本發(fā)明涉及一種基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的方法及裝置，具體地說是一種用于火電、鋼鐵、煤化工、建材等相關(guān)領(lǐng)域的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的方法及裝置。

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(duì)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(duì)環(huán)境的影響是我國(guó)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(duì)粒徑較大的顆粒的脫除效率很高，而對(duì)微米、亞微米級(jí)顆粒的脫除效率很低。因此這些設(shè)備對(duì)pm10特別是對(duì)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(duì)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(hào)為cn101219318a的中國(guó)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(jí)分離器相連接，第一級(jí)分離器的出口再與第二級(jí)分離器相連接，第二級(jí)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(duì)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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的方法及裝置，方法工藝簡(jiǎn)單，節(jié)省人力投入，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。該方法或裝置運(yùn)用于電廠除塵時(shí)用水量相對(duì)電站其余設(shè)備的用水很少，且對(duì)水質(zhì)的要求不高（可直接用處理后的脫硫廢水），同時(shí)在聲波的團(tuán)聚過程中可提取煙道中的水分。

本發(fā)明所述的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的方法及裝置通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的方法，在待除塵流場(chǎng)中通過高頻聲波與低頻聲波的組合作用，使得流場(chǎng)中待去除的微粒相互團(tuán)聚變大，最后通過分離實(shí)現(xiàn)除塵。

進(jìn)一步地，所述的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的方法，在待除塵的流場(chǎng)中引入種子顆粒，先利用高頻聲波對(duì)種子顆粒進(jìn)行作用，使得流場(chǎng)中的待去除的微粒和氣體分子聚集和吸附在種子顆粒表面，同時(shí)種子顆粒之間相互團(tuán)聚變大，再利用低頻聲波對(duì)團(tuán)聚變大后的種子顆粒進(jìn)行作用實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步團(tuán)聚形成液滴，最后將液滴分離實(shí)現(xiàn)除塵。

進(jìn)一步地，所述的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的方法，高頻聲波頻率范圍為3khz-12khz。

進(jìn)一步地，所述的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的方法，低頻聲波頻率范圍為50hz-500hz。

更進(jìn)一步地，所述的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的方法，種子顆粒為可通過聲波實(shí)現(xiàn)團(tuán)聚的液體霧滴。

更進(jìn)一步地，所述的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的方法，低頻聲波對(duì)團(tuán)聚變大后的種子顆粒進(jìn)行作用實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步團(tuán)聚形成液滴后，還用可調(diào)頻聲波進(jìn)行進(jìn)一步增強(qiáng)團(tuán)聚。

更進(jìn)一步地，所述的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的方法，最后將液滴分離的方式為離心分離。

更進(jìn)一步地，所述的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的方法，種子顆粒為水霧。

一種基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的裝置，包括帶有內(nèi)部流通腔的裝置本體，裝置本體內(nèi)部從入口到出口方向依次設(shè)置有種子顆粒裝置、聲波發(fā)生裝置和分離裝置。

進(jìn)一步地，所述的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的裝置，種子顆粒裝置包括水源、柱塞泵和噴頭，柱塞泵將水源送入噴頭噴出形成液體霧滴。

進(jìn)一步地，所述的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的裝置，聲波發(fā)生裝置設(shè)置數(shù)量為一個(gè)以上，采用高頻聲波發(fā)生器、低頻聲波發(fā)生器或可調(diào)頻聲波發(fā)生器中的一種或幾種的組合。

進(jìn)一步地，所述的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的裝置，聲波發(fā)生裝置包括高頻聲波發(fā)生器和低頻聲波發(fā)生器，其中高頻聲波發(fā)生器較低頻聲波發(fā)生器設(shè)置的位置更靠近于種子顆粒裝置；

更進(jìn)一步地，所述的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的裝置，聲波發(fā)生裝置還包括可調(diào)頻聲波發(fā)生器，可調(diào)頻聲波發(fā)生器設(shè)置的位置在低頻聲波發(fā)生器和分離裝置之間。

以上所述的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的裝置在流場(chǎng)除塵中的應(yīng)用。

