一种双流体雾炮及其应用的制作方法

本发明属于环保除尘的技术领域，涉及一种双流体雾炮及其应用。

背景技术：

钢铁企业无组织粉尘治理受到非常多因素的影响，无组织粉尘治理的复杂程度非常高。无组织粉尘污染具有点多、线长、面广和阵发性等显著特点：即，污染源数量非常多、工艺线很长、粉尘污染区域面积非常大、污染随着时间和空间的变化非常大。

粉尘的粒径主要分布在1～100μm范围内，随着颗粒的减小，粉尘沉降越来越困难，在空气中漂浮的时间越来越长，可扩散的距离越来越大。对于较大颗粒的粉尘(＞10μm)，可在较短时间内，在重力的作用下沉降，而且扩散距离相对较小；而细颗粒粉尘(pm2.5～pm10)受重力作用较小，可长时间悬浮在空气中，很难沉降，且扩散距离非常远。细颗粒粉尘(pm2.5～pm10)就是无组织粉尘治理的难点也是重点。

实际上，粉尘监测仪往往距离扬尘发生区有较大的距离。污染点产生的扬尘逐渐扩散至粉尘监测仪时，往往经历了较长的时间，大量的细颗粒粉尘(pm2.5～pm10)已经悬浮在空气中，这时粉尘治理已经比较困难了；传统的粉尘治理措施是手动(手持遥控器)启动降尘雾炮(雾径50～100μm)，开启一段时间后手动关闭雾炮。传统的无组织粉尘治理的实际效果非常差，主要原因包括：

①粉尘监测仪测量到pm2.5、pm10大幅度上升时，已经产生了大量扬尘；

②由于人力的限制，往往很难及时手动启动降尘雾炮；

③传统的降尘雾炮，相对于pm2.5～pm10的细颗粒粉尘，雾滴粒径过大(50～100μm)，

难以有效降尘；

④传统降尘雾炮的雾径过大，用水量过多，会造成物料含水量大幅度增加，这是一个不利因素。

如何有效地克服了传统治理方法的弊端，是本领域技术人员需要解决的问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种双流体雾炮及其应用，能够高效节能、智能监控且自动地喷水喷雾，从而抑制料堆大棚生产过程中无组织粉尘。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种双流体雾炮，设于料堆大棚内，包括以下部件：

鹰眼抓拍模块，所述鹰眼抓拍模块用于识别尘源现场的产尘目标情况，并发送产尘目标信号；

粉尘浓度监测模块，用于监测尘源现场的粉尘浓度情况，并发送粉尘浓度信号；

双流体雾炮模块，所述双流体雾炮模块用于对尘源现场进行喷雾降尘；

控制模块，所述控制模块分别与鹰眼抓拍模块、粉尘浓度监测模块、双流体雾炮模块信号连接，用于接收鹰眼抓拍模块发送的产尘目标信号，接收粉尘浓度监测模块发送的粉尘浓度信号，并向所述双流体雾炮模块发送驱动信号以驱使双流体雾炮模块进行喷雾降尘。

优选地，所述鹰眼抓拍模块选自相机、摄像机或网络相机中的一种。

更优选地，所述相机为德国basleraca4600-7gc14mp彩色相机配以computarm2518-mpw225mm镜头，其性能参数为：最大图像尺寸为4608×3288，帧速率为7fps，接口为gige或poe。

更优选地，所述摄像机为海康ds-2cd3t56wd-i3远程监控摄像机，其性能参数为：最大图像尺寸为2560×1920，帧速率为20fps，接口为gige或poe。

更优选地，所述网络相机采用balserpylon4.netsdk或海康ch-hcnetsdkv5.3.5.46win64sdk开发包。所述网络相机可通过预设的ip地址通讯，并可通过预设的用户名及密码远程登录，还可远程设置网络相机的配置参数，如分辨率、roi区域、帧率等，能网络触发抓拍或实时码流预览。

