KR20020012603A - 시멘트 클링커의 제조시 가연성 폐기물을 소각하기 위한방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

시멘트 원료 분체를 가소 장치(3)를 겸비한 예열기(1)에서 예열 및 가소시키고, 킬른(5)내의 클링커에서 연소시키고, 그 다음의 클링커 냉각기(7)에서 냉각시키는 시멘트 클링커의 제조시 가연성 폐기물을 소각하기 위한 방법으로, 본 방법에서 폐기물은 고온의 공기를 동시에 공급하게 되어 있는 별도의 격실(9)에서 소각되고, 폐기물 소각 공정시 생성되는 배가스는 시멘트 원료 분체를 가열하기 위해 예열기로 배기되고, 그리고 폐기물 소각 공정시 발생되는 슬래그는 격실에서 추출된다. 상기 방법은 격실(9)내에 일체로 되어 있는 지지 표면(21) 위의 폐기물 입구(11)를 통하여 폐기물을 도입하고, 소각시 상기 폐기물은 격실을 통하여 원형 경로를 따라 격실의 출구(23)로 운송된다는 점에서 특별하다.

Description

시멘트 클링커의 제조시 가연성 폐기물을 소각하기 위한 방법 및 장치{Method and apparatus for incineration of combustible waste during the manufacture of cement clinker}

가연성 폐기물의 무제한적인 예에는 타이어, 가구, 카페트, 목재 폐기물, 정원 폐기물, 주방 폐기물, 종이 슬러지, 하수 슬러지, 표백 토양 및 낡은 특허 명세서가 포함된다.

덴마크 특허 출원 제 1201/92호에는, 참조로 본 발명에 포함되어 있는 내용으로, 폐기물 및 시멘트 원료 분체를 격실의 한쪽 말단으로 도입하여 반대편 말단에서 추출하고, 운송은 특별히 제공된 지지 표면에서 발생하고 그리고 폐기물 슬래그 및 시멘트 원료 분체는 예열기의 가소 부분으로 공급되는 방법이 기재되어 있다. 이 방법의 바람직한 구현예에서, 지지 표면은 클링커 냉각기로부터 고온 공기 흐름이 관통하여 폐기물의 흐름을 관통하여 상부로 향하는 관통-통과(through-going) 틈(slit)이 있는 그래이트(grate) 표면으로 이루어진다.

실제적인 실시에서, 격실의 한쪽 말단에서 물질의 유입 및 반대쪽 말단에서 추출을 포함하는 상기한 시스템에 대하여 많은 결점이 확인되어 왔다. 본 발명에서, 지지 표면의 온도는 소각 공정 개시후 반대쪽 말단에서 상대적으로 높은 온도가 경험되는 반면에, 원료 물질의 유입이 발생하는 한쪽 말단에서 상대적으로 낮게 유지될 수 있다는 점에서 특이한 문제가 발생한다. 온도 순환에 변화를 야기하는 다른 유형의 폐기물을 위한 장치를 맞춰야 하는 필요성 때문에 이것은 열적 팽창, 재료의 선정 등에 관련하여 매우 심각한 설계 문제가 대두된다. 설계의 관점에서, 지지 표면은 합당하게 일정한 조업 온도를 위해 유리하게 배열되어야 한다. 또한, 높은 수분 함량을 갖는 폐기물 유형의 소각에 특히 관련하여, 고온의 말단부에서 약간의 열을 배출하여 건조의 필요성이 매우 큰 저온의 말단에 사용되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 방법에 따라 격실 내로 공급되는 원료 분체가 당연히 틈을 통해 체를 빠지듯 내리는 잘 알려진 경향 때문에 클링커 냉각기로부터의 고온 공기의 흐름을 위한 관통-통과 틈으로 이루어진 지지 표면의 구현은 결점을 수반하는 것으로 밝혀져 왔다. 공기 흐름이 고속으로 틈을 통과하게 하여 이 문제를 해결하려는 어떠한 시도는 단지 공기가 틈을 통과하게 하는 상당한 압력 차이를 위한바람직하지 않은 필요성을 야기할 뿐이다. 공지된 방법에 대한 또 다른 결점은 이동성 및 고정성 그래이트 부재의 시스템을 필요로 하고, 조업이 다른 유형의 폐기물사이에서 바뀔 때 발생하는 온도 변화에 의해 설계가 복잡해지는 격실에서 폐기물 체류 시간의 전체적인 조절에 관련된다.

