一种微波光氧催化废气处理系统的制作方法

本发明属于环境保护设备与技术领域，尤其涉及一种微波光氧催化废气处理系统。

背景技术

雾霾等重污染天气频发，如何消减挥发性有机物(vocs)成为社会广泛关注的问题。汽车涂装、印刷包装、石油化工等行业被国家列为vocs重点削减行业。目前，北京、上海等多省市已从源头抓起，对vocs重点排放行业企业进行监督，促使其减少排放。由于我国vocs的研究起步较晚，特别是基于长期观测的结果还不够，尽管治理技术已与国际接轨，但vocs治理投入不够，国内装备的发展跟不上技术的需求，所使用的治理材料和装备过分追求低成本，普遍效率低。就vocs的控制技术而言，我国的主流技术包括吸附回收、催化氧化、蓄热燃烧等方法。这些技术也是国际上的主流vocs治理技术。不过，与国外vocs治理相比，我国存在整体技术差距。除了技术层面，国内外的材料和装备的使用也存在差距。目前，国内传统的有机废气处理设备处理效率低、运行成本高，以及现有微波光氧催化废弃处理系统处理效率低、排放不达标和能耗大。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种微波光氧催化废气处理系统，处理效率高、运行成本低。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种微波光氧催化废气处理系统，包括预处理模块，所述预处理模块后依次连接有前分流器、核心处理模块、后导流器、热回收器和后处理器。

进一步地，所述预处理模块包括第一风机,所述第一风机后依次连接有水洗器、过滤器和第二风机；所述第一风机用于对待处理的废气加压后使待处理的废气进入水洗器；所述第二风机用于对经水洗器和过滤器处理后的废气进行加压排气。

进一步地，所述前分流器包括一个进气端口和多个出气端口，所述多个出气端口处各设有一个风机，所述风机用于对前分流器出气端口的多路废气加压排气。

进一步地，所述核心处理模块包括预热单元，所述预热单元后还连接有微波紫外臭氧处理单元；

所述预热单元包括多个加热体，所述加热体用于给进入核心处理模块的废气进行预热升温；

所述微波紫外臭氧处理单元包括多个微波紫外臭氧发生单元，所述微波紫外臭氧发生单元包括开关电源、微波磁控管、波导管、功分结构和网状单元腔体；

所述预热单元和微波紫外臭氧处理单元均安装在气密微波屏蔽腔体内；所述多个加热体和多个微波紫外臭氧发生单元均与控制器模块电连接，通过控制器模块驱动并控制。

进一步地，所述气密微波屏蔽腔体内还设有多种传感器，所述多种传感器与控制器模块电连接；所述多种传感器包括风速传感器、气压传感器、温湿度传感器、紫外强度传感器、臭氧浓度传感器和有机废气成分与浓度传感器。

进一步地，所述气密微波屏蔽腔体外还包括冷却气入口、冷却气出口、多个进气通道和一个出气通道，所述多个进气通道包括升温气体通道、废气处理通道、热回收气体通道和不达标气体通道；所述热回收气体通道、不达标气体通道和冷却气出口处均安装有风机。

进一步地，所述后导流器内为中空结构，所述中空结构上设有进气通道、第一出气通道和第二出气通道；所述中空结构内还设有电磁偏转阀和有机废气成分与浓度传感器，所述电磁偏转阀和有机废气成分与浓度传感器均与控制器模块电连接，所述有机废气成分与浓度传感器用于测量后导流器内气体的组分与浓度，并将数据发送给控制器模块；所述控制器模块用于根据预先设定的参数与程序判断后导流器内气体组分和浓度是否达到排放标准，未达标时控制电磁偏转阀关闭第一出气通道，使气体沿第二出气通道重新回到核心处理模块中进行再处理，达标时则经第一出气通道进入余热回收器。

进一步地，还包括控制器模块，所述预处理模块、前分流器、核心处理模块、后导流器、热回收器和后处理器均与控制器模块电连接；所述控制器模块包括基本单元、气路测量与风机驱动单元、核心处理模块测量与驱动单元和后导流器电磁偏转阀驱动单元；所述基本单元包括处理器和与处理器电连接的输入显示模块，所述处理器用于存放程序保存参数，采集和处理数据，并给出驱动信号；所述输入显示模块与处理器电连接，用于录入信息并显示系统运行状态；所述气路测量与风机驱动单元、核心处理模块测量与驱动单元和后导流电磁偏转阀驱动单元均与处理器电连接。

