CN215233032U - 一种高低频声波联合作用的惯性除尘装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了种高低频声波联合作用的惯性除尘装置，包括外壳，所述的外壳内部设置有进风口、惯性力除尘单元、颗粒物聚并单元、超声波除尘单元和出风口；所述的惯性力除尘单元包括一端与进风口相连的渐扩管，渐扩管的另一端固定安装有均流板；颗粒物聚并单元包括安装在外壳内部上侧的电动滑轨；利用惯性力去除含尘气流中大粒径颗粒物，利用低频声波发射器产生的行波形成的低频声场实现对小粒径颗粒物的聚并，同时利用超声波行波的声辐射压力控制聚并后的大粒径颗粒物的运动，加速其向集尘斗中的沉降，最终实现多种不同粒径颗粒物的有效过滤，解决了现有技术中惯性除尘器对小粒径颗粒物除尘效率不佳的技术问题。

Description

一种高低频声波联合作用的惯性除尘装置

技术领域

本实用新型属于颗粒物净化领域，涉及除尘装置，具体涉及一种高低频声波联合作用的惯性除尘装置。

背景技术

颗粒物净化一直是工业生产、航空航天、半导体、医疗卫生等领域备受关注的一个问题，目第一传统的惯性除尘器的除尘效率平均为40％-70％，设备对粒径大于10μm颗粒有很高的过滤效率，而对小于10μm的颗粒过滤效果不佳。去除粒径较小的颗粒物通常需要价格昂贵的高效过滤器，过滤器在使用一定时间后吸附能力下降，需要频繁更换；且多级过滤的级数越多，能耗也就越大；因此，不仅过滤效率较低，而且不符合节能减排的社会发展要求。

声波对颗粒物具有非常好的机械效应，低频声波和超声波都可以使颗粒物聚并，超声波的声辐射压力还能使颗粒物运动状态发生改变。经检索发现：“一种用于微细颗粒精细除尘的超声波微粒团聚增大装置”，专利公开号为 CN203990229U，公开了一种利用超声波对颗粒物的聚并作用的装置；“利用超声辐射力对超细微粒精确分级方法及装置”，专利公开号为CN101422778，公开了一种利用超声波对颗粒物精确分级的装置；“一种基于多频率组合声波协同除尘的装置”，专利公开号为CN207126321U，公开了一种利用高低频声波组合作用实现颗粒物聚并的装置，并没有利用超声波的声辐射压力对大粒径颗粒物的运动进行有效控制的特性。在颗粒物净化领域，尚无巧妙合理利用低频声波对颗粒物的聚并效应并搭配超声波对颗粒物的机械作用进行颗粒物净化的相关技术或装置。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种高低频声波联合作用的惯性除尘器，解决现有技术中惯性除尘器对小粒径颗粒物除尘效率不佳的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种高低频声波联合作用的惯性除尘装置，包括外壳，所述的外壳的外部的前端和后端分别设置有进风口和出风口，外壳的内部设置有惯性力除尘单元、颗粒物聚并单元和超声波除尘单元；

所述的颗粒物聚并单元包括安装在外壳内部上侧的电动滑轨，所述的电动滑轨上可移动式安装有第一挡板，所述的外壳内部下侧设置有第一集尘斗；

所述的第一集尘斗顶部端口的一侧与均流板相连，第一集尘斗顶部端口的另一侧固定安装有第二挡板；

所述的第一挡板靠近第二挡板的一侧上安装有第一低频声波发射器；所述的第二挡板上开设有通风过道，将第二挡板分为两部分，在通风过道下部的第二挡板上靠近第一挡板的一侧安装有第二低频声波发射器；

所述的超声波除尘单元包括固定安装在外壳内部上侧的第三挡板，所述的第三挡板与第二挡板之间的外壳上贯穿设置有第一液压升降机构和第二液压升降机构，第一液压升降机构的下部固定安装有第一超声波发射器，第二液压升降机构的下部固定安装有第二超声波发射器；所述的外壳内部下侧设置有第二集尘斗，所述的第二集尘斗顶部端口的一侧与第二挡板相连，第二集尘斗端口的另一侧与渐缩管的一端相连，渐缩管的另一端出风口相连。

