周安鹂
华北电力大学 河北 保定 071003
摘 要：本文主要通过介绍微波加热原理、助燃机理、现阶段微波在电厂中的应用及相关研究，分析了利用微波辅助煤粉燃烧，维持炉膛低负荷运行的可行性。
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关键词 ：微波助燃；煤粉；炉膛；低负荷
0 引言
微波从19世纪40年代开始迅速发展，如今已经成为国际上研究的热点，在军事、通讯、食品加热等方面发挥着巨大的作用。而随着国家经济发展，电力的需求量越来越大，更大型的机组也接连出现，与此同时，人们对电厂的效率提出了更高的要求。煤粉的燃烧是电厂效率的关键，若能利用微波来提高煤粉燃烧效率,将会极大地提高电厂的经济效益。
1 微波的定义
按照国际电工委员会（IEC）的定义，微波是指：波长足够短，以致在发射和接收中能实际应用波导和谐振腔技术的电磁波。
导行波为沿着某种装置按指定方向基本无辐射的传播的电磁波。引导导行波传播的装置称为波导。谐振腔是一种具有储能和频率选择特性的元件，在微波电路和光路中的作用与低频电路中LC振荡回路作用相同。
简而言之，微波是一种波长小，频率极高的电磁波，按频率划分，大致可以把300MHz—3000GHz（对应空气中波长为1m—0.1mm）这一频段的电磁波称为微波。
2 微波的加热原理
微波加热是物料中极性分子与微波电磁场相互作用的结果，在外加交变电磁场作用下，物料内极性分子极化并随外加交变电磁场极性变更而交变取向，如此众多的极性分子因频繁相互间摩擦损耗，使电磁能转化为热能。
微波加热物料的效果由物料的介质损耗因数决定，极性分子，例如水，介电常数大，因此介质损耗因数大，吸收微波的能力就较强。由于不同物料介质损耗因数不同，因此微波表现出具有选择性加热的特点。
3 微波的助燃机理
普林斯顿大学的 Miles 等人曾经设计了一个高品质的微波谐振腔，研究微波对甲烷空气混合气火焰速度的促进作用。研究表明，向火焰区域发射微波时与未发射微波时相比，火焰尺寸急剧扩大，使用粒子图像测速方法测得火焰速度提高了20%。而我们知道提高火焰传播速度，有利于煤粉气流稳定燃烧。他们还利用瑞利散射测得火焰前锋面附近温度升高了约 100K-200K。如图我们看到，左边的是无微波辐射时火焰尺寸，右图为有微波时的火焰尺寸。
4 微波在电厂中的应用
现阶段，电厂方面微波技术主要研究方向为微波等离子点火技术，关于等离子辅助燃烧的研究始于人们发现电场会影响火焰的流动。经过实验发现，将两个带尖端的金属相对放置于微波炉中，打开电源便可清楚地看到尖端放电现象，微波放电击穿两个尖端附近的空气，形成温度较高的等离子体，当有煤粉气流通过其中时，煤粉会被点燃，伴随着微波炉频率的变化，会发生周期性爆燃现象。基于微波放电的现象，人们研究微波点火技术，现阶段，该研究还处于理论阶段，尚未大量应用于实际生产之中。其原因主要有：①微波的理论研究并未十分透彻，人们还无法随心所欲地控制微波；②难以实现微波等离子放电点火发生在预期的指定位置；③难以使火焰末端和指定区域电场最强，聚集微波能量的效率有待进一步提高；④微波发生系统自身体积、重量小型化问题，传输系统优化设计技术，以及微波放电效率提高和放电火焰持续时间延长技术等难题都急需解决。
在微波等离子体点火技术研究过程中，发现相比于传统的燃烧器利用微波会在煤粉的点燃和燃烧过程中给煤粉一个本质上的强化。并且在能量损耗方面已经通过实验证实，在点燃过程中，利用微波点燃煤粉的能量损耗只是投放助燃用雾化燃油或气体燃料损耗的10%。这极大地提高电厂经济效益，而微波本身作为一种环保的能量，相对于油气，微波辅助燃烧更有利于环境保护。
5 结论
微波技术从最初的军事通讯领域逐渐扩展到其他领域，微波炉的发明让微波技术走进了千家万户，而随着科学家们的不断探索，微波技术的应用更加广泛。而我们希望能将微波技术融入电厂之中，利用微波的特性使其作用于煤粉燃烧，通过探索微波对煤粉燃烧的促进作用，研究微波辅助煤粉燃烧技术，这种燃烧方式区别于传统的煤粉燃烧方式，更加高效节能，同样更加环保。并且通过我们的调研研究，我们发现利用微波助燃煤粉的燃烧具有很大的可行性及意义。
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作者简介：
周安鹂，华北电力大学（保定）学生，1993年04月21日，省级大学生创新实践项目“关于电厂锅炉中的微波助燃研究”负责人。