KR102689258B1 - 슬러지의 처리 방법 및 시멘트 제조 시스템 - Google Patents
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Abstract
슬러지 제조 시스템은, 시멘트 원료를 예열하는 서스펜션 프리히터, 예열된 시멘트 원료를 가소하는 가소로, 및 가소된 시멘트 원료를 소성하는 소성로를 구비한다. 이러한 시멘트 제조 시스템에서, 건조 슬러지를 포함하는 입상물을, 서스펜션 프리히터의 600 ℃ 이상 800 ℃ 미만의 온도 영역에 투입하고, 건조 슬러지를 시멘트 원료 및 연료로서 사용한다.
Description
본 발명은 슬러지의 처리 방법 및 슬러지를 이용하는 시멘트 제조 시스템에 관한 것이다.
시멘트 제조 프로세스는, 크게 나누어, 시멘트 원료를 건조·분쇄·조합하는 원료 공정, 원료로부터 중간 제품인 클링커를 소성하는 소성 공정 및 클링커에 석고를 첨가하고 분쇄하여 시멘트로 마무리하는 마무리 공정으로 이루어진다. 소성 공정에서는, 일반적으로 시멘트 원료가 프리히터(pre-heater), 가소로(假燒爐)(분해로), 및 소성로의 순으로 통과한다. 소성 공정의 열 에너지로서, 하수 슬러지나 공장 배수 슬러지 등의 슬러지의 연소열을 이용하고, 나아가, 그 소각재를 시멘트 원료로서 이용하는 것이 제안되어 있다. 특허문헌 1, 2에서는, 시멘트 소성 공정에서 슬러지를 이용하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 1에서는, 유기물을 포함하는 폐기물에, 유동성을 주기 위한 용매를 첨가하여 습식 밀로 분쇄한 후, 이러한 슬러리상의 혼합 분쇄물을 소성 공정에 투입하여 시멘트 클링커를 제조하는 것이 개시되어 있다. 용매로서, 슬러지가 예로 들어져 있다. 또한, 슬러리상의 혼합 분쇄물의 투입 개소로서, 프리히터의 800 ℃ ∼ 1000 ℃의 고온부가 예로 들어져 있다.
특허문헌 2에서는, 가소로와 최하단 사이클론이 직접 접속되어 있는 시멘트 소성 장치를 이용하는 경우에는, 함수(含水) 슬러지를 가소로의 출구로부터 최하단 사이클론의 출구부까지의 영역에 투입하고, 가소로와 최하단 사이클론이 직접 접속되어 있지 않은 경우에는, 함수 슬러지를 최하단 사이클론의 입구부로부터 최하단 사이클론의 출구부까지의 영역에 투입하는 것이 개시되어 있다. 함수 슬러지의 투입 개소는, 그 분위기 온도가 800 ℃ 이상 900 ℃ 이하이다.
특허문헌 1에서는, 슬러리상의 혼합 분쇄물이라고 하는 비교적 수분을 많이 포함하는 슬러지를 프리히터의 800 ℃ 이상의 개소에 투입함으로써, 다이옥신의 발생을 방지하고 있다. 특허문헌 2에서는, 함수 슬러지를 프리히터의 800 ℃ 이상의 개소에 투입함으로써, 함수 슬러지를 효율적으로 건조시키면서, 슬러지의 승온에 필요한 열량을 저감하여 시멘트 소성 장치의 열 손실을 억제하고 있다.
본 출원인은, 일본 특허출원 제2018-006471호에서, 탈수 슬러지와 시멘트 원료를 혼합하여 입상(粒狀)으로 하고, 그것을 건조용 가스와 접촉시킴으로써 건조하여 얻어지는 입상의 혼성물을, 시멘트 소성 공정의 가소로에 투입하는 것을 제안한 바 있다. 혼성물의 건조에 가소로의 로 내(內) 온도와 비교하여 저온인 건조 가스가 이용되기 때문에, 건조 후의 혼성물은 일반적인 시멘트 원료와 비교하여 많은 수분을 함유하고, 또한, 가소로에 투입되는 혼성물의 온도는 가소로의 로 내 온도보다 낮다.
가소로에 로 내 온도보다 온도가 낮은 혼성물이 투입되면, 연소 상태의 흐트러짐이나 연료 소비량의 증가가 우려된다. 또한, 혼성물의 투입구 근방에서 국소적인 온도 저하가 생기고, 내화 피복의 수명의 저하나 코칭(coaching)이 생기는 것이 우려된다.
따라서, 본 발명은 슬러지를 시멘트 원료의 일부 및 연료로서 이용하는 슬러지의 처리 방법 및 슬러지를 이용하는 시멘트 제조 시스템에서, 운전을 더 안정화시키는 기술을 제안한다.
