示PC机和连通管调控器，所述颗粒浓度测试仪为两件，且分设于含尘烟气管的进气口和出气口，各颗粒浓度测试仪连接至颗粒浓度显示PC机；所述传声器设有多件，且均布于含尘烟气管位于团聚腔室内的部分，各传声器连接至声场显示PC机，所述连通管调控器与连通管连接。

一种基于上述用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统的共振腔式声团聚方法，包括以下步骤：

S1：用发声装置调制频率为1000Hz～2500Hz的强声波，并发送至团聚腔室；

S2：向含尘烟气管内通入含尘烟气，含尘烟气流经含尘烟气管位于团聚腔室内的部分的时长控制为3s～10s；

S3：通过团聚腔室声场的作用，含尘烟气中的悬浮颗粒相互碰撞形成大粒径颗粒，通过重力沉降和/或除尘设备，将形成的大粒径颗粒脱除。

作为上述技术方案的进一步改进：

在进行步骤S2时，通过颗粒浓度测试仪测量含尘烟气管进气口处和出气口处的颗粒浓度，并根据出气口颗粒浓度与进气口颗粒浓度的比值确定实时悬浮颗粒去除效率，并根据实时悬浮颗粒去除效率对团聚腔室内声场进行调整。

在对团聚腔室内声场进行调整时，通过调节压力罐输出压强，以控制声强；通过连通管调控器调节连通管长度，以控制团聚腔室共振频率。

在进行步骤S2时，通过传声器测试含尘烟气管内声压级，控制含尘烟气管内声压级在130dB～165dB之间。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过发声装置为团聚腔室提供高能量密度的声场，使通过含尘烟气管流经团聚腔室的含尘烟气中的悬浮颗粒产生振动，悬浮颗粒间的相对运动大幅提高相互碰撞的概率，并通过相互碰撞粘结团聚成更大粒径的颗粒，在较短时间内，团聚颗粒粒径显著增大，可通过重力沉降或常规除尘设备消除，从而达到控制PM2.5排放的目的；另外，含尘烟气流经具有强声场的团聚腔室时，保持在含尘烟气管内流动，并不进入团聚腔室，因此不会有悬浮颗粒、团聚颗粒对团聚腔室形成污染，从而不需要对发声装置和团聚腔室进行清理，操作、维护十分方便，能够实现长期稳定的工作，并能长期保持极高的工作效率；该系统结构简单、能耗低、效率高，适用于有大量含尘烟气需要处理的场合。

本发明的共振腔式声团聚方法，用发声装置与团聚腔室耦合，在外加强声源的激发下，使团聚腔室发生共振，使悬浮颗粒相对运动剧烈，相互碰撞而粘结的概率明显增大，与传统除尘器相比，该方法能耗小，效率高，费用低，结合后常规除尘设备，能有效地脱除具有复杂粒径分布的含尘烟气中的悬浮颗粒；通过测试，该方法可使含尘烟气中的悬浮颗粒脱除率达到70%，质量浓度的脱除率达到82%，适用于有大规模含尘烟气需要净化的场合；该方法流程简单、操作方便，可连续作用直至含尘烟气中的悬浮颗粒大部分产生团聚。

附图说明

图1是本发明用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统的结构示意图。

图2是本发明共振腔式声团聚方法的流程图。

图中各标号表示：

1、发声装置；11、空气压缩机；12、压力罐；13、电气调制发音头；14、指数型号筒；15、封闭耦合腔；16、功率放大器；17、排气孔；2、团聚腔室；3、含尘烟气管；4、连通管；5、控制组件；51、颗粒浓度测试仪；52、传声器；53、颗粒浓度显示PC机；54、声场显示PC机；55、连通管调控器。

具体实施方式

图1示出了本发明的一种用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统实施例，该共振腔式声团聚系统包括发声装置1、封闭的团聚腔室2和含尘烟气管3，发声装置1与团聚腔室2连通，含尘烟气管3穿过团聚腔室2。本发明通过发声装置1为团聚腔室2提供高能量密度的声场，使通过含尘烟气管3流经团聚腔室2的含尘烟气中的悬浮颗粒产生振动，悬浮颗粒间的相对运动大幅提高相互碰撞的概率，并通过相互碰撞粘结团聚成更大粒径的颗粒，在较短时间内，团聚颗粒粒径显著增大，可通过重力沉降或常规除尘设备消除，从而达到控制PM2.5排放的目的；另外，含尘烟气流经具有强声场的团聚腔室2时，保持在含尘烟气管3内流动，并不进入团聚腔室2，因此不会有悬浮颗粒、团聚颗粒对团聚腔室2形成污染，从而不需要对发声装置1和团聚腔室2进行清理，操作、维护十分方便，能够实现长期稳定的工作，并能长期保持极高的工作效率；该系统结构简单、能耗低、效率高，适用于有大量含尘烟气需要处理的场合。

