KR20150065704A - 회전 가마 내에서의 2차 연료의 연소를 개선하는 공정 및 장치 그리고 버너 조립체를 갖는 회전 가마를 개조하는 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전 가마(1) 내에 제1 스트림(7)으로 공급되는 2차 연료(10)의 연소를 개선하는 공정 및 장치에 관한 것이다. 회전 가마(1)는 메인 버너(5) 그리고 다양한 매체를 위한 복수개의 급송 채널(16, 17, 18, 19, 20)을 포함하는 버너 조립체(9)를 갖고, 이들 급송 채널 중 하나(19)가 구체적으로 압축 공기의 스트림 내의 입자 또는 조각의 형태로의 2차 연료(10)의 공급을 위해 설계된다. 본 발명에 따르면, 그 단부에서 경사형 노즐(14)을 갖는 산소-풍부 가스 구체적으로 기술적으로 이용 가능한 등급의 가스 산소(11) 또는 산소-풍부 액체 구체적으로 기술적으로 이용 가능한 등급의 액체 산소(11)를 위한 튜브형 산소 랜스(12)가 버너 조립체(9)의 급송 채널(20) 내에 또는 그 상에 배열되고, 산소 랜스(12)는 노즐(14)로부터 나오는 산소(11)가 2차 연료의 제1 스트림(7)을 타격하는 제2 스트림(8)을 형성하는 위치로 이동된다. 본 발명은 회전 가마를 위한 버너 조립체의 신규한 구성을 위해 고려될 수 있지만, 주로 급송 채널이 본 발명에서의 산소 랜스를 삽입할 것이 요구될 때에 이용 가능한 기존의 버너 조립체를 개조하도록 주로 기능한다. 2차 연료로의 가스 또는 액체 산소나 산소-풍부 가스 또는 액화 가스의 목표 지정 전달이 연소 공정을 상당히 개선할 수 있고, 결국 배기물 방출 구체적으로 일산화탄소 방출을 상당히 감소시킬 수 있다.

Description

회전 가마 내에서의 2차 연료의 연소를 개선하는 공정 및 장치 그리고 버너 조립체를 갖는 회전 가마를 개조하는 공정{PROCESS AND APPARATUS FOR IMPROVING THE COMBUSTION OF SECONDARY FUEL IN A ROTARY KILN AND PROCESS FOR RETROFITTING A ROTARY KILN WITH A BURNER ASSEMBLY}

본 발명은 예컨대 시멘트의 제조에서 사용되는 것과 같은 회전 가마의 영역 내에 있다.

회전 가마는 구체적으로 종종 50 m 초과의 가마 또는 퍼니스 길이를 갖는 대형 설치물일 수 있다.

상이한 연료가 가마를 가열하는 데 사용될 수 있다.

일반적으로, 회전 가마는 석유, 가스 및 미분탄 등의 1차 연료를 위한 적어도 1개의 메인 버너를 갖는다. 다른 연료 소위 2차 연료를 추가하는 옵션이 제공될 수 있다. 2차 연료로서, 플라스틱 폐기물, 직물 폐기물, 낡은 타이어 등을 포함하는 많은 재료가 고려된다. 이들 2차 연료는 일반적으로 작은 입자, 조각 또는 부스러기로서 압축 공기에 의해 공급된다. 전형적으로, 2차 연료는 1차 연료보다 낮은 열량 수치를 갖는다. 결국, 그 완전 연소는 종종 구체적으로 오염물의 방출을 방지하거나 감소시키는 추가의 조치를 요구한다.

회전 가마의 기본 구성은 예컨대 제EP 0 866 295 A1호에 기재되어 있다. 이러한 문서는 액체 산소를 공급하는 산소 랜스(oxygen lance)를 사용함으로써 연소를 개선할 것을 제안하고 있다.

마찬가지로, 회전 가마의 기본 구성은 예컨대 제EP 1 065 461 B1호에 기재되어 있다. 산소의 추가로써 2차 연료의 연소를 개선하는 것이 여기에도 제안되어 있다.

제US 6 318 278 B1호에서, 회전 가마는 회전 가마가 본 발명에서 구성될 수 있는 것과 같이 기재되어 있다. 이러한 문서는 또한 후방 내부 연소 영역 내에서의 산소 랜스의 사용을 보여주고, 메인 버너의 방향에 대해 어떤 각도로 보유되는 산소의 공급부가 또한 고려된다.

제EP 0 726 437 A1은 회전 가마 내의 상이한 산소 랜스와 관련되고, 산소 랜스들 중 하나가 버너 조립체의 중심 내로 도입된다. 그러나, 2차 연료의 사용은 여기에 포함되어 있지 않다.

본 발명의 목적은 구체적으로 질소 산화물 등의 규정된 한계 위로의 다른 원하지 않는 오염물의 방출을 증가시키지 않으면서 일산화탄소의 방출을 감소시키기 위해 바람직하게는 전형적인 버너 조립체의 이용 가능성을 사용함으로써 회전 가마 내에서의 2차 연료의 연소를 개선하는 것이다.