본 발명의 일 측면에 따른 슬러지의 처리 방법은, 시멘트 원료를 예열하는 서스펜션 프리히터, 예열된 상기 시멘트 원료를 가소하는 가소로, 및 가소된 상기 시멘트 원료를 소성하는 소성로를 구비하는 시멘트 제조 시스템을 이용하여 슬러지를 처리하는 방법으로서, 건조 슬러지를 포함하는 입상물을, 상기 서스펜션 프리히터의 600 ℃ 이상 800 ℃ 미만의 온도 영역에 투입하여, 상기 건조 슬러지를 시멘트 원료 및 연료로서 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 시멘트 제조 시스템은, 시멘트 원료를 예열하는 서스펜션 프리히터, 예열된 상기 시멘트 원료를 가소하는 가소로, 및 가소된 상기 시멘트 원료를 소성하는 소성로를 구비하고, 상기 서스펜션 프리히터는, 600 ℃ 이상 800 ℃ 미만의 온도 영역에 건조 슬러지를 포함하는 입상물을 투입하는 적어도 1개의 투입구를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 슬러지의 처리 방법 및 시멘트 제조 시스템에서는, 건조 슬러지를 포함하는 입상물이 서스펜션 프리히터의 600 ℃ 이상 800 ℃ 미만의 온도 영역에 투입된다. 이러한 입상물은 서스펜션 프리히터로의 투입구(투입 위치)로부터 가소로로 이동하는 동안 시멘트 원료와 함께 가소로로의 투입 온도(약 850 ℃ 내지 900 ℃)까지 승온된다.
특허문헌 1, 2와 같이 800 ℃ 이상의 영역에 투입되는 종래의 경우와 비교하여, 본원 발명에서는 입상물의 서스펜션 프리히터에서 체류 시간이 길고, 입상물은 시멘트 원료와 함께 충분히 예열되면서 가소로에 투입된다. 따라서, 가소로에 저온물이 투입되는 것에 기인하는, 연소 상태의 흐트러짐이나 연료 소비량의 증가를 억제할 수 있다. 이에 따라서, 슬러지를 시멘트 원료의 일부 및 연료로서 이용하는 시멘트 제조 시스템에서, 시스템의 운전의 안정화에 기여할 수 있다.
아울러, 상기 종래의 경우와 비교하여, 본원 발명에서는 서스펜션 프리히터로의 투입구(투입 위치)에서 분위기 온도와 입상물의 온도차가 작다. 따라서, 입상물의 투입구 근방에서 국소적인 온도 저하를 억제할 수 있고, 내화 피복의 수명의 저하나 코칭의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 슬러지를 시멘트 원료의 일부 및 연료로서 이용하는 슬러지의 처리 방법, 및, 슬러지를 이용하는 시멘트 제조 시스템에서, 운전을 더 안정화시키는 기술을 제안할 수 있다.
[도 1] 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시멘트 제조 시스템을 도시하는 계통의 개략적인 구성도이다.
[도 2] 도 2는 서스펜션 프리히터의 개략적인 구성을 도시하는 블록도이다.
[도 2] 도 2는 서스펜션 프리히터의 개략적인 구성을 도시하는 블록도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 제조 시스템(100)을 도시하는 계통의 개략적인 구성도이다.
시멘트 제조 프로세스는, 크게 나누어, 시멘트 원료를 건조·분쇄·조합하는 원료 공정, 원료로부터 중간 제품인 클링커를 소성하는 소성 공정 및 클링커에 석고를 첨가하고 분쇄하여 시멘트로 마무리하는 마무리 공정으로 이루어진다. 도 1에 도시된 시멘트 제조 시스템(100)에서는, 그 중 소성 공정을 담당하는 시멘트 소성 장치(2) 및 에어 ??칭 쿨러(air quenching cooler)(3) 및 그 주변 기기에 대하여 상세히 기재하고 있다.
시멘트 제조 시스템(100)은, 시멘트 원료를 소성하는 시멘트 소성 장치(2)와, 시멘트 소성 장치(2)로부터 나온 소성물을 냉각하는 에어 ??칭 쿨러(3)를 구비한다.
시멘트 소성 장치(2)는, 시멘트 원료를 예열하는 서스펜션 프리히터(이하, 간단히 「프리히터(21)」라고 칭함)와, 예열한 시멘트 원료를 가소(분해)하는 가소로(22)와, 예열 및 가소된 시멘트 원료를 소성하는 소성로(23)를 구비한다.
시멘트 소성 장치(2)에서는, 시멘트 원료가 프리히터(21), 가소로(22) 및 소성로(23)의 순서로 이동하도록 이들이 연통되어 있다. 또한, 시멘트 소성 장치(2)에서는, 소성로(23)의 고온의 배기가스가, 가소로(22) 및 프리히터(21)의 순서로 흐른다. 프리히터(21)에는, 시멘트 소성 장치(2)의 배기가스가 흐르는 소성 장치 배기가스 라인(9)이 접속되어 있다. 소성 장치 배기가스 라인(9)에는, 보일러(91), 배풍 팬(92), 원료 밀(93), 집진기(94), 배풍 팬(95), 및 굴뚝(96)이 배기가스의 흐름의 상류로부터 하류를 향해 이 순서로 설치되어 있다.
도 2는 프리히터(21)의 개략적인 구성을 도시하는 블록도이다. 도 2에 도시된 프리히터(21)는 직렬로 접속된 복수 단의 사이클론 집진기를 구비한다. 본 실시예에 따른 프리히터(21)는 가소로(22)로부터 상방을 향하여 직렬로 접속된 5단의 사이클론 유닛(U1~U5)을 구비한다. 다만, 프리히터(21)가 구비하는 사이클론 유닛(U)의 단수는 3 이상이면 좋다.
