本發(fā)明涉及微波等離子體化學(xué)領(lǐng)域，尤其是涉及一種微波等離子體垃圾處理裝置及其處理方法。

背景技術(shù)：

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國城市的生活垃圾、市政垃圾、化工垃圾、醫(yī)療垃圾等均在逐年增長。雖然城市垃圾被認(rèn)為是最具有開發(fā)潛力的、永不枯竭的“礦藏”，是“放錯地方的資源”，但是如何處理垃圾已成為當(dāng)前城市管理中的一個重要課題。目前我國1/3以上的城市面臨“垃圾包圍城市”的困局，全國城市垃圾堆存累計占據(jù)土地超過5億平方米，每年的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)300億元以上。

目前，通常采用燃燒、填埋的辦法來處理城市垃圾。垃圾燃燒發(fā)電是處理垃圾的一個非常好的方法，既處理了垃圾又實現(xiàn)了資源的再次利用。但是，有機(jī)垃圾在燃燒時極易產(chǎn)生有毒有害氣體，如硫化物、二噁英、呋喃等，這些氣體對人類極為有害，而且很難降解。垃圾填埋方法簡單、處理量大，但容易造成二次污染，而且占用了大量的寶貴土地。

基于以上原因，亟需發(fā)明一種環(huán)保、高效的垃圾處理新技術(shù)來解決這些問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題提供一種微波等離子體垃圾處理裝置及其處理方法，其目的是在等離子體中具有極高溫度(大約為2000-50000k)的電子的作用下，幾乎可以還原一切難以還原和難容的物質(zhì)，在有毒有害氣體產(chǎn)生前被徹底分解，避免二次污染。

本發(fā)明的技術(shù)方案是該種微波等離子體垃圾處理裝置包括微波等離子體垃圾處理部分和高溫尾氣凈化部分；所述微波等離子體垃圾處理部分包括依次連接的微波功率源、微波單向傳輸器件、調(diào)諧器和微波等離子體管，所述的微波單向傳輸器件是帶有三個端口的環(huán)形器，微波單向傳輸器件的第一端口與微波功率源連接，微波單向傳輸器件的第二端口與調(diào)諧器連接，微波單向傳輸器件的第三端口與衰減器連接，冷卻系統(tǒng)的兩端分別與微波功率源、衰減器連接；所述的微波等離子體管與微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器相連；所述微波等離子體垃圾處理部分還包括蒸汽加熱器、推進(jìn)器和進(jìn)料器，蒸汽加熱器和進(jìn)料器分別與推進(jìn)器相連，推進(jìn)器與微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器相連；所述的高溫尾氣凈化部分包括一端連接在微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器上的煙氣管道，煙氣管道的另一端依次與熱氣應(yīng)用設(shè)備、煙塵凈化器、煙囪連接。

所述的煙氣管道上還設(shè)有微波等離子體管，微波等離子體管的一端連接在煙氣管道，微波等離子體管的另一端依次與調(diào)諧器、微波單向傳輸器件、微波功率源連接，微波單向傳輸器件的第三端口與衰減器連接，冷卻系統(tǒng)的兩端分別與微波功率源、衰減器連接。

與微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器相連的微波等離子體管的數(shù)量為n個(n大于等于1)，當(dāng)n大于等于2時，相鄰兩個微波等離子體管之間的夾角小于等于360°/n。

與微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器相連的微波等離子體管處的第一微波等離子體火焰的溫度小于與煙氣管道相連的微波等離子體管處的第二微波等離子體火焰的溫度。

所述的微波功率源可以是磁控管或者是速調(diào)管或者是行波管或者是回旋管或者是全固態(tài)微波源。

所述的微波單向傳輸器件可以是環(huán)形器或者是定向耦合器。

第一微波等離子體火焰的溫度大于600℃，第二微波等離子體火焰的溫度大于800℃。

利用上述微波等離子體垃圾處理裝置進(jìn)行處理的方法包括：

1)垃圾預(yù)處理：去除垃圾中不易被裂解的金屬、陶瓷、玻璃、石塊、混凝土、碎磚等物質(zhì)；

2)垃圾粉碎：將預(yù)處理后的垃圾粉碎成顆粒狀，顆粒的直徑在0.1mm-5cm之間；

3)將粉碎后的垃圾通過進(jìn)料器和推進(jìn)器注入到微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)；

4)微波等離子體管的工作物質(zhì)為加熱的蒸汽，微波等離子體管在微波功率源、微波單向傳輸器件和調(diào)諧器的作用下產(chǎn)生第一微波等離子體火焰，粉碎后的垃圾顆粒在第一微波等離子體火焰的作用下被裂解成最小分子量的氣體；

