KR20170115563A - 유동 하소로 - Google Patents

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KR20170115563A
KR20170115563A KR1020177024464A KR20177024464A KR20170115563A KR 20170115563 A KR20170115563 A KR 20170115563A KR 1020177024464 A KR1020177024464 A KR 1020177024464A KR 20177024464 A KR20177024464 A KR 20177024464A KR 20170115563 A KR20170115563 A KR 20170115563A
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fluidized
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furnace
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KR1020177024464A
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준주 왕
요시노리 다카야마
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미츠비시 마테리알 가부시키가이샤
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Abstract

유동 하소로 출구에 있어서의 미연소율을 저감시킬 수 있고, 연료에 연소성이 나쁜 석탄이나 오일 코크스를 사용해도 프리히터에서의 폐색을 방지하면서 충분한 하소를 행하는 것이 가능한 유동 하소로를 제공한다. 유동 하소로는, 상하 방향을 따르는 중심축을 갖는 통 형상으로 형성되고, 유동화 공기를 내부에 불어 넣기 위한 유동화 공기 취입구를 저부에 갖는 로체와, 로체의 측부에 접속되어 로체 내에 연료를 불어 넣는 연료 취입 라인과, 로체의 측부에 접속되어 시멘트 원료를 투입하는 원료 슈트와, 로체의 측부에 접속되어 로체 내에 추기 공기를 도입하는 추기 도관을 구비하고, 로체의 중심축과 직교하는 횡단면에 있어서, 추기 도관의 중심축의 연장선이, 로체의 직경선으로부터 어긋나 있고, 추기 도관의 중심축과 평행한 로체의 직경선으로부터 추기 도관의 가장 떨어진 위치의 내벽면까지의 거리 S와 로체(11)의 내측 반경 R의 비율(S/R)이 0.50 이상 0.91 이하로 설정되어 있다.

Description

유동 하소로
본 발명은, 미분탄의 연소성의 향상 및 원료의 탈탄산율의 증가를 가능하게 하는 유동 하소로에 관한 것이다.
본원은, 2015년 2월 12일에 출원된 일본 특허 출원 제2015-025225호 및 2016년 2월 5일에 출원된 일본 특허 출원 제2016-020448호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
유동 하소로에 있어서, 시멘트 원료를 하소하는 연료로서, 석탄 등의 고형 연료를 사용하는 것이 일반적이다. 그 중에서도, 연소성이 높은 역청탄을 미분말로 분쇄한 미분탄이 사용되고 있지만, 자원을 유용하게 이용하기 위해, 연소성이 나쁜 석탄이나 오일 코크스와 같은 폭 넓은 종류의 연료의 사용이 요구되고 있다.
그러나, 연료로서 연소성이 나쁜 석탄이나 오일 코크스 등을 사용한 경우, 유동 하소로 출구에서의 미연소율이 높아, 미분탄이 서스펜션 프리히터 내에서 연소한다. 그 결과, 프리히터 내의 온도가 높아져, 사이클론이나 원료 슈트에 있어서 부착물이 생성됨으로써, 프리히터 내에서의 폐색이 다발하여, 운전의 지장이 된다고 하는 문제가 있다. 또한, 유동 하소로 내는, 고온이고 또한 더스트 농도가 매우 높기 때문에, 연소 상태의 파악이 곤란하였다.
그래서, 특허문헌 1에 있어서는, 통 축심 방향을 상하 방향으로 한 통 형상의 로체와, 이 로체의 저부에 대략 수평으로 설치된 공기 분산판 및 이 공기 분산판의 하측의 에어 챔버와, 공기 분산판의 상측에 원료를 공급하는 원료 공급 슈트와, 공기 분산판의 상측의 유동층에 고형 연료를 공급하는 연료 공급 노즐과, 공기 분산판의 상측에 2차 공기(추기 공기)를 공급하는 2차 공기 덕트를 갖는 시멘트 원료의 유동 하소로에 있어서, 그 연료 공급 노즐을, 수평면에 대해 20°이상의 하향 구배로, 또한 구심 방향보다 탄젠셜측으로 편향되어 로체에 접속하는 것이 제안되어 있다.
