管道式工业微波加热装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及微波工业加热领域，特别是管道式工业微波加热装置。
【背景技术】
[0002] 随着现代科技的飞速发展，微波能作为一种新型的高效率、清洁能源，已广泛应用 于工业生产、日常生活等各个领域。微波加热具有"体加热"的特点体加热"是一种与被 加热物质直接作用的选择性加热方式，代替了传统加热中物质通过介质热传导获得溫升的 方法，节省了热量在介质中传导所需的时间，减少了在传导介质中的能量消耗，具有高效、 节能的特点。然而，微波加热技术在不断发展的同时，也存在着许多问题。
[0003] 在大规模的工业生产中，采用传统的"隧道式"微波加热装置对固体材料进行加热 时，存在不均匀加热、效率低的问题。微波在照射大型固体材料时，其趋肤深度远小于材料 的尺寸，造成了微波的能量只集中于材料的表面区域，导致加热不均匀；同时，由于传输带 要保持运动，而造成了材料只能填充部分的隧道空间，造成了加热效率低的问题；工业应用 中普遍要求设备能够在高溫，高压，抗腐蚀等复杂条件下工作，运就加大了微波反应器W及 微波加热腔体的要求。
[0004] 其次，传统的"隧道式"微波加热装置在加热过程中粉尘，水汽等杂质易向上扩散， 进入微波馈口损坏设备，尤其是一些在加热过程中会挥发腐蚀性气体的材料，如矿石的微 波脱硫等，更不利于使用运种设备进行工业生产。 阳〇化]由于微波波长相对较短，且固体材料内部几乎不存在自然对流，同时微波透射入 固体材料时，其趋肤深度远小于材料的尺寸，造成了微波的能量只集中于材料的表面区域， 运些因素都会导致加热不均匀的问题。
[0006] 上述运些因素带来的微波非均匀加热、效率低的问题限制了微波在工业化生产中 的应用。
[0007] 丞待出现一种可W解决上述问题的新型工业微波加热装置。
【发明内容】
[0008] 本发明提供的管道式工业微波加热装置，其目的在于提供一种微波加热效率高、 加热均匀的新型微波加热装置。
[0009] 本发明的技术方案是运样实现的：管道式工业微波加热装置，包括微波馈入装置、 加热腔，其特征在于：所述加热腔是可填充被加热固体材料的管道结构和可将被加热固体 材料推入管道结构的机械设备；所述微波馈入装置均匀设置于管道结构外部。
[0010] 优选地，所述微波馈入装置为卿趴式微波馈入装置。
[0011] 优选地，所述卿趴式馈入装置W等间距离、等夹角间距成阵列型分布。
[0012] 进一步地，还设置有匹配层，所述匹配层设置于管道结构的内径。
[0013] 优选地，所述卿趴式微波馈入装置的个数是8个。
[0014] 优选地，所述管道结构的内径是110mm。
[0015] 进一步地，所述机械设备为具有机械手臂的推压板。
[0016] 本发明提供的管道式工业微波加热装置，通过改变微波加热腔的结构，从根本上 改变微波工业加热的模式，提高加热效率；同时在管道结构成阵列型分布的卿趴式微波馈 入装置，大大提高微波福射效率和均匀性，且解决了微波工业加热不均匀的技术问题；通过 设置完美匹配层进一步提高微波加热效率，且防止粉尘、水汽等杂质进入馈口损坏设备。
【附图说明】
[0017] 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 发明的一些实施例，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 W根据运些附图获得其他的附图。
[0018] 图1 :管道式工业微波加热装置的立体结构图；
[0019] 图2:本发明的侧视图；
[0020] 图3:本发明的俯视图；
[0021] 图4 :不同波导馈口数量和分布结构对应褐煤微波加热溫度场COV值曲线；
[0022] 图5不同管道半径所对应的溫度场COV值曲线；
[0023] 图6 :不同平移速度对应褐煤微波加热溫度场COV值曲线。
[0024] 图中：1、加热腔；2、卿趴式微波馈入装置；3、匹配层。
【具体实施方式】
[0025] 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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[00%] 本发明公开的管道式工业微波加热装置，包括微波馈入装置、加热腔1，其特征在 于：所述加热腔1是可填充被加热固体材料的管道结构和可将被加热固体材料推入管道结 构的机械设备；所述微波馈入装置均匀设置于管道结构外部。
