一种用于声波团聚的旋风式声波团聚室

一种用于声波团聚的旋风式团聚室1技术领域本发明属于燃煤烟气净化领域，特别涉及一种用于声波团聚的旋风式团聚室。2背景技术近年来，环境污染问题是国内及国际社会关注的热点问题。传统的环境问题主要包括酸雨、臭氧层破坏和气候变暖。其中，酸雨问题是最为严重的污染问题。但随着我国环保意识的提高和政府的不懈努力，我国SO2排放量已得到有效控制，2012年SO2的排放总量比2007年减少了350万吨。但是，自2010年以来细颗粒物污染问题成为新的关注热点，北京、上海、哈尔滨等人口密集城市，纷纷报道细颗粒物浓度爆表。因此，对于细颗粒物治理的呼声越来越高。目前，对于PM10及粒径更大的颗粒物控制技术已发展趋于成熟。该技术主要分为两种技术一种是控制燃烧过程，减少燃烧过程中产生的颗粒物，即炉内控制；另一种是在锅炉尾部增设除尘装置，利用收集、过滤的原理减少颗粒物的排放，即尾部烟气净化。其中，第二种方法是工业生产中应用最为广泛的技术，对于粒径大于10M的颗粒，脱除效率可达到99，除尘装置主要包括旋风分离器，布袋除尘器，电除尘器等。尾部烟气净化的方法对粒径小于10M的颗粒脱除效果不理想，使得大量可吸入颗粒物排放至大气中，从而污染城市环境，危害人们身体健康。对于可吸入颗粒物的控制方法，尾部烟气净化仍然是最可行的技术。由于传统除尘装置对可吸入颗粒物的脱除效率较低，因此可从两方面入手解决细颗粒物的污染问题。一方面，升级除尘设备，提高设备对细颗粒物的捕集效率，从而减少超细颗粒物的排放量；另一方面，利用外场的作用使细颗粒发生团聚，长大成为大颗粒，从而可以用传统除尘设备将超细颗粒物除去，即对颗粒物进行预处理。对细颗粒物预处理是指利用各种外场力作用，使细颗粒物发生碰撞、团聚，从而形成粒径较大的颗粒。目前，研究者主要把研究重点放在团聚作用上，通过一定的预处理技术使细颗粒物团聚成为大粒径颗粒，再利用传统除尘设备将其除去。现阶段，细颗粒物的团聚技术主要有声团聚、电团聚、磁团聚、化学团聚等。其中，声波团聚是其中有效的一种方法，也是今后发展的方向之一。声团聚室是声波对烟气作用促使细颗粒物发生碰撞团聚的场所，其结构是影响声波团聚效果的关键因素。目前实验研究中应用的声团聚室仅适用于理论研究，与实际应用尚有较大距离。为使声团聚室适用于锅炉尾部烟道，主要考虑了以下要求。首先，工业锅炉尾部烟气的量非常大，并且尾部除尘装置对烟气流速有一定要求，若要将声波团聚应用于工业实际，声团聚室需具有足够的烟气处理能力，并对尾部烟道的烟气流速影响不大。其次，为保证声波团聚的效果，声团聚室需具有一定滞留颗粒物的能力，即颗粒物在声团聚室中的停留时间是保证声波团聚效果的重要因素。工业锅炉尾部烟气的量非常大，并且尾部除尘装置对烟气流速有一定要求，若要将声波团聚应用于工业实际，声团聚室需具有足够的烟气处理能力，并对尾部烟道的烟气流速影响不大。其次，为保证声波团聚的效果，声团聚室需具有一定滞留颗粒物的能力，即颗粒物在声团聚室中的停留时间是保证声波团聚效果的重要因素。目前声波团聚技术还处于实验研究阶段，因此，声团聚室仅适用于实验研究，如刘建忠等实验研究的声团聚室在入口速度为0205M/S的情况下，停留时间仅为37S。较短的颗粒物停留时间导致声波作用于烟气的时间较短，若应用于实际，还易造成底部积灰，影响声波团聚的效果。3发明目的本发明针对现有声波团聚技术中，团聚室滞留颗粒物能力差，并且易造成底部积灰的缺点，借鉴旋风分离器的结构类型，提出了一种旋风式声波团聚室。本发明的目的在于提高声波团聚室对颗粒物的滞留能力，从而增加声波对颗粒物的作用时间，提高声波团聚的效果；减少声波团聚室底部积灰的可能，从而降低声波团聚室的维护费用。4发明内容本发明解决声波团聚室滞留颗粒物能力差和底部易积灰的技术方案是一种旋风式声波团聚室，该装置借鉴了旋风分离器的结构，取消旋风分离器的上升管部分，将灰斗部分作为烟气的出口。为增加颗粒物在声波团聚室中的停留时间，本发明将烟气设置为切向进入声团聚室的筒体部分。旋风式声波团聚室采用了旋风分离器的入口类型，即入口速度的方向与筒体相切。烟气切向进入声团聚室的筒体部分后，烟气在筒体中产生旋转运动，又由于进出口压差的作用，烟气在筒体部分旋转运动的同时，产生指向出口方向的速度分量。因此，烟气在旋风式声团聚室中的运动形式为边旋转边向出口处流动。这种流动方式增加了烟气在声团聚室中的流动时间，从而延长了声波对颗粒物的作用时间，有利于提高声波团聚的效果。