CN110285426A - 一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置与方法，该发明包括依次连通的送风机、燃烧膛、烟道、尾部换热器、烟气管道和引风机，燃烧膛内设置有床料和固体废弃物，床料为氧化硅，在燃烧膛的两侧设置有微波装置；本发明充分利用氧化硅的超强吸波特性以及固体废弃物自身吸波加热的特点，通过微波的加热和碳化硅的热传导双重加热方式的作用下，固体废弃物较之传统加热升温更为迅速，燃烧更彻底，该设备和方法适用性强、费用低且安全简单，有助于实验室中进行微波辅助加热固体废弃物燃烧用于研究燃烧技术的规律、机理，为后期中试试验及商业化运用提供充足的理论与数据支撑。

Description

一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置与方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物处理技术领域，更具体地说，涉及一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置与方法。
背景技术
日益增长的固体废弃物已经成为制约城市可持续发展的重要因素之一。而资源化、无害化、减容化是处理固体废弃物的最基本原则，对固体废弃物安全无害化处置的追求推动了该领域相关技术的蓬勃发展。
将微波技术与热处理联合处置固废废弃物是近年来研究的重点内容之一。微波加热具有快速均匀、能耗低、选择性强等特点，在处理高含水固体废弃物上具有传统加热所不具有的优势。但传统热处置在固体废弃物处理单量上远大于微波处置。因此，将微波加热技术与传统热处置技术有机结合起来，不仅能高效节能处置固体废弃物，且兼顾了废弃物的处理单量。但现有微波加热技术更多的是运用于生物质或废弃物的预处理或热解运用上，微波加热技术与固体废弃物联合用于研究燃烧技术的规律、机理以及相关的实验设备鲜有报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置与方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置，包括用于燃烧固体废弃物的燃烧膛、设置在所述燃烧膛前端的送风机、设置在燃烧膛内部的床料和连接在燃烧膛一侧的烟道，所述床料为氧化硅，所述烟道另一端连接有尾部换热器，所述尾部换热器另一端连接有烟气管道，所述烟气管道上设置有引风机，所述送风机与燃烧膛、烟道、尾部换热器和烟气管道依次连通，在所述燃烧膛的两侧设置有向燃烧膛辐射微波的微波装置，燃烧膛外侧设置有控制系统，送风机、尾部换热器、引风机和所述微波装置均与控制系统电性连接。
进一步地，所述微波装置包括导波腔和安装于所述导波腔上的微波发生器，所述导波腔通过石英窗口与燃烧膛连接，所述微波发生器与控制系统电性连接。
进一步地，所述送风机通过布风板与燃烧膛可拆连接，所述布风板由多孔板组成。
进一步地，所述燃烧膛的壁面包括1500型陶瓷纤维层和1260型陶瓷纤维层。
进一步地，所述燃烧膛的侧壁上设有用于二次进风的二次风入口。
进一步地，所述燃烧膛的壁面包括型陶瓷纤维层和型陶瓷纤维层。
进一步地，所述燃烧膛的膛壁上设有上部温度监测仪和侧部温度监测仪，所述燃烧膛的底部设有物料温度监测仪和床料温度监测仪，所述上部温度监测仪、侧部温度监测仪、物料温度监测仪和床料温度监测仪均与控制系统电性连接。
进一步地，所述烟道为倒“L”型结构，所述倒“L”型结构的上端与燃烧膛的上部连通，所述倒“L”型结构的上部设有水平烟道烟气分析仪，所述水平烟道烟气分析仪与控制系统电性连接。
进一步地，所述烟气管道上设有尾部烟气分析仪和尾部烟气净化器。
一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧的方法，所述方法使用了上述权利要求所述的一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置，所述方法包括如下步骤：
A，将固体废弃物与床料按比例放置于燃烧膛底部；
B，预设所述微波发生器的微波功率和微波处理时间；
C，开启送风机和引风机并调节气体流量；
D，开启微波发生器，微波辐射通过导波腔与高温石英窗口进入燃烧膛使得固体废弃物与床料快速升温，固体废弃物发生剧烈化学燃烧反应且释放出的烟气经过尾部换热器与尾部烟气净化器后，通过引风机排向大气，过程中所述上部温度监测仪、侧部温度监测仪、物料温度监测仪、床料温度监测仪、水平烟道烟气分析仪和尾部烟气分析仪的数据显示并保存在控制系统用于分析；
