KR19990082099A - 미립자 물질을 연속처리하기 위한 방법과 이를 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다음과 같이 구성된 장치에서 시멘트원료와 같은 미립자물질을 연속적으로 처리하기 위한 방법에 관한 것으로, 특히, 상기 장치는 분출층으로서 형성된 적어도 하나의 고정 반응기(6)를 구비하되, 상기 미립자물질은 이 반응기로 공급되어, 중앙으로 정렬된 가스주입구(21)를 통해 반응기(6) 바닥에서 주입되어 이 반응기(6)를 통과하여 위쪽으로 흐르는 가스에 의한 부유층에서 처리되고, 상기 물질은 반응기(6) 바닥에서 개방된 가스주입구(21)를 통해 이 반응기로부터 배출되게 된다. 상기 반응기(6, 21)의 치수 및 작동변수와, 이와 연결된 장치(8a)의 체적은 작동중 전체 층이 소정의 진폭조절방식으로 반응기(6)에서 상하로 맥동을 일으키도록 설정되고 조절되되, 물질층이 가장 아래쪽에 위치해 있을 때 새로운 공급물질의 양과 일치하는 양의 물질층이 가스유동속도가 입자층을 부유시키기 위해 요구되는 최소속도보다 느려지게 되는 분리부(22)로 이송됨으로써, 물질층의 양이 가스유동을 통해 반응기 밖으로 떨어지도록 하는 진폭으로 맥동이 일어나도록 된 것이다.

Description

미립자 물질을 연속처리하기 위한 방법과 이를 위한 장치

종래에는 이러한 방법으로 본 출원인의 유럽특허 제 380878호(EP-B-0380878)에 게재된 바와 같이, 예정된 한계를 초과하는 크기를 갖는 연소완료된 클링커 입자들이 중력의 영향에 의해 부유가스에 대해 역류하면서 가스주입구를 통과하게 하는 방식으로 고정 반응기로부터 연속적인 배출이 일어나게 된다.

그러나 이러한 배출방법은 물질공급률이 자동으로 물질배출률과 일치하게 되지 않기 때문에 반응기 내에 바람직한 양의 물질이 확실하게 유지되지 못한다는 문제점이 있었다. 따라서, 이러한 배출방법을 이용한 장치에 있어서, 반응기와 에너지 특성상 반응기에서 적절한 클링커 보유시간을 확보하기가 어렵게 된다. 실제로 이 방법에서는 어떤 조건하에서 층들의 모든 부분 또는 바람직하지 않게 많은 부분들이 한꺼번에 당겨져서 반응기가 완전히 또는 부분적으로 배출되어 버리게 되거나, 반응기에서 위쪽으로 팽창되어 버리게 된다. 또한, 본 발명은 층에 있는 입자들의 무게가 연속적으로 증가하는 반응과정에서만 이용될 수 있다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 반응기에서 바람직한 양의 물질이 지속적으로 유지될 수 있도록 된 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 다음과 같이 구성된 장치에서 시멘트원료와 같은 미립자물질을 연속적으로 처리하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 장치는 분출층으로서 형성된 적어도 하나의 고정 반응기를 구비하되, 상기 미립자물질은 이 반응기로 공급되어, 중앙으로 정렬된 가스주입구를 통해 반응기 바닥에서 주입되어 이 반응기를 통과하여 위쪽으로 흐르는 가스에 의한 부유층에서 처리되고, 상기 물질은 반응기 바닥에서 가스유동과 반대로 중력 하에서 가스주입구를 통해 이 반응기로부터 배출되게 된다. 또한, 본 발명은 이러한 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이기도 하다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 실시예를 나타내는 측면도,

도 2는 도 1의 장치 중 일부분을 확대하여 나타낸 부분 단면도이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 상기 반응기의 치수와 작동범위 및 연결된 장치의 여유체적은 작동중 전체 층이 소정의 진폭조절방식으로 반응기에서 상하로 맥동을 일으키도록 설정되고 조절되되, 물질층이 가장 아래쪽에 위치해 있을 때 새로운 공급물질의 양과 일치하는 양의 물질층이 가스유동속도가 입자층을 부유시키기 위해 요구되는 최소속도보다 느려지게 되는 분리부로 이송됨으로써, 물질층의 양이 가스유동을 통해 반응기 밖으로 떨어지도록 하는 진폭으로 맥동이 일어나도록 된 것을 특징으로 하고 있다.

