CN107796177A - 一种微波加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波加热装置，所述微波加热装置包括上封头、壳体和下封头，上封头上设置进料口，下封头设置出料口，所述壳体内设置若干个振动床，若干个振动床在壳体内由上而下呈之字形多层交错排列，振动床通过连动杆与振动器连接，每个振动床上方均设置微波发射器，所述微波发射器包括一个以上的波导管，所述波导管从壳体一端水平穿过壳体至另一端，所述壳体外的波导管的两端分别与磁控管连接，壳体内的波导管设置馈口。本发明微波加热装置，采用微波非相干功率合成技术，实现了快速加热、快速干燥，提高了微波能转化为热能的效率，具有干燥彻底、清洁环保、节能降耗、易于规模放大等优点。

Description

一种微波加热装置

技术领域

本发明属于能源化工领域，具体地说涉及一种微波加热装置。

背景技术

中国能源资源的基本特点是"富煤、缺油、少气"。在世界己探明的能源储量中，我国煤炭约占世界总量的13.5%，石油占1.3%，天然气占1.1%。煤炭是我国的主要能源，长期以来占一次能源消费总量的70%左右，并且在未来相当长的时期内，仍将在我国的能源结构中占主导地位。占我国已探明煤炭储量（10200亿吨）55%以上的低阶煤（褐煤/次烟煤）煤化程度低，蕴藏其中的挥发分相当于1000亿吨的油气资源。低阶煤具有储量丰富、开采成本低、市场价格低廉等优势，但由于低阶煤具有水分高（20%～50%）、挥发分高、热值低、热稳定性差、易风化和自燃的特点，不利于长距离输送和贮存，只能就地加工转化。低阶煤直接燃烧的热效率较低，且温室气体的排放量也很大，难以大规模开发利用。此外，低阶煤作为原料转化利用也受到限制，低阶煤液化、干馏和气化都需要把煤中水分降至10%以下。随着煤炭开采规模的不断扩大，低阶煤产地对煤炭的消耗有限，低阶煤直接长距离运输不经济且不安全，从运输成本和燃烧热值方面考虑，低阶煤需要在干燥提质后才能运输到用户。

目前国内外煤炭干燥技术大多处于试验研究和工程化初始应用阶段，各种不同的低阶煤干燥技术也都存在明显缺陷，稳定运行问题是困扰这些工艺规模应用的主要原因之一。现有煤炭干燥技术大多使用如滚筒式干燥、沸腾床干燥、带式干燥等方法，这些干燥方法所使用的干燥装置结构复杂，效率低，干燥程度差。例如，沸腾床干燥中煤炭粒度受到限制，滚筒式干燥机或转筒干燥装置用于原煤干燥，体积庞大，占地面积大，进口热风温度高，损失煤的挥发份，粉尘大，易爆炸，安全性差，生产能力低。

专利CN102261822A公开了一种微波流化干燥褐煤的装置，包括微波加热室和设在微波加热室底部并与其连通的流化床，微波发生装置设置在炉壳侧面，该方法存在干燥过程中蒸发出的水分难以迅速带出，微波穿透含水褐煤的深度有限，难以保证干燥的均匀性和深度干燥，不能实现大批量生产，并且也没有考虑微波辐射不均匀及多个磁控管发出的电磁波相互干涉抵消等问题。

以上公知的技术方案都存在装置投资大、设备工艺复杂、干燥效率低、能耗高、不能深度干燥等这样或那样的问题，致使难以实现大规模化的煤炭干燥。从煤炭干燥提质技术的应用情况看，目前尚缺少工程应用与经济性等方面均完善的工艺与技术。因此，可大型化的、现场操作简单、性能稳定的高效低阶煤干燥提质技术一直是研究与开发的主要方向。

发明内容

针对现有干燥技术存在的问题，本发明提供一种微波加热装置，采用微波非相干功率合成技术，实现了快速加热、快速干燥，提高了微波能转化为热能的效率，具有干燥彻底、清洁环保、节能降耗、易于规模放大等优点。