聲波團(tuán)聚的主要機(jī)理有同向團(tuán)聚和流體力學(xué)，本發(fā)明提供的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的方法在同向團(tuán)聚機(jī)理的作用下，煙塵中不同粒徑的顆粒在聲場(chǎng)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(duì)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(chǎng)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。

高強(qiáng)度聲場(chǎng)使氣溶膠中微米和亞微米級(jí)細(xì)顆粒物發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)并進(jìn)而提高它們的碰撞團(tuán)聚速率，由于顆粒表面存在著很強(qiáng)的范德華吸引力，一旦顆粒發(fā)生了碰撞，它們便十分可能粘附而形成較大一級(jí)的團(tuán)聚物，使細(xì)顆粒物在很短的時(shí)間范圍內(nèi)，粒徑分布從小尺寸向大尺寸方向遷移，顆粒數(shù)目濃度減少，進(jìn)而增強(qiáng)后續(xù)除塵（除霧）設(shè)施的脫除效率。

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)聚的作用下會(huì)附著在種子顆粒上，形成攜帶煙塵的種子顆粒；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。

大顆粒煙塵和攜帶煙塵的大種子顆粒隨煙氣進(jìn)行離心分離，大顆粒直接被收集，小顆粒在流場(chǎng)作用下再次相互碰撞成較大顆粒，最終大顆粒被分離收集，未被團(tuán)聚的少量的煙塵流向下一級(jí)處理。

本發(fā)明提供的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的方法，在進(jìn)行目前常見的煙氣如燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣除塵時(shí)，在高頻聲波的作用下，植入種子顆粒的煙氣在聲波的同向團(tuán)聚和流體力學(xué)作用下會(huì)產(chǎn)生煙塵與種子顆粒之間、種子顆粒與種子顆粒之間的團(tuán)聚，從而使得小顆粒團(tuán)聚成較大顆粒，大顆粒團(tuán)聚成更大顆粒。被團(tuán)聚后的煙塵，在經(jīng)過多相離心分離時(shí)，在離心力、重力等作用下被分離出煙道內(nèi)，隨多相分離裝置的沖洗水沖出，流入脫硫廢液中。

聲波發(fā)生的工作介質(zhì)為壓縮空氣，氣源壓力可以為0.2-0.5mpa；煙道內(nèi)原始煙塵的最佳團(tuán)聚頻率范圍可以為3khz-12khz。種子顆粒的最佳團(tuán)聚頻率范圍為50hz-500hz。

本發(fā)明提供的裝置是基于以上方法進(jìn)行，能夠很好的達(dá)到流場(chǎng)中的除塵效果，通過種子顆粒裝置引入種子顆粒，利用聲波團(tuán)聚進(jìn)行團(tuán)聚除塵，將除塵載體、聲波團(tuán)聚以及除塵分離很好的協(xié)同。

電廠和燃煤鍋爐等煙氣除塵過程中，在煙塵的團(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，水滴在分離時(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。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證該方法對(duì)各種粒徑的煙塵的除塵效果均很好，特別是對(duì)pm2.5的除塵效果可達(dá)80%以上。該方法可以去除煙氣中的so2和so3，去除效率達(dá)20%以上。該方法的除塵設(shè)備占用空間小，同時(shí)可最大限度的利用電站原有設(shè)備（如脫硫塔內(nèi)的多相分離裝置）。

有益效果

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

2、本發(fā)明對(duì)多種粒徑的顆粒物均有效果，特別是對(duì)于pm10和pm2.5的脫除效率高達(dá)85%。

3、本發(fā)明可減少20%以上的so2和so3的排放；

4、本發(fā)明可以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均可由脫硫廢水提供，同時(shí)在聲波的團(tuán)聚過程中可提取煙道中的水分。

4、在本發(fā)明中基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的方法中所用到的設(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。

5、本發(fā)明除塵裝置中用到的設(shè)備可適用多種環(huán)境，不受作用空間及作用環(huán)境的影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例2所述的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例3所述的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的裝置應(yīng)用于電廠脫硫塔示意圖；