5)經(jīng)過步驟4)裂解出的氣體經(jīng)過煙氣管道、熱氣應(yīng)用設(shè)備、煙塵凈化器后從煙囪中排出。

與煙氣管道相連的微波等離子體管處的第二微波等離子體火焰的溫度高于第一微波等離子體火焰的溫度，第二微波等離子體火焰將未完全汽化的部分高分子量的物質(zhì)進(jìn)一步裂解，使所有大分子量物質(zhì)被完全裂解。

具有上述結(jié)構(gòu)的該種微波等離子體垃圾處理裝置及其處理方法具有以下優(yōu)點：

1.該種微波等離子體垃圾處理裝置中的微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器用以把垃圾汽化成最小分子量的物質(zhì)，未完全汽化的部分高分子量的物質(zhì)在更高溫度的第二微波等離子體火焰處進(jìn)一步裂解，從而使所有大分子量物質(zhì)被完全裂解；垃圾裂解燃燒產(chǎn)生的可燃熱氣由熱氣應(yīng)用設(shè)備回收，實現(xiàn)資源的重新利用，最后的煙塵尾氣由煙塵凈化器處理后排放到大氣中，實現(xiàn)無害化、資源化處理。

2、該種微波等離子體垃圾處理裝置利用等離子體技術(shù)來處理垃圾和有毒有害尾氣，由于等離子體中的電子具有極高的溫度(大約為2000-50000k)，這樣的高溫幾乎可以還原一切難以還原和難容的物質(zhì)；采用本發(fā)明對有病菌及傳染性病毒的垃圾進(jìn)行處理時，不會產(chǎn)生二噁英，二噁英的前驅(qū)體被徹底破壞分解；而且，超過1000℃的高溫幾乎可以殺滅所有的細(xì)菌、微生物和病毒。在解決城市垃圾問題的同時避免了二次污染。

3.該種微波等離子體垃圾處理裝置的等離子體以空氣為工作物質(zhì)，資源廣、成本低，可以避免垃圾燃燒點火時采用的大量的汽油或柴油。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

圖1為本發(fā)明微波等離子體垃圾處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

在圖1-2中，1：微波功率源；2:微波單向傳輸器件；3：衰減器；4：調(diào)諧器；5：微波等離子體管；6：冷卻系統(tǒng)；7：微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器；8：蒸汽加熱器；9：推進(jìn)器；10：進(jìn)料器；11：第一微波等離子體火焰；12：煙氣管道；13：第二微波等離子體火焰；14：熱氣應(yīng)用設(shè)備；15：煙塵凈化器；16：煙囪；17：發(fā)電站；18：磁控管。

具體實施方式

圖1為本發(fā)明微波等離子體垃圾處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該種微波等離子體垃圾處理裝置包括微波等離子體垃圾處理部分和高溫尾氣凈化部分；所述微波等離子體垃圾處理部分包括依次連接的微波功率源1、微波單向傳輸器件2、調(diào)諧器4和微波等離子體管5，所述的微波單向傳輸器件2是帶有三個端口的環(huán)形器，微波單向傳輸器件2的第一端口與微波功率源1連接，微波單向傳輸器件2的第二端口與調(diào)諧器4連接，微波單向傳輸器件2的第三端口與衰減器3連接，冷卻系統(tǒng)6的兩端分別與微波功率源1、衰減器3連接；所述的微波等離子體管5與微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器7相連，與微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器7相連的微波等離子體管5的數(shù)量為n個(n大于等于1)，當(dāng)n大于等于2時，相鄰兩個微波等離子體管5之間的夾角小于等于360°/n。

所述微波等離子體垃圾處理部分還包括蒸汽加熱器8、推進(jìn)器9和進(jìn)料器10，蒸汽加熱器8和進(jìn)料器10分別與推進(jìn)器9相連，推進(jìn)器9與微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器7相連；所述的高溫尾氣凈化部分包括一端連接在微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器7上的煙氣管道12，煙氣管道12的另一端依次與熱氣應(yīng)用設(shè)備14、煙塵凈化器15、煙囪16連接。

所述的煙氣管道12上還設(shè)有微波等離子體管5，微波等離子體管5的一端連接在煙氣管道12，微波等離子體管5的另一端依次與調(diào)諧器4、微波單向傳輸器件2、微波功率源1連接，微波單向傳輸器件2的第三端口與衰減器3連接，冷卻系統(tǒng)6的兩端分別與微波功率源1、衰減器3連接。

與微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器7相連的微波等離子體管5處的第一微波等離子體火焰11的溫度小于與煙氣管道12相連的微波等離子體管5處的第二微波等離子體火焰13的溫度，第二微波等離子體火焰13將未完全汽化的部分高分子量的物質(zhì)進(jìn)一步裂解，使所有大分子量物質(zhì)被完全裂解；第一微波等離子體火焰11的溫度優(yōu)選大于600℃，第二微波等離子體火焰13的溫度優(yōu)選大于800℃。

