CN211814259U - 一种自动化废物微波处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及微波应用领域，是一种自动化废物微波处理装置，其目的在于提供一种高效充分解决废物的处理装置。本实用新型包括废物运送系统、微波源、微波裂解谐振腔、微波等离子处理系统和可燃气体燃烧室，微控制系统和供电系统，流量监测系统；阀门系统；微控制系统连接流量监测系统和阀门系统。本实用新型通过微波裂解谐振腔直接作用于固体垃圾对其进行裂解，通过微波等离子体裂解有害气体。实时监测气体流量和温度，增强了系统应用过程的稳定性和高效性；提高了能源的使用效率，并有效地降低了成本；通过设置连接可燃气体燃烧室的自供电系统，适应各种移动场景和补充用电场景，能量再利用，降低能耗。

Description

一种自动化废物微波处理装置

技术领域

本实用新型涉及微波应用领域，特别是一种自动化废物微波处理装置。

背景技术

随着垃圾产量，尤其是医疗废物的急剧增加，传统的焚烧处理方法会产生有害物质这一致命缺陷将越来越显著。近年来，随着等离子体技术的越来越成熟，等离子体因其固有的优势，接触反应充分，效率高，处理固体垃圾和废气后遗留有害物质；通过微波先热解固体垃圾，然后再利用等离子体处理热解后的有害气体，从而达到合格的排放标准；但其存在处理不自动化，处理效率低等问题。

在如地震、洪水等自然灾害中，会产生大量的除建筑垃圾以外的有害垃圾，需要对废物就地处理，避免因废物堆积而造成的二次污染，甚至传染病的传播。

亟待出现一种能够高效、可移动的、充分解决垃圾的基于微波废物处理装置。

实用新型内容

本实用新型提供的一种自动化废物微波处理装置，其目的在于提供一种高效充分解决废物的处理装置。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种自动化废物微波处理装置，包括废物运送系统、微波源、用于初步处理废物的微波裂解谐振腔、等离子处理系统和用于处理等离子处理系统裂解废气的可燃气体燃烧室，还包括微控制系统和供电系统；用于监测裂解气体流速的流量监测系统；用于控制气体流动的阀门系统；所述流量监测系统和阀门系统设置于微波裂解谐振腔与等离子处理系统之间的通路；所述供电系统连接可燃气体燃烧室；所述微控制系统连接流量监测系统和阀门系统。

进一步地，供电系统包括自供电系统和外供电系统，所述自供电系统包括内燃机；所述外供电系统包括柴油机、光伏发电设备。

进一步地，所述流量监测系统和阀门系统还设置于等离子处理系统与可燃气体燃烧室之间的通路。

进一步地，所述微控制系统包括用于接收、存储系统采集数据的数据接收单元；用于处理、对比采集的数据与阈值的数据处理单元；用于控制阀门系统的控制单元；所述数据接收单元连接流量监测系统，所述阀门控制单元连接阀门。

进一步地，还包括用于监测裂解气体温度的温度监测系统；用于冷却裂解气体的冷却系统；所述温度监测系统和冷却系统分别连接微控制系统；所述温度监测系统连接数据接收单元；所述冷却系统连接控制单元。

进一步地，还包括显示装置，所述显示装置连接微控制系统。

进一步地，还包括无线连接系统，连接微控制系统。

所述等离子处理系统包括压缩波导，所述压缩波导为两侧窄边缓慢变窄的波导；包括普通波导部、窄边为梯形的过渡波导部和窄边比普通波导窄边小的压缩波导部；所述压缩波导部宽边设置有石英玻璃管；所述石英玻璃管位置为波腹点；所述石英玻璃管连接等离子处理系统。所述过渡波导部的角度为150°。

进一步地，所述废物运送系统包括机械控制部和用于运送废物的输入传动部和用于运送残渣的输出传动部，所述输入传送部连接微波裂解谐振腔。

进一步地，还包括热能再利用装置，所述热能再利用装置通过可燃气体燃烧室连接等离子处理系统。

优选地，所述石英玻璃管还设置有通气部，所述通气部机械连接石英玻璃管，所述通气部设置有相对的两个入气口；所述压缩波导部窄边还设置有散热通孔。

进一步地，所述等离子体处理系统的工作频率为2.45GHZ+/-50MHZ。

进一步地，所述通气部还设置有加料口。

本实用新型提供的一种自动化废物微波处理装置，通过设置流量传感系统和温度传感系统，实时监测气体流量和温度，增强了系统应用过程的稳定性和高效性；减少微波源的个数、控制气体温度及流速，从而提高了能源的使用效率，并有效地降低了成本；通过设置连接可燃气体燃烧室的自供电系统，为微波裂解谐振腔和微波等离子体提供电能，适应各种移动场景和补充用电场景，能量再利用，降低能耗。本实用新型通过压缩波导结合短路面产生较大的电场强度和较高的功率密度，以有利于激发等离子体；微波裂解谐振腔直接作用于固体垃圾对其进行裂解，微波等离子体裂解了所产生的有害气体，对废物进行进一步处理。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本实用新型的模块示意图；

