本發(fā)明涉及氣固微細(xì)顆粒脫除技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種切圓旋流霧化與聲波作用凝并微細(xì)顆粒物裝置與方法。

背景技術(shù)：

工業(yè)和車輛排放的廢氣中含有的微細(xì)顆粒已經(jīng)嚴(yán)重影響人類的健康和污染大氣環(huán)境。微細(xì)顆粒直接或間接攜帶有毒、有害的物質(zhì)，一旦進(jìn)入人體內(nèi)部組織會(huì)對人體身心健康造成嚴(yán)重的危害；同時(shí)微細(xì)顆粒能夠在大氣中長時(shí)間停留、遠(yuǎn)距離輸送，懸浮在大氣中不僅會(huì)造成城市和風(fēng)景區(qū)的能見度降低，而且還會(huì)產(chǎn)生霧霾現(xiàn)象。因此脫除煙氣中的微細(xì)顆粒顯得極其重要。

煤炭和重油燃燒后排放的顆粒粒徑數(shù)量分布主要集中在從幾納米到幾微米之間。然而，常規(guī)除塵器對于超細(xì)顆粒特別是粒徑在0.1μm～2μm的脫除效率很低，設(shè)置預(yù)處理設(shè)施，通過物理或化學(xué)的方法，使微細(xì)顆粒物先凝并長大成大顆粒，就能用常規(guī)除塵器高效地脫除。

采用單一凝聚技術(shù)促進(jìn)微細(xì)顆粒長大至常規(guī)除塵器高效脫除的粒徑范圍有一定難度，而且能耗高、凝并時(shí)間長。因此，開發(fā)一種基于多種凝并機(jī)理的復(fù)合凝并裝置，聯(lián)合多種凝并技術(shù)共同促進(jìn)微細(xì)顆?？焖倌㈤L大非常必要。

國內(nèi)外試驗(yàn)和模擬的研究已經(jīng)證明聲波凝并技術(shù)能有效地促進(jìn)微細(xì)顆粒物的凝并，并且聯(lián)合粒徑較大的種子顆粒效果更佳，但是要獲得較好的凝并效果需要高的聲波強(qiáng)度，有研究表明當(dāng)聲壓級達(dá)158db以上，微細(xì)顆粒才能發(fā)生明顯的凝并現(xiàn)象，高的聲波強(qiáng)度需要高能耗為代價(jià)，同時(shí)產(chǎn)生的噪聲危害也需要消除。相變凝并是利用過飽和蒸汽在微細(xì)顆粒表面發(fā)生相變凝并，使微細(xì)顆粒粒度增大，但是單靠過飽和水汽在微細(xì)顆粒表面的凝并作用，長大至高效除霧器有效脫除的粒徑范圍3μm～5μm以上有一定的難度，實(shí)現(xiàn)高過飽和度所需要的蒸汽消耗成為該技術(shù)的難點(diǎn)；湍流凝并技術(shù)簡單、高效，早已廣泛應(yīng)用于控制微細(xì)顆粒物的排放，但是單靠湍流凝并技術(shù)促進(jìn)微細(xì)顆粒物長大會(huì)造成系統(tǒng)較大的壓降，能耗大；以上單一強(qiáng)化微細(xì)顆粒碰撞和單一增加煙氣濕度的方法都存在明顯的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種切圓旋流霧化與聲波作用凝并微細(xì)顆粒物裝置與方法。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種切圓旋流霧化與聲波作用凝并微細(xì)顆粒物裝置，包括如下部件：

雙層筒體6；雙層筒體6前后端分別為煙氣進(jìn)口1、煙氣出口9；

沿雙層筒體6內(nèi)壁面陣列分布的凝并擾流子5；陣列分布在雙層筒體6內(nèi)壁面的凝并擾流子5形成旋流凝并區(qū)4；

在雙層筒體6的煙氣進(jìn)口1端的內(nèi)壁面，陣列并切圓方式布置有多個(gè)旋流霧化聲波湍流器2；旋流霧化聲波湍流器2圍成的截面區(qū)域，形成高壓旋流區(qū)3；旋流霧化聲波湍流器2噴射的是高壓射流；含塵余熱煙氣進(jìn)入高壓旋流區(qū)3對高壓射流進(jìn)行加熱；

含塵余熱煙氣由煙氣進(jìn)口1進(jìn)入高壓旋流區(qū)3時(shí)，與旋流霧化聲波湍流器2產(chǎn)生的濕飽和蒸汽在聲波的作用下沿切圓方向有運(yùn)動(dòng)并相互撞擊，并以切圓的方式螺旋向前運(yùn)動(dòng)進(jìn)入旋流凝并區(qū)4，在與凝并擾流子5碰撞后形成渦流；含塵余熱煙氣微細(xì)顆粒物在聲波、相變和湍流的相互耦合作用下，實(shí)現(xiàn)凝并分離。

