KR20200096815A - 건조 호퍼 및 이를 포함하는 연마 및 건조 플랜트 - Google Patents

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KR20200096815A
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루이스 슈미트
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풀 부르스 에스.에이.
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Abstract

과립물질을 건조하기 위한 건조 호퍼는 다음을 포함한다: 과립물질을 위한 플래넘 챔버(13)을 정의하고, 상부 및 하부를 갖는 호퍼 케이싱(12); 상부에 배치되는 과립물질을 위한 물질 주입부(20); 하부의 물질 배출 포트(26); 호퍼 케이싱으로 고온 건조 가스를 도입하기 위한 수단(36); 및 상부에 배치되는 가스 배출부. 고온 건조 가스를 도입하기 위한 수단(36)은 상부에서 실질적으로 수직으로 연장되도록 배치되는 복수의 가스 파이프(40)를 포함하고, 각 가스 파이프는 이의 하방 말단에 가스 배출부 포트(40.1)를 갖고, 건조가스의 유동을 수용하기 위한 가스 주입부를 갖는 환형 가스 덕트(38)에 이의 상방 말단(40.2)에서 연결되고, 가스 파이프는 환형 가스 덕트 상에 분산 배치된다.

Description

건조 호퍼 및 이를 포함하는 연마 및 건조 플랜트
본 발명은 일반적으로 다양한 종류의 과립물질을 건조하기 위한 건조 호퍼에 관한 것이다. 이와 같은 건조 호퍼는 수많은 적용분야에서 사용될 수 있고, 특히 연마 및 건조 플랜트에서 사용될 수 있다.
과립물질은 다양한 산업분야에서 사용되고 있고, 다양한 종류의 물질, 예를 들어, 광물, 유기물 또는 합성물로부터 제조될 수 있다. 대부분의 과립물질은 주목할만한 양의 내재된 수분을 포함하고, 이들 중 일부는 심지어는 흡습 특성을 갖는다.
따라서, 과립물질은 통상적으로 가열된(건조된) 공기 또는 보다 일반적으로 건조 가스로 이들을 불어냄에 의하여 건조 호퍼에서 예열되고 건조된다. 건조 가스는 특히 호퍼의 하부 / 테이퍼된 부분에 위치하는 이중 바닥부 또는 노즐을 통하여 건조 호퍼로 도입된다. 건조 공기는 과립 충진을 통하여 상방으로 유동하고, 과립물질을 가열하고, 습기를 제거한다. 그 후 습윤 공기는 루프의 배출부를 통하여 호퍼로부터 배출된다.
많은 산업 공정에서, 벌크 물질의 건조 및/또는 사전 건조는 공정의 성능, 효율 및/또는 안전에 영향을 미치기 때문에 중요하다.
예를 들어, 제철산업의 예를 보자. WO2017/102810은 예를 들어 원료 물질, 특히 원료 석탄의 사전 건조를 개시하고 있고, 이는 연마 및 건조 플랜트의 업스트림에 위치한다. 실제로, 예를 들어 연마 및 건조와 같은 처리가 필요한 원료 물질 내에 수분의 함량이 증가하는 것은 분쇄기의 용량에 부정적인 영향을 준다. 다시 말해, 분쇄기의 최대 가능 배출량이 원료 물질의 수분 함량 증가(주어진 수분 함량의 한계치 초과로)에 따라 감소한다.
분쇄기 업스트림의 건조 호퍼 내 원료 물질을 사전 건조하는 수단에 의하여, 설치되는 분쇄기의 요구되는 용량 및 이에 따른 크기가 감소될 수 있다. 연마 및 건조 플랜트 내에서 요구되는 건조 용량 및 이에 따른 건조 가스 유동률이 또한 감소될 수 있고, 이에 따라 특히 공정 가스 파이프, 건조된 고형 물질로부터 폐 건조가스를 분리하기 위한 장치(예를 들어 다중 사이클론 또는 백 필터) 및 건조 가스 메인 팬의 크기 및 용량을 감소시킬 수 있다.
