KR20150098632A - 유동 하소로 - Google Patents

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KR20150098632A
KR20150098632A KR1020157016776A KR20157016776A KR20150098632A KR 20150098632 A KR20150098632 A KR 20150098632A KR 1020157016776 A KR1020157016776 A KR 1020157016776A KR 20157016776 A KR20157016776 A KR 20157016776A KR 20150098632 A KR20150098632 A KR 20150098632A
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KR
South Korea
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pulverized coal
raw material
furnace body
inlet
blowing line
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Application number
KR1020157016776A
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Inventor
요시노리 다카야마
준쭈 왕
Original Assignee
미츠비시 마테리알 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 실제 노의 형상, 조업 조건을 기초로 한 수치 유체 역학 계산에 의해, 연료에 석탄이나 코크스 등의 연소성이 나쁜 미분탄을 사용해도, 유동 하소로 출구에 있어서의 미연소율을 저감시키고, 프리 히터에서의 폐색을 방지하면서, 충분한 하소를 행하는 것이 가능한 유동 하소로를 제공하는 것이다. 본 발명에 따르면, 축심 방향을 상하 방향으로 한 통 형상의 노체(2)와, 이 노체(2)의 측부에, 당해 노체(2) 내에 연료를 취입하는 미분탄 취입 라인(3) 및 시멘트 원료를 투입하는 원료 슈트(4) 및 추기 공기를 흡인하는 적어도 하나의 추기 도관(5)이 접속되어 있음과 함께, 노체(2)의 저부에 당해 노체(2) 내에 유동화 공기를 취입하는 유동화용 공기 취입구(6)가 배치된 유동 하소로(1)에 있어서, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구가 추기 도관(5)의 흡인구의 하방이고, 또한 유동화용 공기 취입구(6)의 상방에 배치되어 있다.

Description

유동 하소로{FLUIDIZED CALCINATION FURNACE}
본 발명은 미분탄의 공급 위치를 최적화함으로써, 하소로 출구에 있어서의 연료의 미연소율 저감을 가능하게 하는 유동 하소로에 관한 것이다.
종래, 도 6에 도시한 바와 같이, 유동 하소로를 구비한 시멘트 제조 설비(10)에 있어서는, 서스펜션 프리 히터(7)에 있어서, 고온 가스와의 열교환에 의해 가열된 원료가, 서스펜션 프리 히터(7)의 하단 사이클론(8)으로부터 배출되고, 그 일부가 로터리 킬른 배기 가스 도관(9) 중에 분산 투입되어, 나머지가 유동 하소로(11)의 원료 공급 슈트(12)에 공급되고 있다.
이 유동 하소로(11)에 있어서는, 유동화용 공기 취입구(13), 에어 챔버(13a) 및 공기 분산판(14)을 통해, 고압 공기가 취입되어, 유동층(15)이 형성된다. 그 때, 상기 고압 공기는, 미분탄 공급관(16)으로부터 공급되는 연료의 일부를 연소시킴과 함께, 피하소 원료를 유동층(15)에 소정 시간 체류시킨 후에, 당해 유동층(15) 상방의 프리보드(17)에 비산시킨다. 또한, 고온의 클링커 쿨러(18)로부터의 공기가 흡인구(19)로부터 대략 접선 방향으로 흡인되고, 프리보드(17)에 있어서도, 미분탄 공급관(16)으로부터 공급되는 연료가 연소된다. 그것에 의해, 상부 원료 공급 슈트(12)로부터 투입된 원료 및 유동층(15) 표면으로부터 상방으로 비산한 원료가 효율적이고 또한 신속하게 하소된다.
그리고, 하소된 원료는, 그 전량이 하소로 배기 가스에 동반되어 분리 사이클론(21)으로 들어간다. 한편, 로터리 킬른 배기 가스 도관(9) 내에 분산 투입된 원료도 로터리 킬른 배기 가스에 의해 일부가 하소되고, 당해 로터리 킬른 배기 가스와 함께 분리 사이클론(21)으로 들어간다. 또한, 분리 사이클론(21)에서 포집된 하소 원료는, 원료 슈트(22)를 거쳐 로터리 킬른(20)에 도입된다.
한편, 클링커 쿨러(18)에서 발생한 고온 공기는, 유인 팬(23)의 흡인력에 의해, 로터리 킬른(20)과 유동 하소로(11)에 각각 흡인된다. 그러나, 통풍 저항이 작은 로터리 킬른(20)으로의 흡입량이 과대해지므로, 로터리 킬른 배기 가스 도관(9)의 일부에 있어서, 단면적을 축소함과 함께, 유동 하소로(11)로의 흡입량을 댐퍼(24)에 의해 조정한다.
그런데, 유동 하소로에 있어서, 시멘트 원료를 하소하는 연료로서, 석탄 등의 고형 연료를 사용하는 것이 일반적이다. 그중에서도, 연소성이 좋은 역청탄을 미세 분말로 분쇄하여 사용하고 있다. 그러나, 한정된 자원을 유효 활용하기 위해, 연소성이 나쁜 석탄이나 오일 코크스 등의 폭넓은 종류의 연료의 사용이 요구되고 있다.
