关于电弧耦合微波等离子体增强煤粉点火技术的中试规模实验研究

《Canadian Journal of Chemical Engineering》：Pilot-scale experimental study on arc-coupled microwave plasma-enhanced pulverized coal ignition

本研究通过建立中试规模微波耦合电弧点火系统，系统探究了微波功率、电弧功率、煤粉细度及给料率对低挥发分煤点火性能的影响规律，揭示了微波能量增强电弧激发效应及活性物种生成的协同机制，提出“低电弧-高微波”优化配置方案，为复杂煤燃烧系统等离子点火技术提供理论支撑与实践指导。

　　

摘要

为确保能源安全并促进可再生能源的整合，开发高效的煤炭点火技术具有重要的实际意义。本研究建立了一种基于弧耦合微波等离子体的试点规模点火系统，旨在提升低挥发性粉煤的点火性能，同时降低能源消耗。系统地研究了微波功率、电弧功率、煤粒细度以及进料速率对点火过程的影响。通过热电偶、光纤光谱学和火焰成像技术对火焰温度、光谱排放及稳定性进行了评估。结果表明，微波能量增强了电弧等离子体的激发作用，促进了活性物质的生成，从而提高了点火稳定性和燃烧活性。与仅使用电弧放电的方式相比，在相同或更低的总功率下，弧耦合微波放电方式能够实现更高的火焰温度，显示出更优越的能源效率。细煤颗粒（R90 = 10%–20%）在低电弧功率条件下对微波能量的响应更为敏感，因此更适合采用“低电弧-高微波”配置；而粗煤颗粒（R90 = 30%）则需要“高电弧-高微波”组合才能实现可靠点火。增加进料速率可以使火焰更加稳定、紧凑，并提升微波能量的耦合效果；反之，进料不足会导致火焰分散、温度波动以及热量损失。本研究阐明了在多参数条件下煤、微波与电弧等离子体之间的协同作用机制，为复杂煤炭燃烧系统中的等离子体辅助点火技术提供了理论指导和实际应用建议。