일본 특허 공개 평8-231254호 공보
이 특허문헌 1에 기재된 시멘트 원료의 유동 하소로는, 연료의 연소에 의해 원료를 하소시키는 것이지만, 추기 도관(2차 공기 덕트)의 배치에 따라서는, 그 추기 도관의 출구 상부의 로 축 방향의 유속이 커지고, 원주 방향의 유속이 작아지는 점에서, 유동 하소로 내에 있어서 석탄 및 원료를 균일하게 분산하는 것이 어려워진다. 이 때문에, 석탄 농도가 높은 존에서는 산소가 부족하고, 석탄 농도가 낮은 존에서는 산소가 과잉이 된다. 또한, 로 내에 있어서 원료가 불균일하게 분산됨으로써, 원료의 탈탄산에 의한 흡열에 의해 가스 온도의 치우침이 발생하여, 충분한 하소를 행할 수 없다. 또한, 연료에 연소성이 나쁜 석탄이나 오일 코크스를 사용하였을 때, 차르의 미연소율이 높아져, 배기 가스 도관이나 프리히터의 온도가 상승하는 것에 의한 도관 폐색 등의 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 사정에 비추어 이루어진 것으로, 유동 하소로 출구에 있어서의 미연소율을 저감시킬 수 있어, 연료에 연소성이 나쁜 석탄이나 오일 코크스를 사용해도, 프리히터에서의 폐색을 방지하면서, 충분한 하소를 행하는 것이 가능한 유동 하소로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 유동 하소로는, 상하 방향을 따르는 중심축을 갖는 통 형상으로 형성되고 내부에 유동화 공기를 불어 넣기 위한 유동화 공기 취입구를 저부에 갖는 로체와, 상기 로체의 측부에 접속되어 상기 로체 내에 연료를 불어 넣는 연료 취입 라인과, 상기 로체의 측부에 접속되어 상기 로체 내에 시멘트 원료를 투입하는 원료 슈트와, 상기 로체의 측부에 접속되어 상기 로체 내에 추기 공기를 도입하는 추기 도관을 구비하고, 상기 로체의 중심축과 직교하는 횡단면에 있어서, 상기 추기 도관의 중심축의 연장선은 상기 로체의 직경선으로부터 어긋나 있고, 상기 추기 도관의 상기 중심축과 평행한 상기 로체의 상기 직경선으로부터 상기 추기 도관의 가장 떨어진 위치의 내벽면까지의 거리 S와 상기 로체의 내측 반경 R의 비율(S/R)이 0.50 이상 0.91 이하로 설정된다.
로체에 접속된 추기 도관의 중심축의 연장선이 로체의 중심축에 직교하지 않도록, 로체의 원주 접선 방향과 평행하게 배치되어 있음으로써, 추기 공기가 로체의 내벽면을 따라 흘러, 로체 내에서 선회한다. 이 선회하는 추기 공기에 의해 연료를 교반시켜, 추기 공기(산소)와 연료를 충분히 접촉시킬 수 있다. 이에 의해, 연료의 연소성을 향상시킴과 함께, 시멘트 원료의 탈탄산율을 향상시킬 수 있다.
따라서, 유동 하소로 출구에 있어서의 미연소율을 저하시킬 수 있으므로, 연료에 연소성이 나쁜 석탄이나 오일 코크스를 사용한 경우에 있어서도, 프리히터 내의 온도를 낮게 억제하여 사이클론이나 원료 슈트에서의 부착물에 의한 프리히터에서의 폐색을 방지할 수 있어, 충분한 하소를 행하여 양호한 운전을 행할 수 있다.
