KR100678976B1 - Manufacturing methods of cement fuel made from oil sludge and bio mass, solid fuel therefrom, and apparatus inputting the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 분말고체연료화 과정을 설명하는 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a powder solid fuelization process of the present invention.
도 2는 먼저 전술한 본 발명의 분말고체연료를 시멘트 예열실에 투입하는 절차를 설명하는 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram illustrating a procedure of first putting the powder solid fuel of the present invention into the cement preheating chamber.
도 3은 예열실과 하소로에 설치되는 분말고체연료 투입구를 확대 도시하는 도면이다.3 is an enlarged view illustrating a powder solid fuel inlet installed in a preheating chamber and a calcining furnace.
도 4는 본 발명에서 제조한 분말고체연료를 투입하기 위한 킬른 버너의 단면 구조를 개략적으로 도시하는 도면이다.4 is a view schematically showing a cross-sectional structure of a kiln burner for injecting the powder solid fuel prepared in the present invention.
도 5는 본 발명에 사용되는 오일 슬러지의 DT-TGA 분석결과를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing the DT-TGA analysis result of the oil sludge used in the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
1 :오일슬러지류 저장고1: Oil sludge feeder storage
2 : 호파 및 공급장치 2: hopper and feeder
3 : 바이오매스 저장고3: biomass storage
4 : 호파 및 공급장치 4: hopper and feeder
5 : 교반혼합기 5: stirring mixer
6 : 백필터6: bag filter
7 : 저장소 7: storage
8 : 정량공급장치 8: fixed quantity supply device
9 : 하소로(MFC, RSP 등) 9: calcining furnace (MFC, RSP, etc.)
10 : 예열실 10: preheating room
11 : 기계식 수송장치 11: mechanical transport device
12 : 저장소(킬른용)12: Storage (for kiln)
13 : 정량공급장치 13: fixed quantity supply device
14 : 공압수송기 14: pneumatic transporter
15 : 버너15: burner
16 : 킬른 16: kiln
17,18 : 백필터(Bag Fillter) 17,18: Bag Filter
19,20 : 백필터 팬(Bag Fillter Fan)19,20: Bag Filter Fan
21,22 : 투입구 21,22: slot
23 : 이단계 자동댐퍼(damper) 23: two stage automatic damper
24: 전용투입노즐24: dedicated injection nozzle
본 발명은 폐기물의 자원화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오일 슬러지(Oil Sludge)를 바이오매스와 함께 시멘트 연료 및 원료로 사용하는 방법 및 그에 의해 제조되는 시멘트 제조용 연료 및 이를 투입하기 위한 투입 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a recycling method of waste, and more particularly, to a method of using oil sludge as a cement fuel and a raw material together with biomass, and a fuel for producing cement produced by the same, and an input device for inputting the same. It is about.
본 발명의 명세서에서 '오일 슬러지'란 석유류를 정제하는 공정이나 저유 저장시설을 청소할 때 발생되는 아래 표 1과 같은 성분을 그 구성 성분으로 하는 폐기물을 말하며, '바이오 매스'란 볏짚, 왕겨, 폐목재 칩(Chip), 톱밥과 같이 에너지 이용이 가능하고 수분 흡수가 가능한 유기계 폐기물을 말한다.In the specification of the present invention, 'oil sludge' refers to wastes comprising the components as shown in Table 1 below when the process of refining petroleum or cleaning the oil storage facility, and 'biomass' refers to rice straw, rice hull, waste It refers to organic wastes that can use energy and absorb moisture such as wood chips and sawdust.
종래의 석유류를 정제하는 공정이나 저유 저장시설을 청소할 때 발생되는 오일 슬러지는 점도가 높아 조작이 어렵고 이물질과 회분이 많아, 재활용이 어려워 지금까지 대부분 소각 처리하고 있다. Oil sludge generated when the process of refining conventional petroleum oil or the storage of low oil storage facilities is high in viscosity, difficult to operate, and has a large amount of foreign substances and ash.