각각의 사이클론 유닛(U)은 사이클론(C)과, 사이클론(C)에 기류를 도입하는 덕트(D)와, 사이클론(C)에서 기류로부터 분리된 고체를, 그 보다 하단의 사이클론 유닛(U)의 덕트(D), 가소로(22), 및 소성로(23) 중 적어도 하나로 보내는 배관(B)을 구비한다. 여기서, 도 2에서는, B, C, D, U에 부가한 숫자는 단수를 나타낸다.
최하단의 제1 사이클론 유닛(U1)은 제1 사이클론(C1), 제1 덕트(D1) 및 제1 배관(B1)을 포함한다. 제1 사이클론(C1)의 기류 입구는 제1 덕트(D1)를 통해 가소로(22)의 출구와 접속된다. 제1 사이클론(C1)의 고체 출구는 배관(B1)을 통해 소성로(23)와 가소로(22)의 접속부와 접속된다.
아래로부터 2단째의 제2 사이클론 유닛(U2)은 제2 사이클론(C2), 제2 덕트(D2) 및 제2 배관(B2)을 포함한다. 제1 사이클론(C1)의 기체 출구는 제2 덕트(D2)를 통해 제2 사이클론(C2)의 기류 입구와 접속된다. 제2 사이클론(C2)의 고체 출구는 배관(B2)을 통해 가소로(22)와 접속된다.
아래로부터 3단째의 제3 사이클론 유닛(U3)은 제3 사이클론(C3), 제3 덕트(D3) 및 제3 배관(B3)을 포함한다. 제2 사이클론(C2)의 기체 출구는 제3 덕트(D3)를 통해 제3 사이클론(C3)의 기류 입구와 접속된다. 제3 사이클론(C3)의 고체 출구는 배관(B3)을 통해 제2 덕트(D2)와 접속된다.
아래로부터 4단째의 제4 사이클론 유닛(U4)은 제4 사이클론(C4), 제4 덕트(D4) 및 제4 배관(B4)을 포함한다. 제3 사이클론(C3)의 기체 출구는 제4 덕트(D4)를 통해 제4 사이클론(C4)의 기류 입구와 접속된다. 제4 사이클론(C4)의 고체 출구는 배관(B4)을 통해 제3 덕트(D3)와 접속된다.
최상단의 제5 사이클론 유닛(U5)은 제5 사이클론(C5), 제5 덕트(D5) 및 제5 배관(B5)을 포함한다. 제4 사이클론(C4)의 기체 출구는 제5 덕트(D5)를 통해 제5 사이클론(C5)의 기류 입구와 접속된다. 제5 사이클론(C5)의 고체 출구는 배관(B5)을 통해 제4 덕트(D4)와 접속된다. 제5 사이클론(C5)의 기체 출구는 소성 장치 배기가스 라인(9)의 상류단과 접속된다.
상기 구성의 프리히터(21)에서는, 소성로(23)로부터의 고온의 배기가 가소로(22) 및 제1 덕트(D1)를 통해 제1 사이클론(C1)에 유입된다. 배기는 최하단의 사이클론(C1)으로부터 최상단의 사이클론(C5)으로 이동한다. 즉, 배기는 제1 사이클론(C1), 제2 덕트(D2), 제2 사이클론(C2), 제3 덕트(D3), 제3 사이클론(C3), 제4 덕트(D4), 제4 사이클론(C4), 제5 덕트(D5) 및 제5 사이클론(C5)의 순서로 통과한다.
제5 덕트(D5)에는, 시멘트 원료 공급구(28)가 설치되어 있다. 시멘트 원료 공급구(28)를 통해서, 시멘트 원료가 제5 덕트(D5)에 공급된다. 제5 덕트(D5)에 공급된 시멘트 원료는 배기의 흐름을 타고 제5 사이클론(C5)으로 유입된다. 제5 사이클론(C5)에서는, 배기의 흐름으로부터 시멘트 원료가 분리되고, 시멘트 원료는 배관(B5)을 통해 제4 덕트(D4)로 보내진다. 제4 덕트(D4)로 보내진 시멘트 원료는 배기의 흐름을 타고 제4 사이클론(C4)으로 유입된다. 제4 사이클론(C4)에서는, 배기의 흐름으로부터 시멘트 원료가 분리되고, 시멘트 원료는 배관(B4)을 통해 제3 덕트(D3)로 보내진다.
제3 덕트(D3)에는, 후술하는 혼성물의 투입구(29)가 설치되어 있다. 투입구(29)는, 후술하는 혼성물 공급 라인(8)(반송 라인(84))과 접속되어 있다. 제4 사이클론(C4)으로부터 제3 덕트(D3)로 보내진 시멘트 원료, 및 투입구(29)를 통해 제3 덕트(D3)에 공급된 시멘트 원료 및 혼성물(입상물)은 배기의 흐름을 타고 제3 사이클론(C3)으로 유입한다. 제3 사이클론(C3)에서는, 배기의 흐름으로부터 시멘트 원료(혼성물을 포함)가 분리되고, 시멘트 원료는 배관(B3)을 통해 제2 덕트(D2)로 보내진다. 제2 덕트(D2)로 보내진 시멘트 원료는 배기 흐름을 타고 제2 사이클론(C2)으로 유입된다. 제2 사이클론(C2)에서는, 배기의 흐름으로부터 시멘트 원료가 분리되고, 시멘트 원료는 배관(B2)을 통해 가소로(22)로 보내진다. 가소로(22)의 배기는 제1 덕트(D1)를 통해 제1 사이클론(C1)으로 유입된다. 제1 사이클론(C1)에서는, 배기의 흐름으로부터 시멘트 원료가 분리되고, 시멘트 원료는 배관(B1)을 통해 소성로(23)와 가소로(22)의 접속부로 보내진다. 이와 같이, 프리히터(21)에서는, 시멘트 원료(혼성물을 포함)가 최상단의 사이클론(C5)으로부터 최하단의 사이클론(C1)을 향해 순서대로 이동한다. 프리히터(21)의 시멘트 원료는, 각각의 사이클론(C)을 통과함에 따라서, 가소로(22)의 배기와의 열교환에 의해 가열된다.
