CN104667695B - 基于多级反射型聚焦声波导阵列结构的声波团聚系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多级反射型聚焦声波导阵列结构的声波团聚系统及方法，统包括气流声源、号筒、反射型聚焦声波导阵列、烟尘管道等，将反射型聚焦声波导组成一定数目的阵列，将该阵列与气流声源、号筒及含尘烟气的管道相连结、互通，使反射型聚焦声波导阵列及声波作用室内声压级达到一定强度(>155dB)，激发流经反射型聚焦声波导阵列及声波作用室的悬浮颗粒振动、产生相对速度，相互碰撞、团聚成较大粒径的团聚体或大颗粒，再结合常规除尘技术，去除悬浮粗颗粒，从而达到控制PM2.5排放的目的。本发明的系统具有结构简单、可有效去除悬浮颗粒的优点。

Description

基于多级反射型聚焦声波导阵列结构的声波团聚系统及方法

技术领域

本发明涉及除尘技术领域，特指一种基于多级反射型聚焦声波导阵列结构的声波团聚系统。

背景技术

随着我国国民经济的迅猛发展，矿石燃料的大量消耗使得PM2.5已成为污染我国城市地区大气环境的主要污染物，引起了密切关注与深切忧虑。悬浮细颗粒富含多种有毒的痕量物质并且在大气环境中输送距离远、作用时间长，很可能会对人体和环境产生严重影响。

当前工业上广泛应用干法除尘技术，如旋风分离等常规脱除技术，虽然这些常规除尘技术去除悬浮粗颗粒(>10μm)的脱除效率很高，但对悬浮细颗粒(<2.5μm)的去除效率却很低。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种结构简单、能够有效去除烟尘中悬浮颗粒的基于多级反射型聚焦声波导阵列结构的声波团聚系统及方法。

本发明的具体技术方案是：

一种基于多级反射型聚焦声波导阵列结构的声波团聚系统，其特征在于，包括控制组件和多级反射型聚焦声波导阵列结构，多级反射型聚焦声波导阵列结构为一级以上的相同结构的反射型聚焦声波导阵列结构，多级反射型聚焦声波导阵列结构依次通过烟道首尾相连，位于第一级的反射型聚焦声波导阵列结构的声源前端与烟气源连接，位于最后一级的多级反射型聚焦声波导阵列结构的烟道尾端设置有尾气处理装置，所述反射型聚焦声波导阵列结构包括依次连通的声源、号筒、声波过渡室、反射型聚焦声波导阵列、声波作业室和烟道，所述声波过渡室与所述烟道之间设置有可透声烟尘挡板，所述声源和尾气处理装置均与所述控制组件相连。

优选地，本发明所述声源为气流声源。

优选地，本发明所述号筒为锥形号筒，锥形号筒的小口端为输入端，锥形号筒的大口端为输出端，声源设置在锥形号筒的小口端，声波过渡室设置在锥形号筒的大口端。

优选地，本发明所述声波过渡室的出口的上下侧均连接有一组反射型聚焦声波导阵列，两组反射型聚焦声波导阵列相对倾斜设置，可透声烟尘挡板的上下端密封连接在两组反射型聚焦声波导阵列的前端内侧之间，可透声烟尘挡板的前后侧分别为声波过渡室和烟道，两组反射型聚焦声波导阵列的后端形成声波作业室，烟道从两组反射型聚焦声波导阵列之间以及声波作业室之间通过。可透声烟尘挡板与内侧反射型聚焦声波导阵列应保持密闭，避免烟尘未经反射型聚焦声波导阵列进入下一级烟道内。

