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基于声凝聚原理的燃烧 能源系统细颗粒物减排装置

阅读：24发布：2020-11-04

专利汇可以提供基于声凝聚原理的燃烧能源系统细颗粒物减排装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明设计了一套实现燃烧能源系统大流量烟气中细颗粒物声凝聚减排的装置。它由高压气流源、高压混气室、气流声源、号筒、耦合舱、凝聚舱、扩展舱、可移动端面、常规除尘器、数据传感控制部件、中央测控计算机以及消声、隔声部件等组成。该装置充分利用声凝聚效率随声压级增加急剧升高的原理，将三种大功率气流声源与变截面管道配套，引入隔栅结构和气声分离部件，使细颗粒物在大尺寸凝聚舱内受高强度和低谐波分量平面驻波声场的作用而迅速团聚，依靠测控计算机统一调节和优化运行参数，实现强声波从产生到作用的最佳传递效率并适应细颗粒物特性的变化，整个实现方案在减排效率、经济性、适用性、无污染和可扩展性等方面具有优势。，下面是基于声凝聚原理的燃烧能源系统细颗粒物减排装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于声凝聚原理的燃烧能源系统细颗粒物减排装置，其特征在于包括以下部件：供给高压气流的高压气流源(1)，稳定高压气流的高压混气室(2)，将高压气流能量转换为特定信号强声波的气流声源(4,5,6)，一号连接法兰(3)，将气流声源(4,5,6)辐射声波能量向下游管道输送的号筒(7)，用于实现强声共振合成的耦合舱等截面段(8)和耦合舱收缩段(9)，排出耦合舱内已利用完毕高压气流的高压气流排气口(13)，容纳烟气并使其受强声波作用的凝聚舱(11)，二号连接法兰(42)，实现高压气流与强声波分离的透声板(10)，大烟气流量条件下使凝聚舱中保持平面驻波条件的隔栅结构(39)，输入燃烧能源系统产生烟气的烟气进气口(17)和排出凝聚后烟气的烟气排气口(18)，用于辅助调节凝聚舱声学共振频率的扩展舱(44)及可移动端面(40)，调节螺杆(41)，螺杆操作机构(34)，三号连接法兰(45)，四号连接法兰(46)，扩展舱密封板(47)，用于去除大粒径团聚物的常规除尘器(20)；
高压气流源(1)的出气口与高压混气室(2)的入口密封连接，高压混气室(2)的出口通过一个一分三的管道分别与各气流声源(4,5,6)的入口密封连接，各气流声源(4,5,6)的出口通过一号连接法兰(3)与号筒(7)的入口密封连接，号筒(7)出口与耦合舱等截面段(8)的一端密封连接，耦合舱等截面段(8)的另一端与耦合舱收缩段(9)截面较大的一端密封连接，耦合舱收缩段(9)截面较小的一端通过二号连接法兰(42)与凝聚舱(11)一端密封连接，二号连接法兰(42)之间安装有透声板(10)，凝聚舱(11)另一端通过三号连接法兰(45)与扩展舱(44)密封连接，凝聚舱(11)靠近二号连接法兰(42)一端的上部设有烟气进气口(17)，靠近三号连接法兰(45)一端的下部设有烟气排气口(18)，凝聚舱(11)内安装有隔栅结构(39)，所述隔栅结构(39)位于烟气进气口(17)和烟气排气口(18)之间，扩展舱(44)内安装有可移动端面(40)，该可移动端面(40)通过调节螺杆(41)与螺杆操作机构(34)连接，螺杆操作机构(34)通过电缆与中央测控计算机(12)连接，用于控制可移动端面(40)在扩展舱(44)内左右移动，以调节凝聚舱(11)和扩展舱(44)的声学共振频率，扩展舱(44)通过安装在四号连接法兰(46)上的扩展舱密封板(47)密封，所述调节螺杆(41)穿过扩展舱密封板(47)中心开口与螺杆操作机构(34)连接，烟气排气口(18)通过连接管道与常规除尘器(20)连接，待处理的烟气经烟气进气口(17)流入，通过烟气排气口(18)经常规除尘器(20)处理后排出；
还包括气室压力传感器(21)、一号流量传感器(22)、二号流量传感器(28)、一号传声器(27)、二号传声器(33)、温度湿度传感器(29)、一号采样与粒径谱仪(32)、二号采样与粒径谱仪(35)，其中气室压力传感器(21)位于高压混气室(2)内，一号流量传感器(22)安装在高压混气室(2)出口处，分别用于测量高压气流源产生的高压气流的压力和流量，一号传声器(27)位于耦合舱等截面段(8)内，用于测量耦合舱等截面段(8)内的声压，一号采样与粒径谱仪(32)、二号流量传感器(28)与温度湿度传感器(29)位于输送燃烧能源系统产生烟气的管道内，分别用于测量输入烟气浓度、粒径分布、流量、温度和湿度，二号传声器(33)位于凝聚舱(11)内，用于测量凝聚舱(11)内的声压，二号采样与粒径谱仪(35)位于连接烟气排气口(18)和常规除尘器(20)的管道内，用于测量输出烟气浓度和粒径分布，上述数据传感设备均通过数据线与中央测控计算机(12)相连接。
