KR100549228B1 - 플라이애쉬 정제를 위한 열풍 소성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘트 관련 기술에 관한 것으로, 특히 시멘트 혼합재로 사용되는 플라이애쉬의 정제 기술에 관한 것이다. 본 발명은 플라이애쉬의 탄소함량을 효과적으로 줄일 수 있는 플라이애쉬 정제를 위한 열풍 소성 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 플라이애쉬를 저장 및 공급하기 위한 플라이애쉬 공급 수단; 상기 플라이애쉬 공급 수단으로부터 공급된 플라이애쉬를 상대적으로 저온에서 1차 열풍 소성하기 위한 제1 소성로; 상기 제1 소성로에서 배출된 플라이애쉬 및 열풍으로부터 플라이애쉬를 분리하기 위한 제1 집진 수단; 상기 제1 집진 수단에서 분리된 플라이애쉬를 공급 받아 상대적으로 고온에서 2차 열풍 소성하기 위한 제2 소성로; 상기 제2 소성로에서 배출된 플라이애쉬 및 열풍으로부터 플라이애쉬를 분리하기 위한 제2 집진 수단; 상기 제2 집진 수단에서 분리된 플라이애쉬를 냉각하기 위한 냉각 수단; 및 상기 제1 및 제2 소성로에 공급될 열풍을 생성하기 위한 열풍 생성 수단을 구비하는 플라이애쉬 정제를 위한 열풍 소성 장치가 제공된다.

플라이애쉬, 탄소함량, 정제, 열풍 소성로, 싸이클론

Description

플라이애쉬 정제를 위한 열풍 소성 장치{HOT AIR FIRING APPARATUS FOR FLY-ASH PURIFICATION}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라이애쉬 정제를 위한 열풍 소성 장치의 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

20 : 1차 소성로

30 : 1차 싸이클론

40 : 2차 소성로

50 : 2차 싸이클론

본 발명은 시멘트 관련 기술에 관한 것으로, 특히 시멘트 혼합재로 사용되는 플라이애쉬의 정제 기술에 관한 것이며, 더 자세히는 플라이애쉬 정제를 위한 열풍 소성 장치에 관한 것이다.

콘크리트 제조시 통상적으로 천연 포졸란(pozzolan) 재료, 실리카흄(silica fume), 플라이애쉬(Fly-ash), 고로슬래그미분말 등을 혼합재로 사용하고 있다. 이러한 시멘트 혼합재는 상대적으로 고가인 시멘트의 사용량을 줄이면서, 콘크리트의 강도발현, 화학저항성 증대, 동결융해 저항성 증대, 콘크리트의 수화열 저감을 통한 수화열에 의한 콘크리트 균열 방지 등의 내구성 향상 작용을 하여 콘크리트의 성능 향상에 기여하는 바가 크기 때문에 그 수요가 점차 늘어나고 있는 추세이다. 한편, 시멘트 혼합재와 관련된 기술 축적에 의해 시멘트 혼합재의 시멘트 치환량을 기존의 10% 내외에서 최근에는 30% 이상까지 확대하고 있어 시멘트 혼합재에 대한 수요가 더욱 증대되고 있다.

특히, 플라이애쉬는 단가가 매우 낮기 때문에 시멘트 혼합재로 널리 사용되고 있으며, 석탄을 열원으로 사용하는 화력발전소, 열병합발전소, 제지공장 등에서 폐부산물로 생성되고 있다. 통상적으로 레미콘 제조시 화력발전소에서 생성된 플라이애쉬를 정제하여 사용하고 있다.

열병합발전소나 제지공장에서 생성된 플라이애쉬는 대부분의 품질기준이 KSL 5405 규격을 만족하거나 더 좋지만 KSL 5405의 품질기준 중 하나인 탄소 함량 특성을 만족시키기 어려운 문제점이 있었다. 즉, 기존에 플라이애쉬를 정제하는 방법으로 기류에 의한 분급법, 다단분급법 등이 있으나, 이러한 기존의 정제법으로는 탄소 함량을 5% 이하로 맞추기 어려웠다.

