一种提高加热效率的微波热脱附实验炉的制作方法

1.本实用新型涉及微波加热领域，特别是一种提高加热效率的微波热脱附实验炉。


背景技术：

2.随着现代化工程的推进，污染用地的修复需求大幅度增加，土壤修复的产业规模正在逐年增加。伴随土壤修复行业政策支持力度不断加大，我国热脱附修复污染土壤近年来取得了快速发展，主要依靠燃气和燃油进行加热，但存在设备投资成本高、粉尘污染控制难、污染物去除率低、使用安全风险大、运行费用高等问题，资金缺口和技术创新是目前土壤修复产业面临的两大“痛点”。
3.将微波加热技术应用于环保领域，对有机污染土壤进行热脱附，即加热具有一定厚度的土壤，使有机污染物升温、气化挥发与土壤分离，能够达到修复土壤的目的。但由于土壤的介电常数数值较低，其聚集微波能量的能力弱，即土壤中的电磁场能量密度较低，物料升温慢，影响其加热效率，增加土壤微波热脱附能耗，同时影响有机污染物去除率。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是提高土壤加热效率，降低热脱附能耗，针对现有技术的不足，提供一种提高加热效率的微波热脱附实验炉，能够有效提高土壤加热效率和有机污染物去除率。
5.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种提高加热效率的微波热脱附实验炉，包括炉体，所述炉体顶部设有炉顶，所述炉体的一个侧面设有炉门。所述炉顶为凸出结构，所述凸出结构包括一个顶面和四个斜面，所述顶面的中心点与所述炉体底面的中心点连线垂直于所述顶面；所述斜面设于所述顶面与所述炉体之间，所述顶面与所述斜面上均匀设有馈入口，所述馈入口上安装有微波源。所述炉顶设计为凸出结构，所述凸出结构包括一个顶面和四个斜面，能够在有限空间增加表面积，从而能够布置更多的微波源。微波源均匀安装在炉顶上，可以使得炉体内物料直接受到更强的微波能量辐射，且受热更均匀。
6.具体地，所述顶面上设有四个馈入口，相邻的馈入口正交设置。所述顶面上设置四个馈入口，能够使得热量更集中。正交布置能够减少微波相互干涉的影响。
7.具体地，与炉门相邻的斜面上设有两个馈入口，两个所述馈入口平行设置。在与炉门相邻的斜面上，微波源易与炉门配件干涉导致无法关闭炉门，因此平行设置馈入口。
8.具体地，与炉门不相邻的三个斜面上各设有两个馈入口，所述馈入口与所述顶面上距离最近的馈入口正交设置。每个斜面上设置两个馈入口，能够使得热量更集中。正交布置能够减少微波相互干涉的影响。
9.具体地，所述馈入口包括喇叭馈入波导和标准波导法兰。所述喇叭馈入波导的一端与炉体相连，所述喇叭馈入波导的另一端与标准波导法兰相连，所述微波源安装在所述标准波导法兰上。所述喇叭馈入波导能使微波辐射范围增大，电磁场分布更均匀；所述标准
波导法兰具有通用性，微波源安装、更换更方便。
10.具体地，所述顶面的中心点安装的有1个红外测温仪，所述炉顶上的其他位置设有至少3个红外测温仪。所述红外测温仪可以更方便地测量炉体内物料的温度。
11.具体地，所述炉体内的顶部可拆卸地装有金属环形部件。所述金属环形部件可减小微波向四周扩散，使能量更集中，同时用于加热土壤时，可提高加热土壤挥发气体收集和排放效率。
12.具体地，所述炉体内在金属环形部件的辐射区域内设有用于盛放物料盒的托盘。旋转结构带动托盘转动，可以使物料加热更均匀。
13.具体地，所述物料盒为金属物料盒。金属物料盒除了能将穿过物料的部分微波能量重新反射到物料中进行加热，同时还能够加速热传导。
14.与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型针对土壤等介质特性较差，微波吸收特性较弱的物料，将炉顶设计成凸出结构，所述凸出结构包括一个顶面和四个斜面，能够在有限空间增加表面积，从而放置更多的微波源，增加微波功率密度，微波源正交排布的方式使得电场分布更均匀，且微波源之间相互影响更小，同时在炉体内的顶部可拆卸地装有金属环形部件，使微波能量更容易集中于物料，使得加热升温速率能够大幅提升，并可提高加热土壤挥发气体收集和排放效率。
附图说明
15.图1为本实用新型一实施例中热脱附实验炉的炉顶俯视图。
16.图2为本实用新型一实施例中热脱附实验炉的炉体剖视图。
17.图3为本实用新型一实施例中热脱附实验炉的机架及炉体的侧视图。
18.图4为本实用新型一实施例中热脱附实验炉的机架及炉体示意图。
19.图5 为本实用新型一实施例中热脱附实验炉整体结构示意图。
20.图6为本实用新型一实施例中热脱附实验炉的炉顶馈入口示意图。
21.其中，1为馈入口，201、202、203、204为红外测温仪的安装点，3为保温罩，4为真空表接口，5为炉门法兰，601、602为抽排气管接口， 7为炉顶，8为金属环形部件，9为物料盒，10为托盘，11为锁紧螺母，12为旋转机构转轴，13为机架，14为微波源，15为炉门锁紧夹具，16为炉门，17为观察窗，18为炉体，19为水环真空泵，20为真空表，21为红外测温仪，22为进气口，23为抽气管，24为旋转机构，25为过滤罐，26为冷却管道，27为电控系统，28为冷水机，29为工作液处理装置，30为进出料装置，31为斜面，32为喇叭馈入波导，33为标准波导法兰，34为顶面。