앞서 설명한 것과 같은 종류의 시험 장치에서 본 출원인이 시험해 본 결과, 시멘트클링커의 일부가 이 클링커입자가 오로지 중력에 의해 부유가스유동을 이기기 위한 충분한 크기를 갖기 훨씬 이전에 반응기로부터 배출되어짐을 알 수 있었다. 또한, 약 50%에 달하는 가스속도의 변화는 반응기로부터 배출되는 클링커입자의 크기에 적당한 영향만을 미치는 것으로 나타났다.

더 상세하게 검사해본 결과, 반응기로부터의 클링커 배출은 간헐적으로 이루어지며, 그와 동시에 가스주입구의 부근에서 전체 층 또는 층의 일부는 반응기에서 위아래로 약동한다. 또한, 반응기로부터 배출된 물질의 입자크기 분포는 근본적으로 반응기에 보유된 물질의 입자크기 분포와 동일하다.

따라서, 부유층은 반응기에서 위아래로 맥동이 일어나게 될 수 있음을 알 수 있고, 이러한 방식으로 상기 클링커는 반응기로부터 배출될 수 있게 된다.

분출층과 같은 부유층에서의 맥동은 당해 분야에서 전문가들에게 이미 공지되어 있는 것이지만, 현재까지 이 맥동은 바람직하게는 방지되어야 할 현상에 지나지 않았다. 또한, 전문 문헌에서도 맥동의 근원적인 원인을 규명하기 위한 어떠한 상세한 연구도 이루어지지 않았음을 알 수 있다. 이에 비하여 맥동을 방지하기 위해 이용될 수 있는 적절한 방법은 수없이 많이 공지되어 있다.

본 출원인에 의해 수행된 시험에 의하면, 맥동은 많은 상호작용 요소들에 의해 이루어짐이 나타났는데, 이러한 작용관계에서, 특히 중요한 요소는 부유층의 무게와, 반응기와 이와 연결된 장치에 있는 층 위,아래에 있는 공기체적으로부터 야기되는 탄성력 및 관성력 사이의 관계이다. 층의 운동에 관한 또 다른 결정요소는 팬의 특성과, 가스주입구의 치수, 반응기의 원추형상부의 각도 및, 평균가스유동률, 평균가스속도, 물질속도 및 반응기와 가스주입덕트온도와 같은 작동변수들이다.

상기 요소들을 적절히 선택하고 조절함으로써 당해 분야의 어떠한 전문가도 바람직한 맥동특성을 갖는 안정된 작동모드를 이룰 수가 있다.

예컨대, 연결된 장치들의 공기체적을 바람직한 부유층과 가스유동에 적용시킴으로써 부유층의 맥동 진동수와 진폭이 조절될 수 있는데, 상기 진폭은, 층이 가장 낮은 위치에 있을 때 가스유동속도가 층 입자를 부유시키는데 필요한 최소속도보다 느려지게 되는 지역으로 물질층의 바람직한 부분이 이송되고, 이로써 물질층이 반응기로부터 가스유동을 통해 떨어지기 위해 요구되는 정확한 크기를 갖게 된다. 상기 진폭은 부유층의 질량이 증가함에 따라 증가하게 되고, 이러한 방식으로 반응기로부터 배출되는 물질의 양도 부유층의 질량이 증가함에 따라 증가하게 될 것이다. 따라서, 부유층의 질량은 매우 한정된 범위 내에서 안정화되며, 선택된 작동변수로 스스로 조절된다.