进一步地，所述气路测量与风机驱动单元包含第一信号采集模块和风机驱动模块；所述第一信号采集模块的输出端与处理器的输入端电连接，输入端与气路中的多个气体流速、气压、温度、湿度、臭氧浓度、有机废气组分与浓度传感器电相连；所述处理器的输出端通过风机驱动模块与气路中的多台风机电连接，用于通过风机驱动模块驱动控制系统中的各个风机。

进一步地，所述核心处理模块测量与驱动单元包括第二信号采集模块和驱动信号模块；所述第二信号采集模块的输出端与处理器的输入端电连接，输入端与核心处理模块中的传感器电连接；所述处理器的输出端通过功率驱动模块与核心处理模块中的多个加热体和多个微波紫外臭氧发生单元电连接，用于通过功率驱动模块控制核心处理模块的多个加热体的加热功率以及多个微波紫外臭氧发生单元的微波功率；

进一步地，所述处理器的输出端通过后导流器电磁偏转阀驱动单元与电磁偏转阀电连接，用于通过后导流器电磁偏转阀驱动单元控制电磁偏转阀的偏转角度，进而控制经过后导流器的气体流向。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的一种微波光氧催化废气处理系统利用微波产生紫外进而产生臭氧，对vocs中的有机气体和h2s等进行氧化，得到无害的主产物。该系统处理效率高，运营成本较低，可在最大处理容量范围内根据废气浓度动态调整各气路的气体流速，保证整个系统内部压力的动态平衡，同时可根据废气中被处理对象的组分和浓度，实时调节预热温度、紫外强度和臭氧浓度，达到高效节能和全自动化的目的，非常适合具有有机废气排放达标处理的企业使用。因此，本发明所述的一种微波光氧催化废气处理系统克服传统有机废气处理设备处理效率低、运行成本高的缺点，以及现有微波光氧催化废弃处理系统处理效率不高、排放不达标和能耗大的不足的缺点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例所述一种微波光氧催化废气处理系统的结构框图；

图2为图1中预处理模块的结构示意图；

图3为图1中前分流器的结构示意图；

图4为图1中核心处理模块的结构示意图；

图5为图4中功分结构的结构示意图；

图6为图4中网状单元腔体的结构示意图；

图7为图1中后导流器的结构示意图；

图8为图1中余热回收器的结构示意图；

图9为图1中后处理器的结构示意图；

图10为图1中控制器模块的结构示意图；

图11为本实施例信号采集模块与传感器的电路连接图。

图中：1-第一风机、2-第二风机、3-第三风机、4-第四风机、5-第五风机、6-前分流器进气端口、7-冷却气入口、8-第六风机、9-第一进气端口、10-第二进气端口、11-第七风机、12-第八风机、13-第九风机、14-气密微波屏蔽腔体、15-电磁偏转阀、16-进气通道、17-第一出气通道、18-第二出气通道、19-第十风机、20-第十一风机、21-冷却气进气通道、22-冷却气出气通道、23-后处理器进气通道、24-第十二风机、25-网状单元腔体、26-无极紫外灯管。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述。

实施例

参考图1，一种微波光氧催化废气处理系统，包括预处理模块，所述预处理模块后依次连接有前分流器、核心处理模块、后导流器、热回收器和后处理器；还包括控制器模块，所述预处理模块、前分流器、核心处理模块、后导流器、热回收器和后处理器均与控制器模块连接。

进一步地，参考图2，所述预处理模块包括第一风机1,所述第一风机1后依次连接有水洗器、过滤器和第二风机2；所述第一风机1用于对待处理的废气q1加压后使待处理的废气q1进入水洗器，通过水洗器使废气q1中携带的粉尘和溶于水气体成分被清除，然后再经过过滤器进行处理变成q2；所述第二风机2用于对经水洗器和过滤器处理后的废气q2进行加压排气并输送到前分流器。

进一步地，参考图3，所述前分流器包括一个进气端口6和多个出气端口，所述多个出气端口处各设有一个风机，分别对应为第三风机3、第四风机4和第五风机5，所述风机用于对前分流器出气端口的多路废气加压排气。在本实施例当中，废气q2经进气端口6进入前分流器，前分流器2将送入的气体q2分成三路气体q3、q4和q5，q3、q4和q5三路气体，q3、q4和q5分别对应有第三风机3、第四风机4和第五风机5进行加压。

进一步地，参考图4，所述核心处理模块包括预热单元，所述预热单元后还连接有微波紫外臭氧处理单元；所述预热单元包括l个加热体，每个加热体功率为0.2kw-20kw，本实施例中l＝1～200，所述加热体用于给进入核心处理模块的废气进行预热升温，将其温度升高到40-90摄氏度。

