KR100897659B1 - 시멘트 클링커 제조방법 및 이의 제조플랜트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘트 클링커를 제조하는 방법 및 플랜트에 관한 것으로, 시멘트 원료혼분은 하소로(2,23)에서 하소된다. 하소로(3,23)는 상부영역(3a,23a)과 하부영역(3b,23b)로 이루어지되, 연료와 연소가스 및 원료혼분은 하소로에 접선방향으로 주입되어 나선형 흐름경로를 따라 회전하며, 중력작용으로 원료혼분은 우선적으로 하소로의 벽면을 따라 아래로 안내된다. 하소로의 적어도 하부영역에서 연소가스의 회전이 억제되고 거의 동시에 또는 연속적으로 하소로의 하부영역에서 적어도 일부의 연소가스와 적어도 일부의 원료혼분이 하소로의 중심선을 향하여 안내된다.

Description

시멘트 클링커 제조방법 및 이의 제조플랜트 {Method and plant for manufacturing cement clinker}

본 발명은 상부영역과 하부영역으로 이루어진 하소로(calciner)에서 시멘트 원료혼분(raw meal)을 하소시키는 방법을 통한 시멘트 클링커 제조방법에 관한 것으로, 연료와 연소가스 및 원료혼분이 하소로의 상부영역으로 주입되어 하소로를 관통하여 아래방향으로 안내되며, 연소가스와 원료혼분은 하소로에서 접선방향으로 주입되어 나선형 흐름경로를 따라 회전되되, 중력작용으로 원료혼분은 우선적으로 하소로의 벽면을 따라 아래로 안내된다. 또한, 본 발명은 상기 방법을 실행할 수 있는 플랜트(plant)에 관한 것이다.

전술된 시멘트 제조플랜트는 이미 널리 공지되어 있다.

하류식 분급형 하소장치(Separate Line Calcinator Downdraft type;이하 SLC-D)의 킬른(kiln) 플랜트는 미국특허 제4014641호와 국제특허 제WO 97/30003호로 이미 알려져 있는데, 이러한 유형의 플랜트는 하소로를 구비하는 바, 하소로는 체임버와 같은 형상으로되어 그 하부끝은 위로 향한 가스덕트에 연결되며, 또한 가스덕트는 배기가스용 킬른의 배출선단부에 연결된다. 또한, 국제특허출원 제PCT/IB01/01296호로 공지된 하류식 직렬형 하소장치(In Line Calcinator Downdraft type;이하 ILC-D)의 킬른 플랜트는 하나의 대형 체임버로 이루어진 하소로를 구비한다. 전술된 2가지 유형의 플랜트의 주요 특징은 하소로에서 사용될 대부분의 연료가 하소로의 상부에서 축방향으로 주입된다는 점이다. 클링커 냉각기로부터의 예열공기와 예열원료혼분은 하소로의 상부에서 접선방향으로 주입된다. 또한 ILC-D유형의 킬른 플랜트에서, 킬른으로부터의 배기가스는 하소로의 상부에서 접선방향으로 주입되며, 통상적으로 전술된 위치에서 예열공기는 하소로의 최상단부에서 NO_X(질소산화물) 저감영역을 설치하기 위해서 주입된다. 그러므로, 2가지 유형의 플랜트에서, 연료는 하소로의 중심선 둘레 영역에서 우선적으로 연소되는 한편, 원료혼분과 연소공기는 하소로를 관통하여 나선형 경로를 따라서 아래방향으로 흐르게 되어서, 원료혼분이 하소로의 벽면을 향해 안내되고, 중력작용으로 벽면을 타고서 아래로 활주할 것이다. 결과적으로, 하소공정과 동시에 원료혼분이 하소로에서 라이닝(lining)을 효과적으로 보호할 것이다. 이와 같이 공지된 유형의 플랜트의 장점은 낮은 함량의 휘발성분을 갖는 연료가 사용될 수 있으며 질소산화물의 생성을 상대적으로 저감시킬 수 있다. 반면에, 이와 같은 킬른 플랜트의 명백한 단점은 하소로로부터 배출될 원료혼분이 최적상태로 하소공정이 달성되지 않는다는 것이다. 또한, 하소로에서 빠져나온 배기가스는 불연소성 연료를 함유하여, 연소공기가 하소로의 전반적인 단면영역을 가로지르는데 필요한 과잉공기를 제공할 수 있을 정도의 연료와 혼합되지 않게 되어 주요 부분에서 일산화탄소(CO)를 형성할 것이다.

