基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)，封閉耦合腔(5)均通過長(zhǎng)度可調(diào)短管(8)與共振團(tuán)聚室(7)耦合連接，封閉耦合腔(5)通過指數(shù)型號(hào)筒(4)與電?氣調(diào)制發(fā)音頭(3)連接，電?氣調(diào)制發(fā)音頭(3)連接有一個(gè)信號(hào)發(fā)生器與功率放大器(20)；封閉耦合腔(5)上設(shè)有一個(gè)排氣口(9)；共振團(tuán)聚室(7)內(nèi)設(shè)有彎曲薄壁管道(6)。將封閉耦合腔與共振團(tuán)聚室通過長(zhǎng)度調(diào)節(jié)短管耦合，通過調(diào)節(jié)短管長(zhǎng)度，使共振團(tuán)聚室的共振頻率等于煙氣中顆粒物的最優(yōu)團(tuán)聚頻率。在聲波作用下，彎曲薄壁管道內(nèi)煙氣中的顆粒振動(dòng)產(chǎn)生相對(duì)速度，相互碰撞并團(tuán)聚成較大粒徑的團(tuán)聚體而沉降或者被常規(guī)除塵設(shè)備消除。本發(fā)明占用空間小，能耗低，操作簡(jiǎn)單，具有良好的拓展性和除塵效率高。
【專利說(shuō)明】
基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一套煙氣中脫除懸浮細(xì)顆粒的裝置和方法，屬于污染控制設(shè)備中的鍋 爐設(shè)備除塵技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)我國(guó)很多城市尤其是華北地區(qū)，灰霾天氣出現(xiàn)的頻率越來(lái)愈高、污染越來(lái) 越重，顆粒物已經(jīng)成為各大城市的主要污染物，同時(shí)也是室內(nèi)空氣的重要污染物。懸浮細(xì)顆 粒物尤其是PM2.5(空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于2.5微米的細(xì)懸浮顆粒）的排放是大氣環(huán)境污染中 顆粒物的主要來(lái)源。細(xì)顆粒通常富集有害物質(zhì)，對(duì)人體健康和環(huán)境容易造成嚴(yán)重危害。 [0003]目前工業(yè)上常使用的除塵設(shè)備主要機(jī)械分離器、旋風(fēng)除塵器等，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行和 維護(hù)比較方便，應(yīng)用較為廣泛，具有較高的總除塵效率，但對(duì)微米、亞微米級(jí)的顆粒脫除效 率卻很低，袋式除塵器對(duì)細(xì)顆粒的脫除效率較高，但運(yùn)行時(shí)壓降較大，而且需里經(jīng)常更換濾 料，運(yùn)行成本較高。
[0004] -般的聲波團(tuán)聚方法在較低聲強(qiáng)和頻率下對(duì)懸浮細(xì)顆粒的團(tuán)聚效率較低，僅有 40 %左右。一般的聲波團(tuán)聚方法作用時(shí)間為3-8秒，由于典型的煙道流速較高為10米每秒以 上，導(dǎo)致共振團(tuán)聚室尺寸太大不能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需求。
[0005] 在現(xiàn)有專利中檢索，得到相關(guān)中國(guó)專利及文獻(xiàn)如下：
[0006] 1，專利號(hào):02276809.2，立體顆粒流除塵器
[0007] 2,專利號(hào):03132195.x，旋轉(zhuǎn)流化床反吹顆粒層除塵器
[0008] 3,專利號(hào):200510032204,煙道式煙塵除塵凈化裝置 [0009] 4，專利號(hào):01130066.3，凝聚式靜電除塵方法及裝置 [0010] 5,專利號(hào):99106814.9,一種超聲震蕩除塵方法及裝置
[0011] 6,專利號(hào)：200710132690.6,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
[0012] 7,專利號(hào):96105749.1，抽氣型除塵方法與除塵裝置
[0013] 8，專利號(hào):91102104 · 6，磁化吸附高效除塵器
[0014] 上述檢索到的有關(guān)顆粒脫除的專利中，都不能高效地脫除可吸入懸浮細(xì)顆粒，依 據(jù)其中聲波團(tuán)聚相關(guān)裝置的原理分析可判斷高減排流量條件下設(shè)備的體積較大。其中第六 個(gè)專利是采用外加種子顆粒的聲波團(tuán)聚脫除微細(xì)顆粒物，容易造成外加的種子顆粒與懸浮 細(xì)顆粒吸附到管道壁面，清除較為不便，易對(duì)裝置造成腐蝕，且裝置內(nèi)聲強(qiáng)高于160dB時(shí)極 易造成聲場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)湍流，使剛形成的團(tuán)聚體破碎，很難保證長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠的工作。第八個(gè)專 利對(duì)于高效收集弱磁性的顆粒物，以及清除和解磁附著在面上被收集的顆粒還是存在很大 的問題。
