本發(fā)明涉及廢氣處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于微波等離子體法處理廢氣的裝置。

背景技術(shù)：

隨著社會的進(jìn)步，低碳經(jīng)濟(jì)綠色環(huán)境已經(jīng)成為一種共識，工業(yè)廢氣對環(huán)境污染不斷加重，嚴(yán)重威脅著人類的健康，對于大氣污染的治理和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。常見的廢氣處理方法主要包括藥劑吸收法、活性炭吸附法、熱力燃燒廢氣法、催化燃燒廢氣、氧化廢氣、光學(xué)催化及低溫等離子體法等。其中吸收法和吸附法由于資金投入高，許多惡性氣體不宜分解，效率低，容易造成二次污染，因此不利于廣泛使用；熱破壞法、生物處理法和冷凝法經(jīng)過多年研究，已經(jīng)取得很大突破，但離實際應(yīng)用還有一定距離；低溫等離子體法在處理廢氣上總體的效率高，流程短，節(jié)能省成本，是目前最有發(fā)展前景的一種工業(yè)廢氣處理方法。

常壓微波等離子體炬是近年來發(fā)展起來的一項新技術(shù)，具有較高的電子密度和溫度，設(shè)備成本低、操作簡單、不需要昂貴的真空設(shè)備等優(yōu)點。其基本原理是在外加電場的條件下，通過瞬間釋放高強(qiáng)電能使有機(jī)物內(nèi)部的化學(xué)鍵斷裂、重組，轉(zhuǎn)變成無害或危害較小的小分子物質(zhì)。電場和電子加在一起產(chǎn)生的高能電子在低溫等離子體分解廢氣時起決定性的作用，高能電子能與有機(jī)廢氣中的氮氧化合物、硫化氫、硫醇等充分進(jìn)行反應(yīng)，最終達(dá)到凈化廢氣的目的。

但是，目前用于工業(yè)有機(jī)廢氣處理的常壓微波等離子體炬設(shè)備幾乎沒有，常壓微波等離子體炬設(shè)備的研發(fā)還沒有實質(zhì)性的進(jìn)展，低溫等離子體技術(shù)在廢氣處理上還沒有完全實現(xiàn)工業(yè)化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于微波等離子體法處理廢氣的裝置，旨在將低溫等離子體技術(shù)處理廢氣實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于微波等離子體法處理工業(yè)有機(jī)廢氣的裝置，包括用于產(chǎn)生微波源的磁控管、用于傳輸微波源的矩形激勵波導(dǎo)、用于使微波按照一定的路線傳輸?shù)沫h(huán)形器、微波諧振腔、以及用于吸收微波諧振腔反射回來微波的水負(fù)載，其中，

所述磁控管、矩形激勵波導(dǎo)、環(huán)形器和微波諧振腔依次連接，所述水負(fù)載與環(huán)形器連接，所述微波諧振腔內(nèi)設(shè)有噴嘴天線，該噴嘴天線包括多組可移動以調(diào)整總高度的分天線，所述微波諧振腔的一端設(shè)有用于通入待處理廢氣的進(jìn)氣管，所述微波諧振腔的另一端設(shè)有用于容納激發(fā)的微波等離子體炬的廢氣處理腔，所述噴嘴天線的尖端處容納于廢氣處理腔內(nèi)以激發(fā)等離子體炬。

優(yōu)選地，所述磁控管的輸出功率連續(xù)可調(diào)，其調(diào)節(jié)范圍為0.1～3kw。

優(yōu)選地，所述基于微波等離子體法處理工業(yè)有機(jī)廢氣的裝置還包括安裝于微波諧振腔上的用于調(diào)整其阻抗以使微波能最大限度耦合到微波諧振腔的調(diào)整裝置。

優(yōu)選地，所述調(diào)整裝置包括分別安裝于微波諧振腔兩側(cè)的阻抗調(diào)配器和短路活塞，所述阻抗調(diào)配器的兩端分別與環(huán)形器與微波諧振腔連接，所述短路活塞包括容納于微波諧振腔內(nèi)且相對于其可移動的抗流活塞，通過移動所述抗流活塞以實現(xiàn)微波系統(tǒng)的阻抗匹配。

