KR20010015905A - 시멘트 제조용 킬른 설비 및 시멘트 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘트 제조용 킬른 설비 및 시멘트 제조방법에 관한 것이다. 킬른 설비는 클링커를 연소하기 위한 킬른, 냉각기, 후속적인 분리 사이클론을 갖춘하소기 및 냉각기로부터 삼차 공기가 접선 방향으로 공급되는 연소격실로 이루어진다. 완전히 또는 부분적으로 하소된 물질은 연소격실의 저부로부터 하소기로 보내지며, 킬른으로부터 배기 가스가 또한 그곳으로 배출된다.

본 발명의 목적은 시멘트 제조용 킬른 설비 및 시멘트 제조 방법을 제공하는 것이다. 킬른 설비는 비교적 단순한 구조이며, 하소 영역에서 펫콕(petcoke), 무연탄 및 가스 함량이 낮은 기타 등급의 석탄 등의 반응성이 낮은 연료를 연소하는데 유리하다.

본 발명의 목적은, 버너 끝 밑에 그리고 접선 유입구의 상부 변부 위에 위치한 연소 격실의 내용적의 상부의 높이 h₁-h₂가 적어도 ⅓D 이고, 여기서 D는 높이 h₁-h₂와 연소격실의 상부 용적과 동일한 용적을 갖는 실린더의 직경이고, 접선 유입구의 하부 변부와 연소격실의 출구 사이에 위치한 연소 격실의 내용적의 하부의 높이, h₃-h₄가 적어도 D가 되도록 연소 격실의 접선 유입구를 위치시켜 달성한다. 연소 격실의 내용적의 상부의 높이, h₁-h₂는 적어도 ⅔D 이고, 연소격실의 내용적의 하부의 높이, h₃-h₄는 적어도 D인 것이 바람직하다.

Description

시멘트 제조용 킬른 설비 및 시멘트 제조방법{KILN PLANT AND METHOD FOR MANUFACTURING CEMENT}

냉각기로부터 삼차 공기를 독점적으로 공급받는 추가의 연소 격실을 갖춘 하소 영역을 조립함으로써 여러가지 이점을 얻을 수 있다는 것이 확인되었다.

이런 유형의 설비는 본 발명자들에 의한 EP-A-103423에 기재되어 있다. 이 특허에는 시멘트 원료를 하소하기 위한 설비(SLC-S)가 기재되어 있는데, 여기서 하소기에서 사용되는 연료의 완전 연소 달성에 본래의 어려움에 대하여 적당한 공차(due allowance)를 만들어준다. 이 설비에서 원료는 예열된 후 연소 격실(4)로 공급되며, 여기서 상기 원료는 냉각기(2)로부터의 열풍 중에서 하소된다. 냉각기로부터의 삼차 공기는 연소 격실(4)의 저부를 통해 중심부에서 위로 흐르는데, 이것은 연소 격실의 중앙부에는 상류가 있고 연소 격실의 측면에는 하류가 있다는 것을 의미한다. 원료는 연소 격실의 하부 단부에서 공급되고, 분배되어 연소 격실의 전장(全長) 전체에서 만나게 되는 난류의 작용을 받는다.

US-A-4,014,641에는 시멘트 원료의 하소용 설비가 기재되어 있는데, 여기서 킬른의 배기가스 중의 산화질소의 양은 환원 가스가 공급되는 킬른 배출관 내에 영역이 생성됨에 따라 감소한다. 냉각기로부터의 열풍 및 킬른으로부터의 고온 가스는 각각 덕트(5)와 덕트(13)를 통해 사이클론 예열기(14, 15, 16, 17)로 보내지며, 여기서 원료는 냉각기 및 킬른으로 부터 고온 가스로의 역류 중에서 예열된다. 냉각기로 부터 공급관(5) 아래에 위치하는 킬른 배출관의 영역에서, 덕트(12)를 통해 환원가스가 도입 됨에 의해 환원 조건이 생성된다. 하소기로 공급되는 공기 부피가 하소기 중의 연료를 기화하는데는 충분하지만 하소기 중의 연료를 완전 연소하기에는 충분하지 않기 때문에 하소기(8)중에 환원 가스가 형성된다(col. 4, lin.1-5). 이 설비의 결점은 펫콕(petcoke), 무연탄 및 가스 함량이 낮은 기타 등급의 석탄 등과 같은, 발화하기 어렵고, 늦게 타는 연료를 하소기에서 사용할 수 없는 것인데, 왜냐하면 이러한 연료는 실질적으로 연소되지 않은 코크스 잔류물을 생성하고, 이 잔류물은 침전되어 회전 킬른으로 옮겨진 후에 유황 방출 및 케이킹(caking)의 형성과 같은 문제를 발생시키기 때문이다.