본 발명은 시멘트 원료 분체를 예열시키고, 예열기 내에서 가소시키며, 킬른(kiln)내의 클링커(clinker)내에서 연소시키고, 그리고 그 다음의 클링커 냉각기 내에서 냉각시키게 되는 시멘트 클링커의 제조시 가연성 폐기물을 소각하기 위한 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 고온의 공기가 동시에 공급하게 되어 있는 별도의 격실에서 폐기물을 소각하고, 폐기물 소각 공정시 생성되는 배가스는 시멘트 원료 분체를 가열하기 위해 예열기로 배기되고, 그리고 폐기물 소각 공정시 발생되는 슬래그를 격실로부터 추출하는 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명은 이하 첨부되는 도면을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다. 여기서:

도 1은 본 발명에 따른 장치를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 구현예의 세부 사항을 나타낸 것이다.

도 3은 도 2에 나타낸 세부 사항의 평면도를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 구현예의 세부 사항을 나타낸 것이다. 그리고,

도 5는 도 4에 나타낸 세부 사항의 평면도를 나타낸 것이다.

본 발명의 목적은 상기 언급된 결점들을 해결하거나 또는 상당히 감소시킬 수 있는, 시멘트 클링커의 제조시 폐기물을 소각하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 첫번째 측면에 따라, 이 목적은 도입부에 설명된 종류의 방법에 의해 달성되는데 있어서, 폐기물 입구를 통해서 격실에 일체로 된 지지 표면 위로 폐기물을 도입하고, 동시 소각하게 되고, 폐기물을 격실을 통해서 격실의 출구로 원형 경로를 따라 운송하는 특징을 갖는다.

본 발명의 두번째 측면에 따라, 원료 분체 저장조, 가소 장치를 겸비한 예열기, 킬른, 클링커 냉각기, 폐기물의 소각을 위한 격실 및 격실로 고온 공기를 공급하기 위한 공기 도관으로 이루어지고, 격실은 폐기물을 격실로 도입하기 위한 입구 및 슬래그와 어떤 미연소 폐기물을 추출하기 위한 출구로 이루어진 가연성 폐기물을 소각하기 위한 장치가 제공되는 데 있어서, 상기 격실은 또한 소각시 폐기물을 지지하기 위한 지지 표면 및 원형 경로를 따라 폐기물을 입구에서 출구로 운송하기 위한 수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이와 같이 설계의 관점에서 단순함에 의해, 그리고 격실에서 폐기물의 체류시간을 조절하는 잠재력을 증진시키면서 폐기물 및 가능한 원료 분체의 낙하를 피하고, 젖은 폐기물을 건조하는 능력에 의해 특화되는 장치가 얻어진다. 원형 거동에 의해 열이 격실의 고온 말단에서 저온 말단으로 이동되면서 열적 하중(load)의 더 균일한 분배가 발생할 것이다. 또한, 격실에서 폐기물의 체류 시간은 단순히 운송 수단의 속도를 변화시켜서 조절될 수 있다.

장치의 능력을 최적화하기 위해, 폐기물 소각 격실내의 온도를 조절하기 위하여 시멘트 원료 분체는 시멘트 원료 분체 입구를 통하여 주입되는 것이 바람직하다. 공급된 원료 분체는 발열 공정과 흡열 공정사이에서 소각 공정 중에 변동하더라도 온도가 목표 수준으로 유지되는 것을 보장하는 열 저장고로 작용할 것이고 또 그 반대이기도 하다. 따라서, 격실은 예열기, 가소 장치 및/또는 원료 분체 저장조로부터 원료 분체를 도입하기 위한 입구와 일체로 될 수 있다.

한정된 에너지 소비 및 공기 흐름중 높은 산소 함유량을 보장하기 위해서는, 격실로 공급되는 고온 공기 흐름이 클링커 냉각기로부터 추출되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 킬른이 휘발성 화합물의 배기를 위한 우회 설비로 이루어진 어떤 경우에, 격실로 공급되는 소량의 고온 공기를 우회 시스템으로부터 유리하게 추출할 수 있다.

