分布越均匀，且褐煤整体的溫升越高。
[0046]在不同的波导馈口数量和分布结构条件下，褐煤的溫度分布有很大差异，基本遵 循着：波导馈口数量越多，褐煤整体溫升越高，溫度分布越均匀，微波加热均匀性越好的规 律。
[0047] 如图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值曲线所示， 随着波导馈口数量的增加，溫度场COV值整体呈递减趋势，波导馈口数量越少，溫度场COV 值越大，波导馈口数量越多，溫度场COV值越小，在波导数量很少的情况下，增加一个波导， 溫度场COV值就有明显减小，随着波导馈口的不断增多，曲线变化越小，基本趋于平缓稳 定。运就说明，基于本发明的该管道式设备，增加波导馈口的数量，能够提高微波加热的均 匀性，但当波导数量增加到8个和10个的时候，溫度场COV值分别是0. 166,0. 142,相差甚 微，依次推断若继续增加波导馈口数量，加热均匀性应该和8个馈口情况下没有太大改善， 同时我们需要考虑管道周围分布运些波导馈口的面积所限，W及考虑到节约微波能源和设 备的精简设计等方面，选择8个波导馈口，W45°等夹角阵列分布环绕在管道外围，是最优 的设计方案。
[0048]本发明所公开的管道式工业微波加热装置的主体是一个用来承装被加热固体材 料的管道，整个微波加热过程都在于将被加热固体材料匀速推进管道并从另一端推出，管 道的长度由周围分布的波导数量决定，而管道的半径则需要进一步优化。因为相比于工业 应用的装备大尺寸来说，由于微波射入加热对象时的透射深度不够，往往造成非均匀加热 的问题，但管道半径的尺寸取的太小又不便于固体材料的加热，而且不便于工业实际应用， 因此有必要确定最优的管道半径来实现均匀性较好的微波加热。
[0049] 对于管道半径的分析：
[0050] 当波导馈口数量和分布夹角的参数为：n= 8,a=45。，管道内径r分别取： 80mm，90mm，100mm，110mm，120mm，得到了微波加热被加热固体材料，运里是褐煤时，不同管 道半径条件下对应的溫度分布，
[0051] 在波导馈口数量和分布结构确定时，褐煤通过管道式装置获得微波加热后的溫度 分布趋势基本相同，当管道内径r尺寸发生变化时，褐煤获得的溫升产生了明显变化，当r =SOmm时，褐煤的溫度最大值接近400°C，随着管道内径r逐渐变大，褐煤的溫度逐渐降低， 当r= 120mm时，褐煤的溫度最大值只有16(TC，运就说明管道越小，一次通过褐煤的处理量 越小，微波能越集中，褐煤的溫升也就越高。褐煤溫度最高的区域都集中在管道中屯、处，运 是由于单个波导馈口福射的微波透射入褐煤时，该装置设计中管道周围有8个波导馈口， 褐煤纵向通过管道时，中屯、位置会有电场的叠加作用，所W中屯、位置的溫升就高于其他区 域。随着管道的半径增大，中屯、位置的溫度分布颜色与其他区域越接近，也就说明溫差越 小，整体的颜色分布也越趋于一致，也就是微波加热均匀性越好。
[0052]如图5不同管道半径所对应的溫度场COV值曲线所示：管道内径r从80mm增大到 1IOmm时，溫度场COV值呈递减趋势，当管道内径r继续增大到120mm时，溫度场COV值又有 所增加，运就说明在管道内径r小于IlOmm时，随着r的增大，溫度场COV值减小，提高了微 波加热的均匀性；而管道内径大于IlOmm后，随着r的增大，溫度场COV值增大，降低了微波 加热的均匀性。管道内径r之所W存在着IlOmm运个临界点，是因为当管道内径小于该值 时，中屯、由于电场的叠加产生的溫升过高，导致整体加热均匀性变差，而当管道内径大于该 值时，虽然中屯、溫升有所降低，但由于周围波导馈口的微波福射范围较小，在四周产生了较 大的溫差，也导致整体加热均匀性变差。综上所述，当波导馈口数量和分布参数为：n= 8， a=45°时，管道内径r取IlOmm为最优的设计方案，此时微波加热褐煤的均匀性最好。
[0053]对于移动速度的分析：
[0054]当波导馈口数量和分布参数为：n=8，a= 45。，管道内径r= 110mm。本文设 计的管道式工业微波加热装置与传统隧道式加热设备最大的不同就在于褐煤充满管道并 W匀速推进推出，在此过程中受到微波作用获得溫升，达到干燥提质的效果，那么褐煤在管 道中的移动速度是否影响微波加热的均匀性也成为了关键问题。
[0055]针对不同的平移速度，对褐煤微波加热溫度分布进行仿真分析，速度化分别取 0. 004m/s，0. 006m/s，0. 008m/s，0. 0Im/s，0. 02m/s时，出当平移速度从 0. 004m/s增大到 0. 02m/s的过程中，在不同的速度下，褐煤微波加热的均匀性并没有发生剧烈的变化，也就 是在管道式微波加热装置中，被加热物料的平移速度大小对微波加热溫度均匀性几乎没有 影响。
