用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置及方法
【专利摘要】一种用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置及方法。装置包括强声源组件、团聚舱组件和常规除尘组件，团聚舱组件包括圆柱体头舱、锥体过渡舱、用于形成轴向和径向双向驻波场的双向模态驻波管以及圆柱体尾舱，圆柱体头舱与强声源组件连接，且设有待处理气体输入口，锥体过渡舱的大径端与圆柱体头舱连接，双向模态驻波管一端与锥体过渡舱的小径端连接，另一端与圆柱体尾舱连接。方法包括以下步骤：S1：启动强声源组件，使强声波在双向模态驻波管内同时形成轴向和径向高强声驻波场；S2：向团聚舱组件输入待处理气体，在双向模态驻波管内的轴向和径向高强声驻波场作用下，悬浮颗粒团聚为大粒径团聚物；S3：由常规除尘组件去除气流中的大粒径团聚物。
【专利说明】用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及悬浮颗粒脱除技术，尤其涉及用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的快速发展，由人为源排放到大气中的可吸入颗粒物(PMlO)日益增多，其中空气动力学直径小于2.5μπι的细微颗粒物(PM2.5，又称可入肺颗粒物)危害极大，不仅严重危害人体健康，还影响气候和大气能见度。近年来，各省市大气环境监测数据表明ΡΜ2.5超标情况时有发生，部分地区超标情况严重。事实表明ΡΜ2.5已成为我国城市主要的大气污染物。ΡΜ2.5主要由人为源产生，包括固定源和移动源，固定源如发电、冶金、石油、化工、等各种工业过程及供热、烹调等过程中燃煤、燃气、燃油及生物质燃烧排放的烟尘，移动源如各类交通工具在运行过程中排放的尾气。目前我国生物质燃烧尚未加以有效控制，另外随着能源需求与煤炭消耗的持续增加，城市机动车的快速发展，我国ΡΜ2.5排放量及部分城市大气中ΡΜ2.5浓度呈上升趋势。因此，必须立即采取有效措施防治、治理ΡΜ2.5。发展ΡΜ2.5新型减排技术可从根本上解决这一问题。
[0003]现有的除尘技术有电袋复合除尘、蒸汽相变除尘、旋风除尘、热泳脱除和磁分离等技术，但由于对5μπι以下颗粒物的清除效率很低，或因经济成本高、适用范围窄、处理流量受限及影响能源系统运行等问题，这些技术无法充分满足ΡΜ2.5减排需求。声波团聚是目前公认的一种高效的细微颗粒脱除促进方法，将在ΡΜ2.5治理中发挥重要作用。声波团聚技术利用高强度声场作用，使含尘气体中微米及亚微米级细颗粒物发生碰撞，在较短时间这些颗粒物粘附形成更大粒径的团聚物，进而提高传统除尘设备的脱除效率。声波团聚技术经济易用，作用时间短、效果显著，其对环境适应性强，可在高温、高压及腐蚀性等恶劣环境下工作。
[0004]目前工程实际应用的声团聚PMlO减排系统极其少见。公开资料显示，声团聚减排系统多为实验室内用于研究ΡΜ2.5团聚机理的中小尺寸原理性简易装置。这些装置或是声场强度不高，或是减排效果和规模有限。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能量利用率高、团聚效率高、能耗小、费用低、流程简单、操作方便的用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置及方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置，包括强声源组件、团聚舱组件和常规除尘组件，所述团聚舱组件包括圆柱体头舱、锥体过渡舱、用于形成轴向和径向双向驻波场的双向模态驻波管以及连接常规除尘组件的圆柱体尾舱，所述圆柱体头舱与强声源组件连接，且设有待处理气体输入口，所述锥体过渡舱的大径端与圆柱体头舱连接，所述双向模态驻波管一端与锥体过渡舱的小径端连接，另一端与圆柱体尾舱连接。[0007]作为上述技术方案的进一步改进:
所述锥体过渡舱和双向模态驻波管均设有多件，且数量相等，所述锥体过渡舱与双向模态驻波管 对应连接。
[0008]所述锥体过渡舱设有一件，所述双向模态驻波管设有多件，所述多件双向模态驻波管均连接于所述锥体过渡舱的小径端。
[0009]所述强声源组件包括大功率声源、号筒和气室，所述号筒的小径端与大功率声源连接，号筒的大径端与气室连接，所述气室另一端与圆柱体头舱连接。
[0010]所述气室与圆柱体头舱之间设有透声板。
[0011]所述气室的排气口设有消声器，所述圆柱体头舱的待处理气体输入口和圆柱体尾舱的处理后气体输出口均设有消声器。
[0012]所述常规除尘组件包括出气口流量流速调节装置、除尘设备和出气口粒子检测装置，所述出气口流量流速调节装置与圆柱体尾舱的处理后气体输出口连接，所述除尘设备输入端与出气口流量流速调节装置连接，输出端与出气口粒子检测装置连接。