優(yōu)選地，所述阻抗調(diào)配器為三螺釘阻抗調(diào)配器。

優(yōu)選地，所述進(jìn)氣管上設(shè)有質(zhì)量流量計。

本發(fā)明提出的基于微波等離子體法處理工業(yè)有機(jī)廢氣的裝置，工作過程中微波等離子體系統(tǒng)由微波源產(chǎn)生高穩(wěn)定度的微波，在噴嘴天線一端通入所需處理的廢氣后，微波通過傳輸系統(tǒng)后在噴嘴天線另一端激發(fā)出常壓微波等離子體炬，從而實現(xiàn)工業(yè)廢氣的高效分解處理。另外，因噴嘴天線由多個分天線構(gòu)成且其高度可調(diào)整，能夠保證運行過程中噴嘴天線尖端部分電場集中。本基于微波等離子體法處理工業(yè)有機(jī)廢氣的裝置可以實現(xiàn)工業(yè)有機(jī)廢氣的高效分解處理，分解處理過程中通過對噴嘴天線進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，從而達(dá)到降低能量損耗的要求。本基于微波等離子體法處理工業(yè)有機(jī)廢氣的裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于微波等離子體法處理工業(yè)有機(jī)廢氣的裝置優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明基于微波等離子體法處理工業(yè)有機(jī)廢氣的裝置產(chǎn)生的微波諧振腔電場分布圖。

圖中：1：磁控管；2：水負(fù)載；3：環(huán)形器；4：三螺釘阻抗調(diào)配器；5：微波諧振腔；6：短路活塞；7：矩形激勵波導(dǎo)；8：廢氣處理腔；9：進(jìn)氣管；10：噴嘴天線；11：常壓微波等離子體炬。

本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。

具體實施方式

應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

需要說明的是，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“橫向”、“縱向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，并不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

參照圖1和圖2，本優(yōu)選實施例中，一種基于微波等離子體法處理工業(yè)有機(jī)廢氣的裝置，包括用于產(chǎn)生微波源的磁控管1、用于傳輸微波源的矩形激勵波導(dǎo)7、用于使微波按照一定的路線傳輸?shù)沫h(huán)形器3、微波諧振腔5、以及用于吸收微波諧振腔5反射回來微波的水負(fù)載2，其中，

磁控管1、矩形激勵波導(dǎo)7、環(huán)形器3和微波諧振腔5依次連接，水負(fù)載2與環(huán)形器3連接，微波諧振腔5內(nèi)設(shè)有噴嘴天線10，該噴嘴天線10包括多組可移動以調(diào)整總高度的分天線，微波諧振腔5的一端設(shè)有用于通入待處理廢氣的進(jìn)氣管9，微波諧振腔5的另一端設(shè)有用于容納激發(fā)的微波等離子體炬的廢氣處理腔8，噴嘴天線10的尖端處容納于廢氣處理腔8內(nèi)以激發(fā)等離子體炬。

具體地，環(huán)形器3設(shè)有三個端口，分別與磁控管1、矩形激勵波導(dǎo)7以及水負(fù)載2連接。環(huán)形器3的作用是使微波按照一定的路線傳輸，即從磁控管1發(fā)出的微波只能沿著標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)傳輸至微波諧振腔5，在噴嘴天線10尖端被廢氣吸收，而從微波諧振腔5反射回來的微波經(jīng)環(huán)形器3后只能到達(dá)水負(fù)載2，并被水負(fù)載2吸收，因而能有效地保護(hù)磁控管1。磁控管1的輸出功率連續(xù)可調(diào)，其調(diào)節(jié)范圍為0.1～3kw。廢氣處理腔8為圓柱形。進(jìn)氣管9上設(shè)有質(zhì)量流量計，以控制氣體的流量。進(jìn)氣管9通入的工作氣體可以是不同的工業(yè)有機(jī)廢氣。水負(fù)載2與水冷卻系統(tǒng)連接。