그런데, 연료로서 석탄이나 코크스 등의 연소성이 나쁜 미분탄을 사용한 경우, 유동 하소로 출구에서의 미연소율이 높고, 서스펜션 프리 히터 내에서 연소하므로, 그 결과 프리 히터 내의 온도가 높아지고, 사이클론이나 원료 슈트에 의해 부착물이 생성됨으로써 프리 히터에서의 폐색이 다발하여, 운전의 지장이 되는 등의 문제가 있다. 또한, 유동 하소로 내는 고온이고 또한 더스트 농도가 매우 높으므로, 연소 상태의 파악이 곤란했다.
따라서, 하기 특허문헌 1에 있어서는, 통 축심 방향을 상하 방향으로 한 통 형상의 노체와, 상기 노체의 저부에 대략 수평으로 설치된 공기 분산판 및 상기 공기 분산판의 하측의 에어 챔버와, 상기 공기 분산판의 상측의 원료를 공급하는 원료 공급 슈트와, 상기 공기 분산판의 상측의 유동층에 고형 연료를 공급하는 연료 공급 노즐과, 상기 공기 분산판의 상측에 2차 공기(추기 공기)를 공급하는 2차 공기 덕트를 갖는 시멘트 원료의 유동 하소로에 있어서, 상기 연료 공급 노즐은, 수평면에 대해 20° 이상의 내리막 구배이고, 또한 구심 방향보다도 탄젠셜측으로 편향되어 상기 노체에 접속되어 있는 시멘트 원료의 유동 하소로가 제안되어 있다.
상기 종래의 시멘트 원료의 유동 하소로는, 연료의 연소에 의해 원료를 하소시키는 것이지만, 상기 연료 공급 노즐의 접속 위치 등은, 경험치에 기초하는 것이고, 유동 하소로 내에서의 원료 농도나 가스 농도(특히, O2)의 분포의 유무 등이 고려되어 있지 않으므로, 연료에 석탄이나 코크스 등의 연소성이 나쁜 미분탄을 사용했을 때에, 충분한 하소를 행할 수 없는데다가, 도관의 폐색에 의해 운전에 지장이 생긴다는 문제가 있다.
또한, 노체 등의 내화물에 대해서는, 연소 성능이 지나치게 높아지면, 노벽 부근의 온도가 국소적으로 지나치게 높아져 버려, 소손될 가능성이 높다는 문제가 발생한다.
일본 특허 출원 공개 평8－231254호 공보
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 연료에 석탄이나 코크스 등의 연소성이 나쁜 미분탄을 사용해도, 유동 하소로 출구에 있어서의 미연소율을 저감시키고, 프리 히터에서의 폐색을 방지하면서, 충분한 하소를 행하는 것이 가능한 유동 하소로를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1에 기재된 발명은, 축심 방향을 상하 방향으로 한 통 형상의 노체와, 이 노체의 측부에, 당해 노체 내에 연료를 취입하는 미분탄 취입 라인 및 시멘트 원료를 투입하는 원료 슈트 및 추기 공기를 흡인하는 적어도 하나의 추기 도관이 접속되어 있음과 함께, 상기 노체의 저부에 당해 노체 내에 유동화 공기를 취입하는 유동화용 공기 취입구가 배치된 유동 하소로에 있어서, 상기 미분탄 취입 라인의 취입구가 상기 추기 도관의 흡인구의 하방이고, 또한 상기 유동화용 공기 취입구의 상방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 발명에 있어서, 상기 미분탄 취입 라인의 취입구는, 그 중심이 상기 유동화용 공기 취입구로부터 200㎜의 위치에 배치되고, 또한 상기 원료 슈트의 투입구의 중심으로부터 상기 노체의 원주 방향에 대해 35 내지 145°의 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
그리고, 청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 발명에 있어서, 상기 미분탄 취입 라인의 취입구는, 그 중심이 상기 유동화용 공기 취입구로부터 350㎜ 이상의 위치에 배치되고, 또한 상기 원료 슈트의 투입구의 중심으로부터 상기 노체의 원주 방향에 대해 90 내지 145°의 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 발명에 있어서, 상기 미분탄 취입 라인의 취입구는, 그 중심이 상기 유동화용 공기 취입구로부터 200㎜ 이상의 위치에 배치되고, 또한 상기 원료 슈트의 투입구의 중심으로부터 상기 노체의 원주 방향에 대해 100 내지 120°의 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