E，达到所述微波处理时间后，微波发生器关闭，待所述燃烧装置逐渐冷却后，关闭送风机与引风机，取出燃烬后的残余物进行物性分析。
进一步地，在固体废弃物的燃烧过程中开启或关闭二次风入口。
本发明的有益效果在于：本发明充分利用作为床料的碳化硅超强吸波特性以及固体废弃物自身吸波加热的特点，固体废弃物一方面自身进行加热，另一方面在碳化硅的热传导下进一步升温，两种加热方式的作用下，废弃物较之传统加热升温更为迅速，燃烧更彻底。该设备和方法适用性强、费用低且安全简单，有助于实验室中进行微波辅助加热固体废弃物燃烧用于研究燃烧技术的规律、机理，对固体废弃物微波辅助燃烧技术的研发，为后期中试试验及商业化运用提供充足的理论与数据支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：
图1是本发明提供的一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置的侧视剖面图；
图2是本发明提供的一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置的后视剖面图；
图3是图1中的A的截面示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1～3所示，一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置，包括用于燃烧固体废弃物14的燃烧膛4、设置在所述燃烧膛4前端的送风机1、设置在燃烧膛4内部的床料17和连接在燃烧膛4一侧的烟道23，床料17为氧化硅，本实施例中，使用的氧化硅的密度约为2～4g/m3，颗粒大小为0.2～1.5mm，烟道23另一端连接有尾部换热器10，尾部换热器10另一端连接有烟气管道22，烟气管道22上连接有引风机11，送风机1与燃烧膛4、烟道23、尾部换热器10和烟气管道22依次连通，在燃烧膛4的两侧设置有向燃烧膛4辐射微波的微波装置，燃烧膛4外侧设置有控制系统21，送风机1、尾部换热器10、引风机11和微波装置均与控制系统21电性连接。燃烧膛4下部后侧伸出物料入口41，送风机1连接在该物料入口41上，微波装置连接在燃烧膛4下部左右两侧，燃烧膛4上部连接倒置的烟道23，烟道23下端连接尾部换热器10，尾部换热器10下端连接烟气管道22，引风机11连接在烟气管道22末端，固体废弃物14和床料17放置于燃烧膛4底部，该氧化硅具有超强的吸波特性具有较好的热传导效果使得固体废弃物14被双重加热而升温更高从而使得固体废弃物14燃烧更充分，固体废弃物14在燃烧膛4内经过充分的分解燃烧，释放出的高温烟气经过烟道23、尾部换热器10和烟气管道22后，通过引风机11排向大气中，引风机11还能使燃烧膛4内保持微负压状态，避免燃烧的污染烟气泄漏，并且高温烟气经过尾部换热器10时与低温循环水换热，达到了降低烟气温度的目的。
进一步地，所述微波装置包括导波腔18和安装于所述导波腔18上的微波发生器19，导波腔18通过石英窗口20与燃烧膛4连接，微波发生器19安装在导波腔18上远离燃烧膛4的一侧避免燃烧产生的高温气体进入导波腔18而污染损害微波发生器19，所述微波发生器19与控制系统21电性连接，由控制系统21控制微波发生器19的工作，微波发生器19通过石英窗口20向燃烧膛4内微波辐射加热固体废弃物14，上述石英窗口20使得微波穿过石英窗口20无障碍辐射燃烧膛4内的床料17和固体废弃物14进行燃烧。此外，所述导波腔18由不锈钢材料制成。
进一步地，所述送风机1通过布风板2与燃烧膛4可拆卸连接，所述布风板2由多孔板组成。送风机1与布风板2设置为一个整体，该整体与燃烧膛4的物料入口41可拆卸连接，具体的连接方式为，物料入口41的内壁上设有若干卡槽，布风板2周向上的相应位置设置有若干卡块与上述卡槽配合以使送风机1与布风板2组成的整体卡接在燃烧膛4的物料入口41上，方便拆卸和安装。送风机1为离心风机，根据固体废弃物的处理量与实验要求过量空气系数，送风机1的风量在控制系统21上设置可在50～400m3/h之间变换，由多孔板组成的布风板2使得来自送风机1的空气在进入燃烧膛4之前更为均匀，保证固体废弃物14与空气的充分接触。
进一步地，燃烧膛4的壁面包括1500型陶瓷纤维层5和1260型陶瓷纤维层6，具体地，燃烧膛4的壁面由内侧的1500型陶瓷纤维层5和外侧的1260型陶瓷纤维层6组成，该两种材料分别达到了1500度和1260的耐火作用，同时还有很好的隔热作用。
