KR101130876B1 - 통기선이 개선된 로타리킬른형 광석소성로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로타리킬른, 냉각장치, 광석예열기, 소성로 광석장입 입구덕트를 포함하는 로타리킬른형 광석소성로에 있어서, 상기 광석예열기의 상단으로부터 배가스를 배출하는 배가스 배출덕트(35)를 설치하되, 상기 소성로광석장입구 입구덕트의 일측에 냉각자켓형 배관(60)을 설치하고, 고온의 배가스로 상기 광석예열기(30)에서 열교환 현혈이 회수된 후 배출되는 배가스온도까지 냉각시킬수 있는 수냉열교환기(70)를 장착하는 것을 특징으로 하는 로타리킬른형 광석소성로를 요지로 한다.

로타리킬른

Description

통기선이 개선된 로타리킬른형 광석소성로{Improvement of gas permability in preheater of rotary kiln calciner}

도 1은 일반적인 로타리킬른형 광석소성로 설비 구성도.

도 2는 기존의 석회소성로 광석예열기 구조와 로타리킬른 광석소성로.

도 3은 본 발명에 의한 배가스 by-pass배관 통기성개선 시스템을 포함하는 로타리킬른형 광석소성로 구성도.

도 4는 본 발명에서 고안한 배가스 냉각용 열교환기 구성도.

<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 소성원료 광석 2. 유체연료(COG, LNG, 중유 등)

3. 공기(연소 및 냉각용) 4. 소성로 배가스

2a.2b, 유체연료 공급얍력계 및 유량계

3a,3b,3c.3d 공기 및 배가스 혼합가스 공급 압력계 및 유량계

4a,4b,4c, 4d 소성로 배가스 공급압력게 및 유량계

10: 로타리 킬른 본체 15: 열원공급용 버너시스템

20: 소성 냉각장치 25a,25b : 흡기 팬

30: 광석예열기 31: 소성로 광석장입 입구덕트

35: 배가스 배출덕트

40: 다중싸이크론(Multicyclone)

45: 배기팬(ID Fan) 46: 배기팬 제어덴퍼(ID Fan Damper)

47: 벤츄리스크러버 입측덕트(Ventrury scrubber Inlet Duct)

50: 벤츄리스크러버 51: 벤츄리스크러버 제어덴퍼(Damper)

52: 벤츄리스크러버 배출덕트

53: 분리기(Cyclonic separator)

60: By-pass 배가스배관 가스냉각 자켓(Jacket)

70: By-pass 배가스 샤이크론형 열교환기

71: 수냉 열교환부내 고온배가스 냉각 배관

72: 수냉 열교환부

73: 가스함유 분진 포집실

66,67,68 : By-pass 배가스냉각용 냉각수배관

75: By-pass 배가스배관 76a, 76b: by-pass 배가스배관 개폐변

80: 분진저장 호퍼

81: By-Pass 배가스 싸이크론형 열교환기 포집분진 자동배출 로타리밸브

100: 굴뚝(stack)

본 발명은 샤프트형 광석예열기를 갖는 로타리킬른형 광석소성로의 통기성의 개선에 관한 것으로서, 로타리킬른형 광석소성로의 핵심장치로써 광석예열기의 통기성을 개선코자 바이패스 배관시스템을 설치하여 흡입팬에 의한 노내생성 배가스의 원활한 배출과 더불어 바이패스 배관 열교환기를 통한 배가스 함유 미립광석의 분리배출로 로내 부착물의 형성을 완화시킬 수 있는 통기성이 개선된 로타리킬른형 광석소성로에 관한 것이다.

일반적으로 광산에서 채굴되는 미립석회석 및 백운석을 소성하여 생석회 또는 경소백운석을 제조하는 석회소성로에 있어서 통상 소성에너지원으로 사용하는 엘엔지(LNG) 및 코크스오븐가스(COG) 또는 중유와 같은 유체연료의 연소과정에서 고온의 다량의 배가스를 배출하게 되는 바, 이 배가스가 함유하는 고온의 현열을 회수하기 위해 통상 샤프트형 광석예열기를 통해 열을 회수한 후 집진장치를 거쳐 연돌을 거쳐 외부로 배출하게 되는 바, 이때 배가스함유 미립광석으로 인하여 광석예열기가 막히면서 킬른 소성로 배가스가 원활하게 배출되지 못하는 문제점을 가진다.