[0013]所述圆柱体头舱的待处理气体输入口连接有预处理组件，所述预处理组件包括进气口流量流速调节装置、进气口粒子检测装置以及用于向待处理气体中加入添加剂中和有害气体、增加粒子浓度的预处理装置，所述预处理装置一端与待处理气源连接，另一端依次连接进气口流量流速调节装置和进气口粒子检测装置。
[0014]一种基于上述的用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置的强声团聚方法，包括以下步骤:
S1:启动强声源组件，向团聚舱组件辐射声波能量，调节强声源组件，使强声波在双向模态驻波管内同时形成轴向和径向高强声驻波场；
52:向团聚舱组件输入待处理气体，待处理气体依次流经圆柱体头舱、锥体过渡舱、双向模态驻波管以及圆柱体尾舱，在双向模态驻波管内的轴向和径向高强声驻波场作用下，待处理气体内的悬浮颗粒团聚为大粒径团聚物，并从圆柱体尾舱随气流进入常规除尘组件；
53:由常规除尘组件去除气流中的大粒径团聚物。
[0015]作为上述技术方案的进一步改进:
在进行步骤S2之前，对待处理气体进行预处理，向待处理气体中加入用于中和有害气体的添加剂和用于增加粒子浓度的水雾气溶胶。
[0016]与现有技术相比，本发明的优点在于:
本发明的用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置，团聚舱组件采用渐变截面的锥体过渡舱连接圆柱体头舱与双向模态驻波管，实现强声波从圆柱体头舱到双向模态驻波管的最佳传送效率，增强了能量利用率；双向模态驻波管形成轴向和径向双向驻波场，可使得局部声压级增加IOdB?30dB，增加团聚效率；整个团聚舱组件两端为对称的圆柱舱体，形成二腔体连通结构，利用两个腔体声场的耦合，调节声源频率，激发圆柱体尾舱的共振模式，获得高能声场，增加圆柱体尾舱团聚效率。
[0017]本发明的强声团聚方法，通过调节强声源组件，使强声波在双向模态驻波管内同时形成轴向和径向高强声驻波场，可使得局部声压级增加IOdB?30dB，从而使悬浮颗粒剧烈运动，相互碰撞、粘结的概率增大，与传统除尘器相比，该方法能耗小，效率高，费用低，结合常规除尘设备，能有效地脱除具有复杂粒径分布的含尘烟气中的悬浮颗粒；该方法流程简单、操作方便，可连续作用直至含尘烟气中的悬浮颗粒大部分产生团聚。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置第一种实施例的结构示意图。
[0019]图2是图1中团聚舱组件的剖视结构放大示意图。
[0020]图3是本发明用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置第二种实施例的结构示意图。
[0021]图4是本发明用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置第三种实施例的结构示意图。
[0022]图5是本发明用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置第三种实施例的立体结构示意图。
[0023]图6是图4中双向模态驻波管的剖视结构示意图。
[0024]图7是本发明强声团聚方法的流程图。
[0025]图中各标号表示:
1、强声源组件；11、大功率声源；12、号筒；13、气室；14、透声板；2、团聚舱组件；21、圆柱体头舱；22、锥体过渡舱；23、双向模态驻波管；24、圆柱体尾舱；25、待处理气体输入口 ；26、处理后气体输出口 ；3、常规除尘组件；31、出气口流量流速调节装置；32、除尘设备；33、出气口粒子检测装置；4、预处理组件；41、预处理装置；42、进气口流量流速调节装置；43、进气口粒子检测装置；5、消声器。
【具体实施方式】
[0026]图1和图2示出了本发明的第一种用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置实施例，该强声团聚装置包括强声源组件1、团聚舱组件2和常规除尘组件3，团聚舱组件2包括圆柱体头舱21、锥体过渡舱22、用于形成轴向和径向双向驻波场的双向模态驻波管23以及连接常规除尘组件3的圆柱体尾舱24，圆柱体头舱21与强声源组件I连接，且设有待处理气体输入口 25，锥体过渡舱22的大径端与圆柱体头舱21连接，双向模态驻波管23 —端与锥体过渡舱22的小径端连接，另一端与圆柱体尾舱24连接，本实施例采用单个锥体过渡舱22和单个双向模态驻波管23组合，为轻量级装置。本发明的用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置，团聚舱组件2采用渐变截面的锥体过渡舱22连接圆柱体头舱21与双向模态驻波管23，实现强声波从圆柱体头舱21到双向模态驻波管23的最佳传送效率，增强了能量利用率；双向模态驻波管23形成轴向和径向双向驻波场，可使得局部声压级增加IOdB?30dB，增加团聚效率；整个团聚舱组件2两端为对称的圆柱舱体，形成二腔体连通结构，利用两个腔体声场的耦合，调节声源频率，激发圆柱体尾舱24的共振模式，获得高能声场，增加圆柱体尾舱24团聚效率。待处理气体输入口 25设于圆柱体头舱21的前端，圆柱体尾舱24的处理后气体输出口 26设置于末端，可减少其对舱内声场影响，并增大团聚舱作用时间。