WO2017/102810의 플랜트 구성에서, 고온 사전 건조 가스는 호퍼 케이싱의 원통형 또는 하부 원뿔대 부분의 외측 둘레 상의 수개의 노즐(하나 이상의 레벨에 위치함)을 통하여 건조 호퍼로 주입된다. 매우 통상적이기는 하지만, 이와 같은 배치는 항상 과립물질의 균일한 건조를 보장하는 것이 아니라는 것이 확인되고, 이는 건조 가스의 특정 유동 패턴때문이다. 즉, 일부의 원료물질은 사전 건조되지 않거나 또는 조금만 건조되고, 물질의 다른 부분은 완전한 건조상태에 가깝거나, 또는 심지어는 과도하게 가열된다. 다운스트림 분쇄기로 배출되는 동안 이와 같은 불균일하게 사전 건조된 물질이 균질화되지 않는 경우, 분쇄기의 작동 조건이 불규칙적으로 변동될 수 있고, 불균질한 분쇄 물질 특성을 도출하게 된다.
본 발명의 목적은 개선된 디자인의 건조 호퍼를 제공하는 것이고, 특히 과립물질 충진물의 보다 균질한 건조를 가능하게 하는 건조 호퍼를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 건조 호퍼의 구체예를 보여주는 스케치이고;
도 2는 도 1의 건조 호퍼를 갖는 연마 및 건조 플랜트의 구체예의 다이어그램이고;
도 3은 가스 파이프를 갖는 환형 가스 덕트의 대안적 디자인의 스케치이고; 및
도 4는 고온 건조 가스를 도입하기 위한 수단을 위한 가스 파이프의 또 다른 구체예의 스케치이다.
본 발명은 통상적인 건조 호퍼의 배열, 예를 들어 WO2017/102810의 배열과 이로부터 결과적으로 도출되는 가스 유동의 패턴이 유동 사전 건조 장치의 가정, 즉 가스 및 고형 물질은 기본적으로 서로 반대 방향으로 유동/이동한다는 가정과 충돌한다는 것을 발견한 것에 기인한다.
실제로, 본 발명의 발명자들은 그와 같은 사전-건조 호퍼의 외측 벽을 통하여 주입되는 사전-건조 가스가 직교류(crossflow) 방향으로 더 많이 이동하는 것을 관찰하였다. 이에 따라 원료 물질의 유동 중 일부(호퍼 수평 단면상 최외측 고리부분 상의 유동)만이 연속적으로 주입부 온도 수준의 사전-건조 가스와 충돌하고, 반면, 호퍼의 보다 중심 부분으로 하강하는 원료 물질은 연속적으로 보다 낮은 온도 수준 및 아마도 감소도 유동 속도의 사전-건조 가스와 연속적으로 접촉하게 된다. 결과적으로, 작동 환경에 따라, 사전-건조가 균일하지 못할 수 있고, 원료 물질의 일부는 사전 건조되지 않거나, 또는 일부만 사전 건조되고, 반면, 다른 물질은 완전 건조에 가깝거나, 또는 심지어는 과도하게 가열된다. 상기한 바와 같이, 이와 같은 비균질 사전-건조 물질을 사용하는 경우, 이어지는 공정/처리 단계에서 변동되는, 뷸규칙적인 또는 심지어는 안전하지 않은 작동 조건을 초래하게 될 수 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 다음을 포함하는 과립물질을 건조하기 위한 건조 호퍼를 제안한다:
과립물질을 위한 플래넘 챔버를 정의하고, 상부 및 하부를 갖는 호퍼 케이싱;
상기 상부에 배치되는 과립물질을 위한 물질 주입부;
상기 하부의 물질 배출 포트;
고온 건조 가스를 상기 호퍼 케이싱으로 도입하기 위한 수단; 및
상기 상부에 배치되는 가스 배출부.
본 발명의 중요한 일 면에 따르면, 고온 건조 가스를 도입하기 위한 수단은 상부에서 실질적으로 수직으로 연장되도록 배치된 복수의 가스 파이프를 포함하고, 각 가스 파이프는 이의 하방 말단에 가스 배출부 포트를 갖고, 이의 상방 말단에서 건조가스의 유동을 수용하기 위한 가스 주입부를 갖는 환형 가스 덕트에 연결되고, 가스 파이프는 환형 가스 덕트 상에 분산 배치된다. 바람직하게는 가스 파이프는 케이싱 높이(H)의 25% 내지 50 %의 영역으로 하방 연장된다.