本实用新型还具有以下技术特征：

具体的，所述的惯性力除尘单元包括一端与进风口相连的渐扩管，渐扩管的另一端固定安装有均流板。

具体的，所述的第二挡板靠近第一集尘斗处设置有第一集尘高度监测器；所述的第二挡板靠近第二集尘斗处设置有第二集尘高度监测器。

具体的，所述的均流板有多个。

具体的，所述的第一低频声波发射器和第二低频声波发射器均设置有多个。

具体的，所述的外壳上设置有控制器，控制器上设置有显示屏、按键和报警器。

具体的，所述的出风口的内部设置有颗粒物粒度分布检测仪。

本实用新型与现有技术相比，有益的技术效果是：

(Ⅰ)利用惯性力去除含尘气流中大粒径颗粒物，利用低频声波发射器产生的行波形成的低频声场实现对小粒径颗粒物的聚并，同时利用超声波行波 (＞20kHz)的声辐射压力控制聚并后的大粒径颗粒物的运动，加速其向集尘斗中的沉降，最终实现多种生产工艺中产生的不同粒径颗粒物的有效过滤，解决了现有技术中惯性除尘器对小粒径颗粒物除尘效率不佳的技术问题。

(Ⅱ)本实用新型提供了一种结构简单，操作简便，实用性强的高低频声波联合作用的惯性除尘器。在不过分增加除尘设备阻力的情况下，利用声波技术高效过滤多粒径分布的含尘气流，提升过滤效率，减少有害颗粒物向环境中的排放。

(Ⅲ)当采用的超声波频率为20KHz，振幅≥56μm时，超声波源距离含尘气流的作用距离易控制在0.01m左右，以得到较为良好颗粒物净化效果。经过实验测算与理论分析，对于颗粒物粒度分布0-10μm>30％的燃煤飞灰烟气，使用本实用新型的高低频声波联合作用的惯性除尘器，除尘器的全效率由58.6％提升到70％以上，效果显著。

附图说明

图1为高低频声波联合作用的惯性除尘装置的整体结构示意图。

图2为高低频声波联合作用的惯性除尘装置的整体结构剖视图。

图3为高低频声波联合作用的惯性除尘装置的惯性除尘单元结构示意图。

图4为高低频声波联合作用的惯性除尘装置的颗粒物聚并单元结构示意图。

图5为高低频声波联合作用的惯性除尘装置的超声波除尘单元结构示意图。

图6为不同频率下的低频声波对不同粒径颗粒物的夹带率的示意图。

图7(a)为颗粒物聚并率与低频声波频率的关系示意图。

图7(b)为颗粒物聚并率与低频声波声压级的关系示意图。

图7(c)为颗粒物聚并率与其在聚并单元内停留时间的关系示意图。

8(a)为环境温度为25℃时，频率为20kHz的超声波作用1s时，不同粒径颗粒物受到超声波声辐射力作用时的运动距离与超声波振幅的关系图。

图8(b)为环境温度为25℃时，振幅为100μm的超声波作用1s时，不同粒径颗粒物受到超声波声辐射力作用时的运动距离与超声波频率的关系图。

图8(c)为环境温度为25℃时，频率为20kHz的超声波作用1s时，1μ m与10μm颗粒物受到超声波声辐射力作用时的运动距离与超声波振幅的关系图。

图8(d)为环境温度为25℃时，振幅为100μm的超声波作用1s时，1 μm与10μm颗粒物受到超声波声辐射力作用时的运动距离与超声波频率的关系图。

图中各标号的含义是：1-外壳，2-进风口，3-惯性力除尘单元，4-颗粒物聚并单元，5-超声波除尘单元，6-出风口，7-第一集尘高度监测器，8-第二集尘高度监测器，9-控制器，10-颗粒物粒度分布检测仪；

301-渐扩管，302-均流板；

401-电动滑轨，402-第一挡板，403-第一集尘斗，404-第二挡板，405-第一低频声波发射器，406-通风过道，407-第二低频声波发射器；

501-第三挡板，502-第一液压升降机构，503-第二液压升降机构，504-第一超声波发射器，505-第二超声波发射器，506-第二集尘斗，507-渐缩管；

901-显示屏，902-按键，903-报警器。

以下结合实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

需要说明的是，本实用新型中的所有零部件，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的零部件。

需要说明的是，本实用新型中的低频声波频率f在1kHz到3kHz之间，超声波(即高频)频率f≈20kHz。

需要说明的是，本实用新型中的颗粒物粒度分布检测仪401和集灰高度监测器402外壳采用耐磨材料，减小颗粒物对检测、监测设备的磨损，延长使用寿命。

需要说明的是，本实用新型基于如下理论：

第一部分：

颗粒物在声场中的聚并效果与颗粒物的尺寸、颗粒物受声波作用时间相关，同时也与声波频率、声压级有关。

从图6可以看出：1kHz-3kHz的低频声波，对粒径为5微米及以下颗粒物的夹带率高达80％，夹带率反映了声场中颗粒物随声波振动而震荡的程度，颗粒物夹带率高则表示其易随声波振动而震荡，从而更易与其他颗粒物碰撞，聚并为大粒径颗粒物。通过分析得知：低频段声波对小粒径颗粒物(<5μm)夹带作用显著，可利用低频段声波实现小粒径颗粒物的聚并。因此，本专利采用 1kHz～3kHz的频率作为低频声波的默认发射频率区间，以获得更好的聚并效果。