비율(S/R)을 크게 할수록, 로체의 내벽면에 가까운 위치에서 추기 공기가 도입되는 점에서, 추기 공기의 선회 효과가 커진다. 이에 의해, 석탄 입자를 분산시켜 연소성을 촉진시키고, 시멘트 원료의 탈탄산율을 향상시킬 수 있지만, 추기 공기, 시멘트 원료나 연료가 로체의 내벽면과 접촉하는 것에 의한 마찰이 커져, 추기 압력 손실(추기 도관 입구와 하소로 출구의 압력차)이 커진다. 추기 압력 손실이 커지면, 킬른 추기 유인 팬의 동력 비용의 증가, 또는 추기량의 감소에 의한 생산량의 저감이 야기된다. 이 때문에, 비율(S/R)은 0.91 이하로 함으로써, 추기 압력 손실을 억제하면서, 추기 공기의 선회 효과를 얻을 수 있다.
한편, 비율(S/R)이 작아지면, 로체의 중심 부근을 향해 추기 공기가 도입되는 점에서, 선회하는 추기 공기가 로체의 중심부에 집중되어, 추기 공기의 선회 효과를 얻는 것이 어려워진다. 이에 의해, 추기 공기, 연료, 시멘트 원료의 입자의 분산이 나빠져, 석탄의 연소성이나 시멘트 원료의 탈탄산율을 향상시키는 것이 어려워진다. 이 때문에, 비율(S/R)은 0.50 이상으로 함으로써 추기 공기의 선회 효과를 확실하게 얻을 수 있다.
본 발명의 유동 하소로에 있어서, 상기 비율(S/R)을 0.58 이상 0.91 이하로 하면 된다.
비율(S/R)을, 특히 0.58 이상 0.91 이하의 범위로 함으로써, 추기 압력 손실을 비교적 낮게 억제하면서, 높은 연료의 연소성이나 시멘트 원료의 탈탄산율을 얻을 수 있다.
본 발명의 유동 하소로에 있어서, 상기 추기 도관은, 상기 로체의 주위 방향으로 복수 설치되어 있으면 된다.
추기 도관을 복수 설치함으로써, 로체 내에서 추기 공기를 원활하게 선회시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 추기 공기를 로체 내에서 선회시켜, 추기 공기와 연료를 충분히 접촉시킬 수 있으므로, 유동 하소로 출구에 있어서의 미연소율을 저하시킬 수 있어, 연료에 연소성이 나쁜 석탄이나 오일 코크스를 사용한 경우에 있어서도, 프리히터 내의 온도를 낮게 억제하여 사이클론이나 원료 슈트에서의 부착물에 의한 프리히터에서의 폐색을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 유동 하소로의 실시 형태를 도시하는 개략도이며, 도 1a가 유동 하소로 하부의 정면도, 도 1b가 그 상면도이다.
도 2는 실시예 1∼5 및 비교예 1∼3의 유동 하소로를 도시하는 개략도이며, 도 2a가 유동 하소로 하부의 정면도, 도 2b가 그 상면도이다.
도 3은 종래예의 유동 하소로를 도시하는 개략도이며, 도 3a가 유동 하소로의 A-A선을 따르는 단면도, 도 3b가 그 상면도이다.
도 4는 비율(S/R)과 평균 차르 반응률의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 비율(S/R)과 평균 원료 탈탄산율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 비율(S/R)과 추기 압력 손실의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 유동 하소로에 있어서의 추기 도관과 로체의 접속 위치의 차이에 의한 로체 단면의 유속 분포를 비교하는 시뮬레이션 결과이며, 도 7a가 비교예 3의 유동 하소로, 도 7b∼도 7f가 본 발명에 관한 실시예 1∼5의 유동 하소로, 도 7g가 종래예의 유동 하소로의 결과를 나타낸다.
이하, 본 발명에 관한 유동 하소로의 실시 형태를, 도면을 참조하면서 설명한다.
본 실시 형태의 유동 하소로(10)는, 시멘트 제조 공정에 사용되는 것이며, 시멘트 원료를 예열하는 프리히터와, 프리히터에 의해 예열된 시멘트 원료를 소성하기 위한 시멘트 킬른 사이에 설치되어, 시멘트 원료의 하소(탈탄산) 반응을 유도하는 것이다.
