關于微波運用于電廠的可行性分析

摘 要：本文主要通過介紹微波加熱原理、助燃機理、現階段微波在電廠中的應用及相關研究，分析了利用微波輔助煤粉燃燒，維持爐膛低負荷運行的可行性。

關鍵詞：微波助燃；煤粉；爐膛；低負荷

0 引言

微波從19世紀40年代開始迅速發展，如今已經成為國際上研究的熱點，在軍事、通訊、食品加熱等方面發揮著巨大的作用。而隨著國家經濟發展，電力的需求量越來越大，更大型的機組也接連出現，與此同時，人們對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鍵，若能利用微波來提高煤粉燃燒效率，將會極大地提高電廠的經濟效益。

1 微波的定義

按照國際電工委員會（IEC）的定義，微波是指：波長足夠短，以致在發射和接收中能實際應用波導和諧振腔技術的電磁波。

導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。引導導行波傳播的裝置稱為波導。諧振腔是一種具有儲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（對應空氣中波長為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果，在外加交變電磁場作用下，物料內極性分子極化并隨外加交變電磁場極性變更而交變取向，如此眾多的極性分子因頻繁相互間摩擦損耗，使電磁能轉化為熱能。

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

3 微波的助燃機理

普林斯頓大學的 Miles 等人曾經設計了一個高品質的微波諧振腔，研究微波對甲烷空氣混合氣火焰速度的促進作用。研究表明，向火焰區域發射微波時與未發射微波時相比，火焰尺寸急劇擴大，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傳播速度，有利于煤粉氣流穩定燃燒。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火焰尺寸，右圖為有微波時的火焰尺寸。

（a）無波輻射時 （b）有波輻射時

圖1 普林斯頓大學測得的火焰中OH濃度分布

4 微波在電廠中的應用

現階段，電廠方面微波技術主要研究方向為微波等離子點火技術，關于等離子輔助燃燒的研究始于人們發現電場會影響火焰的流動。經過實驗發現，將兩個帶尖端的金屬相對放置于微波爐中，打開電源便可清楚地看到尖端放電現象，微波放電擊穿兩個尖端附近的空氣，形成溫度較高的等離子體，當有煤粉氣流通過其中時，煤粉會被點燃，伴隨著微波爐頻率的變化，會發生周期性爆燃現象?；谖⒉ǚ烹姷默F象，人們研究微波點火技術，現階段，該研究還處于理論階段，尚未大量應用于實際生產之中。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難以實現微波等離子放電點火發生在預期的指定位置；③難以使火焰末端和指定區域電場最強，聚集微波能量的效率有待進一步提高；④微波發生系統自身體積、重量小型化問題，傳輸系統優化設計技術，以及微波放電效率提高和放電火焰持續時間延長技術等難題都急需解決。

在微波等離子體點火技術研究過程中，發現相比于傳統的燃燒器利用微波會在煤粉的點燃和燃燒過程中給煤粉一個本質上的強化。并且在能量損耗方面已經通過實驗證實，在點燃過程中，利用微波點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濟效益，而微波本身作為一種環保的能量，相對于油氣，微波輔助燃燒更有利于環境保護。

5 結論

微波技術從最初的軍事通訊領域逐漸擴展到其他領域，微波爐的發明讓微波技術走進了千家萬戶，而隨著科學家們的不斷探索，微波技術的應用更加廣泛。而我們希望能將微波技術融入電廠之中，利用微波的特性使其作用于煤粉燃燒，通過探索微波對煤粉燃燒的促進作用，研究微波輔助煤粉燃燒技術，這種燃燒方式區別于傳統的煤粉燃燒方式，更加高效節能，同樣更加環保。并且通過我們的調研研究，我們發現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（保定）學生，1993年04月21日，省級大學生創新實踐項目“關于電廠鍋爐中的微波助燃研究”負責人。