高效率低能耗的工业级声凝聚PM2.5减排系统技术方案

本发明专利技术涉及一种高效率低能耗的工业级声凝聚PM2.5减排系统，其包括：气流声源、聚焦装置和与所述聚焦装置连接的凝聚舱，气流声源将高压气流能量转化成强声波；聚焦装置包括号筒和耦合舱，号筒和耦合舱之间设有透镜，号筒连接到气流声源上，号筒辐射由气流声源发出的强声波能量，声波能量经透镜汇聚后经过耦合舱在凝聚舱中形成平面驻波场；烟气经过凝聚舱前端进气口流入，在凝聚舱内受强声波作用后，从凝聚舱后端出气口流出，烟气中的微小悬浮颗粒凝聚为大粒径团聚物。本发明专利技术的高效率低能耗的工业级声凝聚PM2.5减排系统，解决了基于气流声源的工业级细颗粒物声凝聚减排系统中减排效率和能耗不能兼顾的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环保除尘领域，具体涉及声凝聚治理空气颗粒物领域，尤其是高效率低能耗的工业级声凝聚PM2.5减排系统。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，能源的消耗越来越大，尤其是化学燃烧能源系统排放到大气中的污染物日益增多，由环境监测数据，近年来，以PM2.5为主的细颗粒物已经成为我国城市大气环境中的主要污染物。PM2.5是指气体动力学直径小于2.5微米的悬浮细颗粒，其富含有毒物质且在大气中停留时间长、输送距离远，不仅降低了大气能见度，影响交通、环境和气候，而且对人体健康有短期和长期累积的严重危害。发展燃烧能源系统新型减排技术成为从根本上解决这个问题的关键。现有的除尘技术(静电除尘法、旋风除尘法、袋式除尘法和湿式除尘法等)，对5微米以下颗粒物的清除效率都很低，或者存在着经济成本高、适用范围窄、处理流量受限和改造影响能源系统运行等问题，无法满足PM2.5减排控制的需求。声凝聚减排的基本原理是在现有除尘设备上前置一个强声作用的预处理环节，利用高强度声场来使烟气中微米和亚微米颗粒产生相对振动，增加它们的碰撞几率，一旦颗粒发生了碰撞，它们便容易沾附而形成较大一级的团聚物。在很短的时间范围内，颗粒的分布密度函数将发生从小尺寸向大尺寸范围的演变，平均粒径变大，细颗粒数目变少，结果便很容易地通过常规的颗粒清除设备将相对较大的团聚物从气体中清除掉。由于声凝聚的作用时间短、效果显著、经济适用、且能够适应高温、高压和腐蚀性环境，必将在我国现阶段空气污染治理中发挥重要作用。目前，我国可用于工业级声凝聚减排系统比较少见，大多数减排数据来源于实验室内小尺寸的原理性实验数据，目前已经公开的功率最高的半工业规模系统所产生功率仅有1600W，声场强度不高，减排效果有限。除了悬浮颗粒声凝聚问题本身的复杂性和实际中烟气类型、粒径分布特征多变等原因以外，重量级减排系统需要大功率、高声强环境的支持，需要综合考虑除尘效率、经济性、稳定性和噪声控制问题，具体体现在强声产生、凝聚舱结构、声场控制和系统集成、监测控制等方面的设计实现与技术方案。传统的声凝聚除尘装置，主要包含气体缓冲室、声波团聚室、袋式除尘器、灰斗、声波发生器、功率放大器、信号发生器等。信号发生器所产生电信号经过功率放大器放大后用于驱动声波发生器，在声波团聚室内部产生高声强声场，细颗粒物经声波作用后形成尺寸较大的团聚体，被下游的袋式除尘器所清除。在工业环境中，烟气流量较大，凝聚舱尺寸较大，在其中产生强声场所需要的能耗较高，超声波在其衰减很快，同时工业环境大多较为恶劣，具有温湿度高、粉尘浓度高等特点，传统的声凝聚除尘装置大多采用电声源，不利于减排系统的长期稳定工作。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高效率低能耗的工业级声凝聚PM2.5减排系统，解决了基于气流声源的工业级细颗粒物声凝聚减排系统中减排效率和能耗不能兼顾的问题，将气流声源、号筒和声波透镜组成强声发生单元，将气流声源工作气压设定为低压条件，以提高声源的换能效率，声源经号筒辐射出的声强较低的声波经声波透镜后实现能量汇聚，在声波团聚室内部形成局部的高声强区域，将多个强声发声单元沿烟气流向在声波团聚室侧面均布，使高声强区域覆盖烟气流经区域，完成细颗粒物的声凝聚过程。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下:一种高效率低能耗的工业级声凝聚PM2.5减排系统，其包括:气流声源、至少一套用于声波聚焦的聚焦装置和与所述聚焦装置连接的凝聚舱，所述气流声源由初级能源提供压力产生强声辐射，将空气压缩机或燃烧能源系统产生的高压气流通过管道输入到所述气流声源中，所述气流声源将高压气流能量转化成强声波；所述聚焦装置包括号筒和耦合舱，所述号筒和耦合舱之间设有透镜，所述号筒连接到气流声源上，所述号筒辐射由所述气流声源发出的强声波能量，声波能量经所述透镜汇聚后经过所述耦合舱在所述凝聚舱中形成平面驻波场；烟气经过所述凝聚舱前端进气口流入，在所述凝聚舱内受强声波作用后，从所述凝聚舱后端出气口流出，烟气中的微小悬浮颗粒凝聚为大粒径团聚物。