以上圖1-圖2中，1為裝置本體，2為種子顆粒裝置，3為聲波發(fā)生裝置，31為高頻聲波發(fā)生器，32為低頻聲波發(fā)生器，33為可調(diào)頻聲波發(fā)生器，4為分離裝置，5為脫硫塔，6為煙囪。

具體實(shí)施例方式

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的方法，在待除塵流場(chǎng)中通過高頻聲波與低頻聲波的組合作用，使得流場(chǎng)中待去除的微粒相互團(tuán)聚變大，最后通過分離實(shí)現(xiàn)除塵。其中高頻聲波作為待去除煙塵微粒的最佳團(tuán)聚頻率，一方面可以促進(jìn)待去除煙塵微粒之間的團(tuán)聚，另一方面可以加速待去除煙塵微粒的運(yùn)動(dòng)，加大其與種子顆粒碰撞的概率；低頻聲波作為待去除種子顆粒的最佳團(tuán)聚頻率，一方面可以促進(jìn)種子顆粒之間的團(tuán)聚，另一方面可以促進(jìn)種子顆粒的運(yùn)動(dòng)，加大其吸附待去除煙塵微粒的概率。

實(shí)施例2

本實(shí)施例為實(shí)施例1的一種改進(jìn)，具體為在待除塵的流場(chǎng)中引入種子顆粒，先利用高頻聲波對(duì)種子顆粒進(jìn)行作用，使得流場(chǎng)中的待去除的微粒和氣體分子聚集和吸附在種子顆粒表面，同時(shí)種子顆粒之間相互團(tuán)聚變大，再利用低頻聲波對(duì)團(tuán)聚變大后的種子顆粒進(jìn)行作用實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步團(tuán)聚形成液滴，最后將液滴分離實(shí)現(xiàn)除塵。

基于以上改進(jìn)，本實(shí)施例提供了一種基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的裝置，如圖1所示，包括帶有內(nèi)部流通腔的裝置本體1，裝置本體1內(nèi)部從入口到出口方向依次設(shè)置有種子顆粒裝置2、聲波發(fā)生裝置3和分離裝置4。聲波發(fā)生裝置3設(shè)置數(shù)量可以為一個(gè)以上，可選擇高頻聲波發(fā)生器、低頻聲波發(fā)生器或可調(diào)頻聲波發(fā)生器中的一種或幾種的組合。種子顆粒裝置2可以選擇能夠產(chǎn)生液化霧滴的噴霧設(shè)備，其主要包括水源、柱塞泵和噴頭，柱塞泵將水源送入噴頭噴出形成液體霧滴。

以上所述的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的裝置中聲波發(fā)生裝置3選取高頻聲波發(fā)生器和低頻聲波發(fā)生器時(shí)，高頻聲波發(fā)生器較低頻聲波發(fā)生器設(shè)置的位置更靠近于種子顆粒裝置2，即裝置本體1內(nèi)部從入口到出口方向依次設(shè)置有種子顆粒裝置2、高頻聲波發(fā)生器、低頻聲波發(fā)生器和分離裝置4；如聲波發(fā)生裝置3還包括可調(diào)頻聲波發(fā)生器，則可調(diào)頻聲波發(fā)生器設(shè)置的位置在低頻聲波發(fā)生器和分離裝置4之間。以上設(shè)置在種子顆粒裝置2產(chǎn)生種子顆粒時(shí)，首先經(jīng)過高頻聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻聲波進(jìn)行作用，在高頻聲波作用下，種子顆粒和流場(chǎng)中的塵粒由于自身體積和質(zhì)量的差異，產(chǎn)生了顯著的振動(dòng)差別，進(jìn)而使得塵粒能夠與種子顆粒進(jìn)行碰撞吸附，將種子顆粒作為了吸附塵粒的載體；當(dāng)吸附塵粒后的種子顆粒到達(dá)低頻聲波發(fā)生器發(fā)出的低頻聲波區(qū)域時(shí)，低頻聲波作用下，種子顆粒之間更容易團(tuán)聚變大，團(tuán)聚變大后的種子顆粒到達(dá)可調(diào)頻聲波發(fā)生器發(fā)出的聲波區(qū)域時(shí)，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整聲波頻率，進(jìn)一步促使團(tuán)聚效果，有利于下一步的固液氣分離。

