抛物球面反射声凝聚pm2.5减排装置和方法
【专利摘要】本发明公开了一种抛物球面反射声凝聚PM2.5减排装置和方法，包括声波发生器、凝聚舱、凝聚舱可移动端面，凝聚舱的一外壁上设有至少一个声波发生器，声波发生器所发射的声波方向朝向凝聚舱内部，凝聚舱另一相对侧面是凝聚舱可移动端面，凝聚舱可移动端面可沿声波发射方向移动，凝聚舱的底部设有烟气进口，顶部设有烟气出口。本发明通过多个带抛物球面障板的声波发生器来提高声凝聚除尘效率，同时降低声凝聚的能耗，采用可调制声源，并实时监测烟气的特征以及颗粒物凝聚效果，实现可调制声源的闭环控制，使装置适应不同含尘气流。
【专利说明】
抛物球面反射声凝聚PM2.5减排装置和方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种脱除烟气中PM2.5的除尘装置和方法，尤其是一种声凝聚复合式旋风除尘器，属于污染控制设备制造的技术领域。
【背景技术】
[0002]化学燃烧能源系统排放到大气中的污染物日益增多，以PM2.5为代表的悬浮细颗粒富含有毒物质且在大气中停留时间长、输送距离远，不仅降低了大气能见度，影响交通、环境和气候，而且对人体健康有短期和长期累积的严重危害。
[0003]细微颗粒物在一般声波凝聚技术的环境下凝聚效率不高，若要提高凝聚效率只有增大声压级，从而增加了功耗。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种通过声凝聚脱除气流中细微颗粒物的方法，该方法能有效脱除化学燃烧排放气体中的PM2.5颗粒物，降低对环境的污染。
[0005]为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，
[0006]一种抛物球面反射声凝聚PM2.5减排装置，包括声波发生器、凝聚舱和凝聚舱可移动端面，凝聚舱的一侧外壁上设有至少一个声波发生器，声波发生器所发射的声波方向朝向凝聚舱内部，凝聚舱的底部设有烟气进口，顶部设有烟气出口。
[0007]所述的一种抛物球面反射声凝聚PM2.5减排装置，还包括抛物球面障板，所述的抛物球面障板为半球状弧面，弧面朝向凝聚仓内设置，声波发生器固定在抛物球面障板的焦点处。
[0008]所述的一种抛物球面反射声凝聚PM2.5减排装置，所述的声波发生器在凝聚舱外壁上竖直排列，每个声波发生器上罩有一个相应的抛物球面障板。
[0009]所述的一种抛物球面反射声凝聚PM2.5减排装置，凝聚舱相对声波发生器的另一侧壁为凝聚舱可移动端面，凝聚舱可移动端面能够沿声波发射方向移动以实现凝聚舱在声波发射方向上的长度调节。
[0010]所述的一种抛物球面反射声凝聚PM2.5减排装置，所述的凝聚舱可移动端面与凝聚舱上下壁之间设有滑轮，凝聚舱可移动端面由电动执行机构驱动进行运动。
[0011]所述的一种抛物球面反射声凝聚PM2.5减排装置，还包括旋风除尘器，所述的旋风除尘器连接至烟气出口。
[0012]一种抛物球面反射声凝聚PM2.5减排方法，采用如权利要求1-6任一所述的装置，包括以下步骤:
[0013]步骤1:开启声波发生器，使声波经过抛物球面障板反射，并沿抛物球面障板的中心轴方向聚束，使得抛物球面障板所指范围内声场强度增强；
[0014]步骤2:开启旋风除尘器，并使烟气从烟气进口进入，在烟气通过凝聚舱时，声场使烟气中的颗粒物进行碰撞并团聚成更大的颗粒物，最后烟气从烟气出口排出并由旋风除尘器进行颗粒物的处理和收集。
[0015]所述的一种抛物球面反射声凝聚PM2.5减排方法，烟气从烟气入口进入凝聚舱后，根据声波波长，通过凝聚舱可移动端面改变凝聚舱的横向距离，使得入射声波和反射声波之间的距离为半波长的整数倍，并在凝聚舱中形成驻波。
