KR20050030464A - 유체연료와 고체연료를 동시에 사용할 수 있는 로타리킬른식 석회소성로 및 그 운전 제어방법 - Google Patents

유체연료와 고체연료를 동시에 사용할 수 있는 로타리킬른식 석회소성로 및 그 운전 제어방법 Download PDF

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Abstract

개시된 발명은 로타리 킬른식 석회 소성로 및 그 운전 제어방법에 관한 것으로, 유체연료와 고체연료를 동시에 사용할 수 있도록 하기 위한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 유체연료를 공기와 함께 분사하는 유체연료 주입용 버너를 로타리 킬른 중심부에 위치시키고, 상기 유체연료 주입용 버너의 아래 쪽에서 석회석이 많이 쌓여 있는 쪽으로 치우쳐서 고체연료 주입용 버너를 위치시켜, 유체연료와 고체연료를 동시에 사용할 수 있도록 구성한 로타리 킬른식 석회소성로; 및 그 운전 제어방법을 제공하여, 석회소성로에서의 열에너지의 사용량을 줄이고 동시에 질소산화물의 발생을 효율적으로 저감시킬 수 있게 한다.

Description

유체연료와 고체연료를 동시에 사용할 수 있는 로타리 킬른식 석회소성로 및 그 운전 제어방법{A calcining rotary kiln for fluid-solid two phase fuel and a controlling method for driving of that}
본 발명은 유체연료 및 고체연료를 동시에 사용할 수 있는 석회소성용 로타리 킬른에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중유나 가스 등 유체연료와 고체연료를 분체로서 분사하여 사용할 수 있는 석회소성용 로타리 킬른 및 그것의 운전 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 로타리 킬른에서는 가스 및 액상 연료의 단독 연소, 또는 액상-고상, 기상-고상, 기상-액상 등의 혼합 연소를 이용하여 열원을 얻었다.
그런데 이 경우 발생열을 효과적으로 이용하기 보다는 석회석을 소성시키는 충분한 열을 공급하는 것만을 목표로 하였기 때문에 로 내를 균일하게 가열한다거나 공해물질인 질소산화물을 저감시키는 데에는 효과적인 방법을 이용하지 못하였다.
도 1은 종래 로타리 킬른식 석회 소성로의 개략적인 구성을 도시한 정면도와 측면도로서, 종래에 이용되고 있는 여러 방법들 중에서, 특히 유체연료를 이용하는 로타리 킬른식 석회소성로의 구조를 도시하고 있으며, 이에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 종래 로타리 킬른(1)의 중앙에는 유체연료가 공급되고 있는 버너(2)가 위치하고 있으며, 석회석(3)은 회전하는 킬른 하부로 이동하는데 로타리 킬른(1)이 회전함에 따라 올라가는 벽 쪽으로 치우쳐서 버너(2) 쪽으로 이동하여 고온 부위를 지나 출구로 배출된다.
그리고 석회석의 종류와 목표 생산량이 정해지면 이에 필요한 열량이 계산되고 연료의 열량에 따라 연료의 유량이 계산되며 그에 따른 일정량의 공기가 정해져서 주입된다.
도 2는 상기 버너의 구조를 상세히 도시한 단면도로서, 버너(2)의 중앙에는 공기가 공급되고, 그 외측에는 연료 가스가 공급되며, 최 외부에는 공기가 공급되는 구조를 가진다. 이때, 유체 연료는 연소를 일으키면서 1000℃ 이상의 고온 분위기를 유지하기 때문에 킬른 내부를 이동하면서 상부 쪽으로 상승하는 힘을 받게 되고 하부로 이동하는 석회석에 효율적으로 열을 줄 수 없는 현상이 발생하게 된다.
그러므로 석회석 소성을 위한 충분한 열을 주기 위해서는 과잉의 열을 주어야 하며, 이러한 과잉연료에 의한 국부적인 온도 상승을 피할 수 없어서 다량의 질소산화물의 발생을 피할 수 없게 되는 문제점이 있다.
그 뿐만 아니라 국부적인 온도 상승으로 인하여 로타리 킬른의 특정 부위 온도를 지속적으로 높게 만들기 때문에 이 부분에서 회분의 용융이 일어나 스케일이 킬른 벽에 부착되는 원인이 되기도 하며, 이로 인한 킬른의 효율 하락 및 생산성 하락을 초래하게 되는 등의 문제점이 있게 된다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명은 유체연료와 고체연료를 동시에 사용하여 석회소성로에서의 열에너지의 사용량을 줄이고 동시에 질소산화물의 발생을 효율적으로 저감시킬 수 있도록 한 유체 및 고체연료의 동시 사용이 가능한 로타리 킬른식 석회 소성로 및 그 운전 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 로타리 킬른식 석회소성로에 있어서, 유체연료를 공기와 함께 분사하는 유체연료 주입용 버너를 로타리 킬른 중심부에 위치시키고, 상기 유체연료 주입용 버너의 아래 쪽에서 석회석이 많이 쌓여 있는 쪽으로 치우쳐서 고체연료 주입용 버너를 위치시켜, 유체연료와 고체연료를 동시에 사용할 수 있도록 구성한 로타리 킬른식 석회소성로를 제공한다.
