KR102313703B1 - Extraction Equipment For Circulation Material in Combustion Gas of Alternative Fuel and in Decomposition Gas of Raw Meal in Cement Plant - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 시멘트 소성로에서 폐합성수지를 석탄 대체연료로 사용에 따른 고온연소 가스와 원료분해 가스 중 소성공정에 악영향을 미치는 순환물질의 일부를 소성로 배가스와 함께 인출하는 설비와 공정에 관한 것이다.The present invention relates to a facility and process for withdrawing a part of the circulating material adversely affecting the calcination process among high-temperature combustion gas and raw material cracking gas resulting from the use of waste synthetic resin as an alternative fuel for coal in a cement kiln together with the kiln flue-gas.
시멘트 공장에서는 시멘트 제조에 필요한 열원으로 석탄을 대체하여 다양한 가연성 재활용 순환연료 여러 가지를 사용하고 있으나, 최근 폐합성수지의 사용량이 증가하고 있고, 이에 따른 석탄을 대체하는 비율이 높아짐으로 배출되는 온실가스 감축에 크게 도움을 주고 있다. Cement factories use a variety of combustible recycled recycling fuels by substituting coal as a heat source for manufacturing cement. is of great help to
시멘트 원료와 연료에 함유되어 있는 염소 화합물, 알칼리 화합물, 황 화합물 등의 성분은 시멘트 소성로 내부에서 원료온도가 1000~1450℃ 이상의 고온에서 휘발 및 분해되고, 휘발 및 분해된 성분은 비교적 온도가 600~900℃로 낮은 원료에 응축되어 높은 점착성으로 인하여 원료 흐름을 방해하여 조업에 막대한 영향을 주기 때문에 이들을 제거하는 것이 필수적이다.The components such as chlorine compounds, alkali compounds, and sulfur compounds contained in cement raw materials and fuels are volatilized and decomposed at a high temperature of 1000~1450℃ or higher inside the cement kiln. It is essential to remove them because they are condensed on raw materials as low as 900°C and have a huge impact on operation by obstructing the flow of raw materials due to their high tackiness.
특히, 폐합성수지에 함유된 고농도의 염소 화합물은 원료 흐름을 저해하는 물질로써 1050~1150℃의 고온의 소성로 배기가스에서 기체상태로 되어 있기 때문에 인출을 해야 하는데, 그 인출 가스량이 부피기준으로 분당 수십 입방 미터(m3)에서 천 입방 미터(m3) 이상으로 많으며, 이와 함께 다량의 시멘트 원료가 함께 배출된다.In particular, the high-concentration chlorine compound contained in the waste synthetic resin is a substance that impedes the flow of raw materials and must be withdrawn because it is in a gaseous state in the kiln exhaust gas at a high temperature of 1050 to 1150°C. From cubic meters (m 3 ) to more than a thousand cubic meters ( m 3 ), a large amount of cement raw materials are discharged together with it.
시멘트 소성로 배기가스에서 인출가스의 온도는 1050~1150℃ 정도로 이 배기가스에 포함된 염소 화합물은 450℃ 이하로 급격히 냉각을 시켜서 기체상태를 고체상태로 해야만 인출이 가능하므로, 이를 위해 대기중의 공기를 강제로 유입시키게 된다. 소성로 배기가스의 인출량이 적을 때는 설비가 작고, 유입되는 냉각공기량도 적어 문제가 없으나, 인출량이 크면 클수록 인출설비가 커지고, 유입되는 냉각공기량도 그 만큼 많아지기 때문에 냉각공기가 소성로 내부로 유입되지 않도록 해야 하며, 인출되는 분진도 집진을 해야 하는 설비도 동일하게 커지게 된다.The temperature of the withdrawal gas from the exhaust gas of the cement kiln is about 1050~1150℃, and the chlorine compound contained in this exhaust gas is rapidly cooled to 450℃ or less so that the gaseous state becomes a solid state. is forcibly introduced. When the withdrawal amount of the exhaust gas from the kiln is small, there is no problem because the facility is small and the amount of cooling air flowing in is small. The amount of dust that is withdrawn and the equipment that needs to be collected will also increase.
냉각공기가 소성로 내부로 유입되면, 그 부분에서 급격히 가스 및 원료온도가 하락하여 소성로 벽체에 미세한 원료와 함께 순환물질이 서로 응축, 부착되어 코팅이 커지게 되면 배기가스가 원활하게 배출되지 않아 안정한 조업에 크게 방해되기 때문에 인출설비에서 냉각공기가 유입되지 않도록 하는 인출설비의 고온가스 유입부분 형상이 매우 중요하다.When the cooling air flows into the kiln, the gas and raw material temperatures drop abruptly in that part, and the fine raw materials and circulating materials condense and adhere to each other on the kiln wall. The shape of the hot gas inlet part of the draw-out facility is very important because it greatly hinders the cooling air from the draw-out facility.
