KR100201367B1 - 애뉼라 샤프트킬른에서의 생석회 증산방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 애뉼라 샤프트킬른형 석회 소성로에서의 생석회의 증산방법에 관한 것이며, 구체적으로는 과중한 추가 설비나 기존 설비의 변경없이 애뉼라 샤프트형 석회 소성로에서 석회석을 추가로 소성시켜 생석회의 생산량을 증대시킬 수 있는 생석회의 제조방법에 관한 것이다.

유체연료를 연소시키기 위해 공급되는 공기의 과잉분에 의해 연소될 수 있는 양의 고체연료를 소성로의 상부로 공급하여 과잉분의 공기에 의해 예열대 하부에서 연소시키고, 이 때 발생되는 열량에 의해 추가로 석회석을 소성시킬 수 있다.

본 발명의 방법에 의하면, 기존의 설비를 크게 변경하지 않고 약간의 추가설비만으로 생석회의 생산량을 크게 증대시킬 수 있으며 조업가능한 운전영역을 더 넓게 할 수도 있다.

Description

애뉼라 샤프트킬른에서의 생석회 증산방법

본 발명은 애뉼라 샤프트킬른(annular shaft kiln)형 석회 소성로에서의 생석회증산방법에 관한 것이며, 구체적으로는 과중한 추가설비나 기존 설비의 변경없이 애뉼라 샤프트킬른형 석회 소성로에서 생석회의 생산량을 증대시킬 수 있는 석회소성법에 관한 것이다.

제 1도에 도시된 애뉼라 샤프트형 석회 소성로는 열경제성 및 제품품질이 우수하여 널리 사용되고 있는 것으로서, 석회석을 가열하여 생석최를 제조하는 반응기이다. 소성로(100)는 외통(102)과 내통(104)으로 구성되어 있고, 소성로의 내부는 상부로부터 예열대, 상부소성대, 하부소성대, 병류소성대 및 냉각대로 이루어져 있으며, 외통(102)의 중간 부위에 연료를 연소시키기 위한 연소실(106, 108)이 설치되어 있다. 연소된 배기가스의 폐열을 회수하기 위하여 1차 연소공기의 유입구에 열교환기(110)가 설치되어 있고, 열교환기(110)로부터 승온된 1차 연소공기의 일부를 분사하여 내통(102)의 하부에 설치된 순환가스 입구로부터 하부연소실의 연소가스의 일부 및 제품 냉각공기를 흡입하여 하부연소실로 보내는 인젝터(112)가 설치되어 있다.

석회석은 약 900℃ 이상의 온도로 유지되면 탈탄산이 이루어져 생석회가 생성되는데, 상기 소성로(100)에서는 각각의 연소실에 유체연료, 예를들면 벙커C유를 공급하여 연소시키고 이 때 발생되는 고온의 연소가스로 석회석을 소성시킨다.

이를 구체적으로 설명하면, 유입구(114)를 통하여 소성로(100) 상부로 유입된 석회석은 예열대를 통과하면서 고온의 배기가스와 열교환이 이루어져 분해온도 근처까지 도달되며, 냉각된 배기가스는 소성로의 상부를 통해 배출된다. 예열된 석회석은 상부소성대, 하부소성대 및 병류소성대를 거치면서 소성이 완료되어 생석회가 된다. 상부소성대에서는 환원분위기의 상부연소실(106)에서 나오는 열가스와 하부소성대로부터 올라오는 과잉공기에 의하여 연소되어 석회석과 향류소성이 이루어지고, 하부소성대에서는 하부연소실(108)의 산화분위기 하에서 연소된 열가스와 석회석의 향류소성이 이루어지며, 병류소성대에서는 인젝터(112)의 흡인작용에 의하여 내통(104) 하부의 순환가스 입구까지 열가스와 석회석이 같은 방향으로 흐르면서 소성이 완료된다. 소성의 결과 생성된 생석회는 냉각대를 통과하면서 소성로(100) 하부로 유입된 제품냉각공기에 의해 냉각된 후 배출구(116)를 통하여 소성로(100) 하단부로부터 배출되며, 승온된 제품냉각공기는 하부연소실(108)의 연소공기로 사용된다.

상부연소실(106)에는 1차 연소공기와 2차 연소공기가 공급되어 공기가 부족한 상태에서 연소가 이루어지며, 하부연소실(108)에는 1차 연소공기, 2차 연소공기, 인젝터 작동공기, 제품냉각공기가 공급되어 공기가 과잉된 상태에서 연소가 이루어진다.