이러한 목적을 성취하기 위해, 청구항 13에 따른 공정 그리고 청구항 5에 따른 장치가 채용된다. 개별적으로 또는 조합으로 사용될 수 있는 유리한 실시예가 각각의 종속 청구항 내에 개시되어 있다.

본 발명에 따르면, 회전 가마에 공급되는 2차 연료의 제1 스트림의 연소를 개선하는 공정으로서, 회전 가마 버너 조립체는 바람직하게는 기하 중심 축을 보유하고 1차 연료를 공급하도록 설계되는 메인 버너 그리고 다양한 매체를 위한 복수개의 급송 채널을 보유하는 원통형 버너 조립체를 갖고, 급송 채널들 중 하나가 예컨대 압축 공기의 스트림 내의 입자 또는 조각의 형태로 2차 연료를 공급하도록 설계되는, 공정에 있어서, 그 급송 단부에 배열되는 경사형 노즐을 갖는 산소-풍부 가스 구체적으로 산소 가스 또는 산소-풍부 액체 특히 액체 산소를 위한 튜브형 산소 랜스가 버너 조립체의 급송 채널 내에 또는 그 상에 위치되고, 산소 랜스는 노즐로부터 나오는 산소가 제1 스트림을 향해 유도되어 그와 충돌하거나 그를 타격하는 제2 스트림을 형성하도록 위치되는, 것을 특징으로 하는 공정이 제공된다.

산소 랜스는 바람직하게는 버너 조립체의 급송 채널 내에(내부측에) 설치 또는 위치된다. 이러한 실시예로써, 산소 랜스가 또한 버너의 후방 단부로부터(즉, 퍼니스 내부로부터 떨어진 저온측으로부터) 접근 가능하다.

그러나, 버너의 고온측에서 채널 상에 즉 채널의 극단부 상으로(즉, 퍼니스 내부를 향해) 산소 랜스를 설치하는 것이 또한 가능하다. 후자의 경우에, 산소 랜스는 특히 짧을 수 있거나, 심지어 기본적으로 이러한 경사형 노즐로 구성될 수 있다.

사용된 산소 가스는 기술적으로 이용 가능한 순도 및 농도로 되어 있다. 마찬가지로, 액체 산소가 또한 산업적으로 이용 가능한 순도로 되어 있다.

이러한 문맥에서:

· "산소-풍부 가스"는 50 체적% 내지 100 체적% 그리고 바람직하게는 80 체적% 내지 100 체적%의 산소(O2) 함량을 가스를 말하고;

· "산소 가스"는 90 체적% 내지 100 체적%, 바람직하게는 95 체적% 내지 100 체적% 그리고 더 바람직하게는 99 체적% 내지 100 체적%, 바람직하게는 80 체적%와 100 체적% 사이의 산소(O2) 함량을 갖는 가스를 말하고;

· "산소-풍부 액체"는 50 체적% 내지 100 체적%의 산소(O2) 함량을 액체를 말하고;

· "액체 산소"는 90 체적% 내지 100 체적%, 바람직하게는 95 체적% 내지 100 체적% 그리고 더 바람직하게는 99 체적% 내지 100 체적%의 산소(O2) 함량을 갖는 액체를 말하고;

· 2개의 유체 스트림은 이들 스트림이 어떤 각도로 서로를 향해 유도되고 그에 의해 2개의 스트림이 이들의 각각의 분사 지점의 하류의 어떤 지점에서 만나도록 배향될 때에 서로 충돌 또는 타격하는 것으로 언급된다.

· "굽혀진 노즐"은 "경사형 노즐"과 동의어이고, 축 방향과 즉 노즐의 상류의 랜스의 기하 중심 축과 0이 아닌 각도를 형성하는 분사 방향으로 유체의 스트림을 유도하도록 랜스의 급송 단부에 위치되는 노즐을 말한다.

버너 조립체는 전형적으로 버너 조립체의 기하 중심 축이 가마의 길이 방향 축과 일치되도록 전형적으로 회전 가마의 하나의 길이 방향 단부에 위치된다. 연소 가스는 전형적으로 버너 조립체에 대향되는 길이 방향 단부에서 가마로부터 배출된다.

일반적으로, 2차 연료는 2차 연료가 메인 버너의 1차-연료 화염의 상승 열에 의해 점화되고 주위 산소로써 연소되도록 메인 버너 위에서 또는 메인 버너의 상부 영역에서 회전 가마에 공급된다.

실험에 따르면, 2차 연료의 점화 전에 미리 또는 그 중에 수행되는 구체적으로 2차 연료의 제1 스트림으로의 산소의 공급은 그 연소를 상당히 개선할 수 있다. 산소 또는 산소-풍부 유체의 제2 스트림이 2차 연료의 제1 스트림과 만나거나 충돌하면, 2개의 스트림 사이의 이러한 충돌이 없는 경우보다 훨씬 적은 일산화탄소가 2차 연료의 후속의 연소에서 생성된다.