优选地，所述粉尘浓度监测模块为为至少一台采用光散射原理或光吸收原理的粉尘浓度在线监测设备。

优选地，所述粉尘浓度监测模块的监测量程为0-10mg/m³，监测因子包括pm2.5、pm10或tsp(总尘浓度)的任意一种或多种组合。

优选地，所述双流体雾炮模块包括有雾炮筒体、雾化喷嘴、俯仰液压装置、旋转支撑装置、离心风机、水汽分配器、高压泵、空气压缩机及储气罐；所述雾化喷嘴及离心风机分别位于所述雾炮筒体的两侧，并经雾炮筒体相连通；所述雾炮筒体分别与俯仰液压装置、旋转支撑装置相连，用于通过所述俯仰液压装置实现垂直角度的调节、通过所述旋转支撑装置实现水平角度的调节；所述高压泵与水汽分配器相连，所述高压泵将水源增压输送至水汽分配器；所述储气罐分别与空气压缩机、水汽分配器相连，将空气压缩机储存在储气罐中的压缩空气输送至水汽分配器；所述水汽分配器通过雾炮筒体与雾化喷嘴连接，将按一定比例混合的水源及空气输送至雾化喷嘴形成雾滴喷出。

更优选地，所述雾炮筒体的形状为圆柱体。

更优选地，所述水源为选自水箱水或外部水中一种。所述水箱水或外部水为自来水或工业用水。

更优选地，所述雾化喷嘴为双流体喷嘴。

更优选地，所述高压泵的供水压力为0.2-0.7mpa，流量为1.5-5m³/h。

更优选地，所述空气压缩机的供气压力为0.4-0.8mpa，流量为7.5-75m³/h。

更优选地，所述水汽分配器的水、气流量比为1:(5-15)；水、气压力比为1:(1-4)。

优选地，所述双流体雾炮模块的俯仰旋转角度范围为-30-60°，水平旋转角度为0-340°，且角度定位值偏差<±2％。

优选地，所述双流体雾炮模块喷出雾滴的平均粒径范围为3～25μm。

优选地，所述双流体雾炮模块喷射距离范围为40-60m，优选为50m。

优选地，所述控制模块中还包括有雾炮控制单元，所述雾炮控制单元分别与所述双流体雾炮模块中的俯仰液压装置、旋转支撑装置、离心风机、水汽分配器、高压泵、空气压缩机及储气罐信号连接，用于控制俯仰液压装置、旋转支撑装置、离心风机、水汽分配器、高压泵、空气压缩机及储气罐的运行。

优选地，所述控制模块所在的计算机为工业级pc机，其性能参数为：windows7pro操作系统，双intelxeone5-2630v4cpu，eb-x10主板，32g内存，128gssd+1tbhdd硬盘，geforcegtx1660ti6gbgpu独立显卡，6-portpoegigabit网络服务器。

优选地，所述控制模块包括有图像处理单元，所述图像处理单元为图像识别软件。

更优选地，所述图像识别软件的软件环境为：opencv软件库，emgu软件开发环境，支持cuda8.0软件，caffe深度学习目标检测框架，easydarwin流媒体服务器框架，ffmpegsdk软件开发包。

本发明第二方面提供一种双流体雾炮在料堆大棚内的用途。

如上所述，本发明提供的一种双流体雾炮及其应用，具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种双流体雾炮及其应用，采用双流体雾化喷嘴，并通过控制水、气的流量比与压力比，喷出雾滴的平均粒径范围在3～25μm可调，大幅提高对pm2.5、pm10等粒径较小的颗粒物的去除效率。

(2)本发明提供的一种双流体雾炮及其应用，基于深度机器学习的鹰眼抓拍模块和图像处理模块，可自动、准确捕捉污染车辆，识别准确率＞99％。

(3)本发明提供的一种双流体雾炮及其应用，通过双流体雾炮模块与鹰眼抓拍模块与控制模块的高效率联动，使得双流体雾炮模块可跟随鹰眼抓拍模块捕捉的污染车辆实现精准地自动跟踪喷雾降尘。

附图说明

图1显示为本发明中双流体雾炮应用示意图。

图2显示为本发明中双流体雾炮工作逻辑示意图。

图3显示为双流体雾炮模块结构图。

附图标记

1雾炮筒体

2雾化喷嘴

3俯仰液压装置

4旋转支撑装置

5离心风机

6水汽分配器

7高压泵

8水源

9储气罐

10空气压缩机

100鹰眼抓拍模块

200粉尘浓度监测模块

300双流体雾炮模块

400车辆

500控制模块

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-3所示，本发明第一方面提供一种双流体雾炮，设于料堆大棚内，包括以下部件：