도 1a 및 도 1b는 종래의 인출 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 1A and 1B are cross-sectional views schematically illustrating the structure of a conventional withdrawal device.
도 1을 참조하면, 인출 장치는 소성로 입구실의 벽에 설치되어 고온의 배기가스는 도 1a의 인출구(20)를 통하여 인출될 수 있도록 되어 있다. 인출 장치는 크게 외통(30) 및 내통(50)으로 구성되며, 외통의 냉각공기 인입구(18)을 통해 유입되는 냉각공기는 외통(30)과 내통(50) 사이의 냉각공기 유동경로를 거쳐 아래방향으로 유동하여 냉각공기 토출부(18(a))를 통과하여 내통의 끝단(19)에서 배기가스와 함께 추출된다. Referring to FIG. 1 , the withdrawal device is installed on the wall of the inlet chamber of the kiln so that high-temperature exhaust gas can be withdrawn through the
소성로 입구실(15, kiln inlet chamber)에서 배기가스를 인출할 때 크게 2가지 문제점이 있는데, 그 하나는 소성로 입구실(15)에서 배기가스량을 대량으로 인출할 때, 즉 소성로의 배기가스 중 부피 분율로 5% 이상 인출을 할 때는 그 만큼 냉각공기가 많이 필요로 하며 냉각공기 흐름의 세기가 커져 냉각공기가 소성로 입구실(15)에 유입되면 도 1b에 도시된 바와 같이 고온의 점착성이 있는 알칼리 화합물, 염소 화합물, 황 화합물이 많이 포합된 원료가 부착되어(22a, 22b) 이를 제거 해야 하는데 제거작업시간 동안에는 가연성 재활용 순환연료 사용이 중단하게 된다. There are two major problems when withdrawing exhaust gas from the
또한 냉각공기 흐름의 세기가 커서 소성로 입구실(15)로 유입되면, 고온의 가스가 냉각되어 예열실(8)에서 열교환의 효율이 낮아져 소성공정에 연료가 더 공급되어 에너지 손실이 발생한다. 이러한 현상은 시멘트 소성로의 안정적 운전에 방해가 되어 생산성 저하의 요인이 된다. In addition, when the strength of the cooling air flow is large and flows into the
도 1b의 검은색의 굵은 화살표는 인출 장치에 냉각공기 유속을 빠르게 유입했을 때, 냉각공기가 배기가스 인출구(20)를 통해 소성로 입구실(15)로 새어 들어 오는 것을 나타낸 것이다. The bold black arrow in FIG. 1B indicates that the cooling air leaks into the
또 다른 문제점으로는 우리나라는 시멘트 소성공정에서 석탄의 대체연료로 사용되는 폐합성수지는 발열량, 염소함량, 크기, 수분량 및 이물질 함량 등의 품질을 관리하고 있으나, 유럽과 같이 엄격하지 않아서 염소함량이 중량비율로 56.8%로 높은 것이 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride) 계통의 플라스틱이 혼합될 때가 있고, 염소함량이 중량비율로 73.1%로 염화비닐보다 더 높은 폴리염화비닐리덴(Polyvinylidene Chloride) 계통의 합성수지가 혼합되어 있어 사용되는 폐합성수지의 염소함량이 높고, 염소함량 산포도 크게 증가하고 있는 실정이다. Another problem is that in Korea, waste synthetic resin used as an alternative fuel for coal in the cement firing process controls the quality such as calorific value, chlorine content, size, moisture content, and foreign matter content. When the ratio is as high as 56.8%, a polyvinyl chloride-based plastic is sometimes mixed, and a polyvinylidene chloride-based synthetic resin with a chlorine content higher than vinyl chloride at 73.1% by weight is mixed. Therefore, the chlorine content of the used synthetic resin is high, and the chlorine content dispersion is also greatly increasing.
특히 폐합성수지의 염소함량이 높을 때에는 인출 장치에서 배기가스를 대량 인출을 해도 시멘트 제품에 염소함량이 증가하여 규제치를 초과하게 되며, 이 때에는 폐합성수지의 투입량을 낮추거나 싸이클론을 거치지 않고 싸이클론 출구 댐퍼를 닫고, 인출 장치의 출구 덕트 댐퍼를 열고 조업을 하여 인출 가스의 양과 분진을 증가시켜 염소함량의 규제치 이내로 하고 있다. In particular, when the chlorine content of the waste synthetic resin is high, even if a large amount of exhaust gas is withdrawn from the withdrawal device, the chlorine content in the cement product increases and exceeds the regulation value. Close the damper and open the outlet duct damper of the withdrawal device to increase the amount of extraction gas and dust to keep the chlorine content within the regulated value.
