一种基于多频率组合声波协同除尘的装置的制作方法

本发明涉及一种基于多频率组合声波协同除尘的方法及装置，具体地说是一种用于火电、钢铁、煤化工、建材等相关领域的基于多频率组合声波协同除尘的方法及装置。

背景技术：

随着社会的进步和经济的发展，火电厂、钢铁、煤化工、建材等相关领域燃煤锅炉烟气中的污染物排放，对大气环境的污染已受到人们的普遍关注，因此有效的降低污染物排放以改善其对环境的影响是我国能源领域可持续发展所面临的严峻挑战。

目前，工业上常用的除尘设备主要有旋风分离器、静电除尘器布袋除尘器和湿式洗涤器等。这些设备具有较高的总除尘效率，如静电除尘器可以达到99%以上，但是它们有个共同的缺陷，即对粒径较大的颗粒的脱除效率很高，而对微米、亚微米级颗粒的脱除效率很低。因此这些设备对PM10特别是对PM2.5的捕集效率很低。而恰恰这部分颗粒物的毒性最大，进入大气后，构成了大气颗粒物污染的主要部分。因此提高除尘设备对这部分颗粒物的捕集效率，是目前亟需解决的问题。

授权公告日为2008年07月16日，授权公告号为CN101219318A的中国专利中，公开了声波与外加种子颗粒联合作用脱除微颗粒物的装置和方法。其特征在于含尘气流进口的水平烟道的一端与立式声波团聚室的上端相连接；种子颗粒加料器与立式声波团聚室随顶端相连接；立式声波团聚室中部的两个侧面分别通过连接法兰与水平设置的两个异径连接管相连接，两个异径连接管的另一端分别用法兰与两个声源相连接；立式声波团聚室的下部出口端与颗粒第一级分离器相连接，第一级分离器的出口再与第二级分离器相连接，第二级分离器的出口端经烟道与引风机相连接；最后由引风机将处理后的气流排出。这种装置中种子颗粒和烟气混合时很难保证均匀。两个声源对装，只能在某个或某几个（倍频程）频率下使用，通用性较差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于多频率组合声波协同除尘的方法及装置，方法工艺简单，节省人力投入，运行维护费用低。该方法或装置运用于电厂除尘时用水量相对电站其余设备的用水很少，且对水质的要求不高（可直接用处理后的脱硫废水），同时在声波的团聚过程中可提取烟道中的水分。

本发明所述的基于多频率组合声波协同除尘的方法及装置通过以下技术方案实现：

一种基于多频率组合声波协同除尘的方法，在待除尘流场中通过高频声波与低频声波的组合作用，使得流场中待去除的微粒相互团聚变大，最后通过分离实现除尘。

进一步地，所述的基于多频率组合声波协同除尘的方法，在待除尘的流场中引入种子颗粒，先利用高频声波对种子颗粒进行作用，使得流场中的待去除的微粒和气体分子聚集和吸附在种子颗粒表面，同时种子颗粒之间相互团聚变大，再利用低频声波对团聚变大后的种子颗粒进行作用实现进一步团聚形成液滴，最后将液滴分离实现除尘。

进一步地，所述的基于多频率组合声波协同除尘的方法，高频声波频率范围为3kHz-12kHz。

进一步地，所述的基于多频率组合声波协同除尘的方法，低频声波频率范围为50Hz-500Hz。

更进一步地，所述的基于多频率组合声波协同除尘的方法，种子颗粒为可通过声波实现团聚的液体雾滴。

更进一步地，所述的基于多频率组合声波协同除尘的方法，低频声波对团聚变大后的种子颗粒进行作用实现进一步团聚形成液滴后，还用可调频声波进行进一步增强团聚。

更进一步地，所述的基于多频率组合声波协同除尘的方法，最后将液滴分离的方式为离心分离。

更进一步地，所述的基于多频率组合声波协同除尘的方法，种子颗粒为水雾。

一种基于多频率组合声波协同除尘的装置，包括带有内部流通腔的装置本体，装置本体内部从入口到出口方向依次设置有种子颗粒装置、声波发生装置和分离装置。

进一步地，所述的基于多频率组合声波协同除尘的装置，种子颗粒装置包括水源、柱塞泵和喷头，柱塞泵将水源送入喷头喷出形成液体雾滴。

进一步地，所述的基于多频率组合声波协同除尘的装置，声波发生装置设置数量为一个以上，采用高频声波发生器、低频声波发生器或可调频声波发生器中的一种或几种的组合。

进一步地，所述的基于多频率组合声波协同除尘的装置，声波发生装置包括高频声波发生器和低频声波发生器，其中高频声波发生器较低频声波发生器设置的位置更靠近于种子颗粒装置；