[0027] 优选地，所述微波馈入装置为卿趴式微波馈入装置2。优选地，所述卿趴式馈入装 置W等间距离、等夹角间距成阵列型分布。
[0028] 进一步地，还设置有匹配层3,所述匹配层3设置于管道结构的内径。
[0029] 优选地，所述卿趴式微波馈入装置2的个数是8个。优选地，所述管道结构的内径 是 110mm。
[0030] 进一步地，所述机械设备为具有机械手臂的推压板。
[0031] 本发明采用完全填充式管道加热方式处理固体材料，不再利用传输带运输材料， 而是将材料填充满整个管道，并通过机械设备匀速推进推出使其W恒定的速度通过加热管 道，受到微波作用获得溫升，整个加热过程管道空间得到了充分利用，提高了加热效率；采 用卿趴式结构的微波馈入装置提高福射效率和均匀性巧1]，引入完美匹配层3进一步提高 微波加热效率，且防止粉尘，水汽等杂质进入馈口损坏设备。
[0032] 图1、图2、图3分别为管道式工业微波加热装置的立体结构图、侧视图和俯视 图。如图1、图2、图3所示，该设备主体是一个高为h的金属管道，承装物料的管道内径为 110mm，用来填充被加热固体材料；管道周围环绕8个Bj22波导作为微波馈入装置，采用卿 趴式结构连接到管道上，波导W等间距离分布，俯视图中可知波导按等夹角间距成阵列型 分布。
[0033] 波导采用卿趴式结构与管道相连，主要原因在于波导采用卿趴式结构进行馈波， 能够提高微波的加热均匀性和效率：当卿趴结构的张角变大时，横截面的电场福射范围越 大，物料横截面的电场分布越均匀。当单波导直接与管道相连时，电场福射范围较小，比较 集中于馈口的位置；而当单波导采用卿趴结构与管道相连时，当加入卿趴式结构后，电场福 射范围有明显增大，在电场强度整体基本不变的情况下，使微波能量更加分散的作用于被 加热物料，进而提高了微波加热的均匀性。
[0034] 本发明的金属管道内部设置有完美匹配层3,主要目的是通过完美匹配提高被加 热固体材料的功率吸收效率，管道内部加入完美匹配层3后：空气和匹配介质交界面（界面 1)，匹配介质和被加热固体材料交界面（界面2)的入射与反射系数满足：
[0036] 其中ni、n2和n3分别为空气的波阻抗、匹配介质的波阻抗和被加热固体材料的 波阻抗。而
nW为等效波阻抗也就是匹配介质和被加热固体材料在界面1 处反射系数和透射系数的等效值，将匹配介质和相对于空气等效成一种物质来看待。而当 中间匹配层3的厚度d=A/4时，则有：
[003引若IUf=n1，则可W实现1\二0的波在界面1的全透射，因此得到了 ：
[0039]
[0040] 因此，只需要知道空气和被加热固体材料的介电常数实部既可W得到完美匹配层 3的相对介电常数，同时计算出微波在介质中的波长后，就可W计算出完美匹配层3的厚 度，对于不同的被加热固体材料，都有其对应相对介电常数和厚度的完美匹配层3。
[0041] 发明中的完美匹配层3在提高褐煤功率吸收效率的同时，还能够阻隔被加热固体 材料与管道和波导馈口的直接接触，不仅能够防止加热过程中产生的水汽、粉尘、腐蚀性气 体等杂质对管道和波导馈口的腐蚀，而且能避免运些物质进入波导内部，腐蚀设备，甚至损 坏微波源，保证了微波加热过程的安全性，也降低了工业应用时对设备的损耗。
[0042] 微波加热基本上是一个非均匀加热的过程，由于微波作用于被加热固体材料一般 均为损耗介质，在微波能透射入损耗介质的过程中，大部分能量被介质吸收，剩下小部分能 量持续透射，因此被加热固体材料对微波能的整个吸收过程是不均匀的。从加热装置的形 状、尺寸、结构等因素可W改善和提高微波加热均匀性。
[0043]微波馈入端口个数的分析：
[0044] 首先，微波馈入端口对管道式工业微波加热装置的均匀性起到了决定性的作用， 不同数量和结构的波导馈口结构下，被加热固体材料的溫度分布情况，并使用其溫度场COV 值来表征其微波加热均匀性，对比了不同数量和分布结构下的波导馈口对微波加热褐煤均 匀性的影响。根据加热均匀性结果，优化馈入端口数量和波导分布结构，从而提高了被加热 固体材料的加热均匀性。运里暂取管道内径r= 100mm，设波导馈口的数量为n，相邻波导 旋转夹角为a;
[0045]当只有一个波导馈口时，褐煤通过管道获得的加热区域非常集中，几乎只有靠近 波导口的位置产生了溫升，而其他区域没有获得很好的加热效果，但当波导馈口增加到2 个，且采取夹角为180°的对面结构进行馈入时，褐煤获得溫升的区域比一个波导口有了明 显增大，随着波导个数的增加，褐煤通过管道式工业微波加热装置后获得溫升的区域也随 之增大；波导个数增加的同时，被加热固体材料获得微波加热后横截面内各个区域的溫差 越小，运就表示溫度