오일슬러지와 관련된 종래의 특허로는 '수분 고함유 폐기 유기물의 분말체 연료화 방법 및 장치(등록번호 10-0483590)', '슬러지건조 고형분 처리방법(등록번호 10-0106489)', '오일슬러지의 처리방법(등록번호 10-0020181)' 등이 있다. 이들 발명의 특징은, 세가지 모두 오일슬러지에 열을 가하여 건조시켜, 분말연료로 사용하거나, 가스화 시킨 후 연료로 사용하거나, 유동성을 개선하여 액상의 연료로 사용 하는 것이다. 열을 가하여 중간처리를 한다는 점에서, 본 발명과는 큰 차이가 있다.Conventional patents related to oil sludge include 'powder fueling method and apparatus for wastewater containing high moisture content (Registration No. 10-0483590)', 'sludge dry solid treatment method (Registration No. 10-0106489)', 'oil sludge Treatment method (Registration No. 10-0020181). The characteristics of these inventions are that all three are heated by applying heat to the oil sludge and used as powder fuel, or after gasification, as fuel, or as liquid fuel with improved fluidity. There is a big difference from the present invention in that the intermediate treatment is performed by applying heat.
본 발명은, 대부분 단순하게 소각 처분되고 있는 오일슬러지와 국내에서 흔히 구할 수 있는 바이오매스를 교반/혼합하여 오일성분과 수분을 함침시켜, 오일슬러지 측에서 보면 조작의 어려움을 개선시키고, 바이오매스측에서 보면 열량을 향상시켜, 상호 부족한 점이 보완된 분말고체연료를 만드는 것을 목적으로 한다. 또한 이 분말고체연료를 별도의 가공 없이 시멘트 생산공정에서 직접 보조연료로 사용하므로써 자원을 유용하게 사용할 뿐 아니라, 소각처리에 따른 온실가스 발생, 소각재 발생 등에 따른 2차 환경부담을 없앨 수 있는 처리방법, 이에 의해 제조되는 분말고체원료 및 상기 분말고체연료의 투입 장치를 제공하고자 한다.The present invention, by stirring / mixing the oil sludge which is usually simply incinerated and the biomass commonly available in the country to impregnate the oil component and water, improve the difficulty of operation when viewed from the oil sludge side, biomass side In this regard, it aims to make powdered solid fuel by improving calories and supplementing mutual deficiencies. In addition, by using this powdered solid fuel as a secondary fuel directly in the cement production process without any additional processing, it is not only useful to use resources, but also a treatment method that can eliminate secondary environmental burdens caused by incineration treatment, such as greenhouse gas generation and incineration ash. It is intended to provide a powder solid raw material and a powder solid fuel input device manufactured thereby.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은, 오일슬러지 40~70중량%와 길이 50mm 이하의 바이오매스 30~60중량%를 교반 혼합하여 분말고체연료화하는 단계 및 상기 분말고체연료를 시멘트 제조공정의 하소로, 예열실 또는 킬른에 정량투입하는 단계를 포함하는, 시멘트 제조시 보조연료 및 원료로 사용하기 위한 오일 슬러지와 바이오매스의 처리 방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention, by stirring and mixing 40 to 70% by weight of oil sludge and 30 to 60% by weight of biomass of 50 mm or less in length and powder solid fuel and calcining the powder solid fuel in the cement manufacturing process Furnace, comprising a step of quantitating the preheating chamber or kiln, provides a process for the treatment of oil sludge and biomass for use as auxiliary fuel and raw materials in the manufacture of cement.