상기 로타리 킬른식 석회소성로의 고체연료 주입용 버너는 상기 유체연료 주입용 버너보다 킬른 내부로 좀더 내밀도록 하여 유체연료와 고체연료가 동시에 분사될 때 화염의 분리가 쉽게 일어나도록 구성할 수 있으며, 또한 버너 중심부로 분체형태의 고체와 기체가 혼합되어 고속으로 분사되도록 하고 그 바깥으로는 중심부의 분체와 기체 혼합물의 분사속도와 동일하게 기체를 분사하도록 구성하는 것이 바람직할 것이다.
또한 본 발명은, 상기 로타리 킬른식 석회소성로에서, 상기 유체연료는 10-30[m/s]의 속도로 분사하고, 상기 고체연료는 상기 유체연료의 분사속도보다 빠르게 조정하여 분사하며, 상기 고체연료는 입경이 500[㎛] 이하인 분체의 형태를 주입하여 그 분사 방향이 로타리 킬른의 길이 방향을 따라 연소 가스 배출구 쪽으로 중심을 지나서 킬른 바닥에 떨어지거나 배가스를 따라 배출될 수 있도록 분체 방향을 유지하도록 하고, 공기의 유량은 최소의 열량으로 최대의 소성효과를 낼 수 있도록 킬른 내부의 온도 및 배가스 조성 중 일산화 탄소와 산소의 농도를 연속으로 측정하여 온도는 최대화시키고 일산화탄소 및 산소의 농도는 최소화시킬수 있도록 연속으로 제어하는 운전 제어방법을 제공한다.
상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 석회소성용 로타리 킬른의 구조가 도시되는데, 좌측에는 정면도가 도시되고 우측에는 측 단면도가 도시된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 로타리 킬른(10)의 중심부에는 유체 연료를 공기와 함께 분사할 수 있는 버너(12)가 위치되고, 고체 연료 주입용 버너(14)는 상기 유체 연료 주입용 버너(12)의 아래쪽에 위치한다. 특히 상기 고체연료 주입용 버너(14)는 로타리 킬른의 회전에 따라 석회석(3)이 많이 쌓여 있는 쪽으로 치우쳐서 위치된다. 그리고 상기 고체 연료 주입용 버너(14)는 유체 연료 주입용 버너(12)보다 로타리 킬른의 내부로 좀 더 연장되게 하여 유체 연료와 고체 연료가 동시에 분사될 때 화염의 분리가 쉽게 일어나도록 한다.
도 4는 본 발명에 의한 고체 연료 주입용 버너의 구조를 도시한 단면도로서, 상기 고체 연료 주입용 버너(14)의 중심부에서는 분체 형태의 고체와 기체가 혼합되어 고속으로 분사되게 하며, 그 바깥으로는 중심부의 분체와 기체 혼합물의 분사속도와 동일하게 냉각용 기체를 분사시킨다. 여기서 냉각용 기체는 공기를 주로 이용하는 것이 유리하다. 또한, 고온에 접하는 버너의 배관 부위는 내화물(15)로 감싸 배관을 보호하도록 한다.
상기 도 3 및 도 4와 같은 구성의 본 발명에 의한 석회 소성용 로타리 킬른 구조에서, 특히 상기 유체연료 주입용 버너(12)에 주입되는 공기는 보조 공기로서 화염을 유지시키고 화염 길이를 조정할 수 있는 역활을 하며, 상기 고체연료 주입용 버너(14)에 주입되는 공기는 분체의 분사속도를 유지시키고 버너 배관이 과열되지 않도록 냉각용으로 사용된다.
또한 유체 연료는 화염을 안정되게 유지할 수 있는 연료를 사용하고 고체 연료를 석회석 가까이에서 연소시켜 석회석에 가능한 많은 열을 줄 수 있도록 한다.
또한 고체 연료는 분체의 형태로 사용되며 공기와 함께 고속으로 분사되고, 그 분사속도는 유체 연료의 분사속도보다 빨라야 하며 빠를수록 더 유리하다.
그리고 상기 고체 연료의 분체 입경은 500[㎛] 이하가 되어야 하는데, 그 이유는 입자가 너무 클 경우 버너에서 분사되어 멀리 날아가지 못하며 곧 바로 석회석과 함께 연소되면서 버너쪽으로 밀려 나오기 때문에 석회석 배출구 쪽으로 연료가 모이는 현상이 발생하게 되기 때문이다. 이러한 현상은 로타리 킬른의 국부적인 온도상승을 야기시켜 열효율을 하강시킬 뿐 아니라 스케일 생성의 원인을 제공한다. 반면에 고체연료의 분체 입경이 500[㎛] 이하로 유지될 경우 입자들은 연소 속도가 느리기 때문에 연소되면서 충분히 멀리 날아가서 킬른 내부의 국부적인 온도상승을 일으키지 않고 동시에 석회석 바로 위에서 연소를 일으키면서 석회석을 고르게 가열해 주는 역활을 하기 때문에 킬른의 노벽을 통하여 손실되는 열을 최소한으로 줄이고 열효율을 최대한으로 올릴 수 있다.