가소로(22)는 가소로 버너(25)를 구비한다. 가소로(22)에는, 에어 ??칭 쿨러(3)로부터 가소로(22)로 배열을 보내는 가소로용 추기 덕트(41)가 접속되어 있다. 가소로(22)에서는, 프리히터(21)를 나온 시멘트 원료 및 혼성물이, 약 900 ℃의 분위기에서 가소된다. 본 실시예에서, 제1 덕트(D1)로 유입되는 배기의 온도는 약 900 ℃이고, 제2 덕트(D2)로 유입되는 배기의 온도는 약 850 ℃이고, 제3 덕트(D3)로 유입되는 배기의 온도는 약 750 ℃이고, 제4 덕트(D4)로 유입되는 배기의 온도는 약 600 ℃이고, 제5 덕트(D5)로 유입되는 배기의 온도는 약 450 ℃이며, 제5 사이클론(C5)으로부터 소성 장치 배기가스 라인(9)으로 나오는 배기의 온도는 약 310 ℃이다. 다만, 각각의 덕트(D)에 유입되는 배기의 온도는 예시에 지나지 않는다.
도 1로 돌아가서, 소성로(23)는, 본 실시예에서는, 횡으로 긴 원통형의 회전 가마인 로터리 킬른이 채용되어 있다. 소성로(23)는, 원료 입구로부터 원료 출구를 향해 약간 아래로 구배되어 설치되어 있다. 소성로(23)는, 원료 출구 측에 버너(26)를 구비한다. 소성로(23)에서는, 프리히터(21) 및 가소로(22)에서 예열·가소된 시멘트 원료를, 에어 ??칭 쿨러(3)의 배열 및 버너(26)의 연소 가스에 의해 소성한다.
소성로(23)의 출구는 에어 ??칭 쿨러(3)의 입구와 접속되어 있다. 에어 ??칭 쿨러(3)에서는, 소성로(23)로부터 나온 고온의 소성물을 냉풍과 접촉시켜서, 소성물을 급냉하여 클링커로 한다. 에어 퀸칭 쿨러(3)로부터 나온 클링커는 클링커 컨베이어(32)에 의해 클링커 사일로로 보내진다.
에어 ??칭 쿨러(3)에는 에어 ??칭 쿨러(3)의 배열이 흐르는 쿨러 배열 라인(4)이 접속되어 있다. 쿨러 배열 라인(4)은, 전술한 가소로용 추기 덕트(41)와, 에어 ??칭 쿨러(3)로부터 추기하는 고온 배열 라인(42)과, 약 200 ℃ 미만의 배열을 에어 ??칭 쿨러(3)로부터 추기하는 저온 배열 라인(43)을 포함한다.
고온 배열 라인(42)은 보일러(45)에 접속되어 있다. 고온 배열 라인(42)을 통해 에어 ??칭 쿨러(3)의 배기가스가 보일러(45)로 보내진다.
저온 배열 라인(43)에는, 집진기(46), 배풍 팬(47), 및 굴뚝(48)이 배기가스의 흐름의 상류로부터 하류를 향해 이 순서로 설치되어 있다. 본 실시예에서는, 저온 배열 라인(43)의 집진기(46)보다 상류 측에 보일러(45)의 배기가스 라인(45a)이 접속되어 있다.
시멘트 제조 시스템(100)은, 탈수 슬러지와 시멘트 원료를 혼합하여 입상의 혼성물을 만드는 혼합 장치(5)와, 혼성물을 건조용 가스와 접촉시킴으로써 혼성물을 건조시키는 건조기(6)와, 건조기(6)의 배기가스를 에어 ??칭 쿨러(3)로 보내는 건조기 배기가스 라인(7)과, 건조기(6)로부터 시멘트 소성 장치(2)의 프리히터(21)로 건조한 혼성물을 보내는 혼성물 공급 라인(8)과, 건조기(6)에 건조용 가스를 공급하는 건조용 가스 공급 라인(61)을 더 구비한다.
혼합 장치(5)는 시멘트 원료 호퍼(51)와, 탈수 슬러지 호퍼(52)와, 시멘트 원료와 탈수 슬러지를 혼합하면서 송출하는 혼합기(53)를 포함한다.