공지 기술의 내용에서 설명된 바와 같이, 통상적인 건조 호퍼에서 건조가스의 주변부 도입은 처리의 균일성에 대한 문제를 야기하게 된다. 가스는 호퍼의 외측 주변부에 남아있으려 하고, 이에 따라 건조 가스 중 감소된 유동률만이 호퍼의 중심부에 감소된 온도로 도달한다.
대조적으로, 본 발명의 건조 호퍼는 고온 건조 가스를 건조 호퍼에 도입하기 위한 개선된 수단을 포함한다. 일련의 수직 가스 파이프를 사용하는 것은 복수의 고온 건조 가스 스트림을 과립물질로 도입하되, 원하는 위치로 도입하여 과립물질을 통하여 보다 균일하게 유동할 수 있도록 유도한다. 더욱이, 가스 파이프가 케이싱의 상부 방향으로 연장되므로, 과립물질의 일부는 이미 가스 파이프 및 환형 가스 덕트(케이싱 내부에 장착된 경우)와의 접촉으로 사전-가열된다.
사전-건조 가스는 원료 물질을 통해서 수직 상방향으로 주로 흐를 것으로 기대되고, 따라서, 호퍼를 통하여 수직 하방으로 이동하는 원료물질에 보다 균일한 사전-건조를 제공할 것으로 예상된다. 원료 물질 일부에 대한 완전 건조 및 과 가열이 회피될 수 있다. 호퍼 내부에 설치되는 고온 건조 가스 분배 파이프는 외측 열 차단이 요구되지 않는다. 열 손실은 호퍼에서 배출되는 폐 사전-건조 가스로 전달되고, 폐 사전-건조 가스 배출 온도 컨트롤에 의하여 조절된다. 고온 건조 가스는 케이싱 바닥부에 제공될 수 있는 호퍼 케이싱이나 클리어링 암 엠프팅 컨베이어(clearing arm emptying conveyor)와 접촉하지 않고, 주로 습윤 또는 사전-건조된 원료 물질에 의하여 현저히 높은 온도 수준으로부터 보호된다.
이와 같은 건조 호퍼의 디자인은 특히 형태 비율(직경 분의 높이)이 1.5 이하를 갖는 호퍼를 위하여 특히 흥미롭다. 복수의 환형으로/원주로 분포된 가스 파이프는 과립물질의 중심부에서 고온 건조가스의 유동을 복수의 위치로 전달하게 된다.
가스 파이프의 수 및 이들의 내측 단면 면적은 예를 들어, 유체역학 계산 또는 원료 물질의 특성을 고려한 시뮬레이션을 통하여 결정될 수 있다. 공지 기술을 통하여 알려진 바와 같이, 원료 물질 내부의 사전-건조 가스의 실제 분포는 주로 원료 물질의 특성, 주로, 입자 크기 분포에 의하여 조절된다.
바람직하게는 환형 가스 덕트는 상부의 케이싱 내부에 배치된다. 하지만, 환형 가스 덕트는 케이싱 외부에 배치될 수도 있고, 수직 가스 파이프가 케이싱의 루프를 관통할 수 있다.
특정 수의 수직 가스 파이프가 환형 가스 덕트에 제공된다. 구체예에서, 적어도 4개의 이와 같은 가스 파이프가 환형 가스 덕트에 연결되고, 바람직하게는 동일하게 이격된다.
가스 파이프는 상기 케이싱의 내부 직경 대비 0.45 내지 0.75, 보다 바람직하게는 0.50 내지 0.65 배의 직경을 갖는 가상의 원(38.1)에 배치될 수 있다.
구체예에서, 가스 파이프는 양 말단에서 개방된 직선 형 파이프이다. 다른 구체예에서, 가스 파이프는 하방으로 확장되는 하방 부분을 포함한다. 특히, 가스 파이프는 평평한 원추형 파이프로 형성될 수 있고, 이에 의하여 좁은 말단은 환형 가스 덕트에 연결되고, 가스 파이프는 이의 배출부 포트에서 가스 블레이드를 전달한다.
구체예에서, 가스 파이프의 하방 부분은 파이프로부터 배출되는 고온 건조가스의 배출 속도를 조절하기 위한 쓰로틀 수단이 설치될 수 있다. 이와 같은 쓰로틀 수단은 바람직하게는 가스 파이프 내부에 배치된다.
물질 분배 수단, 특히 분배 콘은 바람직하게는 과립물질을 분산시키기 위한 물질 주입부 밑에 배치된다. 환형 가스 덕트 및 분배 수단은 바람직하게는 동심으로 배치되고, 예를 들어 약 동일 높이에서 배치된다.
