基于亥姆霍兹共鸣器阵列的悬浮颗粒声波团聚系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及除尘技术领域，特指一种基于亥姆霍兹共鸣器阵列的悬浮颗粒声波团聚系统。
【背景技术】
[0002]悬浮细颗粒是指大气中空气动力学粒径小于2.5 μπι的固体颗粒物(也称ΡΜ2.5)。随着我国国民经济的迅猛发展，矿石燃料的大量消耗以至于ΡΜ2.5已成为污染我国城市地区大气环境的主要污染物，引起了党和国家领导人的密切关注与人民群众的深切忧虑。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。
[0003]当前工业上广泛应用的常规除尘技术可分为湿法与干法两大类。利用湿法除尘的方法存在所用物料难以回收、处理，这样的废料极易造成污染的转移以及高温气体由高温变为常温而造成能源的浪费等缺点而较少使用，而干法除尘器应用较为广泛，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(>10 μπι)的脱除效率很高，但对悬浮细颗粒(〈2.5ym)的去除效率却很低。
[0004]目前各种除尘方法中都不能有效地脱除可吸入悬浮细颗粒。其中的方法是采用外加种子颗粒的声波团聚脱除微细颗粒物，容易造成外加的种子颗粒与悬浮细颗粒吸附到管道避免，清除较为不便，易对装置造成腐蚀，且装置内声强高于160dB时极易造成声场内出现湍流，使刚形成的团聚体破碎，很难保证长期稳定可靠的工作；另外的方法对于高效收集弱磁性的颗粒物，以及清除和解磁附着在面上被收集的颗粒还是存在很大的问题。
【发明内容】
[0005]针对上述技术问题，本发明提出一种拓展性能好，可连续作用直至含尘烟气中的细颗粒大部分团聚、且团聚效率高、能耗低、操作简单，结构合理的基于亥姆霍兹共鸣器阵列的悬浮颗粒声波团聚系统及方法。其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，再结合旋风分离等常规除尘技术，去除悬浮粗颗粒，从而达到控制PM2.5排放的目的；本系统具有良好的拓展性能，可连续作用直至含尘烟气中的细颗粒大部分团聚；该除尘系统作用时不影响压降，且具有具有团聚效率高、能耗低、操作简单，结构合理，运行成本低和作用时间短等优点。
[0006]本发明的具体技术方案是:
[0007]一种基于亥姆霍兹共鸣器阵列的悬浮颗粒声波团聚系统，该系统包括声源装置、亥姆霍兹共振装置和控制装置；所述声源装置由依次相连的信号发生器、信号放大器、声源、号筒以及驻波管组成；所述亥姆霍兹共振装置由短管、烟道与亥姆霍兹共鸣器组成；所述驻波管上设置有多根短管，所述烟道内对应设有相同数量的亥姆霍兹共鸣器，所述驻波管通过短管与所述烟道内的亥姆霍兹共鸣器耦合，所述控制装置由控制器和三组活塞组件组成；所述活塞组件均由活塞以及驱动活塞的步进电机组成，所述三组活塞组件包括设置在驻波管内用于调节驻波管内体积的第二活塞组件、设置在烟道内用于调节烟道体积的第三活塞组件、以及设置在各个亥姆霍兹共鸣器内用于调节各个亥姆霍兹共鸣器体积的第一活塞组件；所述信号发生器产生声波，经信号放大器驱动声源，经号筒向驻波管内辐射低频声波，第一活塞组件运动调节亥姆霍兹共鸣器体积以使烟道的共振频率与低频声波相同；信号发生器、信号放大器以及各活塞组件中的步进电机均与控制器连接且通过控制器调控参数。
[0008]作为本发明的优选技术方案，本发明还包括保障装置，所述保障装置包括旋风除尘器和消声劈尖，旋风除尘器安装在烟道上，消声劈尖布设在系统的外围。