参考图4，所述微波紫外臭氧处理单元包括v1-vn共n个微波紫外臭氧发生单元，所述每个微波紫外臭氧发生单元均包括开关电源、微波磁控管、波导管、功分结构和网状单元腔体，在本实施例当中每个微波磁控管功率为0.2kw-120kw，微波频率为433mhz、915mhz或2.45ghz，n＝1-1000。所述开关电源与微波磁控管连接，用于给微波磁控管提供驱动电流和电压。所述微波磁控管的微波输出端与波导管连接，并通过波导管将微波输入功分结构中。所述功分结构与网状单元腔体连接，将微波磁控管产生的微波送入网状单元腔体中。本实施例所述网状单元腔体中布置的无极紫外灯管在微波的激发下会产生uva和vuv紫外光，这些短波紫外光与空气相互作用会产生臭氧。

需要说明的是，本实施例所述功分结构为微波功率分配结构，参考图5，所述分配结构为根据实际需求设计的金属结构，所述金属结构包括一个微波功率输入口和多个以上微波输出口，通过金属结构能够将1路输入的微波源均分为2路、4路甚至更多路。本实施例所述网状单元腔体为根据微波功率和频率设计的网状腔体，其网孔小于1/10波长长度，可以有效将微波能量封闭在腔体中，防止微波泄露与单元间相互干扰。

需要说明的是，参考图6，本实施例所述网状单元腔体由网状或多孔金属制成，所述网孔尺寸为0.1mm-15mm之间，所述腔体中密集均匀设置有n列m行无极紫外灯管，且相邻灯管之间间距为0.2cm-50cm。本实施例所述网状单元腔体可采用铝、铝合金、铜、钢、镍、铬、不锈钢等具有良好导电性的金属材料制成。

所述预热单元和微波紫外臭氧处理单元均安装在气密微波屏蔽腔体14内；所述多个加热体和多个微波紫外臭氧发生单元均与控制器模块相连，通过控制器模块驱动并控制。

进一步地，所述气密微波屏蔽腔体14内还设有多种传感器(在图中未标出)，所述多种传感器与控制器模块连接，所述控制器模块用于驱动多种传感器采集相应的数据；所述多种传感器包括风速传感器、气压传感器、温湿度传感器、紫外强度传感器、臭氧浓度传感器和有机废气成分与浓度传感器。

进一步地，参考图4，所述气密微波屏蔽腔体14外还包括冷却气入口7、冷却气出口、多个进气通道和一个出气通道，所述多个进气通道包括升温气体通道、废气处理通道、热回收气体通道和不达标气体通道；所述热回收气体通道、不达标气体通道、冷却气出口和出气通道处分别对应安装有第九风机13、第八风机12、第六风机8和第七风机11。参考图4，本实施例中q3作为冷却气体经冷却气入口7冷却微波紫外臭氧处理单元后的形成升温气体为q6经第六风机8加压后排出经第一进气通道9进入核心处理模块的预热单元。q4经第二进气通道10进入核心处理模块的预热单元。q8为经过核心处理模块处理后但被判断为不达标气体并被后导流器导回重新处理的气体经第八风机12进入核心处理模块的预热单元，q9为作为热回收气体q5被余热回收器加热的气体经第九风机13进入核心处理模块的预热单元。q7为作为经核心处理模块处理后的气体。

进一步地，参考图7，所述后导流器内为中空结构，所述中空结构上设有进气通道16、第一出气通道17和第二出气通道18；所述中空结构内还设有电磁偏转阀15和有机废气成分与浓度传感器，所述电磁偏转阀15和有机废气成分与浓度传感器均与控制器模块电连接，所述有机废气成分与浓度传感器用于测量进入后导流器内气体q7的组分与浓度，并将数据发送给控制器模块；所述控制器模块用于根据预先设定的参数与程序判断后导流器内气体q7组分和浓度是否达到排放标准，未达标时控制电磁偏转阀关闭第一出气通道17，使气体沿第二出气通道18重新回到核心处理模块中进行再处理，达标时则经第一出气通道17排出成为q10进入余热回收器。

参考图8，需要说明的是本实施例中所述余热回收器为热交换器，其中经过处理的达标气体q10经第十风机19加压进入热交换器后被冷却成q11由第十一风机20加压排出；冷却气体q5经冷却气进气通道21进入热交换器后与q10进行了热交换，温度升高后变成气体q9由冷却气出气通道22排出。