따라서 본 발명에 따르면, 물질공급률의 변화가 자동으로 물질배출률의 변화가 유사해지게 되도록 바람직한 양의 물질이 반응기 내에 지속적으로 유지될 수 있게 되는데, 이로 인해 종래방법에 비하여 반응기에 물질을 보유하는 시간을 제어하기가 더 용이하게 되고, 이에 따라 더 일정한 물질보유시간을 확보하게 되어 반응 및 에너지 특성을 최적화할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 방법은 층에 있는 입자의 어떠한 지속적인 무게증가도 일어나지 않는 공정을 위해 이용될 수도 있다.

실제로 반응기의 치수와 작동변수 및 이와 연결된 장치의 체적은 개별적으로 또는 상호결합식으로 가변적인 조정변수로 이용될 수 있다.

따라서, 작업자는 반응기의 가스주입덕트의 종방향 및/또는 직경방향 치수를 조절할 수가 있으며, 이는 바람직한 치수를 갖고서 주입덕트에 설치되는 하나 또는 여러 개의 삽입부에 의해 시동되기 이전에 가장 단순하게 실행될 수 있지만, 가변적인 길이 및/또는 직경을 갖는 삽입부와 같은 수단을 이용함으로써 작동중에도 실행될 수 있다. 실제로 가스주입구의 길이와 직경 사이의 비율이 0.5-6.0인 범위내에서 조절되는 것이 바람직한 것으로 판명되었다.

또한, 작업자는 평균가스질량유동률과, 평균가스속도, 물질유동, 반응기온도 및 주입덕트온도와 같은 작동변수들 중 적어도 하나를 작동중에 조절하기 위해 선택할 수 있는데, 만약 평균가스속도가 조절변수로 선택된다면, 이 속도는 가스주입구의 가장 협소한 부분에서 반응기로부더 배출되는 물질의 평균크기 입자의 종료속도의 1 내지 10배의 범위 내에서 조절되어야 한다.

통상적으로, 반응기는 더 큰 설비의 일부로서 통합되며, 이 설비에서 반응기는 직접 다른 장치들과 연결되고, 이런 경우 반응기에서의 층의 맥동은 작동중 적어도 하나의 연결된 장치의 체적을 조절함으로써 조절될 수도 있다. 따라서, 바람직한 맥동특성을 얻을 수 있도록 맥동 진폭과 진동수에 영향을 미치는 특별한 장치의 탄성력을 조절하는 것이 가능하다.

어떤 경우에 있어서는, 통상적으로 반응기에서 배출되는 물질의 가장 미세한 단편이 반응기로 재순환될 수 있는 것이 바람직한데, 이는 반응기에서 이 물질의 단편을 보유하는 시간이 부적절한 것으로 간주된다면 바람직할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에 의하면, 반응기로부터 배출되는 물질을 분류하고, 이 분류된 물질의 바람직한 단편을 반응기로 재순환시키는 것이 가능하다. 이 분류작업은 덕트에서의 가스속도가 층에 함유된 물질의 평균크기 입자의 종료속도의 0.1 내지 1배의 범위 내를 유지하면서 부유가스에 대해 역류하는 대체로 수직덕트를 통해 흐르는 물질을 수반하는 공기분리 형태로 이루어진다.

한편, 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이기도 한데, 이 장치는, 적어도 하나의 예비처리장치와, 적어도 하나의 고정 반응기를 구비하되, 이 반응기는 그 하부선단에 원추형의 벽이 형성된 직각의 원통형용기로 이루어지고, 그 바닥은 개방되어, 부유가스는 냉각기로부터 반응기로, 배출된 물질은 반응기로부터 냉각기로 동시에 통과하기 위한 통상의 수직한 중앙의 덕트를 통해 냉각기의 상단부와 직접 연결되며, 예비처리된 물질을 위한 하나 또는 여러 개의 주입구를 구비하도록 된 장치에 있어서, 이 장치는 조절된 방식으로 층의 맥동진폭을 조절하기 위한 조절장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 세 개의 싸이클론단(1, 2, 3)으로 구성된 부유예열기와, 분리싸이클론(5)을 갖춘 소성기(4), 또 다른 분리싸이클론(7)을 갖춘 고정반응기(6) 및, 제 1클링커냉각기(8)와 제 2 클링커냉각기(9)로 이루어진 시멘트클링커를 생산하기 위한 장치를 도시하고 있다.