微波功率源1可以是磁控管或者是速調(diào)管或者是行波管或者是回旋管或者是全固態(tài)微波源。

微波單向傳輸器件2可以是環(huán)形器或者是定向耦合器。

利用上述微波等離子體垃圾處理裝置進(jìn)行處理的方法包括：

1)垃圾預(yù)處理：去除垃圾中不易被裂解的金屬、陶瓷、玻璃、石塊、混凝土、碎磚等物質(zhì)；

2)垃圾粉碎：將預(yù)處理后的垃圾粉碎成顆粒狀，顆粒的直徑在0.1mm-5cm之間；

3)將粉碎后的垃圾通過進(jìn)料器10和推進(jìn)器9注入到微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器7內(nèi)；

4)微波等離子體管5的工作物質(zhì)為加熱的蒸汽，微波等離子體管5在微波功率源1、微波單向傳輸器件2和調(diào)諧器4的作用下產(chǎn)生第一微波等離子體火焰11，粉碎后的垃圾顆粒在第一微波等離子體火焰11的作用下被裂解成最小分子量的氣體；

5)經(jīng)過步驟4)裂解出的氣體經(jīng)過煙氣管道12、熱氣應(yīng)用設(shè)備14、煙塵凈化器15后從煙囪16中排出。

第二微波等離子體火焰13的溫度高于第一微波等離子體火焰11的溫度，第二微波等離子體火焰13將未完全汽化的部分高分子量的物質(zhì)進(jìn)一步裂解，使所有大分子量物質(zhì)被完全裂解。

圖2為本發(fā)明微波等離子體垃圾處理裝置的一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，微波功率源1采用70kw的連續(xù)波磁控管18，其作用是向微波等離子體管5提供高功率的微波，從而提高激發(fā)的等離子體的密度，進(jìn)而加速垃圾的裂解和燃燒。

本實施例中，微波單向傳輸器件2為三端口環(huán)形器。環(huán)形器的第一端口與磁控管18相連，用于把微波能輸入到環(huán)形器中；所述環(huán)形器的第二端口與調(diào)諧器4相連，用于向微波等離子體管5提供微波能；環(huán)形器的第三端口與衰減器3相連，用于傳輸從等離子體管反射的微波功率到衰減器3中。

本實施例中，微波等離子體管5的工作物質(zhì)為加熱的蒸汽，蒸汽的溫度為200℃。第一微波等離子體火焰11的溫度為1000℃。

本實施例中，連接在微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器7上的微波等離子體管5的數(shù)量為2個，兩個微波等離子體管5之間的夾角按90°裝在微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器7上。

本實施例中，垃圾為醫(yī)療垃圾，醫(yī)療垃圾在粉碎前進(jìn)行預(yù)處理，去除其中所含有的金屬材料、玻璃材料以及陶瓷材料。然后把垃圾粉碎成顆粒狀，直徑在0.1mm-5cm之間。每小時注入到微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器7中的醫(yī)療垃圾的重量為400kg。在微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器7中，醫(yī)療垃圾上的細(xì)菌或病毒幾乎全部被裂解殺死。醫(yī)療垃圾幾乎全部被裂解成最小分子量的物質(zhì)，如co、co2、so2、h2等。

本實施例中，第二微波等離子體火焰13的溫度為1200℃。該第二微波等離子體火焰13的作用是進(jìn)一步裂解從微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器7中出來的氣體，使其中所含的微量二噁英等物質(zhì)得到裂解，達(dá)到凈化氣體的作用。

本實施例中，所述垃圾裂解燃燒產(chǎn)生的可燃熱氣由發(fā)電站17回收，把垃圾裂解產(chǎn)生的熱量進(jìn)行發(fā)電。‘

本實施例中，發(fā)電站排出的尾氣進(jìn)入煙塵凈化器15中，去除其中的硫化物、氮化物及氯化物等，最后的尾氣從煙囪16排放到大氣中，實現(xiàn)無污染排放。

該種微波等離子體垃圾處理裝置中的微波等離子體化學(xué)反應(yīng)器用以把垃圾汽化成最小分子量的氣體，未完全汽化的部分高分子量的物質(zhì)在更高溫度的第二微波等離子體火焰處進(jìn)一步裂解，從而使所有大分子量物質(zhì)被完全裂解；垃圾裂解燃燒產(chǎn)生的可燃熱氣由熱氣應(yīng)用設(shè)備回收，實現(xiàn)資源的重新利用，最后的煙塵尾氣由煙塵凈化器處理后排放到大氣中，實現(xiàn)無害化、資源化處理。