냉간 재순환 가스 노즐은 오일 셰일 열분해로 하단에서 핵심적인 열 인터페이스 역할을 합니다. 이 노즐의 명확한 목적은 냉각 구역으로 가스를 균일하게 주입하여 가스-고체 열 교환을 촉진하는 것입니다. 이를 통해 반탄을 안전한 배출 온도로 냉각하는 동시에 열 에너지를 회수합니다.
핵심 통찰: 이 노즐은 폐기물 관리 단계를 에너지 회수 기회로 전환합니다. 배출되는 고체에서 유입되는 가스로 열을 전달함으로써 상부 열분해 구역에서 원유 셰일을 가열하는 데 필요한 연료를 줄입니다.
냉각 및 가열의 이중 역할
균일한 가스 주입 촉진
이 노즐의 주요 기계적 기능은 노의 바닥 전체에 재순환 가스를 고르게 분배하는 것입니다. 균일성은 여기서 협상 불가능합니다.
일관된 분배가 없으면 노는 "데드 존"이 발생하여 고체가 너무 뜨겁게 남아 전체 기둥의 안정성을 손상시킵니다.
반탄 냉각을 위한 냉각
즉각적인 운영 목표는 반탄(열분해 후 남은 고체 잔류물)의 온도를 낮추는 것입니다.
냉간 가스는 뜨거운 반탄 층을 통과하면서 직접 접촉을 통해 열을 흡수합니다. 이를 통해 고체가 특정 목표 온도에 도달하여 기계적 배출 및 취급에 안전하게 만듭니다.
열 에너지 재순환
가스가 반탄을 냉각시키면서 역으로 예열됩니다. 이 노즐 시스템은 폐기물 고체와 함께 손실될 수 있는 열 에너지를 효과적으로 포착합니다.
이 예열된 가스는 회수된 에너지를 열분해 구역으로 운반합니다. 여기서 원유 셰일을 가열하는 데 도움을 주어 열분해 공정의 효율에 직접적으로 기여합니다.
운반 매체 역할
열 관리 외에도 주입된 가스는 중요한 운반 기능을 수행합니다.
노를 통해 상승하면서 가스는 운반 매체 역할을 합니다. 열분해 생성물, 특히 상부 구역에서 생성된 오일 및 가스 증기를 쓸어내고 처리용 반응기에서 배출하는 데 도움을 줍니다.
운영상의 과제 및 절충
균일성의 필요성
전체 시스템의 효율성은 노즐이 균일한 흐름을 유지하는 능력에 달려 있습니다.
노즐이 막히거나 설계가 잘못되면 가스 흐름이 채널화됩니다. 이로 인해 불균일한 냉각이 발생하여 일부 반탄이 위험할 정도로 뜨겁게 배출되고 에너지 회수가 비효율적이게 됩니다.
흐름 및 열 전달 균형
가스 속도와 열 교환 시간 사이에는 섬세한 균형이 있습니다.
열분해 생성물을 위로 운반하고 고체를 냉각시키기 위해 충분한 흐름이 필요합니다. 그러나 상호 작용은 효과적인 가스-고체 열 전달이 발생할 수 있도록 충분한 체류 시간을 허용해야 합니다.
노 효율 최적화
오일 셰일 열분해로의 성능을 최대화하려면 이 노즐을 단순한 배출구가 아닌 열 교환기로 간주해야 합니다.
- 운영 안전이 주요 초점인 경우: 배출 전에 반탄이 목표 온도로 균일하게 냉각되도록 노 유지 관리를 우선시하여 장비 손상을 방지합니다.
- 에너지 효율이 주요 초점인 경우: 가스 분배 패턴을 모니터링하여 반탄에서 회수된 열의 양을 최대화하고 상부 열분해 구역으로 전달합니다.
적절하게 보정된 노즐은 시스템이 열적으로 균형을 이루고 경제적으로 실행 가능하도록 보장합니다.
요약 표:
| 기능 | 주요 목표 | 공정 효율성에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| 가스 주입 | 노 바닥 전체에 균일하게 분배 | 데드 존 방지 및 기둥 안정성 보장 |
| 반탄 냉각 | 고체 잔류물 온도 감소 | 안전한 배출 및 기계적 취급 보장 |
| 에너지 회수 | 가스-고체 교환을 통한 가스 예열 | 열분해 구역에 대한 외부 연료 필요량 감소 |
| 운반 매체 | 열분해 증기 운반 | 처리용 오일 및 가스 생성물을 효율적으로 배출 |
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참고문헌
- Lixin Zhao, Luwei Pan. Numerical Study of the Combustion-Flow-Thermo-Pyrolysis Process in an Innovative Externally Heated Oil Shale Retort. DOI: 10.3390/sym17071055
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