[0015] 常規(guī)聲波團(tuán)聚除塵系統(tǒng)普遍由電聲源驅(qū)動(dòng)等截面管道組成的共振團(tuán)聚室，在共振 團(tuán)聚室內(nèi)形成簡(jiǎn)單的駐波或行波。一方面，在工業(yè)應(yīng)用中，共振團(tuán)聚室截面很大，為了達(dá)到 比較理想的脫除效果，需要提供很高的聲功率輸入，使得系統(tǒng)的能耗和運(yùn)行成本較高，難以 被實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用接受。另一方面，在煙氣流量較大的情況下等截面管道將占用較大的場(chǎng) 地空間，系統(tǒng)不夠緊湊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能耗低、運(yùn)行成本較低、結(jié)構(gòu)緊湊、占用場(chǎng) 地空間小的對(duì)燃煤電廠、供暖的排煙、大型柴油機(jī)的尾氣和其他含塵氣流中的懸浮細(xì)顆粒 進(jìn)行脫除的基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)。
[0017] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減 排系統(tǒng)，封閉耦合腔均通過長(zhǎng)度可調(diào)短管與共振團(tuán)聚室耦合連接，所述的封閉耦合腔通過 指數(shù)型號(hào)筒與電-氣調(diào)制發(fā)音頭連接，所述的電-氣調(diào)制發(fā)音頭連接有一個(gè)信號(hào)發(fā)生器與功 率放大器;所述的封閉耦合腔上設(shè)有一個(gè)排氣口；所述的共振團(tuán)聚室內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)彎曲 薄壁管道。
[0018] 二個(gè)封閉耦合腔均通過長(zhǎng)度可調(diào)短管與共振團(tuán)聚室耦合連接。
[0019 ]空氣壓縮機(jī)通過壓力罐、高壓氣體輸送管路與所述的電-氣調(diào)制發(fā)音頭相連。
[0020] 二個(gè)所述的封閉耦合腔均通過所述的長(zhǎng)度可調(diào)短管與所述的共振團(tuán)聚室耦合連 接;空氣壓縮機(jī)通過壓力罐、高壓氣體輸送管路與每個(gè)所述的電-氣調(diào)制發(fā)音頭相連;所述 的彎曲薄壁管道的兩端分別設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，所述的彎曲薄壁管道上設(shè)有若干個(gè)傳聲 器，所述的傳聲器與聲強(qiáng)與頻率測(cè)試PC機(jī)通信連接;所述的進(jìn)氣口上設(shè)有進(jìn)口處顆粒濃度 測(cè)試裝置，所述的出氣口上設(shè)有出口處顆粒濃度測(cè)試裝置，所述的聲強(qiáng)與頻率測(cè)試PC機(jī)和 所述的出口處顆粒濃度測(cè)試裝置與顆粒濃度顯示PC機(jī)通信連接;所述的長(zhǎng)度可調(diào)短管和所 述的壓力罐均與長(zhǎng)度可調(diào)短管的長(zhǎng)度與壓力罐流量的控制器通信連接。
[0021] 所述的出氣口連接有旋風(fēng)除塵器。
[0022] 所述的基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)包括可消除可聽閾強(qiáng)聲 波的消聲劈尖。
[0023]所述的出氣口處設(shè)有引風(fēng)機(jī)。
[0024]所述的出氣口處設(shè)有閥門。
[0025] 所述的基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)還包括承載共振團(tuán)聚室 主要部分的具有孔狀消聲材料集裝箱以及高壓氣體的輸送管路。
[0026] 所述的彎曲薄壁管道的壁厚為2mm~4mm。
[0027] 采用上述技術(shù)方案的基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)，其技術(shù)特 點(diǎn)為：
[0028] (1)激發(fā)聲源的工作頻率的確定：電-氣調(diào)制發(fā)音頭由信號(hào)發(fā)生器與功率放大器產(chǎn) 生1000Hz至2000Hz放大了的信號(hào)驅(qū)動(dòng)，將高壓氣體調(diào)制成強(qiáng)度不低于150dB的中低頻聲波；
[0029] (2)共振團(tuán)聚室共振頻率的確定:封閉耦合腔與共振團(tuán)聚室之間通過可調(diào)長(zhǎng)度的 短管耦合，調(diào)節(jié)長(zhǎng)度可調(diào)短管的長(zhǎng)度改變共振團(tuán)聚室(可類比為亥姆赫茲共振腔)的共振頻 率，該共振頻率的平方和長(zhǎng)度可調(diào)短管的橫截面積與長(zhǎng)度可調(diào)短管的長(zhǎng)度的比值成正比。 本發(fā)明選用等截面積的長(zhǎng)度可調(diào)短管，通過調(diào)節(jié)長(zhǎng)度可調(diào)短管的長(zhǎng)度即可調(diào)節(jié)共振團(tuán)聚室 的共振頻率。