이는 열병합발전소나 제지공장에서 생성된 플라이애쉬에 함유된 미연탄소분 의 입자 또한 미세하여 분급시 제품에 많은 부분이 포함될 수밖에 없기 때문이다. 실질적으로 5% 이상의 원료를 분급할 경우에는 미연탄소분이 약 0.5∼1% 정도 감소되나, 리젝트(폐기) 발생량이 5% 내외로 리젝트 발생에 따른 처리문제 및 원가상승을 유발하기 때문에 원료의 품위가 6∼20%인 열병합발전소 또는 제지공장의 플라이애쉬는 기존의 정제공장에서 정제하지 못하고 포틀랜드 시멘트 공장으로 투입하거나, 불법적으로 레미콘사의 시멘트 대체제로 사용되고 있어 탄소를 과다하게 포함하는 플라이애쉬의 사용에 따른 레미콘 품질저하(레미콘의 공기량 불량에 기인함)로 부실공사의 요인이 되고 있다.

따라서, 탄소함량이 과다한 열병합발전소 또는 제지공장의 플라이애쉬를 정제하여 콘크리트 제조에 활용할 수 있도록 하기 위한 새로운 정제 설비가 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 플라이애쉬의 탄소함량을 효과적으로 줄일 수 있는 플라이애쉬 정제를 위한 열풍 소성 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 플라이애쉬를 저장 및 공급하기 위한 플라이애쉬 공급 수단; 상기 플라이애쉬 공급 수단으 로부터 공급된 플라이애쉬를 상대적으로 저온에서 1차 열풍 소성하기 위한 제1 소성로; 상기 제1 소성로에서 배출된 플라이애쉬 및 열풍으로부터 플라이애쉬를 분리하기 위한 제1 집진 수단; 상기 제1 집진 수단에서 분리된 플라이애쉬를 공급 받아 상대적으로 고온에서 2차 열풍 소성하기 위한 제2 소성로; 상기 제2 소성로에서 배출된 플라이애쉬 및 열풍으로부터 플라이애쉬를 분리하기 위한 제2 집진 수단; 상기 제2 집진 수단에서 분리된 플라이애쉬를 냉각하기 위한 냉각 수단; 및 상기 제1 및 제2 소성로에 공급될 열풍을 생성하기 위한 열풍 생성 수단을 구비하는 플라이애쉬 정제를 위한 열풍 소성 장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 열풍 생성 수단으로부터 배출된 열풍을 상기 제2 소성로에 전달하기 위한 제1 덕트; 상기 제2 소성로로부터 배출된 플라이애쉬 및 열풍을 상기 제2 집진 수단에 전달하기 위한 제2 덕트; 상기 제1 소성로로부터 배출된 플라이애쉬 및 열풍을 상기 제1 집진 수단에 전달하기 위한 제3 덕트; 및 상기 제2 집진 수단에서 플라이애쉬가 분리된 열풍을 상기 열풍 생성 수단에 전달하기 위한 제4 덕트를 더 구비한다.

바람직하게, 상기 제2 소성로에서의 열풍 온도는 500∼900℃이다.

바람직하게, 상기 제2 소성로에서 배출된 열풍은 상기 제2 덕트 및 상기 제2 집진 수단을 거쳐 상기 제1 소성로에 공급되며, 상기 제1 소성로에서의 열풍 온도는 100∼200℃이다.

바람직하게, 상기 제4 덕트의 경로 상에 삽입되어 상기 제2 집진 수단에서 플라이애쉬가 분리된 열풍이 상기 열풍 생성 수단 쪽으로 유도되도록 하기 위한 팬 과, 상기 제4 덕트에 연결되어 상기 열풍에 포함된 분진을 집진하여 열풍의 일부를 외부로 배출하기 위한 백필터를 더 구비한다.

바람직하게, 상기 냉각 수단은 수냉식 쿨러이다.

