CN106984147A - 基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置，包括磁控管、用于传输微波源的矩形激励波导、用于使微波按照一定的路线传输的环形器、微波谐振腔、以及用于吸收微波谐振腔反射回来微波的水负载，所述磁控管、矩形激励波导、环形器和微波谐振腔依次连接，所述水负载与环形器连接，所述微波谐振腔内设有喷嘴天线，该喷嘴天线包括多组可移动以调整总高度的分天线，所述微波谐振腔的一端设有用于通入待处理废气的进气管，所述微波谐振腔的另一端设有用于容纳激发的微波等离子体炬的废气处理腔。本发明提出的基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置，实现了将低温等离子体技术处理废气产业化。

Description

基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，尤其涉及一种基于微波等离子体法处理废气的装置。
背景技术
随着社会的进步，低碳经济绿色环境已经成为一种共识，工业废气对环境污染不断加重，严重威胁着人类的健康，对于大气污染的治理和经济的可持续发展具有重要的意义。常见的废气处理方法主要包括药剂吸收法、活性炭吸附法、热力燃烧废气法、催化燃烧废气、氧化废气、光学催化及低温等离子体法等。其中吸收法和吸附法由于资金投入高，许多恶性气体不宜分解，效率低，容易造成二次污染，因此不利于广泛使用；热破坏法、生物处理法和冷凝法经过多年研究，已经取得很大突破，但离实际应用还有一定距离；低温等离子体法在处理废气上总体的效率高，流程短，节能省成本，是目前最有发展前景的一种工业废气处理方法。
常压微波等离子体炬是近年来发展起来的一项新技术，具有较高的电子密度和温度，设备成本低、操作简单、不需要昂贵的真空设备等优点。其基本原理是在外加电场的条件下，通过瞬间释放高强电能使有机物内部的化学键断裂、重组，转变成无害或危害较小的小分子物质。电场和电子加在一起产生的高能电子在低温等离子体分解废气时起决定性的作用，高能电子能与有机废气中的氮氧化合物、硫化氢、硫醇等充分进行反应，最终达到净化废气的目的。
但是，目前用于工业有机废气处理的常压微波等离子体炬设备几乎没有，常压微波等离子体炬设备的研发还没有实质性的进展，低温等离子体技术在废气处理上还没有完全实现工业化。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于微波等离子体法处理废气的装置，旨在将低温等离子体技术处理废气实现产业化。
为实现上述目的，本发明提供一种基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置，包括用于产生微波源的磁控管、用于传输微波源的矩形激励波导、用于使微波按照一定的路线传输的环形器、微波谐振腔、以及用于吸收微波谐振腔反射回来微波的水负载，其中，
所述磁控管、矩形激励波导、环形器和微波谐振腔依次连接，所述水负载与环形器连接，所述微波谐振腔内设有喷嘴天线，该喷嘴天线包括多组可移动以调整总高度的分天线，所述微波谐振腔的一端设有用于通入待处理废气的进气管，所述微波谐振腔的另一端设有用于容纳激发的微波等离子体炬的废气处理腔，所述喷嘴天线的尖端处容纳于废气处理腔内以激发等离子体炬。
优选地，所述磁控管的输出功率连续可调，其调节范围为0.1～3kW。
优选地，所述基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置还包括安装于微波谐振腔上的用于调整其阻抗以使微波能最大限度耦合到微波谐振腔的调整装置。
优选地，所述调整装置包括分别安装于微波谐振腔两侧的阻抗调配器和短路活塞，所述阻抗调配器的两端分别与环形器与微波谐振腔连接，所述短路活塞包括容纳于微波谐振腔内且相对于其可移动的抗流活塞，通过移动所述抗流活塞以实现微波系统的阻抗匹配。
优选地，所述阻抗调配器为三螺钉阻抗调配器。
优选地，所述进气管上设有质量流量计。
本发明提出的基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置，工作过程中微波等离子体系统由微波源产生高稳定度的微波，在喷嘴天线一端通入所需处理的废气后，微波通过传输系统后在喷嘴天线另一端激发出常压微波等离子体炬，从而实现工业废气的高效分解处理。另外，因喷嘴天线由多个分天线构成且其高度可调整，能够保证运行过程中喷嘴天线尖端部分电场集中。本基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置可以实现工业有机废气的高效分解处理，分解处理过程中通过对喷嘴天线进行有效调节，从而达到降低能量损耗的要求。本基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置具有结构简单、容易实现产业化的优点。
附图说明
图1为本发明基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置优选实施例的结构示意图；
图2为本发明基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置产生的微波谐振腔电场分布图。
图中：1：磁控管；2：水负载；3：环形器；4：三螺钉阻抗调配器；5：微波谐振腔；6：短路活塞；7：矩形激励波导；8：废气处理腔；9：进气管；10：喷嘴天线；11：常压微波等离子体炬。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1和图2，本优选实施例中，一种基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置，包括用于产生微波源的磁控管1、用于传输微波源的矩形激励波导7、用于使微波按照一定的路线传输的环形器3、微波谐振腔5、以及用于吸收微波谐振腔5反射回来微波的水负载2，其中，
磁控管1、矩形激励波导7、环形器3和微波谐振腔5依次连接，水负载2与环形器3连接，微波谐振腔5内设有喷嘴天线10，该喷嘴天线10包括多组可移动以调整总高度的分天线，微波谐振腔5的一端设有用于通入待处理废气的进气管9，微波谐振腔5的另一端设有用于容纳激发的微波等离子体炬的废气处理腔8，喷嘴天线10的尖端处容纳于废气处理腔8内以激发等离子体炬。