시멘트 원료 호퍼(51)에는, 원료 공정에서 건조·분쇄·조합된 시멘트 원료가 투입된다. 이러한 시멘트 원료는 프리히터(21)의 시멘트 원료 공급구(28)에 공급되는 시멘트 원료와 동일하여도 좋다. 시멘트 원료는, 석회석을 주성분으로 하는 공지의 원료가 특별한 제한없이 사용된다. 시멘트 원료를 구체적으로 나타내면, 석회석을 주로 하고, 이것에 점토, 규석, 산화철 등을 배합하여 사용하는 것이 일반적이다. 일례로서, 시멘트 원료의 화학 조성은 12 ~ 15 질량%의 SiO2, 3 ~ 4 질량%의 Al2O3, 1.5 ~ 2.5 질량%의 Fe2O3, 43 ~ 44 질량%의 CaO, 0.6 ~ 0.9 질량%의 MgO, 35 ~ 37 질량%의 휘발분, 및 0 ~ 1 질량%(잔부)의 그 밖의 재료를 포함한다.
탈수 슬러지 호퍼(52)에는, 탈수 슬러지가 투입된다. 탈수 슬러지는 하수 슬러지, 공장 배수 슬러지, 활성 슬러지 등의 슬러지를, 도시하지 않은 탈수기로 탈수하여 남은 고형의 물질(탈수 케이크)이다. 일반적으로 탈수 케이크로서 취급되는 탈수 슬러지는 60 ~ 90 질량%의 수분을 포함한다.
시멘트 원료 호퍼(51)의 출구는 시멘트 원료 조량 장치(55)를 통해 혼합기(53)의 입구와 접속되어 있다. 시멘트 원료 조량 장치(55)에 의해, 시멘트 원료 호퍼(51)로부터 혼합기(53)로 보내지는 시멘트 원료가 조량된다. 또한, 탈수 슬러지 호퍼(52)의 출구는 슬러지 조량 장치(56)를 통해 혼합기(53)의 입구와 접속된다. 슬러지 조량 장치(56)에 의해, 탈수 슬러지 호퍼(52)로부터 혼합기(53)로 보내지는 탈수 슬러지가 조량된다. 혼합기(53)에서의 탈수 슬러지와 시멘트 원료의 혼합비는, 탈수 슬러지와 시멘트 원료를 혼합하여 이루어지는 혼성물이 입상(粒狀)이 되도록 하는, 탈수 슬러지와 시멘트 원료의 질량비 또는 체적비이다.
탈수 슬러지와 시멘트 원료의 혼성물은, 탈수 슬러지와 시멘트 원료의 혼합비가 특정의 범위 내에 있을 때, 조립 처리를 거치지 않고, 입상이 된다. 탈수 슬러지와 시멘트 원료의 혼합비는, 일률적이지 않고, 탈수 슬러지의 성상(특히, 습분량이나 유기물의 비율)이나, 시멘트 원료의 성상(특히, 수분량이나 조성)에 의해 변화한다. 따라서, 탈수 슬러지와 시멘트 원료의 혼합비는 탈수 슬러지 및 시멘트 원료의 성상의 변화의 때마다 설정하는 것이 바람직하다. 탈수 슬러지와 시멘트 원료의 혼합비의 범위는, 예를 들어, 시험에 의해 구할 수 있다.
본 실시예에서는, 건조기(6)로서 유동층식 건조기를 채용하고 있기 때문에, 탈수 슬러지와 시멘트 원료의 혼합비는, 혼성물이 유동 매체로서 적절한 입상이 되도록 하는 값으로 되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 탈수 슬러지와 시멘트 원료의 혼합비는, 혼성물의 전체 수분이 10 질량% 이상 25 질량% 이하, 바람직하게는, 13 질량% 이상 22 질량% 이하가 되도록, 시험적으로 구해져 제어 장치(57)에 미리 설정된다. 제어 장치(57)는 상기 탈수 슬러지와 시멘트 원료의 혼합비가 얻어 지도록, 시멘트 원료 조량 장치(55) 및 슬러지 조량 장치(56)를 제어한다. 혼성물의 전체 수분은 혼성물의 표면 부착 수분인 습분과 혼성물의 흡착 수분인 수분의 합이다. 혼성물의 전체 수분의 측정은, 「JIS M 8812 석탄류 및 코크스류-공업 분석 방법」에 규정된 수분 정량 방법의 석탄류의 경우에 준거하여 행하였다.
발명자들에 의한 시험에 의해, 혼성물의 전체 수분이 10 질량% 이상 25 질량% 이하이면, 혼성물의 입도 분포가 작고(즉, 입자경의 편차가 작고), 또한, 평균 입경이 유동 매체로서 적절한 크기인 입상의 혼성물이 얻어지는 것이 확인되었다.
위에서 「유동 매체로서 적절한 크기」란, 층 내에서 균일하게 유동시킬 수 있는 입자의 직경으로서, 수 ㎛ 내지 5 ㎜ 정도의 범위로 언급되고 있다. 발명자들의 시험 결과에서는, 전체 수분이 10 질량% 이상 25 질량% 이하의 범위의 혼성물의 평균 입경(메디안 직경 d50)은, 0.5 ㎜ 이상 5 ㎜ 이하이고, 유동 매체로서 적절한 크기였다.
혼합기(53)에서 탈수 슬러지와 시멘트 원료를 혼합함으로써 제작된 혼성물은, 건조기(6)에 공급된다. 건조기(6)에는, 혼성물을 유동 매체로 하고, 건조용 가스를 유동용 가스로 하는 유동층이 형성되어 있다. 이러한 건조기(6)에서는, 건조실의 저부에 형성된 혼성물층 내에 건조용 가스가 공급되고, 혼성물층을 건조용 가스가 상승함으로써 혼성물과 건조용 가스가 접촉하여, 혼성물이 건조된다. 이와 같이, 다른 형태의 건조기와 비교하여 건조 효율이 높은(즉, 체적 열교환율이 큰) 유동층식 건조기가 건조기(6)로서 이용되고 있다. 다만, 건조기(6)는 유동층식 건조기에 한정되지 않는다.
