KR100219317B1 - 시멘트 원료의 가소 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입상 또는 분말상의 시멘트 원료를 예열시키는 고정된 부유 예열기와 클링커 광물을 생성하는 회전 소성로 사이에 위치하여 시멘트 원료를 가소시키는 장치를 제공하기 위한 것이다.

예열된 원료를 가소시키기 위해 클링커 냉각기로부터의 산소가 풍부한 연소용 공기를 유입시키는 연소용 공기 공급 도관이 일차 가소로의 측면부에 일방향으로 연결되어 있되 그 중 하나는 다른 하나보다 위쪽에 위치하면서 가소로에 대해 와권형으로 다른 하나는 접선 방향으로 분기되어 연결된 것을 특징으로 한다.

따라서, 원료의 가소시 이중의 선회 기류를 형성하여 원료와 원료의 균일한 혼합을 증대시킬 수 있고, 원료의 체류 시간도 연장시킬 수 있고, 열전달도 촉진시킬 수 있으므로 시멘트 원료의 완전한 가소 반응을 유도할 수 있는 효과가 있다.

Description

시멘트 원료의 가소 장치

본 발명은 시멘트 원료의 가소 장치에 관한 것이다.

일반적으로 시멘트 원료의 소성 장치에서 가소 장치는 회전 소성로와 고정된 예열기 사이에 위치하고 있고, 독립적인 열원을 가지면서 상기 장치 내로 투입되는 연료를 완전 연소시키고, 연료의 연소 과정에서 발생된 열량으로 시멘트 원료의 가소 반응을 유도하도록 이루어져 있다.

시멘트 원료의 가소 장치에 있어서 연료의 연소는 연료와 공기가 균일하게 혼합되어 화염의 형성없이 극히 짧은 시간(약 ⅓초)내에 연소 반응이 이루어져야 하고, 시멘트 원료의 가소 반응은 연료가 연소되면서 발생하는 열량을 공급받아 일어나게 된다.

원료의 가소 반응이 완전히 이루어지기 위해서는 가소 장치내에서 연료와 균일하게 혼합되어야 하고, 충분한 시간동안 체류하여 연료의 연소 열량을 공급받을 수 있어야 한다.

연료의 완전 연소 및 원료의 가소 반응을 촉진시키기 위한 장치로서 가장 많이 사용되는 형태의 가소 장치는 제3도와 같은 구조를 가지고 있다. 첨부 도면 중 제3도는 분류층 방식의 시멘트 원료의 가소 장치를 겸비한 시멘트 원료의 소성 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.

제3도의 소성 장치에 의하면, 가소로(50) 밑면에 회전 소성로(51)의 배출 가스 도관(52)을 연결하여 고온, 예를 들면, 900 내지 1,100℃의 회전 소성로(51) 배출 가스에 의해 상기 가소로(50) 하부에 분류층을 형성하고, 클링커 냉각기(53)에서 산소가 많은 연소용 공기를 공급하는 연소용 공기 공급 도관(54)을 상기 가소로(50)의 한쪽 측면에 연결하여 연소용 공기를 상기 가소로(50)의 중심 방향 또는 접선 방향으로 공급하게 된다.

한편, 연료의 대부분은 버너(55a)에 의해 산소가 풍부한 연소용 공기 중으로 분사되어 연소되고, 일부의 연료는 회전 소성로(51) 배출가스 중의 질소 산화물 제거를 위해 탈질소 버너(55b)로 회전 소성로(51) 배출 가스 중으로 분사시키고 있다(일본특개소 53-134,028호, 일본특개소 54-90,228호, 한국특공 제 87-1568호).

제3도에서 미설명 부호 56a, 56b, 56c, 56d, 56e는 고정된 부유 예열기(일명, 싸이클론)이고, 부호 57은 가소로(50)로 공급되는 원료 공급 도관이며, 부호 58은 가소된 원료를 회전 소성로(51)로 유입시키기 위한 도관이고, 부호 59는 회전 소성로(51)의 배출 가스 입구이며, 부호 60은 배풍기이고, 부호 61은 원료 공급 도관이며, 부호 62는 가소로(5)에서 가소된 원료를 최하단 싸이클론으로 유입시키기 위한 유입 도관이다.

