CN114516645A - 一种微波热解尿素方法及其控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微波热解尿素的方法，方法应用于微波尿素热解装置，涉及尿素分解技术领域，包括：获取热解腔出气口处的氨气浓度和热解腔的第一重量；确定第一重量小于或等于预设重量时，将尿素颗粒加入热解腔；根据氨气浓度调节微波源的功率，得到微波目标功率；基于目标微波功率对热解腔中的尿素进行热解。本发明实现了在对尿素的高效分解，降低了尿素分解过程中所需的能耗，节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及尿素热解技术领域，具体而言，涉及一种微波热解尿素方法及其控制系统。
背景技术
随着国家环保标准的逐渐提高，以及环保监管力度的逐年增加，电力行业的环保问题受到了广泛关注。目前脱硝的主流技术，其采用氨气作为还原剂，在催化剂的作用下，将氮氧化物还原成对大气无害的氮气和水，从而达到脱硝的目的。
尿素水解制氨技术的原理是通过热源加热一定质量浓度的尿素溶液，在一定温度和压力条件下尿素与水发生反应生成气态的NH3和CO2，其产氨量与尿素溶液的浓度、反应温度和反应停留时间正相关，其中反应温度影响最大。现有技术中心主要采用电加热或蒸汽加热的方式达到尿素分解所需的温度，从而达到分解尿素的目的。
然而，现有技术中采用电加热或水蒸气加热分解尿素的方法存在尿素分解所需温度高，导致分解过程能耗大的问题，因此，现在急需一种可以低能耗分解尿素的方法。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中采用电加热或水蒸气加热分解尿素的不足，提供一种微波热解尿素方法及其控制系统，以解决现有技术中尿素分解所需温度高，导致分解过程能耗大的问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种微波热解尿素的方法，所述方法应用于微波尿素热解装置，包括：
获取热解腔出气口处的氨气浓度和所述热解腔的第一重量；
确定所述第一重量小于或等于预设重量时，将尿素颗粒加入所述热解腔；
根据所述氨气浓度调节所述微波源的功率，得到微波目标功率；
基于目标微波功率对所述热解腔中的尿素进行热解。
可选的，所述方法还包括：
获取进气管处的风量参数；
根据所述氨气浓度控制所述进气管的进风量。
第二方面，本发明还公开了一种微波热解尿素的控制系统，所述控制系统包括获取模块、确定模块、处理模块和输出模块，
所述获取模块，用于获取热解腔出气口处的氨气浓度、所述热解腔的第一重量；
所述确定模块，用于确定所述第一重量小于或等于预设重量时，将尿素颗粒加入所述热解腔；
所述处理模块，用于根据所述氨气浓度调节所述微波源的功率，得到微波目标功率；
所述输出模块，基于目标微波功率对所述热解腔中的尿素进行热解。
第三方面，本发明还公开了一种微波热解尿素装置，包括：进风管、风机、热解腔、进料口、微波源、传感器和控制器；
其中，所述风机的一端与所述进风管连接，另一端与所述热解腔的进气口连接；所述进料口设置在所述热解腔的顶部；所述热解腔内部设置旋流板；尿素颗粒放置在所述解热腔内；所述微波源分布在所述加热腔的底部；所述传感器设置在所述热解腔的出气口；所述控制器与所述传感器连接，还与所述微波源连接。
第四方面，本发明还公开了一种电子设备，所述电子设备包括：包括处理器、存储器，所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以使所述装置执行如上述第一方面所述的微波热解尿素的方法。
第五方面，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当所述指令被执行时，使得计算机执行如上述第一方面所述的微波热解尿素的方法。
本发明的有益效果是：一种微波热解尿素方法及其控制系统，包括：获取热解腔出气口处的氨气浓度和所述热解腔的第一重量；确定所述第一重量小于或等于预设重量时，将尿素颗粒加入所述热解腔；根据所述氨气浓度调节所述微波源的功率，得到微波目标功率；基于目标微波功率对所述热解腔中的尿素进行热解。也就是说，本发明实现了在对尿素的高效分解，降低了尿素分解过程中所需的能耗，节能环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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它相关的附图。