进一步地，所述燃烧膛4的侧壁上设有用于二次进风的二次风入口3。本实施例中，燃烧膛4为立方体结构，二次风入口3为设置在燃烧膛4的侧壁的四个角上的喷嘴，该喷嘴连接有风机(图中未画出)，该风机与控制系统21电性连接，燃烧膛4侧壁的四个角设置为倒直角，喷嘴安装在该倒直角上，在床料17和固体废弃物14进行燃烧的过程中，可依据研究需求，开启或关闭二次风入口3，引入二次风使未完全燃烧的物料进一步燃烧，提高资源化利用效率，便于实验室中研究二次风的加入对物料燃烧性能与污染物排放特性的影响。
进一步地，所述燃烧膛4的膛壁上设有上部温度监测仪7和侧部温度监测仪8，所述燃烧膛4的底部设有物料温度监测仪15和床料温度监测仪16，所述上部温度监测仪7、侧部温度监测仪8、物料温度监测仪15和床料温度监测仪16均与控制系统21电性连接。上部温度监测仪7、侧部温度监测仪8、物料温度监测仪15和床料温度监测仪16都是K型热电偶，用于监测相应位置的温度，如超出安全温度范围，控制系统发出警报，停止微波辐射。温度监测数据均显示于控制系统21，该数据用于实验室后期对微波辅助固体废弃物燃烧技术的研发。
进一步地，所述烟道23为倒“L”型结构，所述倒“L”型结构的上端与燃烧膛4的上部连通，所述倒“L”型结构的上部设有水平烟道烟气分析仪9，所述水平烟道烟气分析仪9与控制系统21电性连接。水平烟道烟气分析仪9用于检测烟道23上部的烟气成分，检测数据保存在控制系统21，有利于后期实验室通过这些检测数据分析固体废弃物14微波辅助燃烧机理与污染物排放特性。
进一步地，所述烟气管道22上设有尾部烟气分析仪12和尾部烟气净化器13。尾部烟气分析仪12用于烟气管道22上的烟气成分检测数据保存在装置控制系统21，有利于后期实验室通过这些检测数据分析废弃物微波辅助燃烧机理与污染物排放特性。烟气管道22内的烟气经过尾部烟气净化器13，通过尾部烟气净化器13脱除烟气中NOx、SOx和HCl等酸性气体，达到环保标准后再排放至环境中。
基于上述装置，本发明还提出了一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧的方法，包括如下步骤：
A，从燃烧膛4上拆开布风板2，将固体废弃物14与床料17按比例从燃烧膛4底部的物料入口41放置于燃烧膛4底部，本实施例中，按照2∶1的比例将100g固体废弃物14与50g床料17放置于燃烧膛4底部，然后将布风板2卡接入燃烧膛4的物料入口41上固定好即可；
B，在所述控制系统21上预设所述微波发生器19微波功率和微波处理时间，本实施例中，设置的微波功率为1000w，微波处理时间为20min；
C，开启送风机1和引风机11并调节气体流量，本实施例中，将气体流量调节至100m3/h；
D，待上述气体流量稳定后，开启微波发生器19，微波辐射通过导波腔18与高温石英窗口20进入燃烧膛4，固体废弃物14与床料17快速升温，升温至着火点后固体废弃物14发生剧烈化学燃烧反应，本实施例中，燃烧温度可达800～1050℃，固体废弃物14燃烧释放出的烟气经过尾部换热器10与尾部烟气净化器13后，通过引风机11排向大气，过程中所述上部温度监测仪7、侧部温度监测仪8、物料温度监测仪15、床料温度监测仪16、水平烟道烟气分析仪9和尾部烟气分析仪12的数据实时显示并保存在控制系统21用于后期数据分析，过程中还可根据研究需要，开启或关闭二次风入口3，研究二次风的加入对物料燃烧性能与污染物排放特性的影响；
E，达到上述设定的微波处理时间后，微波发生器19关闭，待所述燃烧装置逐渐冷却至室温后，关闭送风机1和引风机11，取出燃烬后的残余物进行物性分析。
本发明充分利用作为床料17的碳化硅超强的吸波特性和固体废弃物14自身吸波加热的特点，在微波辐射下，固体废弃物14由于吸波能力较差，起始阶段处于低温，而作为床料17的碳化硅被迅速加热至高温，而后，固体废弃物一方面自身接收微波辐射进行加热，另一方面在碳化硅的热传导下进一步升温，前者的升温是由内向外，后者的升温是由外至内，两种加热方式的作用下，固体废弃物14较之传统加热升温更为迅速，燃烧更彻底。该设备通过在燃烧膛4和烟道23及烟气管道22上设置上部温度监测仪7、侧部温度监测仪8、物料温度监测仪15、床料温度监测仪16、水平烟道烟气分析仪9和尾部烟气分析仪12来记录固体废弃物燃烧过程中的各项数据，便于实验室后期利用各种数据来分析、研发微波辅助固体废弃物燃烧的规律、机理等，为后期中试试验及商业化运用提供充足的理论与数据支撑，且该设备及方法适用性强、费用低且安全简单，有利于实验室中进行固体废弃物微波辅助燃烧技术的研发。