图2：本实用新型的控制系统电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型公开的一种自动化废物微波处理装置，包括废物运送系统、微波源、用于初步处理废物的微波裂解谐振腔、等离子处理系统和用于处理等离子处理系统裂解废气的可燃气体燃烧室，还包括微控制系统和供电系统；用于监测裂解气体流速的流量监测系统；用于控制气体流动的阀门系统；所述流量监测系统，即流量计1和阀门系统设置于微波裂解谐振腔与等离子处理系统之间的通路；所述供电系统连接可燃气体燃烧室；所述微控制系统连接流量监测系统和阀门系统。

进一步地，供电系统包括自供电系统和外供电系统，所述自供电系统包括内燃机；所述外供电系统包括柴油机、光伏发电设备。

进一步地，所述流量监测系统，即流量计2和阀门系统还设置于等离子处理系统与可燃气体燃烧室之间的通路。所述等离子处理系统可为多等离子处理器，通过流量计和阀门系统分别连接可燃气体燃烧室及微波裂解谐振腔；提高处理效率。

进一步地，所述微控制系统包括用于接收、存储系统采集数据的数据接收单元；用于处理、对比采集的数据与阈值的数据处理单元；用于控制阀门系统的控制单元；所述数据接收单元连接流量监测系统，所述阀门控制单元连接阀门。

进一步地，还包括用于监测裂解气体温度的温度监测系统；用于冷却裂解气体的冷却系统；所述温度监测系统和冷却系统分别连接微控制系统；所述温度监测系统连接数据接收单元；所述冷却系统连接控制单元。

进一步地，还包括显示装置，所述显示装置连接微控制系统。

进一步地，还包括无线连接系统，连接微控制系统。

进一步地，还包括裂解气缓存装置；设置于流量计1与等离子处理系统之间。

废物在微波裂解谐振腔裂解后，气液冷却分离，通过流量计1与温度传感器共同监测裂解气，通过微控制系统的数据处理单元判定其是否符合进入下一阶段的标准。当气体未充分冷却或气体流速过低时，核心控制器发出相应的警报提示，并关闭阀门或通过冷却系统对裂解气进行冷却，进一步降低能耗。

在裂解气缓存装置之后，流量计2起到控制裂解气流速稳定进入微波等离子体中二次裂解处理的作用，其根据实时气流情况，控制电磁阀门开合成度以达到稳定流速的作用。

本实用新型启动时，监测系统开始工作，实时监测温度与流速信息，并显示于OLED屏幕上。气体通过流速传感器，带动传感器中的转子转动，使得流速传感器产生一路脉冲信号，将脉冲信号接入控制芯片输入捕获引脚，进行识别与换算得到流速值。控制芯片在得到流速值后，与阈值进行比对判定进行进一步操作。

当流量计1监测到流速数据低于某一阈值时，表明裂解气体产生缓慢，废物即将裂解完成，此时关闭系统，以达到节约能耗的目的。

当流量计2监测到流速位于预设区间值之外时，通过反馈调节，调整电磁阀开合程度，达到控制流速区域稳定的目的，保正后端微波等离子体二次裂解气体的充分性，以保证产物的处理效率，实现绿色排放。

温度传感器用于监测冷却后的气流温度，监测并保证其充分冷却。当监测到气体温度过高未充分冷却时，发出异常警报并启动冷却系统。所述微控制系统根据温度、气体流速等数据具体判断，对功率进行实时调整，以达到最佳功率，在保证充分反应的同时，降低微波电耗。

此外，系统信息可以通过蓝牙终端实时调取，并通过蓝牙对系统进行系统参数矫正和设置。

微控制系统可以通过WIFI模块接入无线网络，上传数据至服务器，便于数据分析与远程系统控制。亦可以通过对后端编写，实现报警、智能控制等更进一步的全方位智能管理。系统对于二次开发兼容性高，有良好的功能扩展性。

