用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統及方法
2023-04-25 09:47:36 1
用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統及方法。系統包括發聲裝置、封閉的團聚腔室和含塵煙氣管，所述發聲裝置與團聚腔室連通，所述含塵煙氣管穿過團聚腔室。方法包括以下步驟：S1：用發聲裝置調製強聲波，並發送至團聚腔室；S2：向含塵煙氣管內通入含塵煙氣，含塵煙氣流經含塵煙氣管位於團聚腔室內的部分的時長控制為3s～10s；S3：通過團聚腔室聲場的作用，含塵煙氣中的懸浮顆粒相互碰撞形成大粒徑顆粒，通過重力沉降和/或除塵設備，將形成的大粒徑顆粒脫除。該用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統及方法具有結構簡單、能耗低、效率高，適用於有大量含塵煙氣需要處理的場合的優點。
【專利說明】用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及懸浮顆粒脫除技術，尤其涉及用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統及方法。
【背景技術】
[0002]近年來，我國很多城市灰霾天氣出現的頻率越來越高、汙染越來越重，懸浮顆粒物已經成為各大城市的主要汙染物，同時也是室內空氣的重要汙染物。懸浮顆粒物尤其是PM2.5 (空氣動力學直徑小於2.5微米的懸浮顆粒)的排放是大氣環境中主要的顆粒物汙染源。懸浮顆粒通常富集有害物質，對人體健康和環境容易造成嚴重危害。
[0003]工業上常使用的除塵設備主要有機械分離器、旋風除塵器等，其結構簡單，運行和維護比較方便，應用較為廣泛，具有較高的總除塵效率，但對微米、亞微米級的顆粒脫除效率卻很低，袋式除塵器對細顆粒的脫除效率較高，但運行時壓降較大，而且需要經常更換濾料，運行成本較高。
[0004]目前，國內較為先進的利用聲場脫除懸浮顆粒的技術有文獻號為CN101219318的中國專利文獻公開的「聲波與外加種子顆粒聯合作用脫除微顆粒物的裝置和方法」，該技術利用聲波與外加種子顆粒脫除微顆粒物，具有一定成效，但是容易造成外加的種子顆粒與懸浮顆粒吸附到管道內壁，清除較為不便，易對裝置造成腐蝕，且裝置內聲強較高時極易造成聲場內出現湍流，使剛形成的團聚體破碎，因此很難保證長期穩定可靠的工作。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、能耗低、效率高，適用於有大量含塵煙氣需要處理的場合的用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統及方法。
[0006]為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案:
一種用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統，包括發聲裝置、封閉的團聚腔室和含塵煙氣管，所述發聲裝置與團聚腔室連通，所述含塵煙氣管穿過團聚腔室。
[0007]作為上述技術方案的進一步改進:
所述發聲裝置與團聚腔室之間設有通過調節長度控制團聚腔室共振頻率的連通管。
[0008]所述發聲裝置包括依次連接的空氣壓縮機、壓力罐、電氣調製發音頭、指數型號筒和封閉耦合腔，所述電氣調製發音頭連接有信號發生器和功率放大器，所述封閉耦合腔設有排氣孔，所述連通管連通封閉耦合腔與團聚腔室。
[0009]所述電氣調製發音頭、指數型號筒和封閉耦合腔設有兩組，且分布於團聚腔室兩偵牝各組中的電氣調製發音頭分別通過管道連通至壓力罐；各組中的封閉耦合腔分別通過一件連通管連通至團聚腔室。
[0010]所述含塵煙氣管位於團聚腔室內的部分為彎曲的薄壁管道。
[0011]還包括控制組件，所述控制組件包括顆粒濃度測試儀、傳聲器、顆粒濃度顯示PC機、聲場顯示PC機和連通管調控器，所述顆粒濃度測試儀為兩件，且分設於含塵煙氣管的進氣口和出氣口，各顆粒濃度測試儀連接至顆粒濃度顯示PC機；所述傳聲器設有多件，且均布於含塵煙氣管位於團聚腔室內的部分，各傳聲器連接至聲場顯示PC機，所述連通管調控器與連通管連接。
[0012]一種基於上述用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統的共振腔式聲團聚方法，包括以下步驟:
S1:用發聲裝置調製頻率為1000Hz?2500Hz的強聲波，並發送至團聚腔室；
S2:向含塵煙氣管內通入含塵煙氣，含塵煙氣流經含塵煙氣管位於團聚腔室內的部分的時長控制為3s?IOs ；
S3:通過團聚腔室聲場的作用，含塵煙氣中的懸浮顆粒相互碰撞形成大粒徑顆粒，通過重力沉降和/或除塵設備，將形成的大粒徑顆粒脫除。
[0013]作為上述技術方案的進一步改進:
在進行步驟S2時，通過顆粒濃度測試儀測量含塵煙氣管進氣口處和出氣口處的顆粒濃度，並根據出氣口顆粒濃度與進氣口顆粒濃度的比值確定實時懸浮顆粒去除效率，並根據實時懸浮顆粒去除效率對團聚腔室內聲場進行調整。
[0014]在對團聚腔室內聲場進行調整時，通過調節壓力罐輸出壓強，以控制聲強；通過連通管調控器調節連通管長度，以控制團聚腔室共振頻率。
[0015]在進行步驟S2時，通過傳聲器測試含塵煙氣管內聲壓級，控制含塵煙氣管內聲壓級在130dB?165dB之間。
[0016]與現有技術相比，本發明的優點在於:
本發明通過發聲裝置為團聚腔室提供高能量密度的聲場，使通過含塵煙氣管流經團聚腔室的含塵煙氣中的懸浮顆粒產生振動，懸浮顆粒間的相對運動大幅提高相互碰撞的概率，並通過相互碰撞粘結團聚成更大粒徑的顆粒，在較短時間內，團聚顆粒粒徑顯著增大，可通過重力沉降或常規除塵設備消除，從而達到控制PM2.5排放的目的；另外，含塵煙氣流經具有強聲場的團聚腔室時，保持在含塵煙氣管內流動，並不進入團聚腔室，因此不會有懸浮顆粒、團聚顆粒對團聚腔室形成汙染，從而不需要對發聲裝置和團聚腔室進行清理，操作、維護十分方便，能夠實現長期穩定的工作，並能長期保持極高的工作效率；該系統結構簡單、能耗低、效率高，適用於有大量含塵煙氣需要處理的場合。
[0017]本發明的共振腔式聲團聚方法，用發聲裝置與團聚腔室耦合，在外加強聲源的激發下，使團聚腔室發生共振，使懸浮顆粒相對運動劇烈，相互碰撞而粘結的概率明顯增大，與傳統除塵器相比，該方法能耗小，效率高，費用低，結合後常規除塵設備，能有效地脫除具有複雜粒徑分布的含塵煙氣中的懸浮顆粒；通過測試，該方法可使含塵煙氣中的懸浮顆粒脫除率達到70%，質量濃度的脫除率達到82%，適用於有大規模含塵煙氣需要淨化的場合；該方法流程簡單、操作方便，可連續作用直至含塵煙氣中的懸浮顆粒大部分產生團聚。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統的結構示意圖。
[0019]圖2是本發明共振腔式聲團聚方法的流程圖。
[0020]圖中各標號表不: 1、發聲裝置；11、空氣壓縮機；12、壓力罐；13、電氣調製發音頭；14、指數型號筒；15、封閉耦合腔；16、功率放大器；17、排氣孔；2、團聚腔室；3、含塵煙氣管；4、連通管；5、控制組件；51、顆粒濃度測試儀；52、傳聲器；53、顆粒濃度顯示PC機；54、聲場顯示PC機；55、連通
管調控器。
【具體實施方式】
[0021]圖1示出了本發明的一種用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統實施例，該共振腔式聲團聚系統包括發聲裝置1、封閉的團聚腔室2和含塵煙氣管3，發聲裝置I與團聚腔室2連通，含塵煙氣管3穿過團聚腔室2。本發明通過發聲裝置I為團聚腔室2提供高能量密度的聲場，使通過含塵煙氣管3流經團聚腔室2的含塵煙氣中的懸浮顆粒產生振動，懸浮顆粒間的相對運動大幅提高相互碰撞的概率，並通過相互碰撞粘結團聚成更大粒徑的顆粒，在較短時間內，團聚顆粒粒徑顯著增大，可通過重力沉降或常規除塵設備消除，從而達到控制PM2.5排放的目的；另外，含塵煙氣流經具有強聲場的團聚腔室2時，保持在含塵煙氣管3內流動，並不進入團聚腔室2，因此不會有懸浮顆粒、團聚顆粒對團聚腔室2形成汙染，從而不需要對發聲裝置I和團聚腔室2進行清理，操作、維護十分方便，能夠實現長期穩定的工作，並能長期保持極高的工作效率；該系統結構簡單、能耗低、效率高，適用於有大量含塵煙氣需要處理的場合。
[0022]本實施例中，發聲裝置I與團聚腔室2之間通過可調節長度的連通管4耦合，通過調節連通管4的長度，可以非常方便的對團聚腔室2的共振頻率進行控制和調整。
