KR101105304B1 - 대용량 회전식 소성로 - Google Patents

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Abstract

개시된 본 발명의 대용량 회전식 소성로는, 내부에 소성 대상물이 주입되고 외부 일단(一端)에 회전축을 구비하며 회전축을 중심으로 회전 가능하게 지지대에 설치되는 소성로 몸체, 회전축에 회전력을 제공하여 소성로 몸체를 회전시키는 회전장치, 지지대 하부에 설치되어 유압으로 소성로 몸체의 기울기를 조절하는 유압식 승강 장치, 및 소성 분위기를 조성하기 위하여 외부로부터 가스, 증기 및 공기 중 적어도 하나를 소성로 몸체 내부에 공급하는 적어도 하나의 분산 배관을 포함한다.
본 발명은 회전장치와 유압장치를 구비하여 소성로 몸체의 기울기 조정 및 소성로 몸체를 회전시킬 수 있으므로, 이산화탄소 회수공정의 스케일업에 따라 필요한 대용량 고체 흡수제를 경제적으로 생산할 수 있다.

Description

대용량 회전식 소성로{ROTARY FURNACE}
본 발명은 소성로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대용량 회전식 유동층 소성로에 관한 것이다.
지구 온난화의 주범인 이산화탄소의 배출을 억제하기 위해 이산화탄소의 분리회수기술, 이산화탄소를 이용하거나 고정화시키는 기술, 이산화탄소를 배출하지 않는 신재생 에너지기술 등의 다양한 연구개발이 진행되고 있다.
이산화탄소 분리회수기술 중 재생용 건식 흡수제(dry regenerable sorbents)에 의한 회수처리 방법은 다른 회수방법에 비해 혁신적인 처리 방법으로 부각되고 있다. 재생용 건식 흡수제를 이용한 회수처리 방법은 발전소와 같은 대량의 배가스에 있는 이산화탄소를 유동층 또는 고속 유동층 공정 내에서 고체흡수제를 연속적으로 빠르게 순환시키면서 경제적으로 이산화탄소를 회수할 수 있다. 고체 흡수제는 공정 내의 흡수반응기와 재생반응기에서 팽창과 수축을 거듭하므로 흡수제 본래의 형상을 유지할 수 있는 내마모도(강도)와 반응성이 동시에 좋은 특성이 요구 된다.
고체 흡수제의 구성성분은 활성성분, 증진제, 지지체, 무기결합제 등의 무기성분과 분산제, 유기결합제, 소포제 등의 유기성분이 있다. 고체 흡수제의 제조 방법은 먼저 열역학적 분석을 통해 선정된 활성성분, 지지체, 무기결합제 등을 배합하고, 흡수제 원료의 균질한 분산, 안정성, 유동성 확보 및 슬러리 농도를 제어하기 위해 유기첨가제를 첨가하여 슬러리(Slurry)를 제조한다. 슬러리 제조가 끝나면 원료물질의 분쇄 및 균질화를 위해 분쇄(Milling) 작업과 불순물 제거를 위한 체거름(sieve), 슬러리를 구형으로 조립화 하기 위한 분무건조(spray dryer)를 거쳐 최종적으로 소성과정을 통해 완성된다.
소성(Calcination)은 슬러리 제조 과정에서 사용된 유,무기 첨가물의 완전한 분해 및 입자의 강도부여를 위하여 소형 전기로(Muffle furnace) 또는 소형 유동층 소성로를 사용하여 공기 분위기에서 상온부터 고온까지 흡수제를 가열하는 과정이다. 소성과정은 흡수제의 수축제어를 통한 치밀화 및 강도와 구조 및 조직제어를 통한 결정립의 성장을 제어하는데 아주 중요하다.