본 발명으로써, 산소 랜스에 의해 공급되는 산소 또는 산소-풍부 유체는 회전 가마 내에서 목표 미지정 산소 급송보다 훨씬 더 효과적으로 사용될 수 있다.

대형 회전 가마를 위한 전형적인 버너 조립체는 그 자체가 약 10 m의 길이를 가질 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 그러므로, 설치물 또는 조립체에 상당한 변화를 수행하지 않으면서 메인 유동 방향(이것은 전형적으로 버너 조립체의 기하 중심 축과 일치됨)에 경사지게 또는 2차 연료(제1 스트림)의 유동 방향에 경사지게 연장되는 산소 랜스를 배열하기 위한 실용적인 방법은 없다.

본 발명에 따르면, 산소 랜스는 전형적인 버너 조립체가 갖는 여러 개의 급송 채널 중에서 가마의 주어진 동작 상태에서 사용되지 않는 급송 채널을 통해 도입된다. 이러한 급송 채널은 예컨대 버너 조립체의 기하학적 축에 평행할 수 있다. 산소 랜스의 급송 단부에서의 굽혀진 또는 경사형 노즐이 요구 방향으로 (산소 또는 산소-풍부 유체의) 제2 스트림을 유도한다.

2차 연료를 사용할 때에, 메인 버너가 1차 연료로써 계속하여 동작되고, 1차 연료의 연소가 회전 가마의 추가의 공정에서 2차 연료의 완전 연소를 지원 또는 촉진한다.

일반적으로, 2차 연료를 위한 급송 채널과 관련된 산소 랜스 및 그 경사형 노즐의 정확한 회전 각도로써 이용 가능한 급송 채널 내에 산소 랜스를 삽입하여(또는 급송 채널 상으로 산소 랜스를 설치하여) 제1 스트림과 관련된 제2 스트림의 정확한 배향을 성취하고 그에 의해 제2 및 제1 스트림 사이의 충돌을 성취하는 것으로서 본 발명의 목적을 충분히 성취한다.

구체적으로, 기하학적으로 어려운 상태에서 그리고 회전 가마 내의 있을 수 있는 나선 유동과 관련하여, 배기 가스 내의 바람직하지 못한 성분 구체적으로 일산화탄소의 양을 측정하고 미세-조정에 의해 산소 랜스를 회전시키고 및/또는 산소의 공급을 수정하여 바람직하지 못한 성분의 최소 방출 또는 적어도 배기 가스 내의 다양한 바람직하지 못한 성분의 모두에 대한 수용 가능한 수치를 성취하는 것이 그럼에도 불구하고 유용하다. 실제로, 많은 국가가 이러한 방출에 최대 수치를 부과하고 있다. 이것은 가마 내부측의 복잡한 유동 상태에 대해서도 특히 청정한 연소를 가능케 한다. 이러한 미세-조정은 산소 랜스가 급송 채널 내부측에 설치될 때에 가장 용이하게 수행된다.

이러한 공정은 바람직하게는 제2 스트림이 내부 가마 길이의 10% 미만 그리고 바람직하게는 내부 가마 길이의 4% 미만에 대응하는 버너 조립체로부터의 거리에서 제1 스트림과 충돌하거나 그를 타격되도록 구성된다.

예컨대, 위에서 설명된 것과 같은 대형 설치물의 경우에, 이러한 공정은 바람직하게는 제2 스트림이 버너 조립체로부터 배출된 후에 5 m 미만 그리고 바람직하게는 그 후에 2 m 미만 내에서 제1 스트림을 타격하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 산소 랜스로부터의 산소가 주로 질소 산화물의 생성 증가를 초래할 수 있는 회전 가마 내의 더욱 하류에서 일어나는 1차 연료의 연소 중의 온도 상승을 유발하지 않고, 주로 2차 연료의 연소를 촉진하는 데 사용되는 것이 성취된다.

산소 랜스에 의해 공급되는 산소는 또한 약간의 초화학양론적 비율 즉 퍼니스 내의 연료에 대한 과잉의 산소를 성취하여 회전 가마의 길이를 따라 모든 연료(1차 및 2차)의 최대한의 완전 연소를 성취하도록 기능할 수 있다.