건조용 가스는 건조용 가스 공급 라인(61)을 통해 건조기(6)로 보내진다. 건조기(6)에 공급되는 건조용 가스의 풍량(풍속)은, 건조기(6)의 유동층의 적절한 유동화 상태가 얻어지도록, 혼성물의 성상(즉, 입자경, 수분, 밀도 등)에 따라 댐퍼나 팬 등에 의해 조정하여도 좋다. 본 실시예에서는, 건조용 가스로서, 시멘트 제조 프로세스의 배기가스 또는 그 열을 이용한 프로세스의 배기가스로서, 50 ℃ 이상 200 ℃ 미만의 배기가스가 이용된다. 이러한 배기가스로는, 예를 들어, 에어 ??칭 쿨러(3)의 200 ℃ 미만의 배기가스, 에어 ??칭 쿨러(3)의 배기가스를 이용한 보일러(45)의 200 ℃ 미만의 배기가스, 시멘트 소성 장치(2)로부터의 배기가스를 이용한 원료 밀(93)의 200 ℃ 미만의 배기가스 등을 들 수 있다.
건조기(6)에서 건조한 혼성물은, 건조실의 저부로부터 배출되고, 혼성물 공급 라인(8)을 통해 가소로(22)로 공급된다. 가소로(22)로 공급되는 혼성물은, 특히 한정되는 것은 아니지만, 함수율이 2 ~ 5 질량% 정도, 온도가 60 ~ 100 ℃ 정도라도 좋다. 혼성물 공급 라인(8)은, 건조기(6)로부터 건조한 혼성물을 반출하는 반송기(81, 82)와, 혼성물을 일시적으로 저류하는 혼성물 호퍼(83)와, 혼성물 호퍼(83)로부터 정량적으로 배출된 혼성물을 반송하는 반송 라인(84)을 포함한다. 혼성물 공급 라인(8)에 의해 가소로(22)로 공급된 혼성물은, 연료의 일부로서 이용되고, 나아가, 혼성물의 연소재는 시멘트 원료의 일부로서 이용된다.
건조기(6)의 배기가스는 건조기 배기가스 라인(7)을 통해 에어 ??칭 쿨러(3)로 공급된다. 건조기 배기가스 라인(7)에는, 집진기(71), 배풍 팬(72) 및 송풍 팬(74)이 건조기 배기가스의 흐름의 상류로부터 하류를 향하여 이 순서로 설치되어 있다. 배풍 팬(72)에 의해 건조기(6)로부터 배출된 건조기 배기가스는 집진기(71)에서 동반되는 분진이 제거된다. 제거된 분진은 집진기(71)로부터 혼성물 호퍼(83)로 보내지고, 혼성물 호퍼(83)에 저류되어 있는 혼성물과 함께 가소로(22)로 공급된다. 집진기(71)를 통과한 건조기 배기가스는 송풍 팬(74)에 의해 에어 ??칭 쿨러(3)로 송급된다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시예에 관한 시멘트 제조 시스템(100)은, 시멘트 원료를 예열하는 프리히터(21), 예열된 시멘트 원료를 가소하는 가소로(22), 및 가소된 시멘트 원료를 소성하는 소성로(23)를 구비하고, 프리히터(21)는 600 ℃ 이상 800 ℃ 미만의 온도 영역으로 건조 슬러지를 함유하는 입상물을 투입하는 적어도 1개의 투입구(29)를 구비한다.
또한, 본 실시예에 관한 슬러지의 처리 방법은, 시멘트 원료를 예열하는 프리히터(21), 예열된 시멘트 원료를 가소하는 가소로(22), 및 가소된 시멘트 원료를 소성하는 소성로(23)를 구비하는 시멘트 제조 시스템(100)을 이용하여 슬러지를 처리하는 방법으로서, 건조 슬러지를 포함하는 입상물을 프리히터(21)의 600 ℃ 이상 800 ℃ 미만의 온도 영역으로 투입하여, 건조 슬러지를 시멘트 원료 및 연료로서 사용한다.
본 실시예에서, 상기 「건조 슬러지를 포함하는 입상물」은, 건조 슬러지와 시멘트 원료의 혼성물이다. 따라서, 본 실시예에 따른 시멘트 제조 시스템(100)은 탈수 슬러지와 시멘트 원료를 혼합하여 입상 혼성물을 얻는 혼합 장치(5)와, 혼성물을 건조시키는 건조기(6)와, 건조기(6)에서 건조된 혼성물을 입상물로서 투입구(29)로 반송하는 반송 라인(84)을 더 구비하고 있다.
다만, 건조 슬러지를 함유하는 입상물은 건조 슬러지와 시멘트 원료의 혼성물에 한정되지 않는다. 예를 들어, 건조 슬러지를 함유하는 입상물은, 건조 슬러지의 분쇄물, 또는 생 슬러지와 건조 슬러지의 혼성물 등이라도 좋다. 또한, 입상물의 크기는, 가소로(22)로부터의 배기로 기류 반송될 수 있는 크기라면 좋고, 분상, 플레이크상 또는 펠릿상이라도 좋다.