本发明提供一种微波加热装置，所述微波加热装置包括上封头、壳体和下封头，上封头上设置进料口，下封头设置出料口，所述壳体内设置若干个振动床，若干个振动床在壳体内由上而下呈之字形多层交错排列，振动床通过连动杆与振动器连接，每个振动床上方均设置微波发射器，所述微波发射器包括一个以上的波导管，所述波导管从壳体一端水平穿过壳体至另一端，所述壳体外的波导管的两端分别与磁控管连接，壳体内的波导管设置馈口。

本发明所述微波加热装置中，所述加热装置的壳体的横截面的形状为圆形、矩形、椭圆形或正多边形，优选为圆形或矩形，最优选为圆形。

本发明所述微波加热装置中，所述振动床的横截面的面积小于微波加热装置壳体的横截面的面积，所述振动床的横截面的形状与微波加热装置壳体的横截面的形状相似。

本发明所述微波加热装置中，所述微波发射器设置一个以上的波导管，优选设置2～12个，最优选设置3～5个。当设置2个以上波导管时，波导管可以采用任何方式设置，如可以为彼此平行排列设置，或者交叉排列设置；当采用平行排列设置时，可以是等间距平行排列，也可以是非等间距平行排列。当彼此交叉排列时，可以为十字形、井字形、米字型、丰字形、星形方式排列中的一种或多种。

当波导管采用平行排列设置时，所述波导管为中空管，且波导管内中间位置设置与中空管轴向方向垂直的隔板，将中空管分为两部分。所述隔板与中空管内壁采用密封设置。

当波导管采用交叉排列设置时，当一根波导管与两根以上波导管有交叉关系时，只能被其中一根波导管隔开分为两段。

本发明所述微波加热装置中，相邻两层微波发射器的波导管交错设置，留有物料下落的空隙。

本发明所述微波加热装置中，所述的多个波导管的微波端环绕固定于微波加热装置的壳体外壁上呈对称分布。

本发明所述微波加热装置中，所述波导管的馈口的截面有长边和短边，相邻馈口的长边相互垂直排布。所述波导管的馈口采用聚四氟乙烯材料密封。

本发明所述微波加热装置中，所述磁控管用磁控管屏蔽罩密封。

本发明所述微波加热装置中，所述微波加热装置设置4～10层振动床，优选设置5～8层，最优选设置6层振动床。相邻两层振动床之间的间距可根据实际需要进行调整。所述各层振动床与微波加热装置的水平横截面的夹角为0°～45°，优选地，各层振动床与微波加热装置的水平横截面的夹角为0°～30°，更优选地，各层振动床与微波加热装置的水平横截面的夹角为0°～15°。

本发明所述微波加热装置中，所述振动器为振动电机、电磁振动器或曲柄拉杆式激振器。所述振动器位于微波加热装置外侧，所述振动床通过穿过装置上封头的连动杆与振动器连接。所述振动器的振动频率为30～1000次/分钟，优选为200～600次/分钟。

本发明所述微波加热装置中，所述壳体上设置导气孔，导气孔与导气管连接，用于将装置内部的气体排出装置外。所述导气管可以是单独的，即每个导气孔与一个导气管连接，也可以在微波加热装置的壳体外设置一个与壳体形成套筒结构的外壳体，所述壳体与外壳体之间的环隙空间为导气管。

本发明所述微波加热装置中，所述微波加热装置内振动器通过其连接的连动杆来调节振动床的倾斜角度。

本发明所述微波加热装置中，所述进料口装有锁气式给料器，所述出料口装有锁气式卸料器，锁气式给料器和锁气式卸料器均具有锁气密封功能，可防止装置外的空气进入。

本发明所述微波加热装置中，所述微波加热装置以金属材料为主体结构，由于装置内温度较高，所述振动床、连动杆、波导管受高温接触或影响的部件材质宜选用不锈钢或耐热钢材料。所选用的不锈钢或耐热钢材料再经表面合金化处理，可增加其耐温耐腐蚀性能。