이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라이애쉬 정제를 위한 열풍 소성 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라이애쉬 정제를 위한 열풍 소성 장치는, 플라이애쉬를 저장 및 공급하기 위한 사일로(Silo)(10)와, 사일로(10)로부터 공급된 플라이애쉬를 저온(100∼200℃)에서 1차 열풍 소성하기 위한 1차 소성로(20)와, 1차 소성로(20)에서 1차 소성 후 발생된 열풍 및 플라이애쉬로부터 플라이애쉬를 분리하기 위한 1차 싸이클론(cyclone)(30)과, 1차 싸이클론(30)에서 분리된 플라이애쉬(1차 소성을 마친 제품)를 공급 받아 고온(500∼900℃)에서 2차 열풍 소성하기 위한 2차 소성로(40)와, 2차 소성로(40)에서 2차 소성 후 발생된 열풍 및 플라이애쉬로부터 플라이애쉬를 분리하기 위한 2차 싸이클론(50)과, 2차 싸이클론(50)에서 분리된 플라이애쉬(2차 소성을 마친 제품)를 냉각하기 위한 쿨러(cooler)(60)와, 열풍을 제공하기 위한 챔버(70)를 구비한다.

또한, 본 실시예에 따른 플라이애쉬 정제를 위한 열풍 소성 장치는, 챔버(70)로부터 배출된 열풍을 2차 소성로(40)에 전달하기 위한 제1 덕트(81)와, 2차 소성로(40)로부터 배출된 열풍 및 플라이애쉬를 2차 싸이클론(50)에 전달하기 위한 제2 덕트(82)와, 1차 소성로(20)로부터 배출된 열풍 및 플라이애쉬를 1차 싸이클론(30)에 전달하기 위한 제3 덕트(83)와, 2차 싸이클론(30)에서 플라이애쉬가 분리된 열풍을 챔버(70)에 전달하기 위한 제4 덕트(84)와, 제4 덕트(84)의 경로 상에 삽입되어 2차 싸이클론(30)에서 플라이애쉬가 분리된 열풍이 챔버(85) 쪽으로 유도되도록 하기 위한 팬(fan)(85)과, 제4 덕트(84)에 연결되어 열풍에 포함된 분진을 집진하여 열풍의 일부를 외부로 배출하기 위한 백필터(BAG filter)(90)를 더 구비한다.

참고적으로, 싸이클론(30, 50)은 배출가스 중의 입자상 물질(분진)을 관성력, 원심력을 이용하여 제거하는 장치로서, 분진은 자동으로 한곳에 모여 처리된다. 또한, 백필터(90)는 배출가스 중의 분진을 분리 제거하는데 있어서, 배출가스가 통과하는 유선 상에 여재(섬유필터)를 설치하여 차단, 관성충돌 및 확산 메커니즘에 의하여 배출가스 중 분진을 분리 포집하는 집진 설비로서, 주로 대기오염을 방지하고 챔버(70)으로 공급하고 남는 량의 공기를 배출하기 위한 목적으로 설치된다.

사일로(10)는 플라이애쉬의 공급량을 조절하기 위한 댐퍼(11)와 1차 소성로(20) 내에 인입된 공급관(12)을 구비한다. 또한, 1차 소성로(20)는 2차 싸이클론(50)의 상부에 오버랩되도록 배치되며, 그 하단에 구비된 열풍 공급관(21)은 2차 싸이클론(50)의 내부에 인입되어 있다. 그리고, 1차 싸이클론(30)은 2차 소성로(40)의 상부에 오버랩되도록 배치되며, 그 하단에 구비된 공급관(31)은 2차 소성로(40)의 내부에 인입되어 있다. 또한, 쿨러(60)는 2차 싸이클론(50)의 하단부에 배치되며, 수냉식 쿨러를 사용하는 것이 바람직하다. 도시되지는 않았으나, 챔버(70)는 열풍을 일정 압력으로 배출하기 위한 에어펌프나 팬을 구비한다.

이하, 상기 도 1에 도시된 플라이애쉬 정제를 위한 열풍 소성 장치의 동작을 살펴본다.