更进一步地，所述的基于多频率组合声波协同除尘的装置，声波发生装置还包括可调频声波发生器，可调频声波发生器设置的位置在低频声波发生器和分离装置之间。

以上所述的基于多频率组合声波协同除尘的装置在流场除尘中的应用。

声波团聚的主要机理有同向团聚和流体力学，本发明提供的基于多频率组合声波协同除尘的方法在同向团聚机理的作用下，烟尘中不同粒径的颗粒在声场中被声波带动的程度不同。大颗粒惯性较大，不容易被挟带；细颗粒容易随介质的振动而跟着运动，于是大小颗粒产生相对运动。大颗粒充当收集核作用，将与其碰撞的小颗粒粘附在其表面。另外声场中颗粒之间存在流体力学作用，并且流体力学力作用距离更大，是相同或相近粒径颗粒之间团聚的最主要的机制。烟尘在被声波作用后形成较大颗粒的烟尘。

高强度声场使气溶胶中微米和亚微米级细颗粒物发生相对运动并进而提高它们的碰撞团聚速率，由于颗粒表面存在着很强的范德华吸引力，一旦颗粒发生了碰撞，它们便十分可能粘附而形成较大一级的团聚物，使细颗粒物在很短的时间范围内，粒径分布从小尺寸向大尺寸方向迁移，颗粒数目浓度减少，进而增强后续除尘（除雾）设施的脱除效率。

在高频声波作用下，烟尘之间经过团聚形成较大颗粒的烟尘，同时烟尘在团聚的作用下会附着在种子颗粒上，形成携带烟尘的种子颗粒；在低频声波作用下，种子颗粒在团聚的作用下会碰撞烟尘，烟尘会粘附在种子颗粒上，同时携带烟尘的种子颗粒之间会团聚成更大粒径的种子颗粒。

大颗粒烟尘和携带烟尘的大种子颗粒随烟气进行离心分离，大颗粒直接被收集，小颗粒在流场作用下再次相互碰撞成较大颗粒，最终大颗粒被分离收集，未被团聚的少量的烟尘流向下一级处理。

本发明提供的基于多频率组合声波协同除尘的方法，在进行目前常见的烟气如燃煤锅炉产生的烟气除尘时，在高频声波的作用下，植入种子颗粒的烟气在声波的同向团聚和流体力学作用下会产生烟尘与种子颗粒之间、种子颗粒与种子颗粒之间的团聚，从而使得小颗粒团聚成较大颗粒，大颗粒团聚成更大颗粒。被团聚后的烟尘，在经过多相离心分离时，在离心力、重力等作用下被分离出烟道内，随多相分离装置的冲洗水冲出，流入脱硫废液中。

声波发生的工作介质为压缩空气，气源压力可以为0.2-0.5MPa；烟道内原始烟尘的最佳团聚频率范围可以为3kHz-12kHz。种子颗粒的最佳团聚频率范围为50Hz-500Hz。

本发明提供的装置是基于以上方法进行，能够很好的达到流场中的除尘效果，通过种子颗粒装置引入种子颗粒，利用声波团聚进行团聚除尘，将除尘载体、声波团聚以及除尘分离很好的协同。

电厂和燃煤锅炉等烟气除尘过程中，在烟尘的团聚过程中，烟道内的水雾同样会在声波的作用下团聚，团聚后的水雾会形成大颗粒的水滴，水滴在分离时会连同其携带的SO₂和SO₃流入脱硫废液中，从而降低烟气中SO₂和SO₃的含量，同时实现烟气提水去白的功效。

经现场验证该方法对各种粒径的烟尘的除尘效果均很好，特别是对PM2.5的除尘效果可达80%以上。该方法可以去除烟气中的SO₂和SO₃，去除效率达20%以上。该方法的除尘设备占用空间小，同时可最大限度的利用电站原有设备（如脱硫塔内的多相分离装置）。

有益效果

1、本发明能够非常方便的对相关领域的烟尘处理，且工艺简单，不需要使用任何化学药品，节约人力。

2、本发明对多种粒径的颗粒物均有效果，特别是对于PM₁₀和PM_2.5的脱除效率高达85%。

3、本发明可减少20%以上的SO₂和SO₃的排放；

4、本发明可以充分利用电厂的脱硫废水，多相分离设备的冲洗水和种子颗粒均可由脱硫废水提供，同时在声波的团聚过程中可提取烟道中的水分。

4、在本发明中基于多频率组合声波协同除尘的方法中所用到的设备的材料和工质均满足环保要求，不会产生二次污染。

5、本发明除尘装置中用到的设备可适用多种环境，不受作用空间及作用环境的影响。

附图说明

图1为本发明实施例2所述的基于多频率组合声波协同除尘的装置示意图；

图2为本发明实施例3所述的基于多频率组合声波协同除尘的装置应用于电厂脱硫塔示意图；

以上图1-图2中，1为装置本体，2为种子颗粒装置，3为声波发生装置，31为高频声波发生器，32为低频声波发生器，33为可调频声波发生器，4为分离装置，5为脱硫塔，6为烟囱。

具体实施例方式

实施例1

本实施例提供一种基于多频率组合声波协同除尘的方法，在待除尘流场中通过高频声波与低频声波的组合作用，使得流场中待去除的微粒相互团聚变大，最后通过分离实现除尘。其中高频声波作为待去除烟尘微粒的最佳团聚频率，一方面可以促进待去除烟尘微粒之间的团聚，另一方面可以加速待去除烟尘微粒的运动，加大其与种子颗粒碰撞的概率；低频声波作为待去除种子颗粒的最佳团聚频率，一方面可以促进种子颗粒之间的团聚，另一方面可以促进种子颗粒的运动，加大其吸附待去除烟尘微粒的概率。

