KR20140047673A

KR20140047673A - 시멘트 제조 설비

Info

Publication number: KR20140047673A
Application number: KR1020147001819A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 사카니와; 준주 왕; 히로카즈 시마
Original assignee: 미츠비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2014-04-22
Also published as: JP4998639B1; US20140120486A1; KR101833587B1; EP2738146A1; EP2738146A4; US9890080B2; CN103687827A; WO2013014816A1; EP2738146B1; JP2013023423A; CN103687827B

Abstract

염소 농도가 낮은 하소로 배기 가스의 혼입을 방지하고, 염소 농도가 높은 킬른 배기 가스의 일부를 추기함으로써, 소량의 배기 가스 추기에 의해 효율적으로 시멘트 킬른 내의 염소 농도를 저감시킬 수 있는 염소 바이패스 장치를 구비한 시멘트 제조 설비를 제공한다. 본 발명은 시멘트 킬른(1)의 가마 후미부(2)로부터 상승하는 배기 가스관(9)의 도관 경사부(14)에 접속된 하소로의 배기 덕트(16)의 하면(16a)에, 수평면에 대해 20∼60°의 범위의 경사 각도 α로 도관 경사부(14)측으로 돌출된 정류벽(20)을 형성하는 동시에, 정류벽의 하단부 모서리(20a)와 도관 경사부의 대향 벽면(14a)의 간격을, 양자간에 있어서의 배기 가스 평균 유속이 15∼35㎧의 범위로 되도록 설정하였다.

Description

시멘트 제조 설비 {CEMENT PLANT}

본 발명은, 배기 가스의 일부와 함께 계내의 염소분을 추기(抽氣)하여 제거하는 염소 바이패스 장치를 구비한 시멘트 제조 설비에 관한 것이다.

도 4 및 도 5는 일반적인 종래의 시멘트 제조 설비를 도시하는 것이다.

이 시멘트 제조 설비는, 시멘트 원료를 소성하기 위한 시멘트 킬른(1)과, 이 시멘트 킬른(1)의 가마 후미부(2)에 설치된 복수의 사이클론(4a∼4d)을 구비한 프리히터(4)와, 이 프리히터(4)의 최하단의 사이클론(4d)으로부터 시멘트 원료를 시멘트 킬른(1)의 가마 후미부(2)에 공급하는 슈트(5)와, 최상단의 사이클론(4a)에 접속되어 연소 배기 가스를 배출하는 배기 팬(6)을 갖는 배기 라인(7)과, 가마 통로(3)에 설치되어 시멘트 킬른(1)의 내부를 가열하기 위한 주 버너(8)를 구비하고, 또한 3단째의 사이클론(4c)과 4단째의 사이클론(4d) 사이에, 하단부에 시멘트 킬른(1)의 가마 후미부(2)로부터 배기 가스관(9)을 통해 고온의 배기 가스가 도입되는 동시에, 내부에 미분탄의 연소 장치를 갖는 하소로(10)가 설치된 것이다.

그리고, 상기 시멘트 클링커의 제조 설비에 있어서는, 최상단의 사이클론(4a)에 공급된 상기 시멘트 원료가, 순차 하방의 사이클론(4)으로 낙하함에 따라서, 하방으로부터 상승하는 시멘트 킬른(1)으로부터의 고온의 배기 가스에 의해 예열된 후에, 사이클론(4c)으로부터 뽑아내어져 하소로(10)로 보내지고, 이 하소로(10)에 있어서 하소된 후에, 최하단의 사이클론(4d)으로부터 슈트(5)를 통해 시멘트 킬른(1)의 가마 후미부(2)로 도입되고, 축선 주위로 회전 구동되는 시멘트 킬른(1) 내를, 가마 후미부(2)측으로부터 가마 통로(3)로 보내지는 과정에 있어서 소성되어 시멘트 클링커로 된다.

한편, 시멘트 킬른(1)으로부터 배출된 연소 배기 가스는, 배기 가스관(9)에 있어서 하소로(10)로부터의 배기 가스가 혼합된 후에, 최하단의 사이클론(4d)으로 보내지고, 순차 상방의 사이클론(4)으로 보내져, 상기 시멘트 원료를 예열하는 동시에, 최종적으로는 최상단의 사이클론(4a)의 상부로부터, 배기 팬(6)에 의해 배기 라인(7)을 통해 배기되어 가도록 되어 있다.