2.如权利要求1所述基于声凝聚原理的燃烧能源系统细颗粒物减排装置，其特征在于：所述高压气流源(1)可以是空气压缩机或高压供气源，可提供的气流功率不低于5万瓦。
3.如权利要求1所述基于声凝聚原理的燃烧能源系统细颗粒物减排装置，其特征在于：所述气流声源(4,5,6)可以是高压旋笛、谐振式强声发生器或调制气流声源；所述高压旋笛由通过电缆与中央测控计算机(12)连接的驱动电机控制器(23)控制，所述谐振式强声发生器由通过电缆与中央测控计算机(12)连接的伺服机构控制器(24)控制，所述调制气流声源由通过电缆与中央测控计算机(12)连接的任意波信号发生器(25)和功率放大器(26)控制。
4.如权利要求1所述基于声凝聚原理的燃烧能源系统细颗粒物减排装置，其特征在于：所述常规除尘器(20)可以是静电除尘器、袋式除尘器或者旋风除尘器。
5.如权利要求1所述基于声凝聚原理的燃烧能源系统细颗粒物减排装置，其特征在于：还可以包括能产生清洁添加剂的超声雾化器(16)和用以实现待处理烟气与该清洁添加剂充分混合的烟雾混合腔(43)；所述烟雾混合腔(43)安装在与烟气进气口(17)相连接的进气管道上，所述超声雾化器(16)通过连接管道连接在输送燃烧能源系统烟气的进气管道上，此时温度湿度传感器(29)位于用于连接超声雾化器(16)和烟雾混合腔(43)之间的管道内。
6.如权利要求1所述基于声凝聚原理的燃烧能源系统细颗粒物减排装置，其特征在于：还可以包括分别安装于高压气流排气口(13)、烟气进气口(17)和烟气排气口(18)的一号消声器(14)、二号消声器(15)和三号消声器(19)，安装于号筒(7)、耦合舱等截面段(8)、耦合舱收缩段(9)、凝聚舱(11)和扩展舱(44)外壁的隔声层(37)，以及在整个减排装置外围布置的吸声环境(36)。
7.如权利要求1所述基于声凝聚原理的燃烧能源系统细颗粒物减排装置，其特征在于：还可以包括安装于凝聚舱(11)下部壁面靠近烟气排气口(18)位置及对侧上部壁面的光学窗口(38)，分处凝聚舱(11)上下两侧并固定于光学窗口(38)外部的光源(30)和照度计(31)，所述照度计(31)通过数据线与中央测控计算机(12)连接，通过测量烟气能见度实现辅助监测悬浮细颗粒物凝聚状态。
8.如权利要求1所述基于声凝聚原理的燃烧能源系统细颗粒物减排装置，其特征在于：所述号筒(7)、耦合舱等截面段(8)、耦合舱收缩段(9)、凝聚舱(11)和扩展舱(44)的截面均为正方形，其具体尺寸可依据已知的待处理最大烟气体积流量Q、凝聚舱内烟气流速U和强声波声压级SPL、作用时间T确定，具体计算过程如下：
2
凝聚舱(11)截面积S2为Q/U m ，凝聚舱(11)长度L2不小于T*U m，进而得到气流声源(4,5,6)功率W和气流功率W0：
W0＝W/η
其中η为气流声源(4,5,6)的换能效率；气流声源(4,5,6)的出口面积S0：
7
S0＝W/10
耦合舱等截面段(8)的截面积S1为凝聚舱(11)截面积S2的4至16倍，耦合舱等截面段(8)的长度L1不低于所述减排装置工作频率下限——800Hz对应的波长：
L1≥c0/800
其中c0为空气中声速，为340m/s；
耦合舱收缩段(9)和号筒(7)外形均为正四棱台，耦合舱收缩段(9)的长度L3：
其中θ1为耦合舱收缩段(9)侧面与轴线的夹角；
号筒(7)外形包含四个壁面，其中上部和下部两个壁面为直边，另两个壁面为曲线边，曲线边形线可以是直线、双曲线或指数线，所述耦合舱收缩段(9)四个壁面的形线均为直线；号筒(7)入口面积与气流声源(4,5,6)的出口面积S0相同，号筒(7)出口面积与耦合舱等截面段(8)面积S1相同,号筒(7)的长度L0：
其中θ2为号筒(7)侧面与轴线的夹角；
凝聚舱(11)内安装有井字形隔栅结构(39)以保持舱内满足平面驻波条件，其中隔栅结构在沿凝聚舱轴线(11)看去的截面上每个单元均为正方形，依据波导理论，其每个单元边长L4不大于c0/(2f)，f为所述减排装置工作频率；
扩展舱(44)截面积S3等于凝聚舱(11)截面积S2，扩展舱(44)长度L5不小于所述减排装置工作频率下限800Hz对应波长的一半。
9.如权利要求1所述基于声凝聚原理的燃烧能源系统细颗粒物减排装置，其特征在于：所述号筒(7)、耦合舱等截面段(8)、耦合舱收缩段(9)、凝聚舱(11)和扩展舱(44)的壁面厚度在0.01m至0.05m范围内，壁面为铸铁、碳钢或不锈钢；透声板(10)为一固体薄板，其厚度在0.002m至0.004m范围内，面积不小于凝聚舱(11)截面积S2，材料为铝或钛。