实施例2

本实施例为实施例1的一种改进，具体为在待除尘的流场中引入种子颗粒，先利用高频声波对种子颗粒进行作用，使得流场中的待去除的微粒和气体分子聚集和吸附在种子颗粒表面，同时种子颗粒之间相互团聚变大，再利用低频声波对团聚变大后的种子颗粒进行作用实现进一步团聚形成液滴，最后将液滴分离实现除尘。

基于以上改进，本实施例提供了一种基于多频率组合声波协同除尘的装置，如图1所示，包括带有内部流通腔的装置本体1，装置本体1内部从入口到出口方向依次设置有种子颗粒装置2、声波发生装置3和分离装置4。声波发生装置3设置数量可以为一个以上，可选择高频声波发生器、低频声波发生器或可调频声波发生器中的一种或几种的组合。种子颗粒装置2可以选择能够产生液化雾滴的喷雾设备，其主要包括水源、柱塞泵和喷头，柱塞泵将水源送入喷头喷出形成液体雾滴。

以上所述的基于多频率组合声波协同除尘的装置中声波发生装置3选取高频声波发生器和低频声波发生器时，高频声波发生器较低频声波发生器设置的位置更靠近于种子颗粒装置2，即装置本体1内部从入口到出口方向依次设置有种子颗粒装置2、高频声波发生器、低频声波发生器和分离装置4；如声波发生装置3还包括可调频声波发生器，则可调频声波发生器设置的位置在低频声波发生器和分离装置4之间。以上设置在种子颗粒装置2产生种子颗粒时，首先经过高频声波发生器发出的高频声波进行作用，在高频声波作用下，种子颗粒和流场中的尘粒由于自身体积和质量的差异，产生了显著的振动差别，进而使得尘粒能够与种子颗粒进行碰撞吸附，将种子颗粒作为了吸附尘粒的载体；当吸附尘粒后的种子颗粒到达低频声波发生器发出的低频声波区域时，低频声波作用下，种子颗粒之间更容易团聚变大，团聚变大后的种子颗粒到达可调频声波发生器发出的声波区域时，可以根据现场情况调整声波频率，进一步促使团聚效果，有利于下一步的固液气分离。

实施例3

本实施例为实施例2提供的基于多频率组合声波协同除尘的装置的具体应用，以某电厂300MW机组脱硫塔烟道内应用以上方法为例，具体包括以下步骤：

1. 设定烟尘的较优团聚频率范围为6kHz-8kHz；

2. 设定种子颗粒的较优团聚频率范围为100Hz-300Hz；

3. 利用声场软件，模拟上述两段频率范围声波装置的布置情况，确保整个烟道内的声场均匀，声压级不低于120dB；

4. 结合图2进行说明，在脱硫塔5和烟囱6之间设置以上除尘装置，种子颗粒装置2喷出种子颗粒的粒径为15 -20μm。种子颗粒装置2由水源（处理后的脱硫废水）、水箱（确保用水）、柱塞泵（给脱硫废水加压至70MPa，促进小粒径种子颗粒的形成）、管道（将柱塞泵加压后的水引入喷嘴，φ8）、喷嘴（喷出小粒径的种子颗粒，600个）组成。

5. 在种子颗粒装置2下游按照模拟的结果安装声波发生装置，其中输出频率范围为6kHz-8kHz的高频声波发生装置31安装四组，输出频率范围为100Hz-300Hz的低频声波发生装置32安装三组，可调频声波发生装置33（频率范围40Hz-8kHz）安装一组；

6. 在可调频声波发生装置33下游安装一套分离装置4，整个分离装置4布满烟道，确保所有的烟气需经过分离装置4（可选多相分离装置）进行固液气分离后进入下一级设备，分离装置4的脱除效率达70%。

设置完成后，测试在种子颗粒装置、声波发生装置均不工作的前提下，测试分离装置入口处烟尘的浓度S₁；测试在种子颗粒装置、声波发生装置均工作的状态下，测试分离装置出口处烟尘的浓度S₂。计算烟尘脱除效率高达90%。脱除后，PM2.5、PM10的浓度均有大幅下降。

实施例4

本实施例以某电厂300MW机组脱硫塔入口烟道内应用以上方法进行除尘为例，包括以下步骤：

1. 设定烟尘的最佳团聚频率范围为2kHz-5kHz；

2. 设定种子颗粒的最佳团聚频率范围为200Hz-400Hz；

3. 利用声场软件，模拟上述两段频率范围声波发生装置的布置情况，确保整个烟道内的声场均匀，声压级不低于120dB；

4.多相分离装置选用脱硫塔内的除雾器；

在管道内安装声波发生装置，完成后，测试在声波发生装置不工作的前提下，测试脱硫塔出口处烟尘的浓度S₁；测试在声波发生装置工作的状态下，测试脱硫塔出口处烟尘的浓度S₂。计算烟尘脱除效率高达60%。脱除后，PM2.5、PM10的浓度均有大幅下降。