청구항 1 내지 4에 기재된 발명에 의하면, 축심 방향을 상하 방향으로 한 통 형상의 노체의 측부에 접속된 미분탄 취입 라인의 취입구가, 당해 노체의 측부에 접속된 추기 도관의 흡인구의 하방이고, 또한 상기 노체의 저부에 배치된 유동화용 공기 취입구의 상방에 배치되어 있으므로, 연료의 흐름이 추기 공기의 흐름의 영향을 강하게 받아, 원료 농도가 낮고(탈탄산에 의한 흡열이 일어나기 어려움), 또한 O2 농도가 높은 영역에 연료를 취입할 수 있어, 연소를 양호화할 수 있다. 이에 의해, 상기 노체 상부의 출구에 있어서의 연료의 미연소율을 저하시키고, 프리 히터 내의 온도를 낮게 억제하여 사이클론이나 원료 슈트에서의 부착물의 생성에 의한 프리 히터에서의 폐색을 방지하여, 양호한 운전을 행할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 상기 미분탄 취입 라인의 취입구 중심이, 상기 유동화용 공기 취입구로부터 200㎜의 위치에 배치되고, 또한 원료 슈트의 투입구의 중심으로부터 상기 노체의 원주 방향에 대해 35 내지 145°의 위치에 배치되어 있으므로, 평균 차 반응률을 60％ 이상, 또한 평균 원료 탈탄산율을 50％ 이상으로 할 수 있고, 연료에 석탄이나 코크스 등의 연소성이 나쁜 미분탄을 사용해도, 상기 노체 상부의 출구에 있어서의 미연소율을 저하시키고, 프리 히터 내의 온도를 낮게 억제하여 폐색을 방지할 수 있음과 함께, 내화물의 손모 저감을 도모할 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 상기 미분탄 취입 라인의 취입구 중심이, 상기 유동화용 공기 취입구로부터 350㎜ 이상의 위치에 배치되고, 또한 상기 원료 슈트의 투입구의 중심으로부터 상기 노체의 원주 방향에 대해 90 내지 145°의 위치에 배치되어 있으므로, 평균 차 반응률을 60％ 이상, 또한 평균 원료 탈탄산율을 50％ 이상으로 할 수 있고, 연료에 석탄이나 코크스 등의 연소성이 나쁜 미분탄을 사용해도, 상기 노체 상부의 출구에 있어서의 미연소율을 저하시키고, 프리 히터 내의 온도를 낮게 억제하여 폐색을 방지할 수 있음과 함께, 내화물의 손모 저감을 도모할 수 있다.
청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 상기 미분탄 취입 라인의 취입구 중심이, 상기 유동화용 공기 취입구로부터 200㎜ 이상의 위치에 배치되고, 또한 상기 원료 슈트의 투입구의 중심으로부터 상기 노체의 원주 방향에 대해 100 내지 120°의 위치에 배치되어 있으므로, 연료에 석탄이나 코크스 등의 연소성이 나쁜 미분탄을 사용해도, 상기 노체 상부의 출구에 있어서의 미연소율을 보다 저하시키고, 프리 히터 내의 온도를 낮게 억제하여 폐색을 방지할 수 있음과 함께, 내화물의 손모 저감을 또한 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 유동 하소로의 일 실시 형태를 도시하는 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 유동 하소로의 미분탄 취입 라인의 취입구와 원료 슈트의 투입구의 위치 관계를 나타내고, 미분탄 취입 라인의 취입구가 추기 도관의 흡인구의 하방이고, 또한 원주 방향에 대해 75°의 위치에 원료 슈트의 투입구가 배치된 모식도이다.
도 2b는 본 발명의 유동 하소로의 미분탄 취입 라인의 취입구와 원료 슈트의 투입구의 위치 관계를 나타내고, 미분탄 취입 라인의 취입구가 추기 도관의 흡인구의 하방이고, 또한 원주 방향에 대해 110°의 위치에 원료 슈트의 투입구가 배치된 모식도이다.
도 2c는 본 발명의 유동 하소로의 미분탄 취입 라인의 취입구와 원료 슈트의 투입구의 위치 관계를 나타내고, 미분탄 취입 라인의 취입구가 추기 도관의 흡인구의 하방 이외이고, 또한 원주 방향에 대해 75°의 위치에 원료 슈트의 투입구가 배치된 모식도이다.
도 3은, 미분탄 취입 라인의 취입구와 원료 슈트의 투입구의 원주 방향에 대한 각도와 미분탄 취입 라인(3)의 미분탄 취입 높이(h)에 있어서의 평균 원료 탈탄산율(％)을 나타내는 꺾은 선 그래프이다.
도 4는 미분탄 취입 라인의 취입구와 원료 슈트의 투입구의 원주 방향에 대한 각도와 미분탄 취입 라인(3)의 미분탄 취입 높이(h)에 있어서의 평균 차 반응률(％)을 나타내는 꺾은 선 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예의 결과를 나타내는 것으로, 미분탄 취입 라인의 취입구의 위치의 차이에 의한 온도 분포의 상이를 나타내는 컴퓨터 그래픽이다.
도 6은 종래의 시멘트 제조 설비의 개략도이다.
도 1, 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 도시한 바와 같이, 본 발명의 유동 하소로(1)의 실시 형태 1은, 축심 방향을 상하 방향으로 한 통 형상의 노체(2)와, 이 노체(2)의 측부에, 당해 노체(2) 내에 연료인 미분탄을 취입하는 미분탄 취입 라인(3) 및 시멘트 원료를 투입하는 원료 슈트(4) 및 추기 공기를 흡인하는 복수(도면에서는 4개)의 추기 도관(5)이 접속되어 있음과 함께, 노체(2)의 저부에 당해 노체 내에 유동화 공기를 취입하는 유동화용 공기 취입구(6)가 배치되어 개략 구성되어 있다. 덧붙여서 말하면, 상기 노체(2)의 내경은 4 내지 6m이다.
