KR100716402B1 - 미립자 시멘트 원료로부터 시멘트 클링커를 제조하는 장치및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미립자의 시멘트 원료로부터 시멘트 클링커를 제조하는 장치 및 방법으로 이루어지고, 상기 방법은 미가공 원료가 뜨거운 배출가스와 열 교환에 의해 부유 예열기(1,3)에서 예열되고 혹은 소성되고, 예열되고 혹은 예비소성된 물질이 결국에는 로터리킬른(7)에서 클링커로 소성되고 태워진 다음, 로터리킬른으로부터의 뜨거운 클링커는 냉각기(9)에서 냉각되고 분진은 여과장치(11)에서 예열기로부터의 배기 가스에서 분리되는 방법이다. 상기 방법 및 기구는 여과장치(11)로부터의 분진이 킬른 가스의 흐름 방향에 반대되는 방향으로 로터리킬른(7)의 재료 도입구 말단부 속으로 도입되는 것이 특별하다. 이로써, 수직 덕트의 벽면상 코팅의 현저한 감소가 얻어진다.

Description

미립자 시멘트 원료로부터 시멘트 클링커를 제조하는 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING CEMENT CLINKER FROM PARTICULATE CEMENT RAW MATERIAL}

본 발명은 미립자의 시멘트 원료로부터 시멘트 클링커를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 상기 방법에 의하면 미가공 원료가 뜨거운 배기 가스와 열 교환되는 부유 예열기에서 예열되거나 혹은 예비소성되고, 예열되거나 혹은 예비소성된 재료는 로터리킬른(rotary kiln)에서 클링커로 결국 소성되고 태워진 다음, 로터리킬른으로부터의 뜨거운 클링커는 냉각기에서 냉각되고 분진은 여과장치에서 예열기로부터의 배기 가스에서 분리된다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.

상기한 종류의 방법 및 장치는 공지된 기술이다.

필수적으로 모든 시멘트 원료 혼합물이 적어도 소량의 Cl, K, Na 및 S을 포함하거나 또는, 이러한 원소들이 투입 연료에 첨가된다. 킬른의 연소 영역에서는, KCl, NaCl 및 KOH와 같은 성분들의 다양한 조합이 증발되는 반면에, 황은 SO₂형태의 가스 상태일 것이다. 로터리킬른의 냉각된 말단부에서 그리고 스모크 챔버(smoke chamber) 또는 킬른 수직 덕트(klin riser duct)에서는, 900-1100℃의 우세 온도로 주어진 용융 상태로 존재될 다양한 염이 축합될 것이다. 또한, 황산염도 형성될 것이다. 염은 부득이하게 존재하는 분진에 대한 교결제(binder)로서 작용하고, 킬른 수직 덕트에서 위험을 수반하는 방해물로, 대량의 코팅이 형성될 것이다. 실행 중의 현탁액에서 상기 코팅을 제거하여야 하고, 라이닝은 코팅으로 인한 반응 때문에 또는 정화 작용 중에 계속되는 기계적 손상의 결과로서 손상될 수 있다.

현재까지는, 염이 벽 대신에 원료의 실제 표면에 포착되는 것이 확실하므로, 로터리킬른으로부터 배기 가스의 배출 후에 즉시 킬른 수직 덕트로 예열된 원료를 도입하는 것이 일반적이었다. 하지만, 킬른 수직 덕트의 전체 단면적에 걸쳐 배기 가스에 예열된 원료를 분산하는 것은 어려울 것이다. 그 이유로는 원료가 바닥에 인접한 집진장치로부터 하향관(downpipe)을 거쳐 공급되어서, 몇 미터의 너비를 가지는 전체 단면적에 걸쳐 분산되게 하는데 필요한 속도를 얻는 것이 방해되기 때문이다.