종래의 고체흡수제 소성에 사용된 소형 전기로(Muffle furnace) 및 소형 유동층 소성로는 주로 소량(5kg/batch이하)의 흡수제 소성에 사용되었으나, 최근 회수공정의 스케일업(scale-up)으로 고체흡수제의 대량 생산이 필요하게 되었으며, 이에 따른 대용량 소성로가 필요하게 되었다. 소형 전기로 및 소형 유동층 소성로는 다량의 고체 흡수제를 적층하기가 곤란하며, 또한 노(Furnace)가 고정되어 다량 적층시 흡수제 각 부위를 균일하게 가열하기 곤란한 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 따라 안출된 것으로서, 회전장치와 유압장치를 구비하여 상하 이동 및 회전 가능한 대용량 회전식 소성로를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 대용량 회전식 소성로는, 내부에 소성 대상물이 주입되고 외부 일단(一端)에 회전축을 구비하며, 상기 회전축을 중심으로 회전 가능하게 지지대에 설치되는 소성로 몸체; 상기 회전축에 회전력을 제공하여 상기 소성로 몸체를 회전시키는 회전장치; 상기 지지대 하부에 설치되어 유압으로 상기 소성로 몸체의 기울기를 조절하는 유압식 승강 장치; 및 소성 분위기를 조성하기 위하여 외부로부터 가스, 증기 및 공기 중 적어도 하나를 상기 소성로 몸체 내부에 공급하는 적어도 하나의 분산 배관;를 포함한다.
본 발명의 대용량 회전식 소성로는 상기 소성로 몸체 타단(他端)에 개폐 가능하게 결합하는 커버; 및 상기 커버를 관통하여 상기 소성로 몸체 내부로 연장되어 상기 소성로 몸체 내부의 온도를 감지하는 열전대;를 더 포함한다.
본 발명의 대용량 회전식 소성로는 상기 열전대의 처짐을 방지하기 위하여 상기 열전대를 감싸는 가이드 튜브; 상기 가이드 튜브가 스크루 결합되는 로터리 조인트; 및 일단이 상기 로터리 조인트와 결합되고 타단이 상기 커버에 결합되며 상기 가이드 튜브가 내삽되는 관통홀이 형성된 플랜지를 더 포함한다.
상기 플랜지에는 상기 가이드 튜브를 지지하는 지지 플레이트가 상기 플랜지 관통홀 입구에 부착되고, 상기 지지 플레이트는 상기 관통홀 내주보다 작은 외주를 가지며 구멍을 가지는 원형판이고, 상기 구멍에 상기 가이드 튜브가 삽입되어 지지되며, 상기 원형판 외주는 상기 관통홀 입구에 부분 용접되어 틈새를 형성한다.
상기 가이드 튜브는, 상기 열전대가 상기 소성로 몸체 내부의 온도 감지를 용이하게 하기 위하여 적어도 하나의 온도 감지구가 형성될 수 있다.
상기 분산 배관은, 상기 소성로 몸체 일단을 관통하여 상기 소성로 몸체 내부로 연장되고, 상기 가스, 증기 및 공기 중 적어도 하나가 상기 소성로 몸체로 분출되도록 복수 개의 분출구가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 분산 배관은 복수이고, 상기 복수의 분산 배관은 상기 회전축을 중심으로 방사형으로 배치될 수 있다. 상기 복수의 분산 배관은 서로 길이가 다른 것이 바람직하다.
상기 소성로 몸체는, 니켈, 크로뮴, 철, 티타늄, 알루미늄, 망가니즈 및 규소를 포함하는 내열합금 재질로 제작될 수 있다.
상기 소성로 몸체 외주 면에 이격되어 설치되며 상기 열전대에 의해 감지된 온도에 따라 제어되어 상기 소성로 몸체를 가열하는 히터가 설치된다.
본 발명의 대용량 회전식 소성로는 회전장치와 유압장치를 구비하여, 소성로 몸체의 기울기 조정 및 소성로 몸체를 회전시킬 수 있으므로 이산화탄소 회수공정의 스케일업에 따라 필요한 대용량 고체 흡수제를 경제적으로 생산할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 이해를 용이하게 하기 위하여 동일한 수단에 대하여 동일한 참조 번호를 사용한다. 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자, 예를 들면, 제1, 제2 등은 동일 또는 유사한 개체를 구분하기 위한 식별 기호에 불과하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 회전식 소성로의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 회전식 소성로는, 지지대(102), 소성로 몸체(110), 회전장치(120), 유압식 승강 장치(150), 분산 배관(130), 열전대(140) 및 히터(152)를 포함한다.