유동 하소로(10)는, 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 상하 방향을 따르는 중심축(O)을 갖는 통 형상으로 형성되고 유동화 공기를 내부에 불어 넣기 위한 유동화 공기 취입구(15)가 저부에 배치된 로체(11)와, 이 로체(11)의 측부에 접속되어 로체(11) 내에 연료인 미분탄을 불어 넣는 연료 취입 라인(12)과, 로체(11)의 측부에 접속되어 로체(11) 내에 시멘트 원료를 투입하는 원료 슈트(13)와, 로체(11)의 측부에 접속되어 로체(11) 내에 추기 공기를 도입하는 복수(도면에서는 4개)의 추기 도관(14a∼14d)을 구비하고 있다. 로체(11)의 내경은 4.0∼6.5m, 높이는 14m∼33m로 된다.
추기 도관(14a∼14d)은, 도 1b에 도시한 바와 같이 로체(11)의 주위 방향으로 간격을 두고 복수(본 실시 형태에서는, 4개) 배치되고, 도 1a에 도시한 바와 같이 각각 원료 슈트(13)와 거의 동일한 높이에 개구되도록 설치되어 있다. 또한, 도 1b에 도시한 바와 같이, 원료 슈트(13)의 양측에 개구되도록 배치된 각 추기 도관(14a, 14b)에 대해, 로체(11)의 직경 방향에 대향하는 위치에 각각 개구되도록 각 추기 도관(14c, 14d)이 배치되어 있다.
유동화 공기 취입구(15)에 있어서, 예를 들어 에어 챔버 및 공기 분산판 노즐을 통해 고압 공기가 로체(11) 내에 불어 넣어진다. 본 실시 형태의 유동 하소로(10)의 유동화 공기 취입구(15)로서, 로체(11)의 직경 방향과 평행하게(즉, 대략 수평으로) 배치된 분산판을 구비하는 공기 분산판 노즐이 설치되어 있다. 이 유동화 공기 취입구(15)로부터의 흡입 속도는, 시멘트 원료의 밀도나 입도 분포에 의해 결정되고, 통상의 시멘트 원료에서는 0.5∼2.0m/s로 설정된다.
연료인 미분탄, 예를 들어 석탄이나 코크스가 로체(11) 내에 불어 넣어지는 연료 취입 라인(12)은, 로체(11)의 측부에 2개 설치되어 있고, 각 취입구가 로체(11)의 동일 원주 상에 직경 방향을 향해(즉, 대략 동일 높이에 대략 수평으로, 또한 중심선이 로체(11)의 중심축(O)에 교차하도록) 배치됨과 함께, 원료 슈트(13)의 양측의 추기 도관(14a, 14b)의 각 개구부에 대해 직경 방향에 대향하는 위치에 개구되는 각 추기 도관(14c, 14d)의 근방, 분출 방향 전방에 배치된다. 각 연료 취입 라인(12)은, 추기 도관(14a∼14d)의 하방이며, 또한 유동화 공기 취입구(15)(로체(11)의 하단)로부터 상방으로 h1＝0.3∼1.0m의 범위에 접속되어 있다. 연료 취입 라인(12)의 반송 공기 속도는, 운전상의 조정 항목이지만, 통상 10∼20m/s의 범위로 설정된다.
원료 슈트(13)는, 로체(11)의 측부에 하향 구배로 접속되고, 그 접속구가 추기 도관(14a)과 추기 도관(14b) 사이에 배치된다. 이 원료 슈트(13)의 수평면과의 각도는, 시멘트 원료의 입자 마찰 계수나 안식각에 의해 경험적으로 정해지며, 통상의 시멘트 원료의 경우에 있어서는 대략 50°∼70°로 설정된다. 원료 슈트(13)의 직경은, 원료 투입량에 적합하도록 설계된다. 원료 슈트(13)와 로체(11)의 접속구의 중심은, 유동화 공기 취입구(15)(로체(11)의 하단)로부터 상방으로 h2＝1.5∼3.0m의 범위에 배치된다. 또한, 원료 슈트(13)와 로체(11)의 접속구는, 유동 하소로의 생산 능력에 따라 단면 사이즈나 높이 위치가 상이하다.
