KR100339066B1 - 열방사에 의한 고온에서의 솔리드 열분해를 위한 정적 용광로 - Google Patents

열방사에 의한 고온에서의 솔리드 열분해를 위한 정적 용광로 Download PDF

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Abstract

본발명의 특허는 열방사에 의하여 상승된 온도에서 솔리드의 열분해를 위한 정적 용광로에 관한 것으로 본발명에 따른 열 방사 용광로는 솔리드 휘딩시스템, 동시에 가스/증기를 냉각시키는 시스템인 솔리드예열시스템, 열방사열분해를 위한 반응기, 솔리드열에너지회수시스템인 동시에 반응의 솔리드냉각시스템, 솔리드제품배출시스템, 열방사온도까지 용광로를 가열시키는 시스템, 반응기에서 형성된 가스/증기를 위한 가스/증기수거시스템, 그리고 연소가 열방사를 위한 에너지원일 경우 후루가스 열회수시스템으로 구성되어 있다.

Description

열방사에 의한 고온에서의 솔리드 열분해를 위한 정적 용광로{STATIC FURNACE FOR THE THERMAL DECOMPOSITION OF SOLIDS AT HIGH TEMPERATURES BY THERMAL RADIATION}
본 발명은 정적 용광로에 관한 것으로 특히 열 방사에 의한 고온에서의 열 분해를 위한 정적 용광로에 관한 것이다.
제1도는 본 발명의 열방사에 의한 고온의 솔리드 열분해를 위한 정적용광로의 정면도이다.
제2도는 본 발명의 용광로의 배면도이다.
제3도는 본 발명의 용광로의 평면도이다.
제4도는 제3도의 a-a선에 따른 단면도이다.
제5도는 제4도의 b-b선에 따른 단먼도이다.
본 발명의 용광로는 처리과정중에 필요로 하는 열원으로 열 방사를 필수적으로 이용하는 것을 특징으로 한다. 그러므로 용광로환경에서 연료의 연소에서 발생하는 고온가스와 직접적인 접촉이 방지될 뿐만 아니라, 용광로내의 솔리드 잔류물이나 파이라이트물질 또는 석회암의 열분해에서 형성되는 황(증기)이나 CO2의 오염이 방지된다.
외부에서 용광로의 환경에 가해지는 열방사원은 전기에너지가 될 수 있으며 또 화석연료의 연소도 가능하고 또 새로운 연료도 될 수 있다. 나아가 열방사에 의하여 용광로 방을 가열하는 다른 형식이 될 수도 있다.
본 발명의 용광로는 500℃-1200℃사이의 온도에서 예를 들면 방해석(CaCO3)을 분해하여 고반응성의 석회(CaO)와 100% 고순도의 탄산가스(CO2)로 분해를 한다거나 혹은 산업상의 필요에서 100%의 순수 황과 황화철 잔류물을 얻기 위해 석탄황화폐기물이나 황화철광 황화동광같은 황철광이나 황동광의 열분해를 위한 것이다.
본 발명에 따른 열 방사 용광로는 아래 기재한 주요부분으로 이루어져 있다.
솔리드 휘딩시스템
솔리드 예열 시스템(이는 형성된 가스/증기의 냉각에도 사용됨)
열방사에 의한 열분해를 위한 반응기
반응의 솔리드 제품과 솔리드 열 에너지 회수를 위한 냉각시스템
솔리드 제품의 배출을 위한 시스템; 열방사의 온도로 용광로르 가열하기 위한 시스템
반응에서 형성된 가스/증기를 회수하기 위한 시스템
루가스가 열방상의 에너지원일 때에 플루가스의 에너지를 회수하기 위한 시스템
솔리드 휘딩시스템
솔리드는 용광로의 상부에 주입되며 용광로에서 이탈될 때까지 중력에 의하여 이동하도록 되어있다. 조립체의 최상층에는 휘딩호퍼(1), 사일로 또는 솔리드를 저장하기 위한 다른 수단이 있으며 솔리드를 회전밸브(2)를 통해서 또는 용광로로 휘딩하는 다른 휘딩메카니즘을 통해서 솔리드를 배출하는 데 이들은 밀폐되어 있어 대기중으로 빠져나가는 형성된 가스나/증기가 새어나가는 것을 방지한다.