在本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括，所述气流声源包括以下中的任意一种:高压旋笛声源、谐振强声发生器和调制气流声源。在本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括，所述气流声源为高压旋笛声源，由与所述高压旋笛声源配合的控制器向高压旋笛声源的驱动电机提供控制信号；所述气流声源为谐振强声发生器，由伺服机构控制器调节发生器几何参数；所述气流声源为调制气流声源，由信号发生器和功率放大器提供放大后的电信号。在本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括，所述气流声源发出声压级130_150dB的强声辐射，在所述凝聚舱中产生声压级140-160dB的强声场。在本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括，在大烟气流量条件下使用该减排系统，由所述气流声源、号筒和透镜组成声凝聚减排单元，将若干个所述声凝聚减排单元横向设置于所述凝聚舱内烟气流动方向上。在本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括，在空间不足的条件下使用该减排系统，将减排系统设置为紧凑减排系统，由所述气流声源、号筒和透镜组成声凝聚减排单元，将若干个所述声凝聚减排单元横向设置于所述凝聚舱内烟气流动方向上；所述凝聚舱内设有折弯管道，所述折弯管道增加了烟气在所述凝聚舱内的流经距离。在本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括，所述折弯管道的壁面厚度为强声波的半波长。在本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括，在所述凝聚舱中烟气接受强声波作用时间不低于3-5秒。在本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括，还包括中央测控系统，所述中央控制系统通过中央测控计算机实时监测和调节减排过程中的状态，监测和调节的项目包括以下中的一种或几种:烟气流量、气压、声压、颗粒物浓度、颗粒物粒径分布、光学能见度、温度、湿度、气流声源参数和凝聚舱参数。在本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括，在该减排系统中，连接所述凝聚舱进气口和出气口的管道串联消声器，管道外壁设有吸声层。本专利技术的有益效果是:其一、本专利技术的系统是实现燃烧能源系统PM2.5减排的重要途径，本专利技术中充分利用了凝聚效果随声压级增加急剧提高的原理，通过采用较低初级能源气压大幅度提高强声产生效率，进而利用声学透镜对声波进行聚焦和聚束，进一步提高凝聚仓内声波强度，气压的降低和透镜的引入使用，是本专利技术的声凝聚系统减排的同时实现了高效率和低能耗的目标。其二、本专利技术的系统与一般声凝聚减排系统相比，在相同减排效果的前提下，能量利用率提高了 3-8倍。其三、本专利技术的系统由气流声源、号筒和透镜组成减排单元，在大烟气流量和凝聚舱截面的条件下，沿横向布置多个减排单元，实现大流量烟气的高效率和低能耗减排。其四、本专利技术的系统还适应于空间受限的情况使用，凝聚舱内置弯折管道，实现减排系统的紧凑化，拓展了本专利技术系统的应用范围。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1实施例1的系统原理示意图。图2实施例2的系统原理示意图。图3实施例3的系统原理示意图。其中，1-气流声源，2-号筒，3-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效率低能耗的工业级声凝聚PM2.5减排系统，其特征在于，其包括：气流声源、至少一套用于声波聚焦的聚焦装置和与所述聚焦装置连接的凝聚舱，所述气流声源由初级能源提供压力产生强声辐射，将空气压缩机或燃烧能源系统产生的高压气流通过管道输入到所述气流声源中，所述气流声源将高压气流能量转化成强声波；所述聚焦装置包括号筒和耦合舱，所述号筒和耦合舱之间设有透镜，所述号筒连接到气流声源上，所述号筒辐射由所述气流声源发出的强声波能量，声波能量经所述透镜汇聚后经过所述耦合舱在所述凝聚舱中形成平面驻波场；烟气经过所述凝聚舱前端进气口流入，在所述凝聚舱内受强声波作用后，从所述凝聚舱后端出气口流出，烟气中的微小悬浮颗粒凝聚为大粒径团聚物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：仇云林，
申请(专利权)人：苏州明光电力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32