[0016]本发明的技术效果在于，I)提高声凝聚除尘效率:凝聚舱侧面设有多个带抛物球面障板的声波发生器，当声波频率确定后，调节凝聚舱可移动端面与声波发生器之间的距离，使两者之间的距离为半波长的整数倍，在凝聚舱内形成多个横向驻波声场。PM2.5颗粒物在凝聚舱内自下而上通过多个驻波声场，增大了PM2.5颗粒物相互碰撞的几率，提高了团聚效果。再结合常规旋风除尘器，达到高效脱除PM2.5的目的，以控制PM2.5的排放。
[0017]2)降低声凝聚的能耗:声波发生器通过抛物球面障板中心轴的连接杆固定在抛物球面障板的焦点处，声波经过抛物球面障板反射，沿抛物球面障板的中心轴方向聚束，这样抛物球面障板所指范围内声场强度增强。而且由于抛物球面障板的聚束作用，降低了各个声源之间的干扰，有利于驻波声场的形成。
[0018]下面结合附图对本发明作进一步说明。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的结构示意图；
[0020]其中I为声波发生器、2为抛物球面障板、3为凝聚舱、4为凝聚舱可移动端面、5为旋风除尘器、6为电动执行机构。
【具体实施方式】
[0021]本发明的整个装置如图1所示分为三个部分:声源、凝聚舱、旋风除尘器。其中声源为带抛物球面障板的可调制声源;凝聚舱由舱体和可移动端面组成。
[0022]抛物球面障板中心轴方向设有连接杆，声波发生器通过连接杆固定在抛物球面障板的焦点处;在凝聚舱左侧面的抛物球面障板竖直排列；可移动端面采用电动执行机构实现凝聚舱横向长度的调节。
[0023]具体连接方式如下:含尘气流进口的水平管道的一端与凝聚舱的下端相连;旋风除尘器与凝聚舱的顶端烟气出口相连;抛物球面障板中心轴方向设有连接杆，声波发生器通过连接杆固定在抛物球面障板的焦点处;在凝聚舱左侧面的抛物球面障板竖直排列；凝聚舱的右侧面是可移动端面，可移动端面与声波发生器之间的距离由电动执行机构调节。
[0024]声波的聚束:声波发生器设置在抛物球面障板的焦点处，声波经过抛物球面障板反射，沿抛物球面障板的中心轴方向聚束，这样抛物球面障板所指范围内声场强度增加。并且降低了各个声源之间的干扰，有利于各驻波声场的形成。
[0025]声波聚束的理论依据在于:
[0026]刚性曲面反射聚焦
[0027]声波的传播符合斯涅尔定律。刚性曲面，在入射声波作用下曲面不发生形变，声波透不到曲面内部，激不起曲面内部振动。
[0028]当反射面为曲面时，可利用斯涅尔定律求声波在曲面上的反射声线。例如，欲求曲面上某点的反射线，则以过该点的曲面的切面作为镜面，使其入射角等于反射角，即可确定反射声线。凸曲面对入射声波有明显的散射作用，它有助于声场的扩散;凹曲面反射将使声音汇聚于某区域或出现声焦点，从而造成声场分布的不均匀。
[0029]当反射面为抛物球面时，并且声源设置在抛物球面的焦点处，根据斯涅尔定律可知，所有反射声线与抛物球面的中心轴平行。因此，凝聚舱内声波将在抛物球面中轴方向平行聚束。
[0030]驻波的形成:测控系统通过部署在凝聚舱的流量传感器、气压传感器、声压传感器、颗粒物粒仪监测仪监测烟气的特征，确定颗粒物声凝聚的最优频率。频率确定后，计算出声波波长，通过可移动端面改变凝聚舱的横向距离使得入射声波和反射声波之间的距离为半波长的整数倍，当入射波和反射波距离为半波长的整数倍时，在凝聚舱中形成驻波。凝聚舱侧面设置有多个声源，可在凝聚舱内形成多个水平方向的驻波声场。
[0031 ]驻波声场形成的理论依据在于:
[0032]两列沿相反方向传播的振动方向、振幅、频率均相同的声波，在同种介质中传播时将会产生干涉现象，出现波腹和波节，形成驻波。