미국 특허 4.002.420호 및 미국 특허 4.108.593호로부터의 방법 및 장치는 뜨거운 원료가 집진장치 예열기의 바닥에 인접한 집진장치 단계로부터 추출되고, 킬른의 재료 도입구 말단부에 배기 가스 속으로 도입된다. 이로써, 킬른 가스의 온도가 낮아져서 알칼리, 염소, 및 황 증기와 같은 원하지 않는 증기가 확실하게 응축되고, 그것으로 인하여 킬른 수직 덕트에서 문제가 되는 코팅이 감소하게 된다. 하지만, 상기의 코팅이 충분한 정도로 감소하지 않는다는 것이 입증되었다. 이것은 여러 가지 인자에 기인될 것이다. 하나의 설명으로 온도가 충분한 정도로 감소되지 않고 수직 덕트의 벽에서보다 배기 가스에서 원료 입자의 증기가 응축하기에 필요한 속력을 갖지 않는다는 것이 될 수 있다. 다른 설명으로는 원료가 킬른의 단면적에 걸쳐 균질도가 충분하도록 분산되지 않는다는 것 및/또는 원료의 명확한 표면 영역이 충분하지 않다는 것일 수 있다.

예열된 원료의 이용에 있어서의 다른 일반적인 불이익은 예열된 원료가 우세 온도에서, 응축된 형태의 염을 종종 함유할 것이고, 이러한 염은 입자가 덩어리를 형성하도록 하는 원인이 될 수 있고, 그것으로 인하여 킬른 가스에 포함된 염을 포착하기에 효율적인 표면 영역이 감소된다는 것이다.

미래에는, 킬른의 열적 부하가 증가하기 때문에 킬른 수직 덕트에서 코팅이 주된 문제가 될 것으로 예상되는 반면에, 동시에, 킬른은 단축되어 그들이 3개 대신 2개의 교각으로 유지될 수 있다.

본 발명의 목적은 킬른 수직 덕트에서의 코팅에 대한 상기의 문제점이 실질적으로 감소하는 시멘트 클링커 제조 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

이것은 도입부에서 상세히 언급한 방법에 의해 이루어지고, 여과장치로부터의 분진이 킬른 가스의 흐름 방향과 반대되는 방향으로 로터리킬른의 재료 도입구 말단부로 도입되는 것으로 구분된다. 여과 분진의 온도는 전형적으로 300℃ 미만이고, 로터리킬른의 스모크 챔버에서 또는 로터리킬른 그 자체에서 종결되는 그리고, 로터리킬른의 세로축에 실질적으로 평행하게 확장하는 랜스(lance)를 포함하는 수단에 의해 로터리킬른의 재료 도입구 말단부 속으로 압력 가스를 이용하여 적절하게 주입될 수 있다.

이 결과로 수직 덕트의 벽 위에서의 코팅이 현저하게 감소한다. 근원적인 원인은 여과 분진의 온도가 예열된 원료의 온도보다 낮은 것으로 인하여 막대한 양의 응축열을 흡수하도록 하는 것에 부분적으로 기인하고, 여과 분진이, 실제 표면 영역을 갖는 것을 의미하는 원료의 가장 미세한 단편으로 구성되는 것에 부분적으로 기인하고, 여과 분진은 킬른 가스의 흐름 방향과 반대되는 방향으로 주입되어, 킬른의 전체 단면에 걸쳐 킬른 가스에 균일하게 분산하는 것에 부분적으로 기인한다.

현재까지는, 예열기 속으로 여과 분진이 도입되는 것에 앞서 원료 혼합물 속으로 여과 분진을 혼합하는 것을 표준으로 실행해 오고 있다. 어느 정도 이상의 여과 분진을 추출하고 본 발명에 따라 제안된 로터리킬른의 재료 도입구 말단부 속으로 그것을 도입하는 것에 의하여 예열기에서 열 교환 공정의 효율이 적절하게 감소하게 될 것이다. 하지만, 이 직접적인 불이익은 여과 분진의 함유량이 감소될 때 원료가 집진장치에서 더 나은 분말 특성을 성취한다는 사실에 의해 보정된다. 결과적으로, 예열기에 더 작은 내부 분진 순환이 되어서, 예열기의 효율을 높이고, 집진장치 방해물에 기인하는 휴지시간도 또한 감소될 것으로 예상된다. 더욱이, 여과기에 의해 수집되는 시간당 분진의 톤수에 의한 여과기의 부하는 감소되어, 분진 운반 장치에 관한한 절약이 된다.