[0056] 如图6不同平移速度对应褐煤微波加热溫度场COV值曲线所示，当褐煤的平移速 度从0. 004m/s增大到0. 02m/s的过程中，溫度场的COV值都在0. 16左右，几乎没有变化， 运就说明当褐煤在管道式装置中的平移速度发生变化时，几乎不影响微波加热的均匀性。
[0057]W褐煤为例进行说明，当波导馈口的数量和分布，W及管道式加热装置的内径获 得了装置尺寸参数，提高了褐煤的加热均匀性，通过调节褐煤在管道中的平移速度，控制褐 煤经微波加热后的溫度范围，本发明得到褐煤W0. 008m/s的平移速度匀速通过管道式装 置，受到微波作用后的溫度分布情况。
[0058] 褐煤进入管道210mm后在第一个波导馈口方向获得溫升，进入管道340mm后在第 二个波导馈口方向获得溫升，W此类推，随着推进深度的不断增加，褐煤向前推进过程中在 各个波导馈口的方向受到微波持续作用获得溫升，直到褐煤推进到1100mm，即推出管道另 一端时，出口横截面褐煤的溫度分布趋于均匀。褐煤W恒定的速度连续通过管道时，横截面 的各个区域先后收到微波作用，依次获得溫升，最终使褐煤整体溫度趋于一致，达到其干燥 所需溫度目标值，完成整个加热过程，具有较好的均匀性。
[0059] 褐煤经该管道式工业微波加热装置加热后，溫度最小值达到110°C，最大值达到 232°C，满足褐煤干燥提质所需溫度区间。由于电场在装置中屯、位置的叠加作用，管道横截 面中屯、溫度偏高；而微波进入具有电磁损耗的材料时，电场强度迅速衰减，形成了装置边缘 到中屯、位置的溫度梯度。该加热过程得到褐煤微波加热溫度场的变异系数COV= 0. 166,溫 度场COV值相对较小即溫度离散程度小，表明该装置处理褐煤的干燥过程具有较好的加热 均匀性。
[0060] 该管道式工业微波加热装置馈入微波的总功率为80kW，褐煤吸收的功率约为 77kW，计算得到该装置处理褐煤时微波功率利用率为96. 25 %。而传统隧道式微波加热装置 效率一般在30 %左右，该管道式装置的效率较传统装置提高了约2倍左右，极大的降低了 非必要的能量消耗和浪费，对于大规模的工业应用具有重要意义。
[0061] 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1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2,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。
[0062] 当然，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员应该可W 根据本发明作出各种相应的改变和变形，但运些相应的改变和变形都应属于本发明所附的 权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 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。2. 根据权利要求1所述的管道式工业微波加热装置，其特征在于：所述微波馈入装置 为喇叭式微波馈入装置。3. 根据权利要求2所述的管道式工业微波加热装置，其特征在于：所述喇叭式馈入装 置以等间距离、等夹角间距成阵列型分布。4. 根据权利要求1-3中任意一项所述的管道式工业微波加热装置，其特征在于：还设 置有匹配层，所述匹配层设置于管道结构的内径。5. 根据权利要求4所述的管道式工业微波加热装置，其特征在于：所述喇叭式微波馈 入装置的个数是8个。6. 根据权利要求4所述的管道式工业微波加热装置，其特征在于：所述管道结构的内 径是11〇_。7. 根据权利要求5或6所述的管道式工业微波加热装置，其特征在于：所述机械设备 为具有机械手臂的推压板。
【专利摘要】本发明涉及微波工业加热领域，特别是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。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喇叭式微波馈入装置，大大提高微波辐射效率和均匀性，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。
【IPC分类】H05B6/64, H05B6/70
【公开号】CN105338677
【申请号】CN201510831109
【发明人】黄卡玛, 陈星 , 刘长军, 杨阳, 朱铧丞
【申请人】四川大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月25日