优选地，本发明所述多级反射型聚焦声波导阵列结构为三级反射型聚焦声波导阵列结构，三级反射型聚焦声波导阵列结构由三个相同规格的反射型聚焦声波导阵列结构依次首尾相连。

优选地，本发明所述声源的声波频率为30～5kHz。

优选地，本发明还包括消声劈尖，所述消声劈尖安装在多级反射型聚焦声波导阵列结构的周侧。

优选地，本发明所述尾气处理装置为除尘器。

利用上述系统，本发明提供一种基于多级反射型聚焦声波导阵列结构的声波团聚方法，其特征在于：

(1)将烟气源处的烟气输入到气流声源中，激发其产生大于140dB高强声波，使气流声源向声波过渡室内经号筒辐射高强声波；

(2)控制组件调节气流声源发声参数，以使气流声源所产生声波频率在30～5000Hz之间可调；

(3)通过调节烟气源输送速度，使烟气在每级反射型聚焦声波导阵列及烟道内的作用时间达到预定的时间要求；

(4)经反射型聚焦声波导阵列作用，使反射型聚焦声波导阵列及声波作用室内声压级大于155dB；

(5)在每级烟道末端测定悬浮细颗粒的粒径分布，根据实时测得的颗粒粒径分布，调节下一级气流声源的发声参数，强化颗粒团聚效果以实现声波团聚的多级联合处理；

(6)经过烟道的含尘烟气通过重力沉降或除尘器，将含尘烟气中的大颗粒、团聚体消除。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在稳定可调的低频声源作用下，激发团聚室共振，产生强声波，能有效地脱除粒径小于2.5μm的传统除尘设备难以脱除的细、亚细颗粒；本发明利用高强声场促进颗粒的相对运动以至碰撞，颗粒碰撞后很可能会粘结形成更大粒径的颗粒，再结合常规除尘技术去除悬浮粗颗粒，从而达到控制PM2.5排放的目的；本系统选用气流声源，避免细颗粒倒灌、粘附于现有电声源内的发声装置，从而造成电声源的磨损、损坏。该除尘系统作用时不影响压降与烟气排放，且具有连续工作时间长，除尘效率高及具备处理大流量烟尘的能力等优点。

本发明将反射型聚焦声波导组成一定数目的阵列，将该阵列与气流声源、号筒及含尘烟气的管道相连结、互通，使反射型聚焦声波导阵列及声波作用室内声压级达到一定强度(>155dB)，激发流经反射型聚焦声波导阵列及声波作用室的悬浮颗粒振动、产生相对速度，相互碰撞、团聚成较大粒径的团聚体或大颗粒，再结合常规除尘技术，去除悬浮粗颗粒，从而达到控制PM2.5排放的目的。反射型聚焦声波导阵列是常规技术，与亥姆赫兹共鸣器类似都是一种声学结构，所起到的作用是将入射声波的方向经过反射而发生聚集或聚束。圆锥形或其他类似结构的挡板会使入射声波的方向发生改变。反射型聚焦声波导阵列其结构特征为空间上具有一定尺寸特征的圆锥形挡板组成空间阵列，使入射声波在预定区域或空间点发生聚焦或聚束。

本系统包括气流声源、号筒、反射型聚焦声波导阵列、烟尘管道等。本发明具有能耗低，操作简单，连续工作时间长，除尘效率高及具备处理大流量烟尘的能力等优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中标号表示：1、烟气源；2、第一声源；3、第一号筒；4、第一声波过渡室；5、第一可透声烟尘挡板；6、第一反射型聚焦声波导阵列；7、第一烟道；8、第一声波作用室；9、第二声源；10、第二号筒；11、第二声波过渡室；12、第二可透声烟尘挡板；13、第二反射型聚焦声波导阵列；14、第二烟道；15、第二声波作用室；16、第三声源；17、第三号筒；18、第三声波过渡室；19、第三可透声烟尘挡板；20、第三反射型聚焦声波导阵列；21、第三烟道；22、第三声波作用室；23、尾气处理装置；24、控制组件；25、消声劈尖。

具体实施方式

本发明提供一种基于多级反射型聚焦声波导阵列结构的声波团聚系统的实施例，包括控制组件和多级反射型聚焦声波导阵列结构，多级反射型聚焦声波导阵列结构为一级以上的相同结构的反射型聚焦声波导阵列结构，多级反射型聚焦声波导阵列结构依次通过烟道首尾相连，位于第一级的反射型聚焦声波导阵列结构的声源前端与烟气源连接，位于最后一级的多级反射型聚焦声波导阵列结构的烟道尾端设置有尾气处理装置，所述反射型聚焦声波导阵列结构包括依次连通的声源、号筒、声波过渡室、反射型聚焦声波导阵列、声波作业室和烟道，所述声波过渡室与所述烟道之间设置有可透声烟尘挡板，所述声源和尾气处理装置均与所述控制组件相连。