US-A-5,364,265에는 또 다른 하소 시스템이 기재되어 있는데, 여기서 NO_X방출은 연소 격실(20)에서 일산화탄소(CO) 및 수소가스(H₂)와 같은 환원가스의 형성에 의해 제한된다. 이 공정 중 연소 격실에서 형성된 코크스는 상당히 독특한 반응 특성을 나타낸다. 그러나, 이 방법의 최적화를 달성하는 것은 매우 적은 변수만이 작동 중에 조절될 수 있기 때문에 최소 NO_X방출을 보장하는 면에서 비교적 어렵다. 연소 격실에서 연소 공정은 가공하지 않은 밀(meal)의 원하는 하소 정도에 전적으로 의존한다. 이와 동시에, 설비 구조의 복잡성은 비교적 높다.

본 발명은 시멘트 제조용 킬른 설비 및 시멘트 제조 방법에 관한 것이다. 킬른 설비는 클링커를 연소하기 위한 킬른, 냉각기, 분리 사이클론이 연결된 하소기 및 냉각기로부터 삼차 공기가 접선 방향으로 공급되는 연소 격실로 이루어진다. 완전히 또는 부분적으로 하소된 물질은 연소 격실의 저부로부터 하소기로 보내지며, 킬른으로부터의 배기 가스가 또한 그곳으로 배출된다.

도 1은 본 발명에 따르는 킬른 설비의 한 예를 나타내는 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따르는 연소 격실의 상세한 구현예를 나타내는 부분 상세도이다.

본 발명자들의 국제 특허 출원 제 PCT/DK97/00029호에는 설비로부터 NO_X의 방출율을 감소시키는 방법이 기재되어 있다. 본 발명의 목적은 비교적 낮은 온도를 갖는 영역에서 펫콕, 무연탄 및 가스 함량이 낮은 기타 등급의 석탄과 같은 반응성이 낮은 연료를 사용하는 선택을 제공하는 동시에, NO_X방출율이 감소된 킬른 설비의 작동방법을 제공하는 것이다. 이러한 목적은 배기 가스가 방출되는 영역으로 부터 배기 가스 중의 NO 함량의 최소화를 보장해주는 방법으로, 두개의 다른 영역으로부터 하나의 영역으로 공급되는 배기 가스로 세개의 다른 영역 중의 연료 입력률을 조정해서 얻어진다.

본 발명의 목적은 시멘트 제조용 킬른 설비 및 시멘트 제조방법을 제공하는 것이다. 킬른 설비는 비교적 단순화된 구조이며, 일반적으로 온도가 낮은 수준인 하소 영역에서 펫콕, 무연탄 및 가스 함량이 낮은 기타 등급의 석탄등의 반응성이 낮은 연료를 유리하게 연소할 수 있다.

본 발명에 따르면, 킬른, 냉각기, 후속적인 분리 사이클론을 갖는 하소기, 그의 상부에 중심 버너를 설치한 연소 격실로 구성되고, 덕트를 거쳐 냉각기로부터 연소 격실로, 버너 밑에 접선 유입구를 통해 고온 가스가 공급되며, 상기 덕트에 가공하지 않은 밀의 유입구를 형성하고, 연소 격실의 하부에 하소기의 연결부와 킬른으로부터 하소기로 배기가스를 통과시키는 제 2 연결부을 설치한 킬른설비에 있어서, 버너의 끝과 냉각기로부터 고온 가스의 유입구의 최상부 지점인 접선 유입구의 상부 변부 사이에 위치한, 연소 격실의 내용적 상부의 높이 h₁-h₂가 적어도 ⅓ D이고, 여기서 D는 높이 h₁-h₂와 연소 격실의 내용적의 상부와 동일한 용적을 갖는 실린더의 직경을 나타내며; 냉각기로부터 고온 가스의 유입구의 최하부 지점인 접선유입구의 하부 변부와 연소격실의 출구 사이에 위치한 연소격실의 내용적의 하부 높이, h₃-h₄가 적어도 D인 것을 특징으로 한다.

