[發明專利]基于亥姆霍茲共鳴器陣列的懸浮顆粒聲波團聚系統及方法

有效

• 申請號: 201510037974.1
• 申請日: 2015-01-26
• 公開（公告）號: CN104587789A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 曾新吾;趙云;吳學利;龔昌超;高東寶
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: B01D51/08
• 分類號: B01D51/08
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 胡偉華

技術領域

本發明涉及除塵技術領域，特指一種基于亥姆霍茲共鳴器陣列的懸浮顆粒聲波團聚系統。

背景技術

懸浮細顆粒是指大氣中空氣動力學粒徑小于2.5μm的固體顆粒物(也稱PM2.5)。隨著我國國民經濟的迅猛發展，礦石燃料的大量消耗以至于PM2.5已成為污染我國城市地區大氣環境的主要污染物，引起了黨和國家領導人的密切關注與人民群眾的深切憂慮。懸浮細顆粒富含多種有毒的痕量物質并且在大氣環境中輸送距離遠、作用時間長，很可能會對人體和環境產生嚴重影響。

當前工業上廣泛應用的常規除塵技術可分為濕法與干法兩大類。利用濕法除塵的方法存在所用物料難以回收、處理，這樣的廢料極易造成污染的轉移以及高溫氣體由高溫變為常溫而造成能源的浪費等缺點而較少使用，而干法除塵器應用較為廣泛，如旋風分離等常規脫除技術，雖然這些常規除塵技術去除懸浮粗顆粒(>10μm)的脫除效率很高，但對懸浮細顆粒(<2.5μm)的去除效率卻很低。

目前各種除塵方法中都不能有效地脫除可吸入懸浮細顆粒。其中的方法是采用外加種子顆粒的聲波團聚脫除微細顆粒物，容易造成外加的種子顆粒與懸浮細顆粒吸附到管道避免，清除較為不便，易對裝置造成腐蝕，且裝置內聲強高于160dB時極易造成聲場內出現湍流，使剛形成的團聚體破碎，很難保證長期穩定可靠的工作；另外的方法對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。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提出一種拓展性能好，可連續作用直至含塵煙氣中的細顆粒大部分團聚、且團聚效率高、能耗低、操作簡單，結構合理的基于亥姆霍茲共鳴器陣列的懸浮顆粒聲波團聚系統及方法。其利用高強聲場促進顆粒的相對運動以至碰撞，顆粒碰撞后很可能會粘結形成更大粒徑的顆粒，再結合旋風分離等常規除塵技術，去除懸浮粗顆粒，從而達到控制PM2.5排放的目的；本系統具有良好的拓展性能，可連續作用直至含塵煙氣中的細顆粒大部分團聚；該除塵系統作用時不影響壓降，且具有具有團聚效率高、能耗低、操作簡單，結構合理，運行成本低和作用時間短等優點。

本發明的具體技術方案是：

一種基于亥姆霍茲共鳴器陣列的懸浮顆粒聲波團聚系統，該系統包括聲源裝置、亥姆霍茲共振裝置和控制裝置；所述聲源裝置由依次相連的信號發生器、信號放大器、聲源、號筒以及駐波管組成；所述亥姆霍茲共振裝置由短管、煙道與亥姆霍茲共鳴器組成；所述駐波管上設置有多根短管，所述煙道內對應設有相同數量的亥姆霍茲共鳴器，所述駐波管通過短管與所述煙道內的亥姆霍茲共鳴器耦合，所述控制裝置由控制器和三組活塞組件組成；所述活塞組件均由活塞以及驅動活塞的步進電機組成，所述三組活塞組件包括設置在駐波管內用于調節駐波管內體積的第二活塞組件、設置在煙道內用于調節煙道體積的第三活塞組件、以及設置在各個亥姆霍茲共鳴器內用于調節各個亥姆霍茲共鳴器體積的第一活塞組件；所述信號發生器產生聲波，經信號放大器驅動聲源，經號筒向駐波管內輻射低頻聲波，第一活塞組件運動調節亥姆霍茲共鳴器體積以使煙道的共振頻率與低頻聲波相同；信號發生器、信號放大器以及各活塞組件中的步進電機均與控制器連接且通過控制器調控參數。

作為本發明的優選技術方案，本發明還包括保障裝置，所述保障裝置包括旋風除塵器和消聲劈尖，旋風除塵器安裝在煙道上，消聲劈尖布設在系統的外圍。

作為本發明的優選技術方案，所述信號發生器產生的聲波頻率為1KHz～5KHz，由信號發生器產生1000Hz至5000Hz的聲波，經信號放大器驅動聲源，經圓錐形號筒向駐波管內輻射強度不低于145dB的低頻聲波。

各亥姆霍茲共鳴器通過調節其各自的第一活塞組件中的活塞，以改變亥姆霍茲共鳴器的體積，以使煙道內的共振頻率可調，使煙道內產生強共振聲波，利用由此產生的高能量密度的聲場使煙道內的懸浮細顆粒相對運動，調節第二活塞組件中的活塞使駐波管內的聲波波峰位置可調，使經短管向煙道內輻射的聲強改變，調節第三活塞組件中的活塞使含塵煙氣在煙道內的作用時間可調。

利用上述基于亥姆霍茲共鳴器陣列的懸浮顆粒聲波團聚系統，本發明提供一種基于亥姆霍茲共鳴器陣列的懸浮顆粒聲波團聚方法，其步驟如下：

1)將信號發生器產生的信號經功率放大器輸入到聲源，使聲源可以向駐波管內經由號筒輻射聲波；

2)通過調節亥姆霍茲共鳴器粗管的長度，以調控亥姆霍茲共鳴器的共振頻率；

3)含塵煙氣被送入煙道內，通過調節煙氣流速使煙氣在團聚室內的作用時間達到預定的時間要求；