회전 가마에 제1 스트림으로서 공급되는 2차 연료의 연소를 개선하는 본 발명에 따른 장치가 또한 개시되어 있다. 회전 가마는 1차 연료를 위한 메인 버너 그리고 다양한 매체를 위한 복수개의 급송 채널을 포함하는 버너 조립체를 갖고, 2차 연료 채널로 불리는 급송 채널들 중 하나가 압축-공기 스트림 내의 2차 연료 예컨대 입자 또는 조각의 제1 스트림의 공급을 위한 급송 채널이다. 이러한 장치는 산소-풍부 가스 구체적으로 산소 가스를 위한 또는 산소-풍부 액체 특히 액체 산소를 위한 튜브형 산소 랜스가 산소 채널로 불리는 급송 채널들 중 또 다른 하나 내에 위치된다. 산소 랜스는 그 급송 단부에 배열되는 굽혀진 또는 경사형 노즐을 갖는다. 노즐로부터 나오는 산소-풍부 가스 또는 액체가 제2 스트림을 형성한다. 산소 랜스의 경사형 노즐은 회전 가마 동작 중에 산소-풍부 가스 또는 액체의 제2 스트림이 2차 연료 채널에 의해 공급되는 2차 연료의 제1 스트림과 충돌하도록 위치된다. 산소 랜스의 경사형 노즐은 그에 따라 노즐이 2차 연료를 위한 제1 급송 채널을 향해 회전되도록 정밀하게 위치된다.

정확한 위치로의 노즐의 배향을 용이하게 하기 위해, 산소 랜스는 바람직하게는 회전 가마 내부측에서의 경사형 노즐의 방향/배향을 표시하는 수단(각도 위치 표시기)을 갖는다. 산소 랜스는 바람직하게는 랜스가 산소 채널 내에 위치될 때에 버너 조립체의 후방 단부에서 돌출되는 각도 위치 표시기를 갖는다. 이것은 예컨대 산소 랜스의 외부측 상의 마킹 또는 방향 화살표일 수 있고, 경사형 노즐과 정렬될 수 있다. 이러한 마킹이 2차 연료를 위한 2차 연료 채널의 입구를 표시하면, 회전 가마 내부측의 노즐이 또한 올바른 방향(즉, 2차 연료 채널의 급송 단부)을 표시한다.

본 발명에 따르면, 경사형 노즐은 랜스의 축 방향과 5˚ 내지 45˚, 바람직하게는 5˚ 내지 30˚, 더 바람직하게는 5˚ 내지 25˚ 그리고 가장 바람직하게는 10˚ 내지 20˚ 범위 내의 각도를 형성한다.

이러한 방식으로, 산소-풍부 유체의 제2 스트림이 버너 조립체로부터 배출된 후에 비교적 짧은 거리 내에서 2차 연료의 제1 스트림을 타격하는 것이 성취될 수 있다. 산소-풍부 액체와 사용될 때에, 노즐의 설계가 제2 스트림의 성격에 영향을 미칠 수 있다. 구체적으로, 노즐은 제2 스트림 내의 산소-풍부 액체의 분무 정도를 성취하도록 설계될 수 있다.

실험에 따르면, 구체적으로 산소 스트림이 적절한 노즐의 사용을 통해 회전 가마 내에서 충분히 긴 도달 거리를 가질 때에 연소 면에서의 어떤 개선이 산소 랜스 상의 비-경사형 노즐로써 즉 산소의 축 방향 분사에 의해 성취될 수 있다. 이러한 이유로, 이러한 기능을 맡은 비-경사형 또는 작은 경사형 보조 노즐이 산소 랜스의 단부에서 제2 노즐로서 제공될 수 있다.

산소 랜스를 통해 공급되는 산소(O2)의 비율은 비교적 작다. 전형적으로 회전 가마 내로 진입되는 산소(O2)의 3% 내지 10% 그리고 바람직하게는 4% 내지 6%가 산소 랜스를 통해 공급된다. 이것은 산소 랜스가 배열되는 급송 채널의 내경보다 작은 외경을 산소 랜스가 갖게 한다. 바람직하게는, 산소 랜스의 외경은 산소 채널의 내경보다 적어도 20% 작다.

전형적인 버너 조립체는 상이한 연료 또는 다른 목적을 위한 여러 개의 상이한 급송 채널을 포함한다. 이들 급송 채널 중 하나가 그 다음에 산소 랜스를 위한 산소 채널로서 적절하게 선택될 수 있다. 직경 차이는 오염의 존재 시에도 산소 랜스의 삽입, 회전 또는 제거를 수행할 때에 문제점이 없다는 것을 보증한다.

바람직하게는, 산소 랜스는 그 위치가 그 자체의 중량에 의해(즉, 중력에 의해) 결정되고 그에 따라 충분히 고정되도록 급송 채널 내에서 회전 가능 및 활주 가능하도록 위치된다. 산소 랜스의 중량은 산소 랜스가 산소 채널 내의 저부에 항상 위치되고 마찰이 산소 채널 내에서의 랜스의 어떤 불측의 바람직하지 못한 회전 또는 변위를 방지할 정도로 충분히 큰 것을 보증할 것이다.