상기 지지대(102)는 회전축(112)을 중심으로 회전 가능하게 설치된 소성로 몸체(110), 소성로 몸체(110)를 회전시키는 회전장치(120) 및 소성로 몸체(110)를 가열시키는 히터(152)를 지지한다. 지지대(102)의 지지판(104)은 유압식 승강 장치(150)에 기울기가 변화되어 소성로 몸체(110)의 기울기를 변화시킬 수 있다
상기 소성로 몸체(110)는 회전 가능한 원통형 형상의 노(爐)의 몸통으로서, 내부에 소성 대상물이 주입되고 외부 일단(一端)에 회전축(112)을 구비한다. 소성로 몸체(110) 타단(他端)은 소성로 몸체(110) 내부에 소성 대상물이 주입될 수 있도록 커버(114)가 개폐 가능하게 결합 된다. 여기서, 소성 대상물은 이산화탄소를 분리 회수하는 공정에서 사용되는 고체 흡수제의 구성성분들, 예를 들면, 무기성분(활성성분, 증진제, 지지체, 무기결합제 등)과 유기성분(분산제, 유기결합제, 소포제 등)를 포함한다. 소성로 몸체(110) 외주 면에는 소성로 몸체(110)를 가열할 수 있는 히터(152)가 소성로 몸체(110) 외주 면에 일정거리만큼 이격되어 설치되는 것이 좋다.
소성로 몸체(110)는, 니켈, 크로뮴, 철, 티타늄, 알루미늄, 망가니즈 및 규소를 포함하는 내열합금 재질로 제작될 수 있다. 예를들면, 내열합금 재질은 인코넬(Inconel)일 수 있다.
상기 회전장치(120)는 소성로 몸체(110)의 회전축(112)에 회전력을 제공하여 소성로 몸체(110)를 360°회전시킨다. 회전장치(120)에 의해 소성로 몸체(110)가 회전될 수 있으므로, 소성로 몸체(110) 내부에 주입된 소성 대상물과, 소성 분위기 조성을 위한 가스, 증기 및 공기가 잘 혼합될 수 있고, 소성로 몸체(110)가 히터(152)에 의해 균일하게 가열될 수 있다. 회전장치(120)는 회전력을 제공하는 모터(122), 모터(122)의 회전력을 소성로 몸체(110)의 회전축(112)으로 전달하는 동 력전달 수단(124)으로 구성된다. 동력전달수단(124)은 체인(chain), 기어(gear) 또는 풀리(pulley)일 수 있다.
상기 유압식 승강 장치(150)는 지지대(102) 하부에 설치되어 유압으로 소성로 몸체(110)의 기울기를 조절한다. 기울기는 0°내지 90°일 수 있다. 기울기가 0°일 때 소성로 몸체(110)는 지면에 대하여 수평 상태로 배치되며, 기울기가 90°일 때 소성로 몸체(110)는 지면에 대하여 수직 상태로 배치된다. 유압식 승강 장치(150)에 의해 소성로 몸체(110)가 일정 각도 범위 내에서 기울기가 조절되면 회전축(112)이 연장된 방향으로도 소성 대상물과, 소성 분위기 조성을 위한 가스, 증기 및 공기가 잘 혼합될 수 있다.
상기 분산 배관(130)은 외부의 증기 공급장치(200) 및 가스 공급장치(210)에 연결된다. 증기 공급장치(200)는 소성로 몸체(110) 내부에 물 또는 증기를 공급하고, 가스 공급장치(210)는 소성로 몸체(110) 내부에 가스 또는 공기를 공급한다. 분산 배관(130)은 소성로 몸체(110) 내부에 소성 분위기를 조성하기 위하여 외부 증기 공급장치(200) 및 가스 공급장치(210)로부터 가스, 증기 및 공기 중 적어도 하나를 소성로 몸체(110) 내부로 분출한다.