상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 시멘트 소성로의 배기가스 인출구에서 점착성 화합물의 응축을 억제하는 인출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a withdrawal device for suppressing the condensation of the adhesive compound at the exhaust gas outlet of a cement kiln.
또한, 본 발명은 시멘트 소성로에서 염소 화합물, 황 화합물 등 가연성 재활용 순환연료 사용에 적합한 배출가스 인출장비를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide an exhaust gas extraction device suitable for use of combustible recycled circulating fuels such as chlorine compounds and sulfur compounds in a cement kiln.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 시멘트 제조설비의 소성로에서 배출되는 킬른 배기가스를 추출하기 위한 인출 장치에 있어서, 시멘트 소성실 벽에 설치되어 배기가스 인출구를 형성하는 내화 구조물; 상기 내화 구조물에 장착되며, 일단에 냉각공기의 인입구가 마련되어 냉각공기를 상기 배기가스 인출구로 유도하는 외통; 상기 외통의 가운데 설치되며 일단이 상기 배기가스 인출구를 향하며, 상기 배기가스 인출구로부터의 배기가스를 인출하기 위하여 타단이 상기 외통을 관통하여 외부로 연장되는 중공형의 내통; 및 상기 냉각공기 인입구로 유입된 냉각공기의 아래방향의 유동 경로인 상기 외통과 상기 내통의 사이에 설치되어 인입된 냉각공기의 회전을 가이드 하기 위한 회전 가이드판을 포함하는 것을 특징으로 하는 킬른 배기가스 인출 장치를 제공한다. In order to achieve the above technical object, the present invention provides an extraction device for extracting kiln exhaust gas discharged from a kiln of a cement manufacturing facility, comprising: a fireproof structure installed on a wall of a cement firing chamber to form an exhaust gas outlet; an outer cylinder mounted on the fire resistant structure and provided with an inlet for cooling air at one end to guide the cooling air to the exhaust gas outlet; A hollow inner cylinder installed in the middle of the outer cylinder, one end facing the exhaust gas outlet, and the other end extending through the outer cylinder to the outside in order to withdraw exhaust gas from the exhaust gas outlet; and inflow into the cooling air inlet It provides a kiln exhaust gas extraction device, characterized in that it includes a rotation guide plate for guiding the rotation of the incoming cooling air installed between the outer cylinder and the inner cylinder, which is a flow path in the downward direction of the cooling air.
본 발명에서 상기 회전 가이드판은 상기 중공형 내통의 중심축에 대하여 바람직하게는 0~60도, 5~60도 또는 15~60도의 각도를 가질 수 있다. In the present invention, the rotation guide plate may have an angle of preferably 0 to 60 degrees, 5 to 60 degrees or 15 to 60 degrees with respect to the central axis of the hollow inner cylinder.
본 발명에서 상기 내화 구조물이 형성하는 상기 배기가스 인출구에서 상기 내통을 향하여 돌출되어, 상기 배기가스 인출구와 상기 내통과의 사이에 냉각공기 토출부를 형성하는 냉각공기 유도부를 더 포함할 수 있다. In the present invention, the exhaust gas outlet formed by the fire resistant structure may further include a cooling air induction unit protruding toward the inner cylinder to form a cooling air discharge unit between the exhaust gas outlet and the inner cylinder.
본 발명에서 상기 냉각 공기 유도부는 상기 배기가스 인출구와 예각을 형성할 수 있다.In the present invention, the cooling air induction unit may form an acute angle with the exhaust gas outlet.
본 발명은 폐합성수지의 열량을 활용함에 있어 조업중에 시멘트 제조공정에 방해되는 염소 화합물 등을 인출 장치에서 효율적으로 제거하는 성능의 향상으로 시멘트 소성로의 안정적 조업을 할 수 있으며, 이로 인한 생산성 증가로 그 만큼 에너지가 절감과 시멘트 품질이 향상되어 궁극적으로는 시멘트 제조원가가 절감되며, 아울러 폐합성수지의 사용량도 늘릴 수 있어 석탄 대체율도 상승시킬 수 있고, 또한 온실가스 저감량도 보다 효과적으로 증진시킬 수 있다.The present invention enables stable operation of the cement kiln by improving the performance of efficiently removing chlorine compounds, etc. that interfere with the cement manufacturing process during operation, from the extraction device in utilizing the calorific value of the waste synthetic resin, thereby increasing productivity. As a result, energy is saved and cement quality is improved, which ultimately reduces the cement manufacturing cost. In addition, the use of waste synthetic resin can be increased, so that the coal replacement rate can be increased, and also the amount of greenhouse gas reduction can be improved more effectively.