시멘트 원료는 상기 장치의 주입구(10)로 공급되어 공지된 방식으로 예열싸이클론(1, 2, 3)을 통과하여 덕트(11)를 통해 소성기(4)로 이송되고, 이 소성기는 주입구(12)로 연료를 공급받음과 더불어 반응기(6)의 분리사이클론(7)과 제 2냉각기(9) 양쪽으로부터 덕트(13)를 통해 연소공기를 공급받는다.

예열된 원료는 상기 소성기(4)에서 공지된 방식으로 부유되어 소성되며, 배출가스와 소성된 원료의 부유물은 배출구(5a)를 통해 분리싸이클론(5)으로 이송되고, 이 분리싸이클론으로부터 배출가스가 예열싸이클론(1, 2, 3)으로 상승하게 되고, 이어 이 가스는 가스배출구(14)를 통해 이 장치로부터 배출되게 된다. 또, 분리된 소성된 원료는 분리싸이클론(5)으로부터 덕트(15)와 원료주입구(15a)를 통해 반응기(6)로 이송된다. 또한 이 장치는 소성기(4)를 통과한 예열된 원료의 일부를 직접 반응기(6)의 상단으로 이송시키기 위한 덕트(11a)도 구비하고 있는데, 상기 원료는 분리싸이클론(7)에서의 케이크현상이 방지되도록 상기 반응기에서의 온도를 낮추기 위하여 반응기(6)로부터 안내되어 나온 배출가스와 혼합된다.

상기 원추형 분출층으로 형성된 반응기(6)는 제 1냉각기(8)로부터 덕트(16)를 통하여 연소 및 부유공기를 공급받으며, 주입구(17)를 통해 연료를 공급받는다. 연소완료된 클링커는 반응기(6)로부터 배출되어 냉각팬(18)에 의해 냉각기(8)를 통하여 공급되고 또 이 냉각기(8)로도 공급되는 냉각공기에 대해 역류면서 덕트(16)를 통해 냉각기(8)에 이송되고, 이어 클링커는 상기 제 1냉각기(8)로부터 덕트(19)를 통하여 팬(20)에 의해 냉각공기가 공급되는 제 2냉각기(9)로 이송된다.

상기 덕트(16)는 반응기에 근접한 가스주입구(21)와 그 하부에 위치하여 큰 단면적을 갖는 분리부(22)로 이루어져 있고, 원칙적으로 상기 덕트는 임의의 단면적으로 형성될 수 있지만 통상 대체로 원형으로 형성된다.

상기 반응기(6)의 치수와 작동범위 및, 하부에 위치한 냉각기(8)의 여유체적(8a; freeboard volume)과 같은 연결된 장치의 체적은 장치를 시동하기 전에 선택되어 작동중 냉각기(6)에서 층의 상승 및 하강맥동이 확실하게 일어나도록 이전의 경험에 근거하여 의도된 작동이 수행되게 된다. 시동할 때와 바람직하게는 작동중 연속단계에서, 가스 유동속도가 입자층을 부유시키기 위해 요구되는 최소속도보다 느려지게 되는 덕트(16)의 분리부(22)에 물질 층의 원하는 부분이 이송되어져 반응기(6) 밖으로 가스유동을 통해 물질 층이 떨어지는데 반하여 상기 층의 잔류부는 반응기(6)로 다시 올라가게 되어지는 정도로 각각의 맥동주기에 대해 층이 아래쪽으로 이동하도록 맥동진폭이 조절된다.