说明书全文

基于声凝聚原理的燃烧能源系统细颗粒物减排装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种脱除燃烧能源系统排放烟气中粒径小于2.5微米的细颗粒物（以下简称PM2.5）的减排装置，特别涉及一种基于声凝聚原理的细颗粒物减排装置，属于污染控制设备制造的技术领域。

背景技术

[0002] 随着我国经济的快速发展对能源的消耗越来越大，由化学燃烧能源系统排放到大气中的污染物日益增多。近年来，依据各大中城市的环境监测数据，PM2.5严重超标情况时有发生，城市雾霾天气大范围反复出现。这些都表明，以PM2.5为主的细颗粒物已成为我国城市大气环境的主要污染物。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除尘减排技术成为从根本上解决这一问题的关键。

[0003] 现有的除尘减排技术如静电除尘器、旋风除尘器、袋式除尘器和湿式除尘器等对5微米以下颗粒物的清除效率都很低，或者存在经济成本高、适用范围窄、处理流量受限或因改造影响能源系统运行等问题，无法充分满足PM2.5减排控制的需求。基于声凝聚原理的减排技术是目前公认的良好途径。在较短时间内经高强度声波作用，使烟气中微米以下细颗粒相互碰撞，进而粘附而形成若干微米以上的团聚物，然后通过常规除尘设备将团聚物清除。声凝聚除尘作用时间短、效果显著、经济易用且能适应高温、高压和腐蚀性环境，将在我国现阶段空气污染治理中发挥重要作用。