[0033]在凝聚舱内，入射声波由声源产生，入射声波经可移动端面反射产生反射波，即凝聚舱内反射声源为可移动端面。当声源与可移动端面的距离为半波长的整数倍时，形成驻波。由于入射声源有抛物球面的聚束，因此各个声源间的影响可以忽略。所以在凝聚舱内可形成多个独立的驻波声场。
[0034]本装置的运行过程:燃烧排放烟气和其他含尘气流从凝聚舱的底部入口进入，然后根据声波波长，通过电动执行机构调节可移动端面，改变凝聚舱的横向距离使得入射声波和反射声波之间的距离为半波长的整数倍，当入射波和反射波距离为半波长的整数倍时，在凝聚舱中形成驻波。凝聚舱侧面设置有多个声源，可在凝聚舱内形成多个水平方向的驻波声场。燃烧排放烟气和其他含尘气流自下而上通过凝聚舱内的多个驻波声场，增大了颗粒物之间的碰撞几率，可以使颗粒物之间经过多次碰撞团聚成更大的颗粒物，也可以使团聚后的颗粒物再次团聚。团聚后的大颗粒物，最后由旋风除尘器处理收集。
【主权项】
1.一种抛物球面反射声凝聚PM2.5减排装置，其特征在于，包括声波发生器(I)、凝聚舱(3)和凝聚舱可移动端面(4)，凝聚舱(3)的一侧外壁上设有至少一个声波发生器(I)，声波发生器(I)所发射的声波方向朝向凝聚舱(3)内部，凝聚舱(3)的底部设有烟气进口，顶部设有烟气出口。2.根据权利要求1所述的一种抛物球面反射声凝聚PM2.5减排装置，其特征在于:还包括抛物球面障板(2)，所述的抛物球面障板(2)为半球状弧面，弧面朝向凝聚仓内设置，声波发生器(I)固定在抛物球面障板(2)的焦点处。3.根据权利要求2所述的一种抛物球面反射声凝聚PM2.5减排装置，其特征在于:所述的声波发生器(I)在凝聚舱(3)外壁上竖直排列，每个声波发生器(I)上罩有一个相应的抛物球面障板(2)。4.根据权利要求1所述的一种抛物球面反射声凝聚PM2.5减排装置，其特征在于:凝聚舱(3)相对声波发生器(I)的另一侧壁为凝聚舱可移动端面(4)，凝聚舱可移动端面(4)能够沿声波发射方向移动以实现凝聚舱(3)在声波发射方向上的长度调节。5.根据权利要求4所述的一种抛物球面反射声凝聚PM2.5减排装置，其特征在于:所述的凝聚舱可移动端面(4)与凝聚舱(3)上下壁之间设有滑轮，凝聚舱可移动端面(4)由电动执行机构(10)驱动进行运动。6.根据权利要求1所述的一种抛物球面反射声凝聚PM2.5减排装置，其特征在于:还包括旋风除尘器(5)，所述的旋风除尘器(5)连接至烟气出口。7.一种抛物球面反射声凝聚PM2.5减排方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任一所述的装置，包括以下步骤: 步骤1:开启声波发生器(I)，使声波经过抛物球面障板(2)反射，并沿抛物球面障板(2)的中心轴方向聚束，使得抛物球面障板(2)所指范围内声场强度增强； 步骤2:开启旋风除尘器(5)，并使烟气从烟气进口进入，在烟气通过凝聚舱(3)时，声场使烟气中的颗粒物进行碰撞并团聚成更大的颗粒物，最后烟气从烟气出口排出并由旋风除尘器(5)进行颗粒物的处理和收集。8.根据权利要求7所述的一种抛物球面反射声凝聚PM2.5减排方法，其特征在于，烟气从烟气入口进入凝聚舱后，根据声波波长，通过凝聚舱可移动端面(4)改变凝聚舱(3)的横向距离，使得入射声波和反射声波之间的距离为半波长的整数倍，并在凝聚舱(3)中形成驻波。
【文档编号】B01D51/08GK106039914SQ201610554882
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月14日
【发明人】张健, 刘嫔, 贺建飚, 杨安波, 赵云
【申请人】中南大学