CN104923403A - 声波联合电场作用脱除细颗粒物的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种声波联合电场作用脱除细颗粒物的装置及其方法。在团聚脱除室主体的中心位置设有放电电极，放电电极用放电电极固定装置固定，负直流电源通过导线穿过放电电极固定装置与放电电极相连，团聚脱除室主体的顶部设有压缩式驱动声源，压缩式驱动声源与功率放大器、信号发生器顺次相连，团聚脱除室主体的底部设有吸声海绵，团聚脱除室主体上部设有烟气进口，团聚脱除室主体下部设有烟气出口，烟气出口与引风机相连，团聚脱除室主体外壁、负直流电源分别与接地装置相连。本发明采用声波联合电场作用对燃煤锅炉排烟等含尘气流中的细颗粒物进行处理，通过声场和电场的相互耦合促进作用，高效团聚脱除细颗粒物，从而控制PM2.5的排放。
Description
技术领域
本发明涉及污染物控制设备制造的技术领域，尤其涉及一种声波联合电场作用脱除细颗粒物的装置及其方法。
背景技术
大气是人类赖以生存的最基本环境因素，而我国快速的经济发展和巨大的能源消耗致使大气污染日趋严重，细颗粒物（PM2.5）污染尤为突出。由于细颗粒物粒径小，比表面积相对较大，富含大量的有毒、有害物质，其直接入肺的特点会严重危害人体的呼吸系统；同时由于细颗粒物在大气中的停留时间长、输送距离远，其特殊的消光作用可以导致大范围的雾霾天气，降低环境能见度，严重影响人们的正常生活。细颗粒物的各项来源中，燃煤排放占有很大比例，因此对燃煤过程中细颗粒物的脱除研究至关重要。
静电除尘器作为传统的除尘技术，由于其具有处理烟气量大，能耗低，使用寿命长，运行费用低，压力损失小等优点，在燃煤锅炉除尘中受到了普遍的应用。虽然高效静电除尘器总悬浮颗粒物的除尘效率高达99.7%，但是对细颗粒物的脱除效率却低至90%甚至更低。目前团聚技术能有效控制细颗粒物的排放，而声波团聚利用高能量密度的声场，使颗粒间产生相对运动促进细颗粒物团聚长大成粗颗粒物，受到了普遍关注。
因此，开发一种新型的基于静电除尘装置联合声波团聚的细颗粒物高效脱除装置非常必要。本发明结合低频800~2400Hz、高强130~148dB的声波和场强2~4kV/cm的静电除尘作用对烟气进行处理，将声场和电场进行有效耦合，通过电场力和声波驱动力的相互促进作用，达到高效团聚脱除细颗粒物的目的。
发明内容
本发明的目的是克服燃煤锅炉现有除尘装置对细颗粒物脱除效果的不足，提供一种声波联合电场作用脱除细颗粒物的装置及其方法。
一种声波联合电场作用脱除细颗粒物的装置包括信号发生器、功率放大器、压缩式驱动声源、烟气进口、团聚脱除室主体、接地装置、负直流电源、放电电极固定装置、放电电极、烟气出口、引风机、吸声海绵；在团聚脱除室主体的中心位置设有放电电极，放电电极用放电电极固定装置固定，负直流电源通过导线穿过放电电极固定装置与放电电极相连，负直流电源、放电电极固定装置、放电电极顺次相连，团聚脱除室主体的顶部设有压缩式驱动声源，压缩式驱动声源与功率放大器、信号发生器顺次相连，团聚脱除室主体的底部设有吸声海绵，团聚脱除室主体上部设有烟气进口，团聚脱除室主体下部设有烟气出口，烟气出口与引风机相连，团聚脱除室主体外壁、负直流电源分别与接地装置相连。
所述的放电电极固定装置采用聚四氟乙烯材料制成。所述的放电电极为不锈钢直线放电电极。