본 발명의 목적은 하소로에서 원료혼분의 높은 하소효율 뿐만 아니라 연료의 높은 연소효율을 성취가능하게 하는 시멘트의 제조방법 뿐만 아니라 플랜트를 제공하는 것이다.

이는 앞서 전술된 방법으로 성취되며 하소로의 적어도 하부영역에서 연소가스의 회전이 억제(braking)되는 것을 특징으로 하고, 거의 동시에 또는 연속적으로 하소로의 하부영역에서 적어도 일부의 연소가스와 적어도 일부의 원료혼분이 하소로의 중심선을 향해 안내된다.

이로써, 하소로에서 원료혼분의 하소효율과 연료의 연소효율을 향상시킬 수 있다. 이는, 원료혼분과 산소를 함유한 공기가 하소로의 벽에 가장 근접해져 가장 고온의 배기가스와 하소로의 중심영역에 있는 연료와 더욱 효과적으로 혼합되는 바, 원료혼분은 산소를 함유한 공기와 접촉할 때에 배기가스와 연료가 연소되어 발생되는 많은 양의 열을 흡수하게 된다.

본 발명에 따른 방법을 실행하는 플랜트는 실제적으로 상부영역과 하부영역을 갖춘 회전대칭인 하소로로 이루어지는 바, 하소로는 하소로의 상부영역에 연료를 주입하는 수단과 하소로의 상부영역에 연소가스와 원료혼분을 접선방향으로 주입하는 수단을 갖추며, 하소로의 적어도 하부영역에 연소가스의 회전을 억제시키는 수단과 하소로의 중심선을 향하여 안내하도록 하소로의 하부영역에서 적어도 일부의 연소가스와 적어도 일부의 원료혼분을 거의 동시에 또는 연속적으로 위치전환시키는 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에서, 상기 수단들은 수직측면과 경사진 상부면을 형성한 다 수의 내부부품으로 이루어져 있다. 수직측면 뿐만 아니라 경사진 상부면은 외부에서 세척작업을 용이하게 할 수 있도록 실제적으로 편평하게 되어 있다. 내부부품은 중심각이 직각인 부채꼴형상으로 형성되어 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 플랜트는 4개의 내부부품으로 구성되되, 이들 사이에는 단면을 가로지르는 자유공간을 갖춘다.

본 발명의 추가적인 특징들은 아래의 기술될 설명과 첨부도면으로 더욱 명백해 질것이다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 실행하는 ILC-D 유형의 플랜트를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 방법을 실행하는 SLC-D 유형의 플랜트를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 방법을 실행하는 하소로의 바람직한 실시예를 도시한 단면도이다.

도 4는 도 3에 도시된 하소로의 단면을 A-A선을 따라 바라본 종단면도이다.

이제, 본 발명은 첨부도면을 참조로 하여 더욱 상세히 설명될 것이다.

도 1은 시멘트 클링커를 제조하는 ILC-D 유형의 킬른 플랜트를 도시한 것이다. 이 플랜트는 최종싸이클론(1)만을 도시한 싸이클론 예열기(cyclone preheater)와, 분급싸이클론(4)을 갖춘 하소로(3), 로타리 킬른(5;rotary kiln) 및, 클링커 냉각기(7)로 이루어져 있다. 또한, 플랜트는 하소로(3)에 킬른 배기가스를 전송하는 킬른 수직덕트(9)와 클링커 냉각기(7)로부터 하소로(3)까지 예열공기를 안내하는 덕트(11)로 이루어져 있다. 예열원료혼분은 예열기로부터 싸이클론(1)에서 분리되고 하소로(3)로 안내되어 하소된다. 그런 후에, 분급싸이클론(4)의 바닥배출구에서, 하소된 원료혼분이 덕트(8)를 매개로 로타리 킬른(5)를 관통하여 지나가는데, 연소된 시멘트 클링커는 클링커 냉각기(7)에서 연속적으로 냉각된다. 로타리 킬른(5)과 하소로(3)에서의 배기가스는 하소로(3)로부터 싸이클론(4)을 관통하여 뽑아내어지고 개략적으로 도시된 송풍기(6)를 수단으로 하여 예열기를 관통하여 윗방향으로 흐른다.