鹰眼抓拍模块100，所述鹰眼抓拍模块100用于识别尘源现场的产尘目标情况，并发送产尘目标信号；

粉尘浓度监测模块200，用于监测尘源现场的粉尘浓度情况，并发送粉尘浓度信号；

双流体雾炮模块300，所述双流体雾炮模块300用于对尘源现场进行喷雾降尘；

控制模块500，所述控制模块500分别与鹰眼抓拍模块100、粉尘浓度监测模块200、双流体雾炮模块300信号连接，用于接收鹰眼抓拍模块100发送的产尘目标信号，接收粉尘浓度监测模块200发送的粉尘浓度信号，并向所述双流体雾炮模块300发送驱动信号以驱使双流体雾炮模块300进行喷雾降尘。

在一个优选的实施例中，所述双流体雾炮在料堆大棚内覆盖车辆及物料装卸区域。

在一个优选的实施例中，所述鹰眼抓拍模块100选自相机、摄像机或网络相机中的一种。可对料棚内进行实时拍摄，用于识别产尘目标情况如污染车辆。所述鹰眼抓拍模块100是一种主动的粉尘治理机制，它可以在污染发生源头进行治理，可有效防止污染扩散。

具体来说，所述相机为德国basleraca4600-7gc14mp彩色相机配以computarm2518-mpw225mm镜头，其性能参数为：最大图像尺寸为4608×3288，帧速率为7fps，接口为gige或poe。

具体来说，所述摄像机为海康ds-2cd3t56wd-i3远程监控摄像机，其性能参数为：最大图像尺寸为2560×1920，帧速率为20fps，接口为gige或poe。

具体来说，所述网络相机采用balserpylon4.netsdk或海康ch-hcnetsdkv5.3.5.46win64sdk开发包。所述网络相机可通过预设的ip地址通讯，并可通过预设的用户名及密码远程登录，还可远程设置网络相机的配置参数，如分辨率、roi区域、帧率等，能网络触发抓拍或实时码流预览。

所述鹰眼抓拍模块100可以自动捕捉料堆大棚内作业车辆的移动或运动行为图像，并将图像实时传送至所述控制模块500，通过所述控制模块500内安装的图像识别软件的对比功能，图像中作业车辆的铲料、卸料、装料的动作特征将被识别为产尘动作；同时所述控制模块500根据识别结果通过安装的雾炮控制单元自动控制双流体雾炮模块300进行粉尘治理。

在一个优选的实施例中，所述粉尘浓度监测模块200为至少一台采用光散射原理或光吸收原理的粉尘浓度在线监测设备，可从市场上购买获得。所述粉尘浓度监测模块200至少安装一台，用来采集仪器附近一定区域内的粉尘污染浓度。所述粉尘浓度监测模块200是一种被动的粉尘治理机制，当该机制启动时，粉尘污染已经发生较严重的扩散了，这时的治理效果往往不如鹰眼抓拍模块100。

在一个优选的实施例中，所述粉尘浓度监测模块200的监测量程为0-10mg/m³，监测因子包括pm2.5、pm10或tsp(总尘浓度)的任意一种或多种组合。

在一个优选的实施例中，所述双流体雾炮模块300包括有雾炮筒体1、雾化喷嘴2、俯仰液压装置3、旋转支撑装置4、离心风机5、水汽分配器6、高压泵7、空气压缩机10及储气罐9；所述雾化喷嘴2及离心风机5分别位于所述雾炮筒体1的两侧，并经雾炮筒体1相连通；所述雾炮筒体1分别与俯仰液压装置3、旋转支撑装置4相连，用于通过所述俯仰液压装置3实现垂直角度的调节、通过所述旋转支撑装置4实现水平角度的调节；所述高压泵7与水汽分配器6相连，所述高压泵7将水源8增压输送至水汽分配器6；所述储气罐9分别与空气压缩机10、水汽分配器6相连，将空气压缩机10储存在储气罐9中的压缩空气输送至水汽分配器6；所述水汽分配器6通过雾炮筒体1与雾化喷嘴2连接，将按一定比例混合的水源8及空气输送至雾化喷嘴2形成雾滴喷出。