声波联合电场作用脱除细颗粒物的方法是：含尘气流经烟气进口进入团聚脱除室主体，压缩式驱动声源在信号发生器、功率放大器的控制下产生频率为800~2400Hz，声压级为130~148dB的高强低频声波，由于吸声海绵的作用，所产生的声波在团聚脱除室主体中形成均匀的一维行波声场，声波频率和声压级均可调，负直流电源产生10~20kV的高频直流电压，通过导线接入放电电极，在团聚脱除室主体形成场强2~4kV/cm的荷电电场和收尘电场，电场场强大小可调，控制含尘气流的流量，使得含尘气流在团聚脱除室主体中的停留时间在3~7s之间，含尘气流中的细颗粒物在声场的作用下团聚成粗颗粒物，同时所有颗粒物在电场的作用下荷上电荷并向团聚脱除室主体的内壁移动，含尘气流中的颗粒物在声波团聚和静电除尘的作用下完成团聚脱除，除尘之后的气流通过烟气出口、引风机排出。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
（1）提高细颗粒物的综合脱除效率：采用声波联合电场作用对燃煤锅炉排烟等含尘气流中的细颗粒物进行处理，通过声场和电场的有效耦合，声波驱动力和电场力的相互促进作用，利用声波团聚和静电除尘多场协同效果大大提高细颗粒物的团聚脱除效率，实现PM2.5的排放控制。
（2）减小空间，降低能耗：通过在团聚脱除室主体内同时形成高强声场和高强电场，可以有效减小占地面积，同时由于声波驱动力和电场力的耦合协同作用，可以有效降低声波团聚和静电除尘的能耗。
附图说明
图1是声波联合电场作用脱除细颗粒物的装置示意图；
图中：信号发生器1、功率放大器2、压缩式驱动声源3、烟气进口4、团聚脱除室主体5、接地装置6、负直流电源7、放电电极固定装置8、放电电极9、烟气出口10、引风机11、吸声海绵12。
具体实施方案
如图1所示，一种声波联合电场作用脱除细颗粒物的装置包括信号发生器1、功率放大器2、压缩式驱动声源3、烟气进口4、团聚脱除室主体5、接地装置6、负直流电源7、放电电极固定装置8、放电电极9、烟气出口10、引风机11、吸声海绵12；在团聚脱除室主体5的中心位置设有放电电极9，放电电极9用放电电极固定装置8固定，负直流电源7通过导线穿过放电电极固定装置8与放电电极9相连，团聚脱除室主体5的顶部设有压缩式驱动声源3，压缩式驱动声源3与功率放大器2、信号发生器1顺次相连，团聚脱除室主体5的底部设有吸声海绵12，团聚脱除室主体5上部设有烟气进口4，团聚脱除室主体5下部设有烟气出口10，烟气出口10与引风机11相连，团聚脱除室主体5外壁、负直流电源7分别与接地装置6相连。
所述的放电电极固定装置8采用聚四氟乙烯材料制成。所述的放电电极9为不锈钢直线放电电极。
声波联合电场作用脱除细颗粒物的方法是：含尘气流经烟气进口4进入团聚脱除室主体5，压缩式驱动声源3在信号发生器1、功率放大器2的控制下产生频率为800~2400Hz，声压级为130~148dB的高强低频声波，由于吸声海绵12的作用，所产生的声波在团聚脱除室主体5中形成均匀的一维行波声场，声波频率和声压级均可调，负直流电源7产生10~20kV的高频直流电压，通过导线接入放电电极9，在团聚脱除室主体5形成场强2~4kV/cm的荷电电场和收尘电场，电场场强大小可调，控制含尘气流的流量，使得含尘气流在团聚脱除室主体（5）中的停留时间在3~7s之间，含尘气流中的细颗粒物在声场的作用下团聚成粗颗粒物，同时所有颗粒物在电场的作用下荷上电荷并向团聚脱除室主体（5）的内壁移动，含尘气流中的颗粒物在声波团聚和静电除尘的作用下完成团聚脱除，除尘之后的气流通过烟气出口10、引风机11排出。