본 발명에 의하면, 로터리킬른의 재료 도입구 말단부 속으로 주입하는 것으로 이루어지는 코팅에 대항하는 수단으로, 용량의 일부분이 아닌 전체 여과 분진 용량을 이용하는 것이 선호될 수 있다. 이리하여 중요한 부수적인 이익을 얻게 된다. 그러므로, 킬른 시스템 안에 깊이 여과 분진을 주입하는 것에 의해 클링커 화학을 조절하는 것이 더욱 쉬어질 것이다. 보통, 여과 분진의 조성물은 원료의 나머지와 관련된 일탈을 보여주는데, 예를 들면, LSF에서 200까지의 초과 석회 함유량을 가지는 것을 들 수 있다. 이전에 실행되어 온 것처럼 여과 분진이 원료 사일로 (silo)에 회귀된다면, 이것은 클링커에 필요한 것으로부터 다소간 일탈하는 원료 조성물을 유지하도록 하는 것을 제 1 목적으로 하는, 효율적인 혼합을 보장하는 것을 필요로 할 것이다. 하지만, 킬른 속으로 전체 여과 분진 용량을 주입하는 것이 선호된다면, 원료의 조성물이 원하는 클링커 화학으로부터 - 연료에서 회 함유량에 상응하는 - 약간 일탈하는 정도를 조정하는 것만을 필요로 한다. 이 함유량에서, 원료 재분 기계 장치는 결과적으로 최종 분진 제거용 여과장치에서 배출되는 배기 가스로부터 시멘트 원료를 분리하는 방법을 포함한다. 여과장치 또한 시멘트 원료를 분리하기 위해 이용될 때마다, 최대한의 실행가능한 정도로, 가장 미세한 여과기 단편이 로터리킬른 속으로 주입하도록 이용되는 것을 선호한다.

본 발명에 의하면, 여과 분진과 동시에 냉각된 원료 및/또는 비산회를 도입하는 것이 가능할 것이다.

본 발명은 개략적으로, 도면을 참조로 하여 더 자세히 설명될 것이고, 하나의 도면은 시멘트 제조를 위한 본 발명에 따른 기계 장치를 보여준다.

도면은 다단계 부유 예열기(suspension preheater:1), 다수의 연소기(burner: 4)를 경유하는 연료와 킬른 수직 덕트(5) 및 스모크 챔버(6)를 경유하는 연소 기체를 공급하는 소성기(3), 연소기(8), 클링커 냉각기(9) 및 여과장치(filter arrangement: 11)를 경유하는 연료를 공급하는 로터리킬른(rotary kiln: 7)을 포함하는 시멘트 제조용 기계 장치를 나타낸다.

특정하지 않은 제분기 부문(13)으로부터의 원료는 F에서 예열기(1) 속으로 도입된다. 여기서부터 예열기(1) 및 소성기(3)를 통과하여 아래쪽의 로터리킬른(7)으로부터 뜨거운 배기 가스에 대한 역방향으로 처리된다. 소성기(3)의 분리 집진장치로부터, 소성된 원료는 로터리킬른(7)으로 향하고, 시멘트 클링커 속에서 태워지고, 이어서 냉각기(9)에서 냉각된다. 킬른 가스는 그것이 가열되는 로터리킬른(7)을 통과하여 냉각기(9)로부터 반대 방향으로 이동하고, 스모크 챔버(6), 킬른 수직 덕트(5), 소성기(4) 및 예열기(1)를 통해서 지속하고, 이것은 송풍기(15)를 이용하여 킬른 시스템을 통과하여 배출된다. 예열 공정 중에, 일부분, 특히 원료의 가장 미세한 부분이, 여과장치(11)에서 한쪽 끝을 위로 하여 제분기 부분 및 송풍기(15)을 경유하고, 배기 가스에 합쳐지는 것 대신에, 예열기의 집진장치내에서 효과적으로 분리되지 않는 것은 피할 수 없다.