4개의 추기 도관(14a∼14d)은, 도 1b에 도시한 바와 같이, 로체(11)와의 접속구에 있어서의 내주면 접선 방향으로 분출 방향을 향해 설치되어 있음과 함께, 각각의 접속구의 중심이 동일 원주 상(즉, 대략 동일 높이)에 배치되어 있다. 로체(11)의 중심축(O)과 직교하는 횡단면에 있어서, 각 추기 도관(14a∼14d)의 중심축(C)의 연장선은 로체(11)의 직경선(D)으로부터 어긋나 있고(환언하면, 추기 도관(14a∼14d)의 각 중심축(C)과 로체(11)의 중심축(O)은 교차하지 않음), 추기 도관(14a∼14d)의 각 중심축(C)과 평행한 로체(11)의 각 직경선(D)으로부터 각 추기 도관(14a∼14d)의 가장 떨어진 위치의 내벽면까지의 거리 S와 로체(11)의 내측 반경 R의 비율(S/R)이 0.50 이상 0.91 이하로 설정된다.
여기서, 로체(11)의 중심축(O)와 직교하는 횡단면에 있어서, 중심축(O)을 통과하는 직선을 직경선(D)이라고 칭하고 있다.
각 추기 도관(14a∼14d)과 로체(11)의 접속구의 중심은, 유동화 공기 취입구(15)(로체(11)의 하단)로부터 상방으로 h0＝1.5∼2.5m의 높이 범위에 배치되고, 추기 도관(14a∼14d)의 가스 유속은 대체로 13.0∼18.0m/s로 설정된다. 또한, 추기 도관은, 로체(11) 내에 균등하게 공기를 공급하는 관점에서, 원주 방향으로 대략 등간격을 둔 위치에 복수 개를 배치하는 것이 바람직하지만, 도 1b에 도시한 바와 같이 등간격은 아닌 배치여도 된다.
본 발명에 관한 유동 하소로(10)는, 본 발명자들이 행한 수치 유체 역학 계산 CFD(Computational Fluid Dynamics)에 의한 유동 하소로 내의 연소 및 하소 상황의 시뮬레이션에 기초하여, 각 부재의 적합한 위치 관계를 발견하여 구성된다.
수치 유체 역학 계산은, 실제의 유동 하소로의 형상 및 조업 조건을 수치화하여, 가스 흐름, 입자 이동, 화학 반응, 전열을 수치 계산하고, 컴퓨터 그래픽을 사용하여, 실측에서는 곤란한 유동 하소로 내에서의 연소 및 하소의 상황을 파악하는 것이다. 이하, 이 수치 유체 역학 계산에 의한 유동 하소로의 최적화에 대해 설명한다.
수치 유체 역학 계산의 방법, 모델은 하기와 같다.
(1) 수치 유체 역학 계산 소프트웨어 코드 : RFLOW(가부시키가이샤 아르플로우)
(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 산일율: 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
(2)∼(11)은, 가스의 흐름 등에 대한 수치 유체 해석을 행할 때, (12)는 연소 해석을 행할 때, (13)은 석회석의 탈탄산 반응을 해석할 때에 모두 수치 해석에 있어서 널리 사용되고 있는 모델이다.
연료로서 사용하는 석탄의 조성은, 하기의 표 1에 나타내는 역청탄의 공업 분석값을 상정하였다.
Figure pct00001
연료(미분탄)의 종류에 변경이 있는 경우에는, 변경된 연료에 대응하는 표 1의 조성(발열량과 공업 분석값)을 사용하여, 유동 하소로에 투입하는 연료의 총 발열량이 일정해지도록, 미분탄 피드량의 조정을 행하면 된다.