应当理解，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置，其特征在于，包括用于燃烧固体废弃物(14)的燃烧膛(4)、设置在所述燃烧膛(4)前端的送风机(1)、设置在燃烧膛(4)内部的床料(17)和连接在燃烧膛(4)一侧的烟道(23)，所述床料(17)为氧化硅，所述烟道(23)另一端连接有尾部换热器(10)，所述尾部换热器(10)另一端连接有烟气管道(22)，所述烟气管道(22)上设置有引风机(11)，所述送风机(1)与燃烧膛(4)、烟道(23)、尾部换热器(10)和烟气管道(22)依次连通，在所述燃烧膛(4)的两侧设置有向燃烧膛(4)辐射微波的微波装置，燃烧膛(4)外侧设置有控制系统(21)，送风机(1)、尾部换热器(10)、引风机(11)和所述微波装置均与控制系统(21)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置，其特征在于，所述微波装置包括导波腔(18)和安装于所述导波腔(18)上的微波发生器(19)，所述导波腔(18)通过石英窗口(20)与燃烧膛(4)连接，所述微波发生器(19)与控制系统(21)电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置，其特征在于，所述送风机(1)通过布风板(2)与燃烧膛(4)可拆连接，所述布风板(2)由多孔板组成。
4.根据权利要求1所述的一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置，其特征在于，所述燃烧膛(4)的壁面包括1500型陶瓷纤维层(5)和1260型陶瓷纤维层(6)。
5.根据权利要求1所述的一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置，其特征在于，所述燃烧膛(4)的侧壁上设有用于二次进风的二次风入口(3)。
6.根据权利要求1～5任一项所述的一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置，其特征在于，所述燃烧膛(4)的膛壁上设有上部温度监测仪(7)和侧部温度监测仪(8)，所述燃烧膛(4)的底部设有物料温度监测仪(15)和床料温度监测仪(16)，所述上部温度监测仪(7)、侧部温度监测仪(8)、物料温度监测仪(15)和床料温度监测仪(16)均与控制系统(21)电性连接。
7.根据权利要求6所述的一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置，其特征在于，所述烟道(23)为倒“L”型结构，所述倒“L”型结构的上端与燃烧膛(4)的上部连通，所述倒“L”型结构的上部设有水平烟道烟气分析仪(9)，所述水平烟道烟气分析仪(9)与控制系统(21)电性连接。
8.根据权利要求7所述的一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置，其特征在于，所述烟气管道(22)上设有尾部烟气分析仪(12)和尾部烟气净化器(13)。
9.一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧的方法，其特征在于，所述方法使用了如权利要求7或8所述的一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧装置，所述方法包括如下步骤：
A，将固体废弃物(14)与床料(17)按比例放置于燃烧膛(4)底部；
B，预设所述微波发生器(19)的微波功率和微波处理时间；
C，开启送风机(1)和引风机(11)并调节气体流量；
D，开启微波发生器(19)，微波辐射通过导波腔(18)与高温石英窗口(20)进入燃烧膛(4)使得固体废弃物(14)与床料(17)快速升温，固体废弃物(14)发生剧烈化学燃烧反应且释放出的烟气经过尾部换热器(10)与尾部烟气净化器(13)后，通过引风机(11)排向大气，过程中所述上部温度监测仪(7)、侧部温度监测仪(8)、物料温度监测仪(15)、床料温度监测仪(16)、水平烟道烟气分析仪(9)和尾部烟气分析仪(12)的数据显示并保存在控制系统(21)用于分析；
E，达到所述微波处理时间后，微波发生器(19)关闭，待所述燃烧装置逐渐冷却后，关闭送风机(1)与引风机(11)，取出燃烬后的残余物进行物性分析。
10.根据权利要求9所述的一种实验室用的固体废弃物微波辅助燃烧的方法，其特征在于，在固体废弃物(14)的燃烧过程中开启或关闭二次风入口(3)。
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