图7(a)、图7(b)和图7(c)分别反映了燃煤飞灰烟气中颗粒物的聚并率与低频声波频率、声压级和颗粒物在声场中停留时间的关系，可以明显看出：针对燃煤飞灰烟气，采用频率为1.4kHz、声压级为155dB的低频声波，同时控制烟气在颗粒物聚并室内停留时间控制在4s，可以获得较佳的颗粒物聚并效果，实验测得最高聚并率达到72.3％。

第二部分：

超声波对颗粒物的机械效应的大小和颗粒物尺寸紧密相关。颗粒物在声场中受到的超声辐射力会使颗粒物的运动状态发生改变，颗粒物受到的超声辐射力与颗粒物粒径的平方成正比，颗粒物在声场中运动方程如下：

其中：

为重力加速度；

和

分别为颗粒物的速度和空气的速度；

ρ_p和ρ_g分别为颗粒物的密度和空气的密度；

f为超声波频率；

A为超声波振幅；

C_p为阻力系数；

α_g为空气对超声波的吸收系数；

x为传播距离。

图8(a)和8(b)是环境温度为25℃时，大粒径(10～90μm)颗粒物受到超声波声辐射力作用时的运动距离与超声波振幅、频率的关系。可以看出：颗粒物粒径越大，其受超声辐射力作用运动距离越大，可以通过超声辐射力实现对大粒径颗粒物运动的控制，加速颗粒物的沉降。而图8(c)和8(d)是当环境温度为25℃时，1μm与10μm颗粒物运动距离与超声波振幅、频率的关系。可以看出超声波对1μm颗粒物的机械效应很不明显，不能有效的改变颗粒物的运动状态。因此，为了进一步提高超声波对颗粒物的控制效果，在这之第一使用了低频声波的聚并效应来减少小粒径颗粒物的数量。

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

实施例：

本实施例给出了一种高低频声波联合作用的惯性除尘装置，如图1至图5 所示，包括外壳1，所述的外壳1的外部的前端和后端分别设置有进风口2和出风口6，外壳的内部设置有惯性力除尘单元3、颗粒物聚并单元4和超声波除尘单元5；

颗粒物聚并单元4包括安装在外壳1内部上侧的电动滑轨401，电动滑轨401上可移动式安装有第一挡板402，外壳1内部下侧设置有第一集尘斗403；

第一集尘斗403顶部端口的一侧与均流板302相连，第一集尘斗403顶部端口的另一侧固定安装有第二挡板404；

第一挡板402靠近第二挡板404的一侧上安装有第一低频声波发射器405；第二挡板404上开设有通风过道406，将第二挡板404分为两部分，在通风过道406下部的第二挡板404上靠近第一挡板402的一侧安装有第二低频声波发射器407；

超声波除尘单元5包括固定安装在外壳1内部上侧的第三挡板501，第三挡板501与第二挡板404之间的外壳1上贯穿设置有第一液压升降机构502 和第二液压升降机构503，第一液压升降机构502的下部固定安装有第一超声波发射器504，第二液压升降机构503的下部固定安装有第二超声波发射器505；外壳1内部下侧设置有第二集尘斗506，第二集尘斗506顶部端口的一侧与第二挡板404相连，第二集尘斗506端口的另一侧与渐缩管507的一端相连，渐缩管507的另一端出风口6相连。

作为本实施例的一种优选方案，惯性力除尘单元3包括一端与进风口2 相连的渐扩管301，渐扩管301的另一端固定安装有均流板302，让气体更加均匀。

作为本实施例的一种优选方案，第二挡板404靠近第一集尘斗403处设置有第一集尘高度监测器7；第二挡板404靠近第二集尘斗506处设置有第二集尘高度监测器8，可以监测集尘斗中灰尘是否满了。

作为本实施例的一种优选方案，均流板302有多个，均流板的设置可以让从进气口进入的颗粒物更加的均匀的分布。

作为本实施例的一种优选方案，第一低频声波发射器405和第二低频声波发射器407均设置有多个，设置有多个的主要作用是在气体中颗粒物的浓度不一样时，方便调节低频声波的强度，进而达到最适合强度，使得聚并作用强度刚刚好，并且同时还可以节省成本。

作为本实施例的一种优选方案，外壳1上设置有控制器9，控制器上设置有显示屏901，按键902和报警器903，控制器的设置主要目的是控制第一液压升降机构和第二液压升降机构的升降，以及通过控制电动滑轨调节第一低频声波发射器和第二低频声波发射器之间的距离，使得除尘效果更佳，控制器、显示屏、按键和报警器的设置均是本领域的常规设置。