솔리드예열시스템 및 가스/증기 냉각시스템
솔리드는 주위를 둘러싼 온도로 용광로로 주입되는 데 이때 솔리드는 열분해500℃-1200℃사이의 온도로 가열되게 된다. 한편 500℃-1200℃사이의 온도에서 열방사에 의하여 반응기에서 발생하는 열분해중 형성된 가스/증기는 다음 단계에서 그들의 회수 및 사용에 적합한 온도로 냉각되어야만 한다.
그러므로 솔리드 예열은 용광로의 상부에서 가스/증기의 냉각과 동시에 이루어지게 되는 데 여기서 솔리드는 중력에 의해 하강하며 가스/증기는 반대로 흐르게 되므로 솔리드와의 직접적인 접촉이 일어나 원하는 효과를 발생시키게 된다.
한 번 바람직한 작용온도로 가열되면 솔리드는 정해진 온도로 엄격하게 유지되는 열분해반응장소로 들어가는 데 여기에는 열방사표면의 열원에 의하여 엄격하게 조절된 한정된 온도로 엄격하게 유지관리된다.
반응기에서의 흐름은 중력작용에 의하여 이루어진다. 이 반응기에서 솔리드는 그들의 완전한 변환되는 그리고 원하는 제품의 생산에 필요한 시간만큼 잔류하게 되는 데 즉, 잔류시간은 용광로하부에서의 솔리드 이동 메카니즘을 통해서 중력에 의한 솔리드 이동에 의하여 조절된다.
형성된 가스/증기의 순도를 유지시키기 위하여 용광로에는 약간의 과압이 이루어지는 데 이는 그 외부의 가스/증기에 의하여 외부의 용광로 환경의 오염을 방지하기 위한 것이다.
도면상에는 3개의 반응장소가 나타나 있다.
세라믹플레이트(4)를 가열시키기 위한 열은 반응제품이 연료의 연소부산물이나 여분의 공기와 함께 오염되는 것을 방지하기 위하여 용광로의 반응/반응 장소로부터 완전히 격리된 방(5)안에 위치한 버너(3)에 의하여 공급된다.
버너가 설치된 방벽은 수직적으로 구성되어 있으며 열저항플레이트는 연소를 통해 받은 열을 솔리드(석회석, 황동광 또는 황철광)로 전달하기 위하여 가열될 것이다.
도면은 4개의 방과 각각의 방에 내장된 12개의 버너를 나타내 보이고 있다.
최대 에너지 효율을 위한 최대의 버너수는 불꽃강도, 모양 및 온도의 기능에 따라서 결정될 것이다.
반응냉각시스템의 솔리드제품 및 솔리드열에너지회수
열분해반응의 완료후 500℃-1200℃ 사이의 온도에 있는 솔리드는 그들의 조작, 배출 또는 용광로 후의 또다른 처리과정을 위한 이용에 적합한 온도로 냉각될 것이다. 연속적으로 냉각되는 솔리드제품으로부터 열회수는 예를들면 온수나 증기를 생산하기 위하여 수냉벽의 시스템에 열방사를 함으로서 달성될 것이다. 그러한 수벽은 보일러에 있는 것들과 유사한데 여기서는 수직적으로 배열된 튜브(6)가 방열용핀으로 결합되어 수벽을 구성하고 있으며 이안에 물이 채워져 있는 데 하부수헤더(8b)로부터 용광로내 솔리드제품의 열방사량에 따라 열을 받아 물이 더워지거나 증기가 발생하여진 다음 상부측으로 또는 스팀헤더(8a)로 가이드 된다.
이러한 시스템에 있어서 솔리드는 중력의 작용에 의하여 아래로 이동하게 되는 데 이를테면 용광로최하단에 형성된 저에너지소모모터에 의하여 동작하는 회전밸브(7)의 메카니즘이나 혹은 무한 스큐류사용의 메카니즘으로 가능하다. 무한 스큐류의 사용은 동시에 용광로 내부로 공기나 다른 가스가 유입되는 것을 방지하면서 용광로를 밀폐시키는 역할을 하는 데 외부공기나 다른 가스가 유입될 경우 원하는 가스나 증기 또는 솔리드 제품을 오염시킬 우려가 있다.