이러한 형태는 가소로(50)내의 연료를 균일하게 분사하기 위하여 버너(55a)에서 많은 저온의 공기량(가소로(50)에 공급되는 연소 공기량의 14 내지 20％)을 사용함에 따라 버너(55a)에 공급되는 저온의 공기량만큼 클링커 냉각기(53)에서 유입되는 고온의 연소용 공기의 유입량이 적어지게 되어 열소모량이 증가하는 단점을 가지고 있다.

그리고, 버너(55a,55b)에 의해 분사된 원료는 빠른 유속, 예를 들면 10 내지 40m/s의 가스와 같이 동반하여 산소가 많은 연소용 공기의 분위기에서 연소용 공기와 회전 소성로(51) 배출 가스의 혼합 가스 분위기로 흐르면서 연소가 이루어지면서 완전 연소를 위해서는 장치의 높이가 높아져야 하는 문제점을 가지고 있으며, 이에 따라 예열기의 설치 위치가 높아지고 가소로가 커져서 설비비의 증대 및 가소로의 단위 용적당 가소 능력이 저하하는 단점을 가지고 있다.

두번째 구조의 가소 장치는 상기한 장치에 있어서 연소 효율을 개선하여 저급 연료의 사용이 가능하도록 고려된 형태로 제4도의 구조를 가지고 있다. 첨부도면 중 제4도는 미국 특허 제3,975,148호에 게재된 선회 가소 장치가 부착된 시멘트 원료의 소성 장치를 개략적으로 나타낸 것이다. 여기서, 제3도와 동일 부품에 대해서는 동일 부호를 사용하기로 한다.

즉, 제4도에 의하면, 선회 가소로(50a)가 추가로 설치되어 있는데, 이때, 연료는 저온의 수송 공기(가소로에 공급되는 연소 공기량 4 내지 5％)에 비해 버너(55)로부터 공급되고, 연소용 공기 공급 도관(54)에서 일부 분기된 고온, 예를 들면 700 내지 1,100℃의 연소용 공기는 버너(55)에서 공급된 연료를 선회 가소로(50a)의 가운데로 분사하고, 나머지 대부분의 연소용 공기는 선회 가소로(50a)의 측면에서 접선 방향으로 유입되어 원료 공급 도관(57)에 의해 투입된 원료를 벽면으로 분리시키고, 선회 가소로(50a) 가운데의 낮은 원료 밀도를 갖는 연소용 공기중에서 고온의 화염을 만들어 줌으로써 연료의 연소를 촉진시키고, 고온의 화염에 의한 복사열로 주변의 원료로 열이 공급되도록 하고 있다.

제4도에서 미설명 부호 50b는 혼합로이고, 부호 54a와 54b는 연소용 공기 공급 도관(54)으로부터 분기된 도관이며, 부호 63은 연료가 분사될 수 있도록 하기 위한 분기된 연소용 공기 공급 도관이며, 부호 64는 선회 가소로(50a)에서 혼합로(50b)로 원료를 수송하는 도관이다.

이러한 형태는 선회 가소로(50a)내에서 연료를 산소가 많고 고온인 산고용 공기만으로 화염을 형성하면서 연소되도록 함으로써 연료의 연소 시간을 줄이고 연소 효율을 개선시켜 저급 연료도 사용할 수 있는 장점을 가지고 있다.

그러나, 클링커 냉각기(53)로부터 유입되는 연소용 공기를 공급하는 도관(54)이 선회 가소로(50a) 측면에서 접선 대칭형으로 공급되면서 생기는 선회 기류가 제5도의 단면도에서 화살표로 나타낸 것처럼 일방향으로 회전, 하향하여 원료의 가소로내 체류 시간이 짧고 원료가 가소로의 외벽으로 분리됨으로써 연료의 연소에 의한 복사여만을 공급받아 가소 반응을 일으키는데 충분한 열량을 공급하지 못하는 단점이 있다.