이러한 시멘트 제조 설비에 있어서는, 시멘트 원료에 포함되는 염소분이나 연료의 일부로서 투입한 플라스틱 등의 폐기물에 포함되는 염소분이, 시멘트 킬른(1) 내에 있어서의 고온(약 1400℃) 분위기하에 있어서, 주로 KCl이나 NaCl 등의 알칼리 염화물로서 휘발되어 배기 가스 중으로 이행한다. 그리고, 이 배기 가스는, 시멘트 킬른(1)의 가마 후미부(2)로부터 프리히터(4)측으로 배기되어 순차 하방으로부터 상방의 사이클론(4d∼4a)으로 상승 할 때에 시멘트 원료를 예열함으로써 냉각되고, 당해 배기 가스 중에 포함되는 염소분이 다시 시멘트 원료측으로 이행해 버린다.

이 결과, 염소분은 상기 시멘트 킬른(1) 및 프리히터(4)로 이루어지는 계내를 순환하기 위해, 새롭게 상기 연료 또는 시멘트 원료로부터 계내로 반입되는 염소분 등에 의해, 내부의 염소 농도가 서서히 상승하고, 나아가서는 프리히터(4)의 사이클론을 폐색시켜, 운전에 지장을 초래한다.

따라서 최근, 상기 시멘트 제조 설비에는, 계내의 염소분을 제거하기 위한 염소 바이패스 장치가 설치되어 있다.

이 염소 바이패스 장치는, 가마 후미부(2)로부터의 배기 가스관(9)에 접속되어, 배기 가스의 일부를 뽑아내는 동시에 냉각하는 추기관(11)과, 이 추기관(11)에 의해 뽑아내어진 배기 가스로부터, 입경이 큰 시멘트 원료를 분리하여 제거하는 사이클론(12)과, 이 사이클론(12)을 거친 배기 가스에 포함되는 염소분을 포집하는 백 필터(13)로 개략 구성된 것이다.

상기 염소 바이패스 장치에 따르면, 정기적으로, 추기관(11)에 의해 시멘트 킬른(1)으로부터 배기 가스관(9)을 통해 배출되는 배기 가스의 일부를 뽑아내어 냉각함으로써 염소분을 알칼리 염화물로 하여, 후단의 백 필터(13)에 있어서 회수함으로써, 계내의 염소 농도가 상승하는 것을 방지할 수 있다.

그런데, 일반적으로 상기 구성으로 이루어지는 시멘트 제조 설비에 있어서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 축선을 대략 수평으로 한 시멘트 킬른(1)의 가마 후미부(2)로부터 배출된 배기 가스를, 가열원으로서 상방의 프리히터(4)로 공급하기 위해, 시멘트 킬른(1)의 가마 후미부(2)에 접속된 배기 가스관(9)이 당해 가마 후미부(2)로부터 킬른 배기 가스 (A)의 하류측을 향해 점차 상방으로 경사지는 도관 경사부(14)와, 이 도관 경사부(14)의 상단부에 접속되어 배기 가스 (A)를 프리히터(4)로 유도하는 라이징 덕트(연직부)(15)로 형성되어 있다.

그리고, 도관 경사부(14)의 상측면에, 하소로(10)의 배기 덕트(16)가 접속되는 동시에, 이 배기 덕트(16)와 가마 후미부(2) 사이의 도관 경사부(14)의 상측면에, 염소 바이패스 장치의 추기관(11)이 접속되어 있다. 여기서, 하소로(10)로부터의 배기 덕트(16)는 통상, 하소로 배기 가스 (B)에 동반된 원료 더스트와, 시멘트 킬른(1)으로부터의 배기 가스 (A)와의 열교환이 효율적으로 행해지도록, 최대한 가마 후미부(2)측에 근접하도록 설치되어 있다.

이 결과, 도면 중 일점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 배기 덕트(16)로부터 배출되는 하소로 배기 가스 (B)의 일부가, 가마 후미부(2)측을 향해 강하하고, 킬른 배기 가스 (A)의 일부와 함께, 염소 바이패스 장치의 추기관(11)으로부터 뽑아내어진다고 하는 현상이 발생하고 있다(도 6에 나타내는 해석 결과를 참조).

그런데, 염소 바이패스 장치에 있어서는, 최대한 염화물 가스 농도가 높은 킬른 배기 가스 (A)를 소량 추기하는 것을 전제로 하여 설계되어 있는 것에 반해, 상기 하소로 배기 가스 (B)는 킬른 배기 가스 (A)와 비교하여, 염화물 가스의 농도가 낮으므로, 실제의 조업에 있어서는, 하소로 배기 가스 (B)에 의해 염화물 가스 농도가 희석된 배기 가스를 추기관(11)으로부터 뽑아내고 있는 것으로 된다.