산소 랜스에는 필요성 및 치수 설정에 따라 비교적 높은 압력 하에서 산소가 공급되어야 하므로, 산소-풍부 유체 공급 저장조로부터 산소 랜스로의 튜브 내에서 압력 강하를 낮게 유지하도록 2개의 가요성 튜브의 연결부를 위한 플랜지 등의 2개의 입구를 제공하는 것이 유리하다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 산소 랜스 및 그 노즐(들)은 경사형 노즐로부터 나와 제1 스트림과 합체/충돌하는 제2 스트림이 2차 연료의 제1 스트림의 직경과 동일하거나 그보다 작은 직경을 갖도록 치수 설정되고 액체 또는 가스 산소-풍부 유체의 공급부에 연결된다. 이러한 방식으로, 제2 스트림의 산소-풍부 유체의 상당한 부분이 2차 연료(의 제1 스트림)를 지나 산소-풍부 유체가 연소를 개선하는 데 크게 기여하지 못하는 회전 가마의 상부 영역으로 유동되는 것이 피해진다.

보조 노즐이 산소 랜스 내에 제공되면, 위에서 설명된 것과 같이, 보조 노즐은 산소 랜스로부터 나오는 산소가 회전 가마 내에 최대한 큰 이동 범위를 갖도록 설계된다. 이것은 바람직하게는 라발 보조 노즐(Laval auxiliary nozzle)로써 성취될 수 있다.

본 발명에 대해, 버너 조립체의 이용 가능한 특징의 사용이 바람직하게 수행되어야 하므로, (버너 조립체의 기하 중심 축에 대한) 대칭 위치들이 각각 산소 채널 및 2차 연료 채널을 위해 이용 가능한 것으로 항상 가정될 수는 없다. 사실상, 각각 2차 연료 및 산소 랜스를 위한 2개의 급송 채널을 연결하는 (가상) 기하학적-라인이 버너 조립체의 기하 중심 축과 교차되지 않으면 더욱 유리할 수 있다. 산소 랜스가 제1 스트림 아래에 경사지게 배열될 때에, 제2 스트림이 아래로부터 정확하게 수직으로 제1 스트림을 타격하지 못하고 그 대신에 약간 측면으로부터 타격한다(즉, 아래로부터 정확하게 수직으로 제1 스트림을 타격하지 못하고 2차 연료의 제1 스트림을 통한 수직 평면과 어떤 각도로 타격한다). 이것은 심지어 바람직한 나선 효과 그리고 1차 연료의 연소에 의해 발생되는 1차 화염과 2차 연료의 개선된 후속의 혼합으로 이어질 수 있다. 이러한 배열에 의해, 산소-풍부 유체 스트림이 그 이동 경로 내에서 1차 연료와 주로 반응되지 않고 1차 연료를 위한 연소 공기에 의해 강력하게 방향 전환되지 않는 것이 또한 성취된다.

어느 경우에나, 제1 스트림이 제2 스트림보다 수직으로 높게 회전 가마 내로 진입되고, 제2 스트림이 아래로부터 수직으로 또는 경사지게 제1 스트림을 타격하는 것이 유리하다.

이후에서, 본 발명이 도면 내의 여러 개의 실시예를 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 회전 가마의 개략 길이 방향 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 버너 조립체의 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 산소 랜스의 중간 부분을 통한 개략 길이 방향 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 산소 랜스의 개략 측면도이다.
도 5는 본 발명의 동작의 원리의 개략 사시도이다.

도 1은 시멘트(2)를 제조하는 전형적인 회전 가마(1)를 개략적으로 도시하고 있고, 이러한 시멘트는 분말 형태로 회전 가마(1)를 통과한다. 회전 가마(1)의 하부 단부에서, 바람직하게는 대략 원통형 형상의 버너 조립체(3)가 배열된다. 버너 조립체(3)는 1차 연료가 급송되는 메인 버너(5)를 포함한다. 회전 가마(1)의 동작 중에, 1차 화염(6)이 가마 내의 열의 대부분(즉, 열의 50% 초과 그리고 바람직하게는 60% 초과)을 발생시키는 1차 연료의 연소에 의해 형성된다. 그러나, 구체적으로 바이오매스 등의 대체 연료를 사용하여야 한다는 상승 압력에 비추어, 1차 연료의 연소가 가마 내의 총 열의 50% 미만, 바람직하게는 30% 미만 또는 심지어 25% 미만을 제공하도록 퍼니스를 동작시키는 것도 가능하다. 석탄 또는 석유 등의 통상의 종류의 연료가 일반적으로 1차 연료로서 사용되지만, 대체 연료로서 알려져 있는 다른 종류의 연료가 또한 단독으로 또는 통상의 연료 종류와 혼합되어 1차 연료로서 사용될 수 있다는 것이 지적되어야 한다. 버너 조립체(3)는 전형적으로 공기 스트림 등의 반송 유체 스트림에 의해 작은 단편으로 공급되는 플러프(fluff)로서 또한 알려져 있는 2차 연료(10)를 위한 적어도 1개의 급송 채널(19)을 추가로 포함한다. 회전 가마(1) 내에, 이러한 2차 연료(10)가 제1 스트림(7)으로서 분사된다. 본 발명에 따른 버너 조립체(3) 내에, 산소 랜스(12)가 또한 가마 동작 중에 제2 산소-풍부 스트림(8)을 분사하도록 배열된다. 제1 스트림(7) 및 제2 스트림(8)은 2차 연료를 위한 급송 채널(19)에 평행하게 연장되는 산소 랜스(12)가 그 급송 단부에서 굽혀진 노즐(14)을 가지므로 접합 부분(9)에서 만난다. 제2 스트림이 산소 랜스(12)의 기하 중심 축(27)에 대해 각도(α)로 그리고 또한 버너 조립체(3)의 기하 중심 축(4)에 대해 각도(α)로 배출되는 것이 그에 따라 성취된다. 즉, 1차 및 2차 연료의 연소에 의해 발생된 연소 가스는 회전 가마(1)로부터 연소 가스 내의 어떤 성분 특히 오염물의 방출 수준을 측정하는 분석기(25)가 구비된 배기 후드(24)로 배출된다.