[0004] 目前国内可用的工业级声凝聚减排系统还比较少见。大多数减排数据来源于实验室内小尺寸的原理性验证实验。已公开功率最高的半工业规模系统所产生功率仅有1600W（Rodriguez J J,et al.Acoustic agglomeration for electrostatic retention of fly-ashes at pilot scale:influence of intensity of sound field at different conditions.Journal of aerosol science,1996,21:621-622），声场强度不高，减排效果和规模有限。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，工业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。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题为：针对现有技术存在的不足，利用声凝聚原理设计了一套燃烧能源系统烟气中细颗粒物减排装置。该装置充分利用声凝聚效率随声压级增加急剧升高的原理，将三种大功率气流声源与变截面管道配套，并依靠统一的测控计算机调节和优化运行参数。整个实现方案在减排效率、经济性、适用性、无污染和可扩展性方面具有优势。

[0006] 本发明所述减排装置包括如下部件：

[0007] 一种基于声凝聚原理的燃烧能源系统细颗粒物减排装置，其特征在于包括以下部件：供给高压气流的高压气流源，稳定高压气流的高压混气室，将高压气流能量转换为特定信号强声波的气流声源，一号连接法兰，将气流声源辐射声波能量向下游管道输送的号筒，用于实现强声共振合成的耦合舱等截面段和耦合舱收缩段，排出耦合舱内已利用完毕高压气流的高压气流排气口，容纳烟气并使其受强声波作用的凝聚舱，二号连接法兰，实现高压气流与强声波分离的透声板，大烟气流量条件下使凝聚舱中保持平面驻波条件的隔栅结构，输入燃烧能源系统产生烟气的烟气进气口和排出凝聚后烟气的烟气排气口，用于辅助调节凝聚舱声学共振频率的扩展舱及可移动端面，调节螺杆，螺杆操作机构，三号连接法兰，四号连接法兰，扩展舱密封板，用于去除大粒径团聚物的常规除尘器；

[0008] 高压气流源的出气口与高压混气室的入口密封连接，高压混气室的出口通过一个一分三的管道分别与各气流声源的入口密封连接，各气流声源的出口通过一号连接法兰与号筒的入口密封连接，号筒出口与耦合舱等截面段的一端密封连接，耦合舱等截面段的另一端与耦合舱收缩段截面较大的一端密封连接，耦合舱收缩段截面较小的一端通过二号连接法兰与凝聚舱一端密封连接，二号连接法兰之间安装有透声板，凝聚舱另一端通过三号连接法兰与扩展舱密封连接，凝聚舱靠近二号连接法兰一端的上部设有烟气进气口，靠近三号连接法兰一端的下部设有烟气排气口，凝聚舱内安装有隔栅结构，所述隔栅结构位于烟气进气口和烟气排气口之间，扩展舱内安装有可移动端面，该可移动端面通过调节螺杆与螺杆操作机构连接，螺杆操作机构通过电缆与中央测控计算机连接，用于控制可移动端面在扩展舱内左右移动，用以调节凝聚舱和扩展舱的声学共振频率，扩展舱通过安装在四号连接法兰上的扩展舱密封板密封，所述调节螺杆穿过扩展舱密封板中心开口与螺杆操作机构连接，烟气排气口通过连接管道与常规除尘器连接，待处理的烟气经烟气进气口流入，通过烟气排气口经常规除尘器处理后排出；