이 결과, 설계 사양대로 시멘트 킬른(1) 내의 염화물 가스 농도를 저하시키는 것이 어렵다는 문제점이 있었다. 따라서, 염소 바이패스 장치에 있어서의 탈(脫) 염소량을 증가시켜, 시멘트 킬른(1) 내에 있어서의 소정의 염화물 가스 농도의 저감 효과를 얻기 위해, 추기관(11)에 있어서 추기하는 배기 가스의 양을 증대시키면, 계내에 있어서의 열 손실이 과다하게 되어, 클링커의 제조 비용이 증가하여 생산성이 악화된다고 하는 문제점이 있었다.

또한, 이러한 종류의 하소로 및 염소 바이패스 장치를 구비한 종래의 시멘트 제조 설비로서는, 예를 들어 하기 특허문헌 1, 2에 있어서 개시되어 있는 것이 알려져 있다.

일본 특허 제3503402호 공보 일본 특허 제4093168호 공보

본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 염소 농도가 낮은 하소로 배기 가스의 혼입을 방지하고, 당해 염소 농도가 높은 킬른 배기 가스의 일부를 추기함으로써, 소량의 배기 가스 추기에 의해 효율적으로 시멘트 킬른 내의 염소 농도를 저감시킬 수 있는 염소 바이패스 장치를 구비한 시멘트 제조 설비를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1에 기재된 발명은, 프리히터에 의해 예열된 상기 시멘트 원료를 하소하는 하소로와, 이 하소로에서 하소된 상기 시멘트 원료를 소성하는 시멘트 킬른과, 이 시멘트 킬른의 가마 후미부로부터 배출된 배기 가스를 상기 프리히터에 공급하는 배기 가스관과, 이 배기 가스관에 접속되어 상기 배기 가스의 일부를 뽑아내는 염소 바이패스 장치를 구비하고, 상기 배기 가스관은, 상기 가마 후미부로부터 상기 배기 가스의 하류측을 향해 점차 상방으로 경사지는 도관 경사부와, 이 도관 경사부의 상단부에 접속되어 상기 배기 가스를 상기 프리히터로 유도하는 라이징 덕트를 갖고, 상기 도관 경사부의 상측면에 상기 하소로의 배기 덕트가 접속되는 동시에, 당해 배기 덕트와 상기 가마 후미부 사이의 상기 도관 경사부에, 상기 염소 바이패스 장치의 추기관이 접속된 시멘트 제조 설비에 있어서, 상기 하소로의 배기 덕트의 하면에, 수평면에 대해 20∼60°의 범위의 경사 각도로 상기 도관 경사부측으로 돌출된 정류벽을 형성하는 동시에, 상기 정류벽의 하단부 모서리와 상기 도관 경사부의 대향 벽면의 간격을, 당해 하단부 모서리와 대향면 사이에 있어서의 배기 가스 평균 유속이 15∼35㎧의 범위로 되도록 설정한 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 1에 기재된 본원 발명에 관한 시멘트 제조 설비에 따르면, 하소로의 배기 덕트의 하면에, 수평면에 대해 20∼60°의 범위의 경사 각도로 도관 경사부측으로 돌출된 정류벽을 형성하고, 또한 이 정류벽의 하단부 모서리와 도관 경사부의 대향 벽면의 간격을, 양자간의 배기 가스 평균 유속이 15∼35㎧의 범위로 되도록 설정하고 있다.

이로 인해, 후술하는 실험 결과로부터 명백한 바와 같이, 배기 덕트로부터의 하소로 배기 가스가 시멘트 킬른의 가마 후미부측으로 강하하는 것을 방지하여, 오로지 염소 농도가 높은 킬른 배기 가스를 추기관으로부터 염소 바이패스 장치로 보낼 수 있고, 따라서 소량의 배기 가스 추기에 의해 효율적으로 시멘트 킬른 내의 염소 농도를 저감시킬 수 있다.

또한, 하소로의 배기 덕트에 형성하는 상기 정류벽의 수평면에 대한 경사 각도를 20∼60°로 한 이유는, 당해 경사 각도가 60°를 초과하면, 배기 덕트로부터의 하소로 배기 가스가 가마 후미부측으로 강하하여 염소 바이패스 장치의 추기관으로부터 뽑아내어질 가능성이 높아지는 동시에, 상기 하소로 배기 가스의 흐름이 시멘트 킬른의 가마 후미부측으로부터의 킬른 배기 가스의 흐름을 방해하여, 당해 배기 가스류에 압력 손실을 부여하기 때문이며, 한편 20°에 미치지 않으면, 당해 정류벽에 하소로 배기 가스 중의 원료 더스트가 퇴적되어 조업에 지장을 발생할 우려가 있기 때문이다.