具体地，环形器3设有三个端口，分别与磁控管1、矩形激励波导7以及水负载2连接。环形器3的作用是使微波按照一定的路线传输，即从磁控管1发出的微波只能沿着标准矩形波导传输至微波谐振腔5，在喷嘴天线10尖端被废气吸收，而从微波谐振腔5反射回来的微波经环形器3后只能到达水负载2，并被水负载2吸收，因而能有效地保护磁控管1。磁控管1的输出功率连续可调，其调节范围为0.1～3kW。废气处理腔8为圆柱形。进气管9上设有质量流量计，以控制气体的流量。进气管9通入的工作气体可以是不同的工业有机废气。水负载2与水冷却系统连接。
喷嘴天线10位于微波谐振腔5的中心，由三个独立的可上下调节的分天线组成，呈台阶式结构。其中一分天线固定在谐振腔壁上，其余两分天线都能上下活动以调整其高度，喷嘴天线10的一端与进气口连接，另一端容纳于废气处理腔8内，微波等离子体炬在废气处理腔8内被激发。通过调节喷嘴天线10的高度，可使喷嘴天线10尖端处的微波电场能量最集中，从而实现工业废气的高效分解。
进一步地，本基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置还包括安装于微波谐振腔5上的用于调整其阻抗以使微波能最大限度耦合到微波谐振腔5的调整装置。具体地，调整装置包括分别安装于微波谐振腔5两侧的阻抗调配器和短路活塞6，阻抗调配器的两端分别与环形器3与微波谐振腔5连接，短路活塞6包括容纳于微波谐振腔5内且相对于其可移动的抗流活塞，通过移动抗流活塞以实现微波系统的阻抗匹配。本实施例中，阻抗调配器为三螺钉阻抗调配器4。短路活塞6为一端口元件，端口连接至微波谐振腔5，通过移动其内设的抗流活塞，从而实现微波系统的阻抗匹配。
本实施例中，通过阻抗调配器和短路活塞6来调整微波谐振腔5的阻抗匹配，使得微波谐振腔5内具有最大的微波电场能量，形成TE103模式的驻波场，即微波的反射最小，提高了能量利用率，从而保证工业废气的高效分解。
本基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置的使用原理如下：通过采用磁控管1获得2.45GHz的稳定微波，由磁控管1生的频率为2.45GHz的微波源经矩形激励波导7，沿WR-340标准矩形波导以TE10模式传输，为防止因匹配不当反射回的微波损坏磁控管1，在矩形激励波导7与微波谐振腔5之间接有一环形器3及水负载2，经过对三螺钉阻抗调配器4和短路活塞6进行调节，使得微波能最大的耦合到微波谐振腔5内，最后在喷嘴天线10尖端处激发等离子体炬，等离子体炬的强度及长度取决于微波功率及气体流量。
另外，因在微波谐振腔5其中一波导壁上设置可自由上下调节的喷嘴天线10，需要在波导壁上开孔，从而引起微波的向外辐射。因此，需要在喷嘴天线10与微波谐振腔5波导壁连接的部位，采用抗流结构设计，能有效抑制微波的向外辐射，同时能够保证调试过程中喷嘴天线10的灵活移动。
本实施例提出的基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置，工作过程中微波等离子体系统由微波源产生高稳定度的微波，在喷嘴天线10一端通入所需处理的废气后，微波通过传输系统后在喷嘴天线10另一端激发出常压微波等离子体炬11，从而实现工业废气的高效分解处理。另外，因喷嘴天线10由多个分天线构成且其高度可调整，能够保证运行过程中喷嘴天线10尖端部分电场集中。本基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置可以实现工业有机废气的高效分解处理，分解处理过程中通过对喷嘴天线10进行有效调节，从而达到降低能量损耗的要求。本基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置具有结构简单、容易实现产业化的优点。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置，其特征在于，包括用于产生微波源的磁控管、用于传输微波源的矩形激励波导、用于使微波按照一定的路线传输的环形器、微波谐振腔、以及用于吸收微波谐振腔反射回来微波的水负载，其中，
所述磁控管、矩形激励波导、环形器和微波谐振腔依次连接，所述水负载与环形器连接，所述微波谐振腔内设有喷嘴天线，该喷嘴天线包括多组可移动以调整总高度的分天线，所述微波谐振腔的一端设有用于通入待处理废气的进气管，所述微波谐振腔的另一端设有用于容纳激发的微波等离子体炬的废气处理腔，所述喷嘴天线的尖端处容纳于废气处理腔内以激发等离子体炬。
2.如权利要求1所述的基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置，其特征在于，所述磁控管的输出功率连续可调，其调节范围为0.1～3kW。
3.如权利要求1所述的基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置，其特征在于，还包括安装于微波谐振腔上的用于调整其阻抗以使微波能最大限度耦合到微波谐振腔的调整装置。
4.如权利要求3所述的基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置，其特征在于，所述调整装置包括分别安装于微波谐振腔两侧的阻抗调配器和短路活塞，所述阻抗调配器的两端分别与环形器与微波谐振腔连接，所述短路活塞包括容纳于微波谐振腔内且相对于其可移动的抗流活塞，通过移动所述抗流活塞以实现微波系统的阻抗匹配。
5.如权利要求4所述的基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置，其特征在于，所述阻抗调配器为三螺钉阻抗调配器。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的基于微波等离子体法处理工业有机废气的装置，其特征在于，所述进气管上设有质量流量计。
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