이 수치 유체 역학 계산에 의한 평가는, 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 4개의 추기 도관(14A)의 로체(11A)에의 접속 위치를 비율(S/R)을 변경한 실시예 1(S/R＝0.91), 실시예 2(S/R＝0.66), 실시예 3(S/R＝0.61), 실시예 4(S/R＝0.58), 실시예 5(S/R＝0.50) 및 비교예 1(S/R＝1.0), 비교예 2(S/R＝0.41), 비교예 3(S/R＝0.15)의 모델과, 추기 도관의 구성이 상이한 유동 하소로에 의한 종래예(추기 도관의 중심축의 연장선과 로체 중심축이 교차한다. S/R＝0)의 모델을 형성하고, 이들 각 모델에 대해, 평균 차르 반응률(％)(도 4 참조), 평균 원료 탈탄산율(％)(도 5 참조), 추기 압력 손실(Pa)(도 6 참조)을 산출함으로써 행하였다.
평균 원료 탈탄산율(％)은, 유동 하소로의 출구에 있어서의 시멘트 원료의 입자마다의 탈탄산율을, 하소되기 전의 질량에 따라서 가중 평균한 것이다. 평균 차르 반응률(％)은, 유동 하소로의 출구에 있어서의 미분탄(연료)의 입자마다의 차르 반응률을, 반응하기 전의 차르의 질량에 따라서 가중 평균한 것이다. 추기 압력 손실(Pa)은, 추기 도관의 입구 단면의 평균 압력값과 유동 하소로의 출구 단면의 평균 압력값의 차이다.
실시예 1∼5 및 비교예 1∼3의 각 모델로서는, 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 유동화 공기 취입구(15A)의 분산판 노즐을 로체(11A)의 직경 방향과 평행하게(즉, 대략 수평하게) 배치하고, 4개의 추기 도관(14A)과 로체(11A)의 접속구의 중심을, 로체(11A)의 원주 방향의 동일선 상에 균등하게(즉, 대략 동일 높이에 대략 등간격으로), 유동화 공기 취입구(15A)(로체(11A)의 하단)로부터 상방으로 h0＝1.6m의 높이에 배치하였다. 원료 슈트(13A)와 로체(11A)의 접속구를 인접하는 추기 도관(14A)의 사이에 배치하고, 그 접속구의 중심을, 유동화 공기 취입구(15A)의 상방으로 h2＝2.1m의 높이에 배치하고, 이 원료 슈트(13A)의 수평면과 이루는 각도를 55°로 설정하였다. 2개의 연료 취입 라인(12A)은, 흡입 방향을 로체(11)의 중심을 향해(직경 방향), 추기 도관(14A)의 하방에 배치하고, 그 취입구의 중심을, 유동화 공기 취입구(15A)의 상방으로 h1＝0.55m의 높이에 배치하였다.
종래예의 모델로서, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 추기 도관(14B)을 로체(11B)의 측부에서 하향 구배로 접속하고, 추기 도관(14B)의 중심축(C)과 수평면이 이루는 각도를 65°로 배치하였다. 추기 도관(14B) 이외에, 연료 취입 라인(12B), 원료 슈트(13B), 유동화 공기 취입구(15B) 등의 조건(구성)은, 도 2a 및 도 2b에 나타낸 실시예 1∼5 및 비교예 1∼3의 각 모델과 마찬가지로 하였다. 추기 도관(14B)과 로체(11B)의 접속구의 중심 위치에 대해서도, 도 2a 및 도 2b에 나타낸 실시예 1∼5 및 비교예 1∼3의 각 모델과 마찬가지로, 로체(11B)의 원주 방향의 동일선 상에 균등하게(즉, 대략 동일 높이이며 대략 등간격으로), 유동화 공기 취입구(15B)(로체(11B)의 하단)로부터 상방으로 h0＝2.0m의 높이에 배치하였다.
시멘트 원료의 투입량, 풍속, 온도 등의 조업 조건은, 하기의 데이터를 사용하였다.