本发明主要是采用设计的声波联合电场作用的装置，对含尘气流进行处理，具体的技术特点为：
1)声场的确定：本发明采用行波声场，考虑到细颗粒物的声波团聚效果，声波频率的范围控制在800~2400Hz之间，考虑到声源稳定性和能耗，声压级的范围控制在130~148dB，声波频率和声压级均可调。
2)电场的确定：本发明采用传统的静电除尘方法脱除颗粒物，电场场强根据燃煤锅炉静电除尘器确定，其范围控制在2~4kV/cm，电场场强可调。
3)团聚脱除室主体尺寸的确定：声波团聚和静电除尘需要含尘气流在声场和电场中有一定的停留时间，考虑到团聚脱除效果，团聚脱除室内的停留时间不小于3s，考虑到装置体积不宜过大，停留时间不大于7s，因此含尘气流在团聚脱除室中的停留时间控制在3~7s最佳。
4)工作过程：开启信号发生器和功率放大器，将声波调节至所需工况，同时开启负直流电源，将电场场强调节至所需工况，含尘气流进入团聚脱除室主体，在声波团聚和静电除尘的共同作用下发生团聚脱除，经过处理的气流从团聚脱除室主体的下部经引风机排出。
Claims (4)
1.一种声波联合电场作用脱除细颗粒物的装置，其特征在于包括信号发生器（1）、功率放大器（2）、压缩式驱动声源（3）、烟气进口（4）、团聚脱除室主体（5）、接地装置（6）、负直流电源（7）、放电电极固定装置（8）、放电电极（9）、烟气出口（10）、引风机（11）、吸声海绵（12）；在团聚脱除室主体（5）的中心位置设有放电电极（9），放电电极（9）用放电电极固定装置（8）固定，负直流电源（7）、放电电极固定装置（8）、放电电极（9）顺次相连，团聚脱除室主体（5）的顶部设有压缩式驱动声源（3），压缩式驱动声源（3）与功率放大器（2）、信号发生器（1）顺次相连，团聚脱除室主体（5）的底部设有吸声海绵（12），团聚脱除室主体（5）上部设有烟气进口（4），团聚脱除室主体（5）下部设有烟气出口（10），烟气出口（10）与引风机（11）相连，团聚脱除室主体（5）外壁、负直流电源（7）分别与接地装置（6）相连。
2. 根据权利要求1所述的一种声波联合电场作用脱除细颗粒物的装置，其特征在于所述的放电电极固定装置（8）采用聚四氟乙烯材料制成。
3. 根据权利要求1所述的一种声波联合电场作用脱除细颗粒物的装置，其特征在于所述的放电电极（9）为不锈钢直线放电电极。
4. 一种使用如权利要求1所述装置的声波联合电场作用脱除细颗粒物的方法，其特征在于：含尘气流经烟气进口（4）进入团聚脱除室主体（5），压缩式驱动声源（3）在信号发生器（1）、功率放大器（2）的控制下产生频率为800~2400Hz，声压级为130~148dB的高强低频声波，由于吸声海绵（12）的作用，所产生的声波在团聚脱除室主体（5）中形成均匀的一维行波声场，声波频率和声压级均可调，负直流电源（7）产生10~20kV的高频直流电压，通过导线接入放电电极（9），在团聚脱除室主体（5）形成场强2~4kV/cm的荷电电场和收尘电场，电场场强大小可调，控制含尘气流的流量，使得含尘气流在团聚脱除室主体（5）中的停留时间在3~7s之间，含尘气流中的细颗粒物在声场的作用下团聚成粗颗粒物，同时所有颗粒物在电场的作用下荷上电荷并向团聚脱除室主体（5）的内壁移动，含尘气流中的颗粒物在声波团聚和静电除尘的作用下完成团聚脱除，除尘之后的气流通过烟气出口（10）、引风机（11）排出。
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