[0027]本实施例中，强声源组件I包括大功率声源11、号筒12和气室13,号筒12的小径端与大功率声源11连接，号筒12的大径端与气室13连接，气室13另一端与圆柱体头舱21连接，采用大功率声源11产生强声波，可形成局部声压级达160dB以上的强声场，增强团聚减排效率。
[0028]本实施例中，气室13与圆柱体头舱21之间设有透声板14，实现气声分离，在不影响强声场特性的前提下，实现相对紧凑的团聚舱设计，可降低湍流场的不利影响；同时实现圆柱体头舱21内可吸入颗粒物与气室13内气体分离。
[0029]本实施例中，气室13的排气口设有消声器5，圆柱体头舱21的待处理气体输入口25和圆柱体尾舱24的处理后气体输出口 26均设有消声器5，可阻止强声场向外辐射，消除噪声。
[0030]本实施例中，常规除尘组件3包括出气口流量流速调节装置31、除尘设备32和出气口粒子检测装置33，出气口流量流速调节装置31与圆柱体尾舱24的处理后气体输出口26连接，除尘设备32输入端与出气口流量流速调节装置31连接，输出端与出气口粒子检测装置33连接。圆柱体头舱21的待处理气体输入口 25连接有预处理组件4，预处理组件4包括进气口流量流速调节装置42、进气口粒子检测装置43以及用于向待处理气体中加入添加剂中和有害气体、增加粒子浓度的预处理装置41，预处理装置41 一端与待处理气源连接，另一端依次连接进气口流量流速调节装置42和进气口粒子检测装置43。系统还设置有包含流量、声压、颗粒物浓度与粒径分布、光学、温度、湿度等传感器，实现对系统监控与控制。
[0031]图3示出了本发明的第二种用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置实施例，本实施例与第一实施例基本相同，区别仅在于:本实施例中，锥体过渡舱22和双向模态驻波管23均设有三件，锥体过渡舱22与双向模态驻波管23 —一对应连接，为中量级装置。
[0032]图4至图6示出了本发明的第三种用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置实施例，本实施例与第一实施例基本相同，区别仅在于:本实施例中，锥体过渡舱22设有一件，双向模态驻波管23设有十四件，十四件双向模态驻波管23均连接于锥体过渡舱22的小径端，十四件双向模态驻波管23外还套设有大径管，为重量级装置，在其它实施例中也可取消套设于多件双向模态驻波管23外的大径管。通过不同的组合、扩展，可形成不同形式的团聚舱组件2，能满足不同量级下，可吸入颗粒物的减排需求。
[0033]图7示出了基于用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置的强声团聚方法实施例的流程，本实施例包括以下步骤:
51:启动强声源组件1，向团聚舱组件2辐射声波能量，调节强声源组件1，使强声波在双向模态驻波管23内同时形成轴向和径向高强声驻波场；
52:向团聚舱组件2输入待处理气体，待处理气体依次流经圆柱体头舱21、锥体过渡舱22、双向模态驻波管23以及圆柱体尾舱24，在双向模态驻波管23内的轴向和径向高强声驻波场作用下，待处理气体内的悬浮颗粒团聚为大粒径团聚物，并从圆柱体尾舱24随气流进入常规除尘组件3 ；
S3:由常规除尘组件3去除气流中的大粒径团聚物，并监测常规除尘组件3出口处的气体物理与化学特性，确保排出的气体达标。
[0034]在进行步骤SI前，根据待处理气体的性质、处理气体的量级、空间限制等工程需求选择气体预处理装置、强声源形式及团聚舱组件2的结构形式，并根据预处理后气体的浓度和粒径分布等特性、团聚模型仿真和已有实验数据等预测最优工况；在进行步骤SI时，根据传感器监测各处声压、温度与湿度的结果不断调节声源、进气量等，使得团聚装置于最佳工作状态。
[0035]该强声团聚方法，通过调节强声源组件1，使强声波在双向模态驻波管23内同时形成轴向和径向高强声驻波场，可使得局部声压级增加IOdB?30dB，从而使悬浮颗粒剧烈运动，相互碰撞、粘结的概率增大，与传统除尘器相比，该方法能耗小，效率高，费用低，结合常规除尘设备，能有效地脱除具有复杂粒径分布的含尘烟气中的悬浮颗粒；该方法流程简单、操作方便，可连续作用直至含尘烟气中的悬浮颗粒大部分产生团聚。
[0036]本实施例中，在进行步骤S2之前，对待处理气体进行预处理，向待处理气体中加入用于中和有害气体的添加剂和用于增加粒子浓度的水雾气溶胶，在提高性能的同时还能有效保护设备，延长设备的使用寿命，降低设备维护成本。