도시된 실시예에서, 연료는 하소로(3)의 상부에서 축방향으로 주입될 수 있도록 배열된 버너(13)를 매개로 하소로(3)로 주입되는 한편, 로타리 킬른(5)에서의 배기가스는 주입덕트(15)를 매개로 주입되어 하소로의 상부영역(3a)내로 접선방향으로 배출된다. 그러므로, 최초 버너(13)를 매개로 하소로(3)내로 주입될 연료가 낮은 산소함유량을 갖는 킬른의 배기가스로 이루어진 대기 중에서 연소된다. 이는 결과적으로, 질소산화물의 저감영역을 생성시키는데, 킬른의 배기가스와 같이 공급될 질소산화물이 연료와 반응하여서 질소산화물의 수치를 저감시킨다.

적당한 높이를 갖는 저감영역을 지나 하소로의 하류부분에서, 예열공기는 클링커 냉각기(7)로부터 덕트(11)를 매개로 주입되어 하소로(3)에 접선방향으로 배출된다. 예열기로부터의 예열원료혼분의 대부분은 냉각기에서의 공기와 함께 화살표방향으로 지시된 바와 같이 하소로(3) 내로 주입된다. 접선방향으로 주입되는 방법 으로, 냉각공기와 원료혼분의 현탁물(suspension)은 나선형 경로를 따라 연속적으로 연소영역을 관통하여 아래방향으로 흘러서, 원료혼분은 하소로의 벽면을 향해 분사될 것이며, 중력작용으로 하소로의 벽면을 따라 아래로 활주한 후에, 클링커 냉각기에서의 공기는 하소로의 중심부에서 화염에 휩싸여져, 점차적으로 배기가스와 연료의 현탁물과 혼합될 것이다. 결과적으로, 하소로 연소영역의 중심부에서 원료혼분은 매우 소량이 될 것이며, 이는 고온을 의미하고 연료의 연소정도가 높아서 낮은 휘발성분을 갖는 연료로도 충분히 성취시킬 수 있다. 하소로의 벽면을 따라 아래로 활주하는 원료혼분은 하소로의 중앙연소영역에서 열을 축적하여 하소되므로, 연소영역에의 고온에 대해 하소로의 벽면을 보호하도록 열을 차폐한다.

하소로의 하부영역(3b)에서, 원료혼분은 배기가스의 아래방향으로 흐르는 흐름에 현탁되고, 추가적으로 원료혼분의 하소를 이끌며 배기가스의 온도를 낮춘다. 배기가스와 원료혼분의 현탁물은 연속적으로 이송부(3c)를 매개로 분급싸이클론(4)으로 안내되되, 원료혼분은 배기가스와 분리되며 분급싸이클론(4)의 바닥배출구를 매개로 로터리 킬른(5)으로 전송된다.

연소영역의 온도를 제어하고 동시에 하소로에서의 배기가스의 배출온도를 확실하게 줄이기 위해서, 소량의 예열원료혼분이 점선으로 된 화살표를 따라 하소로의 하부영역(3b) 또는 이송부(3c)로 주입된다. 예열기에서의 소량의 예열원료혼분은 추가로 배기가스는 점선으로 된 화살표와 같이 로타리 킬른(5)에서 배출된 후에 즉시 킬른 배기가스흐름내로 주입된다. 결과적으로, 킬른 배기가스의 온도는 낮춰져, 덕트(9)의 잠재적인 고결화(caking)되는 문제점을 줄이게 된다. 결정효과 때문 에, 또한 이 원료혼분은 하소로(3)에서 질소산화물의 수치를 추가로 저감시킬 수 있을 것이다.