[0023]本實施例中，發聲裝置I包括依次連接的空氣壓縮機11、壓力罐12、電氣調製發音頭13、指數型號筒14和封閉耦合腔15，電氣調製發音頭13連接有信號發生器和功率放大器16,可將高壓氣體調製成強度為130dB?165dB的聲波；指數型號筒14作為聲波福射器，可最大限度地將電氣調製發音頭13輸出的強聲波向封閉f禹合腔15內福射；封閉I禹合腔15設有排氣孔17，以保證封閉耦合腔15內氣壓平衡；連通管4連通封閉耦合腔15與團聚腔室2。
[0024]本實施例中，電氣調製發音頭13、指數型號筒14和封閉耦合腔15設有兩組，且分布於團聚腔室2兩側，各組中的電氣調製發音頭13分別通過管道連通至壓力罐12 ;各組中的封閉耦合腔15分別通過一件連通管4連通至團聚腔室2，便於對團聚腔室2的共振頻率進行控制和調整。
[0025]本實施例中，含塵煙氣管3位於團聚腔室2內的部分為彎曲的薄壁管道，採用彎曲結構是為了延長管道長度，保證含塵煙氣流經團聚腔室2的時長，採用薄壁管道是為了提高聲波傳遞效率。
[0026]本實施例中，還包括控制組件5，控制組件5包括顆粒濃度測試儀51、傳聲器52、顆粒濃度顯示PC機53、聲場顯示PC機54和連通管調控器55，顆粒濃度測試儀51為兩件，且分設於含塵煙氣管3的進氣口和出氣口，各顆粒濃度測試儀51連接至顆粒濃度顯示PC機53，用於檢測和顯示進氣口和出氣口的顆粒濃度，以便判斷顆粒脫除效率，並據此對團聚腔室2的聲場作出適當的調整；傳聲器52設有多件，且均布於含塵煙氣管3位於團聚腔室2內的部分，各傳聲器52連接至聲場顯示PC機54，用於檢測和顯示含塵煙氣管3內聲壓級，以便判斷是否在最佳聲壓級範圍內，並據此對團聚腔室2的聲場作出適當的調整；連通管調控器55與連通管4連接，便於對連通管4實現自動控制和調整。
[0027]在其它實施例中，電氣調製發音頭13、指數型號筒14和封閉耦合腔15也可只設為一組，且採用臥式布置結構；另外，可以在聲團聚系統外圍布設消除可聽聲頻段強聲波的消聲劈尖，或採用承載團聚室等主要部分具有孔狀消聲材料的貨櫃，以降低強聲波對人體的幹擾與損害；而且發聲裝置I也可採用電聲源。
[0028]圖2示出了本發明的基於用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統的共振腔式聲團聚方法流程圖，該方法包括以下步驟:
51:用發聲裝置I調製中、低頻強聲波，並發送至團聚腔室2 ；
52:向含塵煙氣管3內通入含塵煙氣，含塵煙氣流經含塵煙氣管3位於團聚腔室2內的部分的時長控制為3s?10s，本實施例將控制為5s。
[0029]S3:通過團聚腔室2聲場的作用，含塵煙氣中的懸浮顆粒相互碰撞形成大粒徑顆粒，通過重力沉降和除塵設備，將形成的大粒徑顆粒脫除。
[0030]該共振腔式聲團聚方法，用發聲裝置I與團聚腔室2耦合，在外加強聲源的激發下，使團聚腔室2發生共振，使懸浮顆粒相對運動劇烈，相互碰撞而粘結的概率明顯增大，與傳統除塵器相比，該方法能耗小，效率高，費用低，結合後常規除塵設備，能有效地脫除具有複雜粒徑分布的含塵煙氣中的懸浮顆粒；通過測試，該方法可使含塵煙氣中的懸浮顆粒脫除率達到70%，質量濃度的脫除率達到82%，適用於有大規模含塵煙氣需要淨化的場合；該方法流程簡單、操作方便，可連續作用直至含塵煙氣中的懸浮顆粒大部分產生團聚。
[0031]在進行步驟S2時，通過顆粒濃度測試儀51測量含塵煙氣管3進氣口處和出氣口處的顆粒濃度，並根據出氣口顆粒濃度與進氣口顆粒濃度的比值確定實時懸浮顆粒去除效率，並根據實時懸浮顆粒去除效率對團聚腔室2內聲場進行調整。
[0032]在對團聚腔室2內聲場進行調整時，通過調節壓力罐12輸出壓強，以控制聲強；通過連通管調控器55調節連通管4長度，以控制團聚腔室2共振頻率。共振頻率可調使得團聚腔室2可獲得130dB以上較高聲強，以達到最優的團聚效果。
[0033]在進行步驟S2時，通過傳聲器52測試含塵煙氣管3內聲壓級，控制含塵煙氣管3內聲壓級在130dB?165dB之間，以避免發生明顯的湍流現象，本實施例取150dB。
[0034]本發明的用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統通過了理論計算、仿真實驗的驗證，總的團聚核函數可以在理論上支持本發明。
[0035]雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍的情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應落在本發明技術方案保護的範圍內。