도 1은 종래의 시멘트 제조 설비에서 고온가스를 인출하는 인출 장치를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 시멘트 소성로의 배기가스를 인출하는 처리공정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 인출 장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 4a 및 4b는 각각 본 발명의 배기가스 인출 장치를 모식적으로 도시한 평면도 및 측면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 인출 장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 인출 장치 구조에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면이다. 1 is a view schematically showing a withdrawal device for withdrawing hot gas in a conventional cement production facility.
2 is a conceptual diagram for explaining a treatment process of withdrawing the exhaust gas of the cement kiln.
3 is a cross-sectional view schematically illustrating an exhaust gas extraction device according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B are a plan view and a side view schematically showing an exhaust gas extraction device of the present invention, respectively.
5 is a cross-sectional view schematically showing an exhaust gas extraction device according to another embodiment of the present invention.
6 to 9 are views showing simulation results for the structure of the withdrawal device according to the present invention.
도 2는 시멘트 소성로의 배기가스를 인출하는 처리공정을 설명하기 위한 개념도이다. 2 is a conceptual diagram for explaining a treatment process of withdrawing the exhaust gas of the cement kiln.
도 2를 참조하면, 미세하게 분쇄된 시멘트 원료가 원료 투입구(14)에 공급되면 예열실(8)을 거치면서 800~900℃ 정도로 열교환이 되어 최종적으로 시멘트 원료 도관(8a)을 통해 소성로(5)로 유입되어 1450℃ 이상으로 가열되면서 시멘트 반제품인 클링커로 되고, 이를 냉각기(6)에서 100~200℃ 정도로 냉각시키고, 이를 다시 미세하게 분쇄하여 시멘트 제품으로 만들어 진다.Referring to FIG. 2 , when the finely pulverized cement raw material is supplied to the
도 2의 시멘트 연료를 연소시키는 연소로 (13)는 폐합성수지가 완전연소가 가능하도록 연료 입자와 연소가스의 체류시간이 6~10초 정도 그리고 연소온도는 900℃ 정도로 높일 수 있는 기능을 가지고 있다. The combustion furnace 13 for burning the cement fuel of FIG. 2 has a function of increasing the residence time of the fuel particles and the combustion gas to about 6 to 10 seconds and the combustion temperature to about 900° C. so that the waste synthetic resin can be completely burned. .
폐합성수지에는 시멘트 공정에 악영향을 미치는 성분 즉, 염소, 황 및 알칼리 등이 포함되어 있으므로, 이들 중 특히 염소성분은 시멘트 소성로(5)로 유입되면 1000℃ 정도부터 휘발하여 예열실 원료도관(8a, 8b)의 800~900℃ 정도의 시멘트 원료에 응축되어 점착성이 증가되면서 원활한 원료의 흐름을 방해하여 막히면서 시멘트 제조공정의 조업을 중지해야 한다. 이를 사전에 방지하기 위해서 폐합성수지에 포함된 염소성분과 원료의 알칼리 성분 등을 인출하기 위한 인출 장치(1)로 고온가스를 인출한다. 인출 장치(100)로 인출된 1050~1150℃ 정도의 소성로 배기가스를 냉각팬(2)으로 냉각공기를 강제로 유입시켜 450℃ 이하로 냉각을 하고, 2차 냉각공기 유입관(17b)에서 냉각공기를 추가로 유입시켜 최종적으로 200℃ 이하로 만든 다음 백필터(4)에서 분진이 포집되고 가스는 배출된다.Since the waste synthetic resin contains components that adversely affect the cement process, such as chlorine, sulfur, and alkali, among them, especially chlorine components, when introduced into the
