Giường tầng sôi được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp và đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi sang năng lượng xanh, sản xuất thực phẩm và thuốc. Tuy nhiên, quá trình xảy ra bên trong tầng sôi cực kỳ phức tạp và—do thiếu các kỹ thuật đo lường hiệu quả—phần lớn vẫn chưa được biết đến.
Giờ đây, các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Chalmers ở Thụy Điển đã phát triển một kỹ thuật radar tần số cao có thể đo chính xác những gì đang xảy ra bên trong tầng sôi với độ chính xác vô song. Bước đột phá này có thể dẫn đến các quy trình hoàn toàn mới và hiệu quả hơn trong một số ngành công nghiệp, bao gồm cả chuyển đổi năng lượng. Công trình được đăng trên tạp chí Fuel .
Đốt tầng sôi là một trong những công nghệ hàng đầu được sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện trên thế giới. Công nghệ này chuyển đổi nhiên liệu rắn, chẳng hạn như sinh khối và chất thải, thành hệ thống sưởi và điện của khu vực. Công nghệ chất lỏng hóa cũng là nền tảng cho nhiều quy trình khác dự kiến sẽ đóng vai trò quan trọng trên toàn cầu trong quá trình chuyển đổi hệ thống năng lượng và trong các dòng tài nguyên tuần hoàn—chẳng hạn như thu hồi carbon, lưu trữ năng lượng và sản xuất hydro và các loại nhiên liệu không hóa thạch khác .
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers hiện đã phát triển một kỹ thuật radar có thể cung cấp đặc tính chi tiết của dòng chất rắn trong tầng sôi, việc thiếu kỹ thuật này đã cản trở sự phát triển của các quá trình này.
Tầng sôi đã là công nghệ hiệu quả nhất để chuyển đổi nhiên liệu sinh học rắn thành năng lượng. Công nghệ này mang lại tốc độ đốt cháy hiệu quả và ổn định vì các hạt rắn ở trạng thái giống như chất lỏng giúp phân phối nhiệt đồng nhất trong buồng đốt. Tóm lại, công nghệ hóa lỏng dựa trên việc khí được thổi qua một lớp các hạt nhỏ giống như cát trong lò phản ứng, sao cho các hạt rắn này, nhiên liệu và khí, trở nên trộn lẫn hoàn toàn.
Giống như một cơn bão cát và một đám cháy rừng trong một
Để đạt được hiệu quả cao hơn nữa trong quy trình này, bạn cần có khả năng hiểu và kiểm soát cách các hạt rắn hoạt động trong hỗn hợp. Nhưng môi trường lò phản ứng thường nóng, bẩn và có tính ăn mòn—giống như bão cát và cháy rừng đồng thời—ngăn cản hiệu quả bất kỳ loại phép đo nào và do đó hạn chế hiểu biết của chúng ta về những gì đang thực sự xảy ra bên trong lò phản ứng.
Giải pháp mới của các nhà nghiên cứu Chalmers cho vấn đề này là một kỹ thuật radar tần số cực cao có thể đo dòng chảy của các hạt rắn trong tầng sôi với độ chính xác vô song. Lấy cảm hứng từ radar Doppler xung được sử dụng để theo dõi các hiện tượng thời tiết như mưa hoặc tuyết, đây là lần đầu tiên kỹ thuật này được chứng minh trong bối cảnh tầng sôi. Bước đột phá này hiện được kỳ vọng sẽ mở đường cho các quy trình mới và hiệu quả hơn trong một số ngành công nghiệp.
"Việc sử dụng thiết bị radar terahertz tần số cao được chứng minh trong nghiên cứu của chúng tôi có tiềm năng cách mạng hóa cách thiết kế và sử dụng công nghệ tầng sôi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau—từ chuyển đổi năng lượng sang công nghiệp thực phẩm và sản xuất thuốc. Đây là một trong những Diana Carolina Guío Pérez, nhà nghiên cứu về công nghệ năng lượng tại Chalmers, cho biết rất ít minh chứng về việc sử dụng kỹ thuật radar xung Doppler ở tần số sóng dưới milimet và đây là lần đầu tiên nó được sử dụng để thực hiện các phép đo trong tầng sôi. .
Độ chính xác đo lường vô song
Trong khi các kỹ thuật đo lường được sử dụng trong tầng sôi thường có độ phân giải thấp, tạo ra kết quả khó diễn giải hoặc gây nhiễu loạn dòng chảy, thì kỹ thuật radar terahertz tần số cao của các nhà nghiên cứu Chalmers có thể thâm nhập vào lò phản ứng từ bên ngoài và đo lường hành vi. của các hạt bên trong nó mà không làm xáo trộn dòng chảy. Kỹ thuật radar cũng có thể đo đồng thời vận tốc và nồng độ của các hạt rắn với độ chính xác cao và độ phân giải cao về thời gian và không gian. Điều này có nghĩa là ngay cả những thay đổi nhỏ nhất trong dòng chảy cũng có thể được phát hiện trong thời gian thực, điều này rất quan trọng khi giám sát và kiểm soát các quy trình công nghiệp.
Trong nghiên cứu của các nhà nghiên cứu, lần đầu tiên kỹ thuật này đã được chứng minh trong thực tế trong lò hơi tầng sôi tuần hoàn cao ba mét. Phát hiện của họ cho thấy chất lượng đo lường vượt xa chất lượng đạt được bằng các phương pháp trước đây được sử dụng trong lĩnh vực này.
"Chúng tôi đã có thể chỉ ra rằng kỹ thuật radar Doppler xung ở tần số lên tới 340 GHz có thể đo cả sự phân bố của các hạt và vận tốc của chúng bên trong một lò phản ứng xử lý ở độ phân giải cao hơn nhiều so với các công nghệ khác có thể làm được. Đây là thông tin đã có từ lâu Marlene Bonmann, tiến sĩ sau tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Terahertz và Sóng Milimet tại Đại học Chalmers, cho biết : thuộc về Công nghệ.
"Kiến thức có thể thu được bằng kỹ thuật radar terahertz tần số cao của chúng tôi có khả năng tạo ra nền tảng mới trong hiểu biết của chúng ta về dòng chất rắn trong lò phản ứng tầng sôi và các thiết bị xử lý chất rắn khác. Ví dụ, nó có thể dẫn đến việc cải thiện hoạt động và thiết kế của các lò phản ứng cần thiết trong các quy trình chuyển đổi dựa trên tầng sôi hiện có và hoàn toàn mới, chẳng hạn như thu hồi và lưu trữ carbon , lưu trữ năng lượng và chu trình nhiệt," Diana Carolina Guío Pérez nói.