雙層筒體6的內(nèi)筒為由陣列貫穿分布的篩孔10構(gòu)成；在雙層筒體6的下方設(shè)有一收集器7；

濕飽和蒸汽夾帶的含塵余熱煙氣中的顆粒，在與凝并擾流子5碰撞后形成渦流，含塵余熱煙氣微細(xì)顆粒物在聲波、相變和湍流的相互耦合作用下，一部分凝并分離后的微細(xì)顆粒物由篩孔10進(jìn)入收集器7，再經(jīng)收集器7底部的排放口8排出；剩余凝并的微細(xì)顆粒從煙氣出口9排出，進(jìn)行后續(xù)處理。

所述煙氣進(jìn)口1和煙氣出口9的截面面積小于雙層筒體6的截面面積；

煙氣進(jìn)口1和煙氣出口9與雙層筒體6采用漸縮過渡連接。

一種切圓旋流霧化與聲波作用凝并微細(xì)顆粒物的方法，其包括如下步驟：

步驟一：高壓射流流經(jīng)旋流霧化聲波湍流器2的過程中，在旋流霧化聲波湍流器2節(jié)流、降壓、降溫的作用下，產(chǎn)生濕飽和蒸汽；

步驟二：高壓射流流經(jīng)旋流霧化聲波湍流器2過程中，旋流霧化聲波湍流器2產(chǎn)生頻率范圍為1-10khz、聲壓級范圍為130-158db的聲波，產(chǎn)生的聲波隨濕飽和蒸汽一同進(jìn)入微細(xì)顆粒凝并裝置；

步驟三：含塵余熱煙氣流經(jīng)煙氣進(jìn)口1進(jìn)入高壓旋流區(qū)3與旋流霧化聲波湍流器2噴出的濕飽和蒸汽相遇時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)沿切圓方向相互撞擊與混合的作用，撞擊流強(qiáng)化了微細(xì)顆粒與濕飽和蒸汽間的混合與凝并，接著由高壓旋流區(qū)3中心射向旋流凝并區(qū)4進(jìn)入旋流凝并區(qū)4；

在旋流凝并區(qū)4內(nèi)跟隨旋轉(zhuǎn)的濕飽和蒸汽作快速螺旋向前運(yùn)動(dòng)，并且在螺旋向前運(yùn)動(dòng)的過程中與濕飽和蒸汽相互卷吸混合，含塵余熱煙氣中的微細(xì)顆粒由于受到離心力的作用而向旋流凝并區(qū)4方向繼續(xù)螺旋前進(jìn)，與此同時(shí)，在凝并擾流子5的擾流作用下產(chǎn)生渦流，含塵余熱煙氣中夾帶的微細(xì)顆粒物在聲波、相變和湍流的相互耦合作用下實(shí)現(xiàn)凝并分離。

凝并分離是指：一部分凝并分離后的微細(xì)顆粒物由篩孔10進(jìn)入收集器7，再經(jīng)收集器7底部的排放口8排出；剩余凝并的微細(xì)顆粒從煙氣出口9排出，進(jìn)行后續(xù)處理。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

1、撞擊流與相變凝并兩者相互促進(jìn)，能耗低、凝并效率高。含塵煙氣在高壓旋流區(qū)3與旋流霧化聲波湍流器2產(chǎn)生的濕飽和蒸汽相撞擊，撞擊流強(qiáng)化了微細(xì)顆粒與濕飽和蒸汽間的混合與凝并，濕飽和蒸汽中的蒸汽迅速在微細(xì)顆粒表面發(fā)生凝結(jié)，表面凝結(jié)有水膜的微細(xì)顆粒在撞擊的過程中進(jìn)一步碰撞凝并長大，兩者作用相互促進(jìn)。

2、聲波凝并與相變凝并兩者相互促進(jìn)，能耗進(jìn)一步降低，凝并效率進(jìn)一步提高。高壓射流高速通過旋流霧化聲波湍流器2時(shí)，使旋流霧化聲波湍流器2產(chǎn)生的聲波隨濕飽和蒸汽一同進(jìn)入凝并裝置，由于聲波對微細(xì)顆粒具有匯聚作用，在波節(jié)點(diǎn)的位置顆粒數(shù)濃度高，提供了大量可凝結(jié)的顆粒表面，有利于過飽和蒸汽在其表面凝結(jié)長大，長大后的液滴與煙氣中微細(xì)顆粒形成寬粒徑分布則又促進(jìn)微細(xì)顆粒間的聲波凝并，兩種作用相互促進(jìn)。