图1为本发明一实施例提供的微波热解尿素的方法流程示意图；
图2为本发明另一实施例提供的微波热解尿素装置示意图；
图3为本发明另一实施例提供的微波热解尿素控制系统示意图；
图4为本发明另一实施例提供的微波热解尿素设备示意图。
具体实施方式
为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附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明一实施例提供的微波热解尿素的方法流程示意图；图2为本发明另一实施例提供的微波热解尿素装置示意图；图3为本发明另一实施例提供的微波热解尿素的控制系统示意图；图4为本发明另一实施例提供的微波热解尿素的设备示意图。以下将结合图1至图4，对本发明实施例所提供的基于微波水解尿素的过程进行详细说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
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。
本发明的实施例提供了微波热解尿素的方法，应用于微波热解尿素装置中。下面结合图1，对该方法包括的步骤进行具体介绍。
步骤101：获取热解腔出气口处的氨气浓度和所述热解腔的第一重量。
本发明实施例中，氨气是热解腔中的尿素颗粒基于微波热解的产物；可选的，在热解腔的出气口位置处设置浓度传感器，用于检测氨气的生成量。第一重量为热解腔中尿素的重量。
示例性的，在微波热解尿素装置启动工作之前，通过进料口将尿素颗粒加入热解腔中，并根据热解腔的重量控制加入尿素的量。
步骤102：确定所述第一重量小于或等于预设重量时，将尿素颗粒加入所述热解腔。
本发明实施例中，预设重量指的是尿素颗粒解热后剩余量，传感器实时获取热解腔内尿素的重量，控制器根据热解腔内尿素的重量确定尿素颗粒的加入时间以及加入尿素颗粒的量。
可选的，该装置中的的进气管处设置风量传感器，基于风量传感器获取进气管处的风量参数，并根据氨气浓度控制进气管的进风量。
示例性的，氨气的浓度大于预设值时，控制进气管处的风机，增大进风量；相反的，氨气的浓度小于或等于预设值时，控制进气管处的风机，减少进风量。
步骤103：根据所述氨气浓度调节所述微波源的功率，得到微波目标功率。
本发明实施例中，目标功率指的是微波作用下，尿素颗粒反应效率最高时的微波源功率，基于该微波功率对热解腔中的尿素进行热解，从而提高了尿素热解效率。
步骤104：基于目标微波功率对所述热解腔中的尿素进行热解。
需要说明的是，尿素一次热解的反应方程式为：CO(NH2)2→NH3+HNCO，进一步尿素颗粒进行二次热解，热解方程式为：HNCO+H2O→NH3+CO2。
本发明实施例中，控制器根据氨气的生成量，调节进风量，并基于目标微波功率对热解腔中的尿素颗粒进行热解。
本发明实施例中，公开的一种微波热解尿素方法，包括：获取热解腔出气口处的氨气浓度和所述热解腔的第一重量；确定所述第一重量小于或等于预设重量时，将尿素颗粒加入所述热解腔；根据所述氨气浓度调节所述微波源的功率，得到微波目标功率；基于目标微波功率对所述热解腔中的尿素进行热解。也就是说，本发明实现了在对尿素的高效分解，降低了尿素分解过程中所需的能耗，节能环保。
在另一种可行的实施例中，本发明还提供了一种微波热解尿素的装置，如图2所示，该微波热解尿素的装置，包括：进风管1、风机2、热解腔3、进料口4、微波源5、传感器6和控制器7；
其中，风机2的一端与进风管1连接，另一端与热解腔3的进气口连接；进料口4设置在热解腔3的顶部；热解腔3内部设置旋流板8；尿素颗粒放置在解热腔3内；微波源5分布在加热腔3的底部；传感器7设置在热解腔3的出气口；控制器7与传感器6连接，还与微波源5连接。
可选的，尿素颗粒放置在热解腔的放料区；放料区的顶部与旋流板连接。
本发明实施例中，热解腔3中包含尿素颗粒，尿素颗粒放置在热解腔的放料区。尿素，又称碳酰胺(carbamide)，是由碳、氮、氧、氢组成的有机化合物是一种白色晶体。
本发明实施例中，热解腔3的进气口和出气口均设置金属网。热解腔3的出入口均设置金属网，且金属网的孔径小于或等于3mm。这里，为了防止微波泄露。由于人体长期与微波辐射源距离很近时，因受到过量的辐射能量从而产生头晕、睡眠障碍、记忆力减退、心跳过缓、血压下降等现象。当微波泄漏达到1mw/cm2时，会突然感到眼花，视力下降，甚至引起白内障。为了保障用户的健康，在反应腔体的进出口设置金属网，拐角在微波的作用下，可能会产生微波放电，容易发生危险事故。金属网可以阻隔微波泄露，减少了微波对人体的伤害，提高了系统的安全性。