噴嘴天線10位于微波諧振腔5的中心，由三個獨立的可上下調(diào)節(jié)的分天線組成，呈臺階式結(jié)構(gòu)。其中一分天線固定在諧振腔壁上，其余兩分天線都能上下活動以調(diào)整其高度，噴嘴天線10的一端與進(jìn)氣口連接，另一端容納于廢氣處理腔8內(nèi)，微波等離子體炬在廢氣處理腔8內(nèi)被激發(fā)。通過調(diào)節(jié)噴嘴天線10的高度，可使噴嘴天線10尖端處的微波電場能量最集中，從而實現(xiàn)工業(yè)廢氣的高效分解。

進(jìn)一步地，本基于微波等離子體法處理工業(yè)有機(jī)廢氣的裝置還包括安裝于微波諧振腔5上的用于調(diào)整其阻抗以使微波能最大限度耦合到微波諧振腔5的調(diào)整裝置。具體地，調(diào)整裝置包括分別安裝于微波諧振腔5兩側(cè)的阻抗調(diào)配器和短路活塞6，阻抗調(diào)配器的兩端分別與環(huán)形器3與微波諧振腔5連接，短路活塞6包括容納于微波諧振腔5內(nèi)且相對于其可移動的抗流活塞，通過移動抗流活塞以實現(xiàn)微波系統(tǒng)的阻抗匹配。本實施例中，阻抗調(diào)配器為三螺釘阻抗調(diào)配器4。短路活塞6為一端口元件，端口連接至微波諧振腔5，通過移動其內(nèi)設(shè)的抗流活塞，從而實現(xiàn)微波系統(tǒng)的阻抗匹配。

本實施例中，通過阻抗調(diào)配器和短路活塞6來調(diào)整微波諧振腔5的阻抗匹配，使得微波諧振腔5內(nèi)具有最大的微波電場能量，形成te103模式的駐波場，即微波的反射最小，提高了能量利用率，從而保證工業(yè)廢氣的高效分解。

本基于微波等離子體法處理工業(yè)有機(jī)廢氣的裝置的使用原理如下：通過采用磁控管1獲得2.45ghz的穩(wěn)定微波，由磁控管1生的頻率為2.45ghz的微波源經(jīng)矩形激勵波導(dǎo)7，沿wr-340標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo)以te10模式傳輸，為防止因匹配不當(dāng)反射回的微波損壞磁控管1，在矩形激勵波導(dǎo)7與微波諧振腔5之間接有一環(huán)形器3及水負(fù)載2，經(jīng)過對三螺釘阻抗調(diào)配器4和短路活塞6進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得微波能最大的耦合到微波諧振腔5內(nèi)，最后在噴嘴天線10尖端處激發(fā)等離子體炬，等離子體炬的強(qiáng)度及長度取決于微波功率及氣體流量。

另外，因在微波諧振腔5其中一波導(dǎo)壁上設(shè)置可自由上下調(diào)節(jié)的噴嘴天線10，需要在波導(dǎo)壁上開孔，從而引起微波的向外輻射。因此，需要在噴嘴天線10與微波諧振腔5波導(dǎo)壁連接的部位，采用抗流結(jié)構(gòu)設(shè)計，能有效抑制微波的向外輻射，同時能夠保證調(diào)試過程中噴嘴天線10的靈活移動。

本實施例提出的基于微波等離子體法處理工業(yè)有機(jī)廢氣的裝置，工作過程中微波等離子體系統(tǒng)由微波源產(chǎn)生高穩(wěn)定度的微波，在噴嘴天線10一端通入所需處理的廢氣后，微波通過傳輸系統(tǒng)后在噴嘴天線10另一端激發(fā)出常壓微波等離子體炬11，從而實現(xiàn)工業(yè)廢氣的高效分解處理。另外，因噴嘴天線10由多個分天線構(gòu)成且其高度可調(diào)整，能夠保證運行過程中噴嘴天線10尖端部分電場集中。本基于微波等離子體法處理工業(yè)有機(jī)廢氣的裝置可以實現(xiàn)工業(yè)有機(jī)廢氣的高效分解處理，分解處理過程中通過對噴嘴天線10進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，從而達(dá)到降低能量損耗的要求。本基于微波等離子體法處理工業(yè)有機(jī)廢氣的裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)點。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。