폐기물 소각 공정 중에 생성되는 배가스는 시멘트 원료 분체의 가소를 위해 예열기의 가소 장치로 공급되는 것이 바람직하다. 이 결과로 일반 연료를 동시 소각하는 가소 장치내에서 어떤 바람직하지 않은 연소생성물, CO, 검댕 등이 분해될 것이다.

폐기물 소각 공정시 발생되는 슬래그 및 어떤 미연소 폐기물이 바람직하게는 출구를 통하여 격실로부터 추출되고 가소 장치로 이동된다.

과열 및/또는 폭발의 위험이 있는 경우, 통상적인 연소기에서 가능하지만, 격실 내에서 소각 공정을 즉각적으로 중단할 수 없고, 이런 이유로 원료 분체 저장조 또는 전용의 비상 호퍼로부터 냉(冷) 원료 분체를 그런 상황에서 격실로 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 냉 원료 분말은 폐기물을 냉각시키고 고온 공기 흐름의 충격으로부터 보호하기에 충분한 양으로 격실로 공급하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 구현예에서 지지 표면은 격실을 통하여 폐기물을 운송하기 위한 수단으로 동시에 작용하는 회전 디스크로 이루어진다.

바람직한 구현예에서 장치는 또한 폐기물 소각 공정 중에 발생된 슬래그뿐만 아니라 어떤 미연소 폐기물을 격실로부터 출구에서 그리고 가소 장치로 배출하기 위한 스크레이퍼(scraper) 기구(mechanism)로 이루어진다.

회전 디스크는 부분적으로 또는 전체적으로 격실의 하부를 구성할 수 있다.

회전 디스크는 중심을 통하여 확장된 실질적으로 수직인 축의 주위를 회전하도록 배열될 수 있다. 축은 수직 위치에 비하여 실질적으로 1 내지 10도 정도 경사져 있을 수 있다. 따라서, 회전 디스크가 격실의 출구방향으로 약간 경사지게 만들어지면, 이는 슬래그 및 폐기물 잔류물을 격실에서 추출 및 가소 장치로의 이동 속도를 증진시킬 것이다.

격실 내에 공기의 순환을 막기 위해, 격실은 바람직하게는 격실의 입구와 출구사이의 회전 경로에 설치되어 격실의 측면 벽으로부터 회전 디스크의 회전 축까지 확장된 기밀성의 고정 분리벽으로 이루어진다.

회전 디스크는 바람직하게는 세라믹 물질로 이루어진다.

본 발명의 또 다른 구현예에서 지지 표면은 고정될 수 있고, 격실을 통하여 폐기물을 운송하기 위한 수단은 지지 표면에 수직으로 확장된 축 주위를 회전하는 부재로 이루어진다. 이 구현예에서 운송 수단은 바람직하게는 적어도 두개의 스쿠프(scoop)가 장치된 스쿠프 휠(wheel)로 이루어진다.

도 1은 시멘트 클링커를 제조하기 위한 장치를 나타낸 것이다. 이 장치는 사이클론 예열기(1) 외에 가소 장치(3), 로타리 킬른(5), 클링커 냉각기(7), 개구부(11)를 통하여 도입되는 폐기물을 소각하기 위한 격실(9)로 구성되어 있다. 가동시 시멘트 원료 분체는 원료 분체 저장조(17)에서 예열기(1)의 원료 분체 입구 (F)로 도입된다. 그리고 나서, 원료 분체는 로타리 킬른(5)으로부터의 고온 배가스에 대한 역류로, 예열기(1)의 사이클론과 가소 장치(3)를 통해서 로타리 킬른(5)으로 보내지게 되고, 이에 따라 원료 분체가 가열되고 가소된다. 로타리 킬른(5)에서, 가소된 원료 분체는 시멘트 클링커로 연소된 수, 그 다음의 클링커 냉각기(7) 중에서 대기 공기에 의해 냉각된다. 여기서 가열된 공기 일부는 클링커 냉각기(7)로부터 도관(15)을 통하여 격실(9)로 보내지게 된다.

폐기물은 격실(9) 내의 지지 표면(21)(도 2 참조) 위에 있는 폐기물 입구(11)를 통해서 도입된 후, 발화 및 소각됨과 동시에 원형 경로를 따라서 격실의 출구(23)로 이송된다.