3、相變凝并與湍流凝并兩者相互促進(jìn)，能耗繼續(xù)降低、凝并效率繼續(xù)提高。由于濕飽和蒸汽沿切圓方向噴出，使得煙氣在旋流凝并區(qū)4內(nèi)跟隨高速旋轉(zhuǎn)的濕飽和蒸汽作快速螺旋向前運(yùn)動(dòng)，并且在螺旋向前運(yùn)動(dòng)的過程中煙氣與濕飽和蒸汽相互卷吸混合，煙氣中的微細(xì)顆粒由于受到離心力的作用而向凝并裝置內(nèi)壁靠攏，使得凝并裝置內(nèi)壁附近的區(qū)域成為一個(gè)顆粒高濃度區(qū)，高濃度的旋流區(qū)提供了大量可凝結(jié)的顆粒表面，有利于過飽和水汽在其表面凝結(jié)長大，長大后表面凝結(jié)有水膜的微細(xì)顆粒充當(dāng)收集核，與其發(fā)生碰撞的微細(xì)顆粒則很容易被黏附在其表面促進(jìn)微細(xì)顆粒凝并長大，兩種作用相互促進(jìn)。

4、在旋流凝并區(qū)內(nèi)壁附近的區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)顆粒高濃度區(qū)，強(qiáng)化了微細(xì)顆粒的凝并效果。由于濕飽和蒸汽沿切圓方向噴出，使得煙氣在旋流凝并區(qū)4內(nèi)跟隨高速旋轉(zhuǎn)的濕飽和蒸汽作快速螺旋向前運(yùn)動(dòng)，煙氣中的微細(xì)顆粒由于受到離心力的作用而向凝并裝置內(nèi)壁靠攏，使得旋流凝并區(qū)內(nèi)壁附近的區(qū)域成為一個(gè)顆粒高濃度區(qū)，高濃度的旋流區(qū)增大了微細(xì)顆粒間發(fā)生碰撞而凝并的機(jī)率，強(qiáng)化了微細(xì)顆粒的凝并效果。

5、煙氣快速繞流凝并擾流子5，強(qiáng)化了微細(xì)顆粒的湍流凝并效果。由于濕飽和蒸汽沿切圓方向噴出，使得煙氣在旋流凝并區(qū)4內(nèi)跟隨高速旋轉(zhuǎn)的濕飽和蒸汽作快速螺旋向前運(yùn)動(dòng)，煙氣作旋流運(yùn)動(dòng)的軌線遠(yuǎn)大于作直線運(yùn)動(dòng)的跡線，使得在同等的進(jìn)氣條件下，煙氣作旋流運(yùn)動(dòng)繞流凝并擾流子5的速度遠(yuǎn)大于作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度，繞流速度越大，產(chǎn)渦效果越好，湍流凝并效率越高。

6、煙氣繞流凝并擾流子5時(shí)產(chǎn)生的渦流沿氣流方向螺旋向前運(yùn)動(dòng)，流場的湍流強(qiáng)度得到有效地提高，強(qiáng)化了微細(xì)顆粒的湍流凝并效果。

7、所述雙層筒體6中的內(nèi)筒體上均勻分布多個(gè)篩孔10，外筒體為封閉不銹鋼圓柱，部分凝并分離后的微細(xì)顆粒物由篩孔10進(jìn)入外筒體，經(jīng)收集器7收集，再由排放口8排出，以此脫除煙氣中的部分微細(xì)顆粒，達(dá)到煙氣初步凈化的效果。

8、旋流霧化聲波湍流器2產(chǎn)生的濕飽和蒸汽中的微細(xì)湍流液滴，其粒徑主要為50～80μm，該粒徑的微細(xì)湍流液滴進(jìn)入凝并裝置中，在無需額外提供能耗的前提下能進(jìn)一步提高微細(xì)顆粒的凝并效率。

9、高壓射流經(jīng)旋流霧化聲波湍流器2時(shí)產(chǎn)生一定頻率和聲壓級的聲波，與通過外加聲源產(chǎn)生聲波相對比，簡化了凝并裝置。

10、高壓射流經(jīng)旋流霧化聲波湍流器2時(shí)由于節(jié)流、降溫、降壓的作用產(chǎn)生一定壓力、溫度和干度的濕飽和蒸汽，減少了直接生產(chǎn)高壓高溫蒸汽的能耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為高壓旋流區(qū)3的圓周面，沿切圓方向噴射的旋流霧化聲波湍流器2布置示意圖。