[0009] 还包括气室压力传感器、一号流量传感器、二号流量传感器、一号传声器、二号传声器、温度湿度传感器、一号采样与粒径谱仪、二号采样与粒径谱仪，其中气室压力传感器位于高压混气室内，一号流量传感器安装在高压混气室出口处，分别用于测量高压气流源产生的高压气流的压力和流量，一号传声器位于耦合舱等截面段内，用于测量耦合舱等截面段内的声压，一号采样与粒径谱仪、二号流量传感器与温度湿度传感器位于输送燃烧能源系统产生烟气的管道内，分别用于测量输入烟气浓度、粒径分布、流量、温度和湿度，二号传声器位于凝聚舱内，用于测量凝聚舱内的声压，二号采样与粒径谱仪位于连接烟气排气口和常规除尘器管道内，用于测量输出烟气浓度和粒径分布，上述数据传感设备均通过数据线与中央测控计算机相连接。

[0010] 优选地，所述高压气流源是空气压缩机或高压供气源，可提供的气流功率不低于5万瓦。

[0011] 优选地，所述气流声源是高压旋笛、谐振式强声发生器或调制气流声源；所述高压旋笛由通过电缆与中央测控计算机连接的电机驱动控制器控制，所述谐振式强声发生器由通过电缆与中央测控计算机连接的伺服机构控制器控制，所述调制气流声源由通过电缆与中央测控计算机连接的任意波信号发生器和功率放大器控制。

[0012] 优选地，所述常规除尘器是静电除尘器、袋式除尘器或者旋风除尘器。

[0013] 优选地，所述减排装置还包括能产生清洁添加剂的超声雾化器和用以实现待处理烟气与该清洁添加剂充分混合的烟雾混合腔；所述烟雾混合腔安装在与烟气进气口相连接的进气管道上，所述超声雾化器通过管道连接于输送燃烧能源系统的烟气进气管道上，此时温度湿度传感器位于用于连接超声雾化器和烟雾混合腔之间的管道内。

[0014] 优选地，所述减排装置还包括分别安装于高压气流排气口、烟气进气口和烟气排气口的一号消声器、二号消声器和三号消声器，安装于号筒、耦合舱等截面段、耦合舱收缩段、凝聚舱和扩展舱外壁的隔声层，以及在整个减排装置外围布置的吸声环境。

[0015] 优选地，所述减排装置还包括安装于凝聚舱下部壁面靠近烟气排气口位置及对侧的光学窗口，分处凝聚舱上下两侧并固定于光学窗口外部的光源和照度计，所述照度计通过数据线与中央测控计算机连接，通过测量烟气能见度实现辅助监测悬浮细颗粒物凝聚状态。

[0016] 优选地，所述减排装置的号筒、耦合舱等截面段、耦合舱收缩段、凝聚舱和扩展舱壁面厚度在0.01m至0.05m范围内，壁面优选铸铁、碳钢或不锈钢等密度较大的金属材料；透声板为一固体薄板，其厚度在0.002m至0.004m范围内，其面积不小于凝聚舱截面积S2，透声板材料优选铝、钛等轻型金属材料。

[0017] 本发明所述基于声凝聚原理的燃烧能源系统细颗粒物减排装置，其具体工作过程如下：

[0018] （1）先由一号采样与粒径谱仪测量输入烟气浓度和粒径分布数据，由二号流量传感器测量输入烟气流量数据，由温度湿度传感器测量输入烟气温度和湿度数据，并将测量得到的数据传输至中央测控计算机，中央测控计算机通过运行于其上的声凝聚模型和实验数据库自动预测该减排装置运行的最优工况（包括声压级、频率和声信号）；

[0019] （2）减排装置包括三种大功率气流声源，分别是高压旋笛、谐振式强声发生器和调制气流声源。依据步骤（1）测量结果，由中央测控计算机判断应采用的气流声源类型并给出控制数据和高压气流源的压力、流量数据：若选择为高压旋笛，将高压旋笛出口与号筒连接，通过中央测控计算机控制电机驱动控制器向高压旋笛发出控制信号，启动高压旋笛；若选择为谐振发生器，将谐振发生器出口与号筒连接，通过中央测控计算机控制伺服机构控制器调节谐振式强声发生器几何参数，启动谐振发生器；若选择为调制气流声源，将调制气流声源出口与号筒连接，通过中央测控计算机控制任意波信号发生器和功率放大器向调制气流声源提供放大后的相应电信号，启动调制气流声源；