具体来说，所述雾炮筒体1的形状为圆柱体。

具体来说，所述水源8为选自水箱水或外部水中一种。所述水箱水或外部水为自来水或工业用水。

具体来说，所述空气压缩机10能够产生压缩空气。

具体来说，所述雾化喷嘴2为双流体喷嘴。

具体来说，所述旋转支撑装置4采用直流电机作为所述雾炮筒体1的转向电机，采用编码器驱动作为所述雾炮筒体1旋转的驱动方式。

具体来说，所述高压泵7的供水压力为0.2-0.7mpa，流量为1.5-5m³/h。

具体来说，所述空气压缩机10的供气压力为0.4-0.8mpa，流量为7.5-75m³/h。

具体来说，所述水汽分配器6的水、气流量比为1:(5-15)；水、气压力比为1:(1-4)。所述水汽分配器6用来调节最终输送至所述雾化喷嘴2的水、气流量比与压力比。

在一个优选的实施例中，所述双流体雾炮模块300的俯仰旋转角度范围为-30-60°，水平旋转角度为0-340°，且角度定位值偏差<±2％。

在一个优选的实施例中，所述双流体雾炮模块300喷出雾滴的平均粒径范围为3～25μm。

在一个优选的实施例中，所述双流体雾炮模块300喷射距离范围为40-60m，优选为50m。

在一个优选的实施例中，所述控制模块500中还包括有雾炮控制单元，所述雾炮控制单元分别与所述双流体雾炮模块300中的俯仰液压装置3、旋转支撑装置4、离心风机5、水汽分配器6、高压泵7、空气压缩机10及储气罐9信号连接，用于控制俯仰液压装置3、旋转支撑装置4、离心风机5、水汽分配器6、高压泵7、空气压缩机10及储气罐9的运行。所述运行包括且不限于双流体雾炮模块300的启停与各参数的设置与调整等。所述雾炮控制单元可控制雾炮旋转并调节喷洒角度实现雾炮跟踪喷洒功能。

在一个优选的实施例中，所述控制模块500所在的计算机为工业级pc机，其性能参数为：windows7pro操作系统，双intelxeone5-2630v4cpu，eb-x10主板，32g内存，128gssd+1tbhdd硬盘，geforcegtx1660ti6gbgpu独立显卡，6-portpoegigabit网络服务器。

在一个优选的实施例中，所述控制模块500包括有图像处理单元，所述图像处理单元为图像识别软件。

具体来说，所述图像识别软件的软件环境为：opencv软件库，emgu软件开发环境，支持cuda8.0软件，caffe深度学习目标检测框架，easydarwin流媒体服务器框架，ffmpegsdk软件开发包。

具体来说，所述图像识别软件包括有基于时域方差分析的视频运动目标检测软件模组、视频运动目标跟踪软件模组、基于深度学习的车辆识别软件模组、基于变化分割和精确定位的车辆尺寸评估软件模组和粉尘烟羽模组，可从市场上购买获得。所述图像识别软件通过图像对比，可以将图像中作业车辆的铲料、卸料、装料的动作特征将识别为产尘动作。

本领域技术人员均了解，上述控制模块500为常规使用的控制器。上述控制模块500的计算比较、判断、输出指令过程、均可以利用现有技术中的集成电路模块、可编程逻辑器件、其它硬件或安装相应的软件模块来实现。

本发明第二方面提供一种双流体雾炮在料堆大棚内的用途。

实施例1

将本发明中的双流体雾炮安装于钢铁厂内的料堆大棚，料堆大棚内存在物料运输车辆行驶、装卸物料，由于其生产活动会产生粉尘，需要进行对无组织粉尘的抑制处理。具体安装时，将料棚划分为若干区域，每个区域布置1个鹰眼抓拍模块100，鹰眼抓拍模块100一般布置在较高处，如钢柱顶部、钢梁等部位。确保所有鹰眼识别模块100可以覆盖整个料棚，且每个鹰眼识别模块100的覆盖区域尽量不重合，即不遗漏、不重复。

鹰眼抓拍模块100对料棚内进行实时拍摄，可以快速、准确捕捉到污染车辆，并将产尘目标信号发送给控制模块500。控制模块500根据鹰眼抓拍模块100发送的产尘目标信号，基于机器深度学习的bme算法进行计算，确定污染车辆的目标，准确率＞99％。