도 2는 버너 조립체(3)를 통한 단면도를 도시하고 있다. 버너 조립체(3)는 상이한 영역 내에 위치되는 별개의 급송 터널, 통로 또는 채널을 포함한다. 급송 터널 중 일부는 버너 조립체(3)의 기하 중심 축(4)에 동심성이고, 다른 것들은 이심성이다. 전체의 버너 조립체(3)는 환형 공간으로서 형성되는 급송 채널(16)을 포위하는 외부 단열부(26)를 포함한다. 이것은 예컨대 1차 공기의 공급을 위해 사용될 수 있다. 더욱 내부측에는 예컨대 1차 연료로서의 미분탄의 공급을 위해 사용될 수 있는 또 다른 급송 채널이 있다. 더욱 내부측에는 예컨대 중심 공급 공기를 위해 재차 사용될 수 있는 또 다른 급송 채널이 있다. 도시된 실시예에서, 후자의 추가의 급송 채널(18) 내에는 2차 연료(10)를 공급하는 적어도 1개의 급송 채널(19), 여기에서 추가로 설명되지 않는 목적을 위한 2개의 추가의 급송 채널(18) 그리고 산소 랜스(12)를 위한 급송 채널(20)이 있다. 산소 랜스(12)를 위한 이러한 급송 채널(20)은 선택 사항으로 산소 랜스(12)의 임의의 단열부를 포함하는 산소 랜스(12)의 외경보다 큰 구체적으로 적어도 20% 큰 내경(D)을 갖는다. 도 2의 실시예에서, 2차 연료를 위한 급송 채널(19)은 산소 랜스(12)를 위한 급송 채널(20) 위에 어떤 각도로 놓인다.

도 3은 경사형 노즐(14) 그리고 선택 사항으로 제공될 수 있는 보충 노즐(15)을 갖는 산소 랜스(12)의 단부 부분의 더욱 명료한 개략 길이 방향 섹션을 도시하고 있다. 산소 랜스(12)는 외경(d) 및 기하 중심 축(27)을 갖는다. 동작 중에, 경사형 노즐(14)은 산소 랜스(12)의 기하 중심 축(27)에 대해 각도(α)로 산소-풍부 제2 스트림(8)을 분사한다. 제2 스트림(8)은 교차 영역(9)에서 2차 연료의 제1 스트림(7)을 타격한다. 이러한 교차 영역(9)은 산소 랜스(12)의 급송 단부로부터 5 m 미만 그리고 바람직하게는 2 m 미만의 거리(E)를 갖는다. 이것은 경사형 노즐(14)의 각도(α)가 5˚ 내지 45˚, 바람직하게는 5˚ 내지 30˚, 더 바람직하게는 5˚ 내지 25˚ 그리고 가장 바람직하게는 10˚ 내지 20˚에 놓인다는 점에서 성취된다.

도 4는 전체의 산소 랜스(12) 그리고 산소 탱크(21)와의 그 연결 라인의 개략적인 길이 방향 섹션을 도시하고 있다. 그 후방 영역에서, 산소 랜스(12)는 각도 위치 표시기(13)를 갖고, 이러한 각도 위치 표시기를 기초로 하여 조작자가 회전 가마(1)의 내부 내에서 설치된 랜스(12)의 경사형 노즐(14)이 갖는 방향을 인식할 수 있다. 산소 랜스(12)는 바람직하게는 단지 작은 압력 손실로써 산소 탱크(21)로부터 액체 또는 가스 산소-풍부 유체(11)를 공급할 수 있는 튜브형 산소 공급 라인(22)의 연결을 위한 2개의 입구 플랜지(23)를 갖는다. 산소-풍부 유체의 화학적 순도는 공정을 위해 필수적인 것은 아니고, 산소-풍부 유체는 산소 또는 산소 풍부 가스 또는 액체일 수 있고, 이 때에 산소 함량은 예컨대 50 체적% 초과 그리고 바람직하게는 80 체적% 초과인 것이 주목되어야 한다.