·로체 11A, 11B
로 내경＝5.1m
로 길이＝14.0m
·연료 취입 라인 12A, 12B
미분탄(연료)의 피드량＝9.1t/h(연료 취입 라인 1기당 피드량 4.05t/h)
반송 공기 유속＝11m/s
온도＝50℃
·원료 슈트 13A, 13B
시멘트 원료의 투입량＝272t/h
온도＝740℃
반송 공기 유속＝0.5m/s
·추기 도관 14A, 14B
추기 공기의 온도＝880℃
추기 공기의 유속＝16.8m/s
·유동화 공기 취입구 15A, 15B
유동화 공기의 온도＝800℃
유동화 공기의 유속 1.64m/s
이와 같이 구성되는 종래예, 실시예 1∼5 및 비교예 1∼3의 각 모델에 대해, 평균 원료 탈탄산율(％), 평균 차르 반응률(％), 추기 압력 손실(Pa)을 산출하였다. 연산 결과를 도 4 내지 도 6에 나타낸다. 도 4 내지 도 6에 나타낸 각 그래프에, 종래의 실제 로의 형상에 기초하여 형성한 모델(종래예)의 결과를 실선 L로 나타냈다. 또한, 도 7a∼도 7g에, 비교예 1(도 7a), 실시예 1∼5(도 7b∼도 7f) 및 종래예(도 7g)의 각 모델에 대해, 추기 도관과 로체의 접속 위치 단면의 유속 분포를 가시화한 시뮬레이션 결과의 일례를 나타낸다.
도 4 내지 도 6에 보여지는 바와 같이, 비율(S/R)이 0.50 이상 0.91 이하인 모델(실시예 1∼5)에서는, 실선 L로 나타내어지는 종래예와 비교하여 추기 압력 손실이 약간 증대되었지만(도 6), 차르 반응률(도 4) 및 원료 탈탄산율(도 5)이 종래예보다 크게 향상된 것을 알 수 있다.
한편, 비율(S/R)이 0.15인 비교예 3에서는, 실선 L로 나타내어지는 종래예와 비교하여 추기 압력 손실은 거의 동등하였지만(도 6), 차르 반응률(도 4) 및 원료 탈탄산율(도 5)이 크게 저하되었다. 또한, 비율(S/R)이 0.41인 비교예 2에서는, 실선 L로 나타내어지는 종래예와 비교하여 차르 반응률(도 4) 및 원료 탈탄산율(도 5)이 향상되지 않았지만, 추기 압력 손실(도 6)이 약간 증대되었다. 또한, 비율(S/R)이 1.0인 비교예 1에서는 선회 효과가 더욱 크게 얻어지기 때문에, 차르 반응률 및 원료 탈탄산율은 양호하였지만, 추기 압력 손실이 급격하게 커져 버렸다.
따라서, 비율(S/R)을 0.50 이상 0.91 이하로 설정함으로써, 추기 압력 손실을 비교적 낮게 억제하면서, 미분탄(연료)의 연소성과 시멘트 원료의 탈탄산율을 향상시킬 수 있어, 최적화된 유동 하소로를 형성할 수 있다. 또한, 비율(S/R)이 특히 0.58 이상 0.91 이하의 범위에 있는 경우에는, 추기 압력 손실을 비교적 낮게 억제하면서, 특히 높은 미분탄의 연소성이나 시멘트 원료의 탈탄산율이 얻어지는 것을 알 수 있다.
이상의 수치 유체 역학 계산의 결과에 보여지는 바와 같이, 상기 실시 형태에 나타낸 유동 하소로에 있어서 로체(11A)에의 추기 도관(14A)의 접속 위치를 비율(S/R)이 0.50 이상 0.91 이하로 되도록 설정하여, 로체(11A)의 원주 접선 방향과 평행하게(즉, 대략 수평으로) 추기 도관(14A)을 배치함으로써, 추기 공기를 로체(11A) 내에서 적합하게 선회시킬 수 있다. 이 선회하는 추기 공기에 의해 연료의 미분탄을 교반(분산)시켜, 추기 공기(산소)와 미분탄을 충분히 접촉시킬 수 있다. 이에 의해, 미분탄의 연소성을 향상시킬 수 있음과 함께, 시멘트 원료의 탈탄산율을 향상시킬 수 있다.