本发明所述微波加热装置中，所述微波频率为0.3GHz～300GHz，微波频率优选为2450MHz或915MHz，更优选为915MHz，微波功率可调幅度为0～60 kW。

与现有技术相比较，本发明微波加热装置具有如下优点：

1、本发明微波加热装置采用微波非相干大功率合成技术用于提高加热装置内的电磁场密度，完全避免不同磁控管之间的相互干扰，并且同一根波导管两端微波源传播来的微波电磁场方向呈正交关系，彻底消除了相互干扰。本发明振动床将微波加热装置内部分割为若干个隔离腔，相邻两个隔离腔之间通过振动床隔离开来，可以避免反应腔内同一轴向方向上相邻微波源之间互相干扰。本发明通过振动床搅拌机制使加热均匀、消除加热不均而产生的局部热点，实现了物料快速加热、快速干燥、气相快速导出，提高了微波能转化为热能的效率，设备简单可靠、清洁环保、易于规模放大，可以显著降低物料的水分含量和运输成本，极大的提高物料的利用效率。本发明微波加热装置可以实现升温速度分层控制，通过调节不同振动区域的加热温度，流量，物料厚度，运动速度等参数来按规定速度升温，以适应不同加热程度的要求。

2、采用本发明所述微波加热装置，在物料加热过程中，由于床层扰动较轻，极大减少了物料磨损。物料在振动床上几乎是呈“活塞式”推进，斜线运动，延长了物料的运动路径和干燥时间，并且物料停留时间分布均匀，且料层厚度及停留时间易于控制（通过调整振动床与水平面的倾斜角度），从而使产品质量稳定、易控。

3、本发明所述微波加热装置，物料在借助机械振动在装置内逐级通过振动床，呈“之”字型自上而下流动，大大改善了物料加热过程中的透气性，减小了物料之间的阻力，提高了加热速度，并且物料层与层之间温度梯度较小，有效解决了微波加热物料时穿透深度不够的问题及微波场分布不均的问题。

4、本发明所述微波加热装置对原料粒度适应性大，对原料的粒径没有要求。高频振动可有效消除物料在下料过程中的堵塞、搭拱现象，不存在物料结块、沟流、短路等现象，下料顺畅。物料运行基本靠自身重力，减少了机械的工作量，提高了设备使用寿命。

5、本发明所述微波加热装置具有加热效果好、处理量大、无复杂传动部件、运行可靠、耗能低、封闭式运行无污染、加热效率高等优点。装置立式结构，占地面积小，单位容积处理量大，加热强度可调且大，具有较高的热量传递速率和较高的热效率。

附图说明

图1为本发明微波加热装置结构示意图。

图2、图3为本发明微波加热装置的波导管采用平行排列方式示意图。

图4、图5为本发明微波加热装置的波导管采用丰字形排列方式示意图。

图6为本发明微波加热装置的波导管采用井字形排列方式示意图。

图7为本发明微波加热装置的波导管采用十字形排列方式示意图。

图8为本发明微波加热装置的波导管采用米字型排列方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所提供的微波加热装置做进一步的说明，但并不因此而限制本发明。

