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推广微波加热技术 降低电能消耗
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推广微波加热技术 降低电能消耗
李如虎
摘要 介绍了微波加热原理和优点及微波加热在我国各方面的应用实例。并指出：微波加热技术在诸多领域的应用，是降低能耗，提高企业的劳动生产率，减少环境污染的有效途径。
关键词 微波 加热 能量 消耗
中图分类号：TM924.76 文献标识：C 文章编号：1002-1361(1999)03-0036-02
1 概述
微波技术是在20世纪才发展起来的一门新技术。它首先应用在通信方面，作为一种能源来进行加热、干燥、治疗等是近十年才发展起来的，在国外已普遍推广应用。所谓微波加热，就是介质材料吸收微波能量并把它转化为热能。那么微波加热的原理是什么呢?我们知道，许多介质材料内存在有极性分子(即一端带正电，一端带负电的分子或偶极子)，在微波电场的作用下，原来杂乱无章的极性分子就随着高频场的作用快速摆动，分子要随着不断变化的高频场的方向排列就必定要克服分子原有的热运行和分子相互间作用的干扰和阻碍，产生类似于摩擦的作用，使杂乱热运动的分子获得能量而以热的形式表现出来，介质的温度也随之升高。这是微波加热原理的一种最通俗的解释，它的实际过程是比较复杂的。
微波能使材料发热，但不是所有的材料都能被微波加热。如铜、铁、铝、银一类的金属，微波作用于它们的表面如同光线从镜子上反射一样，几乎完全不吸收微波能；绝缘体如聚四氟乙稀、聚丙稀等，微波作用于它们的表面正如太阳光照到玻璃上一样，反射一部分，传输一部分，也吸收一部分，但吸收的微波能很少，可以忽略。只有介质材料，微波作用其表面，它吸收的微波能不可忽略。能不同程度地吸收微波能量的介质，称为有耗介质。特别是含水和含有脂肪的物品，它们不同程度地吸收能量，并把它转化为热能。如果说导体和绝缘体适宜推广远红外加热技术以利节能，那么对介质，应广泛推广微波加热技术以利节能。
2 微波加热的特点
2.1 加热均匀、快速
通常采用的加热方法是借热量的辐射和传导，所以是物体的表面先热再传到内部。而微波能是直接穿透物体内部，除特大或特厚的物体外都能里外同时加热，大大缩短了加热时间。因此，应用微波加热干燥物品可显著提高生产效率，提高产品质量。
2.2 选择性加热
由于各种材料对微波的吸收是不同的，它的损耗角正切tanδ越大，吸收微波的能力越大。各种材料的tanδ在0.001～0.5范围内，所以对微波的吸收能力有较大差异，这就使微波对各种物质的加热具有选择性。例如，用微波干燥纸张，由于水能很快吸收微波能，湿纸吸收的微波能多，而干纸的微波性能就差多了，这样干的部分吸收微波能就少，使纸张得到均匀干燥。
2.3 控制及时
大多数普通的加热系统，需要相当长的时间才能达到所需的温升。而采用微波加热，给上电源几分钟即可正常运转，调整微波输出功率，物料的加热情况立即无惰性地改变，便于进行自动控制和连续生产。
2.4 缩小加热设备体积
由于微波加热在短时间内就能将能量转移给物体，故在给定的生产率下，可大大减小加热设备的尺寸。由于是介质本身发热，因此微波设备本身不幅射热量，这就避免了环境高温，改善了劳动环境。
2.5 热效率高
微波加热能达到较高的效率。目前，微波系统将50 Hz的交流电转换成材料中的热，效率通常在50%左右，随着微波管效率的提高将进一步提高微波加热的效率。
3 微波加热技术的应用
随着我国国民经济自动化、现代化程度需要的日益迫切，我国在70年代初开始研究微波加热技术。首先是连续波磁控管的研制工作取得了较大进展，特别是大功率磁控管的研制成功，为微波加热技术的工业应用提供了先决条件。目前，微波技术在皮革、木材、彩色印刷、药品灭菌、纸张、食品、烟草、化工、建筑材料以及医疗等行业已逐渐被采用，受到各方面的重视。
3.1 微波加热技术在食品加工方面的应用
某营养食品厂采用WX10S-1型2450 MHz、10 kW隧道式微波干燥灭菌机后，通过3年的运行，表明该机与原冷冻干燥工艺相比，实现了连续化生产，效率提高了几十倍；用电量仅为原工艺的7.5%，节电92.5%，每年可节省40 MW.h的电量。
WZ20S-1型微波杀菌机，采用高微波场强短时间与低场强长时间2种杀菌方式，充分发挥微波非热效应的特点，使食品在短时间内温升，再进行低场强长时间辐射。这样既能杀灭食品中的细菌，又能保护食品的风味和营养成分。经处理的食品可延长保鲜存放期。该机可用于各类食品，可连续生产，耗能小于34 kW。
WZ30-1型微波焙炒机根据无壳瓜籽的特点和工艺要求，通过反复试验，采用915 MHz和2 450 MHz双频微波发生器的最佳功率组合，实现对瓜籽的干燥—喷香—焙炒自动化生产。经过微波处理的瓜籽与原工艺相比，不仅产品质量好，而且比远红外焙炒节能50%左右。
WP10-1、2 450 MHz 10kW微波平板烘烤机主要用于烘烤各种糕点如蛋糕等，节电50%。
WP10-2型豆制品烘干机用于豆制品的烘烤脱水，避免了传统工艺烘干脱水时间长，不卫生，容易受细菌污染变质的缺点，而且实现了自动化流水线生产，生产率可达75 kg/h。
WB10系列微波白酒老熟机，利用微波与酒中的各种成分的特殊作用，经1～2 min的处理，即可达到自然存放3～6个月的效果，并保持产品的原有风格与特色，节省贮酒容器，节省了厂房，减少自然贮存中的挥发损耗，加速了资金的周转。
WXL系列微波干燥机通过微波能与烟叶及其水分的直接相互作用，表里同时加热，烟叶干燥、复烤，原工艺需要40～60 min，而微波干燥仅要3～5 min。烟叶和烟梗加热均匀，不需要二次回潮，能保持香味，提高了产品质量，减少了破损率，损耗由2%降到1.76%，并有杀虫灭菌优点，延长了保存期。无高温、无余热、无粉尘，大大改善了劳动条件，降低了劳动强度，减少了环境污染，有利实现自动化生产。
3.2 微波加热技术在木材加工业方面的应用
用微波干燥木材，速度快(木材含水量由35%～40%烘干至20%左右仅需10～26 min)，效率高(各类树种木材的提水率都在1 kg/kW.h左右)，质量好(由于微波具有强烈的渗透性和选择性等特点，在干燥过程中表里一致，所以木材开裂少、变形小)，节约木材(由于微波干燥木材变形小，开裂少，无霉烂变质，木材的利用率至少提高5%)，生产不受自然条件的影响，加快了木才的使用周期，还能杀死木材内的蛀虫。用微波干燥瓦楞纸、纸张等也同样具有质量好，损耗少，效率高，容易控制，有利于实现自动化生产等优点。
4 结语
微波加热技术的使用，为改变我国一些行业生产的落后状况，节省能源，提高劳动生产率，提高产品质量，改善劳动环境，减轻劳动强度开辟了新的途径。随着我国社会主义建设事业的飞速发展，今后微波加热这门技术必将得到越来越广泛的应用。
作者单位：广西电力试验研究院，广西南宁 530023