여기서, 4개의 추기 도관(5)은, 노체(2)의 측부에서 내리막 구배에 의해 접속되어 있음과 함께, 각각의 흡인구의 중심이 동일 원주 상에 배치되어 있다. 구체적으로는, 추기 도관(5)의 중심선과 수평면이 이루는 각도는, 55 내지 65°의 범위로 설정되어 있다. 또한, 추기 도관(5) 내의 가스 유속은 대략 15 내지 18m/s로 설정되어 있다. 또한, 추기 도관(5)의 흡인구의 중심은, 유동화용 공기 취입구(6)로부터 상방으로 1500 내지 2500㎜의 높이 치수로 배치되어 있다. 또한, 추기 도관(5)은, 노 저부에 균등하게 공기를 공급하는 관점에서, 원주 방향으로 대략 등간격을 둔 위치에 복수개(통상적으로는, 도시한 바와 같이 4개) 배치되어 있다.
그리고, 원료 슈트(4)는 추기 도관(5) 사이에 내리막 구배에 의해 접속되어 있음과 함께, 수평면과의 각도는, 원료 입자의 마찰 계수나 안식각에 의해 경험적으로 정해져 있다. 또한, 통상의 시멘트 원료의 경우에 있어서는, 상기 수평면과의 각도가 대략 50° 내지 70°로 설정되어 있다. 또한, 원료 슈트(4)의 직경은, 원료 투입량에 적합하도록 설계되어 있고, 이로 인해 당해 원료 슈트(4) 투입구의 중심은, 유동 하소로의 생산 능력에 따라 다르지만, 대략 유동화용 공기 취입구(6)로부터 상방으로 1500 내지 3000㎜의 범위의 높이 치수로 배치되어 있다.
또한, 유동화용 공기 취입구(6)는, 예를 들어, 도 6의 종래예에 도시한 바와 같이, 에어 챔버(13a) 및 공기 분산판(14)을 통해, 고압 공기가 노체(2) 내에 취입되는 것이다. 또한 본 실시 형태에 있어서는, 공기 분산판(14)이 유동화용 공기 취입구(6)로서, 노체(2)의 직경 방향으로 평행하게 배치되어 있다. 여기서, 상기 유동화용 공기 취입구(6)로부터의 유동화 공기의 취입 속도는, 원료 밀도나 입도 분포에 의해 결정되는 것이고, 통상의 시멘트 원료에서는, 1.0 내지 2.0m/s로 설정되어 있다.
그리고, 연료인 미분탄, 예를 들어, 석탄이나 코크스를 노체(2) 내에 취입하는 미분탄 취입 라인(3)은, 4개 있는 추기 도관(5) 중 어느 하나의 하방이고, 또한 유동화용 공기 취입구(6)의 상방에 접속되어 있다. 또한, 미분탄 취입 라인(3)은, 노체(2)의 축 중심선에 대해 수직이고 또한 중심 방향에 접속되어 있음과 함께, 당해 미분탄 취입 라인(3)의 취입구의 중심이, 예를 들어, 추기 도관(5)의 중심과 연직 방향에 대해 동일선 상에 배치되어 있다. 또한, 미분탄 취입 라인의 반송 공기 속도는, 운전상의 조정 항목이나, 통상 그 범위는 10 내지 20m/s의 범위로 설정되어 있다.
또한, 유동화용 공기 취입구(6)로부터의 미분탄 취입 라인(3)의 취입구의 높이는, 원료 슈트(4)의 위치에 따라 다르다. 예를 들어, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구의 중심과 원료 슈트(4)의 투입구의 중심이, 노체(2)의 원주 방향에 대해 35 내지 145°의 범위의 위치에 배치되어 있는 경우에는, 높이 치수가 200㎜로 배치되어 있다.
또한, 예를 들어, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구 중심과 원료 슈트(4)의 투입구의 중심이, 노체(2)의 원주 방향에 대해 90 내지 145°의 범위의 위치에 배치되어 있는 경우에는, 높이 치수가 350㎜ 이상으로 배치되어 있다.
상기 구성에 의한 유동 하소로(1)는, 발명자들이 행한 수치 유체 역학 계산 CFD(Computational Fluid Dynamics)에 의해, 미분탄 취입 라인(3)으로부터 취입된 미분탄의 흐름이, 원료 슈트(4)로부터 투입되는 원료의 흐름 및 추기 도관(5)으로부터의 가스 흐름의 영향을 받고 있는 것을 밝혀내고, 또한 하기 실시예 1 및 실시예 2에 있어서 나타내는 바와 같이, 유동화용 공기 취입구(6)로부터의 미분탄 취입 라인(3)의 취입구의 높이, 및 노체(2)의 원주 방향에 있어서의 미분탄 취입 라인(3)과 원료 슈트(4)의 적합한 위치 관계를 발견한 결과에 기초하여 구성된 것이다.
또한, 추기 공기는, 추기 도관(5)에 취입 또는 흡입이어도 미립탄의 흐름에 미치는 영향은 동일하다.
상기 수치 유체 역학 계산은, 실제의 유동 하소로의 형상, 및 조업 조건을 수치화하고, 해석 프로그램의 인스톨된 컴퓨터에 의해, 가스 흐름, 입자 이동, 화학 반응, 전열을 수치 계산하고, 컴퓨터 그래픽을 사용하여, 실측에서는 곤란한 유동 하소로 내에서의 연소ㆍ하소의 상황을 파악하는 것이다.