圖3為旋流凝并區(qū)4的圓周面，凝并擾流子5的擾流示意圖。

圖4為雙層筒體6中的內(nèi)筒，內(nèi)筒上均勻分布多個(gè)篩孔10的分布示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。

實(shí)施例

如圖1至4所示。本發(fā)明公開了一種切圓旋流霧化與聲波作用凝并微細(xì)顆粒物裝置，包括如下部件：

雙層筒體6；雙層筒體6前后端分別為煙氣進(jìn)口1、煙氣出口9；

沿雙層筒體6內(nèi)壁面陣列分布的凝并擾流子5；陣列分布在雙層筒體6內(nèi)壁面的凝并擾流子5形成旋流凝并區(qū)4；

在雙層筒體6的煙氣進(jìn)口1端的內(nèi)壁面，陣列并切圓方式布置有多個(gè)旋流霧化聲波湍流器2；旋流霧化聲波湍流器2圍成的截面區(qū)域，形成高壓旋流區(qū)3；旋流霧化聲波湍流器2噴射的是高壓射流；含塵余熱煙氣進(jìn)入高壓旋流區(qū)3對高壓射流進(jìn)行加熱；

含塵余熱煙氣由煙氣進(jìn)口1進(jìn)入高壓旋流區(qū)3時(shí)，與旋流霧化聲波湍流器2產(chǎn)生的濕飽和蒸汽在聲波的作用下沿切圓方向有運(yùn)動(dòng)并相互撞擊，并以切圓的方式螺旋向前運(yùn)動(dòng)進(jìn)入旋流凝并區(qū)4，在與凝并擾流子5碰撞后形成渦流；含塵余熱煙氣微細(xì)顆粒物在聲波、相變和湍流的相互耦合作用下，實(shí)現(xiàn)凝并分離。

雙層筒體6的內(nèi)筒為由陣列貫穿分布的篩孔10構(gòu)成；在雙層筒體6的下方設(shè)有一收集器7；

濕飽和蒸汽夾帶的含塵余熱煙氣中的顆粒，在與凝并擾流子5碰撞后形成渦流，含塵余熱煙氣微細(xì)顆粒物在聲波、相變和湍流的相互耦合作用下，一部分凝并分離后的微細(xì)顆粒物由篩孔10進(jìn)入收集器7，再經(jīng)收集器7底部的排放口8排出，以此脫除煙氣中的部分微細(xì)顆粒，達(dá)到煙氣初步凈化的效果。剩余凝并的微細(xì)顆粒從煙氣出口9排出，進(jìn)行后續(xù)處理。

所述煙氣進(jìn)口1和煙氣出口9的截面面積小于雙層筒體6的截面面積；

煙氣進(jìn)口1和煙氣出口9與雙層筒體6采用漸縮過渡連接。

本發(fā)明旋流凝并區(qū)4周向分布的多層凝并擾流子5，當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)的濕飽和蒸汽帶動(dòng)煙氣以切圓的方式快速繞流凝并擾流子5時(shí)，沿螺旋方向產(chǎn)生一系列尺度不一的渦流，產(chǎn)生的渦流螺旋運(yùn)動(dòng)提高了湍流強(qiáng)度，強(qiáng)化了湍流凝并效果；且由于氣流在旋流凝并區(qū)4內(nèi)螺旋向前運(yùn)動(dòng)，在同等條件下，與直線運(yùn)動(dòng)相比運(yùn)動(dòng)跡線大大地增長，氣流繞流速度極大的提高，速度的提高強(qiáng)化了湍流凝并效果。微細(xì)顆粒物在撞擊及渦流作用下，產(chǎn)生凝并分離。

如上所述。本發(fā)明在微細(xì)顆粒表面凝結(jié)所用的蒸汽是利用高壓射流高速通過旋流霧化聲波湍流器時(shí)的節(jié)流、降壓、降溫作用產(chǎn)生的濕飽和蒸汽提供的，減少直接生產(chǎn)高壓高溫蒸汽的能耗；同時(shí)，利用高壓射流沖擊旋流霧化聲波湍流器時(shí)產(chǎn)生的聲波對微細(xì)顆粒物進(jìn)行凝并，與利用外在聲源產(chǎn)生聲波相對比，簡化了微細(xì)顆粒凝并裝置。采用了旋流霧化聲波湍流器噴射的濕飽和蒸汽與含塵煙氣相撞擊，利用撞擊流促進(jìn)濕飽和蒸汽與微細(xì)顆粒的混合凝并，有效地強(qiáng)化了蒸汽在微細(xì)顆粒表面的凝結(jié)和促進(jìn)表面凝結(jié)有水膜的微細(xì)顆粒進(jìn)一步碰撞長大。