도 2는 층의 맥동을 조절하기 위해 이용되는 수단의 예를 도시하고 있는 바, 가스주입구(21)의 길이는 이 가스주입구(21)에 포개어 끼울 수 있게 설치되고, 이중활살표(23a)로 도시된 것과 같이 상하 양쪽으로 변위될 수 있는 파이프(23)에 의해 일정하게 유지될 수 있다. 작동온도가 도시된 장치와는 대조적으로 낮은 장치에서 상기 가스주입구(21)의 직경은 예컨대 도시되지 않은 주름관수단에 의해 조절된다.

또한, 냉각기(8)의 여유체적(8a)을 조절하기 위한 여러 가지 방법들이 이용되고 있는 바, 예를 들어 냉각기의 격자바닥(24)은 도면에 이중화살표(25)로 도시된 것과 같이 상승 및 하강될 수 있거나, 충전부재(26)가 이중화살표(27)로 도시된 것과 같이 냉각기(8)의 안팎으로 이동될 수 있다. 또 다른 방법으로는 공급률에 대해 배출률을 조절함으로써 냉각기(8)에서 클링커 체적을 조절하게 한다. 한편, 덕트(16)와 반응기(6)를 통해 상승하는 가스유동과 가스 유동속도는 냉각팬(18)에 의해 조절될 수 있는 반면에, 반응기(6)의 물질흐름은 덕트(10, 11, 11a)에서의 물질흐름을 조절함으로써 조절될 수 있다. 반응기 온도는 주입구(17)를 통과하는 연료공급을 조절함으로써 조절될 수 있는 반면에, 가스주입덕트(16)의 온도는 냉각공기를 추가하거나 냉각기 여유체적(8a) 또는 적당한 덕트에서 각각 연료를 가열함으로써 조절될 수 있다.

본 발명에 따른 장치에는 병렬로 설치된 여러 개의 반응기(6)들이 형성될 수 있는 바, 이 반응기(6)들은 개별 예비처리장치들과 개별적으로 연결될 수 있는데, 여러 개의 예비처리장치들과 집단으로 연결되거나, 하나의 예비처리장치에 일대일로 연결될 수도 있다. 또한 상기 반응기(6)들은 개별 사후처리장치에 개별적으로 연결될 수 있는데, 여러 개의 사후처리장치와 집단으로 연결되거나 하나의 사후처리장치에 일대일로 연결될 수 있다. 바람직한 실시예에서 반응기(6)들은 하나의 동일한 예비처리장치와 개별적인 사후처리장치들과 연결된다.

본 발명은 시멘트원료와 같은 미립자물질을 연속적으로 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 반응기에서 바람직한 양의 물질이 지속적으로 유지될 수 있도록 된 방법 및 장치를 제공한다.

Claims (13)

1. 미립자물질이 반응기(6)로 공급되어, 이 반응기(6)에 중앙으로 배치된 가스주입구(21)를 통해 반응기(6) 바닥에서 주입되면서 이 반응기(6)를 거쳐 위쪽으로 흐르는 가스에 의하여 부유층에서 처리되고, 반응기(6) 바닥에서 가스유동과 반대로 중력 하에서 가스주입구(21)를 통해 배출되도록 이루어진, 분출층으로 형성된 적어도 하나의 고정 반응기(6)를 갖춘 장치 내에서 시멘트 소성재료인 미립자물질을 연속적으로 처리하는 방법에 있어서,