수치 유체 역학 계산의 방법, 모델은 하기와 같다.
(1) 수치 유체 역학 계산 소프트:Rflow(가부시끼가이샤 아르 플로우)
(2) 난류 모델:k-ε Model
(3) 유체:비압축성 이상 기체
(4) 압력-속도 커플링:SIMPLE
(5) 이산화 스킴:Finite Volume Method
(6) 운동량:Second Order Upwind
(7) 난류 운동 에너지:First Order Upwind
(8) 난류 산일률:First Order Upwind
(9) 에너지:Second Order Upwind
(10) 입자 해석:Discrete Element Method
(11) 입자 유체 연성:Two Way Coupling
(12) 미분탄 연소:H2＋O2－H2O, CH4＋O2－H2O＋CO2, CO＋O2－CO2, C＋O2－CO2
(13) 원료 탈탄산 모델:CaCO3－CaO＋CO2, 미반응 핵 모델
또한, (2) 내지 (11)은 가스의 흐름 등에 대한 수치 유체 해석을 행할 때에, (12)는 연소 해석을 행할 때에, (13)은 석회석의 탈탄산 반응을 해석할 때에, 모두 당업자에 있어서 널리 사용되고 있는 범용의 모델이다.
또한, 상기 수치 유체 역학 계산에 의한 평가는, 도 3에 도시한 바와 같이, 서로 다른 복수의 미분탄 취입 라인(3)의 위치 및 미분탄 취입 높이(h)의 케이스에 대해, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구와 원료 슈트(4)의 투입구의 각도에 대한 평균 원료 탈탄산율(％), 및 도 4에 도시한 바와 같이, 마찬가지로 복수의 미분탄 취입 라인(3)의 위치 및 미분탄 취입 높이(h)의 케이스에 대해, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구와 원료 슈트(4)의 투입구의 각도에 대한 평균 차 반응률(％)을 산출함으로써 행하였다.
또한, 평균 원료 탈탄산율(％)은, 하소로 출구에 있어서의 원료 입자마다의 탈탄산율을 하소되기 전의 질량에 따라 가중 평균한 것이고, 평균 차 반응률(％)은, 하소로 출구에 있어서의 미분탄 입자마다의 차 반응률을, 반응하기 전의 챠의 질량에 따라 가중 평균한 것이다. 또한, 평균 원료 탈탄산율(％)은 50％ 이상, 평균 차 반응률(％)은 60％ 이상에 있어서, 그 성능이 높다고 평가된다.
또한, 도 3의 평균 원료 탈탄산율(％)의 그래프 및 도 4의 평균 차 반응률(％)의 그래프는, 각각 미분탄 취입 라인(3)이 추기 도관(5)의 하방에 접속되고, 당해 미분탄 취입 라인(3)의 취입구의 중심이, 유동화용 공기 취입구(6)로부터 200㎜의 높이 치수의 위치의 실시예 1 및 350㎜ 이상(350㎜. 500㎜, 850㎜)의 높이 치수의 위치의 실시예 2와, 또한, 각각 미분탄 취입 라인(3)이 추기 도관(5)의 하방 이외에 접속되고, 당해 미분탄 취입 라인(3)의 취입구의 중심이, 유동화용 공기 취입구(6)로부터 200㎜, 350㎜의 높이 치수의 위치의 비교예에 의한 것이다.
또한, 하기에 나타내는 실시예 1, 실시예 2, 비교예에 있어서 사용한 석탄의 조성은, 이하와 같다.
명칭 발열량 휘발분 고정 탄소 수분 회분
(Kcal/㎏) (％) (％) (％) (％)
역청탄 6700 34.3 49.4 6.8 9.5
또한, 미분탄의 종류가 바뀐 경우는, 상기의 공업 분석값의 변경에 더하여, 하소로로 투입하는 미분탄의 총발열량이 일정해지도록 미분탄 피드량도 조정하였다.
(실시예 1)
먼저, 실시예 1에 있어서의 수치 유체 역학 계산에서는, 실제 노의 형상에 기초하여, 도 1 및 도 2a에 도시한 바와 같이, 추기 도관(5)의 하방에 접속된 미분탄 취입 라인(3)으로부터, 보다 가까운 위치(도면에서는, 75°)에 원료 슈트(4)를 배치하였다. 이때, 원료 슈트(4)의 투입구의 중심은, 유동화용 공기 취입구(6)로부터 상방으로 2000㎜의 높이 치수이고, 또한 원주 방향의 동일선 상에 배치되어 있는 추기 도관(5)의 흡인구의 중심과 동일선 상이 되도록 배치하였다.
또한, 추기 도관(5)의 하방에 배치된 미분탄 취입 라인(3)의 취입구의 중심이, 유동화용 공기 취입구(6)로부터 200㎜의 높이 치수에 배치하여 수치 유체 역학 계산을 행하였다.
또한, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구와 원료 슈트(4)의 투입구의 각도는, 이하와 같다.
200㎜:35°, 75°, 110°, 145°
또한, 시멘트 원료의 투입량, 풍속, 온도 등의 실제 노의 조업 조건은, 예를 들어, 하기의 데이터를 사용하였다.