由于濕飽和蒸汽沿切圓方向旋流噴出，使煙氣與濕飽和蒸汽相互卷吸混合，并沿著旋流凝并區(qū)的內(nèi)圓周方向螺旋向前，煙氣中的微細(xì)顆粒由于受到離心力的作用向旋流凝并區(qū)內(nèi)壁靠攏，旋流凝并區(qū)內(nèi)壁附近成為一個(gè)顆粒高濃度區(qū)，高濃度的旋流區(qū)增大了顆粒間發(fā)生碰撞而凝并的機(jī)率，強(qiáng)化了顆粒的凝并效應(yīng)。

本發(fā)明在保證煙氣軸向流速不變或減少的情況下，增大了圓周速度，并以螺旋運(yùn)動(dòng)的方式快速繞流凝并擾流子，在凝并擾流子后面產(chǎn)生一系列螺旋運(yùn)動(dòng)的渦流，強(qiáng)化了湍流強(qiáng)度。湍流強(qiáng)度的增強(qiáng)和繞流速度的提高，都能強(qiáng)化湍流凝并的效果。

由于旋流霧化聲波湍流器產(chǎn)生的濕飽和蒸汽中的微細(xì)湍流液滴粒徑主要為50～80μm，該粒徑的微細(xì)湍流液滴進(jìn)入凝并裝置中，在無需額外提供能耗的前提下能進(jìn)一步提高微細(xì)顆粒的凝并效率。

本發(fā)明雙層筒體，外筒為封閉不銹鋼圓柱，內(nèi)筒為不銹鋼篩網(wǎng)，由陣列分布的若干個(gè)篩孔構(gòu)成。外筒與內(nèi)筒之間具有間隙。部分凝并分離后的微細(xì)顆粒物通過篩孔進(jìn)入收集器收集，再由排放口排出，以此脫除煙氣中的部分微細(xì)顆粒，達(dá)到煙氣初步凈化的效果。

本發(fā)明切圓旋流霧化與聲波作用凝并微細(xì)顆粒物的方法，可通過如下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一：高壓射流流經(jīng)旋流霧化聲波湍流器2的過程中，在旋流霧化聲波湍流器2節(jié)流、降壓、降溫的作用下，產(chǎn)生濕飽和蒸汽；

步驟二：高壓射流流經(jīng)旋流霧化聲波湍流器2過程中，旋流霧化聲波湍流器2產(chǎn)生頻率范圍為1-10khz、聲壓級范圍為130-158db的聲波，產(chǎn)生的聲波隨濕飽和蒸汽一同進(jìn)入微細(xì)顆粒凝并裝置；

步驟三：含塵余熱煙氣流經(jīng)煙氣進(jìn)口1進(jìn)入高壓旋流區(qū)3與旋流霧化聲波湍流器2噴出的濕飽和蒸汽相遇時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)沿切圓方向相互撞擊與混合的作用，撞擊流強(qiáng)化了微細(xì)顆粒與濕飽和蒸汽間的混合與凝并，接著由高壓旋流區(qū)3中心射向旋流凝并區(qū)4進(jìn)入旋流凝并區(qū)4；

在旋流凝并區(qū)4內(nèi)跟隨旋轉(zhuǎn)的濕飽和蒸汽作快速螺旋向前運(yùn)動(dòng)，并且在螺旋向前運(yùn)動(dòng)的過程中與濕飽和蒸汽相互卷吸混合，含塵余熱煙氣中的微細(xì)顆粒由于受到離心力的作用而向旋流凝并區(qū)4方向繼續(xù)螺旋前進(jìn)，與此同時(shí)，在凝并擾流子5的擾流作用下產(chǎn)生渦流，含塵余熱煙氣中夾帶的微細(xì)顆粒物在聲波、相變和湍流的相互耦合作用下實(shí)現(xiàn)凝并分離。

凝并分離是指：一部分凝并分離后的微細(xì)顆粒物由篩孔10進(jìn)入收集器7，再經(jīng)收集器7底部的排放口8排出；剩余凝并的微細(xì)顆粒從煙氣出口9排出，進(jìn)行后續(xù)處理。以此脫除煙氣中的部分微細(xì)顆粒，達(dá)到煙氣初步凈化的效果。

本發(fā)明雙層筒體不僅適合圓柱形結(jié)構(gòu)，也適應(yīng)矩形或其它截面形狀。

如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。

本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。