상기 슬러지의 처리 방법 및 시멘트 제조 시스템(100)에서는, 건조 슬러지를 포함하는 입상물이 프리히터(21)의 600 ℃ 이상 800 ℃ 미만의 온도 영역에 투입된다. 이러한 입상물은, 프리히터(21)로의 투입구(29)(투입 위치)로부터 가소로(22)까지 이동하는 동안에, 시멘트 원료와 함께 가소로(22)로의 투입 온도(약 850 ℃ ~ 900 ℃)까지 승온된다.
특허문헌 1, 2와 같이 800 ℃ 이상의 영역에 투입되는 종래의 경우와 비교하여, 본원 발명에서는 입상물의 프리히터(21)에서 체류 시간이 길고, 충분히 예열된 후 가소로(22)로 투입된다. 따라서, 가소로(22)에 저온물이 투입되는 것에 기인하는 연소 상태의 흐트러짐이나 연료 소비량의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 상기 종래의 경우와 비교하여, 프리히터(21)로의 투입구(29)(투입 위치)에서 분위기 온도와 입상물의 온도차가 작다. 따라서, 입상물의 투입구(29) 근방에서 국소적인 온도 저하를 억제할 수 있고, 내화 피복의 수명의 저하나 코칭의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 슬러지를 시멘트 원료의 일부 및 연료로서 이용하는 시멘트 제조 시스템(100)에서, 시스템의 운전의 안정화에 기여할 수 있다.
본 실시예에 따른 시멘트 제조 시스템(100)에서, 프리히터(21)는 가소로(22)로부터 상방을 향하여 직렬로 접속된 3 단 이상의 사이클론 유닛(U1~U5)을 구비한다. 사이클론 유닛(U1~U5) 각각은 사이클론(C1~C5)과, 사이클론(C1~C5)에 기류를 도입하는 덕트(D1~D5)와, 사이클론(C1~C5)에서 기류로부터 분리된 고체를 그보다 하단의 사이클론 유닛(U1 ~U4)의 덕트(D1~D4), 가소로(22), 및 소성로(23) 중 적어도 1개로 보내는 배관(B1~B5)을 구비한다.
투입구(29)는, 프리히터(21)에서의 체류 시간을 길게 하는 관점에서, 프리히터(21)의 600 ℃ 이상의 온도 영역 중 더 상단의 사이클론 유닛(U)의 덕트(D)에 설치되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시예에서는, 아래로부터 3단째의 사이클론 유닛(U3)의 덕트(D3)의 유입구 근방에 투입구(29)가 설치되어 있다. 다만, 아래로부터 2단째의 사이클론 유닛(U2)의 덕트(D2)에 유입하는 배기의 온도는 약 850 ℃이지만 직후에 온도가 저하되어 800 ℃ 미만이 되기 때문에, 덕트(D2)에 투입구(29)가 설치되어도 좋다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 시멘트 제조 시스템(100)에서는, 아래로부터 2단째 및 3단째의 사이클론 유닛(U2, U3)의 덕트(D2, D3) 중 적어도 한 쪽에 투입구(29)가 설치되어 있어도 좋다. 다시 말해서, 아래로부터 2단째 및 3단째의 사이클론 유닛(U2, U3)의 덕트(D2, D3) 중 적어도 한 쪽에 입상물이 투입되어도 좋다. 다만, 투입구(29)의 위치는 시멘트 제조 시스템(100)의 프리히터(21)마다 적절히 조정될 수 있다.
건조 슬러지를 포함하는 입상물이 프리히터(21)의 600 ℃ 미만의 온도 영역에 투입되면, 입상물에 포함되는 슬러지로부터 생기는 악취가 열로 분해되지 않고 소성 장치 배기가스 라인(9)으로 배출된다. 따라서, 소성 장치 배기가스 라인(9)에 악취를 분해하기 위한 장치가 필요하다. 또한, 프리히터(21)의 800 ℃ 이상의 온도 영역은, 즉, 가소로(22)와 최하단의 사이클론(C1)을 접속하는 제1 덕트(D1)로 대략 특정된다. 건조 슬러지를 포함하는 입상물이 프리히터(21)의 제1덕트(D1)에 투입되면, 입상물은 프리히터(21) 중 제1 사이클론 유닛(U1)만 통과하기 때문에 충분히 승온하지 않을 우려가 있어, 입상물의 투입구(29) 근방에서의 국소적인 온도 저하를 억제하는 것은 어렵다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명하였지만, 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위에서, 상기 실시형태의 구체적인 구조 및/또는 기능의 상세를 변경한 것도 본 발명에 포함될 수 있다.
