本發(fā)明涉及一種基于聲波團(tuán)聚的除塵裝置及其應(yīng)用，具體地說是一種用于火電、鋼鐵、煤化工、建材等相關(guān)領(lǐng)域的安裝在脫硫塔出口煙道上的聲波除塵設(shè)備。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，火電廠、鋼鐵、煤化工、建材等相關(guān)領(lǐng)域燃煤鍋爐煙氣中的污染物排放，對大氣環(huán)境的污染已受到人們的普遍關(guān)注，因此有效的降低污染物排放以改善其對環(huán)境的影響是我國能源領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

目前，工業(yè)上常用的除塵設(shè)備主要有旋風(fēng)分離器、靜電除塵器布袋除塵器和濕式洗滌器等。這些設(shè)備具有較高的總除塵效率，如靜電除塵器可以達(dá)到99%以上，但是它們有個(gè)共同的缺陷，即對粒徑較大的顆粒的脫除效率很高，而對微米、亞微米級顆粒的脫除效率卻很低。因此這些設(shè)備對pm10特別是pm2.5的捕集效率很低。而恰恰這部分顆粒物的毒性最大，進(jìn)入大氣后，構(gòu)成了大氣顆粒物污染的主要部分。因此提高除塵設(shè)備對這部分顆粒物的捕集效率，是目前亟需解決的問題。

授權(quán)公告日為2008年07月16日，授權(quán)公告號為cn101219318a的中國專利中，公開了聲波與外加種子顆粒聯(lián)合作用脫除微顆粒物的裝置和方法。其特征在于含塵氣流進(jìn)口的水平煙道的一端與立式聲波團(tuán)聚室的上端相連接；種子顆粒加料器與立式聲波團(tuán)聚室隨頂端相連接；立式聲波團(tuán)聚室中部的兩個(gè)側(cè)面分別通過連接法蘭與水平設(shè)置的兩個(gè)異徑連接管相連接，兩個(gè)異徑連接管的另一端分別用法蘭與兩個(gè)聲源相連接；立式聲波團(tuán)聚室的下部出口端與顆粒第一級分離器相連接，第一級分離器的出口再與第二級分離器相連接，第二級分離器的出口端經(jīng)煙道與引風(fēng)機(jī)相連接；最后由引風(fēng)機(jī)將處理后的氣流排出。這種裝置中種子顆粒和煙氣混合時(shí)很難保證均勻。兩個(gè)聲源對裝，只能在某個(gè)或某幾個(gè)（倍頻程）頻率下使用，通用性較差，不能直接使用在電廠的煙道上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于聲波團(tuán)聚的除塵裝置及其應(yīng)用，該裝置的安裝工藝簡單，節(jié)省人力投入，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低同時(shí)可以極大降低煙塵排放量。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于聲波團(tuán)聚的除塵裝置，包括裝置入口，具有氣體流通性能的裝置本體和裝置出口，其中從裝置入口到裝置出口之間的裝置本體中設(shè)置有高頻聲波發(fā)生器和低頻聲波發(fā)生器。

進(jìn)一步地，所述的基于聲波團(tuán)聚的除塵裝置，從裝置入口到裝置出口之間的裝置本體中順次設(shè)置有可產(chǎn)生霧化液滴的種子顆粒裝置、高頻聲波發(fā)生器和低頻聲波發(fā)生器。

進(jìn)一步地，所述的基于聲波團(tuán)聚的除塵裝置，高頻聲波發(fā)生器設(shè)置的數(shù)量為一個(gè)以上。

進(jìn)一步地，所述的基于聲波團(tuán)聚的除塵裝置，低頻聲波發(fā)生器設(shè)置的數(shù)量為一個(gè)以上。

更進(jìn)一步地，所述的基于聲波團(tuán)聚的除塵裝置，種子顆粒裝置包括水箱、柱塞泵、管道和噴嘴，利用柱塞泵將水箱中的水加壓經(jīng)管道送入噴嘴噴出產(chǎn)生液霧。