参考图9，需要说明的是本实施例中q11经后处理器进气通道23进入后处理器进一步水洗降温成为气体q12，第十二风机24给气体q12加压，q12达到排放的成分、浓度与温度标准，即可以直接排放。

需要说明的是，本实施例所述后处理器包括水洗器和过滤器两部分，用于去除光氧催化过程中产生的固体颗粒，并进一步降低气体温度。

进一步地，参考图10，所述控制器模块包括基本单元、气路测量与风机驱动单元、核心处理模块测量与驱动单元和后导流器电磁偏转阀驱动单元；所述气路测量与风机驱动单元、核心处理模块测量与驱动单元和后导流电磁偏转阀驱动单元均与基本单元电连接。

进一步地，参考图10，所述基本单元包括电源模块、处理器和输入显示模块，所述电源模块均与处理器和输入显示模块电连接；所述处理器用于存放程序保存参数，采集和处理数据，并给出驱动信号；所述输入显示模块与处理器模块电连接，用于录入信息并显示系统运行状态。需要说明的是，本实施例当中所述电源模块为ac-dc电源，其输入为110vac、220vac或380vac50-60hz交流电，输出为12vdc、24vdc和48vdc。所述处理器包括stm32单片机。所述输入显示模块包括lcd显示器、触摸显示器以及其他能够进行信息输入并进行显示的显示模组。

进一步地，所述气路测量与风机驱动单元包含第一信号采集模块和风机驱动模块；所述第一信号采集模块的输出端与处理器的输入端电连接，输入端与气路中的多个气体流速、气压、温度、湿度、臭氧浓度、有机废气组分与浓度传感器电相连，用于将传感器采集的多条气路中的气体流速、气压、温度、湿度、臭氧浓度、有机废气组分与浓度数据上传给处理器；所述处理器的输出端通过风机驱动模块与气路中的多台风机电连接，用于通过风机驱动模块驱动控制系统中的各个风机，从而实现各气路中的气体流速和气压的调节。具体的，处理器通过向风机驱动模块发送pwm波，风机驱动模块根据接收到的pwm波的脉冲宽度来控制风机的转速。

所述核心处理模块测量与驱动单元包括第二信号采集模块和功率驱动模块；所述第二信号采集模块的输出端与处理器的输入端电连接，输入端与核心处理模块中的传感器电连接，用于采集核心处理模块中的气体流速、气压、温度、湿度、紫外强度、臭氧浓度、有机废气组分与浓度，并将采集的数据上传给处理器；所述处理器的输出端通过功率驱动模块与核心处理模块中的l个加热体和n个微波紫外臭氧发生单元电连接，用于通过功率驱动模块控制核心处理模块的l个加热体的加热功率以及n个微波紫外臭氧发生单元的微波功率。

需要说明的是，本实施例中气体流速和气压为一个集成传感器，采用型号为fs7002的防堵塞流量传感器；温度与湿度为一个集成传感器，采用型号为htu21d的温湿度传感器；臭氧浓度为单独一个传感器，采用型号为mq131的臭氧浓度传感器；紫外强度传感器的型号为guva-s12sd，有机废气组分与浓度为一个集成传感器，采用型号为zphs01的多合一气体传感器模组。参考图11，本实施例第一信号采集模块和第二信号采集模块均采用芯片stm8s103k3，所述芯片stm8s103k3包括28个io口，5通道adc输入采集口，1路i2c接口，1路串行通信接口；其中adc通道1用于采集流量传感器信号，adc通道2用于采集臭氧浓度传感器信号，adc通道3用于采集紫外强度传感器信号，i2c接口用于和温湿度传感器通信，读取温度和湿度信息，串行接口用于和多合一气体传感器模组通信，读取有机废气浓度。

所述处理器的输出端通过后导流器电磁偏转阀驱动单元与电磁偏转阀15电连接，用于通过后导流器电磁偏转阀驱动单元控制电磁偏转阀的偏转角度，进而控制经过后导流器的气体流向。本实施例中所述后导流器电磁偏转阀驱动单元为一个电磁机构，在不同极性驱动信号的作用下带动电磁偏转阀15向正反两个方向偏转，从而导致q8与q10两个通道中只有一个处于开通状态。具体的，本实施例所述处理器通过输出端向后导流器电磁偏转阀驱动单元发送pwm波，后导流器电磁偏转阀驱动单元根据接收到的pwm波的脉冲宽度控制电磁偏转阀偏转角度。

需要说明的是，本实施例当中各个风机的转速均由控制器模块根据设定参数和程序控制。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。