[0020] （3）启动高压气流源，将高压气流源产生的高压气流通过输气管道送入高压混气室稳流后输入相应气流声源；

[0021] （4）气流声源将高压气流能量转化为特定波形的强声波，参考步骤（2）给出的压力和流量数据，依据气室压力传感器和一号流量传感器给出的数据，调节高压气流源，使二号传声器测量的声信号与步骤（1）预测工况相一致；

[0022] （5）经气流声源转化后的强声波通过号筒向耦合舱内辐射声波能量，利用完毕的气流经由设置在耦合舱上部的排气口排出，强声波经透声板进入凝聚舱并在凝聚舱中形成平面驻波强声场；

[0023] （6）由螺杆操作机构沿轴向调节凝聚舱端面，直至二号传声器与一号传声器所测声压级的差值最大，声场达到共振状态；

[0024] （7）通过烟气进气口输入燃烧能源系统产生的烟气，烟气进入凝聚舱后在凝聚舱内用强声波进行预处理，直到二号采样与粒径谱仪所测烟气颗粒物粒径分布满足减排预期；

[0025] （8）经强声波预处理后的烟气经烟气排气口输出后流经常规除尘装置作进一步处理，完成大粒径团聚物的清除。

[0026] 为了取得更好的除尘效果，在所述步骤（7）中还可加入如下步骤：启动超声雾化器并向烟雾混合腔中输入雾气，燃烧能源系统产生的烟气在烟雾混合腔内与雾气充分混合后，经烟气进气口流入凝聚舱。

[0027] 本发明所利用强声波的频率范围为800Hz至5000Hz，所使用功率为万瓦量级以上的气流声源，可在该频段产生单频或复合频率强声信号。信号声压级不低于155dB。号筒最低截止频率不高于300Hz。

[0028] 本减排装置中各气流和强声通道（包括号筒、耦合舱等截面段、耦合舱收缩段、凝聚舱和扩展舱）的截面均为正方形，其具体尺寸（如图3所示）可依据已知的待处理最大烟气体积流量Q、凝聚舱内烟气流速U和强声波声压级SPL、作用时间T确定，具体过程如下：

[0029] 凝聚舱截面积S2为Q/U m2，凝聚舱长度L2不小于T*U m。进而得到声源功率W和气流功率W0：

[0030]

[0031] W0=W/η (2)

[0032] 其中η为气流声源的换能效率。气流声源的出口面积S0：7

[0033] S0=W/10 (3)

[0034] 耦合舱等截面段的截面积S1为凝聚舱截面积S2的4至16倍。耦合舱等截面段的长度L1不低于本减排装置工作频率下限（即800Hz）对应的波长：

[0035] L1≥c0/800 (4)

[0036] 其中c0为空气中声速，为340m/s。

[0037] 耦合舱收缩段外形为正四棱台。耦合舱收缩段的长度L3（其中θ1为耦合舱收缩段侧面与轴线的夹角）：

[0038] θ1∈[30°,60°] (5)

[0039] 号筒外形包含四个壁面，其中上部和下部两个壁面为直边，另两个壁面为曲线边，曲线边形线可以是直线、双曲线或指数线；号筒入口面积与气流声源的出口面积S0相同，号筒出口面积与耦合舱等截面段面积S1相同。号筒的长度L0（其中θ2为号筒侧面与轴线的夹角）：

[0040] θ2∈[30°,45°] (6)

[0041] 凝聚舱内安装有井字形隔栅结构以保持舱内满足平面驻波条件，其中隔栅结构在沿凝聚舱轴线看去的截面上每个单元均为正方形，其每个单元边长L4不大于c0/(2f)，f为减排装置工作频率。