상기 열전대(thermocouple)(140)는 접합한 두 종류 금속의 양접점의 온도차에 의해 발생하는 기전력을 이용하여 온도를 측정하는 장치로서, 커버(114)를 관통하여 소성로 몸체(110) 내부로 연장되어 소성로 몸체(110) 내부의 온도를 감지한다. 감지된 온도는 제어부(142)로 제공될 수 있다.
상기 히터(152)는 소성로 몸체(110) 외주 면에 이격되어 설치되며 소성로 몸 체(110)를 가열시킨다. 히터(152)는 소성로 몸체(110)의 길이 방향으로 각 부분의 온도 제어가 용이하도록 3 존(Zone) 형식으로 설치되는 것이 좋다.
제어부(142)는 소성 대상물의 소성을 위해 열전대(140)에 의해 감지된 온도에 따라 히터(152)를 제어하여 소성로 몸체(110)를 가열할 수 있다.
도 2a는 도 1의 분산 배관의 측면도이고 도 2b는 도 1의 분산 배관의 정면도이다.
도 2a를 참조하면, 분산 배관(130)은 소성로 몸체(110) 일단을 관통하여 소성로 몸체(110) 내부로 연장되며 끝단이 막혀있는 형상을 가진다. 분산 배관(130)에는 가스, 증기 및 공기 중 적어도 하나가 소성로 몸체(110) 내부로 분출되도록 복수 개의 분출구(132)가 형성되는 것이 바람직하다.
분산 배관(130)은 복수 개일 수 있다. 분산 배관(130)이 복수 개인 경우, 복수 개의 분산 배관(130)은 서로 길이가 다르며 회전축을 중심으로 방사형으로 배치되는 것이 좋다. 도 2b는 분산 배관(130)의 방사형 배치를 예시한다. 소성로 몸체(110) 내부에 길이가 서로 다른 복수 개의 분산 배관(130)으로 인해 소성로 몸체(110) 내부에 가스, 증기 및 공기가 고르게 분사될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1의 열전대, 가이드 튜브 및 가이드 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 열전대(140)는 열전대(140)의 처짐을 방지하기 위하여 가 이드 튜브(160)에 의해 감싸져 있다. 가이드 튜브(160)는 로터리 조인트(180)에 스크루 결합된다. 열전대(140)는 로터리 조인트(180)를 관통하여 외부 제어부(미도시)에 연결될 수 있도록 외부로 연장되어 있다. 로터리 조인트(180)는 소성로 몸체(도1의 110) 내부의 가스, 증기, 또는 공기가 외부로 배출되도록 하는 배출구(182)가 형성되어 있다.
가이드 튜브(160)는 적어도 하나의 온도 감지구(162)가 형성되어 있다. 온도 감지구(162)는 가이드 튜브(160)에 감싸져 있는 열전대(140)를 노출시켜, 열전대(140)가 소성로 몸체(도1의 110) 내부의 온도 감지를 용이하게 한다.
플랜지(170)는 일단이 로터리 조인트(180)와 결합되고 타단이 커버(114)에 결합된다. 플랜지(170)는 가이드 튜브(160)의 외경보다 크며 가이드 튜브(160)가 내삽되는 관통홀(172)이 형성되어 있다. 도 3b는 관통홀(172)이 형성된 플랜지(170)의 형상을 보여준다. 플랜지(170)는 플랜지(170)의 관통홀(172)이 로터리 조인트(180)의 배출구(182)와 연통되도록 로터리 조인트(180)와 결합되는 것이 바람직하다.