석회 소성용 로타리 킬른에서 유체 연료의 분사속도는 10 내지 30 [m/s] 으로 조정하고, 고체 연료의 분사속도는 항상 유체 연료의 분사속도보다 높도록 조정한다.
여기서, 유체 연료는 운동량이 적기 때문에 킬른 내부에 분사되자마자 킬른 내부 평균속도인 2 내지 3 m/s 로 떨어지면서 화염 길이가 짧고, 고체 연료는 자체 운동량을 어느 정도 가지고 있을 뿐 아니라 유체 연료의 분사속도보다 항상 크기 때문에 분사속도를 유지하면서 더 멀리까지 분사되어 화염의 분리가 일어난다.
유체 연료는 연소가 잘 일어나기 때문에 화염을 안정화시키는 역활을 하고, 고체 연료는 화염 길이를 더 길게 하면서 동시에 복사열을 발생시켜 노내 온도를 좀 더 균일하게 유지하는 역활을 하도록 하기 때문에 열효율을 향상시키게 된다.
이와 같은 이유로 인해 유체 및 고체 연료를 동시에 사용하면, 유체 연료 단독으로 연소시킬 때보다는 보다 더 저온에서 연소가 일어나면서도 석회석에는 좀 더 효율적으로 열을 줄 수 있기 때문에 연소 시 발생하는 질소산화물의 발생을 억제할 수 있다.
도 5는 본 발명에 의한 로타리 킬른식 석회소성로의 연소제어계를 도시하는 블록도이고, 도 6은 본 발명에 의한 로타리 킬른식 석회소성로의 운전 제어방법을 도시한 동작 흐름도로서, 연소 공기량은 연소 공기를 자동으로 조절할 수 있는 중앙운전 제어반(20)의 연소조절장치를 이용하여 제어된다.
즉, 도 6의 동작 흐름도에 도시된 바와 같이 중앙 운전 제어반(20)에서 전체 소요 열량 및 고상, 기상 연료의 유량을 설정하면 그에 따른 공기량이 계산되어 설정되고, 저음 운전이 시작되면 설정 값으로 운전되게 한다.
일단 운전이 시작되면 연료 유량을 초기 값으로 유지하면서 로온이 최대로 되도록 피드백 제어를 이용해 공기량을 조절하고 노온이 최대로 유지되는 시점에서의 연료유량과 공기유량의 비를 유지하도록 하고, 이 후에 연료유량을 변화시키는 모든 경우에 있어서 이 비율을 기준으로 같은 비율로 공기 유량이 변화되도록 한다.
연료와 공기유량의 비를 설정하는 단계가 완료되면 현재 온도가 적정 생석회 품질을 내는데 적합한지를 생석회 품질 분석치와 연계하여 연료유량을 변화시키면서 로온을 조절한다.
본 발명에서는 이와 같이 최소의 열량으로 최대의 석회소성 효과를 낼 수 있도록 조정이 맞추어지면 배가스 중 일산화탄소와 산소의 농도를 측정할 수 있는 연속 측정기를 폐가스 배출구에 두고 여기로부터 연속적으로 측정치를 받아들여 이 두 성분의 농도가 최소로 될 수 있도록 다시 공기량을 조절한다. 이때 적정 온도가 되는지 다시 판단하여 연료량과 공기를 다시 조절하는 과정을 반복한다.
본 발명의 이와 같은 연소 제어방법으로 연료의 유량은 항상 원하는 생석회 품질을 얻을 수 있는 유량으로 조절된다.
상기와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 고상 연료와 기상 연료의 분사 비율에 따라 킬른 내부온도를 조정할 수 있도록 연료량을 동시에 조정하고 연료소비를 최소화할 수 있는 양으로 조정하는 것이 가능해지기 때문에 기존의 연소 방법에 비하여 연료소비를 줄일 수 있고 공해물질의 배출을 저감시킬 수 있다.
이상의 본 발명에 의하면, 유체연료 및 고체연료를 동시에 사용할 수 있는 석회소성용 로타리 킬른을 이용하여 소성품 품질을 최상으로 유지하면서도 석회소성로에서의 연료 및 공기 유량의 적절한 조절에 따라 열에너지의 소비를 줄일 수 있게 되므로 연료의 낭비를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 질소산화물 발생을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 1은 종래 로타리 킬른식 석회소성로의 정면도와 단면도
도 2는 종래의 버너 구조를 도시하는 단면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 로타리 킬른식 석회소성로의 구조를 도시하는 정면도와 단면도
도 4는 도 3의 고체연료 주입용 버너의 상세구조를 도시하는 단면도
도 5는 본 발명에 의한 로타리 킬른식 석회소성로의 연소제어계를 도시하는 블록도
도 6은 본 발명에 의한 로타리 킬른식 석회소성로의 운전 제어방법을 도시한 동작 흐름도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
3 : 석회석 10 : 로타리 킬른
12 : 유체연료 주입용 버너 14 : 고체연료 주입용 버너
15 : 내화물 20 : 중앙운전 제어반