도 2의 인출 장치(100)에서 인출되는 1050~1150℃의 고온가스 중에는 염소 화합물, 황 화합물, 알칼리 화합물 등이 함유된 분진과 함께 포함되어 있다. 특히 이들 중 염소 화합물을 인출해야 원료도관 (8a)에서 원료의 흐름이 좋아지게 되어 소성로를 안정적으로 조업을 할 수 있다. 염소 화합물은 소성로 배기가스로 배출되는데 염소 화합물의 자체인 가스 상태와 분진의 표면에 부착 되어 있기 때문에 이를 인출하여 450℃ 이하로 짧은 시간에 냉각을 시켜 기체상태의 염소 화합물과 분진에 액체상태로 부착되어 있는 염소 화합물을 고체상태로 만들어서 인출 장치 출구(19)로 인출하여야 한다. The high-temperature gas of 1050 to 1150° C. withdrawn from the
시멘트 소성공정의 안정적 조업에 악영향을 주는 대표적인 염소 화합물은 염화칼륨(KCl)과 염화칼슘(CaCl2)으로 용융온도가 각각 770℃, 772~775℃이므로 염 화합물의 냉각온도를 450℃ 이상으로 하면 염 화합물이 인출되는 짧은 시간에 완전히 고체상태로 되지 않고 점착성이 있는 반고체 상태로 되어 도 1b처럼 인출 장치 내부와 소성로 입구실(15)에 코팅(22a, 22b)되어 안정한 조업이 매우 곤란하게 된다. 따라서 소성로 입구실(15)에서 대량으로 고온의 가스를 인출해야 할 때는 고온의 가스의 냉각도 빠르게 하고, 소성로 입구실(15)에 분진이 부착을 최대한 억제를 시켜야 한다. Representative chlorine compounds that adversely affect the stable operation of the cement firing process are potassium chloride (KCl) and calcium chloride (CaCl 2 ), whose melting temperatures are 770 ° C and 772 to 775 ° C, respectively. It does not become completely solid in a short period of time taken out, but becomes a semi-solid state with adhesiveness, and as shown in FIG. Therefore, when it is necessary to withdraw a large amount of high-temperature gas from the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 인출 장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view schematically illustrating an exhaust gas extraction device according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 인출 장치(100)는 소성실 입구(15) 벽면에 설치될 수 있고, 크게 외통(130) 및 내통(150)을 포함한다. 소성실 입구(15) 벽면의 내화 구조물(110)은 인출 장치(100)를 지지하며, 그 가운데 배기가스 인출구(120)를 형성한다. Referring to FIG. 3 , the
인출 장치(100)의 외통(132)은 일단에 냉각공기를 유통하기 위한 냉각공기 인입구(132)를 구비하고, 인입된 냉각공기를 외통과 내통 사이의 냉각공기 유동 경로를 거쳐 배기가스 인출구(120)쪽으로 유도한다. The
한편, 내통(150)은 중공형 구조로 외통의 중앙에 설치되며, 일단이 상기 배기가스 인출구(120)를 향하고, 배출가스 배출구(152)는 배기가스 인출구로부터의 배기가스를 인출하기 위하여 상기 외통을 관통하여 외부로 연장된다. On the other hand, the
한편, 인출 장치(100)는 냉각공기 인입구로 유입된 냉각공기의 아래방향 유동 경로인 상기 외통과 상기 내통의 사이에 설치된 복수의 회전 가이드판(170)을 포함하며, 회전 가이드판(170)은 인입된 냉각공기가 회전 유동하도록 가이드한다. 이에 따라, 인출 장치(100)의 내통(150)에서 고온의 배출가스와 냉각공기가 체류시간을 높이고, 이에 따라 냉각공기와 배출가스 열교환이 증가되며 냉각효율을 향상시킬 수 있다. 또한 냉각공기 흐름의 측방 성분을 증가시켜 냉각공기가 배출가스 인출구로 유출되는 것을 억제할 수 있다. On the other hand, the
본 발명에서 상기 회전 가이드판(170)은 냉각공기의 유동 경로의 상기 인출구를 향하여 소정 각도로 상부에서 하부로 연장되어 있다. 본 발명에서 상기 회전 가이드판(170)이 내통 중심축과 이루는 각도는 0~60도, 5~60도 또는 15~60도인 것이 바람직하다. In the present invention, the
도 4a는 도 3의 인출 장치를 A-A' 선을 따라 절단한 후 인출 장치를 상방에서 바라 본 평면도이고, 도 4b는 인출 장치의 모식적인 측면도이다. 4A is a plan view of the take-out device of FIG. 3 viewed from above after cutting it along the line A-A', and FIG. 4B is a schematic side view of the take-out device.