도 2는 시멘트 클링커를 제조하는 SLC-D 유형의 킬른 플랜트를 도시한 것이다. 또한, 이 플랜트는 최종싸이클론(1)만을 도시한 싸이클론과, 상부영역(23a)과 하부영역(23b)을 갖춘 하소로(23), 로타리 킬른(5) 및, 클링커 냉각기(7)로 이루어져 있다. 또한 플랜트는 클링커 냉각기(7)로부터 하소로(23)까지 예열공기를 이송하는 덕트(11)로 이루어져 있다. 예열원료혼분은 예열기로부터 하소로(1)에서 분리되며 클링커 냉각기(7)로부터 하소로(23)까지 공기와 같이 이송되면서 하소된다. 그런 다음에, 원료혼분과 가스의 현탁물은 윗방향으로 향한 가스덕트(29)로 주입되어 로터리 킬른(5)에서의 배기가스와 혼합된다. 그런 다음에, 혼합된 현탁물은 분급싸이클론(4)으로 이송되되, 하소된 원료혼분은 덕트(8)를 매개로 로타리 킬른(5)으로 안내되어 연소되고, 시멘트 클링커로 되어 연속적으로 클링커 냉각기(7)에서 냉각된다. 로타리 킬른(5)과 하소로(23)에서의 배기가스는 싸이클론(4)으로 뽑아내어진 후에, 개략적으로 도시된 송풍기(6)를 수단으로 예열기를 관통한다.

도시된 실례에서, 연료는 하소로(23)의 상부에서 축방향으로 주입되도록 설치된 버너(13)를 매개로 하소로(23)의 상부영역(23a)으로 주입되는 한편, 클링커 냉각기(7)에서의 예열공기는 덕트(11)를 매개로 주입되어 하소로(23)의 상부영역(23a)에서 접선방향으로 배출된다. 예열기에서의 예열원료혼분의 대부분는 냉각기에서의 공기와 함께 도시된 화살표와 같이 하소로(23)로 주입된다. 도 1로 도시된 실시예의 경우에서와 같이, 접선방향으로 주입되기 때문에 냉각공기와 원료혼분의 현탁물은 나선형 경로를 따라 하소로(23)를 관통하여 아래방향으로 흘러서, 원료혼분은 하소로의 벽면을 향해 분사될 것이며, 중력작용으로 하소로의 벽면을 따라 아래로 활주한 후에, 클링커 냉각기에서의 공기는 하소로의 중심부에서 화염에 휩싸여서, 점차적으로 연료와 혼합된다. 결과적으로, 하소로의 연소영역의 중심부에서 원료혼분은 소량이 될 것이며, 이는 고온을 의미하므로 연소의 정도가 높아서 성취될 수 있다. 하소로의 벽면을 따라 아래로 활주하는 원료혼분은 하소로의 중앙연소영역에서의 열을 축적하여 하소되고 연소영역에서의 고온에 대해 하소로의 벽면을 보호하도록 열로부터 차폐시킨다.

하소로(23)의 하부영역(23b)에서, 하소된 원료혼분과 가스의 현탁물은 연속적으로 위로 향한 가스덕트(29)로 주입되어 로타리 킬른(5)에서의 배기가스와 혼합된다. 가스덕트(29)에서, 불완전하게 하소될 원료혼분의 하소공정이 완전하게 되며, 연료는 또한 도시되지 않은 버너를 매개로 주입된다. 그런 다음에, 혼합된 현탁물은 전술된 바와 같이 분급싸이클론(4)으로 이송되며, 하소된 원료혼분은 덕트(8)를 매개로 로타리 킬른(5)으로 안내된다.