격실(9) 내의 온도를 제어하기 위해서, 도 2 및 도 3에서와 같이 시멘트 원료 분체를 예열기, 가소 장치 및/또는 원료 분체 저장조로부터 도입하기 위한 입구(12)가 추가로 격실에 일체로 되어 있음을 볼 수 있다.

도 2 및 도 3에서 나타낸 구현예에서, 지지 표면은 축(25)을 기준으로 회전하고, 격실(9) 하부를 구성하는 회전 디스크(21)로 이루어져 있다. 슬래그 형태의 소각 잔류물 및 가능한 미연소 폐기물이 격실의 출구(23)를 통해서 가소 장치(3)로 이송되게 하기 위하여, 격실(9)에는 스크레이퍼 기구(27)가 포함된다.

상기 구현예에서, 폐기물은 입구(11)를 통하여 회전 디스크(21) 위로 떨어진다. 폐기물은 화살표로 나타낸 바와 같이 원형 경로를 따라 격실(9)의 출구(23)로 이송된다. 여기서, 스크레이퍼 기구(27)는 회전 디스크 위의 모든 재료를 가장자리로 밀어내고 가소 장치(3)로 보내면서 재료를 확실하게 분리하여 소형 입자들은 가소 장치의 상방향으로 흘러 날려가게 되는 반면에 대형 입자들은 하류로 흘러서 킬른으로 가거나 또는 산산히 부서지게 된다. 따라서, 폐기물의 광물 성분들은 효과적으로 원료 분체 성분과 혼합되게 된다.

예시한 바와 같이, 격실에는 격실의 출구(23)와 입구(11) 사이의 회전 경로에 기밀성의 고정 분리벽(29)이 설치되어 있다. 예시된 구현예에서, 스크레이퍼 기구(27)의 필수 부분인 분리벽은 격실의 측면 벽에서부터 회전 디스크의 회전 축 방향으로 확장되어 있어, 클링커 냉각기로부터 고온의 공기 흐름이 거의 동일한 경로를 따라 더 높은 속도로 폐기물을 가로질러 흐르는 것을 확실하게 한다. 그 결과로, 소각 중에 생성되는 배가스는 격실에서 배출되어, 시멘트 원료 분체의 가소에 사용하게 되는 가소 장치로 보내지게 된다.

격실에서 이 폐기물의 체류 시간은 회전 디스크의 회전 속도를 조절함으로써 간단히 제어할 수 있다. 단시간 동안 고속에서 작업한 후 장시간동안 유휴 기간을 갖거나, 고속으로 작업한 후 단시간동안 역 모드로 작업하여 분리함으로써 현저한 잇점을 얻을 수 있다. 서로 다른 모드로 분리하는 것은 폐기물의 체류 시간에 변화를 주어 폐기물의 완전한 소각을 보장하게 된다.

도 4 및 도 5는 지지 표면(21)이 고정된 또 다른 구현예를 나타낸 것이다. 이 구현예에서 격실을 통하여 폐기물을 운송하기 위한 수단으로는 지지 표면에 대해 수직으로 확장된 축(35) 주위를 회전하는 적어도 2개의 스쿠프(33)를 겸비한 스쿠프 휠(31)로 이루어지게 하는 것이 바람직하다.

격실(9)에서 과열 및/또는 폭발의 위험이 있는 경우, 원료 분체 저장조(17)로부터 냉 원료 분체나 비상 전용 호퍼를 격실에 공급할 수 있다. 냉 원료 분체는폐기물을 냉각시키고, 클링커 냉각기(7)로부터의 고온 공기 흐름의 충격으로부터 폐기물을 보호하기에 충분한 양으로 공급하는 것이 바람직하다.

폐기물, 원료 분체 및 고온 공기는 격실(9)내로 하나의 동일한 입구, 예를 들어 도 1, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이 입구(11)를 통하여 도입될 수 있다.