우선, 사일로(10)의 댐퍼(11)를 조절하여 1차 소성로(20)에 일정량의 플라이애쉬(열병합발전소 또는 제지공장 플라이애쉬)를 공급하여 1차 열풍 소성을 수행한다. 이때, 열원으로 제공되는 열풍은 챔버(70)에서 생성되어 제1 덕트(81), 2차 소성로(40), 제2 덕트(82), 2차 싸이클론(50)을 통해 1차 소성로(20)에 제공되며, 1차 소성로(20)에서의 열풍 온도는 100∼200℃가 바람직하다. 2차 싸이클론(50)을 통해 1차 소성로(20)에 열풍을 제공하는 이유는 소성 싸이클이 계속하여 반복되기 때문에 2차 소성로(40)에서 배출된 열풍을 재활용하기 위함이다.

다음으로, 1차 소성로(20)에서 열풍에 의해 비산되어 소성된 플라이애쉬는 열풍과 함께 제3 덕트(83)를 통해 1차 싸이클론(30)에 공급된다. 1차 싸이클론(30)에서는 열풍과 플라이애쉬를 분리하며, 플라이애쉬와 분리된 열풍은 제4 덕트(84)로 배출된다.

계속하여, 1차 싸이클론(30)에서 집진된 플라이애쉬는 2차 소성로(40)에 공급되어 2차 열풍 소성 과정을 거친다. 2차 소성로(40)에서의 열풍 온도는 500∼900℃가 바람직하다.

이어서, 2차 소성로(40)에서 열풍에 의해 비산되어 소성된 플라이애쉬는 열풍과 함께 제2 덕트(82)를 통해 2차 싸이클론(50)에 공급된다. 2차 싸이클론(50)에서는 열풍과 플라이애쉬를 분리하며, 플라이애쉬와 분리된 열풍은 1차 소성로(20)로 공급되고, 집진된 플라이애쉬는 쿨러(60)에서 냉각 과정을 거친 후 완제품으로 배출된다.

한편, 1차 싸이클론(30)에서 분리되어 배출된 열풍은 제4 덕트(84)를 통해 챔버(70)에 공급되어 재순환되며, 제4 덕트(84) 중간에 설치된 백필터(90)에서 집진 과정을 거치게 된다. 이러한 열풍의 재순환 과정을 위하여 제4 덕트(84) 중간에 팬(85)이 설치된 것이다. 또한, 챔버(70)는 제4 덕트(84)를 통해 공급된 열풍과 함께 새로운 공기를 공급 받아 이를 일정 온도로 가열하여 제1 덕트(81)로 배출하게 된다.

따라서, 챔버(70)에서 생성된 열풍은 제1 덕트(81), 2차 소성로(40), 제2 덕트(82), 2차 싸이클론(50), 1차 소성로(20), 제3 덕트(83), 1차 싸이클론(30), 제4 덕트(84), 챔버(70)를 거치는 싸이클을 반복하게 된다.

전술한 바와 같이 본 발명의 열풍 소성 장치는 1차 열풍 소성(저온 소성)을 통해 플라이애쉬를 예열(부분적인 소성 효과도 있음)한 후, 2차 열풍 소성(고온 소성)을 실시하는 방식을 통해 플라이애쉬의 탄소함량을 효율적으로 줄일 수 있도록 한다. 또한, 1차 및 2차 소성로와 1차 및 2차 싸이클론의 최적 배치를 통해 2차 소성로에서 사용된 열풍을 1차 소성로에서 재사용할 수 있도록 함은 물론, 한 싸이클을 마친 열풍을 다시 재순환시킬 수 있어 에너지 소모를 최소화할 수 있다.

