基于亥姆霍茲共鳴器陣列的懸浮顆粒聲波團聚系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)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(tǒng)。
【背景技術】
[0002]懸浮細顆粒是指大氣中空氣動力學粒徑小于2.5 μπι的固體顆粒物(也稱ΡΜ2.5)。隨著我國國民經濟的迅猛發(fā)展，礦石燃料的大量消耗以至于ΡΜ2.5已成為污染我國城市地區(qū)大氣環(huán)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(huán)境中輸送距離遠、作用時間長，很可能會對人體和環(huán)境產生嚴重影響。
[0003]當前工業(yè)上廣泛應用的常規(guī)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?yōu)槌囟斐赡茉吹睦速M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(guī)脫除技術，雖然這些常規(guī)除塵技術去除懸浮粗顆粒(>10 μπι)的脫除效率很高，但對懸浮細顆粒(〈2.5ym)的去除效率卻很低。
[0004]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(wěn)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(fā)明內容】

[0005]針對上述技術問題，本發(fā)明提出一種拓展性能好，可連續(xù)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(tǒng)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(guī)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(tǒng)具有良好的拓展性能，可連續(xù)作用直至含塵煙氣中的細顆粒大部分團聚；該除塵系統(tǒng)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(yōu)點。
[0006]本發(fā)明的具體技術方案是:
[0007]一種基于亥姆霍茲共鳴器陣列的懸浮顆粒聲波團聚系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(fā)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(jié)駐波管內體積的第二活塞組件、設置在煙道內用于調節(jié)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(jié)各個亥姆霍茲共鳴器體積的第一活塞組件；所述信號發(fā)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(jié)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(fā)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。
[0008]作為本發(fā)明的優(yōu)選技術方案，本發(fā)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(tǒng)的外圍。
[0009]作為本發(fā)明的優(yōu)選技術方案，所述信號發(fā)生器產生的聲波頻率為IKHz?5KHz，由信號發(fā)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福射強度不低于145dB的低頻聲波。
[0010]各亥姆霍茲共鳴器通過調節(jié)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(jié)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(jié)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。
[0011]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(tǒng)，本發(fā)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:
[0012]I)將信號發(fā)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福射聲波；
[0013]2)通過調節(jié)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；
[0014]3)含塵煙氣被送入煙道內，通過調節(jié)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；
[0015]4)經過煙道的含塵煙氣通過重力沉降或者除塵器，將含塵煙氣中的大顆粒、團聚體消除。
[0016]本發(fā)明將亥姆霍茲共鳴器組成一定數目的陣列，將該陣列與含塵煙氣的管道相連結、互通，將調制信號經信號發(fā)生器、功率放大器及聲源向駐波管中輻射，激發(fā)亥姆霍茲共鳴器陣列，使輸送含塵煙氣的煙道內達到一定強度的聲強，激發(fā)煙道內懸浮顆粒振動、產生相對速度，相互碰撞、團聚成較大粒徑的團聚體而沉降，或者被常規(guī)除塵設備消除從而達到消除可吸入細顆粒PM2.5的目的；
[0017]與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0018]本系統(tǒng)包括聲源，信號發(fā)生器，功率放大器，煙氣輸送管道，亥姆霍茲共鳴器陣列，駐波管，旋風除塵器等。本發(fā)明具有費用小，能耗低，操作簡單，結構合理，具有良好的拓展性能和除塵效率高等優(yōu)點。
[0019]本發(fā)明將信號發(fā)生器產生的信號經信號放大器，輸入到聲源使聲源經號筒向駐波管內輻射聲波，與駐波管耦合的煙道，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，可提高懸浮顆粒相互碰撞的概率，顆粒碰撞后很可能會粘結形成更大粒徑的顆粒，在較短時間范圍內，顆粒平均粒徑會顯著增大，可通過重力沉降或者采用的風除塵器將含塵煙氣中的大顆粒、團聚體消除。
【附圖說明】
[0020]圖1本發(fā)明的結構示意圖。
[0021]圖中標號表不:1、信號發(fā)生器；2、信號放大器；3、聲源；4、號筒；5、駐波管；6、第二調節(jié)活塞；7、第二步進電機；8、短管；9、第三調節(jié)活塞；10、第三步進電機；11、煙道；12、亥姆霍茲共鳴器；13、第一步進電機；14、旋風除塵器；15、控制器；16、消聲劈尖；17、第一調節(jié)活塞。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)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系統(tǒng)的具體實施例，包括聲源裝置、亥姆霍茲共振裝置、控制裝置與保障裝置；聲源裝置由依次相連的信號發(fā)生器1、信號放大器2、聲源3、圓錐型號筒4以及駐波管5組成；亥姆霍茲共振裝置由短管8、含塵煙道11與亥姆霍茲共鳴器12組成，其中亥姆霍茲共鳴器12的數量為多個，安裝在煙道11內；控制裝置由控制器15和三組活塞組件組成；保障裝置由安裝在含塵煙道11上旋風除塵器14與消聲劈尖16組成；駐波管5通過短管8與含塵煙道11內的亥姆霍茲共鳴器12耦合，三組活塞組件包括用于調節(jié)駐波管5內體積的第二活塞組件、用于調節(jié)含塵煙道11體積的第三活塞組件、以及多組用于