본 발명의 방법에서, 상기 투입 단계는 상기 분말고체연료를 버너를 통해 상기 킬른에 정량으로 투입하거나, 상기 분말고체연료를 상기 하소로 또는 예열실에 설치된 공기 유입 방지를 위한 2중 댐퍼를 통해 투입하는 것이 바람직하다.In the method of the present invention, the dosing step is a quantitative input of the powdered solid fuel to the kiln through a burner, or the powdered solid fuel is introduced into the calcination furnace or a double damper for preventing the air inlet installed in the preheating chamber. It is desirable to.
또한, 본 발명은 시멘트 킬른에 장착되어 시멘트 클링커의 소성을 위한 연료의 분사를 위한 노즐을 구비하는 버너; 상기 버너의 외주에 장착되며, 분말고체연료를 투입하기 위한 전용 노즐; 및 상기 전용 노즐에 상기 분말고체연료를 공급하기 위한 정량공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 킬른용 분말고체연료 투입 장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.The present invention also includes a burner mounted to a cement kiln and having a nozzle for injection of fuel for firing of a cement clinker; A dedicated nozzle mounted on an outer circumference of the burner and configured to inject powder solid fuel; And a fixed-quantity feeding device for supplying the powdered solid fuel to the dedicated nozzle.
또한 본 발명은 하소로 또는 예열실에 설치되는 분말고체연료 투입구; 상기 분말고체연료 투입구에 장착되어 공기 유입 방지를 위한 2중 댐퍼; 및 상기 분말고체연료 투입구로 분말고체연료를 공급하기 위한 정량 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 하소로 또는 예열실용 분말고체연료 투입 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In another aspect, the present invention is the powder solid fuel inlet is installed in the calcination furnace or preheating chamber; A double damper mounted on the powder solid fuel inlet to prevent air from entering; And it is an object of the present invention to provide a powder solid fuel input device for the cement calcination furnace or preheating room, characterized in that it comprises a fixed quantity supply device for supplying the powder solid fuel to the powder solid fuel inlet.
또한, 본 발명은 40~70중량%의 오일슬러지와 길이 50mm 이하 30~60중량%의 바이오매스의 혼합물을 포함하는 시멘트 제조용 분말고체연료를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a powder solid fuel for cement production comprising a mixture of 40 to 70% by weight of oil sludge and 30 to 60% by weight of biomass of 50 mm or less in length.
이하 도1 및 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to FIGS. 1 and 2.
먼저, 도 1은 본 발명의 분말고체연료화 과정을 설명하는 개략도이다. 도 1을 참 조하면, 석유를 정제하는 공정이나 저유 저장시설을 청소할 때 발생된 오일 슬러지를, 저장고(1)의 상부에 설치된 50mm * 50mm스크린을 통하여 반입하면서 이물질을 제거한다. 바이오매스를 반입할 때에도 저장고(3) 상부에 설치된 50mm * 50mm스크린으로 이물질과 대형 입자를 제거한다.First, Figure 1 is a schematic diagram illustrating a powder solid fuelization process of the present invention. Referring to Figure 1, the oil sludge generated during the process of petroleum refining process or cleaning the oil storage facility is removed, while the foreign material is carried through the 50mm * 50mm screen installed on the top of the reservoir (1). Even when importing biomass, 50mm * 50mm screen installed in the upper part of the reservoir (3) removes foreign matter and large particles.