따라서 본 발명에서는 광석예열기와 로타리킬른 소성로로 구성되는 광석소성로에 있어서 광석소성로에 배출되는 고온의 배가스현열을 광석예열기에서 원활히 회수하면서도 배가스의 배출이 원활하게 이루워지는 설비특성을 갖도록 광석예열기를 우회하는 배가스 By-Pass 배관을 포함하는 특징으로 하는 로타리킬른 광석소성로 및 그 조업방법에 관한 것이다.

일반적으로 석회석이나 백운석으로부터 생석회 또는 경소백운석을 만드는 석 회소성로의 경우 0~35mm입경의 미립광석의 처리를 위해 일반적으로 로타리킬른을 사용하게 되며, 킬른내에서 광석을 소성처리하는 과정에서 필요로 하는 다량의 에너지를 공급하기 위해 가스 및 중유버너를 사용하게 된다.

이때, 연료와 함께 연소가스로서 1차적으로 공기를 버너로 공급 버너전단에서 혼합 연소시켜 로내에서 균일한 온도를 유지하므로써 광석의 소성이 용이하게 이루워지도록 연료를 공급하게 된다. 그리고 소성후 배출하는 제품의 냉각을 목적으로 제품 호퍼(제품 냉각장치)상으로 다량의 상온의 공기를 공급하게 되며, 이 냉각공기는 킬른을 통과하면서 과잉의 2차연소공기로 작용하면서 고온의 연소가스와 함께 광석예열기를 거쳐 외부로 배출되게 되는 바, 이때 원활한 배출을 위해 배기팬에 의해 흡입하여 습식세정설비를 거쳐 연돌을 통해 배출되게 된다.

광석의 소성에 사용되는 로타리 킬른의 구조는 도 1에서 보이는 바와 같이 소성로(10)의 중앙으로 버너(11)가 수평으로 위치하면서 여기로 연료와 공기가 공급되어 버너전단상에서 연소하여 5~10m길이의 화염이 로내에 형성되게 되면서 로내분위기 온도를 광석소성온도로 약 1000~1100 ℃ 로 일정하게 유지하게 되고 광석(1)은 킬른이 일정속도로 회전하면서 균일하게 소성반응이 진행되면서 하부로 이동하게되는 데, 이때 생성되는 연소배가스는 광석과 향류흐름방향으로 광석장입구로 배출된 후, 약1000℃ 온도로 장입호퍼에서 장입되는 광석을 예열하는 샤프트형 광석예열기를 통과하면서 열교환하여 가스온도는 약 280~350 ℃로 떨어진 상태에서 싸이크론 및 벤츄리스크러 등 집진장치를 거쳐 연돌(100)을 통해 외부로 배출된다. 이러한 배가스의 배출과정에서 배기팬은 광석예열기 후단에서 강력하게 로 내 연소배가스의 배출을 위해 걍력하게 흡입작용을 하게 되는데, 이때 광석은 로내 소성과정에서 상당량 분화되는 바 다량의 미분 또한 배가스와 함께 배출되는 것은 피할 수 없다.

그러나 이러한 미분이 장시간의 조업과정에서 로타리킬른 전단의 샤프트형 광석예열기를 통과하여 배기팬을 거쳐 연돌로 배출되는 과정에서 일방향 배기팬의

흡입작용에 의하여 고정층 광석예열기에 누적되면서 기공을 막아 가스흐름을 방해하는 고질적인 문제를 안고 있다. 그 결과 로내 배가스 배출의 장해로 인한 다량의 미분의 체류는 로내에 충분한 열량의 에너지원의 공급을 원천적으로 불가능하게하여 광석 소성품질을 저하시킬 뿐만 아니라 근본적으로 설비용량대비 생산성을 떨어뜨리는 문제점을 갖게 한다.

뿐만 아니라 배가스가 원활하게 로내에서 배출되지 못하는 과정에서 미분이 로내에 체류하고 버너 화염형상이 수평으로 뻗지 못하면서 상부로 휘게되면서 노벽부에 고온부가 형성되면 로타리킬른 소성로의 생산성을 떨어뜨리는 고질적인 문제중 하나인 로내 부착물을 형성시키는 장해를 일으켜 설비가동을 막는 원인을 제공하고 있다.