구체예에서, 건조 호퍼는 다음 구성 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
- 상기 물질 주입부는 상기 호퍼 케이싱의 루프에서 중심부에 배치된다;
- 상기 물질 주입부는 노즐을 포함한다;
- 상기 케이싱은 실질적으로 평평한 바닥벽을 갖고, 그 내부에 상기 물질 배출 포트가 바람직하게는 중심부에 배치된다;
- 다이버터 요소가 케이싱 바닥벽으로부터 이격되고, 물질 배출부를 커버하기 위하여 배치된다;
- 과립물질을 물질 배출부로 유도하기 위하여 하부에 배치되는 수집수단;
- 상기 가스 파이프는 하방으로 확장되는 하방 부분을 포함한다.
본 발명의 이와 같은 또는 다른 구체예는 첨부된 종속항들에서 언급된다.
다른 면에 따르면, 본 발명은 또한 조대 물질로부터 분쇄된 건조 물질을 생산하기 위한 연마 및 건조 플랜트에 관한 것이고, 연마 및 건조 플랜트는 다음을 포함한다:
- 기 설정된 온도로 가열된 건조 가스를 제공하기 위한 가열된 건조 가스 소스;
- 분쇄된 건조 물질을 얻기 위하여 조대 물질을 분쇄 및 건조하기 위한 분쇄 장치;
- 조대 물질의 건조를 위하여 분쇄 장치의 업스트림에 제공되는 본 발명의 일 면에 따른 건조 호퍼;
- 건조 호퍼로부터 분쇄 장치로 조대 물질을 이송하기 위한 이송 수단;
- 가열된 건조 가스를 분쇄 장치 및 건조 호퍼로 주입하기 위한 도관; 및
건조 가스로부터 분쇄된 건조 물질을 수집 및 분리하기 위하여 분쇄 장치의 다운스트림에 배치되는 분리기.
본 발명의 보다 구체적인 설명과 장점은 다음의 상세한 설명과 몇 개의 비제한적 구체예를 통하여 명확해 질 것이고, 도면을 참조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 건조 호퍼 10의 원론적 도면이다. 이는 케이싱 12를 포함하고, 케이싱은 일반적인 튜브형 외측 벽 14를 갖고, 중심축 A를 따라 연장되고, 양 말단에서 각각 바닥벽 16 및 상부 벽 18 또는 루푸에 의하여 폐쇄되어 있다. 바람직하게는 외측 벽 14는 원형이고, 케이싱의 하방 부분에서 약간 테이퍼되어 있다(절단 원뿔형 부분). 그러나, 이는 제한되는 것은 아니고, 외측 벽은 직사각형 또는 정사작형 단면 형상을 가질 수 있다.
케이싱 12는 건조 목적으로 임시로 보관되는 과립물질을 위한 플래넘 챔버 13를 정의한다. 과립물질을 위한 물질 주입부 20은 케이싱의 상부에 배치되고, 특히 루프 18의 중심부에 배치된다. 과립물질은 주입 파이프 22에 의하여 제공되고, 이는 주입부 20에 연결된다. 노즐(미도시)이 바람직하게는 주입 파이프 22와 노즐 주입부 사이의 직접 연결을 위하여 물질 20에 장착된다. 사용시에, 주입 파이프 22는 특히 업스트림 저장 빈(미도시)에 연결되고, 이는 건조 호퍼 10에서 건조될 물질을 포함한다. 로터리 밸브 24는 주입 파이프에 배치되어 건조 호퍼 10으로의 과립물질의 유동을 조절하고, 업스트림의 저장 빈의 작동상에 호퍼 상부 내부의 대기압, 양압 또는 음압과 상이한 방해 효과를 방지한다.
참조 부호 26은 하부의 물질 배출부를 나타낸다. 이와 같은 변형에서, 바닥벽 16은 평평하고, 물질 배출부는 축 A를 따라 이의 중심부에 배치된다. 주입부 20을 통하여 도달하는 과립물질은 중력에 의하여 호퍼 10으로 떨어지고, 이에 축적될 것이다.