同时，在料棚内布置若干粉尘浓度监测模块200，每台粉尘浓度监测仪可采集仪器附近一定区域内的粉尘污染浓度。粉尘浓度监测模块200监测数据，即粉尘浓度信号实时上传至控制模块500，由控制模块500对各粉尘监测浓度进行运算，判别料棚内总体污染情况。由于车辆行驶、物料堆放、料棚支撑结构等场地因素的限制，料棚内通常只能布设有限的几台粉尘浓度监测仪，因此每条粉尘浓度监测仪通常离污染车辆和污染点有一定距离，当粉尘浓度监测数据发生明显变化时，粉尘污染已经发生较严重的扩散了。

因此，鹰眼抓拍模块100优先启动，当无污染车辆，且料棚内粉尘浓度超标时，粉尘浓度监测模块200启动。

当鹰眼抓拍到污染车辆时，控制模块500向双流体雾炮模块300发送驱动信号以驱使双流体雾炮模块300进行喷雾降尘。双流体雾炮模块300为根据识别出来的污染车辆定位，智能调整喷射方向，精准喷射超细雾滴(平均雾滴粒径3～25μm，雾滴粒径与粉尘颗粒的粒径大小相近，大量的超细雾滴使得空气中的水蒸汽迅速饱和，饱和的水蒸汽与粉尘碰撞、接触并凝聚在一起，可实现有效降尘)。当污染车辆移动时，双流体雾炮模块300根据鹰眼抓拍模块100指示，经控制模块500驱使迅速调整角度，从污染源头实现精准降尘。

当料棚内无污染车辆，粉尘浓度监测模块200将监测数据上传至控制模块500，控制模块500认为料棚内粉尘浓度超标，会启动双流体雾炮模块300。双流体雾炮模块300切换成“环扫”模式，对周围区域进行圆周扫射降尘。从而有效降低该钢铁厂料棚内的无组织粉尘污染。

双流体雾炮完成本轮降尘后，控制模块500根据鹰眼抓拍模块100上传的监控视频以及粉尘浓度监测模块200上传的粉尘浓度监测数据，进行综合决策，下达双流体雾炮模块300启停指令。进入新一轮循环。

对比例1

目前，现有料堆大棚内的雾炮抑尘方式如下：

1)在现有料堆大棚内部通常设置常规雾炮，常规雾炮的雾滴平均粒径范围约为50-100um，而料棚内的粉尘以较细的颗粒粉尘，如pm2.5、pm10等为主，其平均粒径通常小于10um。此时，常规雾炮因较大的雾滴粒径对细颗粒粉尘的去除效率不高，容易导致治理不达标；

2)现有料堆大棚内部通常采用常规雾炮与粉尘浓度监测仪联动治理，当粉尘浓度监测仪检测到料棚内的粉尘浓度达到预设阈值上限(如8mg/m³或10mg/m³)时，则启动常规雾炮进行喷雾抑尘；当粉尘浓度监测仪检测到料棚内的粉尘浓度低于预设阈值下限(如2mg/m³)，则停止常规雾炮喷雾；这种联动治理方式通常在粉尘产生、扩散至整个料棚内并达到一定浓度才进行治理，其治理具有明显的滞后性，治理效果较差。

将实施例1与对比例1进行比较可知，本发明中的雾炮与现有技术相比，具有以下显著优势：

1)本发明中通过采用双流体喷嘴，并增加空气压缩机10、储气罐9、水气分配器6等装置，使双流体雾炮模块300的雾滴平均粒径在3-25um的范围内可调，与料棚内的较细的颗粒粉尘的粒径(如pm2.5、pm10等)更为接近，对细颗粒粉的吸附、凝并与沉降效果更好，大幅提升了细颗粒粉尘的去除效率。

2)本发明中主要通过双流体雾炮模块300与鹰眼抓拍模块100的联动来实现料堆大棚内部的粉尘治理。首先利用鹰眼抓拍模块100自动捕捉作业车辆的移动或运动图像并传送至控制模块500；然后通过控制模块500的图像识别软件对捕捉的图像进行对比、分析，从而识别出作业车辆铲料、卸料与装料的产尘动作行为，最后控制模块500根据识别结果通过雾炮控制单元自动控制双流体雾炮模块300启动、旋转并调节喷洒角度实现对产尘目标的跟踪喷雾降尘功能。由于图像识别的时间较短(小于1s)，从而在粉尘产生的源头即可进行精准抑尘治理，消除了传统常规雾炮与粉尘浓度监测仪联动治理技术的滞后性，大幅提高了治理效果。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。