그러므로 같은 열전달 메커니즘이 사용되는 것인 데 즉 반응기에서 열분해의 반응열을 공급하기 위해서 그리고 열회수 및 반응솔리드제품의 냉각을 위해서 똑같이 열방사가 사용된다.
동시적 냉각과 함께 솔리드에 함유된 열에너지의 회수를 위한 또 다른 방법은 솔리드를 압축공기방에 보내는 것이다. 즉 예를 들면 2층으로 밀폐된 사일로안으로 공기를 보내는 것으로 솔리드를 냉각하면서 공기를 가열하는 것인데 이는 연료버너로 가서 연소공기로 사용된다.
솔리드제품 배출시스템
솔리드가 냉각되었으면 이 반응제품은 중력에 의하여 용광로의 회전밸브(7)또는 무한 스큐류를 통하여 원하는 지점으로 배출된다.
열방사온도로 용광로를 가열하는 시스템
열방사에 의한 처리과정에 필요한 온도로 도달하기 위하여 용광로 표면에 대한 외부 열원은 전기에너지나 그 밖의 것 예를 들면 화석연료의 연소나 새로운 에너지가 될 수 있는데 예를 들면 용광로의 벽/표면에의 가열과정을 최적화시키기 위하여 적당하게 설계된 방안의 버너에 설치될 수 있다. 이러한 버너와 연소실은 원하는 생산률을 달성하기 위하여 충분한 숫자로 구성되어야 하며 그들의 명세는 발생하는 반응처리에 도달하는 온도의 기능이어야 한다. 온도와 버너의 불꽃 방사 표면의 이용은 용광로의 표면/벽의 바람직한 가열을 위하여 최적화되지 않으면 안된다.
가스회수/증기회수 시스템
열분해의 반응중에 발생하는 원하는 가스/증기는 그들의 더 나은 이용조건 아래서 회수되어야 한다. 용광로아래에 있는 유도 블로잉시스템은 가스/증기를 회수하기 위한 필요한 조건을 한정한다. 가스와 증기는 용광로로의 배출구에서 응결 또는 그 요소중의 하나의 부분적인 응결 이상의 온도로 또는 가스와 중기의 혼합체인 경우 이슬점 이상의 온도로 유지되도록 주의하여야 한다.
반응전 솔리드의 냉각 및 예열후 발생된 가스/증기는 용광로의 상층부에 있는 가스/증기 회수부/헤더로 들어가게 되는 데 이곳으로부터 용광로에서 제거된다. 가스/증기의 회수시스템은 용광로환경에서 과압이 유지되어야 하는 데 바깥공기와의 가스/증기의 혼합을 피하기 위한 것이다.
후루가스에너지회수시스템
처리를 위해 방사온도로 용광로의 표면/벽을 가열하기 위하여 가능한 외부 열원중의 하나는 화석연료의 연소나 그 밖의 연료 액체로 특별히 원하는 목적을 위해 선택된 버너를 사용하여 가능하다. 그러므로 연료 에너지 사용은 불꽃의 높은 온도에 의하여 그리고 그 표면에 의하여 그리고 후루가스의 온도에 의하여 최적화되어야 한다.
버너는 처리에 적합하도록 용광로의 표면/벽 온도를 도달시키기 위하여 적당한 숫자로 구성하는 데 이러한 목적을 위하여 특별히 고안된 방안의 용광로의 전면에 위치하여 있다.
이미 시장에서 보편적으로 사용되는 종래의 장비들에게서 볼 수 있는 바와같이 예를들면 이들 방들의 배면으로 배출되는 후루가스는 연소에 필요한 공기의 예열을 위하여 사용될 수 있을 것이다.
외부 열원으로서의 전기에너지는 그들의 경제적인 상황에서 실제적인 사용가치를 발견할 수 있다. 여기에서 예를 들면 용광로 가까이에서 전기 에너지는 값싸고 싼가격에 발생될 수 있다.
도면은 열방사 용광로의 전형적인 모양을 보여주고 있다. 여기서 몇개의 부분은 그것 또는 그 시스템 자체를 쉽게 같도록 할 수 있다.
사양은 전형적인 형태로 할 수 있는 데 처리과정과 그 특성 즉 : 솔리드 입자의 크기, 처리온도, 외부열원, 형성된 제품의 특성, 바람직한 열회수의 단계 그리고 솔리드 입자의 성격과 특성에 의존한다.
연소실에서 발생된 후루가스는 용광로의 채널 9에 수거된다. 그리고 연소 공기의 가열후에는 공기중으로 배출된다.