그러므로 상기의 목적은, 연소격실이 원통형일 경우, 버너 끝 밑과 접선 유입구의 상부 변부 위에 위치한 연소격실의 내용적의 상부의 높이, h₁-h₂가 적어도 ⅓D 이고, 접선 유입구의 저부 변부와 연소격실의 출구 사이에 위치한 연소격실 내용적의 하부의 높이, h₃-h₄가 적어도 D가 되도록 연소격실의 접선 유입구를 위치시켜서 달성한다. 바람직하게, 연소격실의 내용적의 상부 높이(h₁-h₂)는 적어도 ⅔D 이어야 하며, 연소격실 내용적의 하부 높이(h₃-h₄)는 적어도 3/2 D 이어야 한다.

이것은 고온이며 및 원료 함량이 낮은 공간이 원료 현탁액의 접선 유입구 위에 생성되는 결과를 초래할 것이다. 이것은 저비용 및 가스부족 등급 석탄의 점화 및 연소특성을 확실히 향상 시킬 것이다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 설비에서 시멘트를 제조하는 방법을 포함하며, 여기서 원료는 예열시킨 후 그 상부에 중심버너가 설치된 연소격실에서 적어도 부분적으로 하소시키고; 원료는 냉각기로 부터 나오는 고온 가스 중에 현탁되어 접선 유입구를 통해 연소격실로 공급되고; 부분적으로 하소된 물질은 연소격실의 하부에서 연결부를 통해 하소기로 통과되며, 가스/원료 현탁액은 하소기로부터 분리 사이클론으로 통과하고, 여기서 가스와 물질의 분리가 일어나며, 킬른으로부터 배기가스는 제 2 덕트를 통해 하소기로 향하게 하는 방법에 있어서, 버너의 끝과 냉각기로 부터 나오는 고온 가스의 유입구의 최상부 지점인 접선 유입구의 상부 변부 사이에 위치한, 연소격실의 내용적 상부의 높이 h₁-h₂가 적어도 ⅓D 이고, 여기서 D는 높이 h₁-h₂와 연소격실의 내용적의 상부와 동일한 용적을 갖는 실린더의 직경을 나타내며, 냉각기로부터 나오는 고온 가스의 유입구의 최하부 지점인 접선 유입구의 하부 변부와 연소격실의 출구 사이의 위치한 연소격실 내용적의 하부의 높이 h₃-h₄가 적어도 D인 것을 특징으로 한다.

본 발명을 도면과 함께 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 시멘트 클링커 제조용 킬른 설비를 나타낸 것이다. 설비는 1300 ~ 1500 ℃의 온도 범위 내에서 클링커가 연소되는 킬른(1), 하소기(2) 및 연소격실(3)로 이루어지며, 하소기 및 연소격실에서 온도는 800 ℃ 이상이고 특정 영역은 1400 ℃ 만큼 높아질 수 있다. 특정 경우에, 하소기(2)는 킬른(1)으로부터 수직덕트만으로 이루어질 수 있다. 킬른(1) 뒤에는, 클링커 냉각기(4)가 있고, 이 냉각기로 부터 열풍이 덕트(5)를 통해 연소격실(3), 하소기(2 및 8)에 걸쳐있는 하소 영역으로 보내진다. 하소기(2)에 덕트(6)를 통해서 킬른(1)으로 부터 고온 배기가스와 덕트(7)를 통해 연소격실(3)로 부터 부분적으로 하소시킨 물질과 혼합한 고온 배기가스를 공급한다.

하소된 물질은 현탁상태로 하소기(2)로부터 덕트(8)을 통해 분리 사이클론 (9)으로 보내진다. 분리 사이클론(9)에서 가스/원료 현탁액은 하소된 물질의 스트림과 고온 가스의 스트림으로 분리된다. 하소된 원료는 덕트(10)를 통해 회전 킬른(1)으로 향하고, 고온 가스는 덕트(11)를 통해 현탁액 예열기로 향한다.

예열된 원료는 두개의 덕트(14A, 14B)를 통해 하소 영역으로 하향한다. 필요에 따라서, 예열된 원료는 또한 도시하지 않은 덕트를 통해 하소기(2)의 상부로 공급될 수 있다. 덕트(14B)는 원료를 킬른(1)으로 부터 배출되는 배기가스로 안내하여 원료가 하소기(2)를 통과하도록 한다. 덕트(14A)는 원료를 삼차 공기 덕트(5)로 향하게 하여 원료가 연소격실(3)을 통과하도록 한다.