도 5는 버너 조립체(3)의 출구에서의 공간적 배열을 추가로 도시하고 있다. 급송 채널(19)로부터의 2차 연료의 제1 스트림(7)이 교차 영역(9)에서 산소-풍부 유체의 제2 스트림(8)에 의해 아래로부터 경사지게 그리고 측방으로 타격된다는 것이 관찰될 수 있다. 제2 스트림(8)의 경사형 출구는 산소 랜스(12) 상의 경사형 노즐(14)에 의해 성취되고, 경사형 노즐(14)의 정확한 방향은 또한 각도 위치 표시기(13)에 의해 버너 조립체(3) 외부측으로부터 관찰될 수 있다. 버너 조립체(3)의 다른 급송 채널(18)은 이러한 공정에 큰 영향을 미치지 않는다.

본 발명은 회전 가마를 위한 버너 조립체의 신규한 구성을 위해 고려될 수 있지만, 급송 채널이 본 발명에서의 산소 랜스를 삽입할 것이 요구될 때에 이용 가능한 기존의 버너 조립체를 개조하는 데 특히 유용하다. 2차 연료로의 가스 또는 액체 산소나 산소-풍부 가스 또는 액화 가스의 목표 지정 전달이 연소 공정을 상당히 개선할 수 있고, 결국 배기물 방출 구체적으로 일산화탄소 방출을 감소시킬 수 있다.

참조 용어 목록

1: 회전 가마

2: 시멘트

3: 버너 조립체

4: 버너 조립체의 기하 중심 축

5: 메인 버너

6: (1차 연료의 연소로부터의) 1차 화염

7: (2차 연료의) 제1 스트림

8: (산소-풍부 유체의) 제2 스트림

9: 제1 및 제2 스트림의 교차 영역

10: 2차 연료

11: 산소-풍부 유체

12: 산소 랜스

13: 각도 위치 표시기

14: 경사형 노즐

15: 보조 노즐

16: 제1 급송 채널

17: 제2 급송 채널

18: 추가의 급송 채널

19: 2차 연료를 위한 급송 채널

20: 산소 랜스를 위한 급송 채널

21: 산소 탱크

22: 산소 라인

23: 입구 플랜지

24: 배기 후드

25: 분석기

26: 단열부

27: 산소 랜스의 기하 중심 축

α: 노즐 각도

D: 산소 랜스를 위한 급송 채널의 직경

d: 산소 랜스의 직경

E: 교차 영역과 버너 조립체 사이의 거리

Claims (15)