具体实施方式
22.如图1、图2、图4和图6所示，本实施例中的热脱附实验炉包括炉体18，所述炉体的一个侧面设有炉门16，所述炉体18的顶部设有炉顶7，所述炉顶7包括一个顶面34和四个斜面31，所述顶面34的中心点与炉体底面的中心点连线垂直于所述顶面34，所述炉顶7为凸出结构，能够在有限空间增加表面积，从而放置更多的微波源，将更多的微波能量聚集在炉体内。所述顶面34设有四个正交排布的馈入口。每个所述斜面31设有两个馈入口，其中炉门16相邻的斜面上的两个馈入口平行于该斜面的上下底，便于开关炉门。不与炉门相邻的的其
它三个斜面上，每个馈入口与所述顶面34上距离最近的馈入口正交排布。如图6所示，所述馈入口1包括喇叭馈入波导32和标准波导法兰33。所述喇叭馈入波导32的一端与炉顶7焊接，所述喇叭馈入波导32的另一端与标准波导法兰33焊接，每个所述标准波导法兰33上安装1个微波源。
23.如图1和图6所示，所述炉顶7还设有 4个红外测温仪的安装点201、202、203和204，每个所述安装点装有1个红外测温仪，其中安装点201设于所述顶面34的中心点。为便于测量物料盒9内不同位置的物料温度，安装点202、203和204与安装点201的连线投影在所述顶面34所在平面上的线段长短均不相同。所述炉顶7还设有真空表接口4和抽排气管接口601和602。所述炉体18的外侧设有保温罩3和炉门法兰5。如图1和图3所示，所述炉门法兰5通过炉门锁紧夹具15与炉门16相连，所述炉门16上设有观察窗17。
24.如图2所示，所述炉体18内部的顶面设有金属环形部件8，所述炉体18内部的底面设有托盘10。所述托盘10用于盛放所述物料盒9，所述物料盒9为金属材质，用于盛放待加热物料。所述物料盒9在所述金属环形部件8的辐射区域内。所述金属环形部件8可拆卸，适用于更多种类的物料，所述金属环形部件8可减小微波向四周扩散，使能量更多聚集在物料盒9内，同时提高加热土壤挥发气体收集、排放效率。所述托盘10的底部与旋转机构转轴12的一端相连接，如图3所示，旋转机构转轴12的另一端连接在旋转机构24上，所述旋转机构24设于所述炉体18下方的机架上。当所述旋转机构24带动旋转机构转轴12动作，所述托盘10被带动旋转，同时所述托盘10下的螺纹套筒在螺纹连杆轴上进行上下移动，进而带动所述托盘10上下移动，所述托盘10的升降高度调定后，所述托盘10的位置由旋转托盘升降锁紧螺母11固定，所述托盘10上下移动的范围为0
‑
105mm，以便达到微波与物料最佳耦合。
25.如图5所示，本实施例中的热脱附实验炉还包括电控系统27，冷水机28，真空及排气系统和进出料装置30。所述电控系统27分别与炉体18、微波源14、红外测温仪21、水环真空泵19、变频电机、冷水机28等部件电连接。所述冷却系统包括冷水机28、工作液处理装置29、水环真空泵19、流量开关与连接管路，通过冷却管道26与相应接口连接，所述水环真空泵19通过真空管道与连接在所述抽排气管接口601、602和抽气管23上，所述冷却管道26和所述水环真空泵19设于所述炉体下方机架上。所述真空及排气系统能够有效降低有害物的挥发温度，更有利于在加热过程中气体快速排放，包括进气口22，抽气管23，过滤罐25和真空表20，所述进气口设于所述炉体18的左侧，所述抽气管23设于所述炉体18的后侧，所述过滤罐25设于所述炉体下方机架上，如图4和图1所示，所述真空表20安装在所述炉顶7的真空表接口4上。
26.所述进出料装置30由具有翻转功能的手动液压叉车改装而成，将所述物料盒9通过锁扣固定于叉车的叉板上，操作升降机构装置，将所述物料盒9放置在所述托盘10上。加热结束后，通过所述进出料装置30将所述物料盒9转运至卸料场地，将所述物料盒9内的物料倾倒出来。
27.结合上述结构说明本实施例中的热脱附实验炉的工作过程，首先打开炉门16，通过进出料装置30将装有土壤的物料盒9送入炉体18内的托盘10上，关闭炉门16并拧紧炉门锁紧夹具15。启动冷水机28，开启真空及排气系统抽真空至需要的真空值并保持这一真空度，通过真空表20确定真空值。通过手动模式或自动模式开启微波源并开始微波加热，同时启动旋转机构24，使得土壤在物料盒旋转过程中动态加热。4个红外测温仪测量物料盒内不
同位置的土壤表面温度，可分别显示实时温度或某一时间内的平均温度并进行准确控温。通过进气口22充入实验工艺所需要的气氛，加热升温过程中持续开启真空及排气系统，抽离含有污染物的挥发气体，实现土壤有机污染物的微波真空热脱附。加热结束后，关闭微波源、真空及排气系统和旋转机构24。之后打开炉门16，通过进出料装置30将物料盒9取出，将物料盒9锁紧在进出料装置的叉板上，移动至土壤收集处翻转物料盒9将土壤倾倒出来，然后可再装土壤进行下一轮土壤热脱附实验。