도시된 바와 같이, 인출 장치(100)의 외통과 내통 사이에 4개의 회전 가이드판(170)이 구비되어 있다. 또한, 상기 회전 가이드판(170)은 외통면을 따라 형성되는데, 회전 가이드판(170)은 상방에서 아래방향으로 경사지게 연장되어 있다. 상기 회전 가이드판(170)은 외통의 원주 둘레를 따라 주기적 또는 불규칙적 간격으로 배치될 수 있으며, 내통 중심축과 이루는 각도는 바람직하게는 0~60도, 5~60도 또는 15~60도 범위에서 임의의 각도를 가질 수 있으며, 개별 회전 가이드판(170)의 경사각은 서로 상이할 수 있다. As shown, four
다시, 도 3을 참조하면, 본 발명의 인출 장치(100)는 냉각공기 유도부(180A)를 더 구비할 수 있다. 상기 냉각공기 유도부(180A)는 상기 내화 구조물이 형성하는 상기 배기가스 인출구에서 상기 내통을 향하여 돌출되어 있다. 이에 따라, 상기 배기가스 인출구와 상기 내통과의 사이에 형성되는 냉각공기 토출부(154)는 배기가스 인출구로부터 멀어진다. 이에 의해, 소성로 입구실(15)에서 대량의 고온의 가스를 인출할 때 이를 신속하게 냉각하기 위해 송풍기(2)로 냉각공기량을 대량으로 유통할 때에도 소성로 입구실(15)에 분진 부착을 최대한 억제를 시킬 수 있다. 본 발명에서 냉각공기 유도부는 소성로 배기가스의 고온 가스에 부식과 열화가 되지 않도록 내열성 재질로 구성될 수 있다.Again, referring to FIG. 3 , the take-
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 인출 장치를 모식적으로 도시한 단면도이다.5 is a cross-sectional view schematically showing an exhaust gas extraction device according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 도시된 인출 장치는 냉각공기 유도부(180B)가 배기가스 인출구(120)에 대하여 예각을 갖도록 경사져 있는 점을 제외하고는 도 3의 인출 장치와 동일하다. 본 발명에서 상기 경사각은 15~75도 범위에 있을 수 있다. 도 3의 냉각공기 유도부(180A)는 냉각공기가 90° 각도로 2번 방향전환이 되어 압력손실이 수주로 113mmAq로 높지만 제작이 용이한 장점이 있고, 도 5의 냉각공기 유도부(180B)은 냉각공기가 토출구에서 완만하게 배출되므로 압력손실이 수주로 41mmAq이 적으나, 제작이 어려운 단점이 있다.Referring to FIG. 5 , the illustrated extractor is the same as the extractor of FIG. 3 , except that the cooling
냉각공기 유도부(180A, 180B)에서 발생하는 압력손실(βP)은 다음 계산식으로 산출할 수 있다. 계산식의 마찰계수는 일반적인 관로에서 사용되는 계수를 사용할 수 있다. The pressure loss βP generated in the cooling
(압력손실 계산식) (Pressure loss calculation formula)
ΔP =4 * f * L * ρ * V2 / (2 * g * D) (여기서, f : 마찰계수, L : 배관길이, D : 배관직경, ρ : 공기밀도, V : 공기속도, g : 중력 가속도ΔP =4 * f * L * ρ * V 2 / (2 * g * D) (here, f: friction coefficient, L: pipe length, D: pipe diameter, ρ: air density, V: air velocity, g: gravitational acceleration
f ≒ 1 (90° 방향전환 할 때)f ≒ 1 (when turning 90°)
≒ 0.022~0.785 (15~75° 각도로 방향전환 할 때)≒ 0.022 to 0.785 (when turning at an angle of 15 to 75°)
도 6은 인출 장치 냉각공기 인입구(132)에 냉각공기를 유입시킬 때 배기가스 인출구(120)에서 냉각공기가 소성로 입구실 (15)로 유입되는 정도를 파악하기 위해 전산유체역학(Computational Fluid Dynamic) 프로그램(STAR CCM+)으로 모사실험의 결과를 나타낸 그림으로, 이 시뮬레이션은 냉각공기 회전 가이드판(170)이 없는 상태에서 행하였다. 6 shows computational fluid dynamics in order to determine the extent to which cooling air flows from the
도 6을 참조하면, 냉각공기 회전 가이드판(170)을 설치하지 않았을 때, 인출 장치 배기가스 인출구(120)에서 냉각공기가 일부 빠져 나오면서 소성로 입구실 (15)로 흘러 들어가는 것을 나타내고 있어(검은 실선 부분 참조), 도 1b로 도시된 바와 같이 코팅이 발생될 가능성이 있음을 알 수 있다. 도 8에서 인출 장치 배출구(152)의 가스의 온도와 가스온도의 표준편차는 표 1과 같다.Referring to FIG. 6 , when the cooling air
가스온도 (℃)at the exit of the withdrawal device
Gas temperature (℃)
표준편차of gas temperature
Standard Deviation
º 회전 가이드판 : 없음º Cooling air induction part: None
º Rotation guide plate: None
도 7은 인출 장치의 내통(150)과 외통(130) 사이에 냉각공기 회전을 위해 회전 가이드판(170)을 30°~90° 범위 내의 소정 각도로 일정한 간격으로 4개 설치하고 시뮬레이션한 결과를 나타내는 그림이다. 7 is a simulation result of four
도 7을 참조하면, 냉각공기 회전 가이드판(170)를 설치하지 않은 것(도 6)에 비해 인출 장치(100)에서 고온가스와 냉각공기의 균일한 혼합이 이루어짐을 알 수 있고, 인출 장치 배출구(152)에서 배출온도가 낮아지고 있음을 알 수 있다. 또한, 소성로 입구실(15)로 냉각공기가 흘러 들어가지 않음을 보이고 있으나, 인출 장치(100)의 배기가스 인출구(120)의 직후에서 냉각공기가 소량 흘러 나오는 것으로 볼 수 있는데, 이 경우에는 소성로 입구실(15)에 코팅은 발생하지 않으나, 배기가스 인출구(120)에는 코팅이 발생하여 원활한 고온가스의 인출이 곤란하게 된다. 이 때의 인출 장치 성능은 표 2와 같으며, 도 6과 비교할 때 보다 양호해지는 것을 나타내고 있다. Referring to FIG. 7 , it can be seen that the hot gas and the cooling air are uniformly mixed in the
