一种基于声波团聚的除尘装置及其应用的制作方法

本发明涉及一种基于声波团聚的除尘装置及其应用，具体地说是一种用于火电、钢铁、煤化工、建材等相关领域的安装在脱硫塔出口烟道上的声波除尘设备。

背景技术：

随着社会的进步和经济的发展，火电厂、钢铁、煤化工、建材等相关领域燃煤锅炉烟气中的污染物排放，对大气环境的污染已受到人们的普遍关注，因此有效的降低污染物排放以改善其对环境的影响是我国能源领域可持续发展所面临的严峻挑战。

目前，工业上常用的除尘设备主要有旋风分离器、静电除尘器布袋除尘器和湿式洗涤器等。这些设备具有较高的总除尘效率，如静电除尘器可以达到99%以上，但是它们有个共同的缺陷，即对粒径较大的颗粒的脱除效率很高，而对微米、亚微米级颗粒的脱除效率却很低。因此这些设备对pm10特别是pm2.5的捕集效率很低。而恰恰这部分颗粒物的毒性最大，进入大气后，构成了大气颗粒物污染的主要部分。因此提高除尘设备对这部分颗粒物的捕集效率，是目前亟需解决的问题。

授权公告日为2008年07月16日，授权公告号为cn101219318a的中国专利中，公开了声波与外加种子颗粒联合作用脱除微颗粒物的装置和方法。其特征在于含尘气流进口的水平烟道的一端与立式声波团聚室的上端相连接；种子颗粒加料器与立式声波团聚室随顶端相连接；立式声波团聚室中部的两个侧面分别通过连接法兰与水平设置的两个异径连接管相连接，两个异径连接管的另一端分别用法兰与两个声源相连接；立式声波团聚室的下部出口端与颗粒第一级分离器相连接，第一级分离器的出口再与第二级分离器相连接，第二级分离器的出口端经烟道与引风机相连接；最后由引风机将处理后的气流排出。这种装置中种子颗粒和烟气混合时很难保证均匀。两个声源对装，只能在某个或某几个（倍频程）频率下使用，通用性较差，不能直接使用在电厂的烟道上。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于声波团聚的除尘装置及其应用，该装置的安装工艺简单，节省人力投入，运行维护费用低同时可以极大降低烟尘排放量。