本实施例中，发声装置1与团聚腔室2之间通过可调节长度的连通管4耦合，通过调节连通管4的长度，可以非常方便的对团聚腔室2的共振频率进行控制和调整。

本实施例中，发声装置1包括依次连接的空气压缩机11、压力罐12、电气调制发音头13、指数型号筒14和封闭耦合腔15，电气调制发音头13连接有信号发生器和功率放大器16，可将高压气体调制成强度为130dB～165dB的声波；指数型号筒14作为声波辐射器，可最大限度地将电气调制发音头13输出的强声波向封闭耦合腔15内辐射；封闭耦合腔15设有排气孔17，以保证封闭耦合腔15内气压平衡；连通管4连通封闭耦合腔15与团聚腔室2。

本实施例中，电气调制发音头13、指数型号筒14和封闭耦合腔15设有两组，且分布于团聚腔室2两侧，各组中的电气调制发音头13分别通过管道连通至压力罐12；各组中的封闭耦合腔15分别通过一件连通管4连通至团聚腔室2，便于对团聚腔室2的共振频率进行控制和调整。

本实施例中，含尘烟气管3位于团聚腔室2内的部分为弯曲的薄壁管道，采用弯曲结构是为了延长管道长度，保证含尘烟气流经团聚腔室2的时长，采用薄壁管道是为了提高声波传递效率。

本实施例中，还包括控制组件5，控制组件5包括颗粒浓度测试仪51、传声器52、颗粒浓度显示PC机53、声场显示PC机54和连通管调控器55，颗粒浓度测试仪51为两件，且分设于含尘烟气管3的进气口和出气口，各颗粒浓度测试仪51连接至颗粒浓度显示PC机53，用于检测和显示进气口和出气口的颗粒浓度，以便判断颗粒脱除效率，并据此对团聚腔室2的声场作出适当的调整；传声器52设有多件，且均布于含尘烟气管3位于团聚腔室2内的部分，各传声器52连接至声场显示PC机54，用于检测和显示含尘烟气管3内声压级，以便判断是否在最佳声压级范围内，并据此对团聚腔室2的声场作出适当的调整；连通管调控器55与连通管4连接，便于对连通管4实现自动控制和调整。

在其它实施例中，电气调制发音头13、指数型号筒14和封闭耦合腔15也可只设为一组，且采用卧式布置结构；另外，可以在声团聚系统外围布设消除可听声频段强声波的消声劈尖，或采用承载团聚室等主要部分具有孔状消声材料的集装箱，以降低强声波对人体的干扰与损害；而且发声装置1也可采用电声源。

图2示出了本发明的基于用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统的共振腔式声团聚方法流程图，该方法包括以下步骤：

S1：用发声装置1调制中、低频强声波，并发送至团聚腔室2；

S2：向含尘烟气管3内通入含尘烟气，含尘烟气流经含尘烟气管3位于团聚腔室2内的部分的时长控制为3s～10s，本实施例将控制为5s。

S3：通过团聚腔室2声场的作用，含尘烟气中的悬浮颗粒相互碰撞形成大粒径颗粒，通过重力沉降和除尘设备，将形成的大粒径颗粒脱除。

该共振腔式声团聚方法，用发声装置1与团聚腔室2耦合，在外加强声源的激发下，使团聚腔室2发生共振，使悬浮颗粒相对运动剧烈，相互碰撞而粘结的概率明显增大，与传统除尘器相比，该方法能耗小，效率高，费用低，结合后常规除尘设备，能有效地脱除具有复杂粒径分布的含尘烟气中的悬浮颗粒；通过测试，该方法可使含尘烟气中的悬浮颗粒脱除率达到70%，质量浓度的脱除率达到82%，适用于有大规模含尘烟气需要净化的场合；该方法流程简单、操作方便，可连续作用直至含尘烟气中的悬浮颗粒大部分产生团聚。