[0030] (3)含塵煙氣被送入共振團(tuán)聚室內(nèi)彎曲薄壁管道內(nèi)，彎曲薄壁管道的總長(zhǎng)度為含 塵煙氣進(jìn)出彎曲薄壁管道的長(zhǎng)度差，根據(jù)含塵煙氣的流量，確定彎曲薄壁管道的截面積和 總長(zhǎng)度，并盡量選用內(nèi)壁光滑的彎曲薄壁管道，同時(shí)保證含塵煙氣在彎曲薄壁管道內(nèi)被低 頻強(qiáng)聲波作用的時(shí)間達(dá)到預(yù)定的時(shí)間要求(3~10秒）。
[0031] (4)懸浮細(xì)顆粒的去除效率的確定:在含塵煙氣進(jìn)氣口處進(jìn)行顆粒濃度的測(cè)量、經(jīng) 過聲波團(tuán)聚處理之后，在出氣口處對(duì)處理后的含塵煙氣進(jìn)行顆粒濃度的測(cè)試，通過兩者的 比值確定懸浮細(xì)顆粒的去除效率，并決定是否調(diào)整聲場(chǎng)；
[0032] (5)將空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的高壓氣體，輸入到可以調(diào)節(jié)高壓氣力流量的壓力罐，再供 給調(diào)制電-氣調(diào)制發(fā)音頭，經(jīng)過調(diào)制將高壓氣體調(diào)制成低頻強(qiáng)聲波，通過指數(shù)型號(hào)筒向封閉 耦合腔內(nèi)輻射聲波;含塵煙氣經(jīng)進(jìn)氣口輸入到內(nèi)置于共振團(tuán)聚室的彎曲薄壁管道;封閉耦 合腔與共振團(tuán)聚室通過長(zhǎng)度可調(diào)短管耦合，通過調(diào)節(jié)長(zhǎng)度可調(diào)短管的長(zhǎng)度以控制影響共振 團(tuán)聚室的共振頻率;通過激發(fā)共振團(tuán)聚室產(chǎn)生共振強(qiáng)聲波，利用由此產(chǎn)生的高能量密度的 聲波使彎曲薄壁管道中的懸浮細(xì)顆粒相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可提高懸浮顆粒相互碰撞的概率，顆粒碰 撞后很可能會(huì)粘結(jié)形成更大粒徑的顆粒，在較短時(shí)間范圍內(nèi)，顆粒平均粒徑會(huì)顯著增大，可 通過重力沉降或者常規(guī)除塵設(shè)備，將含塵煙氣中的大顆粒、團(tuán)聚體消除。
[0033] 本發(fā)明引入內(nèi)共振腔結(jié)構(gòu)對(duì)聲波團(tuán)聚系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，在聲源與共振團(tuán)聚 室之間增加封閉耦合腔和長(zhǎng)度可調(diào)短管這兩個(gè)聲學(xué)部件，將封閉耦合腔、長(zhǎng)度可調(diào)短管、共 振團(tuán)聚室的串聯(lián)形成一種共振頻率可調(diào)的聲學(xué)共振結(jié)構(gòu)，令其共振頻率與顆粒物最優(yōu)作用 頻率和聲源的輻射頻率相等，則共振團(tuán)聚室達(dá)到共振狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部形成理想頻率的高聲強(qiáng) 聲場(chǎng)（150dB以上），最終實(shí)現(xiàn)提高團(tuán)聚減排效率和降低能耗的目的。本發(fā)明中，空氣壓縮機(jī) 與壓力罐、輸送管道相配合，為電-氣調(diào)制發(fā)音頭提供壓力可控的高壓功率氣流;發(fā)音頭通 過法蘭與指數(shù)型號(hào)筒相連接，并向封閉耦合腔內(nèi)輻射強(qiáng)聲波;封閉耦合腔與共振團(tuán)聚室通 過長(zhǎng)度可調(diào)短管相耦合;含塵煙氣進(jìn)氣口與內(nèi)置于共振團(tuán)聚室的彎曲薄壁管道相連接;若 干傳聲器分別置于彎曲薄壁管道各處，進(jìn)、出氣口處分別布放顆粒測(cè)試裝置，用于實(shí)現(xiàn)聲場(chǎng) 和顆粒物脫除效果的監(jiān)測(cè)；彎曲薄壁管道的出口端與旋風(fēng)式除塵器等常規(guī)設(shè)備相連接，將 處理后的氣流排出。
[0034] 本發(fā)明基于強(qiáng)聲技術(shù)，采用強(qiáng)聲波激發(fā)與封閉耦合腔相連接的共振腔共振，獲得 頻率可調(diào)的聲壓級(jí)較高、較為穩(wěn)定的聲場(chǎng)。利用高能量密度聲場(chǎng)使置于共振腔內(nèi)彎曲薄壁 管道內(nèi)的懸浮細(xì)顆粒振動(dòng)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)，縮小減排系統(tǒng)的體積和提高懸浮顆粒相互碰撞的概 率。顆粒碰撞后很可能會(huì)粘結(jié)形成更大粒徑的顆粒，在較短時(shí)間范圍內(nèi)，顆粒粒徑增大顯 著，通過重力沉降，或者被常規(guī)除塵設(shè)備消除從而達(dá)到控制PM2.5排放的目的。