이때, 상기 바이오 매스 중 볏짚과 폐목재 칩은 최대 20mm이하의 길이로 파쇄시켜서 반입하는 것이 바람직하다. 반입된 오일슬러지와 바이오매스는 각각의 호파와 공급장치(2,4)를 통하여 교반혼합기(5)에 투입된다. 혼합비율은 오일슬러지 40~70중량%, 바이오매스 30~60중량%에 맞추며, 액상의 유분과 수분이 바이오매스에 충분히 함침되도록 하는 것이 바람직하다. 오일 슬러지의 수분량에 따라 결정되며, 공정 투입 중에 막힘이 없도록 교반 후 수분이 25 중량% 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 수분이 25 중량% 이상이 되면, 공기 수송의 경우 수송관의 꺽인 부위에 분말고체연료가 들러붙거나 기계식 수송 장치의 경우 컨베이어 벨트에 눌러 붙을 수 있다. 혼합 비율은 발열량의 변동을 최소화하기 위해 상기 혼합 비율의 범위내에서 적절히 조절될 수 있다. At this time, the straw and waste wood chips of the biomass is preferably crushed to a maximum length of 20mm or less to carry in. The introduced oil sludge and biomass are introduced into the stirring
교반혼합기의 성능에 따라 교반시간이 다르지만 교반/혼합이 균일하게 이루어지도록 5분이상 충분히 교반한다. 교반/혼합이 완료된 분말고체연료는 저장소(6)에 보관한다. 각 라인의 탈취를 위한 설비는 기본적으로 설치한다.Although the stirring time varies depending on the performance of the stirring mixer, the stirring / mixing is sufficiently performed for at least 5 minutes so that the stirring / mixing is uniformly performed. Powdered solid fuel, which has been stirred / mixed, is stored in the reservoir (6). Equipment for deodorization of each line is basically installed.
앞서 도 1을 참조하여 얻어진 본 발명의 분말고체연료는, 시멘트 제조설비중의 예열실, 하소로 또는 킬른(소성로)에서 보조연료로 투입될 수 있다.The powdered solid fuel of the present invention obtained with reference to FIG. 1 may be introduced as auxiliary fuel in a preheating chamber, a calcining furnace or a kiln (firing furnace) in a cement manufacturing facility.
도 2는 먼저 전술한 본 발명의 분말고체연료를 시멘트 예열실에 투입하는 절차를 설명하는 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram illustrating a procedure of first putting the powder solid fuel of the present invention into the cement preheating chamber.
먼저, 중간처리장(6) 에 보관되어 있는 분말고체연료를 예열실용 저장소(7)로 옮긴다. 분말고체연료를 정량투입 하기 위하여 저장소(7)에서는 정량공급장치(8)로 보내며, 컨베이어 벨트와 같은 기계식 수송장치(11)를 통하여 예열실의 하소로(9)나 예열실(10)에 투입한다. 기존에 사용중이던 주연료와의 투입비율에 대한 제한은 없다. 이때 투입구(21, 22)에는 도3과 같이 이단계 자동댐퍼(23)를 설치하여 로내로의 공기 유입을 방지한다. 이단계 자동댐퍼는 상단과 하단의 댐퍼(23)가 파워실린더에 의하여 5~10초 간격으로 번갈아 가면서 열리고 닫힌다.First, the powdered solid fuel stored in the
다음, 킬른(소성로)에 투입하는 방법을 설명하면, 중간저장소(7)에 보관되어 있는 분말고체연료를 킬른용 저장소(7)로 옮긴다. 저장소(7)에서는 분말고체연료를 킬른 보조연료로써 정량 투입하기 위하여 정량공급장치(13)로 보내며, 공압수송기(14)를 통하여 킬른 버너(15)에 보내 킬른(16)으로 투입한다. 투입비율은 기존의 버너투입열량의 20% 이하로, 그 이상을 투입할 경우 버너의 화염이 커지고 길어져 킬른 내부의 내화물이 손상된다. 킬른 버너에는 본 발명의 분말고체연료를 사용하 기 위해 전용 투입 노즐이 설치되는 것이 바람직하다. 도 4는 본 발명의 투입 노즐의 일례를 도시한 것으로서 종래의 버너의 소정 위치, 예컨대 버너의 외곽에 전용투입노즐(24)이 설치된 것을 보여준다. 본 발명에서 상기 전용 투입 노즐(24)의 관경은 노즐(24) 내부의 공기압송 속도가 20~25m/초가 되도록 공압수송기(14)와 분말고체연료의 투입량을 고려하여 설정할 수 있다. Next, a description will be made of the method of charging the kiln (firing furnace), the powdered solid fuel stored in the intermediate reservoir (7) to the kiln reservoir (7). In the reservoir (7), the powdered solid fuel is sent to the quantitative supply device (13) in order to quantify the kiln auxiliary fuel, and is fed to the kiln (16) by the pneumatic transporter (14) to the kiln burner (15). The input ratio is less than 20% of the existing burner input calories. If the input ratio is higher than that, the burner's flame is increased and lengthened, and the refractory inside the kiln is damaged. The kiln burner is preferably provided with a dedicated injection nozzle in order to use the powdered solid fuel of the present invention. 4 shows an example of an injection nozzle of the present invention, and shows that a