實(shí)施例3

本實(shí)施例為實(shí)施例2提供的基于多頻率組合聲波協(xié)同除塵的裝置的具體應(yīng)用，以某電廠300mw機(jī)組脫硫塔煙道內(nèi)應(yīng)用以上方法為例，具體包括以下步驟：

1.設(shè)定煙塵的較優(yōu)團(tuán)聚頻率范圍為6khz-8khz；

2.設(shè)定種子顆粒的較優(yōu)團(tuán)聚頻率范圍為100hz-300hz；

3.利用聲場(chǎng)軟件，模擬上述兩段頻率范圍聲波裝置的布置情況，確保整個(gè)煙道內(nèi)的聲場(chǎng)均勻，聲壓級(jí)不低于120db；

4.結(jié)合圖2進(jìn)行說明，在脫硫塔5和煙囪6之間設(shè)置以上除塵裝置，種子顆粒裝置2噴出種子顆粒的粒徑為15-20μm。種子顆粒裝置2由水源（處理后的脫硫廢水）、水箱（確保用水）、柱塞泵（給脫硫廢水加壓至70mpa，促進(jìn)小粒徑種子顆粒的形成）、管道（將柱塞泵加壓后的水引入噴嘴，φ8）、噴嘴（噴出小粒徑的種子顆粒，600個(gè)）組成。

5.在種子顆粒裝置2下游按照模擬的結(jié)果安裝聲波發(fā)生裝置，其中輸出頻率范圍為6khz-8khz的高頻聲波發(fā)生裝置31安裝四組，輸出頻率范圍為100hz-300hz的低頻聲波發(fā)生裝置32安裝三組，可調(diào)頻聲波發(fā)生裝置33（頻率范圍40hz-8khz）安裝一組；

6.在可調(diào)頻聲波發(fā)生裝置33下游安裝一套分離裝置4，整個(gè)分離裝置4布滿煙道，確保所有的煙氣需經(jīng)過分離裝置4（可選多相分離裝置）進(jìn)行固液氣分離后進(jìn)入下一級(jí)設(shè)備，分離裝置4的脫除效率達(dá)70%。

設(shè)置完成后，測(cè)試在種子顆粒裝置、聲波發(fā)生裝置均不工作的前提下，測(cè)試分離裝置入口處煙塵的濃度s1；測(cè)試在種子顆粒裝置、聲波發(fā)生裝置均工作的狀態(tài)下，測(cè)試分離裝置出口處煙塵的濃度s2。計(jì)算煙塵脫除效率高達(dá)90%。脫除后，pm2.5、pm10的濃度均有大幅下降。

實(shí)施例4

本實(shí)施例以某電廠300mw機(jī)組脫硫塔入口煙道內(nèi)應(yīng)用以上方法進(jìn)行除塵為例，包括以下步驟：

1.設(shè)定煙塵的最佳團(tuán)聚頻率范圍為2khz-5khz；

2.設(shè)定種子顆粒的最佳團(tuán)聚頻率范圍為200hz-400hz；

3.利用聲場(chǎng)軟件，模擬上述兩段頻率范圍聲波發(fā)生裝置的布置情況，確保整個(gè)煙道內(nèi)的聲場(chǎng)均勻，聲壓級(jí)不低于120db；

4.多相分離裝置選用脫硫塔內(nèi)的除霧器；

在管道內(nèi)安裝聲波發(fā)生裝置，完成后，測(cè)試在聲波發(fā)生裝置不工作的前提下，測(cè)試脫硫塔出口處煙塵的濃度s1；測(cè)試在聲波發(fā)生裝置工作的狀態(tài)下，測(cè)試脫硫塔出口處煙塵的濃度s2。計(jì)算煙塵脫除效率高達(dá)60%。脫除后，pm2.5、pm10的濃度均有大幅下降。