1. 제1 스트림(7)으로 바람직하게는 압축 공기의 유동 내의 입자 또는 조각의 형태로 회전 가마(1)에 공급되는 2차 연료(10)의 개선된 연소를 위한 공정으로서, 회전 가마(1)는 1차 연료를 위한 메인 버너(5) 그리고 다양한 매체를 위한 복수개의 급송 채널(16, 17, 18, 19, 20)을 포함하는 버너 조립체(9)를 갖고, 2차 연료 채널(19)로 불리는 급송 채널들 중 하나가 2차 연료(10)의 제1 스트림을 공급하도록 제공되는, 공정에 있어서,
   산소-풍부 가스 바람직하게는 산소 가스(11) 또는 산소-풍부 액체 바람직하게는 액체 산소(11)를 공급하는 튜브형 산소 랜스(12)가 산소 채널(20)로 불리는 급송 채널들 중 또 다른 하나 내에 또는 그 상에 제공되고, 랜스(12)는 그 급송 단부에 배열되는 경사형 노즐(14)을 갖고, 산소 랜스(12)는 노즐(14)로부터 나오는 산소-풍부 가스 또는 액체(11)가 제1 스트림(7)과 충돌하는 제2 스트림(8)을 형성하도록 위치되는,
   것을 특징으로 하는 공정.
2. 제1항에 있어서, 회전 가마(1)의 배기 가스 내에서의 1개 이상의 오염물 구체적으로 일산화탄소(CO)의 수준이 측정되고, 산소 랜스(12)가 회전되고 및/또는 산소-풍부 가스 또는 액체(11)의 공급이 조정되어 오염물, 오염물의 합계 또는 오염물들의 합계의 배기 가스 내에서의 수준이 최소화되는, 것을 특징으로 하는 공정.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 스트림(8)은 버너 조립체(9)로부터 배출된 후에 5 m 미만 그리고 바람직하게는 배출 후에 2 m 미만 내에서 제1 스트림(7)을 타격하는 것을 특징으로 하는 공정.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 산소-풍부 가스 또는 액체(11)는 회전 가마(1) 내에 초화학량론적 총 산소-연료 비율이 형성되는 양으로 공급되는 것을 특징으로 하는 공정.
5. 회전 가마를 포함하고 회전 가마(1)에 제1 스트림(7)으로 공급되는 2차 연료(10)의 개선된 연소를 위해 의도되는 장치로서, 회전 가마(1)는 1차 연료를 공급하는 메인 버너(5) 그리고 다양한 매체를 위한 복수개의 급송 채널(16, 17, 18, 19, 20)을 보유하는 버너 조립체(9)를 갖고, 급송 채널들 중 하나가 바람직하게는 압축 공기의 유동 내의 입자 또는 조각의 형태로 2차 연료(10)의 제1 스트림을 공급하는 2차 연료 채널(19)인, 장치에 있어서,
   산소-풍부 가스(11) 바람직하게는 가스 산소 또는 산소-풍부 액체(11) 특히 액체 산소를 공급하는 튜브형 산소 랜스(12)가 산소 채널(20)로 불리는 급송 채널들 중 또 다른 하나 내에 또는 그 상에 위치되고, 랜스(12)는 동작 시에 산소-풍부 가스 또는 액체(11)가 경사형 노즐(14)로부터 나올 때에 제2 스트림(8)이 제1 스트림(7)과 충돌하는 산소-풍부 가스 또는 액체(11)로 형성되도록 그 급송 단부에서 경사형 노즐(14)을 갖는, 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제5항에 있어서, 산소 랜스(12)는 회전 가마(1) 내부측에서의 경사형 노즐(14)의 방향을 표시하는 각도 위치 표시기(13)를 갖고, 바람직하게는, 각도 위치 표시기(13)는 버너 조립체(9)로부터 그 후방 단부에서 돌출되고, 튜브형 산소 랜스(12)는 바람직하게는 산소 채널(20) 내에 위치되는, 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 경사형 노즐(14)은 산소 랜스(12)의 기하 중심 축(27)과 5˚ 내지 45˚, 바람직하게는 5˚ 내지 30˚, 더 바람직하게는 5˚ 내지 25˚ 그리고 가장 바람직하게는 10˚ 내지 20˚의 각도(α)를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 산소 랜스(12)는 그 급송 단부에 비-경사형 보조 노즐(15) 바람직하게는 보조 라발 노즐을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 튜브형 산소 랜스(12)는 산소 채널(20) 내에 위치되고, 산소 채널(20)의 내경(D)은 랜스(12)의 직경(d)보다 상당히 큰 바람직하게는 적어도 20% 큰, 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 산소 랜스(12)는 그에 산소 공급 라인(22) 구체적으로 가요성 튜브를 연결하는 2개의 입구 연결부(23) 바람직하게는 입구 플랜지를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 산소 채널(20) 및 2차 연료 채널(19)은 이들의 급송 단부를 연결하는 기하학적 라인이 버너 조립체(9)의 기하 중심 축(4)과 교차되지 않도록 버너 조립체(9) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 2차 연료 채널(19) 및 산소 랜스(12)는 제1 스트림(7)이 제2 스트림(8)보다 수직으로 높게 회전 가마(1) 내로 진입되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 1차 연료를 공급하는 메인 버너(5) 그리고 다양한 매체를 위한 복수개의 급송 채널(16, 17, 18, 19, 20)을 보유하는 버너 조립체(9)를 갖는 회전 가마(1)를 개조하는 공정으로서, 급송 채널들 중 하나가 바람직하게는 압축 공기의 유동 내의 입자 또는 조각의 형태로 2차 연료(10)의 제1 스트림을 공급하는 2차 연료 채널(19)인, 공정에 있어서,
    · 산소 채널(20)로 불리는 급송 채널들 중 또 다른 하나 내에 또는 그 상에 산소-풍부 가스(11) 바람직하게는 가스 산소 또는 산소-풍부 액체(11) 특히 액체 산소를 공급하는 튜브형 산소 랜스(12)를 설치하는 단계로서, 랜스(12)는 그 급송 단부에서 경사형 노즐(14)을 갖는, 단계와;
    · 동작 시에 산소-풍부 가스 또는 액체(11)가 경사형 노즐(14)로부터 나올 때에 제2 스트림(8)이 2차 연료(10)의 제1 스트림(7)과 충돌하는 산소-풍부 가스 또는 액체(11)로 형성되도록 산소 채널(20) 내에서의 랜스(12)의 위치를 조정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
14. 제13항에 있어서, 튜브형 산소 랜스(12)는 산소 채널(20) 내에 설치되는 공정.
15. 제14항에 있어서, 동작 시에 회전 가마(1)의 배기 가스 내에서의 1개 이상의 바람직하지 못한 성분 구체적으로 일산화탄소(CO)의 함량을 측정하는 단계 그리고 오염물 또는 오염물들의 합계의 배기 가스 내에서의 함량이 최소화되도록 산소 채널(20) 내에서의 랜스(12)의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 공정.

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