[0035] 本發(fā)明在穩(wěn)定可調(diào)的中低頻聲源作用下，激發(fā)共振團(tuán)聚室共振，產(chǎn)生可穿透彎曲 薄壁管道的強(qiáng)聲波，有效地脫除煙道內(nèi)粒徑小于2.5μπι的傳統(tǒng)除塵設(shè)備難以脫除的微米、亞 微米顆粒。
[0036]本發(fā)明的共振腔式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒的理論及計(jì)算過程如下：
[0037] (1)共振團(tuán)聚室共振頻率的確定
[0038]封閉耦合腔￥3通過橫截面積為So,長(zhǎng)度為1的短管與共振團(tuán)聚室Vb耦合，封閉耦合 腔一端管口的聲阻抗為：
[0039]
(1 )
[0040] 求共振室的聲吸收功率的過程中，當(dāng)ω = 〇^時(shí)，吸收能量達(dá)到極大，共振頻率滿 足方程
[0041]
[0042] 為了方便，設(shè)壁面均為剛性，得到近似解
(3)
[0044] 其中為激發(fā)頻率為共振頻率時(shí)的修正項(xiàng)。
[0045] (2)由聲波引起的同向移動(dòng)團(tuán)聚機(jī)理頻率核函數(shù)
[0046] 顆粒間相對(duì)激勵(lì)幅值和相位表示為：
[0047] = ua(x)(Hy + Gij) C 4 )
[0048] 其中恥為聲波激勵(lì)函數(shù)，仏溈互散射作用函數(shù)
[0049] 考慮顆粒間的散射作用得到同向移動(dòng)團(tuán)聚相對(duì)速度為：
(：5)
[0051 ]其中uo為聲波波速幅值，^為顆粒的弛豫時(shí)間，ω為角頻率
[0052]當(dāng)考慮顆粒間散射互作用時(shí)，得到同向移動(dòng)相互作用凝聚核函數(shù)為：
(6)
[0053]對(duì)于多分散的顆粒介質(zhì)，同向移動(dòng)相互作用下的相對(duì)速度為正，表明聲波夾帶不 同粒徑的顆粒的能力不同，為顆粒團(tuán)聚創(chuàng)造了條件。為本發(fā)明中含多種粒徑的懸浮細(xì)顆粒 介質(zhì)的聲波團(tuán)聚提供了理論依據(jù)。
[0054] (3)由聲波引起的互輻射團(tuán)聚機(jī)理頻率核函數(shù)
(7 )
[0056]其中μ為空氣粘性系數(shù)，為顆粒i、j間徑向互輻射流體力學(xué)作用函數(shù)互輻射凝 聚機(jī)理的凝聚核函數(shù)：
(8)
[0058]對(duì)于單分散的顆粒介質(zhì)，互輻射相互作用下的相對(duì)速度為正，原入射波和散射波 的非線性效應(yīng)引起的相鄰顆粒間的相互作用使顆粒相互會(huì)聚，為單粒徑懸浮細(xì)顆粒的團(tuán)聚 創(chuàng)造了條件。為本發(fā)明中含單分散的顆粒介質(zhì)的聲波團(tuán)聚提供了理論依據(jù)。
[0059] (4)由重力沉降引起的團(tuán)聚核函數(shù)
[0060]由于非氣體顆粒介質(zhì)密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣介質(zhì)的密度，即Pp?Pg，得到重力沉降相對(duì) 速度為：
(9)
[0062]其中g(shù)為重力加速度。
[0063]重力沉降引起的團(tuán)聚核函數(shù)
(10)
[0065]對(duì)于同密度的懸浮細(xì)顆粒介質(zhì)，粒徑較大的顆粒與粒徑較小的顆粒間存在不同的 沉降速度，而產(chǎn)生相對(duì)速度，重力沉降也是顆粒團(tuán)聚的依據(jù)之一。同時(shí)重力沉降團(tuán)聚也是無(wú) 聲波作用時(shí)主要的團(tuán)聚依據(jù)。
[0066]故總的團(tuán)聚核函數(shù)可以表示為：
[0067] (11)
[0068] 同向移動(dòng)、互輻射、重力沉降團(tuán)聚核函數(shù)互不影響，故總的團(tuán)聚核函數(shù)為三者線性 疊加之和?？偟膱F(tuán)聚核函數(shù)可以在理論上支持本發(fā)明。
[0069] 本發(fā)明的有益效果是:在外加強(qiáng)聲波的激發(fā)下，共振團(tuán)聚室發(fā)生共振，共振頻率可 調(diào)以達(dá)到符合最優(yōu)的團(tuán)聚效果，結(jié)合后續(xù)常規(guī)除塵器，有效地脫除具有復(fù)雜粒徑分布的含 塵煙氣中的懸浮細(xì)顆粒。在相同的聲功率輸入條件下，共振狀態(tài)共振團(tuán)聚室內(nèi)的聲強(qiáng)最高， 由于團(tuán)聚作用隨聲強(qiáng)而增加，在其內(nèi)部形成頻率等于最優(yōu)作用頻率的強(qiáng)聲場(chǎng)。結(jié)果使得共 振腔式聲團(tuán)聚系統(tǒng)不僅具有更好的減排效果，而且具有較低的能耗。聲場(chǎng)和顆粒物特性監(jiān) 測(cè)子系統(tǒng)和聲強(qiáng)、頻率等調(diào)節(jié)子系統(tǒng)以及反饋控制過程的引入使得減排系統(tǒng)具備一定的自 適應(yīng)性，能夠適用于更加寬廣的污染源對(duì)象以及排放顆粒物動(dòng)態(tài)變化的情況。同時(shí)，采用基 于內(nèi)共振腔的分離式結(jié)構(gòu)可使驅(qū)動(dòng)電-氣調(diào)制發(fā)音頭的高壓功率氣流不進(jìn)入共振團(tuán)聚室， 實(shí)現(xiàn)功率氣流與煙氣的有效隔離，避免功率氣流對(duì)煙氣特性的影響，避免共振團(tuán)聚室內(nèi)湍 流的出現(xiàn)以免生成的團(tuán)聚體破碎。通過測(cè)試，本發(fā)明的裝置可使含塵煙氣中的懸浮細(xì)顆粒 脫除率達(dá)到70%-80%以上，質(zhì)量濃度的脫除率達(dá)到80%以上。本系統(tǒng)適用于場(chǎng)地受限且有 大規(guī)模含塵煙氣凈化需要的場(chǎng)合。
