摘 要：本文主要通過介紹微波加熱原理、助燃機(jī)理、現(xiàn)階段微波在電廠中的應(yīng)用及相關(guān)研究，分析了利用微波輔助煤粉燃燒，維持爐膛低負(fù)荷運(yùn)行的可行性。

關(guān)鍵詞：微波助燃；煤粉；爐膛；低負(fù)荷

0 引言

微波從19世紀(jì)40年代開始迅速發(fā)展，如今已經(jīng)成為國際上研究的熱點(diǎn)，在軍事、通訊、食品加熱等方面發(fā)揮著巨大的作用。而隨著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力的需求量越來越大，更大型的機(jī)組也接連出現(xiàn)，與此同時(shí)，人們對(duì)電廠的效率提出了更高的要求。煤粉的燃燒是電廠效率的關(guān)鍵，若能利用微波來提高煤粉燃燒效率，將會(huì)極大地提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

1 微波的定義

按照國際電工委員會(huì)（IEC）的定義，微波是指：波長足夠短，以致在發(fā)射和接收中能實(shí)際應(yīng)用波導(dǎo)和諧振腔技術(shù)的電磁波。

導(dǎo)行波為沿著某種裝置按指定方向基本無輻射的傳播的電磁波。引導(dǎo)導(dǎo)行波傳播的裝置稱為波導(dǎo)。諧振腔是一種具有儲(chǔ)能和頻率選擇特性的元件，在微波電路和光路中的作用與低頻電路中LC振蕩回路作用相同。

簡而言之，微波是一種波長小，頻率極高的電磁波，按頻率劃分，大致可以把300MHz—3000GHz（對(duì)應(yīng)空氣中波長為1m—0.1mm）這一頻段的電磁波稱為微波。

2 微波的加熱原理

微波加熱是物料中極性分子與微波電磁場相互作用的結(jié)果，在外加交變電磁場作用下，物料內(nèi)極性分子極化并隨外加交變電磁場極性變更而交變?nèi)∠颍绱吮姸嗟臉O性分子因頻繁相互間摩擦損耗，使電磁能轉(zhuǎn)化為熱能。

微波加熱物料的效果由物料的介質(zhì)損耗因數(shù)決定，極性分子，例如水，介電常數(shù)大，因此介質(zhì)損耗因數(shù)大，吸收微波的能力就較強(qiáng)。由于不同物料介質(zhì)損耗因數(shù)不同，因此微波表現(xiàn)出具有選擇性加熱的特點(diǎn)。

3 微波的助燃機(jī)理

普林斯頓大學(xué)的 Miles 等人曾經(jīng)設(shè)計(jì)了一個(gè)高品質(zhì)的微波諧振腔，研究微波對(duì)甲烷空氣混合氣火焰速度的促進(jìn)作用。研究表明，向火焰區(qū)域發(fā)射微波時(shí)與未發(fā)射微波時(shí)相比，火焰尺寸急劇擴(kuò)大，使用粒子圖像測速方法測得火焰速度提高了20%。而我們知道提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?，有利于煤粉氣流穩(wěn)定燃燒。他們還利用瑞利散射測得火焰前鋒面附近溫度升高了約 100K-200K。如圖我們看到，左邊的是無微波輻射時(shí)火焰尺寸，右圖為有微波時(shí)的火焰尺寸。

（a）無波輻射時(shí) （b）有波輻射時(shí)

圖1 普林斯頓大學(xué)測得的火焰中OH濃度分布

4 微波在電廠中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，電廠方面微波技術(shù)主要研究方向?yàn)槲⒉ǖ入x子點(diǎn)火技術(shù)，關(guān)于等離子輔助燃燒的研究始于人們發(fā)現(xiàn)電場會(huì)影響火焰的流動(dòng)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將兩個(gè)帶尖端的金屬相對(duì)放置于微波爐中，打開電源便可清楚地看到尖端放電現(xiàn)象，微波放電擊穿兩個(gè)尖端附近的空氣，形成溫度較高的等離子體，當(dāng)有煤粉氣流通過其中時(shí)，煤粉會(huì)被點(diǎn)燃，伴隨著微波爐頻率的變化，會(huì)發(fā)生周期性爆燃現(xiàn)象?；谖⒉ǚ烹姷默F(xiàn)象，人們研究微波點(diǎn)火技術(shù)，現(xiàn)階段，該研究還處于理論階段，尚未大量應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)之中。其原因主要有：①微波的理論研究并未十分透徹，人們還無法隨心所欲地控制微波；②難以實(shí)現(xiàn)微波等離子放電點(diǎn)火發(fā)生在預(yù)期的指定位置；③難以使火焰末端和指定區(qū)域電場最強(qiáng)，聚集微波能量的效率有待進(jìn)一步提高；④微波發(fā)生系統(tǒng)自身體積、重量小型化問題，傳輸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，以及微波放電效率提高和放電火焰持續(xù)時(shí)間延長技術(shù)等難題都急需解決。

在微波等離子體點(diǎn)火技術(shù)研究過程中，發(fā)現(xiàn)相比于傳統(tǒng)的燃燒器利用微波會(huì)在煤粉的點(diǎn)燃和燃燒過程中給煤粉一個(gè)本質(zhì)上的強(qiáng)化。并且在能量損耗方面已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在點(diǎn)燃過程中，利用微波點(diǎn)燃煤粉的能量損耗只是投放助燃用霧化燃油或氣體燃料損耗的10%。這極大地提高電廠經(jīng)濟(jì)效益，而微波本身作為一種環(huán)保的能量，相對(duì)于油氣，微波輔助燃燒更有利于環(huán)境保護(hù)。

5 結(jié)論

微波技術(shù)從最初的軍事通訊領(lǐng)域逐漸擴(kuò)展到其他領(lǐng)域，微波爐的發(fā)明讓微波技術(shù)走進(jìn)了千家萬戶，而隨著科學(xué)家們的不斷探索，微波技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛。而我們希望能將微波技術(shù)融入電廠之中，利用微波的特性使其作用于煤粉燃燒，通過探索微波對(duì)煤粉燃燒的促進(jìn)作用，研究微波輔助煤粉燃燒技術(shù)，這種燃燒方式區(qū)別于傳統(tǒng)的煤粉燃燒方式，更加高效節(jié)能，同樣更加環(huán)保。并且通過我們的調(diào)研研究，我們發(fā)現(xiàn)利用微波助燃煤粉的燃燒具有很大的可行性及意義。

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作者簡介：

周安鸝，華北電力大學(xué)（保定）學(xué)生，1993年04月21日，省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目“關(guān)于電廠鍋爐中的微波助燃研究”負(fù)責(zé)人。