Claims (6)

  1. 솔리드를 용광로로 주입시키는 시스템, 솔리드 예열 및 형성된 가스/증기의 냉각용 시스템, 열방사에 의한 열분해를 위한 반응기, 솔리드제품을 냉각시키기 위한 나아가 반응솔리드제품으로부터 에너지를 회수하기 위한 냉각시스템, 솔리드제품을 배출시키기 위한 시스템, 용광로를 열방사의 온도까지 가열시키기 위한 용광로 가열시스템, 반응중 형성된 가스/증기를 수거하기 위한 가스/증기 수거시스템, 연소가 열방사를 위한 에너지원일 경우 플루가스에너지를 회수하는 시스템으로 구성된 것을 특징으로 하는 열방사에 의한 상승된 온도에서 솔리드의 열분해를 하기 위한 정적 용광로
  2. 제1항에 있어서,
    솔리드는 용광로의 상층부로 주입되며 중력에 의하여 아래로 이동방향을 따라 이동하면서 용광로에서 배출되는 데 각각 장치의 상층부에 있는 솔리드 저장장치(1)에 의하여 그리고 용광로로 주입하는 메카니즘을 통하여 또 솔리드를 배출하는 것을 특징으로 하는 용광로.
  3. 제1항에 있어서,
    세라믹플레이트(4)를 가열하기 위한 열은 완전히 밀폐되어 있으며 용광로의 반응장소로부터 격리된 방(5)에 있는 버너(3)에 의하여 공급되는 깃을 특징으로 하는 용광로
  4. 제1항에 있어서,
    냉각은 온수나 증기의 발생을 가능케 하는 수벽시스템에 의하여 이루어지는데 수벽에는 수직적 배열의 튜버(6)가 핀과 같이 형성되어 수벽을 구성하며 하부 수헤더(8b)로부터 나와 용광로 내 솔리드 제품으로부터 열방사에 의하여 열을 받는 물이 차 있으며 가열되거나 증기를 발생시키게 되고 이를 스팀 헤더(8a) 또는 상부 온수로 이전시키는 것을 특징으로 하는 용광로.
  5. 제1항에 있어서,
    솔리드는 솔리드의 배출 메카니즘(7)에 의하여 허용되며 중력의 작용으로 하부로 이동하게 됨을 특징으로 하는 용광로.
  6. 제1항에 있어서,
    연소실에서 형성된 후루가스는 용광로의 채널(9)에 모이게 되며 연소공기의 예열후에 대기중으로 빠져나가도록 하는 것을 특징으로 하는 용광로.
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