한편, 열풍 소성에 의한 플라이애쉬의 탄소함량 저감효과는 2003년 9월 17일자에 출원된 대한민국 특허출원 제10-2003-64456호를 참조하면 쉽게 확인할 수 있을 것이다. 또한, 소성에 따른 탄소함량 저감효과는 열병합발전소 플라이애쉬, 제지애쉬, 화력발전소 플라이애쉬 등 석탄을 열원으로 사용하는 모든 플라이애쉬에서 얻을 수 있었으며, 화력발전소 플라이애쉬의 경우에는 대부분 별도의 소성 과정 없이도 KSL 5405 규격을 만족하기 때문에 특별히 탄소함량을 줄일 필요성이 있는 경우에만 본 발명의 열풍 소성 장치를 적용하면 된다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

예컨대, 전술한 실시예에서는 플라이애쉬와 열풍의 분리를 위해 싸이클론을 사용하는 경우를 일례로 들어 설명하였으나, 싸이클론이 아닌 다른 집진기를 사용하는 경우에도 본 발명은 적용된다.

또한, 전술한 실시예에서는 2단 소성을 수행하는 경우를 일례로 들어 설명하였으나, 본 발명은 3단 이상의 다단 소성을 수행하는 경우에도 적용된다.

또한, 전술한 실시예에서 사용된 열풍의 온도는 플라이애쉬의 종류 및 분말도에 따라 변경될 수 있다.

전술한 본 발명은 플라이애쉬의 카본함량을 용이하게 저감할 수 있으며, 이에 따라 열병합발전소 또는 제지공장 플라이애쉬를 시멘트 혼합재로 사용가능하게 함으로써 콘크리트의 단가 저감 효과, 폐자원의 적극적인 재활용을 통한 환경보호 효과, 품질기준 이하의 플라이애쉬의 불법적 사용에 따른 부실공사 방지 효과 등을 기대할 수 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 플라이애쉬를 저장 및 공급하기 위한 플라이애쉬 공급 수단;

   상기 플라이애쉬 공급 수단으로부터 공급된 플라이애쉬를 상대적으로 저온(열풍 온도는 100∼200℃)에서 1차 열풍 소성하기 위한 제1 소성로;

   상기 제1 소성로에서 배출된 플라이애쉬 및 열풍으로부터 플라이애쉬를 분리하기 위한 제1 집진 수단;

   상기 제1 집진 수단에서 분리된 플라이애쉬를 공급 받아 상대적으로 고온(열풍 온도는 500∼900℃)에서 2차 열풍 소성하기 위한 제2 소성로;

   상기 제2 소성로에서 배출된 플라이애쉬 및 열풍으로부터 플라이애쉬를 분리하기 위한 제2 집진 수단;

   상기 제2 집진 수단에서 분리된 플라이애쉬를 냉각하기 위한 냉각 수단;

   상기 제1 및 제2 소성로에 공급될 열풍을 생성하기 위한 열풍 생성 수단;

   상기 열풍 생성 수단으로부터 배출된 열풍을 상기 제2 소성로에 전달하기 위한 제1 덕트;

   상기 제2 소성로로부터 배출된 플라이애쉬 및 열풍을 상기 제2 집진 수단에 전달하기 위한 제2 덕트;

   상기 제1 소성로로부터 배출된 플라이애쉬 및 열풍을 상기 제1 집진 수단에 전달하기 위한 제3 덕트; 및

   상기 제2 집진 수단에서 플라이애쉬가 분리된 열풍을 상기 열풍 생성 수단에 전달하기 위한 제4 덕트를 더 구비하며,

   상기 제2 소성로에서 배출된 열풍은 상기 제2 덕트 및 상기 제2 집진 수단을 거쳐 상기 제1 소성로에 공급되는 것을 특징으로 하는 플라이애쉬 정제를 위한 열풍 소성 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제4 덕트의 경로 상에 삽입되어 상기 제2 집진 수단에서 플라이애쉬가 분리된 열풍이 상기 열풍 생성 수단 쪽으로 유도되도록 하기 위한 팬과,

   상기 제4 덕트에 연결되어 상기 열풍에 포함된 분진을 집진하여 열풍의 일부를 외부로 배출하기 위한 백필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라이애쉬 정제를 위한 열풍 소성 장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 냉각 수단은 수냉식 쿨러인 것을 특징으로 하는 플라이애쉬 정제를 위한 열풍 소성 장치.

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