本实施例中，如图1所示，由左至右依次为第一、二、三级反射型聚焦声波导阵列结构，各级反射型聚焦声波导阵列结构的具体结构相同，其中前一级的烟道与下一级的声源相连。其中第一反射型聚焦声波导阵列结构包括依次连通的第一声源2、第一号筒3、第一声波过渡室4、第一反射型聚焦声波导阵列6、第一声波作业室8和第一烟道7，其中第一声波过渡室4与第一烟道7之间设置有第一可透声烟尘挡板5，第一声源2和尾气处理装置23均与控制组件24相连；第二反射型聚焦声波导阵列结构包括依次连通的第二声源9、第二号筒10、第二声波过渡室11、第二反射型聚焦声波导阵列13、第二声波作业室15和第二烟道14，其中第二声波过渡室11与第二烟道14之间设置有第二可透声烟尘挡板12，第二声源9与控制组件24相连；第三反射型聚焦声波导阵列结构包括依次连通的第三声源16、第三号筒17、第三声波过渡室18、第三反射型聚焦声波导阵列20、第三声波作业室22和第三烟道21，其中第三声波过渡室18与第三烟道21之间设置有第三可透声烟尘挡板19，第三声源16与控制组件24相连；其中第一烟道7与第二声源9相连，第二烟道14与第三声源16相连，第三烟道21与尾气处理装置23相连，其中控制组件24用于控制第一声源2、第二声源9和第三声源16的声波频率等参数。其中各声源均采用气流声源，避免细颗粒倒灌、粘附于现有电声源内的发声装置，从而造成电声源的磨损和损坏。各号筒均为锥形号筒，锥形号筒的小口端为输入端，锥形号筒的大口端为输出端，各声源设置在各级锥形号筒的小口端，各声波过渡室均设置在各级锥形号筒的大口端。

各声波过渡室的出口的上下侧均连接有一组反射型聚焦声波导阵列，两组反射型聚焦声波导阵列相对倾斜设置，可透声烟尘挡板的上下端密封连接在两组反射型聚焦声波导阵列的前端内侧之间，可透声烟尘挡板的前后侧分别为声波过渡室和烟道，两组反射型聚焦声波导阵列的后端形成声波作业室，烟道从两组反射型聚焦声波导阵列之间以及声波作业室之间通过。可透声烟尘挡板与内侧反射型聚焦声波导阵列应保持密闭，避免烟尘未经反射型聚焦声波导阵列进入下一级烟道内。

本系统包括能够消除可听阈(30～5kHz)强声波的消声劈尖，烟道的出口处加设引风机，烟道源处添加阀门以强制调节烟气在反射型聚焦声波导阵列、声波作用室及烟道内的作用时间。

其具体工作过程如下：由烟气源1输出烟气到第一声源2内，激发第一声源2产生高强声波(>140dB)，调节第一声源2的发声参数，使第一声源2所产生的声波频率在30～5kHz之间可调；第一声源2所产生的高强声波经第一号筒3向第一声波过渡室4内传递。由于声学特性，第一反射型聚焦声波导阵列6及第一声波作用室8内声压级将明显大于第一烟道7及第一声波过渡室4内的声压级。烟气经第一声源2、第一号筒3、第一声波过渡室4进入至第一反射型聚焦声波导阵列6内，再经第一声波作用室8进入到第一烟道7内；经第一级反射型聚焦声波导阵列结构处理的烟气经第一烟管7排出后，再测量其悬浮颗粒粒径分布，控制组件24根据第一烟道7末端处的颗粒粒径分布，再调节第一声源2及第二声源9的发声参数，烟气再经第二级反射型聚焦声波导阵列声波团聚子系统处理，在第二烟道14的末端处再测量悬浮颗粒粒径分布；第三级反射型聚焦声波导阵列声波团聚子系统根据第二烟道14末端处的颗粒粒径分布，调节第一声源2、第二声源9和第三声源16的发声参数，如此经过三级反射型聚焦声波导阵列声波团聚子系统联合处理，使颗粒团聚效果更优。经本系统处理的烟气通过重力沉降或其它常规除尘器(如静电除尘器)将含尘烟气中的大颗粒及团聚体消除。

另外通过调节烟气源的输送速度，使烟气在各反射型聚焦声波导阵列以及烟道内的作用时间达到预定的时间要求(3～10s)；经本系统的反射型聚焦声波导阵列，使反射型聚焦声波导阵列及声波作用室内声压级达到一定强度(>155dB)。

在每级烟道末端测定悬浮细颗粒的粒径分布，根据实时测得的颗粒粒径分布，调节下一级气流声源的发声参数，使颗粒团聚效果更优，以实现声波团聚的多级联合处理；经过烟道的含尘烟气通过重力沉降或其他常规除尘器，例如，静电除尘器，将含尘烟气中的大颗粒、团聚体消除。