또한, 정류벽의 하단부 모서리와 도관 경사부의 대향 벽면의 간격을, 양자간의 배기 가스 평균 유속이 15∼35㎧ 범위로 되도록 설정한 것은, 상기 배기 가스 평균 유속이 15㎧에 미치지 않으면, 하소로 배기 가스의 흐름을 극복하여 가마 후미부측으로 강하할 우려가 있고, 반대로 35㎧를 초과하도록 상기 간격을 설정하면, 당해 간격이 지나치게 좁아져 도관 경사부에 있어서의 압력 손실이 증대되고, 마찬가지로 조업에 지장을 초래할 우려가 발생하기 때문이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태를 나타내는 주요부의 종단면도이다.
도 2는 도 1의 실시 형태를 이용한 실시예의 해석 결과인 배기 가스의 유선을 도시하는 도면이다.
도 3은 표 1의 결과를 플롯한 그래프이다.
도 4는 일반적인 시멘트 제조 설비를 나타내는 개략 구성도이다.
도 5는 도 4의 주요부를 배기 가스의 흐름과 함께 나타내는 확대도이다.
도 6은 상기 실시예에 있어서 종래의 시멘트 제조 설비를 사용한 해석 결과인 배기 가스의 유선을 나타내는 도면이다.

도 1은 본 발명에 관한 시멘트 제조 설비의 일 실시 형태의 주요부를 나타내는 것으로, 다른 구성 부분에 대해서는 도 4에 도시한 것과 마찬가지이므로, 이하 동일 부호를 이용하여 설명을 간략화한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 이 시멘트 설비에 있어서는, 하소로(10)의 배기 덕트(16)의 하면(16a)의 하부[도관 경사부(14)와의 접속부]에, 당해 하면(16a)보다도 수평면에 대한 경사 각도가 완만한 정류벽(20)이 형성되어 있다. 덧붙여 말하면, 이 정류벽(20)은 수평면에 대해 α＝20∼60°의 범위의 경사 각도의 평탄면이며, 도관 경사부(14)측으로 돌출되도록 형성되어 있다.

또한, 이 정류벽(20)의 하단부 모서리(20a)와, 도관 경사부(14)의 하측면의 내벽으로 되는 대향 벽면(14a)의 간격은, 이들 하단부 모서리(20a) 및 대향면(14a) 사이를 통과하는 배기 가스의 평균 유속이 15∼35㎧의 범위로 되도록 설정되어 있다.

실시예

본 발명자들은, 도 1에 도시하는 정류벽(20)의 경사 각도 및 그 하단부 모서리(20a)와 도관 경사부(14)의 대향면(14a) 사이를 통과하는 배기 가스의 평균 유속을 변화시킨 경우의 실시예 1∼11 및 비교예 1∼6에 대해, 시멘트 킬른(1)으로부터 도관 경사부(14)에 이르는 배기 가스류에 있어서의 압력 손실의 변화 등에 대해 해석을 행하였다.

표 1은 상기 실시예에 있어서 경사 각도 및 배기 가스 평균 유속을 변화시킨 경우의 해석 결과를 나타내는 도표이며, 그 제원 및 결과를 나타내는 것이다.

도 3은 상기 결과를, 횡축을 하단부 모서리(20a)와 도관 경사부(14)의 대향면(14a) 사이를 통과하는 배기 가스의 평균 유속(m/s)으로 하고, 종축을 시멘트 킬른(1)으로부터 도관 경사부(14)에 이르는 배기 가스류에 있어서의 압력 손실(mmAq)로 하여 플롯하여 나타낸 것이다.

또한, 도 2에 도시하는 시멘트 제조 설비 및 도 6에 도시하는 종래의 시멘트 제조 설비에 있어서, 배기 덕트(16)로부터 배출되는 하소로 배기 가스의 흐름을 해석하였다.