도 1 및 도 2로 도시된 플랜트는 하소로(3,23)에 연료의 연소효율 뿐만 아니라 원료혼분의 하소수준을 향상시키는 혼합유니트(10)를 구비한다. 이 혼합유니트(10)는 도 1 및 도 2에서 원형 점선으로 개략적으로 표기된 하소로(3,23)의 하부영역(3b,23b)에 설치된다. 혼합유니트(10)는 우선적으로 하소로(3,23)의 하부영역(3b,23b)에서 배기가스의 회전을 억제시키고 두번째로는 동시에 또는 연속적으로 하소로(3,23)의 중심축을 향해 연소가스와 원료혼분을 안내하는 기능을 수행한다. 이로 인해서, 하소로의 벽면에 인접하여 농축된 산소를 함유한 공기흐름과 원료혼분 사이에서의 혼합을 더욱 향상시켜 하소로의 중심영역에서 더욱 뜨거운 배기가스와 연료는 원료혼분이 배기가스로부터 방대한 양의 열을 흡수할 수 있도록 하며 산소를 함유한 공기와 접촉시켜 더욱 높은 연료연소율을 보장한다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 하소로(3,23)에 설치된 혼합유니트(10)의 바람직한 실시예를 도시한 것이다. 도 3에서, 혼합유니트(10)는 4개의 내부부품(31)으로 이루어져 있는데, 이 내부부품은 중심각이 직각인 부채꼴형상으로 형성되며 이들 사이를 가로지르는 자유공간을 형성한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 내부부품은 수직측면(33)과 경사진 상부면(35)을 형성한다. 내부부품(31)은 내부라이닝을 보호할 수 있는 금속재로 만들어져 있다. 수직측면(33)은 가스흐름의 회전을 효과적으로 억제할 수 있는 한편, 경사진 상부면(35)은 하소로의 중심선 방향으로 가스와 원료혼분을 이송시켜, 강제로 더욱 큰 혼합효율을 보장한다.

Claims (6)

1. 시멘트 원료혼분이 상부영역(3a,23a)와 하부영역(3b,23b)로 이루어진 하소로(3,23)에서 하소되되, 연료와 연소가스 및 원료혼분이 하소로의 상기 상부영역으로 주입되고 하소로를 관통하여 아래방향으로 안내되며, 상기 연소가스와 원료혼분은 하소로에 접선방향으로 주입되어 나선형 흐름경로를 따라 회전하게 되고, 중력작용으로 원료혼분은 우선적으로 하소로의 벽면을 따라 아래로 안내시켜 시멘트 클링커를 제조하는 방법에 있어서,

   상기 하소로의 적어도 하부영역에서 연소가스의 회전이 억제되고 하소로의 하부영역에서 동시에 또는 연속적으로 적어도 일부의 연소가스와 적어도 일부의 원료혼분이 하소로의 중심선을 향하여 안내되는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커의 제조방법.
2. 상부영역(3a,23a)과 하부영역(3b,23b)을 갖춘 회전대칭인 하소로(3,23)를 갖추되, 상기 하소로는 하소로의 상부영역으로 연료를 주입하는 수단(13)과 하소로의 상부영역으로 연소가스와 원료혼분을 접선방향으로 주입하는 수단(11)을 구비한 플랜트에 있어서,

   하소로의 적어도 하부영역에서 연소가스의 회전을 억제시키고, 이와 동시에 또는 연속적으로 하소로의 하부영역에서 적어도 일부의 연소가스와 적어도 일부의 원료혼분을 하소로의 중심선을 향하여 전환시키는 혼합유니트(10)가 구비된 것을 특징으로 하는 청구항 1의 방법으로 실행되어 시멘트 클링커를 제조하는 플랜트.
3. 제 2항에 있어서, 상기 혼합유니트(10)는 수직측면(33)과 경사진 상부면(35)을 갖춘 다수의 내부부품(31)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플랜트.
4. 제 3항에 있어서, 상기 수직측면(33)과 경사진 상부면(35)은 편평한 것을 특징으로 하는 플랜트.
5. 제 3항에 있어서, 상기 내부부품(31)은 중심각이 직각인 부채꼴형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 플랜트.
6. 제 3항에 있어서, 상기 내부부품(31)은 4개로 이루어지고 그 사이를 가로지르는 자유공간을 구비한 것을 특징으로 하는 플랜트.

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