킬른 수직 챔버(5)에서 코팅에 관하여 도입부에서 언급된 문제를 해소하기 위해서, 본 발명에 따라 여과장치(11)로부터의 분진을 로터리킬른(7)의 재료 도입구 말단부로 도입하는 것이 제안된다. 로터리킬른의 스모크 챔버(6)에서 또는 로터리킬른(7) 자체에서 종결되고, 로터리킬른의 세로축에 실질적으로 평행하게 연장되는 랜스(17)에 의해, 여과 분진은 로터리킬른(7)의 재료 도입구 말단부로 압력 가스의 도움으로 적절하게 주입될 수 있다.

그래서, 본 발명에 따른 기계 장치가 작동하는 동안에 여과장치(11)로부터의 분진은 킬른 가스에 역방향으로 킬른(7)에 주입된다. 일반적으로, 분진은 300℃미만의 온도로 냉각되고 흔히 여과장치(11)에서 100 내지 150℃ 정도로 낮게 냉각될 것이고, 더욱이, 로터리 킬른(7)의 재료 도입구 말단부에서 킬른 가스의 적절한 냉각을 보장하기에 충분한 양으로 존재할 것이다. 여과 분진의 주입은 가스에 존재하는 염에 따라 킬른 가스의 최적의 냉각을 얻기 위하여 조절될 수 있다. 여과 분진의 주입은 킬른(7)의 재료 도입부 말단부에서 킬른 가스의 온도가 900 내지 1200℃의 범위에서부터 830 내지 850℃의 범위까지 냉각될 수 있고, 상기 온도는 주재료 구성성분 탄산칼슘의 탈탄소화 온도이어서, 여과 분진 입자의 표면에서 염이 응축하는 결과를 수반한다.

본 발명은 시멘트 기계 장치를 작동하여 실지 실험을 하였고, 시험 결과로 수직 덕트(5)에서 청소 작업의 필요성이 8시간마다 한번에서 일주일에 한 번으로 감소되었다.

Claims (6)

1. 미가공 시멘트 원료가 뜨거운 배기 가스와 열 교환되는 부유 예열기(1,3)에서 예열되고 혹은 추가로 예비소성되고, 예열된 혹은 예비소성된 원료는 로터리킬른(7)에서 클링커로 최종 소성되고 연소되고, 로터리킬른으로부터의 뜨거운 클링커는 냉각기(9)에서 냉각되고, 그리고 여과장치(11)에서 예열기로부터 나온 배기 가스에서 분진이 분리되는, 미립자 시멘트 원료로부터 시멘트 클링커를 제조하는 방법으로, 여과장치(11)로부터의 분진이 킬른 가스의 흐름 방향과 반대되는 방향으로 로터리킬른(7)의 재료 도입구 말단부로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 여과장치(11)로부터의 전체 여과 분진 용량이 킬른 가스의 흐름 방향과 반대되는 방향으로 로터리킬른(7)의 재료 도입구 말단부로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 여과 분진이 압력 가스를 이용하여 로터리킬른(7)으로 주입되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 냉각된 원료 및/또는 비산회가 상기의 여과 분진과 동시에 도입되는 것은 특징으로 하는 방법.
5. 다단계 부유 예열기(1), 다수의 연소기(4)를 가진 소성기(3), 킬른 수직 덕트(5), 스모크 챔버(6), 연소기(8)를 가진 로터리킬른(7), 클링커 냉각기(9) 및 여과장치(11)를 포함하는 제 1항에 따른 방법을 실시하기 위한 기계 장치로서, 상기 장치는 킬른 가스의 흐름 방향에 반대되는 방향으로 로터리킬른(7)의 재료 도입구 말단부로 여과장치(11)로부터의 분진을 도입하는 수단(17)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기계 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 도입 수단(17)이 로터리킬른의 스모크 챔버(6)에서 또는 로터리킬른(7) 그 자체에서 종결되고, 로터리킬른의 세로축에 평행하게 연장되는 랜스를 포함하는 것을 특징으로 하는 기계 장치.

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