본 발명에서는 상기한 가소로들이 갖는 문제점을 개선하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 가소로 내부의 가스 흐름에 회전 운동량을 갖는 선회 기류를 주며, 원료와 원료의 혼합도를 증대시키고, 원료의 가소로내 체류 시간을 증대시킬 수 있고, 원료의 연소에 의한 복사열과 동시에 이중의 선회 기류를 통한 가스와 원료간의 열전달과 고체 입자들 사이의 충돌에 의한 열전달을 촉진시킬 수 있으며, 가소로 내에서 시멘트 원료의 완전한 가소 반응과 연료의 완전 연소를 유도하면서 장치의 규모를 소형화할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

제1도는 본 발명에 따른 시멘트 원료의 가소 장치를 확대하여 나타낸 개략도이다.

제2도는 제1도의 A-A'단면도이다.

제3도는 종래의 시멘트 원료의 소성 장치의 전체 개략도이다.

제4도는 종래의 또다른 시멘트 원료의 소성 장치의 전체 개략도이다.

제5도는 제4도의 B-B'선 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 가소로 2 : 환원 연소 장치

3a, 3b : 연소용 공기 공급 도관 4 : 환원 연소 장치 연결 도관

5 : 회전 소성로 배출 가스 공급 도관

6 : 원료 배출 도관 7, 9, 9' : 버너

본 발명은 입상 또는 분말상의 시멘트 원료를 예열시키는 고정된 부유 예열기와 클링커 광물을 생성하는 회전 소성로 사이에 위치하면서 예열된 원료를 가소시키기 위해 연료를 연소시켜서 상기 원료를 가소시키기 위해 클링커 냉각기로부터의 산소가 풍부한 연소용 공기를 유입시키는 수단이 연결된 가소로와, 일차 가소된 원료를 재 혼합하고, 완전 가소시키기 위해 회전 소성로 배출 가스를 유입시키는 수단과 NOx 발생을 현저시 줄일 수 있도록 환원 분위기의 연소를 일어나게 하는 버너가 겸비된 환원 연소 장치로 이루어진 시멘트 원료의 가소 장치에서, 그 개선점은 상기 연소용 공기의 공급 수단이 상기 가소로의 측면부에 일방향으로 분기되어 연결되어 있되 상기 연소용 공기의 공급 수단(3a)이 상기 연소용 공기의 공급 수단보다 상부에 위치하고, 상기 연소용 공기의 공급 수단은 와권형으로, 상기 연소용 공기의 공급 수단은 접선 방향으로 분기되어 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 시멘트 원료의 소성 장치는 제1도에 나타낸 바와 같이, 입상 또는 분말상의 시멘트 원료가 고정된 부유 예열기를 통해 예열된 원료가 가소로(1)내에 부착된 원료 투입 도관(8)을 통해 가소로(1)내로 투입되고, 투입된 원료는 가소로(1)를 거쳐 환원 연소 장치 연결 도관(4)을 통해 회전 소성로 배출 가스 도관(5)이 연결된 환원 연소 장치(2)로 투입되어 원료를 가소시키도록 구성되어 있다. 여기서, 부호 7은 버너이다.

이때, 가소로(1)는 예열된 원료를 가소시키기 위해 클링커 냉각기로부터의 산소가 풍부한 연소용 공기를 유입시키는 연소용 공기 공급 도관(3a,3b)이 그의 측면부에 연결되어 있다. 이 연결부는 좌우 대칭형의 분기가 아닌 일방향의 접선 방향으로 분기, 연결되어 일방향 이중 선회 기류를 갖게 연결되어 있다.

이때의 산소가 풍부한 연소용 공기를 유입시키는 연소용 공기 공급 도관(3a,3b)은 와류형으로 유입되고, 하부 도관(3b)은 접선 방향으로 연결되어 있기 때문에 상부에서는 가소로(1)의 측면부에 선회류를 형성하게 되고, 가소로(1)의 중심부에서는 선회류를 형성하게 된다.

이렇게 크기와 형성 지역이 다른 두개의 선회 기류는 원료와 투입된 연료 사이의 혼합율을 증대시키고, 연료의 연소 열량이 아주 빠르고, 고르게 원료와 가스에 공급될 수 있다.