ㆍ노체(2)
노 내경＝4m
노 길이＝25m
ㆍ미분탄 취입 라인(3)
미분탄의 피드량＝7.4t/h
반송 공기 유속＝11m/s
온도＝50℃
ㆍ 원료 슈트(4)
시멘트 원료:200t/h
온도＝740℃
반송 공기 유속＝0.5m/s
ㆍ추기 도관(5)(원주 방향으로 4군데 배치)
추기 공기
온도＝880℃
유속＝15.8m/s
ㆍ유동화용 공기 취입구
유동화용 공기
온도＝800℃
유속＝1.64m/s
그리고, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구와 원료 슈트(4)의 투입구의 각각의 각도의 평균 원료 탈탄산 반응률(％) 및 평균 차 반응률(％)을 연산하여 산출하였다. 그 결과는, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같다.
이와 같이, 미분탄 취입 라인(3)이 추기 도관(5)의 하방이고, 또한 유동화용 공기 취입구(6)로부터의 높이 치수가 200㎜로 배치한 실시예 1에 있어서는, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구와, 원료 슈트(4)의 투입구의 각도를 35 내지 145°의 범위로 배치함으로써, 도 3의 평균 원료 탈탄산율(％)이 50％ 이상, 또한 도 4의 평균 차 반응률(％)이 60％ 이상이 되는 것이 판명되었다.
(실시예 2)
다음에, 실시예 2는, 실시예 1과 마찬가지로, 실제 노의 형상에 기초하여, 도 1 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 추기 도관(5)의 하방에 접속된 미분탄 취입 라인(3)으로부터, 보다 먼 위치(도면에서는, 110°)에 원료 슈트(4)를 배치하였다. 이때, 원료 슈트(4)의 투입구의 중심은, 유동화용 공기 취입구(6)로부터 상방으로 2000㎜의 높이 치수이고, 또한 원주 방향의 동일선 상에 배치되어 있는 추기 도관(5)의 취입구의 중심과 동일선 상이 되도록 배치하였다.
또한, 추기 도관(5)의 하방에 배치된 미분탄 취입 라인(3)의 취입구의 중심이, 유동화용 공기 취입구(6)로부터 상방으로 350㎜ 이상, 본 실시예 2에서는, 350㎜, 500㎜, 850㎜의 3개의 높이 치수로 배치하여 수치 유체 역학 계산을 행하였다.
또한, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구의 높이마다의 당해 미분탄 취입 라인(3)의 취입구와 원료 슈트(4)의 투입구의 각도는, 이하와 같다.
350㎜:35°, 75°, 110°, 145°
500㎜:50°, 110°, 160°
850㎜:50°, 110°, 160°
또한, 시멘트 원료의 투입량, 풍속, 온도 등의 실제 노의 조업 조건은, 실시예 1과 마찬가지로, 예를 들어, 하기의 데이터를 사용하였다.
ㆍ노체(2)
노 내경＝4m
노 길이＝25m
ㆍ미분탄 취입 라인(3)
미분탄의 피드량＝7.4t/h
반송 공기 유속＝11m/s
온도＝50℃
ㆍ 원료 슈트(4)
시멘트 원료:200t/h
온도＝740℃
반송 공기 유속＝0.5m/s
ㆍ추기 도관(5)(원주 방향으로 4군데 배치)
추기 공기
온도＝880℃
유속＝15.8m/s
ㆍ유동화용 공기 취입구
유동화용 공기
온도＝800℃
유속＝1.64m/s
그리고, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구의 높이 치수마다, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구와 원료 슈트(4)의 투입구의 각각의 각도의 평균 원료 탈탄산 반응률(％) 및 평균 차 반응률(％)을 연산하여 산출하였다. 그리고, 그 결과는, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같다.
이와 같이, 미분탄 취입 라인(3)이 추기 도관(5)의 하방이고, 또한 유동화용 공기 취입구(6)로부터의 높이 치수가 350㎜ 이상으로 배치한 실시예 2에 있어서는, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구와, 원료 슈트(4)의 투입구의 각도를 90 내지 145°의 범위로 배치함으로써, 도 3의 평균 원료 탈탄산율(％)이 50％ 이상, 또한 도 4의 평균 차 반응률(％)이 60％ 이상이 되는 것이 판명되었다.
또한, 미분탄 취입 라인(3)이 추기 도관(5)의 하방이고, 또한 유동화용 공기 취입구(6)로부터의 높이 치수가 500㎜ 이상인 경우, 원료 슈트(4)에 보다 가까운 추기 도관(5) 아래에 미분탄 취입 라인(3)을 설치하면, 평균 원료 탈탄산율(％)은 50％ 이상으로 높지만, 5 내지 20m의 높이 위치에 있어서의 노체(2) 내의 노벽 부근의 가스 온도가 높은 것이 판명되었다. 이는, 노체(2)의 벽돌의 소손이 염려되어 버리는 것이다.