따라서 이러한 배가스 배출상의 장해를 해결코자 하는 많은 시도가 있어 왔으나 뚜렷하게 원인을 규명하지 못하였는 바, 로타리킬른 광석장입부에서의 미분제거와 같은 부착물의 형성억제와 같은 부차적인 기술들이 여러가지로 제시된 바 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광산에서 채광되는 미립석회석 및 백운석을 소성하여 생석회 또는 경소백운석을 제조하는 로타리킬른형 석회소성로에 있어서 배가스중 부유하는 미분들로 샤프트형 광석예열기상의 광석 틈새를 막아 통기성을 악화시키는 문제점을 개선코자 통기성을 악화시키는 영역인 광석예열기하단부 즉 로타리 킬른 광석장입구와 광석예열기 배가스 배출배관을 연결하는 By-pass배관을 설치함으로써 미분으로 인하여 통기성이 악화되는 샤프트형 광석예열기의 압손을 완화시키므로 통기성을 개선시키는 효과 뿐만 아니라 직접적으로는 배기팬에 의해 광석예열기를 우회하여 로타리 킬른 로내 배가스의 배출이 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다. 이러한 샤프트형 광석예열기의 일방향 배가스 배출로 인한 장해를 해결함으로써 버너화염형상의 개선과 더불어 로내 체류하는 미분으로 인한 부착물의 형성을 방지하는 것을 목적으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명에서는 로타리 킬른형 광석소성로와 같이 35mm미만 미립상 석회석이나 백운석, 시멘트제조용 클린커(clinker)와 같이 미분을 다량함유하는 광석 원료를 소성함에 있어서, 로내 연소배가스의 현열을 회수 광석을 예열하는 광석예열장치의 통기성을 개선하면서 로타리킬른형 소성로 배출 연소배가스를 원활하게 배출할 수 있도록 샤프트형 광석예열장치를 우회하는 by-pass 배관을 설치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서의 광석예열기 By-pass배관시스템의 기본구성은 도 1과와 도 2에 나타낸 기존의 광석예열기(30)를 포함하는 로타리 킬른형 광석소성로(10)

에서 광석예열기 하단부 즉 로타리킬른 소성로 광석장입구(31)상에 일정크기의

배가스 배출덕트(35)를 만들고 1차적으로 냉각자켓형 배관(60)을 설치하여 고온의 배가스를 광석예열기(30)에서 열교환 현열이 회수된 후 배출되는 배가스온도까지

냉각시킬 수 있는 수냉열교환기(70)에 공급하게 되고, 이를 통해 배가스는 냉각된 후 광석예열기 상단 배가스 배출덕트(35)으로 배출되게 된다.

이러한 구성을 갖는 By-pass배관 시스템은 샤프트형 광석예열기를 통과하는 배가스의 압손과 비교 하여 매우 낮은 압손을 갖도록 설계되며, 따라서 후단 배가스 흡입팬(45)에서 배가스를 흡입시 1차적으로 By-pass배관을 통한 배가스의 흐름이 용이한 바 배가스냉각 열교환기 전후 단에 설치한 고온의 Damper valve(76a) 및 슬라이드밸브(76b)를 조절 유량을 조절할 수 있게 된다.

이러한 By-pass배관의 설치를 통해 얻어질 수 있는 작용은 기본적으로 흡입용량이 큰 흡입팬에 의한 배가스의 일방향 흡입특성으로 나타나는 샤프트형 광석 예열기내 광석층 기공사이를 소성과정에서 다량 발생되는미립광석 입자가 다량의 배가스 배출유량에 의해 비산 배출되는 과정에서 순간적으로 기공을 폐쇄시키게 되면서 배가스의 배출이 원활하게 이루워지지 못하는 현상이 나타날 수 있는 바, 이러한 현상을 1차적으로 완화 시킬수 있는 특징을 갖는다.