또한, 제1도로 돌아와서 일차 가소된 원료는 가소로(1)에서 발생한 가스와 함께 완전 가소되도록 하기 위하여 회전 소성로 배출 가스를 유입시키는 회전 소성로 배출 가스 공급 도관(5)과 연결된 환원 연소 장치(2)로 공급된다. 환원 연소 장치(2)에는 최하단 싸이클론으로 원료를 배출시키는 도관(6)과 가소로(1)와 연결시켜주는 환원 연소 장치 연결 도관(4)이 각각 연결되어 있다.

환원 연소 장치(2)에서는 회전 소성로 배출 가스 공급 도관(5)으로부터 유입되는 산소가 부족한 회전 소성로 배가스를 이용하여 환원 연소 장치(2)의 상, 하부에 부착된 버너(9,9')를 이용하여 환원 분위기에서 연소시켜 줌으로써 연료의 연소를 통해 발생하기 쉬운 NOx의 발생량을 최소로 줄일 수 있다.

환원 연소 장치(2)에서는 이와 아울러 가소로(1)에서 가소된 원료 중 미가소된 일부분의 원료를 고온의 회전 소성로 배가스를 이용하여 완전 가소시킬 수 있도록 분류층을 형성할 수 있다.

한편, 다음 표 1은 종래의 기술과 본 발명에 대해서 평균 입경(d₅₀) 13.3㎛의 시멘트 원료를 24kg/s의 속도로 투입하고, 연소용 공기 공급 도관으로부터 유입되는 연소용 공기의 유속은 15m/s일 때의 체류 시간을 계산, 측정한 결과를 나타낸 것이다.

본 발명의 시멘트 원료의 가소 장치는 연소용 공기의 도입부에서 연소용 공기가 일방향으로 분기되어 도입되면서, 두 기류가 강하게 충돌하여 가소로의 중앙을 중심으로 벽면을 통해 하나의 선회 기류는 벽면에서 하나의 기류는 중심부에서 형성되면서 생긴 두개의 선회 기류로 인해 이중 선회 장치에 투입된 원료가 하향하면서 이중 선회 기류 장치의 길이 방향으로 회전 운동하면서 일차 가소되고, 일차 가소된 원료가 환원 연소 장치에 투입되어서는 미가소된 원료의 완전 가소와 NOx의 발생량을 줄이면서 재혼합되어 원료의 체류 시간이 종래의 기술인 선회 가소장치에 비해 10 내지 80％정도 됨을 알 수 있다.

Claims (2)

1. 입상 또는 분말상의 시멘트 원료를 예열시키는 고정된 부유 예열기와 클링커 광물을 생성하는 회전 소성로 사이에 위치하면서 예열된 원료를 가소시키기 위해 연료를 연소시켜서 상기 원료를 가소시키기 위해 클링커 냉각기로부터의 산소가 풍부한 연소용 공기를 유입시키는 수단(3a,3b)이 연결된 가소로(1)와, 일차 가소된 원료를 재혼합하고, 완전 가소시키기 위해 회전 소성로 배출 가스를 유입시키는 수단(5)과 NOx 발생을 현저히 줄일 수 있도록 환원 분위기의 연소를 일어나게 하는 버너가 겸비된 환원 연소 장치(2)로 이루어진 시멘트 원료의 가소 장치에 있어서, 상기 연소용 공기의 공급 수단(3a,3b)이 상기 가소로(1)의 측면부에 일방향으로 분기되어 연결되어 있되 상기 연소용 공기의 공급 수단(3a)이 상기 연소용 공기의 공급 수단(3b)보다 상부에 위치하고, 상기 연소용 공기의 공급 수단(3a)은 와권형으로, 상기 연소용 공기의 공급 수단(3b)은 접선 방향으로 분기되어 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 시멘트 원료의 가소 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 환원 연소 장치(2)에는 NOx의 발생량을 줄일 수 있는 환원 분위기하에서 연소가 가능한 두개의 버너(9,9')가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 시멘트 원료의 가소 장치.