(비교예)
또한, 비교예는, 실시예 1, 2와 마찬가지로, 실제 노의 형상에 기초하여, 도 2c에 도시한 바와 같이, 추기 도관(5)의 하방 이외에 접속된 미분탄 취입 라인(3)으로부터, 보다 가까운 위치(도면에서는, 75°)에 원료 슈트(4)를 배치하였다. 이때, 원료 슈트(4)의 투입구의 중심은, 유동화용 공기 취입구(6)로부터 상방으로 2000㎜의 높이 치수이고, 또한 원주 방향의 동일선 상에 배치되어 있는 추기 도관(5)의 취입구의 중심과 동일선 상이 되도록 배치하였다.
또한, 추기 도관(5)의 하방 이외에 배치된 미분탄 취입 라인(3)의 취입구의 중심이, 유동화용 공기 취입구(6)로부터 200㎜, 350㎜의 2개의 높이 치수로 각각 배치하여 수치 유체 역학 계산을 행하였다.
또한, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구의 높이마다의 당해 미분탄 취입 라인(3)의 취입구와 원료 슈트(4)의 투입구의 각도는, 이하와 같다.
200㎜:20°, 75°, 110°, 160°
350㎜:20°, 75°, 110°, 160°
또한, 시멘트 원료의 투입량, 풍속, 온도 등의 실제 노의 조업 조건은, 실시예 1, 2와 마찬가지로, 예를 들어, 하기의 데이터를 사용하였다.
ㆍ노체(2)
노 내경＝4m
노 길이＝25m
ㆍ미분탄 취입 라인(3)
미분탄의 피드량＝7.4t/h
반송 공기 유속＝11m/s
온도＝50℃
ㆍ 원료 슈트(4)
시멘트 원료:200t/h
온도＝740℃
반송 공기 유속＝0.5m/s
ㆍ추기 도관(5)(원주 방향으로 4군데 배치)
추기 공기
온도＝880℃
유속＝15.8m/s
ㆍ유동화용 공기 취입구
유동화용 공기
온도＝800℃
유속＝1.64m/s
그리고, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구의 각각의 높이 치수마다, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구와 원료 슈트(4)의 투입구의 각각의 각도의 평균 원료 탈탄산 반응률(％) 및 평균 차 반응률(％)을 연산하여 산출하였다. 그리고, 그 결과는, 도 3 및 도 4의 파선으로 나타내는 바와 같다.
이와 같이, 미분탄 취입 라인(3)이 추기 도관(5)의 하방 이외이고, 또한 유동화용 공기 취입구로부터의 높이 치수가 200㎜ 및 350㎜로 배치한 비교예의 경우에는, 도 3의 평균 원료 탈탄산율(％)이 50％ 이상이고, 또한 도 4의 평균 차 반응률(％)이 60％ 이상인 미분탄 취입 라인(3)의 취입구와 원료 슈트(4)의 투입구의 성능이 높은 각도를 얻을 수 없었다.
이상의 수치 유체 역학 계산의 결과에 의하면, 우선 도 5에 보여지는 바와 같이, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구를, 추기 도관(5)의 하방에 배치함으로써, 노체(2)의 저부에 있어서의 가스 온도가 추기 도관(5)의 하방에 위치하고 있지 않은 경우와 비교하여 높게 되어 있다. 이에 의해, 추기 도관(5)의 하방에 배치함으로써, 미분탄의 착화가 빨라지고, 연소성이 양호화한 것을 알 수 있다.
또한, 도 3 및 도 4에 보여지는 바와 같이, 원료 슈트(4)로부터 먼 추기 도관(5)의 흡인구의 하방에 미분탄 취입 라인(3)을 설치한 경우에는, 유동화용 공기 취입구(6)로부터 높이를 200㎜ 이상으로 배치함으로써, 미분탄의 공급 위치가 최적화되는 것을 알 수 있다.
또한, 원료 슈트(4)에 가까운 추기 도관(5)의 흡인구의 하방에 미분탄 취입 라인(3)을 설치한 경우, 유동화용 공기 취입구(6)로부터 높이가 350㎜에서는, 미분탄의 흐름은 원료의 흐름의 영향을 강하게 받아 버려, 원료 농도가 낮고, 또한 O2 농도가 높은 영역으로부터 벗어나 버려, 차 반응률이 낮다. 그로 인해, 미분탄 취입 라인(3)을 유동화용 공기 취입구(6)로부터 높이를 200㎜로 함으로써, 미분탄의 흐름은, 원료의 흐름의 영향이 약해져, 원하는 영역으로 취입하는 것이 판명되고, 미분탄의 공급 위치의 최적화를 행할 수 있었다. 또한, 유동화용 공기 취입구(6)로부터 높이가 500㎜ 이상에서는, 원하는 영역에 취입할 수 있지만, 국소적으로 지나치게 연소되어 버리므로, 노벽 부근의 온도가 지나치게 높아져 연손될 가능성이 높은 것을 알수 있었다.
또한, 추기 도관(5)의 하방 이외에 부착한 경우, 미분탄의 흐름은, 추기 공기의 흐름으로부터의 영향이 약하고, 원료의 흐름 영향을 강하게 받기 위해, 원하는 영역에 미분탄을 취입할 수 없고, 어디로부터 취입해도 연소가 악화되는 것이 판명되었다.