가스온도 (℃)at the exit of the withdrawal device
Gas temperature (℃)
표준편차of gas temperature
Standard Deviation
º 회전 가이드판 : 있음º Cooling air induction part: None
º Rotation guide plate: Yes
도 8은 인출 장치 내통(150)과 외통 (130) 사이에 도 7과 같이 냉각공기 회전 가이드판(170)를 설치하고, 배기가스 인출구(120)에 수직인 형태의 냉각공기 유도부(180A)를 형성한 상태에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그림이다. 8 is a cooling air
도 8에서 수직형 냉각공기 유도부(180A)를 설치하였을 때, 배기가스 인출구(120)에서 배출된 냉각공기와 고온가스의 혼합이 이루어져 인출 장치 출구(152)에서 온도가 낮아지고 있으며, 소성로 입구실(15)로 냉각공기가 흘러 들어가지 않으며, 배기가스 인출구(120)의 직후에도 냉각공기가 흘러나오는 나오지 않음을 확인하였다. 수직형 냉각공기 유도부의 설치에 의해 인출 장치 내통 (150)에서 고온의 가스가 편중되지 않고 냉각공기와 혼합이 잘 되고 있다. 인출 장치 성능은 아래 표 3과 같다.8, when the vertical cooling
가스온도 (℃)at the exit of the withdrawal device
Gas temperature (℃)
표준편차of gas temperature
Standard Deviation
º 회전 가이드판: 있음º Vertical induction part: Yes
º Rotation guide plate: Yes
도 9는 인출 장치 내통(150)과 외통(130) 사이에 냉각공기 회전 가이드판(170)를 설치하고, 배기가스 인출구(120)에 경사를 갖는 냉각공기 유도부(180B)를 형성한 상태에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그림이다.9 is a state in which the cooling air
배기가스 인출구(120)에 경사형 냉각공기 유도부(180B)를 설치하였을 때, 수직형 냉각공기 유도부(180A) 보다 고온가스와 냉각공기의 균일한 혼합이 충분히 이루어져 인출 장치 배출구(152)에서 온도가 낮아지고 있으며, 배기가스 인출구(120)의 직후에도 냉각공기가 흘러나오는 나오지 않고, 소성로 입구실(15)로 냉각공기가 흘러 들어가지 않음을 알 수 있다. 인출 장치의 성능은 표 4에 나타내었다. When the inclined cooling
가스온도 (℃)at the exit of the withdrawal device
Gas temperature (℃)
표준편차of gas temperature
Standard Deviation
º 회전 가이드판 : 있음º Inclined induction part: Yes
º Rotation guide plate: Yes
100 : 인출 장치
2 : 송풍기
3 : 싸이클론
3a : 싸이클론 출구 댐퍼
4. : 백필터
5 : 회전 소성로
6 : 냉각기
7a : 3차 공기 공급관
7a : 3차 공기 연결구
8 : 5단 예열실
8a : 예열실 최하단 원료 도관
8b : 예열실 2단 원료 도관
9 : 예열실 강제 흡입팬
10 : 백필터 강제 흡입팬
11 : 합성수지 투입장치
12 : 냉각기 분진 집진기
13 : 연소로
14 : 시멘트 원료 투입구
15 : 소성로 입구실(kiln inlet chamber)
15A : 소성로 입구실 벽
16 : 인출가스 연결관
17 : 백필터 연결관
17a : 인출 장치 출구 댐퍼
17b : 2차 냉각공기 유입관
18 : 인출 장치 냉각공기 입구
18a : 냉각공기 토출부
19 : 배출가스 배출구
20 : 배기가스 인출구
21 : 내통 일단
22a, 22b : 시멘트 원료 코팅
110 : 내화 구조물
120 : 배기가스 인출구
130 : 외통
132 : 냉각공기 인입구
150 : 내통
152 : 배출가스 배출구
154 : 냉각공기 토출부
170 : 냉각공기 회전 가이드판
180A, 180B : 냉각공기 유도부 100: withdrawal device
2: blower
3: Cyclone
3a : cyclone exit damper
4. : Bag filter
5: Rotary kiln
6: cooler
7a: tertiary air supply pipe
7a: tertiary air connection
8 : 5-stage preheating room
8a: raw material conduit at the bottom of the preheating room
8b: Preheating room 2nd stage raw material conduit
9: Preheating room forced suction fan
10: bag filter forced suction fan
11: synthetic resin input device
12: cooler dust collector
13: combustion furnace
14: cement raw material input port
15: kiln inlet chamber
15A: kiln entrance room wall
16: withdrawal gas connection pipe
17: bag filter connector
17a: take-off device exit damper
17b: secondary cooling air inlet pipe
18: intake device cooling air inlet
18a: cooling air discharge part
19: exhaust gas outlet
20: exhaust gas outlet
21: once inner pain
22a, 22b: Cement raw material coating
110: fire resistant structure
120: exhaust gas outlet
130: outer cylinder
132: cooling air inlet
150: inner tube
152: exhaust gas outlet
154: cooling air discharge unit
170: cooling air rotation guide plate