更進(jìn)一步地，所述的基于聲波團(tuán)聚的除塵裝置，低頻聲波發(fā)生器和裝置出口之間還設(shè)置有多相分離裝置。

更進(jìn)一步地，所述的基于聲波團(tuán)聚的除塵裝置，在多相分離裝置和低頻聲波發(fā)生器之間還設(shè)置有可調(diào)頻聲波發(fā)生器。

進(jìn)一步地，所述的基于聲波團(tuán)聚的除塵裝置在脫硫塔脫硫氣體除塵中的應(yīng)用。

更進(jìn)一步地，所述的應(yīng)用，裝置入口與脫硫塔氣體出口連接，裝置出口與煙囪連接。

本發(fā)明提供的基于聲波團(tuán)聚的除塵裝置中，在高頻聲波作用下，煙塵之間經(jīng)過團(tuán)聚形成較大顆粒的煙塵，同時(shí)煙塵在團(tuán)聚的作用下附著在種子顆粒上，形成攜帶煙塵的種子顆粒；接著在低頻聲波作用下，種子顆粒在團(tuán)聚的作用下會(huì)碰撞煙塵，煙塵會(huì)粘附在種子顆粒上，同時(shí)攜帶煙塵的種子顆粒之間會(huì)團(tuán)聚成更大粒徑的種子顆粒。經(jīng)過高頻聲波與低頻聲波的協(xié)同作用，首先由于種子顆粒與煙塵存在質(zhì)量和體積的差異，在高頻聲波的作用下，種子顆粒與煙塵受到影響產(chǎn)生的振動(dòng)幅度差異巨大，進(jìn)而導(dǎo)致質(zhì)量與體積小的煙塵先與種子顆粒進(jìn)行充分粘附，然后種子顆粒之間再進(jìn)行相互吸附；隨后當(dāng)進(jìn)行低頻聲波作用時(shí)，種子顆粒所受的影響較大，種子顆粒之間相互團(tuán)聚作用更加明顯，因此種子顆?？焖倬酆献兇?，聚合變大后的種子顆粒更有利于后期多相分離裝置的分離。顆粒物經(jīng)過多相分離裝置時(shí)，大顆粒直接被收集，小顆粒在流場作用下相互碰撞成較大顆粒，最終一部分形成大顆粒被分離裝置收集，其余部分隨煙氣流向下一級設(shè)備。

聲波團(tuán)聚的主要機(jī)理有同向團(tuán)聚和流體力學(xué)。在同向團(tuán)聚機(jī)理的作用下，煙塵中不同粒徑的顆粒在聲場中被聲波帶動(dòng)的程度不同。大顆粒慣性較大，不容易被挾帶；細(xì)顆粒容易隨介質(zhì)的振動(dòng)而跟著運(yùn)動(dòng)，于是大小顆粒產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)。大顆粒充當(dāng)收集核作用，將與其碰撞的小顆粒粘附在其表面。另外聲場中顆粒之間存在流體力學(xué)作用，并且流體力學(xué)力作用距離更大，是相同或相近粒徑顆粒之間團(tuán)聚的最主要的機(jī)制。煙塵在被聲波作用后形成較大顆粒的煙塵。

煙塵的團(tuán)聚過程中，煙道內(nèi)的水霧同樣會(huì)在聲波的作用下團(tuán)聚，團(tuán)聚后的水霧會(huì)形成大顆粒的水滴，水滴在經(jīng)過多相分離裝置時(shí)會(huì)連同其攜帶的so2和so3流入脫硫廢液中，從而降低煙氣中so2和so3的含量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)煙氣提水去白的功效。

本發(fā)明提供的基于聲波團(tuán)聚的除塵裝置在應(yīng)用于電廠煙塵排放中可實(shí)現(xiàn)排放量小于5mg/nm3。該裝置中用到的多相分離裝置的壓差≤200pa，不會(huì)影響機(jī)組的正常運(yùn)行。該裝置中用到的種子顆粒裝置和多相分離裝置的沖洗水的用水量很小（約為2m3/h），水不會(huì)影響機(jī)組的安全運(yùn)行。裝置對水質(zhì)的要求不高，可直接用處理后的脫硫廢水。

