申请日2018.04.17
公开(公告)日2018.08.24
IPC分类号G01N25/20; G01J5/00; G01N5/00
摘要
一种微波热解污泥热重分析装置及方法，装置：微波炉腔两侧为微波磁控管;红外测温探头设在石英烧杯正上方，红外测温仪与电脑连接;石英细管将氮气瓶中的氮气供入位于微波炉腔中的石英烧杯中;支设在线称重天平上的石英支架的上端伸入支架通道中，并支撑石英烧杯;在线称重天平与电脑连接;金属屏蔽圈套设在石英支架外部;方法：将污泥样品装入微波炉腔中的石英烧杯;通过石英细管向石英烧杯中供入氮气;利用微波磁控管对微波炉腔进行加热;通过电脑实时获取温度及质量数据;该装置能够防止微波泄露，还能改善样品温度的测量精度并防止对加热样品的不利影响，能提高样品温度的测量精度;该方法能够准确测量并实时采集样品的质量以及温度。
权利要求书
1.一种微波热解污泥热重分析装置，包括微波炉(6)和在线称重天平(13)，其特征在于，还包括石英支架(10)、石英烧杯(9)、金属屏蔽圈(12)、石英细管(4)、红外测温仪(1)和电脑(5);
所述微波炉(6)固定设置在在线称重天平(13)的上方;微波炉(6)内部具有微波炉腔(7)和两个微波磁控管(8)，两个微波磁控管(8)固定连接在微波炉腔(7)的左右两侧;在微波炉(6)内部设置有竖直的支架通道(11)，支架通道(11)纵向贯穿微波炉腔(7)，且支架通道(11)的上端、下端分别连通到微波炉(6)上端、下端的外部;
所述石英支架(10)设置在支架通道(11)中，石英支架(10)的下端支设在在线称重天平(13)的上部，石英支架(10)的上端伸入到微波炉腔(7)内部;所述石英烧杯(9)置于微波炉腔(7)内，并支设在石英支架(10)的上端;
所述的金属屏蔽圈(12)套设在石英支架(10)的外部，并与支架通道(11)的下端固定连接;
所述的石英细管(4)一端连接氮气瓶(3)，另一端由支架通道(11)的上端穿入并伸入到石英烧杯(9)内部的上方;
所述的红外测温仪(1)连接有红外测温探头(2)，红外测温探头(2)固定支设在石英烧杯(9)的正上方，所述的电脑(5)分别与红外测温仪(1)和在线称重天平(13)连接。
2.根据权利要求1所述的一种微波热解污泥热重分析装置，其特征在于，所述的石英支架(10)主要由分别位于上端和下端的两个圆形平台和连接两个圆形平台之间的支撑杆组成。
3.根据权利要求1或2所述的一种微波热解污泥热重分析装置，其特征在于，所述的微波炉腔(7)位于微波炉(6)的炉体中央，微波炉腔(7)外部的四周覆盖有石英棉保温层。
4.根据权利要求3所述的一种微波热解污泥热重分析装置，其特征在于，所述的金属屏蔽圈(12)由形状和结构相同的两个半圆环组合而成。
5.根据权利要求4所述的一种微波热解污泥热重分析装置，其特征在于，所述的微波炉(6)的炉体外部还设置有罩体(14)。
6.根据权利要求5所述的一种微波热解污泥热重分析装置，其特征在于，所述的微波磁控管(8)功率为800W连续可调，频率2.45GHz;所述的红外测温仪(1)的量程为-50℃～975℃，精度为±1℃;所述在线称重天平(13)的最大量程为4200g，精度为0.01g。
7.根据权利要求6所述的一种微波热解污泥热重分析装置，其特征在于，所述的石英烧杯(9)为圆柱形，内径为40mm，高80mm;所述微波炉腔(7)的尺寸为100mm*100mm*100mm;石英支架(10)上部和下部的圆形平台的直径分别为40mm和100mm;所述支架通道(11)为直径60mm的圆柱形通道;所述金属屏蔽圈(12)的内径为20mm，外径为100mm，厚度为2mm。
8.一种微波热解污泥热重分析装置的分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将湿污泥样品装载到石英烧杯(9)内，并利用石英支架(10)穿过支架通道(11)将石英烧杯(9)支设在微波炉腔(7)内;
步骤2：通过石英细管(4)将氮气瓶(3)中的氮气供入石英烧杯(9)内;
步骤3：利用两个微波磁控管(8)从相反的方向向微波炉腔(7)内辐射微波，通过调整微波磁控管(8)的功率旋钮调节微波炉腔(7)内的辐射强度;
步骤4：红外测温探头(2)和在线称重天平(13)实时获得污泥热解过程的温度和重量数据，并将获得的数据实时传送到电脑(5)中。
9.根据权利要求8所述的一种微波热解污泥热重分析装置的分析方法，其特征在于，所述步骤1中采用分析药匙将湿污泥样品装载到石英烧杯(9)，湿污泥样品的重量范围在20g到80g之间。
说明书
一种微波热解污泥热重分析装置及方法
技术领域
本发明涉及一种污泥处理装置和方法，具体是一种微波热解污泥热重分析装置及方法，属于污泥处理技术领域。