本发明提供一种微波加热装置，所述微波加热装置包括上封头1、壳体2和下封头3，上封头1上设置进料口4，下封头3设置出料口5，所述壳体2内设置4～10层振动床，优选设置5～8层，最优选设置6层振动床。相邻两层振动床之间的间距可根据实际需要进行调整。所述各层振动床与微波加热装置的水平横截面的夹角为0°～45°，优选地，各层振动床与微波加热装置的水平横截面的夹角为0°～30°，更优选地，各层振动床与微波加热装置的水平横截面的夹角为0°～15°。若干个振动床6在壳体内由上而下呈之字形多层交错排列，所述振动床6通过穿过装置上封头的连动杆7与振动器8连接，所述振动器8位于微波加热装置外侧。所述振动床6的横截面的面积小于微波加热装置壳体2的横截面的面积，所述振动床6的横截面的形状与微波加热装置壳体2的横截面的形状相似，每个振动床6上方均设置微波发射器9，所述微波发射器9包括一个以上的波导管10，当设置2个以上波导管时，波导管可以采用任何方式设置，如可以为彼此平行排列设置，或者交叉排列设置；当采用平行排列设置时，可以是等间距平行排列，也可以是非等间距平行排列。当彼此交叉排列时，可以为十字形、井字形、米字型、丰字形、星形方式排列中的一种或多种。所述波导管10从壳体2一端水平穿过壳体2至另一端，所述壳体2外的波导管10的两端分别与磁控管11连接，所述磁控管用磁控管屏蔽罩密封，壳体2内的波导管10设置馈口12，所述波导管的馈口12的截面有长边和短边，相邻馈口12的长边相互垂直排布。所述波导管的馈口12采用聚四氟乙烯材料密封。相邻两层微波发射器9的波导管10交错设置，留有物料下落的空隙，所述的多个波导管10的微波端环绕固定于微波加热装置的壳体外壁上呈对称分布。所述壳体2上设置导气孔14，导气孔14与导气管13连接，用于将装置内部的气体排出装置外。所述导气管13可以是单独的，即每个导气孔14与一个导气管14连接，也可以在微波加热装置的壳体2外设置一个与壳体2形成套筒结构的外壳体，所述壳体与外壳体之间的环隙空间为导气管13。所述进料口4装有锁气式给料器，所述出料口5装有锁气式卸料器15，锁气式给料器和锁气式卸料器均具有锁气密封功能，可防止装置外的空气进入。

本发明所述微波加热装置的微波发射器9包括一个以上的波导管10，当设置2个以上波导管时，波导管可以采用任何方式设置，如可以为彼此平行排列设置，或者交叉排列设置；当采用平行排列设置时，可以是等间距平行排列，也可以是非等间距平行排列。当彼此交叉排列时，可以为十字形、井字形、米字型、丰字形、星形方式排列中的一种或多种。

如图2和图3所示，微波发射器9设置4根波导管，4根波导管采用等间距平行排列方式，所述波导管均为中空管，且波导管内中间位置设置与中空管轴向方向垂直的隔板，将中空管分为两部分。所述隔板与中空管内壁采用密封设置。

如图4和图5所示，微波发射器9设置4根波导管，4根波导管采用丰字形排列方式，三根平行设置的波导管均被与其垂直设置的第四根波导管分割为两段，且第四根波导管为中空管，且波导管内中间位置设置与中空管轴向方向垂直的隔板，将中空管分为两部分。所述隔板与中空管内壁采用密封设置。

如图6所示，微波发射器9设置4根波导管，4根波导管采用井字形排列方式，两根波导管与两根波导管交叉排列，任意一根波导管只能被其中一根波导管隔开分为两段。

如图7所示，微波发射器9设置2根波导管，2根波导管采用十字形排列，其中第一根波导管将第二根波导管分割为两段，同时第二根波导管将第一根波导管分割为两段，所述的第一根波导管与第二根波导管为中空管，且波导管内中间位置设置与中空管轴向方向垂直的隔板，将中空管分为两部分。所述隔板与中空管内壁采用密封设置。

如图8所示，微波发射器9设置6根波导管，6根波导管采用米字形排列，中间采用十字形排列的2根波导管互相分割为两段，其它四根波导管为中空管，空间位置上不相交，所述隔板位于中空管末端且与中空管轴向方向垂直。

本发明所述的微波加热装置工作过程简述如下：所述的微波加热装置共设六层振动床6，每层振动床6都相应的倾斜一定的角度，物料依靠机械振动在重力作用下逐层滚落，待处理原料从微波加热装置顶部的进料口4进入，向下滚落至第一层振动床，振动床在振动器的作用下发生高频振动，使得待处理原料在振动床上不断振动，使得表层物料料与下层物料可不断交换位置，通过每层振动床6上部设置的波导管辐射加热，使得物料在滚动下落过程中逐渐从常温升温，加热过程中产生的水蒸气等气相物质经导气孔进入导气管被抽风机抽出。按照上述方式，物料依次经过其他几层振动床的振动加热，直至滚落到第六层的振动床上，并振动下落，从底部出料口排出。