Claims (17)

1. 시멘트 원료 분체는 가소 장치(3)를 겸비한 예열기(1)에서 예열 및 가소되고, 킬른(5)내에서 클링커로 연소된 후, 연속되어 있는 클링커 냉각기(7)에서 냉각되어지되, 폐기물을 고온의 공기가 동시에 공급하게 되어 있는 분리된 격실(9)에서 소각하고, 폐기물 소각 공정시 생성되는 배가스는 시멘트 원료 분체를 가열하기 위해 예열기로 배기시키고, 그리고 폐기물 소각 공정시 발생되는 슬래그는 격실로부터 추출하여서 되는 시멘트 클링커의 제조시 가연성 폐기물을 소각하는 방법에 있어서, 상기 폐기물은 격실(9)내에 일체로 되어 있는 지지 표면(21) 위의 폐기물 입구(11)를 통하여 도입되고, 소각시 상기 폐기물은 격실을 통하여 원형 경로를 따라 격실의 출구(23)로 운송되는 것을 특징으로 하는 시멘트 클링커의 제조시 가연성 폐기물을 소각하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 폐기물 소각 격실(9) 내의 온도를 조절하기 위해서, 시멘트 원료 분체 입구(12)를 통하여 시멘트 원료 분체를 상기 격실(9)로 도입하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 격실로 공급되는 고온 공기 흐름은 상기 클링커 냉각기(7)로부터 추출되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 폐기물 소각 공정시 생성되는 배가스는 시멘트 원료 분체의 가소를 위해 상기 예열기(1)의 가소 장치(3)로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 폐기물 소각 공정시 발생하는 슬래그 및 다른 미연소 폐기물은 상기 격실의 출구(23)를 통하여 격실(9)로부터 추출되고, 상기 가소 장치(3)로 이송되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1항에 있어서, 과열 및/또는 폭발의 위험이 있는 경우, 냉 원료 분체를 상기 격실(9)로 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 냉 원료 분체는 폐기물을 냉각시키고, 고온 공기 흐름의 충격으로부터 폐기물을 보호하기에 충분한 양으로 상기 격실(9)에 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 원료 분체 저장조(17), 가소 장치(3)를 겸비한 예열기(1), 킬른(5), 클링커 냉각기(7), 폐기물의 소각을 위한 격실(9) 및 상기 격실(9)로 고온 공기를 공급하기 위한 공기 도관(15)으로 이루어지되, 상기 격실은 폐기물을 격실로 도입하기 위한 입구(11) 및 슬래그와 다른 미연소 폐기물을 추출하기 위한 출구(23)로 구성되어 있는 가연성 폐기물을 소각하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는 폐기물의 소각시 이를 지지하기 위한 지지 표면(21) 및 폐기물 입구(11)에서 상기 격실의 출구(23)까지 원형 경로를 따라 폐기물을 운송하기 위한 수단(21, 31)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가연성 폐기물을 소각하기 위한 장치.
9. 제 8항에 있어서, 상기 격실(9)은 예열기(1), 가소 장치(3) 및/또는 원료 분체 저장조(17)로부터 원료 분체를 도입하기 위한 입구(12)로 이루어진 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 지지 표면은 상기 격실(9)을 통하여 폐기물을 운송하기 위한 수단으로 작용하는 회전 디스크(21)로 이루어진 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 10항에 있어서, 폐기물 소각 공정시 발생하는 슬래그뿐만 아니라 미연소 폐기물을 상기 격실(9)의 출구(23)를 통하여 가소 장치(3)로 추출하기 위한 스크레이퍼 기구(27)를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제 10항에 있어서, 상기 회전 디스크(21)는 상기 격실의 하부를 구성하는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제 10항에 있어서, 상기 회전 디스크(21)는 축의 중심을 통해서 확장되어 있고, 수직 방향에 대해 실질적으로 1도 내지 10도 정도 경사져 있는 실질적으로 수직한 축(25)에 대해서 회전할 수 있게 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제 10항에 있어서, 상기 격실(9)은 격실의 출구(23)와 입구(11) 사이의 회전 경로에 설치되어 있고, 상기 격실의 측면 벽으로부터 상기 회전 디스크의 회전 축(25)으로 확장되어 있는, 기밀성의 고정 분리 벽(29)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 장치.
15. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 디스크(21)는 세라믹 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 지지 표면(21)은 고정되고, 상기 격실을 통하여 폐기물을 운송하기 위한 수단은 상기 지지 표면에 수직되게 확장된 축(35) 주위를 회전하는 부재(31)로 이루어진 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제 16항에 있어서, 상기 운송 수단은 적어도 두개의 스쿠프(33)가 설치된 스쿠프 휠(31)로 이루어진 것을 특징으로 하는 장치.