本发明的技术方案如下：

一种基于声波团聚的除尘装置，包括装置入口，具有气体流通性能的装置本体和装置出口，其中从装置入口到装置出口之间的装置本体中设置有高频声波发生器和低频声波发生器。

进一步地，所述的基于声波团聚的除尘装置，从装置入口到装置出口之间的装置本体中顺次设置有可产生雾化液滴的种子颗粒装置、高频声波发生器和低频声波发生器。

进一步地，所述的基于声波团聚的除尘装置，高频声波发生器设置的数量为一个以上。

进一步地，所述的基于声波团聚的除尘装置，低频声波发生器设置的数量为一个以上。

更进一步地，所述的基于声波团聚的除尘装置，种子颗粒装置包括水箱、柱塞泵、管道和喷嘴，利用柱塞泵将水箱中的水加压经管道送入喷嘴喷出产生液雾。

更进一步地，所述的基于声波团聚的除尘装置，低频声波发生器和装置出口之间还设置有多相分离装置。

更进一步地，所述的基于声波团聚的除尘装置，在多相分离装置和低频声波发生器之间还设置有可调频声波发生器。

进一步地，所述的基于声波团聚的除尘装置在脱硫塔脱硫气体除尘中的应用。

更进一步地，所述的应用，装置入口与脱硫塔气体出口连接，装置出口与烟囱连接。

本发明提供的基于声波团聚的除尘装置中，在高频声波作用下，烟尘之间经过团聚形成较大颗粒的烟尘，同时烟尘在团聚的作用下附着在种子颗粒上，形成携带烟尘的种子颗粒；接着在低频声波作用下，种子颗粒在团聚的作用下会碰撞烟尘，烟尘会粘附在种子颗粒上，同时携带烟尘的种子颗粒之间会团聚成更大粒径的种子颗粒。经过高频声波与低频声波的协同作用，首先由于种子颗粒与烟尘存在质量和体积的差异，在高频声波的作用下，种子颗粒与烟尘受到影响产生的振动幅度差异巨大，进而导致质量与体积小的烟尘先与种子颗粒进行充分粘附，然后种子颗粒之间再进行相互吸附；随后当进行低频声波作用时，种子颗粒所受的影响较大，种子颗粒之间相互团聚作用更加明显，因此种子颗粒快速聚合变大，聚合变大后的种子颗粒更有利于后期多相分离装置的分离。颗粒物经过多相分离装置时，大颗粒直接被收集，小颗粒在流场作用下相互碰撞成较大颗粒，最终一部分形成大颗粒被分离装置收集，其余部分随烟气流向下一级设备。

声波团聚的主要机理有同向团聚和流体力学。在同向团聚机理的作用下，烟尘中不同粒径的颗粒在声场中被声波带动的程度不同。大颗粒惯性较大，不容易被挟带；细颗粒容易随介质的振动而跟着运动，于是大小颗粒产生相对运动。大颗粒充当收集核作用，将与其碰撞的小颗粒粘附在其表面。另外声场中颗粒之间存在流体力学作用，并且流体力学力作用距离更大，是相同或相近粒径颗粒之间团聚的最主要的机制。烟尘在被声波作用后形成较大颗粒的烟尘。

烟尘的团聚过程中，烟道内的水雾同样会在声波的作用下团聚，团聚后的水雾会形成大颗粒的水滴，水滴在经过多相分离装置时会连同其携带的so2和so3流入脱硫废液中，从而降低烟气中so2和so3的含量，同时实现烟气提水去白的功效。

本发明提供的基于声波团聚的除尘装置在应用于电厂烟尘排放中可实现排放量小于5mg/nm³。该装置中用到的多相分离装置的压差≤200pa，不会影响机组的正常运行。该装置中用到的种子颗粒装置和多相分离装置的冲洗水的用水量很小（约为2m³/h），水不会影响机组的安全运行。装置对水质的要求不高，可直接用处理后的脱硫废水。

经现场验证，该装置安装在脱硫塔出口的烟道上，对各种粒径的烟尘的除尘效果均很好，特别是对pm2.5、pm10的脱除效率超过85%。该设备对烟气中的so2和so3的脱除效率超过20%。

有益效果：

1、本发明能够非常方便的对相关领域的烟尘处理，且安装工艺简单，不需要使用任何化学药品，节约人力。

2、本发明对多种粒径的颗粒物均有效果，特别是对于pm10和pm2.5的脱除效率尤为明显。

3、本发明可减少20%以上的so2和so3的排放；

4、本发明充分利用电厂的脱硫废水，多相分离设备的冲洗水和种子颗粒用水均由脱硫废水提供。同时声波的团聚过程中可提取烟道中的水分。

5、在本发明中声波除尘方法中所用到的设备的材料和工质均满足环保要求，不会产生二次污染。

6、本发明中声波除尘方法中用到的设备可在含有腐蚀烟气的环境下使用。种子颗粒装置、声源装置、多相分离装置的材质均为耐腐蚀性材质，且适用的温度、湿度范围广。

附图说明

图1为本发明实施例1所述的基于声波团聚的除尘装置示意图；

图2为本发明实施例2所述的基于声波团聚的除尘装置示意图；

以上图1-图2中，1为装置入口，2为装置本体，3为装置出口，4为种子颗粒装置，5为高频声波发生器，6为低频声波发生器，7为多相分离装置，8为可调频声波发生器，9为脱硫塔，10为烟囱。