【權利要求】
1.一種用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統，其特徵在於:包括發聲裝置(I)、封閉的團聚腔室(2 )和含塵煙氣管(3 )，所述發聲裝置(I)與團聚腔室(2 )連通，所述含塵煙氣管(3)穿過團聚腔室(2)。
2.根據權利要求1所述的用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統，其特徵在於:所述發聲裝置(I)與團聚腔室(2)之間設有通過調節長度控制團聚腔室(2)共振頻率的連通管⑷。
3.根據權利要求2所述的用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統，其特徵在於:所述發聲裝置(I)包括依次連接的空氣壓縮機(11)、壓力罐(12)、電氣調製發音頭(13)、指數型號筒(14)和封閉耦合腔(15)，所述電氣調製發音頭(13)連接有信號發生器和功率放大器(16)，所述封閉耦合腔(15)設有排氣孔(17)，所述連通管(4)連通封閉耦合腔(15)與團聚腔室(2)。
4.根據權利要求3所述的用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統，其特徵在於:所述電氣調製發音頭(13)、指數型號筒(14)和封閉耦合腔(15)設有兩組，且分布於團聚腔室(2)兩側，各組中的電氣調製發音頭(13)分別通過管道連通至壓力罐(12);各組中的封閉耦合腔(15)分別通過一件連通管(4)連通至團聚腔室(2)。
5.根據權利要求2所述的用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統，其特徵在於:所述含塵煙氣管(3)位於團聚腔室(2)內的部分為彎曲的薄壁管道。
6.根據權利要求2至5中任一項所述的用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統，其特徵在於:還包括控制組件(5)，所述控制組件(5)包括顆粒濃度測試儀(51)、傳聲器(52)、顆粒濃度顯示PC機(53)、聲場顯示PC機(54)和連通管調控器(55)，所述顆粒濃度測試儀(51)為兩件，且分設於含塵煙氣管(3)的進氣口和出氣口，各顆粒濃度測試儀(51)連接至顆粒濃度顯示PC機(53);所述傳聲器(52)設有多件，且均布於含塵煙氣管(3)位於團聚腔室(2)內的部分，各傳聲器(52)連接至聲場顯示PC機(54)，所述連通管調控器(55)與連通管(4)連接。
7.一種基於如權利要求1至6中任一項所述用於處理懸浮顆粒的共振腔式聲團聚系統的共振腔式聲團聚方法，其特徵在於:包括以下步驟: 51:用發聲裝置(I)調製頻率為1000Hz~2500Hz的強聲波，並發送至團聚腔室(2)； 52:向含塵煙氣管(3)內通入含塵煙氣，含塵煙氣流經含塵煙氣管(3)位於團聚腔室(2)內的部分的時長控制為3s~IOs ； 53:通過團聚腔室(2)聲場的作用，含塵煙氣中的懸浮顆粒相互碰撞形成大粒徑顆粒，通過重力沉降和/或除塵設備，將形成的大粒徑顆粒脫除。
8.根據權利要求7所述的共振腔式聲團聚方法，其特徵在於:在進行步驟S2時，通過顆粒濃度測試儀(51)測量含塵煙氣管(3)進氣口處和出氣口處的顆粒濃度，並根據出氣口顆粒濃度與進氣口顆粒濃度的比值確定實時懸浮顆粒去除效率，並根據實時懸浮顆粒去除效率對團聚腔室(2)內聲場進行調整。
9.根據權利要求8所述的共振腔式聲團聚方法，其特徵在於:在對團聚腔室(2)內聲場進行調整時，通過調節壓力罐(12)輸出壓強，以控制聲強；通過連通管調控器(55)調節連通管(4)長度，以控制團聚腔室(2)共振頻率。
10.根據權利要求9所述的共振腔式聲團聚方法，其特徵在於:在進行步驟S2時，通過傳聲器(52)測試含塵 煙氣管(3)內聲壓級，控制含塵煙氣管(3)內聲壓級在130dB~165dB之間。
【文檔編號】B01D51/08GK103933822SQ201410176844
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月29日 優先權日:2014年4月29日
【發明者】曾新吾, 趙雲, 吳學利, 龔昌超, 田章福 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學