상기 저장소(7)나 정량공급장치(8,13)에는 오일슬러지의 악취 및 휘발분에 의한 발화위험 등, 환경안전에 대한 대비책으로 탈취설비와 방폭판을 설치한다. 특히, 탈취설비는 활성탄, 특수담체 등이 필요없어 투자비와 유지보수비를 대폭 절감할 수 있는 시스템으로 구성한다. 이 탈취시스템은 백필터(17,18)에서 탈취를 위하여 흡입한 흡입공기를, 상기 분말고체연료가 투입되는 각각의 하소로(9), 예열실(10), 킬른(16)에 백필터 팬(19,20)을 통하여 불어넣어, 연소를 위한 2차공기로 활용하여 처리하는 것이다. 백필터(17,18)에 포집된 분진들은 각각의 저장소(7,12)로 반송하여 재사용 한다.The
한편, 시멘트는 석회질을 주성분으로 점토질, 규산질, 철질 등의 성분을 조합하여 제조하는 것이다. 본 발명에서 사용되는 오일슬러지의 성분은 표 1과 같이 시멘트 제조공정에서 사용하는 철질 원료의 성분과 유사하고 회분의 발생량도 원료투입량의 0.1% 이하로 미미하여, 보조연료로 사용할 때 발생되는 연소재가 시멘트 원료에 포함되어 재활용 되더라도 품질에 영향이 없다. 환경적으로 완전한 처리가 가능 한 것이다. 표 1에서 오일슬러지 성분은 연소 후 애쉬 상태로 만든 후 무기물의 함량을 측정한 것이다.On the other hand, cement is manufactured by combining the components such as clay, siliceous, iron, etc., with lime as a main component. The components of the oil sludge used in the present invention are similar to those of the iron raw materials used in the cement manufacturing process as shown in Table 1, and the amount of ash generated is less than 0.1% of the raw material input amount, so that the combustion material generated when used as auxiliary fuel is cement. Even if it is contained in the raw material and recycled, it does not affect the quality. Environmentally complete processing is possible. Oil sludge component in Table 1 is to determine the content of inorganic matter after making the ash state after combustion.
본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 만으로 제한되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail based on the following examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
오일슬러지는 S사의 원유정제공장에서 발생된 것을 사용하였다. 오일슬러지의 성분, 발열량 및 연소특성 분석결과를 표 2, 표 3과 도 5에 나타내었다.The oil sludge was produced from S crude oil refinery. The components of the oil sludge, calorific value and combustion characteristics analysis results are shown in Table 2, Table 3 and FIG.
도 5는 오일 슬러지의 DT-TGA 분석결과를 나타낸 것으로, 약 450℃까지는 수분 및 휘발 성분에 의한 무게 감량을 보여주며, 그 이상에서는 가연물에 의한 무게 감량을 보여주고 있다.Figure 5 shows the DT-TGA analysis of the oil sludge, and shows the weight loss by moisture and volatile components up to about 450 ℃, above shows the weight loss by the flammables.
오일슬러지의 분석결과, 연소특성은 시멘트 제조공정에서 보조연료로 사용하는데 이상이 없었으나, 점도와 수분이 높은 성분상의 문제로 중간처리 없이 그대로 정량투입 하는 것은 어려웠다. As a result of analysis of oil sludge, combustion characteristics were no problem to use as auxiliary fuel in cement manufacturing process, but it was difficult to quantitatively input without intermediate treatment due to problems of high viscosity and high moisture content.