所述等离子处理系统包括压缩波导，所述压缩波导为两侧窄边缓慢变窄的波导；包括普通波导部、窄边为梯形的过渡波导部和窄边比普通波导窄边小的压缩波导部；所述压缩波导部宽边设置有石英玻璃管；所述石英玻璃管位置为波腹点；所述石英玻璃管连接等离子处理系统。

进一步地，所述过渡波导部的角度为150°。

进一步地，所述废物运送系统包括机械控制部和用于运送废物的输入传动部和用于运送残渣的输出传动部，所述输入传送部连接微波裂解谐振腔。

进一步地，还包括热能再利用装置，所述热能再利用装置通过可燃气体燃烧室连接等离子处理系统。

优选地，所述石英玻璃管还设置有通气部，所述通气部机械连接石英玻璃管，所述通气部设置有相对的两个入气口；所述压缩波导部窄边还设置有散热通孔。相对的两个入气口对称地斜向上开孔，使得两股气流得以绕着石英管内壁形成螺旋式的气流，向上喷出。在石英管内壁形成气流层，有助于保护石英管不至于局部温升过快，避免造成石英管熔化或者炸裂而引起的安全隐患；达到保护石英管以及微波等离子体发生装置的目的。

进一步地，所述等离子体处理系统的工作频率为2.45GHZ+/-50MHZ。为了保证微波电场能量尽量集中，考虑在此中心频率下的单模传输条件，确定了基于BJ-22型波导的方案。为了产生较大的电场强度和较高的功率密度，以有利于激发等离子体，采用了压缩波导结合短路面的方法在特定位置形成波腹点，并在该位置打孔插入石英玻璃管，防止等离子体的高温损坏波导。

经过反复的计算机仿真和优化设计，最终确定波导参数；

当输入功率为2kW时，经过计算机数值仿真计算，最大电场强度处位于石英管内部，大小为71835V/m。

为了得出微波等离子体温度特性，同时考虑到空气成分比较复杂，采用多物理场数值计算时需要考虑的方程众多，运算量大。因此，以相对单一而常用的氩气(Ar)为载气，仿真该微波等离子体某一瞬时的电子温度的结果；由于电子温度换算为绝对温标的关系为1eV＝11600K，该等离子体电子温度高，达10⁴～10⁵℃量级。与实际实验中反应体系表观温度却仅仅几百摄氏度。这正好体现了该微波等离子体的一大特点——非平衡态等离子体(也称作低温等离子体)。这样的体系最大的优点在于电子温度非常高，足以与其它物料发生作用；而整个体系却可以保持在相对低温运行，整体能耗减少，能很好起到节能的效果

进一步地，所述通气部还设置有加料口。便于通入其它需要加入反应的气体或物料。

在应用各种将等离子体系统装置通过法兰盘，连接到环形器上；环形器的另外两个端口分别接微波源和用于提供保护的水负载，使之组成一套完整的微波系统。水负载的目的在于避免匹配不够良好等原因引起的反射波，返回到微波源内，对源造成伤害。进一步，在水负载入水口和出水口装有流速计和温度计，采集数据后，根据流速、温度差与水比热容，计算出水负载吸收的微波反射功率，当出现异常反射情况时，调整源功率或切断电源，达到精确控制与节能环保的目的。

供气方面，采用空气压缩机，通过通气部，把空气分为两路，同时从铜质通气部的左右两个进气口鼓入。调节气流到适当的大小，约100cm³/s，然后打开循环水开关，待循环水正常流出后，便可开启微波源，向整个系统馈入微波能量。

用带尖端的探针作为微波等离子体的激励装置，置于最强电场区域，利用探针的尖端集聚电场的特性使得电场进一步增大，达到电离空气成为等离子体的目的。一旦激励起微波等离子体，维持等离子体则不需要这么强的电场，完全可以撤走该探针，系统依靠馈入的微波能量，便足以维持这种激发状态。所以探针在这里只是起到了激励和引发微波等离子体的作用。这是由于，电离激发后的空气含有大量离子，本身就能起到类似导体的作用，所以就能依靠其自身维持等离子体的持续产生。

等离子体在微波的激励下，得到很好的维持。火焰呈明亮的白光，焰体呈锥状，焰高与气流大小、微波功率有着密切关系。在微波等离子体富集区，即石英管内靠近压缩波导的位置，具有很高的电子能量。与其它物料的相互作用，便主要发生在该区域。