具体实施方式：

实施例1

如图1所示，为本实施例提供的基于声波团聚的除尘装置示意图，包括装置入口1，具有气体流通性能的装置本体2和装置出口3，其中装置入口1到装置出口3之间的装置本体2中顺次设置有可产生雾化液滴的种子颗粒装置4、高频声波发生器5和低频声波发生器6。在进行除尘过程时，先将待除尘的气流从装置入口1导入，气流中携带的大量尘粒和种子颗粒装置4发出的雾化液滴相互混合，在高频声波发生器5发出的高频声波作用下，由于雾化液滴与尘粒的质量、体积以及状态的差异，在高频声波作用下的振动幅度差异巨大，导致尘粒的活跃性远大于雾化液滴，进而使得尘粒大量与雾化液滴碰撞粘附，起到初步吸尘作用；在粘附大量尘粒的雾化液滴经过低频声波发生器6时，在低频声波的干扰下，雾化液滴的活跃性增强，雾化液滴之间产生了相互碰撞吸附和融合，使得雾化液滴聚合变大，变大后的雾化液滴由于自身重力和体积变大，进入下一级分离时更易分离出去进而实现了除尘。在除尘过程中，由于声波的作用，气体中携带的so2和so3等能够进入雾化液滴中，在高低频声波的协同作用下，以上气体分子或离子迅速与雾化液滴融合，并在后期的分离中除去。

本实施例提供的除尘装置在实际使用过程中可以不设置种子颗粒装置4，直接通过高频声波发生器5和低频声波发生器6的组合进行声波除尘，通过高频声波与低频声波的协同组合，能够使得烟气中的不同粒径尘粒实现迅速团聚增大，变成大颗粒后分离去除。

实施例2

本实施例为在实施例1基础上的改进，其中低频声波发生器6和装置出口3之间还设置有多相分离装置7，多相分离装置7和低频声波发生器6之间还设置有可调频声波发生器8。本实施例提供的装置应用于电厂脱硫塔中，可以看出，装置入口1与脱硫塔9的气体出口连接，装置出口3与烟囱10连接，这样使得脱硫塔排出的烟气经过本实施例提供的装置实现了除尘作用。在实际使用中，高频声波发生器5、低频声波发生器6和可调频声波发生器8设置的数量均可以大于1个，其目的在于使得高频、低频以及可调频声波在其各自流程中能够实现流场均布效果。

本发明提供的装置中，种子颗粒装置4为可产生雾化液滴的设备，其结构可以包括水箱、柱塞泵、管道和喷嘴，利用柱塞泵将水箱中的水加压经管道送入喷嘴喷出产生液雾，也可以以其他方式产生液雾；多相分离装置7可采用常用的电厂多相分离设备等，能够实现流场中的气液分离即可。

实施例3

以在某电厂300mw机组安装本发明提供的基于声波团聚的除尘装置为例，包括以下步骤：

1、电厂烟道内流速为15.6m/s，除雾器安装位置烟道内壁尺寸为5.7m*4.6m；

2、测试现场脱硫塔出口位置pm2.5的烟尘粒径主要分布在0.02μm，选取3khz-12khz的声源促进pm2.5烟尘的团聚；

3、根据烟气的湿度，以不超过5%烟气湿度为准，在烟道内布置一套种子颗粒装置，该装置由1个柱塞泵，一台水箱，一套水源控制系统，一套水源管路和560个喷嘴组成。每个喷嘴的喷雾量为2.66kg/h，系统的总喷雾量约为1.5m³/h，种子颗粒的粒径约为20-30μm，选取50hz-500hz的低频声源促进种子颗粒和烟尘之间的团聚；

4、在烟道内布置一套声波装置。其中，高频声波发生器4组，低频声波发生器5组，可调频声波发生器1套。高频声波发生器的频率为3khz-12khz，低频声波发生器的频率为50hz-500hz，可调频声波发生器的输出频率范围为40-2000hz；

5、在声波装置下游安装一套多相分离装置，尺寸为5.6m*4.7m*2.5m，烟道内壁密封安装（防止烟气的泄漏）。多相分离装置在流速为15.6m/s的烟道内的压差为200pa，除雾效率为57%；

6、待上述设备均安装就位后，经过现场的调试，确定各声波装置的安装位置及其最佳工作模式。

7、通过对比声波除尘装置工作前、后的颗粒物粒径，确定声波除尘设备的除尘效果。

8、经第三方测试，该声波除尘装置对烟尘的脱除效率＞90%，对烟气中so2和so3的脱除率＞20%。