2: 시멘트 소성 장치
3: 에어 ??칭 쿨러
4: 쿨러 배열 라인
5: 혼합장치
6: 건조기
7: 건조기 배기가스 라인
8: 혼성물 공급 라인
9: 소성 장치 배기가스 라인
21: 서스펜션 프리히터
22: 가소로
23: 소성로
25: 가소로 버너
26: 버너
28: 시멘트 원료 공급구
29: 투입구
32:: 클링커 컨베이어
41: 가소로용 추기 덕트
42: 고온 배열 라인
43: 저온 배열 라인
45: 보일러
45a: 배기가스 라인
46: 집진기
47: 배풍 팬
48: 굴뚝
51: 시멘트 원료 호퍼
52: 탈수 슬러지 호퍼
53: 혼합기
55: 시멘트 원료 조량 장치
56: 슬러지 조량 장치
57: 제어 장치
61: 건조용 가스 공급 라인
71: 집진기
72: 배풍 팬
74: 송풍 팬
81: 반송기
82: 반송기
83: 혼성물 호퍼
84: 반송 라인
91: 보일러
92: 배풍 팬
93: 원료 밀
94: 집진기
95: 배풍 팬
96: 굴뚝
100: 시멘트 제조 시스템
B, B1 ~ B5: 배관
C, C1 ~ C5: 사이클론
D, D1 ~ D5: 덕트
U, U1 ~ U5: 사이클론 유닛
3: 에어 ??칭 쿨러
4: 쿨러 배열 라인
5: 혼합장치
6: 건조기
7: 건조기 배기가스 라인
8: 혼성물 공급 라인
9: 소성 장치 배기가스 라인
21: 서스펜션 프리히터
22: 가소로
23: 소성로
25: 가소로 버너
26: 버너
28: 시멘트 원료 공급구
29: 투입구
32:: 클링커 컨베이어
41: 가소로용 추기 덕트
42: 고온 배열 라인
43: 저온 배열 라인
45: 보일러
45a: 배기가스 라인
46: 집진기
47: 배풍 팬
48: 굴뚝
51: 시멘트 원료 호퍼
52: 탈수 슬러지 호퍼
53: 혼합기
55: 시멘트 원료 조량 장치
56: 슬러지 조량 장치
57: 제어 장치
61: 건조용 가스 공급 라인
71: 집진기
72: 배풍 팬
74: 송풍 팬
81: 반송기
82: 반송기
83: 혼성물 호퍼
84: 반송 라인
91: 보일러
92: 배풍 팬
93: 원료 밀
94: 집진기
95: 배풍 팬
96: 굴뚝
100: 시멘트 제조 시스템
B, B1 ~ B5: 배관
C, C1 ~ C5: 사이클론
D, D1 ~ D5: 덕트
U, U1 ~ U5: 사이클론 유닛
Claims (6)
- 시멘트 원료를 예열하는 서스펜션 프리히터, 예열된 상기 시멘트 원료를 가소하는 가소로, 및 가소된 상기 시멘트 원료를 소성하는 소성로를 구비하는 시멘트 제조 시스템을 이용하여 슬러지를 처리하는 방법으로서,
건조 슬러지를 포함하는 입상물을, 상기 서스펜션 프리히터의 600 ℃ 이상 750 ℃ 미만의 온도 영역에 투입하여, 상기 건조 슬러지를 시멘트 원료 및 연료로서 사용하는 것을 특징으로 하는 슬러지의 처리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 서스펜션 프리히터는, 상기 가소로로부터 상방을 향해 직렬적으로 접속된 3단 이상의 사이클론 유닛을 구비하고,
상기 사이클론 유닛 각각은 사이클론과, 상기 사이클론에 기류를 도입하는 덕트와, 상기 사이클론에서 상기 기류로부터 분리된 고체를 그보다 하단의 상기 사이클론 유닛의 상기 덕트, 상기 가소로 및 상기 소성로 중 적어도 하나로 보내는 배관을 구비하고,
아래로부터 2단째 및 3단째의 상기 사이클론 유닛의 상기 덕트 중 적어도 한쪽에 상기 입상물을 투입하는 것을 특징으로 하는 슬러지의 처리 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 입상물이, 상기 건조 슬러지와 상기 시멘트 원료의 혼성물인 것을 특징으로 하는 슬러지의 처리 방법. - 시멘트 원료를 예열하는 서스펜션 프리히터, 예열된 상기 시멘트 원료를 가소하는 가소로, 및 가소된 상기 시멘트 원료를 소성하는 소성로를 구비하고,
상기 서스펜션 프리히터는, 600 ℃ 이상 750 ℃ 미만의 온도 영역에 건조 슬러지를 포함하는 입상물을 투입하는 적어도 1개의 투입구를 구비하는 것을 특징으로 하는 시멘트 제조 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 서스펜션 프리히터는, 상기 가소로로부터 상방을 향해 직렬적으로 접속된 3단 이상의 사이클론 유닛을 구비하고,
상기 사이클론 유닛 각각은 사이클론과, 상기 사이클론에 기류를 도입하는 덕트와, 상기 사이클론에서 상기 기류로부터 분리된 고체를 그보다 하단의 상기 사이클론 유닛의 상기 덕트, 상기 가소로 및 상기 소성로 중 적어도 하나로 보내는 배관을 구비하고,
아래로부터 2단째 및 3단째의 상기 사이클론 유닛의 상기 덕트 중 적어도 한쪽에 상기 투입구과 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 시멘트 제조 시스템. - 제4항 또는 제5항에 있어서,
탈수 슬러지와 시멘트 원료를 혼합하여 입상의 혼성물을 얻는 혼합 장치와,
상기 혼성물을 건조하는 건조기와,
상기 건조기에서 건조된 상기 혼성물을 상기 입상물로서 상기 투입구로 반송하는 반송 라인을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시멘트 제조 시스템.
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