可选的，放料区的相对侧壁与热解腔之间设置隔热层。
本发明实施例中，隔热材料可以为不吸收微波且隔热的陶瓷或玻璃纤维。隔热材料包括上述材料，但并不限定于此，任何与此相同或类似作用的材料均可以落入本发明的保护范围。
可选的，放料区的底部与热解腔之间设置吸波体。
本发明实施例中，吸波体为V字形吸波体，从而保证良好的导波、导热且不易变形的效果。示例性的，吸波材料为石墨烯、石墨、炭黑、碳纤维、碳纳米管、铁氧体，磁性铁纳米材料以及陶瓷系吸波材料碳化硅。
可选的，微波源包括：电源、磁控管、波导和喇叭；其中，磁控管与电源，还与波导连接；喇叭与波导连接。
本发明实施例中，为了使热解腔3在微波源的作用下均匀受热，在热解腔3外壁设置多个微波源。需要说明的是，微波源在外加交变电磁场作用下，物料内极性分子极化并随外加交变电磁场极性变更而交变取向，如此众多的极性分子因频繁相互间摩擦损耗，使电磁能转化为热能。
这里，微波源包括多个，多个微波源阵列式分布在热解腔3的顶部。微波是频率在300兆赫到300千兆赫的电波，被加热介质物料中的水分子是极性分子。它在快速变化的高频点磁场作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化。造成分子的相互摩擦运动的效应，此时微波场的场能转化为介质内的热能，使物料温度升高，产生热化和膨化等一些列物化过程而达到微波加热的目的。
采用微波加热，具有以下优点：加热时间短；热能利用率高，节省能源；加热均匀；微波源易于控制，微波还能诱导催化反应的发生。
微波是由微波源产生的，微波源主要由大功率磁控管构成。磁控管是利用电子在真空中运动来完成能量变换的器件，能产生大功率的微波能，例如4250MHz的磁波管可以得到5MHz，而4250MHz速调管可得到30MHz，所以微波技术可以应用到废水处理技术领域。
可选的，装置还包括重力传感器；重力传感器与放料区连接；装置还包括风量传感器；风量传感器设置在进风管的进气口位置处；进料口与控制器连接。
本发明实施例中，重力传感器用于检测放料区内尿素的重量，并将检测到的数据实时上传至控制器，控制器确定放料区尿素的含量小于或等于预设值后，控制进料口开始加尿素颗粒；控制器还与风机连接，用于控制进气管处的风量。
相应的，控制器与微波源连接，根据热解腔3出气口处检测的氨气的浓度控制微波源的使用功率，从而降低系统能耗，达到节能的效果。
需要说明的是，尿素发生一次热解：CO(NH2)2→NH3+HNCO)，尿素进一步热解，热解方程式为：HNCO+H2O→NH3+CO2。即，尿素热解的最终产物为二氧化碳和氨气。其中，产物中的NH3密度为0.771，HNCO密度为1.14。这两种气体都比空气轻。在尿素热解过程中，热解设备腔体为不锈钢，在工作时因为不吸收微波，因此温度为室温。腔体内部应安装隔热层，防止腔体壁太冷，引起HNCO凝结，隔热层应该不吸收微波。微波吸收体应该放置在隔热层上，其形状可采用微波吸收锥形，不但增加了微波吸收效率，同时增大了比表面积。在微波吸收材料上直接添加尿素，并采用整体设备称重的方式，来判断尿素多少，并采用自动上料方式上料。尿素热解后，由外部进风带走。该结构中，隔热层和尿素层将微波吸收体加在中间，避免了外部风对其的降温作用。
本实施例公开了一种微波尿素热解装置，包括：进风管1、风机2、热解腔3、进料口4、微波源5、传感器6和控制器7；其中，风机2的一端与进风管1连接，另一端与热解腔3的进气口连接；进料口4设置在热解腔3的顶部；热解腔3内部设置旋流板8；尿素颗粒放置在解热腔3内；微波源5分布在加热腔3的底部；传感器7设置在热解腔3的出气口；控制器7与传感器6连接，还与微波源5连接。也就是说，本发明使用的微波尿素热解装置中的控制器根据传感器采集的数据，控制进风风量、微波功率、尿素上料，实现了在对尿素的高效分解，降低了尿素分解过程中所需的能耗，节能环保。
如图3所示，为本发明实施例另一实施例中提供的微波热解尿素的控制系统示意图。该装置包括：获取模块301、确定模块302、处理模块303和输出模块304，
所述获取模块301，用于获取热解腔出气口处的氨气浓度、所述热解腔的第一重量；