도 3c를 참조하면, 플랜지(170)에는 가이드 튜브(160)를 지지하는 지지 플레이트(190)가 플랜지(170) 관통홀(172) 입구에 부착된다. 지지 플레이트(190)는 관통홀(172) 내주보다 작은 외주를 가지며 구멍(194)을 가지는 원형판일 수 있다. 지지 플레이트(190)의 구멍(194)에는 가이드 튜브(160)가 삽입되어 지지된다. 지지 플레이트(190)의 외주는 플레이트(192)를 이용하여 부분적(partial)으로 관통홀(172) 입구에 용접되어 틈새(174)를 형성한다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따 라 구현된 플랜지를 예시하여 보여주는 사진이다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 소성로 몸체(도1의 110) 내부의 가스, 증기, 또는 공기는 지지 플레이트(190)에 의해 형성된 틈새(174), 플랜지(170)의 관통홀(172) 및 로터리 조인트(180)의 배출홀(182)을 통하여 외부로 배출될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 회전식 소성로의 구성을 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 분산 배관을 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1의 열전대, 가이드 튜브 및 가이드 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 플랜지가 구현된 사진이다.

Claims (10)

  1. 내부에 소성 대상물이 주입되고 외부 일단(一端)에 회전축을 구비하며, 상기 회전축을 중심으로 회전 가능하게 지지대에 설치되는 소성로 몸체;
    상기 회전축에 회전력을 제공하여 상기 소성로 몸체를 회전시키는 회전장치;
    상기 지지대 하부에 설치되어 유압으로 상기 소성로 몸체의 기울기를 조절하는 유압식 승강 장치;
    소성 분위기를 조성하기 위하여 외부로부터 가스, 증기 및 공기 중 적어도 하나를 상기 소성로 몸체 내부에 공급하는 적어도 하나의 분산 배관;
    상기 소성로 몸체 타단(他端)에 개폐 가능하게 결합하는 커버;
    상기 커버를 관통하여 상기 소성로 몸체 내부로 연장되어 상기 소성로 몸체 내부의 온도를 감지하는 열전대;
    상기 열전대의 처짐을 방지하기 위하여 상기 열전대를 감싸는 가이드 튜브;
    상기 가이드 튜브가 스크루 결합되는 로터리 조인트; 및
    일단이 상기 로터리 조인트와 결합되고 타단이 상기 커버에 결합되며 상기 가이드 튜브가 내삽되는 관통홀이 형성된 플랜지를 포함하는 대용량 회전식 소성로.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플랜지에는 상기 가이드 튜브를 지지하는 지지 플레이트가 상기 플랜지 관통홀 입구에 부착되고,
    상기 지지 플레이트는 상기 관통홀 내주보다 작은 외주를 가지며 구멍을 가지는 원형판이고, 상기 구멍에 상기 가이드 튜브가 삽입되어 지지되며, 상기 원형판 외주는 상기 관통홀 입구에 부분 용접되어 틈새를 형성하는 대용량 회전식 소성로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가이드 튜브는,
    상기 열전대가 상기 소성로 몸체 내부의 온도 감지를 용이하게 하기 위하여 적어도 하나의 온도 감지구가 형성된 대용량 회전식 소성로.
  6. 제1항에 있어서, 상기 분산 배관은,
    상기 소성로 몸체 일단을 관통하여 상기 소성로 몸체 내부로 연장되고,
    상기 가스, 증기 및 공기 중 적어도 하나가 상기 소성로 몸체로 분출되도록 복수개의 분출구가 형성되는 대용량 회전식 소성로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 분산 배관은 복수이고,
    상기 복수의 분산 배관은 상기 회전축을 중심으로 방사형으로 배치되는 대용량 회전식 소성로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복수의 분산 배관은 서로 길이가 다른 대용량 회전식 소성로.
  9. 제1항에 있어서, 상기 소성로 몸체는,
    니켈, 크로뮴, 철, 티타늄, 알루미늄, 망가니즈 및 규소를 포함하는 내열합금 재질로 제작되는 대용량 회전식 소성로.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 소성로 몸체 외주 면에 이격되어 설치되며 상기 열전대에 의해 감지된 온도에 따라 제어되어 상기 소성로 몸체를 가열하는 히터가 설치되는 대용량 회전식 소성로.
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