이들 표 1과, 도 2, 도 3 및 도 6에 도시하는 해석 결과로부터, 실시예 1∼11에 있어서는, 상기 정류벽(20)의 수평면에 대한 경사 각도를 20∼60°의 범위로 하고, 또한 이 정류벽(20)의 하단부 모서리(20a)와 도관 경사부(14)의 대향 벽면(14a)의 간격을, 양자간의 배기 가스 평균 유속이 15∼35㎧의 범위로 되도록 설정하고 있는 결과, 배기 가스의 흐름에 큰 압력 손실을 부여하는 일이 없고, 또한 배기 덕트(16)로부터의 하소로 배기 가스가 시멘트 킬른(1)의 가마 후미부(2)측으로 강하하여 추기관(11)으로부터 뽑아내어지는 것을 방지하여, 오로지 염소 농도가 높은 시멘트 킬른(1)으로부터의 배기 가스를 추기관(11)으로부터 염소 바이패스 장치로 보낼 수 있고, 따라서 소량의 배기 가스 추기에 의해 효율적으로 시멘트 킬른(1) 내의 염소 농도를 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있다.

이에 대해, 비교예 1, 2와 같이 상기 배기 가스 평균 유속이 35㎧를 초과하면, 상기 압력 손실이 급격하게 상승하여, 상기 하단부 모서리(20a)와 대향 벽면(14a)의 간격이 지나치게 좁아져 도관 경사부(14)에 있어서의 압력 손실이 증대되고, 조업에 지장을 초래할 우려가 발생하는 것을 알 수 있다.

또한, 비교예 3∼6과 같이, 상기 배기 가스 평균 유속이 15∼35㎧인 범위 내라도, 상기 경사 각도가 60°를 초과하면, 하소로 배기 가스의 흐름이, 도관 경사부(14)로부터 라이징 덕트(15)를 향하는 킬른 배기 가스의 흐름을 방해하여, 마찬가지로 도관 경사부(14)에 있어서의 압력 손실의 증대를 초래하는 것을 알 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 도관 경사부(14)의 상측면에 염소 바이패스 장치의 추기관(11)이 접속되어 있는 경우에 대해서만 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 상기 도관 경사부(14)의 상측면과 하측면 사이의 측면에 염소 바이패스 장치의 추기관이 접속되어 있는 경우에 있어서도 마찬가지로 적용하는 것이 가능하다.

염소 농도가 낮은 하소로 배기 가스의 혼입을 방지하고, 염소 농도가 높은 킬른 배기 가스의 일부를 추기함으로써, 소량의 배기 가스 추기에 의해 효율적으로 시멘트 킬른 내의 염소 농도를 저감시킬 수 있는 염소 바이패스 장치를 구비한 시멘트 제조 설비를 제공할 수 있다.

1 : 시멘트 킬른
2 : 가마 후미부
4 : 프리히터
9 : 배기 가스관
10 : 하소로
11 : 염소 바이패스 장치의 추기관
12 : 사이클론
13 : 백 필터
14 : 도관 경사부
14a : 대향 벽면
15 : 라이징 덕트
16 : 하소로로부터의 배기 덕트
16a : 하면
20 : 정류벽
20a : 하단부 모서리
α : 정류벽(20)의 경사 각도

Claims

프리히터에 의해 예열된 상기 시멘트 원료를 하소하는 하소로와, 이 하소로에서 하소된 상기 시멘트 원료를 소성하는 시멘트 킬른과, 이 시멘트 킬른의 가마 후미부로부터 배출된 배기 가스를 상기 프리히터에 공급하는 배기 가스관과, 이 배기 가스관에 접속되어 상기 배기 가스의 일부를 뽑아내는 염소 바이패스 장치를 구비하고, 상기 배기 가스관은, 상기 가마 후미부로부터 상기 배기 가스의 하류측을 향해 점차 상방에 경사지는 도관 경사부와, 이 도관 경사부의 상단부에 접속되어 상기 배기 가스를 상기 프리히터로 유도하는 라이징 덕트를 갖고, 상기 도관 경사부의 상측면에 상기 하소로의 배기 덕트가 접속되는 동시에, 당해 배기 덕트와 상기 가마 후미부 사이의 상기 도관 경사부에, 상기 염소 바이패스 장치의 추기관이 접속된 시멘트 제조 설비에 있어서,
상기 하소로의 배기 덕트의 하면에, 수평면에 대해 20∼60°의 범위의 경사 각도로 상기 도관 경사부측으로 돌출된 정류벽을 형성하는 동시에, 상기 정류벽의 하단부 모서리와 상기 도관 경사부의 대향 벽면의 간격을, 당해 하단부 모서리와 대향면 사이에 있어서의 배기 가스 평균 유속이 15∼35㎧의 범위로 되도록 설정한 것을 특징으로 하는, 시멘트 제조 설비.