为减小声团聚室底部积灰的可能性，本发明将声波团聚室底部设置为圆锥面。降低声团聚室底部积灰的原因在于烟气在声团聚室中边旋转边向出口方向流动，当流动至底部圆锥面时，流动截面积逐渐缩小，从而导致流动速度逐渐增大。由于烟气在声团聚室中的旋转运动，烟气对声团聚室的壁面形成一种冲刷作用。并且，随着烟气逐渐向出口方向的流动，旋转运动的速度会逐渐增大，烟气对壁面的冲刷作用也将随之提高。烟气对壁面的冲刷作用将堆积在壁面上的颗粒物吹离壁面，由于烟气对颗粒物的携带作用，颗粒物将随烟气流出声团聚室，进入下一级烟气净化装置。在实际应用中，可根据壁面对颗粒捕集作用的大小，合理选择圆锥面的长度和倾角。若壁面对颗粒物的捕集作用较大，即发生积灰的可能性较大，则应增大底部圆锥面的长度，适当减小锥度；反之，则可适当减少锥面的长度，增大锥度，以减少声团聚室的体积。经过模拟发现，当烟气进入旋风式声团聚室入口的速度为12M/S时，颗粒物在团聚室内的停留时间为12S。与刘建忠实验研究的声团聚室相比（入口速度0205M/S，停留时间37S），旋风式声团聚室大幅提高了颗粒物在团聚室内的停留时间，因此有利于提高声波团聚的效果。压力损失是评价团聚室对锅炉尾部烟道影响的参数，对旋风式声波团聚室进行流体力学模拟仿真发现，当团聚室进口速度为12M/S时，压力损失为30122PA，这一压力损失远低于旋风分离器造成的压力损失。旋风式声波团聚室中声源可根据实际需要或者安装的便利性，选择在团聚室筒体的顶部或烟气出口处安装。已有研究表明，在旋风分离器的灰斗处加装声源能将旋风分离器的分离效率提高10左右。5附图说明下面结合附图对本发明做进一步说明。图1是旋风式声波团聚室模型图。图2是进口流速为12M/S时出口处颗粒物浓度的变化图。图3是不同烟气进口流速下旋风式声团聚室的压力损失变化图。图4是进口流速为12M/S时团聚室内的速度云图。6具体实施方式旋风式声团聚室是对颗粒预处理的场所，应安装在除尘器之前，对颗粒进行预处理之后，颗粒平均粒径将增大，从而提高除尘器的净化效率。从图1可以看出，旋风式声团聚室总长度约为4M，直径为19M，因此，本发明的占地面积并不大，不会为尾部烟气系统带来较大压力。图2是对旋风式声团聚室进行模拟仿真的结果，利用多相流模型中的离散相模型（DPM）模拟声团聚室中颗粒物与烟气的运动和它们之间的互相作用。计算条件为烟气进口流速为12M/S，颗粒物的粒径为1M。喷入颗粒物之前，先对团聚室进行了单相流场模拟，使团聚室内部流场收敛，计算时间为3S。颗粒物在3S时刻从入口喷入声团聚室，颗粒物的入射速度亦为12M/S。模拟结果如图2所示，42S时团聚室出口开始有颗粒物流出，由此可知，颗粒物从喷入至流出，在团聚室中的停留时间为12S。从图3可以看出，随着进口烟气流速的不断增大，旋风式声团聚室带来的压力损失逐渐增大。但压力损失并不大，当进口烟气速度为12M/S时，压力损失为30122PA。从图4可以看出，声团聚室底部锥体部分烟气流速较大，可高达80M/S。因此，旋风式声团聚室底部的锥面设计有利于减少机会发生的可能。7说明书附图图1图268101250101502025030350出出出出出出/M/S出出出出出出出出出/PA出出出出出出图3图4摘要本发明属于能源动力技术领域，特别涉及一种用于声波团聚的旋风式团聚室。本发明针对现有声波团聚技术中，团聚室滞留颗粒物能力差，并且易造成底部积灰的缺点，借鉴旋风分离器的结构类型，提出了一种旋风式声波团聚室。本发明的目的在于提高声波团聚室对颗粒物的滞留能力，从而增加声波对颗粒物的作用时间，提高声波团聚的效果；减少声波团聚室底部积灰的可能，从而降低声波团聚室的维护费用。借鉴了旋风分离器的结构，取消旋风分离器的上升管部分，将灰斗部分作为烟气的出口。为增加颗粒物在声波团聚室中的停留时间，本发明将烟气设置为切向进入声团聚室的筒体部分。为减小声团聚室底部积灰的可能性，本发明将声波团聚室底部设置为圆锥面。权利要求书1取消旋风分离器的上升管部分，将灰斗部分作为烟气的出口。为增加颗粒物在声波团聚室中的停留时间，本发明将烟气设置为切向进入声团聚室的筒体部分。旋风式声波团聚室采用了旋风分离器的入口类型，即入口速度的方向与筒体相切。烟气切向进入声团聚室的筒体部分后，烟气在筒体中产生旋转运动，又由于进出口压差的作用，烟气在筒体部分旋转运动的同时，产生指向出口方向的速度分量。2为减小声团聚室底部积灰的可能性，将声波团聚室底部设置为圆锥面。旋风式声团