전체 원료 스트림은 조절된 방식으로 두개의 덕트(14A, 14B) 사이로 분배되고, 특정 환경에서는, 예를 들면, 덕트 중 하나에 의해 흐름이 단속(斷續)되는 것이 바람직하다. 이 설비에서, 연료는 버너(15)에 의해 하소기(2)에서, 버너(16)에 의해 연소격실(3)에서 및 버너(17)에 의해 킬른(4)에서 연소될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 연소격실(3)의 상세한 구현예를 나타낸 것으로, 여기서 덕트(14A)로부터 나오는 가공하지 않은 밀이 3차 공기 덕트(5)를 통해 연소 격실(3)로 도입된다.

이 경우에 있어서, 연소격실의 내부 반응기 용적은 원통형이다. 그러나, 상부 반응기 용적의 형태는, 원하는 유동특성을 성취하기 위하여 횡단면적의 크기가 버너의 횡단면적에 비하여 충분해야 하는 것을 제외하고, 특별한 필요조건이 요구되지 않는다. 연소격실의 내용적의 상부는 삼차 공기 덕트의 입구 위에 위치한 부분이고, 도 2에서 이 부분의 높이는 h₁-h₂이다. 연소격실의 내용적의 하부의 높이는 h₃-h₄이고, 이 것은 삼차 공기 덕트의 유입구로부터 연소격실의 하단부에 위치한 출구까지 연장된다. 경험상, 본 발명의 경우와 같이, 상부가 원통형일때 h₁-h₂는 ⅓D 보다 커야하며(여기서, D는 상부의 직경임), 하부는 3/2 D보다 커야 하는 것으로 나타났으며, 이와 같이 함으로써 고온, 체류시간, 및 버너(16)를 통해서 도입되는 가스부족 연료의 연소 효율을 증대시켜주는 혼합물의 조합을 얻을 수 있다.

종래의 설비의 경우와 같이, 가공하지 않은 밀 공급 덕트가 연소 격실 중 가능한 가장 높은 곳에 위치하면, 이것은 기본적으로 격실의 상부 ⅓에서 휘발성분의 함량이 낮은 석탄은 연소되지 않는 것을 수반하며, 이것은 온도가 약 800 ~ 900 ℃ 수준에서 유지되는 것을 의미한다. 그 대신에, 이 위치에서 연소보다 앞선 과정으로 인해 출구에서의 온도는 상승한다. 그 결과, 출구에서의 온도는 1200 ℃ 만큼 높아질 수 있으며, 이 온도는 가공하지 않은 밀의 함량 때문에 케이킹을 발생시킬 수 있다.

삼차 공기 유입구가 낮은 위치에 놓여지기 때문에, 가공하지 않은 밀이 없는 연소격실의 상부에 블랜딩(blending) 및 점화 영역이 생성될 것이다. 버너를 통한 일차 공기의 제트 스트림은 도 2에 나타낸 흐름 패턴을 생성하며, 여기서 연소격실의 중심부에 수직 순환이 있다. 냉각기로부터의 삼차 공기와 기류 중에 현탁된 가공하지 않은 밀이 접선 방향으로 도입되면, 가공하지 않은 밀은 소용돌이 작용에 의해 연소격실의 측면으로 밀리게되고, 연소격실의 중심부에서 수직 순환이 일어나므로, 연소격실의 상부에 있는 가공하지 않은 밀의 함량은 낮은 수준으로 남아 있게 된다. 흐름 패턴의 충돌은 연소 격실의 상부에서 가스 혼합물을 생성시키는데, 이 혼합물 중 일부는 이 때에 때를 맞춰 또는 연소공정의 전 단계에서 침전되고, 다른 일부는 삼차 공기 덕트로부터 직접 산소-함유 기체가 된다. 이 혼합물은 도입되는 냉각 연료의 점화를 유발한다. 실험 설비 중에서 연소격실에서의 석탄 소비는 본 발명에 따른 방법을 실시한 후 약 17 % 감소될 수 있다는 것이 밝혀졌고, 이것은 아마도 석탄 연소 효율의 증대에 기인한 것이라 생각된다.

따라서, 연소 격실에서의 연소는 언제나 21 % 미만의 산소 함량으로 행해진다. 이것은 어느정도 낮은 농도인 NO_X의 생성에 유익한 영향을 미친다. 그러나, 온도 상승은 NO_X의 생성에 영향을 미치는 가장 중요한 요인이다. 따라서, 본 발명에 따른 설비에서, 연료 중의 질소가 NO_X로 전환되는 것에서 성취할 수 있는 전환율은 무연탄과 펫콕를 연소 시킬때 25 % 정도로 낮은 것이 확인되었다. 비교하면, 종래의 하소기는 펫콕의 경우 65 %의 높은 전환율을 갖는다. 이것은 본 발명에 따른 설비에서 NO-방출이 50 %를 초과해서 감소한 것을 나타낸다.