[0070] 綜上所述，本發(fā)明是一種能耗低、運(yùn)行成本較低、結(jié)構(gòu)緊湊、占用場(chǎng)地空間小的對(duì) 燃煤電廠、供暖的排煙、大型柴油機(jī)的尾氣和其他含塵氣流中的懸浮細(xì)顆粒進(jìn)行脫除的基 于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0071] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0072]圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)改進(jìn)示意圖。
[0073]圖3是本發(fā)明的具體示意圖。
[0074] 圖4是本發(fā)明的總體應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖。
[0075] 圖中：1_空氣壓縮機(jī)1、2_壓力罐2、3_電-氣調(diào)制發(fā)音頭3、4_指數(shù)型號(hào)筒4、5_封閉 耦合腔5、6-彎曲薄壁管道6、7-共振團(tuán)聚室7、8-長(zhǎng)度可調(diào)短管8、9-排氣口 9、10-含塵煙氣進(jìn) 氣口 10、11-進(jìn)口處顆粒濃度測(cè)試裝置11、12-傳聲器12、13-顆粒濃度顯示PC機(jī)13、14-長(zhǎng)度 可調(diào)短管的長(zhǎng)度與壓力罐流量的控制器14、15_聲強(qiáng)與頻率測(cè)試PC機(jī)15、16_高壓氣體輸送 管路16、17-出口處顆粒濃度測(cè)試裝置17、18-出氣口 18、19-旋風(fēng)除塵器19、20_信號(hào)發(fā)生器 與功率放大器20。
【具體實(shí)施方式】
[0076]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0077] 參見圖1，一個(gè)封閉耦合腔5均通過長(zhǎng)度可調(diào)短管8與共振團(tuán)聚室7耦合連接，封閉 耦合腔5通過指數(shù)型號(hào)筒4與電-氣調(diào)制發(fā)音頭3連接，電-氣調(diào)制發(fā)音頭3連接有一個(gè)信號(hào)發(fā) 生器與功率放大器20;封閉耦合腔5上設(shè)有一個(gè)口徑較小的排氣口 9;共振團(tuán)聚室7內(nèi)設(shè)有一 個(gè)彎曲薄壁管道6。彎曲薄壁管道6的壁厚為2mm~4mm。
[0078] 參見圖2,一個(gè)封閉耦合腔5均通過長(zhǎng)度可調(diào)短管8與共振團(tuán)聚室7耦合連接，封閉 耦合腔5通過指數(shù)型號(hào)筒4與電-氣調(diào)制發(fā)音頭3連接;封閉耦合腔5上設(shè)有一個(gè)口徑較小的 排氣口 9;共振團(tuán)聚室7內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)彎曲薄壁管道6。彎曲薄壁管道6的壁厚為4mm。
[0079] 參見圖3,封閉耦合腔5均通過長(zhǎng)度可調(diào)短管8與共振團(tuán)聚室7耦合連接。封閉耦合 腔5通過指數(shù)型號(hào)筒4與電-氣調(diào)制發(fā)音頭3連接，電-氣調(diào)制發(fā)音頭3均連接有一個(gè)信號(hào)發(fā)生 器與功率放大器20。封閉親合腔5上設(shè)有一個(gè)口徑較小的排氣口9,以保證封閉親合腔5內(nèi)氣 壓平衡。共振團(tuán)聚室7內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)彎曲薄壁管道6。
[0080] 參見圖4,本發(fā)明的整個(gè)系統(tǒng)分為聲源、封閉耦合腔體、含塵煙氣流通管路、系統(tǒng)測(cè) 試裝置、反饋控制臺(tái)。