[0042] 扩展舱截面积S3等于凝聚舱截面积S2，扩展舱长度L5不小于本减排装置工作频率下限（即800Hz）对应波长的一半。

[0043] 本减排装置各气流和强声通道（包括号筒、耦合舱等截面段、耦合舱收缩段、凝聚舱和扩展舱）的壁面厚度在0.01m至0.05m范围内，以避免管道振动对凝聚过程的影响，壁面优选铸铁、碳钢或不锈钢等密度较大的金属材料。透声板是一固体薄板，其厚度在0.002m至0.004m范围内，其面积不小于凝聚舱截面积S2。透声板材料优选铝、钛等轻型金属材料。

[0044] 采用本发明提出的重量级声凝聚减排装置，具有以下有益效果：

[0045] （1）通过表压2atm以上、流量大于3kg/s（气流功率5万瓦以上）的高压气流驱动大功率气流声源，产生1万瓦以上的声功率，以实现工业级大流量烟气的声凝聚减排。

[0046] （2）采用三种不同特性的气流声源产生不同信号特征的大功率强声波，以适应不同类型烟气的细颗粒特性；通过大功率气流声源与变截面管道相结合的设计实现强声共振合成，在大尺寸凝聚舱内集中声压级高于160dB且谐波比较低的强声场，显著增强声凝聚减排效率和缩短减排时间。

[0047] （3）采用声场纵向驱动渐变截面的复合舱体设计，通过动态调节管道长度使减排装置工作频率与舱体共振频声学率相一致，实现强声波从声源到凝聚舱的最佳传递效率，增强除尘减排的能量利用率。

[0048] （4）采用气声分离思想，避免高压气流对悬浮颗粒声凝聚过程的不利影响，且在不影响强声场特性前提下，实现相对紧凑的凝聚舱设计。

[0049] （5）采用正方形等截面管道，各个气流和强声通道（包括号筒、耦合舱等截面段、耦合舱收缩段、凝聚舱和扩展舱）的几何尺寸依据所述设计方法灵活调整；减排装置作为单一减排模块可横向并行或纵向串行扩展，满足不同功率量级和待处理烟气流量能源系统的需求。

[0050] （6）减排装置在各进气、排气管串联消声器，各管道外壁加装隔声与吸声层，避免高强度噪声对环境的影响。

[0051] （7）减排装置包含流量、气压、声压、颗粒物浓度与粒径分布、光学能见度、温度、湿度的传感数据通道和气流声源、凝聚舱参数控制通道，依靠统一的中央测控计算机实时动态监测减排效果，优化运行参数，增强减排装置对不同类型烟气的适用性。附图说明

[0052] 图1为本发明所述基于声凝聚原理的燃烧能源系统细颗粒物减排装置结构组成图；

[0053] 图2为本发明所述基于声凝聚原理的燃烧能源系统细颗粒物减排装置测控关系图；

[0054] 图3为本发明所述基于声凝聚原理的燃烧能源系统细颗粒物减排装置主体通道结构尺寸示意图；

[0055] 图4为本发明所述基于声凝聚原理的燃烧能源系统细颗粒物减排装置主体通道结构局部示意图。

具体实施方式

[0056] 本发明所述减排装置的工作原理结合图1简述如下：

[0057] 由高压气流源1（空气压缩机或高压供气源）提供的高压气流进入高压混气室2，在高压混气室内对高压气流压力稳流后，根据确定的最优工况选择进入高压旋笛4、谐振式强声发生器5或调制气流声源6，在上述气流声源中将高压气流能量转化为强声波；该强声波通过号筒7（号筒形线可采用直线、双曲线或指数线）进入耦合舱等截面段8和耦合舱收缩段9，在耦合舱内经共振合成放大后再穿过透声板10，然后在凝聚舱11内激励并在隔栅结构39的作用下形成平面驻波声场，利用完毕的高压气流从耦合舱等截面段8顶部的高压气流排气口13排出；通过螺杆操作机构34控制调节螺杆41带动可移动端面40在扩展舱44内沿扩展舱44的轴向移动，移动行程不小于减排装置工作频率下限（即800Hz）对应波长的1/2，以调节凝聚舱11和扩展舱44的声学共振频率，使其与声源工作频率相一致。