즉 미립광석이 샤프트형 광석예열기를 통과하는 구동력보다 By-pass 배관을 통과하는 구동력이 크게 되는 바 전체적으로 샤프트형 광석예열기 광석층 압손을 낮추어 주는 역할을 하게 되면서 광석 예열기의 통기성을 개선시키는 효과를 얻을 수 있으며, 병행하여 부유하는 고체 입자들은 압손이 큰 광석예열기보다는 By-pass배관을 통해 배출되기가 용이한 특성을 통해 포집제거함으로써 노체 내부의 부유하는 미립분진의 농도를 낮출 수 있는 효과 또한 얻을 수 있다.

그리고 본 발명에서의 By-pass배관 배가스 냉각열교환기의 구조는 배가스의 급속한 순간냉각을 가질 수 있도록 수냉자켈(70a)을 채택하였으며, 배가스의 급속한 온도강하는 급속한 부피감소를 가져와 유속감소를 통해 함유하는 미립자의 비산속도를 감소시키므로 배가스함유 다량의 미립자를 배가스 열교환기(70) 하단부 하부침강조(73)에서 배가스로부터 분리 중력침강될 수 있도록 하였다.

여기서 중력침강 포집된 미립자는 로타리밸브(81) 바켓상에 일정량 모이게 되면 자동으로 절출되어 하부 미립자 포집호퍼(80)로 배출될 수 있도록 구조적 특징을 가진다.

이하, 본 발명을 도면과 제시되는 실시예에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 광석예열기 By-pass배관시스템을 A사 일 350톤의 생석회 생산 설비에 적용한 바 이때 석회석 또는 백운석을 원료로 사용하여 생석회 또는 경소 백운석을 코우크스오븐가스(COG)를 사용 생산하는 로타리킬른형 석회소성로의

조업조건은 다음과 같다.

도 2는 기존의 석회소성로에 있어서 열원으로 사용되는 COG버너연소

시스템에 의해 배출되는 고온의 연소배가스의 현열을 회수하기 위해 설치된 광석예열기와 광석장입 및 배가스 흐름경로를 보여준다. 기본적으로 로내 소성온도 는 통상 980~1100℃를 가지며, 유체연료의 배가스 배출유량은 약 64000Nm3/hr이다.

따라서, 다량의 미분광석이 소성과정에서 분화되게 되는 바 이들이 로내에 발생 되는 배가스에 의해 비산하게 되며, 배가스와 함께 광석예열기를 거쳐 후단 배가스 집진설비를 거쳐 집진된 후 연돌을 거쳐 배출되게 된다.

따라서 개선전 로타리킬른형 광석소성로의 조업은 광석예열기 후단에서 흡입팬이 강력하게 노내 배가스를 흡입배출코자 하지만 일정시간 경과 후부터 광석장입구 덕트부(35)의 로내 압력이 -5~+2 mmAq로 더 이상의 부압이 형성되지 못하는 문제점을 가지며, 흡입팬의 궤도 또한 30~40%이상 열 수 없는 문제점을 안고 있었다.

만약 그 이상 궤도를 연다고 할찌라도 다중싸이크론 하단부 또는 광석공급용 Surgy Hopper를 통해 외부공기가 유입되고 광석예열기의 통기성 불량으로 배가스의 흡입이 이루워지지 못하는 현상을 발견하였다. 따라서 기존 로타리킬른 석회소성로의 경우 설계용량 500톤/일 석회소성로설비이지만 연료사용 원단위 및 연소공기량이 절대적으로 낮게설정되는 조업한계를 나타내었으며, 이러한 저 연료비 조업에서도 화염윔의 발생에 의한 상부 특정부위의 고온부의 존재로 인해 부착물 형성등 조업상의 문제점을 나타낸 바 평균 약 280~350톤/일로 조업이 이루워질 수 밖에 없었다. 이때 조업조건의 한 예를 나타내면 표 1.과 같다.

따라서, 상기와 같은 조건으로 조업이 수행되고 있는 로타리 킬른형 석회소성로의 광석예열기 하단부 즉 예열 광석장입부에 배가스 배출구를 뚫고 상기 본 발명에서 설명한 By-pass배관 시스템을 설치 노내 배가스의 통기성을 개선코자 하였다. 그 결과 광석장입구 덕트상에 설치한 배가스 By-pass배관시스템을 통해 배출되는 고온의 배가스는 총 발생 연소가스의 약 1/10 부피비율로써, 약 1000 C의 배출온도를 배가스 By-pass 열교환기를 통해 280 C로 온도가 떨어지는 성능을 확인할 수 있었고, 다량의 미립분진을 하부 로타리밸브를 통해 포집 배출할 수 있었다.