作为本实施例的一种优选方案，出风口6的内部设置有颗粒物粒度分布检测仪10，设置颗粒物粒度分布检测仪的主要目的是作为一个反馈装置，用来反馈除尘效果，进而调节第一低频声波发射器和第二低频声波发射器之间的距离，从而使除尘增强效果。

本实用新型的工作过程如下所述：

把需要除尘的气体平稳的通入到进风口2中，气体在惯性力除尘单元3 中的渐扩管301中扩散并均匀分布,然后通过均流板302的颗粒的粒径较大的一部分颗粒由于惯性力而沉降到第一集尘斗403，未沉降的颗粒随着气体进入到颗粒物聚成单元4，第一低频声波发射器405和第二低频声波发射器407发出的低频声波对未沉降的颗粒进行聚并，聚并后的颗粒随着气体进入到超声波除尘单元5，第一超声波发射器504和第一超声波发射器505发出的超声波声辐射力形成垂直通道方向的超声波辐射力场，使颗粒物加速沉降，然后气体再通过超声波除尘单元5中的渐缩管507到达出风口6，出风口6中的颗粒物粒度分布检测仪10会检测当前气体中的颗粒物浓度，进而反馈给控制器9，控制器9控制第一挡板402移动，调节第一超声波发射器504和第一超声波发射器505之间的距离，进而改变发出的超声波声辐射力的强度，改变聚并作用的强度。同时控制器控制第一液压升降机构502和第二液压升降机构503，从而调节第一超声波发射器504和第二超声波发射器505发出的超声波的大小，进而改善除尘效果。

Claims (7)

1.一种高低频声波联合作用的惯性除尘装置，包括外壳(1)，其特征在于，所述的外壳(1)的外部的前端和后端分别设置有进风口(2)和出风口(6)，外壳的内部设置有惯性力除尘单元(3)、颗粒物聚并单元(4)和超声波除尘单元(5)；

所述的颗粒物聚并单元(4)包括安装在外壳(1)内部上侧的电动滑轨(401)，所述的电动滑轨(401)上可移动式安装有第一挡板(402)，所述的外壳(1)内部下侧设置有第一集尘斗(403)；

所述的第一集尘斗(403)顶部端口的一侧与均流板(302)相连，第一集尘斗(403)顶部端口的另一侧固定安装有第二挡板(404)；

所述的第一挡板(402)靠近第二挡板(404)的一侧上安装有第一低频声波发射器(405)；所述的第二挡板(404)上开设有通风过道(406)，将第二挡板(404)分为两部分，在通风过道(406)下部的第二挡板(404)上靠近第一挡板(402)的一侧安装有第二低频声波发射器(407)；

所述的超声波除尘单元(5)包括固定安装在外壳(1)内部上侧的第三挡板(501)，所述的第三挡板(501)与第二挡板(404)之间的外壳(1)上贯穿设置有第一液压升降机构(502)和第二液压升降机构(503)，第一液压升降机构(502)的下部固定安装有第一超声波发射器(504)，第二液压升降机构(503)的下部固定安装有第二超声波发射器(505)；所述的外壳(1)内部下侧设置有第二集尘斗(506)，所述的第二集尘斗(506)顶部端口的一侧与第二挡板(404)相连，第二集尘斗(506)顶部端口的另一侧与渐缩管(507)的一端相连，渐缩管(507)的另一端出风口(6)相连。

2.如权利要求1所述的高低频声波联合作用的惯性除尘装置，其特征在于，所述的惯性力除尘单元(3)包括一端与进风口(2)相连的渐扩管(301)，渐扩管(301)的另一端固定安装有均流板(302)。

3.如权利要求1所述的高低频声波联合作用的惯性除尘装置，其特征在于，所述的第二挡板(404)靠近第一集尘斗(403)处设置有第一集尘高度监测器(7)；所述的第二挡板(404)靠近第二集尘斗(506)处设置有第二集尘高度监测器(8)。

4.如权利要求2所述的高低频声波联合作用的惯性除尘装置，其特征在于，所述的均流板(302)有多个。

5.如权利要求1所述的高低频声波联合作用的惯性除尘装置，其特征在于，所述的第一低频声波发射器(405)和第二低频声波发射器(407)均设置有多个。

6.如权利要求1所述的高低频声波联合作用的惯性除尘装置，其特征在于，所述的外壳(1)上设置有控制器(9)，控制器上设置有显示屏(901)，按键(902)和报警器(903)。

7.如权利要求1所述的高低频声波联合作用的惯性除尘装置，其特征在于，所述的出风口(6)的内部设置有颗粒物粒度分布检测仪(10)。

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