상기와 같은 종래의 소성방법에 있어서, 설비투자비 및 유지보수비의 측면으로부터 석회석을 가능한 한 낮은 온도에서 소성시키고 있으며, 적절한 석회석 소성온도는 900 내지 1100℃인 것으로 알려져 있다. 벙커C유 1kg을 완전히 연소시킬 수 있는 공기의 양을 공기비 1.0으로 정의했을 때, 1.0 공기비(약 10.6Nm³)의 공기를 공급하여 벙커C유를 연소시키면 연소실의 온도가 약 1800℃까지 상승하게 되고 소성대의 온도도 지나치게 높아지게 되므로, 온도를 낮추기 위한 방법으로서 공기비 1.2∼1.4, 즉 완전연소시의 20∼40% 과잉공기를 공급함으로써 연소실의 온도를 약 1400℃로 유지할 수 있으며, 이 때의 소성영역에서의 소성온도는 약 900℃ 정도로 유지된다. 소성영역에서의 소성온도가 1400℃ 이상이 되면 소성로(100) 내화설비에 악영향을 미치게 되기 때문에, 이와 같이 과잉공기를 공급하여 소성온도를 조절하거나 부족공기를 공급하여 연료를 불완전연소시켜 소성온도를 조절하는 것이 불가피하다.

상기한 종래의 생석회 생산방법에 있어서, 생석회의 생산량을 증가시키려면 유체연료를 추가로 공급하여야 하는데, 이 경우 소성온도의 조절을 위해서는 공급되는 공기의 양도 연료의 증가분에 따라서 증가되어야 한다. 그러나, 소성대 내에서의 체류시간, 소성대의 용적, 연소옹기 공급팬 및 배기가스 배출팬의 용량의 제한 등으로 인하여 생산량을 증가시킬 수 있는 범위가 제한되어 소성로 표준생산량의 10% 정도를 벗어나기 어렵다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하여 소성로의 구조를 크게 변화시키지 않으면서 생석회의 생산량을 증가시킬 수 있는 생석회의 제조방법을 제공하는데 있다.

제 1도는 애뉼라 샤프트킬른형 석회 소성로의 구조를 도시하기 위한 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 소성로 106 : 상부연소실

108 : 하부연소실 112 : 인젝터

제1도에 도시된 소성로(100)에서 석회석을 소성시키는 종래 기술에 의한 생석회의 제조방법에 있어서, 유체연료를 연소시키기 위하여 20-40%의 과잉공기가 공급되며 연소 후의 고온의 과잉공기는 연소되지 않고 배출되므로, 본 발명에 의한 제조방법은 이 과잉 공기에 의해 연소될 수 있는 양의 범위내에서 고체연료를 소성로(100)의 상부를 통해 추가로 공급하여 예열대 하부에서 연소시킴으로써 이 고체연료의 연소 열량만큼 석회석을 더 공급하여 분해시키고자 하는 것이다.

상기한 바와 같이, 과잉공기를 연소시키기 위해 유체연료를 추가로 공급하는 것은 공기비가 낮아져서 소성대 내의 온도가 지나치게 상승하게 되기 때문에 곤란하지만, 본 발명에 의한 고체연료 투입에 있어서는, 과잉긍기의 연소에 의해 추가로 발생되는 열량만큼 저온의 석회석 및 고체연료를 연소, 소성온도까지 상승시키는데 열량이 소모되기 때문에 에너지 수지가 유지되어 소성대 내의 온도가 크게 변화되지 않는다.

본 방법에 있어서, 고체연료를 추가로 공급하기 위한 저장, 계량 및 공급설비(도시되지 않음)가 필요하지만, 기타 소성로의 내부설비나 팬(도시되지 않음) 등의 설비는 변경할 필요가 없다. 다만, 제품냉각공기의 양은 일정한데 비하여 소성로(100) 하부로 배출되는 생석회의 양이 증가되기 때문에 제품의 온도가 올라가게 되고, 따라서 제품이송설비(도시되지 않음)의 재질을 보강할 필요가 있을 수도 있다. 또한, 유체연료에 대한 고체연료의 공급비를 크게 하는 경우에는 예열대 하부 연와의 내열도를 높여야 될 필요도 있다.

본 소성방법에 있어서, 유체연료의 공급량 및 연소방법은 기존 방법의 경우와 동일하며, 연소공기의 공급량도 기존 방법의 경우와 동일하지만, 고체연료의 혼소율을 높여 과잉 공기만으로 고체연료를 연소시키기에 부족할 경우에는 유체연료 및 고체연료에 대한 총 공기비가 1.05 정도가 되도록 연소공기를 더 공급할 수도 있다. 소성로(100) 상부로 공급되는 고체연료는 예열대를 통과하면서 연소온도까지 상승하게 되고 유체 연료를 연소시키고 남은 과잉분의 공기에 의해 연소되며, 이 때 발생되는 열량에 의해 추가분의 석회석이 소성되고 소성 후의 고체연료 회분은 생성회와 함께 소성로(100) 하단의 배출구(116)를 통하여 배출된다. 고체연료의 회분은 제품정제 단계에서 용이하게 제거될 수 있으며, 원료 석회석과 크기가 다른 고체연료를 사용하면 스크린(도시되지 않음)을 통과시킴으로써 용이하게 제거될 수 있다.