[0009]作为本发明的优选技术方案，所述信号发生器产生的声波频率为IKHz?5KHz，由信号发生器产生1000Hz至5000Hz的声波，经信号放大器驱动声源，经圆锥形号筒向驻波管内福射强度不低于145dB的低频声波。
[0010]各亥姆霍兹共鸣器通过调节其各自的第一活塞组件中的活塞，以改变亥姆霍兹共鸣器的体积，以使烟道内的共振频率可调，使烟道内产生强共振声波，利用由此产生的高能量密度的声场使烟道内的悬浮细颗粒相对运动，调节第二活塞组件中的活塞使驻波管内的声波波峰位置可调，使经短管向烟道内辐射的声强改变，调节第三活塞组件中的活塞使含尘烟气在烟道内的作用时间可调。
[0011]利用上述基于亥姆霍兹共鸣器阵列的悬浮颗粒声波团聚系统，本发明提供一种基于亥姆霍兹共鸣器阵列的悬浮颗粒声波团聚方法，其步骤如下:
[0012]I)将信号发生器产生的信号经功率放大器输入到声源，使声源可以向驻波管内经由号筒福射声波；
[0013]2)通过调节亥姆霍兹共鸣器粗管的长度，以调控亥姆霍兹共鸣器的共振频率；
[0014]3)含尘烟气被送入烟道内，通过调节烟气流速使烟气在团聚室内的作用时间达到预定的时间要求；
[0015]4)经过烟道的含尘烟气通过重力沉降或者除尘器，将含尘烟气中的大颗粒、团聚体消除。
[0016]本发明将亥姆霍兹共鸣器组成一定数目的阵列，将该阵列与含尘烟气的管道相连结、互通，将调制信号经信号发生器、功率放大器及声源向驻波管中辐射，激发亥姆霍兹共鸣器阵列，使输送含尘烟气的烟道内达到一定强度的声强，激发烟道内悬浮颗粒振动、产生相对速度，相互碰撞、团聚成较大粒径的团聚体而沉降，或者被常规除尘设备消除从而达到消除可吸入细颗粒PM2.5的目的；
[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0018]本系统包括声源，信号发生器，功率放大器，烟气输送管道，亥姆霍兹共鸣器阵列，驻波管，旋风除尘器等。本发明具有费用小，能耗低，操作简单，结构合理，具有良好的拓展性能和除尘效率高等优点。
[0019]本发明将信号发生器产生的信号经信号放大器，输入到声源使声源经号筒向驻波管内辐射声波，与驻波管耦合的烟道，使烟道内产生强共振声波，利用由此产生的高能量密度的声场使烟道内的悬浮细颗粒相对运动，可提高悬浮颗粒相互碰撞的概率，颗粒碰撞后很可能会粘结形成更大粒径的颗粒，在较短时间范围内，颗粒平均粒径会显著增大，可通过重力沉降或者采用的风除尘器将含尘烟气中的大颗粒、团聚体消除。
【附图说明】
[0020]图1本发明的结构示意图。
[0021]图中标号表不:1、信号发生器；2、信号放大器；3、声源；4、号筒；5、驻波管；6、第二调节活塞；7、第二步进电机；8、短管；9、第三调节活塞；10、第三步进电机；11、烟道；12、亥姆霍兹共鸣器；13、第一步进电机；14、旋风除尘器；15、控制器；16、消声劈尖；17、第一调节活塞。
【具体实施方式】
[0022]本发明提供一种基于亥姆霍兹共鸣器阵列的悬浮颗粒声波团聚系统的具体实施例，包括声源装置、亥姆霍兹共振装置、控制装置与保障装置；声源装置由依次相连的信号发生器1、信号放大器2、声源3、圆锥型号筒4以及驻波管5组成；亥姆霍兹共振装置由短管8、含尘烟道11与亥姆霍兹共鸣器12组成，其中亥姆霍兹共鸣器12的数量为多个，安装在烟道11内；控制装置由控制器15和三组活塞组件组成；保障装置由安装在含尘烟道11上旋风除尘器14与消声劈尖16组成；驻波管5通过短管8与含尘烟道11内的亥姆霍兹共鸣器12耦合，三组活塞组件包括用于调节驻波管5内体积的第二活塞组件、用于调节含尘烟道11体积的第三活塞组件、以及多组用于