背景技术
污泥是水处理的附属产物，处理处置方法主要有填埋、农用、堆肥、焚烧、热解等。其中热解处理方法能够实现污泥的无害化和减容减量，并可以得到有益的副产品，如气和油，产物残渣可进一步改进作为活性炭利用。
微波热解污泥技术是近年来快速发展的污泥处理技术，因其和常规电加热相比，具有升温迅速、加热均匀、产物品质好的优势，因而受到广泛关注。
污泥在微波热解过程中的升温和失重特性是研究微波热解污泥的基础，获得升温和失重特性对开发污泥处理处置设备具有重要意义。目前,微波加热的热重分析存在如下需要克服的问题：1)微波容易泄漏，不仅对周围环境和操作人员造成危害，而且泄露的微波会对精密称重天平造成影响;2)微波热解过程中样品的温度难以测量，采用热电偶直接接触法测量会因微波对热电偶的作用而影响对加热样品温度测量的准确性。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种微波热解污泥热重分析装置及方法，该装置能够防止微波泄露，还能改善样品温度的测量精度并防止对加热样品的不利影响;该方法能够准确测量并实时采集样品的质量以及温度，适合以微波作为加热源进行污泥热解和气化的研究。
为了实现上述目的，本发明提供一种微波热解污泥热重分析装置，包括微波炉、在线称重天平、石英支架、石英烧杯、金属屏蔽圈、石英细管、红外测温仪和电脑;
所述微波炉固定设置在在线称重天平的上方;微波炉内部具有微波炉腔和两个微波磁控管，两个微波磁控管固定连接在微波炉腔的左右两侧;在微波炉内部设置有竖直的支架通道，支架通道纵向贯穿微波炉腔，且支架通道的上端、下端分别连通到微波炉上端、下端的外部;
所述石英支架设置在支架通道中，石英支架的下端支设在在线称重天平的上部，石英支架的上端伸入到微波炉腔内部;所述石英烧杯置于微波炉腔内，并支设在石英支架的上端;
所述的金属屏蔽圈套设在石英支架的外部，并与支架通道的下端固定连接;
所述的石英细管一端连接氮气瓶，另一端由支架通道的上端穿入并伸入到石英烧杯内部的上方;
所述的红外测温仪连接有红外测温探头，红外测温探头固定支设在石英烧杯的正上方，所述的电脑分别与红外测温仪和在线称重天平连接。
本发明通过在烧杯上部污泥表面的正上方设置红外测温探头，红外测温探头将探测到的污泥热解过程的温度数据通过红外测温仪实时传送给电脑，测温探头和污泥样品之间不存在任何阻隔，测温方便的同时还提高了测温的准确性;在微波装置和底部的称重天平之间设置金属屏蔽圈，有效的减小了微波辐射对精密称重天平的影响;烧杯、支架和气氛保护管均采用石英玻璃制作，减小了对微波反应场的干扰;将在线称重天平与电脑连接，可实时传送污泥热解过程的重量数据，为微波热解污泥热重分析提供了数据支撑。
进一步地，为保证所述石英支架的稳定性和良好的支撑性能，所述的石英支架主要由分别位于上端和下端的两个圆形平台和连接两个圆形平台之间的支撑杆组成。
进一步地，为了避免热量的流失，所述的微波炉腔位于微波炉的炉体中央，微波炉腔外部的四周覆盖有石英棉保温层。
进一步地，为了方便装配，所述的金属屏蔽圈由形状和结构相同的两个半圆环组合而成。
进一步地，为减少微波对周围环境和操纵人员造成的危害，所述的微波炉的炉体外部还设置有罩体。
进一步地，为了保证实验数据的精度，所述的微波磁控管功率为800W连续可调，频率2.45GHz;所述的红外测温仪的量程为-50℃～975℃，精度为±1℃。
进一步地，所述的石英烧杯为圆柱形，内径为40mm，高80mm;所述微波炉腔的尺寸为100mm*100mm*100mm;上部和下部的圆形平台分别为φ40mm和φ100mm;所述支架通道为φ60mm的圆柱形通道;所述金属屏蔽圈的内径为20mm，外径为100mm，厚度为2mm。
进一步地，为了保证测量精度，所述在线称重天平的最大量程为4200g，精度为0.01g。
本发明还提供一种微波热解污泥热重分析装置的分析方法，包括如下步骤：
步骤1：将湿污泥样品装载到石英烧杯内，并利用石英支架穿过支架通道将石英烧杯支设在微波炉腔内;
步骤2：通过石英细管将氮气瓶中的氮气供入石英烧杯内，以保证污泥热解的惰性气氛;
步骤3：利用两个微波磁控管从相反的方向向微波炉腔内辐射微波，通过调整微波磁控管的功率旋钮调节微波炉腔内的辐射强度;
步骤4：红外测温探头和在线称重天平实时获得污泥热解过程的温度和重量数据，并将获得的数据实时传送到电脑中。
作为一种优选，所述步骤1中采用分析药匙将20克到80克的湿污泥样品装载到石英烧杯。
该方法能够有效提高以微波作为加热源进行污泥热解和气化研究过程中实验数据的准确性，且能在实验过程中实时采集样品的质量及温度的情况，有利于科学地分析污泥热解过程。