따라서, 유동 하소로의 출구에 있어서의 미연소율을 저하시킬 수 있으므로, 연료에 연소성이 나쁜 석탄이나 오일 코크스를 사용한 경우에 있어서도, 프리히터 내의 온도를 낮게 억제하여 사이클론이나 원료 슈트에서의 부착물에 의한 프리히터에서의 폐색을 방지할 수 있어, 충분한 하소를 행하여 양호한 운전을 행할 수 있다.
또한, 비율(S/R)을 크게 할수록, 로체(11A)의 외주측을 따라 추기 공기가 도입되는 점에서, 도 7a에 나타낸 바와 같이, 비율(S/R)이 1.0인 비교예 1의 경우에서는 선회 효과가 커지지만, 추기 공기나 시멘트 원료 분말이 로체의 내벽면과 접촉하는 것에 의한 마찰이 커져, 추기 압력 손실이 커진다. 이 때문에, 도 7b∼도 7f에 나타낸 바와 같이, 비율(S/R)을 0.91 이하로 함으로써, 추기 압력 손실을 억제하면서, 추기 공기의 선회 효과를 얻을 수 있다.
한편, 비율(S/R)이 작아지면, 로체(11A)의 중심 부근을 향해 추기 공기가 도입되는 점에서, 추기 공기의 선회 효과를 얻는 것이 어려워진다. 이 때문에, 비율(S/R)은 0.50 이상으로 함으로써 추기 공기의 선회 효과를 확실하게 얻을 수 있다. 도 7g는, 추기 도관(14B)이 로체(11B)의 중심을 향해 설치되어 있는, 즉 비율 S/R이 0일 뿐만 아니라, 수평 방향으로부터 경사져 설치된 종래의 유동 하소로에 있어서의 유속 분포의 시뮬레이션 결과이다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 변경을 가하는 것이 가능하다.
추기 공기를 로체 내에서 선회시켜, 추기 공기와 연료를 충분히 접촉시킬 수 있으므로, 유동 하소로 출구에 있어서의 미연소율을 저하시킬 수 있고, 연료에 연소성이 나쁜 석탄이나 오일 코크스를 사용한 경우에 있어서도, 프리히터 내의 온도를 낮게 억제하여 사이클론이나 원료 슈트에서의 부착물에 의한 프리히터에서의 폐색을 방지할 수 있다.
10 : 유동 하소로
11, 11A, 11B : 로체
12, 12A, 12B : 연료 취입 라인
13, 13A, 13B : 원료 슈트
14a∼14d, 14A, 14B : 추기 도관
15, 15A, 15B : 유동화 공기 취입구

Claims (3)

  1. 상하 방향을 따르는 중심축을 갖는 통 형상으로 형성되고, 유동화 공기를 내부에 불어 넣기 위한 유동화 공기 취입구를 저부에 갖는 로체와,
    상기 로체의 측부에 접속되어 있고, 상기 로체 내에 연료를 불어 넣는 연료 취입 라인과,
    상기 로체의 측부에 접속되어 있고, 상기 로체 내에 시멘트 원료를 투입하는 원료 슈트와,
    상기 로체의 측부에 접속되어 있고, 상기 로체 내에 추기 공기를 도입하는 추기 도관
    을 구비하고,
    상기 로체의 상기 중심축과 직교하는 횡단면에 있어서, 상기 추기 도관의 중심축의 연장선은 상기 로체의 직경선으로부터 어긋나 있고, 상기 추기 도관의 상기 중심축과 평행한 상기 로체의 상기 직경선으로부터 상기 추기 도관의 가장 떨어진 위치의 내벽면까지의 거리 S와 상기 로체의 내측 반경 R의 비율(S/R)이 0.50 이상 0.91 이하로 설정되는, 유동 하소로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비율(S/R)이 0.58 이상 0.91 이하인, 유동 하소로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 추기 도관은, 상기 로체의 주위 방향으로 복수 설치되어 있는, 유동 하소로.
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