另外，在一定时期后，将每级的反射型聚焦声波导阵列、声波作用室拆卸，清洗以免发生堵塞。

本实施例中，本系统包括能够消除可听阈(30～5kHz)强声波的消声劈尖，烟道出气口处添加引风机，烟道源处添加阀门以强制调节烟气在反射型聚焦声波导阵列、声波作用室及烟道内的作用时间；其中可透声烟尘挡板与内侧反射型聚焦声波导阵列应保持密闭，避免烟尘未经反射型聚焦声波导阵列进入下一级烟道内。

本发明适用于燃煤发电厂、供暖公司或其他可产生大流量含尘烟气的能源系统，在降低、消除烟气中的颗粒物方面具有良好的效果。

Claims (9)

1.一种基于多级反射型聚焦声波导阵列结构的声波团聚系统，其特征在于，包括控制组件和多级反射型聚焦声波导阵列结构，多级反射型聚焦声波导阵列结构为一级以上的相同结构的反射型聚焦声波导阵列结构，多级反射型聚焦声波导阵列结构依次通过烟道首尾相连，位于第一级的反射型聚焦声波导阵列结构的声源前端与烟气源连接，位于最后一级的多级反射型聚焦声波导阵列结构的烟道尾端设置有尾气处理装置，所述反射型聚焦声波导阵列结构包括依次连通的声源、号筒、声波过渡室、反射型聚焦声波导阵列、声波作业室和烟道，所述声波过渡室与所述烟道之间设置有可透声烟尘挡板，所述声源和尾气处理装置均与所述控制组件相连。

2.根据权利要求1所述的基于多级反射型聚焦声波导阵列结构的声波团聚系统，其特征在于，所述声源为气流声源。

3.根据权利要求2所述的基于多级反射型聚焦声波导阵列结构的声波团聚系统，其特征在于，所述号筒为锥形号筒，锥形号筒的小口端为输入端，锥形号筒的大口端为输出端，声源设置在锥形号筒的小口端，声波过渡室设置在锥形号筒的大口端。

4.根据权利要求3所述的基于多级反射型聚焦声波导阵列结构的声波团聚系统，其特征在于，所述声波过渡室的出口的上下侧均连接有一组反射型聚焦声波导阵列，两组反射型聚焦声波导阵列相对倾斜设置，可透声烟尘挡板的上下端密封连接在两组反射型聚焦声波导阵列的前端内侧之间，可透声烟尘挡板的前后侧分别为声波过渡室和烟道，两组反射型聚焦声波导阵列的后端形成声波作业室，烟道从两组反射型聚焦声波导阵列之间以及声波作业室之间通过。

5.根据权利要求4所述的基于多级反射型聚焦声波导阵列结构的声波团聚系统，其特征在于，所述多级反射型聚焦声波导阵列结构为三级反射型聚焦声波导阵列结构，三级反射型聚焦声波导阵列结构由三个相同规格的反射型聚焦声波导阵列结构依次首尾相连。

6.根据权利要求1所述的基于多级反射型聚焦声波导阵列结构的声波团聚系统，其特征在于，所述声源的声波频率为30～5kHz。

7.根据权利要求1所述的基于多级反射型聚焦声波导阵列结构的声波团聚系统，其特征在于，还包括消声劈尖，所述消声劈尖安装在多级反射型聚焦声波导阵列结构的周侧。

8.根据权利要求1所述的基于多级反射型聚焦声波导阵列结构的声波团聚系统，其特征在于，所述尾气处理装置为除尘器。

9.一种基于多级反射型聚焦声波导阵列结构的声波团聚方法，其特征在于：

(1)将烟气源处的烟气输入到气流声源中，激发其产生大于140dB高强声波，使气流声源向声波过渡室内经号筒辐射高强声波；

(2)控制组件调节气流声源发声参数，以使气流声源所产生声波频率在30～5kHz之间可调；

(3)通过调节烟气源输送速度，使烟气在每级反射型聚焦声波导阵列及烟道内的作用时间达到预定的时间要求；

(4)经反射型聚焦声波导阵列作用，使反射型聚焦声波导阵列及声波作用室内声压级大于155dB；

(5)在每级烟道末端测定悬浮细颗粒的粒径分布，根据实时测得的颗粒粒径分布，调节下一级气流声源的发声参数，强化颗粒团聚效果以实现声波团聚的多级联合处理；

(6)经过烟道的含尘烟气通过重力沉降或除尘器，将含尘烟气中的大颗粒、团聚体消除。