流化床是一项应用于多种行业的技术，在向绿色能源转型以及食品和药品生产中发挥着重要作用。然而，流化床内发生的过程极其复杂，并且由于缺乏有效的测量技术，人们在很大程度上仍然未知。现在，瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员开发了一种高频雷达技术，可以以无与伦比的精度准确测量流化床内发生的情况。这一突破可能会在能源转换等多个行业带来全新且更高效的流程。
流化床燃烧是世界火力发电厂使用的领先技术之一。该技术将生物质和废物等固体燃料转化为区域供热和电力。流化技术也是许多其他工艺的基础，这些工艺预计将在全球能源系统转型和循环资源流动中发挥重要作用，例如碳捕获、能源储存以及氢气和其他无化石燃料的生产*。
查尔姆斯理工大学的研究人员现已开发出一种雷达技术，能够提供流化床中固体流动的详细表征，该技术的缺乏一直阻碍着这些过程的发展。
流化床已经是将固体生物燃料转化为能源的最有效的技术。该技术可实现高效且一致的燃烧速率，因为固体颗粒呈液态，有助于在燃烧室中均匀分布热量。简而言之，流化技术是将气体吹过反应器中的小沙状颗粒床，使这些固体颗粒、燃料和气体充分混合。
就像沙尘暴和野火合二为一
为了在此过程中实现更高的效率，您需要能够了解和控制固体颗粒在混合物中的行为。但反应堆环境通常很热、肮脏且具有腐蚀性——就像沙尘暴和野火合而为一——有效地阻止了任何类型的测量，从而限制了我们对反应堆内部实际发生的情况的了解。
查尔姆斯理工大学研究人员针对这一问题的新解决方案是一种极高频雷达技术，该技术可以以无与伦比的精度测量流化床中固体颗粒的流动。受用于跟踪雨或雪等天气现象的脉冲多普勒雷达的启发，这是该技术首次在流化床背景下进行演示。现在，这一突破预计将为许多行业的新的、更高效的流程铺平道路。
“我们的研究中展示的高频太赫兹雷达仪器的使用有可能彻底改变流化床技术在许多不同工业领域的设计和使用方式——从能源转换到食品工业和药品生产。这是在亚毫米波频率下使用脉冲多普勒雷达技术的极少数演示之一，也是有史以来第一次将其用于在流化床中进行测量。”查尔姆斯理工大学的能源技术。
无与伦比的测量精度
虽然流化床中使用的测量技术通常分辨率较低，产生的结果难以解释，或引起流动扰动，但查尔默斯研究人员的高频太赫兹雷达技术可以从外部穿透反应堆并测量行为其内部的颗粒不会干扰流动。雷达技术还可以同时测量固体颗粒的速度和浓度，在时间和空间上具有高精度和高分辨率。这意味着即使是最小的流量变化也可以被实时检测到，这在监视和控制工业过程时非常重要。
在研究人员的研究中，该技术首次在三米高的循环流化床锅炉中得到实践证明。他们的研究结果表明，测量质量大大超过了以前在该领域使用的方法所达到的质量。
“我们已经证明，频率高达 340 GHz 的脉冲多普勒雷达技术可以测量过程反应器内颗粒的分布及其速度，其分辨率比其他技术高得多。这是该领域长期以来缺乏的信息，它将使得改进和扩大工艺反应堆成为可能，并且在能量转换的情况下，减少不需要的残留产物的排放，”太赫兹博士后 Marlene Bonmann 说和查尔姆斯理工大学毫米波实验室。
“通过我们的高频太赫兹雷达技术可以获得的知识有可能在我们对流化床反应器和其他固体处理装置中的固体流动的理解方面开辟新的领域。例如，它可以改进现有和全新的流化床转化工艺所需的反应器的操作和设计，例如碳捕获和存储、能量存储和热循环，”Diana Carolina Guío Pérez 说道。
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