所述确定模块302，用于确定所述第一重量小于或等于预设重量时，将尿素颗粒加入所述热解腔；
所述处理模块303，用于根据所述氨气浓度调节所述微波源的功率，得到微波目标功率；
所述输出模块304，基于目标微波功率对所述热解腔中的尿素进行热解。
需要说明的是，本实施例中与其它实施例中相同步骤和相同内容的说明，可以参照其它实施例中的描述，此处不再赘述。
本发明实施例中，本发明中的一种微波热解尿素的控制系统，获取模块301、确定模块302、处理模块303和输出模块304，所述获取模块301，用于获取热解腔出气口处的氨气浓度、所述热解腔的第一重量；所述确定模块302，用于确定所述第一重量小于或等于预设重量时，将尿素颗粒加入所述热解腔；所述处理模块303，用于根据所述氨气浓度调节所述微波源的功率，得到微波目标功率；所述输出模块304，基于目标微波功率对所述热解腔中的尿素进行热解。也就是说，本发明中基于微波对尿素进行处理，实现了在对尿素的高效分解，降低了尿素分解过程中所需的能耗，节能环保。
图4为本发明另一实施例提供的微波热解尿素设备示意图，集成于终端设备或者终端设备的芯片。
该装置包括：存储器401、处理器402。
存储器401用于存储程序，处理器402调用存储器401存储的程序，以执行上述微波热解尿素的方法实施例。具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。
优选地，本发明还提供一种程序产品，例如计算机可读存储介质，包括程序，该程序在被处理器执行时用于执行上述方法实施例。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本发明各个实施例方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
Claims (6)
1.一种微波热解尿素的方法，所述方法应用于微波尿素热解装置，其特征在于，包括：
获取热解腔出气口处的氨气浓度和所述热解腔的第一重量；
确定所述第一重量小于或等于预设重量时，将尿素颗粒加入所述热解腔；
根据所述氨气浓度调节所述微波源的功率，得到微波目标功率；
基于目标微波功率对所述热解腔中的尿素进行热解。
2.根据权利要求1所述的微波热解尿素的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取进气管处的风量参数；
根据所述氨气浓度控制所述进气管的进风量。
3.一种微波热解尿素的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括获取模块、确定模块、处理模块和输出模块，
所述获取模块，用于获取热解腔出气口处的氨气浓度、所述热解腔的第一重量；
所述确定模块，用于确定所述第一重量小于或等于预设重量时，将尿素颗粒加入所述热解腔；
所述处理模块，用于根据所述氨气浓度调节所述微波源的功率，得到微波目标功率；
所述输出模块，基于目标微波功率对所述热解腔中的尿素进行热解。
4.一种微波热解尿素装置，其特征在于，包括：进风管、风机、热解腔、进料口、微波源、传感器和控制器；
其中，所述风机的一端与所述进风管连接，另一端与所述热解腔的进气口连接；所述进料口设置在所述热解腔的顶部；所述热解腔内部设置旋流板；尿素颗粒放置在所述解热腔内；所述微波源分布在所述加热腔的底部；所述传感器设置在所述热解腔的出气口；所述控制器与所述传感器连接，还与所述微波源连接。
5.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：包括处理器、存储器，所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以使所述装置执行如权利要求1至2中任一项所述的微波热解尿素的方法。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当所述指令被执行时，使得计算机执行如权利要求1至2中任一项所述的微波热解尿素的方法。
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- 2020-11-19 CN CN202011301282.0A patent/CN114516645A/zh active Pending
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