經(jīng)現(xiàn)場驗(yàn)證，該裝置安裝在脫硫塔出口的煙道上，對各種粒徑的煙塵的除塵效果均很好，特別是對pm2.5、pm10的脫除效率超過85%。該設(shè)備對煙氣中的so2和so3的脫除效率超過20%。

有益效果：

1、本發(fā)明能夠非常方便的對相關(guān)領(lǐng)域的煙塵處理，且安裝工藝簡單，不需要使用任何化學(xué)藥品，節(jié)約人力。

2、本發(fā)明對多種粒徑的顆粒物均有效果，特別是對于pm10和pm2.5的脫除效率尤為明顯。

3、本發(fā)明可減少20%以上的so2和so3的排放；

4、本發(fā)明充分利用電廠的脫硫廢水，多相分離設(shè)備的沖洗水和種子顆粒用水均由脫硫廢水提供。同時(shí)聲波的團(tuán)聚過程中可提取煙道中的水分。

5、在本發(fā)明中聲波除塵方法中所用到的設(shè)備的材料和工質(zhì)均滿足環(huán)保要求，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

6、本發(fā)明中聲波除塵方法中用到的設(shè)備可在含有腐蝕煙氣的環(huán)境下使用。種子顆粒裝置、聲源裝置、多相分離裝置的材質(zhì)均為耐腐蝕性材質(zhì)，且適用的溫度、濕度范圍廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所述的基于聲波團(tuán)聚的除塵裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2所述的基于聲波團(tuán)聚的除塵裝置示意圖；

以上圖1-圖2中，1為裝置入口，2為裝置本體，3為裝置出口，4為種子顆粒裝置，5為高頻聲波發(fā)生器，6為低頻聲波發(fā)生器，7為多相分離裝置，8為可調(diào)頻聲波發(fā)生器，9為脫硫塔，10為煙囪。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例1

如圖1所示，為本實(shí)施例提供的基于聲波團(tuán)聚的除塵裝置示意圖，包括裝置入口1，具有氣體流通性能的裝置本體2和裝置出口3，其中裝置入口1到裝置出口3之間的裝置本體2中順次設(shè)置有可產(chǎn)生霧化液滴的種子顆粒裝置4、高頻聲波發(fā)生器5和低頻聲波發(fā)生器6。在進(jìn)行除塵過程時(shí)，先將待除塵的氣流從裝置入口1導(dǎo)入，氣流中攜帶的大量塵粒和種子顆粒裝置4發(fā)出的霧化液滴相互混合，在高頻聲波發(fā)生器5發(fā)出的高頻聲波作用下，由于霧化液滴與塵粒的質(zhì)量、體積以及狀態(tài)的差異，在高頻聲波作用下的振動(dòng)幅度差異巨大，導(dǎo)致塵粒的活躍性遠(yuǎn)大于霧化液滴，進(jìn)而使得塵粒大量與霧化液滴碰撞粘附，起到初步吸塵作用；在粘附大量塵粒的霧化液滴經(jīng)過低頻聲波發(fā)生器6時(shí)，在低頻聲波的干擾下，霧化液滴的活躍性增強(qiáng)，霧化液滴之間產(chǎn)生了相互碰撞吸附和融合，使得霧化液滴聚合變大，變大后的霧化液滴由于自身重力和體積變大，進(jìn)入下一級分離時(shí)更易分離出去進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了除塵。在除塵過程中，由于聲波的作用，氣體中攜帶的so2和so3等能夠進(jìn)入霧化液滴中，在高低頻聲波的協(xié)同作用下，以上氣體分子或離子迅速與霧化液滴融合，并在后期的分離中除去。

本實(shí)施例提供的除塵裝置在實(shí)際使用過程中可以不設(shè)置種子顆粒裝置4，直接通過高頻聲波發(fā)生器5和低頻聲波發(fā)生器6的組合進(jìn)行聲波除塵，通過高頻聲波與低頻聲波的協(xié)同組合，能夠使得煙氣中的不同粒徑塵粒實(shí)現(xiàn)迅速團(tuán)聚增大，變成大顆粒后分離去除。