   상기 반응기(6) 및 가스주입구(21)의 치수와 작동범위 및, 연결된 장치의 여유체적(8a)은 작동중 전체 층이 소정의 진폭조절방식으로 반응기(6)에서 상하로 맥동을 일으키도록 설정되고 조절되되, 물질층이 가장 아래쪽에 위치해 있을 때 새로운 공급물질의 양과 일치하는 양의 물질층이 가스유동속도가 입자층을 부유시키기 위해 요구되는 최소속도보다 느려지게 되는 분리부(22)로 이송됨으로써, 물질층의 양이 가스유동을 통해 반응기 밖으로 떨어지도록 하는 진폭으로 맥동이 일어나도록 된 시멘트원료와 같은 미립자물질을 연속으로 처리하기 위한 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 반응기(6)의 가스주입구(21)의 종방향 및/또는 직경방향의 치수는 작동중에 조절되는 것을 특징으로 하는 미립자물질을 연속으로 처리하기 위한 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 가스주입구(21)의 직경에 대한 길이의 비율은 0.5 -6.0의 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 미립자물질을 연속으로 처리하기 위한 방법.
4. 제 1항에 있어서, 평균가스속도와 평균가스질량 유동비, 물질유동, 반응기 온도 및, 가스주입덕트 온도와 같은 작동변수들 중 적어도 하나가 작동중 조절되는 것을 특징으로 하는 미립자물질을 연속으로 처리하기 위한 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 가스주입구(21)의 가장 협소한 부분의 가스속도는 층으로부터 빼내어지는 물질에서의 평균크기의 입자의 종료속도의 1 내지 10배 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 미립자물질을 연속으로 처리하기 위한 방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 반응기에 연결된 적어도 하나의 장치의 여유체적(8a)은 작동중 일정하게 되는 것을 특징으로 하는 미립자물질을 연속으로 처리하기 위한 방법.
7. 제 2항에 있어서, 제 1항 내지 제 6항에 있어서, 상기 반응기(6)로부터 배출된 물질이 분류되고, 이 분류된 물질의 가장 미세한 단편들이 반응기로 재순환되는 것을 특징으로 하는 미립자물질을 연속으로 처리하기 위한 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 분류작동은 대체로 수직한 덕트(22)를 통해 부유가스와 반대로 이송되는 물질을 수반하는 공기분리의 형태로 이루어지되, 이때 덕트에서의 가스속도는 층에 보유된 물질의 평균크기 입자의 종료속도의 0.1 내지 1배의 범위로 유지되도록 된 것을 특징으로 하는 미립자물질을 연속으로 처리하기 위한 방법.
9. 적어도 하나의 예비처리장치(1, 2, 3, 4, 5)와; 적어도 하나의 고정 반응기(6)를 구비하되, 이 반응기(6)는 그 하부선단에 원추형의 벽이 형성된 직각의 원통형용기로 이루어지고, 그 바닥은 개방되어 부유가스는 냉각기(8)로부터 반응기(6)로, 배출된 물질은 반응기(6)로부터 냉각기(8)로 동시에 통과하기 위한 통상의 수직한 중앙의 덕트(16)를 통해 냉각기(8)의 상단부와 직접 연결되며, 예비처리된 물질을 위한 하나 또는 여러 개의 주입구(15a)를 구비하여 이루어진 미립자물질을 연속처리하기 위한 장치에 있어서,

   상기 장치에는 조절된 방식으로 층의 맥동진폭을 조절하기 위하여 조절수단(18, 23, 24, 26)을 구비하는 것을 특징으로 하는 미립자물질을 연속처리하기 위한 장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 조절수단으로 덕트의 가스주입구(21) 길이방향 및/또는 직경방향 치수를 조절하기 위하여 파이프(23)를 구비하는 것을 특징으로 하는 미립자물질을 연속처리하기 위한 장치.
11. 제 9항에 있어서, 조절수단으로 반응기(6)의 작동변수들을 조절하기 위한 파이프(23)를 구비하는 것을 특징으로 하는 미립자물질을 연속처리하기 위한 장치.
12. 제 9항에 있어서, 상기 조절수단으로 반응기와 연결된 적어도 하나의 장치의 여유체적(8a)을 조절하기 위한 격자바닥(24)과 충전부재(26)를 구비하는 것을 특징으로 하는 미립자물질을 연속처리하기 위한 장치.
13. 제 9항 내지 제 12항에 있어서, 상기 덕트(16)의 가스주입구(21) 아래에는 직경에 대한 길이의 비율이 1 내지 10인 분리부(22)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미립자물질을 연속처리하기 위한 장치.