在进行步骤S2时，通过颗粒浓度测试仪51测量含尘烟气管3进气口处和出气口处的颗粒浓度，并根据出气口颗粒浓度与进气口颗粒浓度的比值确定实时悬浮颗粒去除效率，并根据实时悬浮颗粒去除效率对团聚腔室2内声场进行调整。

在对团聚腔室2内声场进行调整时，通过调节压力罐12输出压强，以控制声强；通过连通管调控器55调节连通管4长度，以控制团聚腔室2共振频率。共振频率可调使得团聚腔室2可获得130dB以上较高声强，以达到最优的团聚效果。

在进行步骤S2时，通过传声器52测试含尘烟气管3内声压级，控制含尘烟气管3内声压级在130dB～165dB之间，以避免发生明显的湍流现象，本实施例取150dB。

本发明的用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统通过了理论计算、仿真实验的验证，总的团聚核函数可以在理论上支持本发明。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统，其特征在于：包括发声装置（1）、封闭的团聚腔室（2）和含尘烟气管（3），所述发声装置（1）与团聚腔室（2）连通，所述含尘烟气管（3）穿过团聚腔室（2）。

2.根据权利要求1所述的用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统，其特征在于：所述发声装置（1）与团聚腔室（2）之间设有通过调节长度控制团聚腔室（2）共振频率的连通管（4）。

3.根据权利要求2所述的用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统，其特征在于：所述发声装置（1）包括依次连接的空气压缩机（11）、压力罐（12）、电气调制发音头（13）、指数型号筒（14）和封闭耦合腔（15），所述电气调制发音头（13）连接有信号发生器和功率放大器（16），所述封闭耦合腔（15）设有排气孔（17），所述连通管（4）连通封闭耦合腔（15）与团聚腔室（2）。

4.根据权利要求3所述的用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统，其特征在于：所述电气调制发音头（13）、指数型号筒（14）和封闭耦合腔（15）设有两组，且分布于团聚腔室（2）两侧，各组中的电气调制发音头（13）分别通过管道连通至压力罐（12）；各组中的封闭耦合腔（15）分别通过一件连通管（4）连通至团聚腔室（2）。

5.根据权利要求2所述的用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统，其特征在于：所述含尘烟气管（3）位于团聚腔室（2）内的部分为弯曲的薄壁管道。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统，其特征在于：还包括控制组件（5），所述控制组件（5）包括颗粒浓度测试仪（51）、传声器（52）、颗粒浓度显示PC机（53）、声场显示PC机（54）和连通管调控器（55），所述颗粒浓度测试仪（51）为两件，且分设于含尘烟气管（3）的进气口和出气口，各颗粒浓度测试仪（51）连接至颗粒浓度显示PC机（53）；所述传声器（52）设有多件，且均布于含尘烟气管（3）位于团聚腔室（2）内的部分，各传声器（52）连接至声场显示PC机（54），所述连通管调控器（55）与连通管（4）连接。

7.一种基于如权利要求1至6中任一项所述用于处理悬浮颗粒的共振腔式声团聚系统的共振腔式声团聚方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：用发声装置（1）调制频率为1000Hz～2500Hz的强声波，并发送至团聚腔室（2）；

S2：向含尘烟气管（3）内通入含尘烟气，含尘烟气流经含尘烟气管（3）位于团聚腔室（2）内的部分的时长控制为3s～10s；

S3：通过团聚腔室（2）声场的作用，含尘烟气中的悬浮颗粒相互碰撞形成大粒径颗粒，通过重力沉降和/或除尘设备，将形成的大粒径颗粒脱除。

8.根据权利要求7所述的共振腔式声团聚方法，其特征在于：在进行步骤S2时，通过颗粒浓度测试仪（51）测量含尘烟气管（3）进气口处和出气口处的颗粒浓度，并根据出气口颗粒浓度与进气口颗粒浓度的比值确定实时悬浮颗粒去除效率，并根据实时悬浮颗粒去除效率对团聚腔室（2）内声场进行调整。

9.根据权利要求8所述的共振腔式声团聚方法，其特征在于：在对团聚腔室（2）内声场进行调整时，通过调节压力罐（12）输出压强，以控制声强；通过连通管调控器（55）调节连通管（4）长度，以控制团聚腔室（2）共振频率。

10.根据权利要求9所述的共振腔式声团聚方法，其特征在于：在进行步骤S2时，通过传声器（52）测试含尘烟气管（3）内声压级，控制含尘烟气管（3）内声压级在130dB～165dB之间。