이상의 실시예 1, 2의 결과에 보여지는 바와 같이, 상기 실시 형태에 나타낸 유동 하소로에 의하면, 축심 방향을 상하 방향으로 한 통 형상의 노체(2)의 측부에 접속된 미분탄 취입 라인(3)의 취입구가, 당해 노체(2)의 측부에 접속된 추기 도관(5)의 흡인구의 하방이고, 또한 노체(2)의 저부에 배치된 유동화용 공기 취입구(6)의 상방에 배치되어 있으므로, 연료의 흐름이 추기 공기의 흐름의 영향을 강하게 받아, 원료 농도가 낮고(탈탄산에 의해 흡열이 일어나기 어려움), 또한 O2 농도가 높은 영역에 연료를 취입할 수 있고, 연소를 양호화할 수 있다. 이에 의해, 노체(2) 상부의 출구에 있어서의 연료의 미연소율을 저하시키고, 프리 히터 내의 온도를 낮게 억제하여 사이클론이나 원료 슈트에서의 부착물의 생성에 의한 프리 히터에서의 폐색을 방지하여, 양호한 운전을 행할 수 있다.
또한, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구 중심을, 유동화용 공기 취입구(6)로부터 200㎜의 위치에 배치함과 함께, 원료 슈트(4)의 투입구의 중심으로부터 노체(2)의 원주 방향에 대해 35 내지 145°의 위치에 배치함으로써, 평균 차 반응률에 있어서 60％ 이상, 또한 평균 원료 탈탄산율에 있어서 50％ 이상으로 할 수 있고, 연료에 석탄이나 코크스 등의 연소성이 나쁜 미분탄을 사용해도, 노체(2) 상부의 출구에 있어서의 미연소율을 저하시키고, 프리 히터 내의 온도를 낮게 억제하여 사이클론이나 원료 슈트에서의 부착물의 생성에 의한 폐색을 방지할 수 있음과 함께, 내화물의 손모 저감을 도모할 수 있다.
그리고, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구 중심을, 유동화용 공기 취입구(6)로부터 350㎜ 이상의 위치에 배치함과 함께, 원료 슈트(4)의 투입구의 중심으로부터 노체(2)의 원주 방향에 대해 90 내지 145°의 위치에 배치함으로써, 평균 차 반응률에 있어서 60％ 이상, 또한 평균 원료 탈탄산율에 있어서 50％ 이상으로 할 수 있고, 연료에 석탄이나 코크스 등의 연소성이 나쁜 미분탄을 사용해도, 상기 노체 상부의 출구에 있어서의 미연소율을 저하시키고, 프리 히터 내의 온도를 낮게 억제하여 사이클론이나 원료 슈트에서의 부착물의 생성에 의한 폐색을 방지할 수 있음과 함께, 내화물의 손모 저감을 도모할 수 있다.
또한, 미분탄 취입 라인(3)의 취입구 중심을, 유동화용 공기 취입구(6)로부터 200㎜ 이상의 위치에 배치함과 함께, 원료 슈트(4)의 투입구의 중심으로부터 노체(2)의 원주 방향에 대해 100 내지 120°의 위치에 배치함으로써, 연료에 석탄이나 코크스 등의 연소성이 나쁜 미분탄을 사용해도, 노체(2) 상부의 출구에 있어서의 미연소율을 보다 저하시키고, 프리 히터 내의 온도를 낮게 억제하여 사이클론이나 원료 슈트에서의 부착물의 생성에 의한 폐색을 방지할 수 있음과 함께, 내화물의 손모 저감을 더욱 도모할 수 있다.
축심 방향을 상하 방향으로 한 통 형상의 유동 하소로에 이용할 수 있다.
1 : 유동 하소로
2 : 노체
3 : 미분탄 취입 라인
4 : 원료 슈트
5 : 추기 도관
6 : 유동화용 공기 취입구

Claims (4)

  1. 축심 방향을 상하 방향으로 한 통 형상의 노체와, 이 노체의 측부에, 당해 노체 내에 연료를 취입하는 미분탄 취입 라인 및 시멘트 원료를 투입하는 원료 슈트 및 추기 공기를 흡인하는 적어도 하나의 추기 도관이 접속되어 있음과 함께, 상기 노체의 저부에 당해 노체 내에 유동화 공기를 취입하는 유동화용 공기 취입구가 배치된 유동 하소로에 있어서,
    상기 미분탄 취입 라인의 취입구가 상기 추기 도관의 흡인구의 하방이고, 또한 상기 유동화용 공기 취입구의 상방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 유동 하소로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미분탄 취입 라인의 취입구는, 그 중심이 상기 유동화용 공기 취입구로부터 200㎜의 위치에 배치되고, 또한 상기 원료 슈트의 투입구의 중심으로부터 상기 노체의 원주 방향에 대해 35 내지 145°의 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 유동 하소로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 미분탄 취입 라인의 취입구는, 그 중심이 상기 유동화용 공기 취입구로부터 350㎜ 이상의 위치에 배치되고, 또한 상기 원료 슈트의 투입구의 중심으로부터 상기 노체의 원주 방향에 대해 90 내지 145°의 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 유동 하소로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 미분탄 취입 라인의 취입구는, 그 중심이 상기 유동화용 공기 취입구로부터 200㎜ 이상의 위치에 배치되고, 또한 상기 원료 슈트의 투입구의 중심으로부터 상기 노체의 원주 방향에 대해 100 내지 120°의 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 유동 하소로.
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