[0058] 待处理的烟气经烟气进气口17进入凝聚舱11，并沿隔栅结构39轴向缓慢向凝聚舱11下游流动，在时间不大于10秒的强声波作用下，烟气中的微小颗粒凝聚成为较大尺寸的团聚物，烟气粒径分布完成从小尺寸向大尺寸的演变，经预处理的烟气从烟气排气口18排出，再经常规除尘器20进一步处理后，烟气中的团聚物被充分除去，完成细颗粒物的减排。

[0059] 此外，本发明提供的减排装置还可以实现强声波与清洁添加剂共同作用以进一步增强减排效果，具体方法如下：选取5微米以下的水雾气溶胶作为清洁添加剂，该清洁添加剂由大流量的超声雾化器16产生，待处理烟气在烟雾混合腔43内与清洁添加剂充分混合后，通过烟气进气口17输入，并在凝聚舱11内完成声波凝聚过程。

[0060] 为了增强对不同类型、粒径分布和成份烟气的适用性，方便对烟气减排效果的实时监控与调节，本减排装置还包括多通道数据传感部分及多通道中央控制部分，其组成和连接关系如图2所示。多通道数据传感部分包括位于高压混气室2内的气室压力传感器21，高压混气室2出口处的一号流量传感器22，位于耦合舱等截面段8内的一号传声器27，位于与烟气进气口17相连的烟气进气管道内的二号流量传感器28、一号采样与粒径谱仪
32，位于超声雾化器16和烟雾混合腔43之间管道内的温度湿度传感器29，位于凝聚舱11顶部和底部的光学窗口38及分别设置在该窗口上方和下方的光源30和照度计31，所述光学窗口38、光源30和照度计31用于测量烟气能见度以辅助监测烟气中悬浮细颗粒的凝聚状态。位于凝聚舱11内的二号传声器33，位于连接烟气排气口18和常规除尘器20管道内的二号采样与粒径谱仪35；多通道中央控制部分包括设置高压旋笛4运行参数的电机驱动控制器23，用于调节谐振式强声发生器5几何参数的伺服机构控制器24，用于驱动和设置调制气流声源信号的功率放大器25和任意波信号发生器26。所述多通道数据传感部分均通过数据线与中央测控计算机12连接，所述多通道中央控制部分均通过电缆与中央测控计算机12连接，所有传感数据和控制指令均通过中央测控计算机12统一自动处理。

[0061] 为了避免凝聚舱11内强声波的泄漏和污染，本减排装置还采用了多种隔声消噪部件（如图2所示）：在高压气流排气口13处安装一号消声器14、在烟气进气口17处安装二号消声器15和在烟气排气口18处安装三号消声器19，各消声器作用范围与强声频率范围相一致；在号筒7、耦合舱等截面段8与耦合舱收缩段9、凝聚舱11的外壁均安装有作用范围与强声频率范围相一致的隔声层37，整个减排装置外围布置有吸声材料36。

[0062] 本发明所提供减排装置的主体通道结构包括号筒7、耦合舱等截面段8、耦合舱收缩段9、凝聚舱11和扩展舱44，如图1和图4所示：耦合舱等截面段8和耦合舱收缩段9、凝聚舱11、扩展舱44的截面均为正方形，气流声源与号筒7入口通过一号连接法兰3密封连接，耦合舱收缩段9出口与凝聚舱11一端通过二号连接法兰42密封连接，凝聚舱11另一端与扩展舱44一端通过三号连接法兰45密封连接，扩展舱44另一端四号连接法兰46与扩展舱密封板47连接封闭；二号连接法兰42之间安装有透声板10，实现从耦合舱收缩段9到凝聚舱11的高压气流和强声波的分离；凝聚舱11内部在烟气进气口17和烟气排气口
18之间安装有隔栅结构39，用于实现大烟气流量条件下凝聚舱11内的平面驻波声场。

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