實(shí)施例2

本實(shí)施例為在實(shí)施例1基礎(chǔ)上的改進(jìn)，其中低頻聲波發(fā)生器6和裝置出口3之間還設(shè)置有多相分離裝置7，多相分離裝置7和低頻聲波發(fā)生器6之間還設(shè)置有可調(diào)頻聲波發(fā)生器8。本實(shí)施例提供的裝置應(yīng)用于電廠脫硫塔中，可以看出，裝置入口1與脫硫塔9的氣體出口連接，裝置出口3與煙囪10連接，這樣使得脫硫塔排出的煙氣經(jīng)過本實(shí)施例提供的裝置實(shí)現(xiàn)了除塵作用。在實(shí)際使用中，高頻聲波發(fā)生器5、低頻聲波發(fā)生器6和可調(diào)頻聲波發(fā)生器8設(shè)置的數(shù)量均可以大于1個(gè)，其目的在于使得高頻、低頻以及可調(diào)頻聲波在其各自流程中能夠?qū)崿F(xiàn)流場均布效果。

本發(fā)明提供的裝置中，種子顆粒裝置4為可產(chǎn)生霧化液滴的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)可以包括水箱、柱塞泵、管道和噴嘴，利用柱塞泵將水箱中的水加壓經(jīng)管道送入噴嘴噴出產(chǎn)生液霧，也可以以其他方式產(chǎn)生液霧；多相分離裝置7可采用常用的電廠多相分離設(shè)備等，能夠?qū)崿F(xiàn)流場中的氣液分離即可。

實(shí)施例3

以在某電廠300mw機(jī)組安裝本發(fā)明提供的基于聲波團(tuán)聚的除塵裝置為例，包括以下步驟：

1、電廠煙道內(nèi)流速為15.6m/s，除霧器安裝位置煙道內(nèi)壁尺寸為5.7m*4.6m；

2、測試現(xiàn)場脫硫塔出口位置pm2.5的煙塵粒徑主要分布在0.02μm，選取3khz-12khz的聲源促進(jìn)pm2.5煙塵的團(tuán)聚；

3、根據(jù)煙氣的濕度，以不超過5%煙氣濕度為準(zhǔn)，在煙道內(nèi)布置一套種子顆粒裝置，該裝置由1個(gè)柱塞泵，一臺水箱，一套水源控制系統(tǒng)，一套水源管路和560個(gè)噴嘴組成。每個(gè)噴嘴的噴霧量為2.66kg/h，系統(tǒng)的總噴霧量約為1.5m3/h，種子顆粒的粒徑約為20-30μm，選取50hz-500hz的低頻聲源促進(jìn)種子顆粒和煙塵之間的團(tuán)聚；

4、在煙道內(nèi)布置一套聲波裝置。其中，高頻聲波發(fā)生器4組，低頻聲波發(fā)生器5組，可調(diào)頻聲波發(fā)生器1套。高頻聲波發(fā)生器的頻率為3khz-12khz，低頻聲波發(fā)生器的頻率為50hz-500hz，可調(diào)頻聲波發(fā)生器的輸出頻率范圍為40-2000hz；

5、在聲波裝置下游安裝一套多相分離裝置，尺寸為5.6m*4.7m*2.5m，煙道內(nèi)壁密封安裝（防止煙氣的泄漏）。多相分離裝置在流速為15.6m/s的煙道內(nèi)的壓差為200pa，除霧效率為57%；

6、待上述設(shè)備均安裝就位后，經(jīng)過現(xiàn)場的調(diào)試，確定各聲波裝置的安裝位置及其最佳工作模式。

7、通過對比聲波除塵裝置工作前、后的顆粒物粒徑，確定聲波除塵設(shè)備的除塵效果。

8、經(jīng)第三方測試，該聲波除塵裝置對煙塵的脫除效率＞90%，對煙氣中so2和so3的脫除率＞20%。