[0081] 具體連接方式如下：二個(gè)封閉耦合腔5均通過長(zhǎng)度可調(diào)短管8與共振團(tuán)聚室7耦合 連接。每個(gè)封閉耦合腔5通過指數(shù)型號(hào)筒4與電-氣調(diào)制發(fā)音頭3連接，每個(gè)電-氣調(diào)制發(fā)音頭 3均連接有一個(gè)信號(hào)發(fā)生器與功率放大器20。每個(gè)封閉耦合腔5上設(shè)有一個(gè)口徑較小的排氣 口9,以保證封閉耦合腔5內(nèi)氣壓平衡?？諝鈮嚎s機(jī)1通過壓力罐2、高壓氣體輸送管路16與每 個(gè)電-氣調(diào)制發(fā)音頭3相連，各接口處用密封套封閉防止高壓空氣泄漏;共振團(tuán)聚室7內(nèi)設(shè)有 至少一個(gè)彎曲薄壁管道6，彎曲薄壁管道6的兩端分別設(shè)有進(jìn)氣口 10和出氣口 18。出氣口 18 連接有旋風(fēng)除塵器19。彎曲薄壁管道6上設(shè)有若干個(gè)傳聲器12,傳聲器12與聲強(qiáng)與頻率測(cè)試 PC機(jī)15通信連接。進(jìn)氣口 10上設(shè)有進(jìn)口處顆粒濃度測(cè)試裝置11，出氣口 18上設(shè)有出口處顆 粒濃度測(cè)試裝置17,聲強(qiáng)與頻率測(cè)試PC機(jī)15和出口處顆粒濃度測(cè)試裝置17與顆粒濃度顯示 PC機(jī)13通信連接。長(zhǎng)度可調(diào)短管8和壓力罐2均與長(zhǎng)度可調(diào)短管的長(zhǎng)度與壓力罐流量的控制 器14通信連接。彎曲薄壁管道6的壁厚為2mm~4mm〇
[0082] 空氣壓縮機(jī)1通過壓力罐2、高壓氣體輸送管路16與電-氣調(diào)制發(fā)音頭3相連，電-氣 調(diào)制發(fā)音頭3通過指數(shù)型號(hào)筒4向封閉耦合腔5輻射聲波組成聲源系統(tǒng)。由封閉耦合腔5、末 端排氣口 9與可調(diào)長(zhǎng)度短管8構(gòu)成封閉耦合腔體，封閉耦合腔5與共振團(tuán)聚室7利用長(zhǎng)度可調(diào) 短管8耦合組成共振腔。由進(jìn)氣口 10、彎曲薄壁管道6、出氣口 18和旋風(fēng)除塵器19組成的含塵 煙氣流通管路。由進(jìn)口處顆粒濃度測(cè)試裝置11、出口處顆粒濃度測(cè)試裝置17和置于彎曲薄 壁管道6內(nèi)的若干傳聲器12組成系統(tǒng)測(cè)試裝置。由顆粒濃度顯示PC機(jī)13、聲強(qiáng)與頻率測(cè)試PC 機(jī)15、長(zhǎng)度可調(diào)短管的長(zhǎng)度與壓力罐流量的控制器14三部分組成反饋控制臺(tái)。
[0083] 封閉耦合腔5內(nèi)的長(zhǎng)度可調(diào)短管8確定后，計(jì)算出共振團(tuán)聚室7的共振頻率，通過 電-氣調(diào)制發(fā)音頭3將高壓氣體調(diào)制成低頻強(qiáng)聲波，利用指數(shù)型號(hào)筒4向封閉耦合腔5內(nèi)輻 射，激發(fā)共振團(tuán)聚室7共振。
[0084] 進(jìn)一步地，本發(fā)明包括可消除可聽閾強(qiáng)聲波的消聲劈尖。出氣口 18處添加引風(fēng)機(jī)。 出氣口 18處添加閥門以強(qiáng)制增加作用時(shí)間。還可包括承載共振團(tuán)聚室7等主要部分的具有 孔狀消聲材料集裝箱以及高壓氣體的輸送管路。
[0085] 參見圖4,封閉耦合腔5、長(zhǎng)度可調(diào)短管8、共振團(tuán)聚室7的串聯(lián)形成一種內(nèi)共振腔結(jié) 構(gòu)，內(nèi)共振腔的共振頻率由長(zhǎng)度可調(diào)短管8的長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)而改變，電-氣調(diào)制發(fā)音頭3通過與 其連接的指數(shù)型號(hào)筒4向封閉耦合腔5中輻射聲波，令電-氣調(diào)制發(fā)音頭3所發(fā)出聲波頻率與 顆粒物最佳作用頻率和內(nèi)共振腔的共振頻率相等，則聲波經(jīng)過長(zhǎng)度可調(diào)短管8激發(fā)共振團(tuán) 聚室7達(dá)到共振狀態(tài)，在共振團(tuán)聚室7內(nèi)部形成特定頻率的強(qiáng)聲場(chǎng)。在相同的聲功率輸入條 件下，共振狀態(tài)共振團(tuán)聚室7內(nèi)的聲強(qiáng)最高，由于團(tuán)聚作用隨聲強(qiáng)而增加，共振腔式聲團(tuán)聚 系統(tǒng)具有更好的減排效果和較低的能耗。同時(shí)，采用內(nèi)共振腔結(jié)構(gòu)可使驅(qū)動(dòng)電-氣調(diào)制發(fā)音 頭3的功率氣流不進(jìn)入共振團(tuán)聚室7,實(shí)現(xiàn)功率氣流與煙氣的有效隔離，避免共振團(tuán)聚室7內(nèi) 湍流的出現(xiàn)以免生成的團(tuán)聚體破碎。
[0086] 空氣壓縮機(jī)1產(chǎn)生的高壓氣體進(jìn)入壓力罐2,在進(jìn)入電-氣調(diào)制發(fā)音頭3之前高壓功 率氣流的壓力可調(diào)，進(jìn)而調(diào)節(jié)電-氣調(diào)制發(fā)音頭3產(chǎn)生聲波的強(qiáng)度。電-氣調(diào)制發(fā)音頭3產(chǎn)生 聲波的頻率可由信號(hào)發(fā)生器與功率放大器20調(diào)節(jié)。通過改變封閉耦合腔5和共振團(tuán)聚室7之 間的長(zhǎng)度可調(diào)短管8的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)共振團(tuán)聚室7的共振頻率，令其等于所產(chǎn)生聲波的頻率。通 過進(jìn)口處顆粒濃度測(cè)試裝置11和出口處顆粒濃度測(cè)試裝置17測(cè)量煙氣中的顆粒物特性，輸 入聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒理論計(jì)算得到最佳聲波頻率和強(qiáng)度。通過前述調(diào)節(jié)過程，使系統(tǒng)中的 聲強(qiáng)和頻率等于最佳值。由進(jìn)口處顆粒濃度測(cè)試裝置11和出口處顆粒濃度測(cè)試裝置17測(cè)量 團(tuán)聚效果，若不滿足要求則重復(fù)"測(cè)量-計(jì)算-調(diào)節(jié)"過程。最終通過反饋控制實(shí)現(xiàn)在顆粒物 特性變化條件下最優(yōu)的減排效果。