이의 개선을 위하여 50mm 이하로 파쇄한 폐목재 칩을 혼합하였다. 사용된 폐목재 칩(Chip)은 수분 함량은 11.5중량%였으며, 발열량은 3,762kcal/kg 이었다. 교반 혼합은 주로 부정형 무기재료를 혼합하는 일반 회전식 믹서기를 사용하였다. 혼합비율을 각각 1:1 중량비로 하였으며, 10톤의 분말고체연료를 제조하였다. 교반혼합 결과, 폐목재 칩의 흡수성으로 인하여 오일슬러지의 점성특성이 완전히 소멸되어 분말고체연료화 시킬 수 있었다.For the improvement, the waste wood chips shredded to 50 mm or less were mixed. Waste wood chip used was 11.5% by weight of moisture and calorific value was 3762 kcal / kg. Stirring mixing mainly used the general rotary mixer which mixes amorphous inorganic material. The mixing ratio was 1: 1 by weight, and 10 ton powdered solid fuel was prepared. As a result of the stirring mixture, the viscous property of the oil sludge was completely lost due to the absorbency of the waste wood chips, thereby making it a powder solid fuel.
투입실시는 S사 6호킬른 예열실에 10시간동안 시간당 1톤씩 정량투입하면서 공정 및 품질변화를 체크 하였다. 투입은 폐타이어 칩을 정량투입하는 설비를 사용하였다. The process was carried out in a quantitative injection of 1 ton per hour in
투입전,후 예열실 공정의 변화는 거의 없었으며, 소성상태의 변화도 없었다. 이 분말고체연료의 사용에 의한 시멘트 제품의 변화에 대한 검증을 위하여 물리,화학적인 안정성 평가를 KS 품질시험법에 준하여 응결시간, 압축강도 및 Modulus 등을 비교 분석 하였다. 그 결과는 표 4와 같이 KS기준에 충분히 만족하였고, 평균치 평가결과, 정상 가동할 때와 분말고체연료를 사용할 때의 차이가 없었다.There was almost no change in the preheating chamber process before and after feeding and no change in the firing state. In order to verify the change of cement product by the use of powdered solid fuel, the physical and chemical stability evaluations were compared and analyzed according to the KS quality test method for setting time, compressive strength and modulus. The results were sufficiently satisfied with the KS standard as shown in Table 4, and the average evaluation result showed no difference between the normal operation and the use of powdered solid fuel.
이상과 같이, 본 방법에 의해 오일슬러지 및 각종 바이오매스를 시멘트 제조공정중 보조연료로써 재활용할 경우, 단순한 소각처리가 아닌 연료로써의 대체이므로 에너지를 회수할 수 있고, 화석연료 사용절감으로 온실가스(CO2) 발생량을 저감시켜 지구온난화 방지에 기여한다.As described above, when the oil sludge and various biomass are recycled as auxiliary fuel in the cement manufacturing process, it is possible to recover energy because it is a substitute for fuel instead of incineration. It contributes to the prevention of global warming by reducing the amount of (CO 2 ).
특히, 상기와 같이 1450℃이상 고온의 시멘트 제조공정에 오일슬러지와 바이오매스를 투입하면 폐기물의 완전 무해화가 가능하며, 발생되는 연소재도 2차 환경문제가 발생하지 않고 크링카 또는 시멘트로 제품화 되기 때문에 "자원순환형 사회구축"에 크게 기여할 수 있다. In particular, when oil sludge and biomass are put into the cement manufacturing process at a temperature higher than 1450 ° C. as described above, the waste is completely harmless, and the combusted material is produced as krinka or cement without the secondary environmental problem. Therefore, it can contribute greatly to "recycling society of resources."
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