본 방법에 사용되는 유체연료는 기존 방법과 동일하게 벙커C유 등이 사용되며, 고체연료는 발열량 및 연소온도가 석회석 소성에 적절한 것이면 어느 것이나 사용될 수있으나, 특히 코크스가 바람직하다. 또한, 고체연료에 있어서 휘발분이 과다한 경우, 예열대 상부에서 연소가 시작되어 소성로(100)의 투입장치(118)가 열변형될 염려가 있기 때문에, 휘발분 함량이 2% 미만인 것이 바람직하다. 고체연료는 미리 계량되어 석회석에 혼합된 후 소성로(100)의 유입구(114)를 통하여 공급될 수도 있고, 별도로 공급될 수도 있으나, 석회석과 고체연료를 미리 혼합한 후 공급하는 것이 석회석에 열량이 고루 공급될 수 있기 때문에 바람직하다.

이하에서는 기존 소성망법에 따른 비교예와 본 발명의 소성방법에 따른 실시예를 비교하여 설명하고, 그 결과를 표 1에 도시한다.

(비교예)

제1도에 도시된 애뉼라 샤프트킬른형 석회 소성로(100)의 유입구(114)를 통하여 소성로 상부로 15,000kg/hr의 석회석을 공급하고, 벙커C유를 상부연소실(106)과 하부연소실(108)에 각각 278kg/hr 및 555kg/hr의 양으로 공급한다.

상부연소실(106)과 하부연소실(108)에서 벙커C유를 연소시키기 위하여 1차 및 2차 연소공기로서 각각 4,710 Nm₃/hr 및 4,530 Nm₃/hr의 공기가 공급되며, 제품냉각공기로서 3820 Nm₃/hr의 공기가 소성로(100) 하부를 통하여 공급된다.

이 때, 상부 및 하부연소실(106, 108)의 공기비는 각각 0.5 및 1.8에 해당되며, 연소실 온도는 약 1400℃로 유지되고, 소성대의 온도는 약 900℃로 유지된다. 또한, 석회석 소성을 위한 전체 공기비는 1.37에 해당되며, 따라서 37%의 과잉공기가 공급되는 것이다.

이러한 운전조건으로 벙커C유만을 연소시켜 석회석을 소성시켰을 경우 생석회의 생산량은 200 MT/day가 된다.

[실시예]

18,900kg/hr의 석회석 원료와 298kg/hr의 코크스(발열량 기준으로 벙커C유의 25%에 해당)를 흔합하여 소성로(100)의 유입구(114)를 통하여 상부로 공급하고, 벙커C유와 공기는 비교예와 동일한 양으로 공급하여 동일한 운전조건에서 벙커C유 및 코크스를 연소시켜 석회석을 소성시키는 경우, 소성온도의 큰 변화없이 250 MT/day의 생석회가 생산되므로 약 25%의 생산량 증대를 거둘 수 있다.

상기 실시예에서는 벙커C유의 발열량의 25%에 해당하는 열량을 낼 수 있는 양의 코크스를 공급하였으나, 공기의 과잉공급분이 37%이기 때문에 코크스를 발열량 기준으로 37%의 범위내에서 추가공급할 수도 있으며, 이 경우 석회석의 공급량도 이에 비례하여 증가된다.

본 발명에 의한 석회석의 소성방법에 의하면, 기존의 애뉼라 샤프트킬른형 석회석 소성로의 설비를 크게 변경시키지않고 약간의 추가설비만으로도 기존 설비에 큰 무리를 주지 않으면서 생석회의 생산량을 크게 증대시킬 수 있으며, 고체연료의 공급량을 조절함으로써 생석회의 생산량을 조절할 수도 있고, 조업가능한 운전영역을 더 넓게 할 수도 있어 조업의 자유도가 높아진다.

Claims (3)

1. 애뉼라 샤프트킬른형 석회 소성로에서 석회석을 소성하여 생석회를 제조하는 방법이고, 석회석을 상기 소성로의 상부로 공급하는 단계, 유체연료 및 과잉의 공기를 연소실에 공급하여 연소시키는 단계, 고온의 연소가스에 의하여 석회석을 소성시켜 생석회를 생성하는 단계 및 냉각공기를 상기 소성로의 하부로 공급하여 상기 생석회를 냉각시키는 단계를 포함하는 생석회의 제조방법에 있어서, 과잉공급분의 공기에 의하여 연소가능한 범위내의 고체연료를 상기 소성로의 상부로 공급하는 단계; 및 과잉공급분의 공기에 의하여 상기 고체연료를 상기 소성로 내에서 연소시키는 단계를 더 포함하며; 공급되는 상기 석회석의 양은 상기 고체연료의 발열량에 비례하여 증가되는 것을 특징으로 하는 생석회의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 고체연료가 코크스인 것을 특징으로 하는 생석회의 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 고체연료내의 휘발분이 2% 이하인 것을 특징으로 하는 생석회의 제조방법.