通过本实用新型的处理，得到达到排放标准的气体和可用于其他用途的固体残渣，做到了无污染和材料的回收利用。同时还可利用生成的可燃气体来发电，促进了能源的再利用。

1.可以更有效地使用大功率微波源，减少处理的环节，节省空间和成本。

2.可以做到对材料的回收和能源的再利用。

3.在整个垃圾处理过程中，我们可以做到对环境的污染物零排放。

4.微波源功率为2.5kw的总输入功率下，设备大小可封装至小型货车大小，装置的处理量可达230.4kg/day，有较高的灾后应急处置能力。用于就地处理当天产生的废物，也避免了废物输运成本和输运过程中可能造成的高危污染物泄露。

本实用新型提供的一种自动化废物微波处理装置，通过压缩波导结合短路面产生较大的电场强度和较高的功率密度，以有利于激发等离子体；微波裂解谐振腔直接作用于固体垃圾对其进行裂解，微波等离子体裂解了所产生的有害气体，对废物进行进一步处理。本实用新型通过设置流量传感系统和温度传感系统，实时监测气体流量和温度，增强了系统应用过程的稳定性和高效性；减少微波源的个数、控制气体温度及流速，从而提高了能源的使用效率，并有效地降低了成本；通过设置连接可燃气体燃烧室的自供电系统，为微波裂解谐振腔和微波等离子体提供电能，适应各种移动场景和补充用电场景，能量再利用，降低能耗。

当然，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员应该可以根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动化废物微波处理装置，包括废物运送系统、微波源、用于初步处理废物的微波裂解谐振腔、等离子处理系统和用于处理等离子处理系统裂解废气的可燃气体燃烧室，其特征在于：

还包括微控制系统和供电系统；用于监测裂解气体流速的流量监测系统；用于控制气体流动的阀门系统；所述流量监测系统和阀门系统设置于微波裂解谐振腔与等离子处理系统之间的通路；

所述供电系统连接可燃气体燃烧室；

所述微控制系统连接流量监测系统和阀门系统。

2.根据权利要求1所述的一种自动化废物微波处理装置，其特征在于：供电系统包括自供电系统和外供电系统，所述自供电系统包括内燃机；所述外供电系统包括柴油机、光伏发电设备。

3.根据权利要求1所述的一种自动化废物微波处理装置，其特征在于：所述流量监测系统和阀门系统设置于等离子处理系统与可燃气体燃烧室之间的通路上。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种自动化废物微波处理装置，其特征在于：所述微控制系统包括用于接收、存储系统采集数据的数据接收单元；用于处理、对比采集的数据与阈值的数据处理单元；用于控制阀门系统的控制单元；

所述数据接收单元连接流量监测系统，所述控制单元连接阀门。

5.根据权利要求4所述的一种自动化废物微波处理装置，其特征在于：还包括用于监测裂解气体温度的温度监测系统；用于冷却裂解气体的冷却系统；

所述温度监测系统和冷却系统分别连接微控制系统；所述温度监测系统连接数据接收单元；所述冷却系统连接控制单元。

6.根据权利要求5所述的一种自动化废物微波处理装置，其特征在于：还包括显示装置、无线连接系统，所述显示装置连接微控制系统；所述无线连接系统连接微控制系统。

7.根据权利要求6所述的一种自动化废物微波处理装置，其特征在于：所述等离子处理系统包括压缩波导，所述压缩波导为两侧窄边缓慢变窄的波导；包括普通波导部、窄边为梯形的过渡波导部和窄边比普通波导窄边小的压缩波导部；

所述压缩波导部宽边设置有石英玻璃管；所述石英玻璃管位置为波腹点；所述石英玻璃管连接等离子处理系统；

所述过渡波导部的角度为150°。

8.根据权利要求7所述的一种自动化废物微波处理装置，其特征在于：所述废物运送系统包括机械控制部和用于运送废物的输入传动部和用于运送残渣的输出传动部，所述输入传动部连接微波裂解谐振腔。

9.根据权利要求8所述的一种自动化废物微波处理装置，其特征在于：还包括热能再利用装置，所述热能再利用装置通过可燃气体燃烧室连接等离子处理系统。

10.根据权利要求7或8或9所述的一种自动化废物微波处理装置，其特征在于：所述石英玻璃管还设置有通气部，所述通气部机械连接石英玻璃管，所述通气部设置有相对的两个入气口；所述压缩波导部窄边还设置有散热通孔。

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