180A, 180B: Cooling air induction part
Claims (4)
시멘트 소성실 벽에 설치되어 배기가스 인출구를 형성하는 내화 구조물;
상기 내화 구조물에 장착되며, 일단에 냉각공기를 유통하기 위한 냉각공기 인입구가 마련되어 냉각공기를 상기 배기가스 인출구로 유도하는 외통;
상기 외통의 가운데 설치되며 일단이 상기 배기가스 인출구를 향하며, 상기 배기가스 인출구로부터의 배기가스를 추출하기 위하여 타단이 상기 외통을 관통하여 외부로 연장되는 중공형의 내통; 및
상기 냉각공기 인입구로 유입된 냉각공기의 아래방향으로 유동 경로인 상기 외통과 상기 내통의 사이에 설치되어 인입된 냉각공기의 유동 방향을 전환하기 위한 복수의 회전 가이드판을 포함하고,
상기 회전 가이드판은 상기 배기가스 인출구를 향하여 연장되면서 소정 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 킬른 배기가스 인출 장치.In the extraction device for extracting the kiln exhaust gas discharged from the kiln of a cement manufacturing facility,
a fire resistant structure installed on the wall of the cement firing chamber to form an exhaust gas outlet;
an outer cylinder mounted on the fire resistant structure and provided with a cooling air inlet for distributing cooling air at one end to guide the cooling air to the exhaust gas outlet;
a hollow inner cylinder installed in the middle of the outer cylinder, one end facing the exhaust gas outlet, and the other end extending through the outer cylinder to the outside in order to extract exhaust gas from the exhaust gas outlet; and
and a plurality of rotation guide plates installed between the outer cylinder and the inner cylinder, which are flow paths in the downward direction of the cooling air introduced into the cooling air inlet, to change the flow direction of the incoming cooling air,
The rotation guide plate extends toward the exhaust gas outlet and has a predetermined angle.
상기 회전 가이드판은 상기 중공형 내통의 중심축에 대하여 0~60도의 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 킬른 배기가스 인출 장치.According to claim 1,
The rotation guide plate is a kiln exhaust gas extraction device, characterized in that it has an angle of 0 to 60 degrees with respect to the central axis of the hollow inner cylinder.
상기 내화 구조물이 형성하는 상기 배기가스 인출구에서 상기 내통을 향하여 돌출되어, 상기 배기가스 인출구와 상기 내통과의 사이에 냉각공기 토출부를 형성하는 냉각공기 유도부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 킬른 배기가스 인출 장치.According to claim 1,
The kiln exhaust gas extraction, characterized in that it further comprises a cooling air induction part protruding toward the inner cylinder from the exhaust gas outlet formed by the fire resistant structure to form a cooling air discharge part between the exhaust gas outlet and the inner cylinder. Device.
상기 냉각 공기 유도부는 상기 배기가스 인출구와 예각을 형성하는 것을 특징으로 하는 킬른 배기가스 인출 장치.4. The method of claim 3,
The kiln exhaust gas extraction device, characterized in that the cooling air induction portion forms an acute angle with the exhaust gas outlet.
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KR1020210072860A KR102313703B1 (en) | 2021-06-04 | 2021-06-04 | Extraction Equipment For Circulation Material in Combustion Gas of Alternative Fuel and in Decomposition Gas of Raw Meal in Cement Plant |
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KR102512130B1 (en) | 2022-10-24 | 2023-03-22 | 쌍용씨앤이 주식회사 | Exhaust gas pollutant treatment device by withdrawal cement kiln circulating material and treatment method thereof |
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2021
- 2021-06-04 KR KR1020210072860A patent/KR102313703B1/en active IP Right Grant
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