Claims (21)

1.一种微波加热装置，所述微波加热装置包括上封头、壳体和下封头，上封头上设置进料口，下封头设置出料口，所述壳体内设置若干个振动床，若干个振动床在壳体内由上而下呈之字形多层交错排列，振动床通过连动杆与振动器连接，每个振动床上方均设置微波发射器，所述微波发射器包括一个以上的波导管，所述波导管从壳体一端水平穿过壳体至另一端，所述壳体外的波导管的两端分别与磁控管连接，壳体内的波导管设置馈口。

2.按照权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述加热装置的壳体的横截面的形状为圆形、矩形、椭圆形或正多边形，优选为圆形或矩形，最优选为圆形。

3.按照权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述振动床的横截面的面积小于微波加热装置壳体的横截面的面积，所述振动床的横截面的形状与微波加热装置壳体的横截面的形状相似。

4.按照权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述微波发射器设置一个以上的波导管，优选设置2～12个，最优选设置3～5个。

5.按照权利要求4所述的微波加热装置，其特征在于：当设置2个以上波导管时，波导管彼此平行排列设置，或者交叉排列设置。

6.按照权利要求5所述的微波加热装置，其特征在于：当波导管采用平行排列设置时，采用等间距平行排列或者非等间距平行排列。

7.按照权利要求5所述的微波加热装置，其特征在于：当波导管采用彼此交叉排列时，为十字形、井字形、米字型、丰字形、星形方式排列中的一种或多种。

8.按照权利要求5所述的微波加热装置，其特征在于：当波导管采用平行排列设置时，所述波导管为中空管，且波导管内中间位置设置与中空管轴向方向垂直的隔板，将中空管分为两部分，所述隔板与中空管内壁采用密封设置。

9.按照权利要求5所述的微波加热装置，其特征在于：当波导管采用交叉排列设置时，当一根波导管与两根以上波导管有交叉关系时，只能被其中一根波导管隔开分为两段。

10.按照权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述波导管的馈口的截面有长边和短边，相邻馈口的长边相互垂直排布。

11.按照权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述磁控管用磁控管屏蔽罩密封。

12.按照权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述微波加热装置设置4～10层振动床，优选设置5～8层，最优选设置6层振动床。

13.按照权利要求1的所述的微波加热装置，其特征在于：所述各层振动床与微波加热装置的水平横截面的夹角为0°～45°，优选地，各层振动床与微波加热装置的水平横截面的夹角为0°～30°，更优选地，各层振动床与微波加热装置的水平横截面的夹角为0°～15°。

14.按照权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述振动器为振动电机、电磁振动器或曲柄拉杆式激振器。

15.按照权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述振动器位于微波加热装置外侧，所述振动床通过穿过装置上封头的连动杆与振动器连接。

16.按照权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述振动器的振动频率为30～1000次/分钟，优选为200～600次/分钟。

17.按照权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述壳体上设置导气孔，导气孔与导气管连接，用于将装置内部的气体排出装置外。

18.按照权利要求17所述的微波加热装置，其特征在于：所述导气管是单独的，即每个导气孔与一个导气管连接，或者在微波加热装置的壳体外设置一个与壳体形成套筒结构的外壳体，所述壳体与外壳体之间的环隙空间为导气管。

19.按照权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述微波加热装置内振动器通过其连接的连动杆来调节振动床的倾斜角度。

20.按照权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述进料口装有锁气式给料器，所述出料口装有锁气式卸料器。

21.按照权利要求1所述的微波加热装置，其特征在于：所述微波频率为0.3GHz～300GHz，微波频率优选为2450MHz或915MHz，更优选为915MHz，微波功率可调幅度为0～60kW。