Claims (6)

  1. 로타리 킬른식 석회소성로에 있어서,
    유체연료를 공기와 함께 분사하는 유체연료 주입용 버너를 로타리 킬른 중심부에 위치시키고, 상기 유체연료 주입용 버너의 아래 쪽에서 석회석이 많이 쌓여 있는 쪽으로 치우쳐서 고체연료 주입용 버너를 위치시켜, 유체연료와 고체연료를 동시에 사용할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 로타리 킬른식 석회소성로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고체연료 주입용 버너는,
    상기 유체연료 주입용 버너보다 킬른 내부로 좀더 내밀도록 하여 유체연료와 고체연료가 동시에 분사될 때 화염의 분리가 쉽게 일어나도록 구성한 것을 특징으로 하는 로타리 킬른식 석회소성로.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 고체연료 주입용 버너는,
    버너 중심부로 분체형태의 고체와 기체가 혼합되어 고속으로 분사되도록 하며, 그 바깥으로는 중심부의 분체와 기체 혼합물의 분사속도와 동일하게 기체를 분사하도록 구성한 것을 특징으로 하는 로타리 킬른식 석회소성로.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항으로 이루어진 로타리 킬른식 석회소성로에서의 운전 제어방법에 있어서,
    상기 유체연료는 10-30[m/s]의 속도로 분사하고, 상기 고체연료는 상기 유체연료의 분사속도보다 빠르게 조정하여 분사하는 것을 특징으로 하는 로타리 킬른식 석회소성로의 운전 제어방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 고체연료는 입경이 500[㎛] 이하인 분체의 형태를 주입하며,
    그 분사 방향이 로타리 킬른의 길이 방향을 따라 연소 가스 배출구 쪽으로 중심을 지나서 킬른 바닥에 떨어지거나 배가스를 따라 배출될 수 있도록 분체 방향을 유지하는 것을 특징으로 하는 로타리 킬른식 석회소성로의 운전 제어방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    공기의 유량은 최소의 열량으로 최대의 소성효과를 낼 수 있도록 킬른 내부의 온도 및 배가스 조성 중 일산화 탄소와 산소의 농도를 연속으로 측정하여 온도는 최대화시키고 일산화탄소 및 산소의 농도는 최소화시킬수 있도록 연속으로 제어하는 것을 특징으로 하는 로타리 킬른식 석회소성로의 운전 제어방법.
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KR101918715B1 (ko) * 2018-05-18 2019-01-22 주황윤 함철아연 부산물의 자원화공정에서 효율적인 에너지절약 기술

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