[0087] 含塵煙氣進(jìn)入置于共振團(tuán)聚室7內(nèi)的彎曲薄壁管道6中，當(dāng)電-氣調(diào)制發(fā)音頭3和指 數(shù)型號(hào)筒4產(chǎn)生的聲波通過封閉耦合腔5和長(zhǎng)度可調(diào)短管8使共振團(tuán)聚室7達(dá)到共振狀態(tài)時(shí)， 共振團(tuán)聚室7內(nèi)強(qiáng)聲波通過壁面進(jìn)入彎曲薄壁管道6中，對(duì)煙氣中的顆粒物施加作用，使不 同尺寸顆粒物之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)并互相碰撞和團(tuán)聚成較大粒徑的團(tuán)聚體，進(jìn)而在下游沉降或被 常規(guī)除塵設(shè)備消除。
[0088] 在共振團(tuán)聚室7兩側(cè)分別連接內(nèi)共振腔結(jié)構(gòu)，兩側(cè)的電-氣調(diào)制發(fā)音頭3分別通過 與其連接的指數(shù)型號(hào)筒4向封閉耦合腔5中輻射聲波，經(jīng)過兩側(cè)的長(zhǎng)度可調(diào)短管8同時(shí)激發(fā) 共振團(tuán)聚室7達(dá)到共振狀態(tài)。在共振團(tuán)聚室7內(nèi)聲強(qiáng)一定的條件下，通過組合激勵(lì)的方式使 得單個(gè)電-氣調(diào)制發(fā)音頭3的強(qiáng)度下降，考慮到電-氣調(diào)制發(fā)音頭3在較低強(qiáng)度下具有較高的 換能效率，組合激勵(lì)進(jìn)一步降低了整個(gè)系統(tǒng)的能耗。
[0089] 參見圖4,本系統(tǒng)的具體運(yùn)行過程如下：
[0090] 1、將空氣壓縮機(jī)1加載產(chǎn)生的高壓氣體通過可調(diào)節(jié)的壓力罐2與高壓氣體輸送管 路16輸入電-氣調(diào)制發(fā)音頭3,信號(hào)發(fā)生器與功率放大器20向電-氣調(diào)制發(fā)音頭3提供放大了 的電信號(hào)；電-氣調(diào)制發(fā)音頭3將高壓氣體調(diào)制成低頻強(qiáng)聲波；
[0091] 2、與電-氣調(diào)制發(fā)音頭3相匹配的指數(shù)型號(hào)筒4作為聲波輻射器，最大限度地將電-氣調(diào)制發(fā)音頭3輸出的強(qiáng)聲波向封閉親合腔5內(nèi)福射；
[0092] 3、含塵煙氣被送入彎曲薄壁管道6內(nèi)，通過彎曲薄壁管道6使煙氣在共振團(tuán)聚室7 內(nèi)的作用時(shí)間達(dá)到預(yù)定的時(shí)間要求3~1 Os;
[0093] 4、通過調(diào)節(jié)與共振團(tuán)聚室7相連的長(zhǎng)度可調(diào)短管8的長(zhǎng)度控制共振團(tuán)聚室7的共振 頻率；
[0094] 5、將空氣壓縮機(jī)1產(chǎn)生的高壓氣體經(jīng)過壓力罐2的調(diào)節(jié)，使高壓氣體可調(diào)，實(shí)現(xiàn)聲 強(qiáng)可調(diào)；
[0095] 6、通過進(jìn)口處顆粒濃度測(cè)試裝置11和出口處顆粒濃度測(cè)試裝置17測(cè)量共振團(tuán)聚 室7內(nèi)團(tuán)聚效果，并通過(3)步驟調(diào)節(jié)作用時(shí)間，或者(4)步驟調(diào)節(jié)共振頻率，或者(5)步驟調(diào) 節(jié)輸入壓力以調(diào)節(jié)聲強(qiáng)，使團(tuán)聚效果達(dá)到最優(yōu)；
[0096] 7、經(jīng)過共振團(tuán)聚室7的含塵煙氣通過重力沉降或者其他常規(guī)除塵器例如旋風(fēng)除塵 器19，將含塵煙氣中的大顆粒、團(tuán)聚體消除。
[0097] 利用本發(fā)明可以取得很好的效果。由于使用封閉耦合腔5與共振團(tuán)聚室7耦合的方 法，調(diào)節(jié)共振團(tuán)聚室7的共振頻率，能獲得較高聲強(qiáng)（150dB以上），能使細(xì)懸浮顆粒相對(duì)運(yùn)動(dòng) 劇烈，相互碰撞而粘結(jié)的概率增大明顯，與采用傳統(tǒng)除塵器相比能耗小，效率高，費(fèi)用低。采 用共振腔式聲波團(tuán)聚的作用強(qiáng)度大，不發(fā)生明顯的湍流現(xiàn)象。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單可連續(xù)作用直 至含塵煙氣中的細(xì)顆粒大部分團(tuán)聚。