[0037]虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
【权利要求】
1.一种用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置，包括强声源组件(I)、团聚舱组件(2)和常规除尘组件(3)，其特征在于:所述团聚舱组件(2)包括圆柱体头舱(21)、锥体过渡舱(22)、用于形成轴向和径向双向驻波场的双向模态驻波管(23)以及连接常规除尘组件(3)的圆柱体尾舱(24)，所述圆柱体头舱(21)与强声源组件(I)连接，且设有待处理气体输入口(25),所述锥体过渡舱(22)的大径端与圆柱体头舱(21)连接，所述双向模态驻波管(23) —端与锥体过渡舱(22)的小径端连接，另一端与圆柱体尾舱(24)连接。
2.根据权利要求1所述的用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置，其特征在于:所述锥体过渡舱(22 )和双向模态驻波管(23 )均设有多件，且数量相等，所述锥体过渡舱(22 )与双向模态驻波管(23 ) 对应连接。
3.根据权利要求1所述的用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置，其特征在于:所述锥体过渡舱(22)设有一件，所述双向模态驻波管(23)设有多件，所述多件双向模态驻波管(23)均连接于所述锥体过渡舱(22)的小径端。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置，其特征在于:所述强声源组件(I)包括大功率声源(11)、号筒(12)和气室(13)，所述号筒(12)的小径端与大功率声源(11)连接，号筒(12)的大径端与气室(13)连接，所述气室(13)另一端与圆柱体头舱(21)连接。
5.根据权利要求4所述的用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置，其特征在于:所述气室(13 )与圆柱体头舱(21)之间设有透声板(14 )。
6.根据权利要求4所述的用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置，其特征在于:所述气室(13)的排气口设有消声器(5)，所述圆柱体头舱(21)的待处理气体输入口(25)和圆柱体尾舱(24)的处理后气体输出口( 26)均设有消声器(5)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置，其特征在于:所述常规除尘组件(3 )包括出气口流量流速调节装置(31)、除尘设备(32 )和出气口粒子检测装置(33)，所述出气口流量流速调节装置(31)与圆柱体尾舱(24)的处理后气体输出口( 26 )连接，所述除尘设备(32 )输入端与出气口流量流速调节装置(31)连接，输出端与出气口粒子检测装置(33 )连接。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置，其特征在于:所述圆柱体头舱(21)的待处理气体输入口(25)连接有预处理组件(4)，所述预处理组件(4 )包括进气口流量流速调节装置(42 )、进气口粒子检测装置(43 )以及用于向待处理气体中加入添加剂中和有害气体、增加粒子浓度的预处理装置(41)，所述预处理装置(41) 一端与待处理气源连接，另一端依次连接进气口流量流速调节装置(42 )和进气口粒子检测装置(43)。
9.一种基于如权利要求1至8中任一项所述的用于处理悬浮颗粒的强声团聚装置的强声团聚方法，其特征在于:包括以下步骤: 51:启动强声源组件(1)，向团聚舱组件(2)辐射声波能量，调节强声源组件(1)，使强声波在双向模态驻波管(23)内同时形成轴向和径向高强声驻波场； 52:向团聚舱组件(2)输入待处理气体，待处理气体依次流经圆柱体头舱(21)、锥体过渡舱(22 )、双向模态驻波管(23 )以及圆柱体尾舱(24)，在双向模态驻波管(23 )内的轴向和径向高强声驻波场作用下，待处理气体内的悬浮颗粒团聚为大粒径团聚物，并从圆柱体尾舱(24)随气流进入常规除尘组件(3)； S3:由常规除尘组件(3)去除气流中的大粒径团聚物。
10.根据权利要求9所述的强声团聚方法，其特征在于:在进行步骤S2之前，对待处理气体进行预处理，向待处理气体中加入用于中和有害气体的添加剂和用于增加粒子浓度的水雾气溶胶。
【文档编号】B01D51/08GK103949135SQ201410176512
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】曾新吾, 郁殿龙, 张亚峰, 赵云, 吴学利, 龚昌超 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学