Claims (9)

1. 킬른(1), 냉각기(4), 후속적인 분리 사이클론(9)을 갖춘 하소기(2), 그 상부에 중심 버너(16)를 설치한 연소격실(3)로 구성되고, 덕트(5)를 거쳐 냉각기(4)로 부터 연소격실(3)로, 버너 밑에 접선 유입구를 통해 고온 가스가 공급되며, 상기 덕트(5)에 가공하지 않은 밀의 유입구(14A)를 형성하고, 연소 격실(3)의 하부에 하소기(2)의 연결부(7)와 킬른(1)으로 부터 하소기(2)로 배기가스를 통과시키는 제 2 연결부(6)를 설치한 킬른 설비에 있어서, 버너의 끝과 냉각기로부터 고온 가스의 유입구의 최상부 지점인 접선 유입구의 상부 변부 사이에 위치한, 연소격실(3)의 내용적의 상부의 높이, h₁-h₂가 적어도 ⅓D 이고, 여기서 D는 높이 h₁-h₂와 연소격실의 내용적의 상부와 동일한 용적을 갖는 실린더의 직경을 나타내며, 냉각기로 부터 고온 기체의 유입구의 최하부 지점인 접선 유입구의 하부 변부와 연소격실(3)의 출구 사이에 위치한 연소격실의 내용적의 하부 높이, h₃-h₄가 적어도 D 인 것을 특징으로 하는 시멘트 제조용 킬른설비.
2. 제 1항에 있어서, 상부의 높이, h₁-h₂가 적어도 ⅔D 인 것을 특징으로 하는 시멘트 제조용 킬른설비.
3. 제 1항에 있어서, 하부의 높이, h₃-h₄가 적어도 3/2 D 인 것을 특징으로 하는 시멘트 제조용 킬른설비.
4. 제 1항에 있어서, 일차 공기가 버너를 통해 공급되는 방법으로 연소격실(3)의 상부에 버너(16)가 배열되는 것을 특징으로 하는 시멘트 제조용 킬른설비.
5. 원료를 예열시킨 후, 그의 상부에 중심버너(16)가 설치된 연소격실(3)에서 적어도 부분적으로 하소시키고, 원료는 냉각기(4)로 부터 나오는 고온 가스 중에 현탁되어 접선 유입구를 통해 연소격실(3)로 공급되고, 부분적으로 하소된 물질은 연소 격실의 하부에서 연결부(7)를 거쳐 하소기(2)로 통과되며, 가스/원료 현탁액은 하소기(2)로부터 분리 사이클론(9)으로 통과하고, 여기서 가스와 물질의 분리가 일어나며, 킬른으로부터 배기가스는 제 2 덕트(6)를 거쳐 하소기로 향하게 하는 제 1항에 따른 킬른설비에서 시멘트를 제조하는 방법에 있어서, 버너의 끝과 냉각기로 부터 나오는 고온 가스의 유입구의 최상부 지점인, 접선 유입구의 상부 변부에 위치한, 연소격실의 내용적 상부의 높이 h₁-h₂가 적어도 ⅓D 이고, 여기서 D는 높이, h₁-h₂와 연소 격실의 내용적의 상부와 동일한 용적을 갖는 실린더의 직경을 나타내며, 냉각기로 부터 나오는 고온 가스의 유입구의 최하부 지점인, 접선 유입구의 하부 변부와 연소격실(3)의 출구 사이에 위치한, 연소격실의 내용적의 하부의 높이, h₃-h₄가 적어도 D 인 것을 특징으로 하는 시멘트의 제조 방법.
6. 제 4항에 있어서, 연소 격실의 상부 용적의 온도가 1100 ~ 1400 ℃ 범위 내인 것을 특징으로 하는 시멘트의 제조방법.
7. 제 4항에 있어서, 연소 격실의 상부 용적의 온도가 1100 ~ 1400 ℃ 범위 내인 것을 특징으로 하는 시멘트의 제조방법.
8. 제 4항에 있어서, 삼차 공기를 버너(16)를 통해 연소격실(3)로 공급하는 것을 특징으로 하는 시멘트의 제조방법.
9. 제 8항에 있어서, 석탄을 연소하기에 필요한 화학양론적 공기 부피에 비례하는 연소격실로 공급되는 일차 공기의 백분율, 및 ㎧의 단위로 측정한 연소격실로의 석탄의 투입 속도의 곱이 적어도 500 %ㆍ㎧ 인 것을 특징으로 하는 시멘트의 제조방법.