雖然共振團(tuán)聚室7內(nèi)聲強(qiáng)可達(dá)150dB以上，但聲團(tuán)聚系 統(tǒng)外圍可布設(shè)有消除可聽聲頻段強(qiáng)聲波的消聲劈尖，或采用承載共振團(tuán)聚室7等主要部分 具有孔狀消聲材料的集裝箱，可以明顯降低強(qiáng)聲波對(duì)人體的干擾與損害。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)，其特征是:封閉耦合腔(5)均 通過長(zhǎng)度可調(diào)短管(8)與共振團(tuán)聚室(7)耦合連接，所述的封閉耦合腔(5)通過指數(shù)型號(hào)筒 (4)與電-氣調(diào)制發(fā)音頭(3)連接，所述的電-氣調(diào)制發(fā)音頭(3)連接有一個(gè)信號(hào)發(fā)生器與功 率放大器(20);所述的封閉耦合腔(5)上設(shè)有一個(gè)排氣口（9);所述的共振團(tuán)聚室(7)內(nèi)設(shè)有 至少一個(gè)彎曲薄壁管道(6)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)，其特征是： 二個(gè)所述的封閉耦合腔(5)均通過長(zhǎng)度可調(diào)短管(8)與共振團(tuán)聚室(7)耦合連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)，其特征 是:空氣壓縮機(jī)（1)通過壓力罐(2)、高壓氣體輸送管路（16)與所述的電-氣調(diào)制發(fā)音頭(3) 相連。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)，其特征是： 二個(gè)所述的封閉耦合腔(5)均通過所述的長(zhǎng)度可調(diào)短管(8)與所述的共振團(tuán)聚室(7)耦合連 接;空氣壓縮機(jī)（1)通過壓力罐(2)、高壓氣體輸送管路(16)與每個(gè)所述的電-氣調(diào)制發(fā)音頭 (3)相連;所述的彎曲薄壁管道(6)的兩端分別設(shè)有進(jìn)氣口（10)和出氣口（18)，所述的彎曲 薄壁管道(6)上設(shè)有若干個(gè)傳聲器（12)，所述的傳聲器（12)與聲強(qiáng)與頻率測(cè)試PC機(jī)（15)通 信連接;所述的進(jìn)氣口（10)上設(shè)有進(jìn)口處顆粒濃度測(cè)試裝置（11 )，所述的出氣口（18)上設(shè) 有出口處顆粒濃度測(cè)試裝置(17)，所述的聲強(qiáng)與頻率測(cè)試PC機(jī)(15)和所述的出口處顆粒濃 度測(cè)試裝置（17)與顆粒濃度顯示PC機(jī)（13)通信連接;所述的長(zhǎng)度可調(diào)短管(8)和所述的壓 力罐(2)均與長(zhǎng)度可調(diào)短管的長(zhǎng)度與壓力罐流量的控制器(14)通信連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)，其特征是： 所述的出氣口（ 18)連接有旋風(fēng)除塵器(19)。6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)，其特征 是:所述的基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)包括可消除可聽閾強(qiáng)聲波的消 聲劈尖。7. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)，其特征 是:所述的出氣口（18)處設(shè)有引風(fēng)機(jī)。8. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)，其特征 是:所述的出氣口（ 18)處設(shè)有閥門。9. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)，其特征 是:所述的基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)還包括承載共振團(tuán)聚室(7)等 主要部分的具有孔狀消聲材料集裝箱以及高壓氣體的輸送管路。10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于共振腔的分離式聲團(tuán)聚懸浮細(xì)顆粒減排系統(tǒng)，其特 征是:所述的彎曲薄壁管道(6)的壁厚為2mm~4mm〇
【文檔編號(hào)】B01D51/08GK106076053SQ201610633694
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月4日 公開號(hào)201610633694.1, CN 106076053 A, CN 106076053A, CN 201610633694, CN-A-106076053, CN106076053 A, CN106076053A, CN201610633694, CN201610633694.1
【發(fā)明人】史桂軍
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)沙鑫嶸環(huán)?？萍加邢薰?br>