이러한 석소성로 배가스의 By-pass 냉각처리를 통해 흡입팬 궤도 또한 80%

이상 열드리도 싸이크론이나 광석공급 Surgy Hopper 밸브를 통해 외부공기가 유입됨이 없이 노내에 생성된 배가스가 월활하게 배출됨을 확인 할 수 있었다.

따라서 정상조업조건하에서 로내 압력은 흡입팬에 의해 -10~-5mmAq까지 낮아짐을 또한 확인할 수 있었다. 그리고 제품생산량의 증대를 위해 연료원단위를 당초 1000 kcal /Kg-CaO에서 1150kcal/Kg-CaO까지 높혀 조업한 결과 개선전과 달리 흡입팬 궤도 또한 약 80%이상까지도 열 수 있고, 원활한 배가스의 통기성이 확보됨을 확인 할 수 있었고, 제품소성율 지수로써 수화율 또한 기존 80%미만대비 88~94%로 월등히 개선됨을 확인할 수 있었다. 이때의 조업조건을 정리하면 표 2 와 같다.

본 발명의 조업을 통해 나타난 1차적인 개선효과로는 광석예열기의 통기성의 개선을 통해 화염형상을 수평형상으로 개선할 수 있었고, 미립광석이 다량

By-pass배관 열교환기를 통해 배출 제거되면서 고생산조업과정에서도 부착물의

형성히 현격히 감소됨을 확인할 수 있었다.

본 발명은 로타리킬른형 광석소성로의 핵심장치로써 광석예열기의 통기성을 개선코자 By-pass배관시스템을 적용한 바, 흡입팬에 의한 노내 생성 배가스의 원활한 배출과 더불어 By-Pass배관 열교환기를 통한 배가스 함유 미립광석의 분리 배출로 로내 부착물의 형성을 완화시킬 수 있었다.

Claims (3)

1. 경사지게 배치되어, 내측에서 광석(1)이 소성된 다음 하단부로 배출되는 로타리킬른소성로(10);

   상기 로타리킬른소성로(10)의 하단부 중앙에 배치되며, 외부로부터 코크스오븐가스(2) 및 1차연소용 공기가 공급되는 버너(15);

   상기 로타리킬른소성로(10)의 상단부에 결합되어 광석(1)을 공급하며, 로타리킬른소성로(10)에서 생성된 소성로배가스가 내측을 통과한 다음, 연돌(100)을 경유하여 배출될 수 있는 샤프트형 광석예열기(30);

   상기 로타리킬른소성로(10) 후단에 설치되며, 상기 로타리킬른소성로(10)로부터 소성된 제품을 공급받으며, 외부로부터 공급되는 상온의 제품냉각용 공기에 의하여 공급받은 상기 소성된 제품이 내측에서 냉각되는 소성 냉각장치(20); 및

   상기 로타리킬른소성로(10)의 상단부 일측에 연결되어 있는 바이패스(by-pass)배관;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 로타리킬른형 광석소성로.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 바이패스(by-pass)배관은, 일단부가 로타리킬른소성로(10)의 상단부 일측에 연결되어 소성로배가스가 통과할 수 있는 냉각자켓형배관(60); 및 상기 냉각자켓형배관(60)의 타단부에 연결되어, 유입되는 미분을 함유하는 상기 소성로배가스를 냉각시킬 수 있는 수냉열교환기(70);로 구성되고,

   상기 수냉열교환기(70)에서 냉각ㆍ처리된 미분을 함유하는 소성로배가스는 상기 연돌(100)을 통하여 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 로타리킬른형 광석소성로.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 광석예열기(30)의 상단부와 상기 연돌(100)을 연결하여 설치되는 배가스 배출덕트(35);를 더 포함하며,

   상기 수냉열교환기(70)에서 냉각ㆍ처리된 미분을 함유하는 소성로배가스는 상기 배가스 배출덕트(35)를 통과한 후, 연돌(100)을 통하여 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 로타리킬른형 광석소성로.

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