디플렉터 28은 바닥벽 16 위의 하방 부분에 배치되고, 이로부터 이격되며, 배출 포트 26을 덮는 방식으로 이격된다. 이와 같은 변형에서, 디플렉터 28은 원추형 형상을 갖고, 배출 포트 26보다 큰 둘레를 갖는다. 이를 통하여 물질의 기둥이 배출 포트 26 위로 수직으로 형성되는 것을 방지할 수 있다. 반대로, 과립물질은 디플렉터 28의 가장자리에서 평평한 바닥 16에 위치할 것이다. 수집수단, 여기서는 수평의 스크래퍼 또는 클리어링 암 30이 제공되어 물질을 배출 포트 26로 밀어낸다. 스크래퍼는 주로 전기 모터 어셈블리와 동반하는 피봇팅 샤프트에 장착되는 수평 블레이드로 디자인될 수 있다.
사용시에, 배출 파이프 32는 주로 배출 포트 26에 연결되어 건조된 과립물질을 적용분야/공정에 따라 다음의 처리단계 또는 사용단계로 이동시킨다. 로터리 밸브 34는 배출 파이프 32를 통한 배출 유동을 조절하고, 주로 분쇄기인 다운스트림 장치의 작동 상 하방 부분의 호퍼 내의 대기압, 양압 또는 음압과 다른 방해 효과를 방지한다.
참조 부호 36은 일반적으로 고온 건조 가스를 호퍼 케이싱으로 도입하는 수단을 나타내고, 이는 환형 가스 덕트 38과 수많은 가스 파이프 40을 포함하며, 이들은 상부 케이싱 부분에서 실질적으로 수직으로 연장되어 배치된다. 각 가스 파이프 40은 이의 하방 말단에 가스 배출부 포트 40.1을 갖고, 이의 상방 말단에서 환형 가스 덕트에 연결된다. 환형 가스 덕트 38은 가스 주입부(미도시)를 갖고, 이는 루프 18을 관통하는 메인 가스 공급 덕트 42로부터의 건조가스의 유동을 수용한다. 구체예에서, 환형 가스 덕트 38은 원형 단면(원형 융기)을 갖는 원형 덕트이고, 그러나 이는 제한적인 것은 아니고, 다른 형태도 가능하다.
가스 배출부 44는 상부, 특히 루프 18에 배치된다. 가스 배출 파이프 46은 가스 배출부 44에 연결되어, 폐 건조가스를 대기중으로 배출하기 전에 필터링 장치로 보낸다.
분배 수단 48은 물질 주입부 20의 밑에, 바람직하게는 축 A에 중심상에 정렬되어 배치된다. 분배 수단 48은 그곳으로 낙하하는 물질을 방사상으로 분배할 수 있도록 형성된다. 여기서는 콘의 형태를 가지지만, 돔, 또는 벨, 또는 임의의 다른 기능적으로 유사한 형태를 가질 수 있다.
분배 수단 48은 환형 가스 덕트 438 내부에 맞도록 구성되고, 약 동일 높이로 구성된다. 여기서 물질 주입부 20로부터 도달하는 물질은 분배 수단 48로 떨어지고, 환형 가스 덕트 38 밑으로 방사상으로 유도되고, 수직 가스 파이프 40으로 유도된다.
여기서 사용되는 바와 같이, 상부 및 하부 부분이라는 표현은 각각 중심선 B(상부 및 하부 벽 사이의 중앙-거리)의 상부 및 하부 호퍼 영역을 나타낸다.
건조 가스의 향상된 분배를 위하여, 가스 파이프 40은 상기 케이싱의 내부 직경 대비 0.45 내지 0.75, 보다 바람직하게는 0.50 내지 0.65 배의 직경을 갖는 가상의 원 상에 배치될 수 있다. 이와 같은 도 1의 가상의 원은 환형 가스 덕트 38의 38.1로 표시되는 환형 중심선에 대응된다.
바람직하게는, 가스 파이프는 케이싱 높이(H)의 25 % 내지 50 %의 영역으로 하방으로 연장되고; 상기 영역 또는 수평 밴드는 도면에서 41로 표시된다. 가스 파이프 40이 상부(즉, 상부의 적어도 일부)를 통하여 연장되어 과립물질의 주입부 유동과 접촉하지만, 가스 파이프 40의 배출부 포트 40.1은 종종 하부(중앙-높이 라인 B 밑)에 위치하고, 이들의 배출부 40.1은 수평 밴드 41에 위치한다.
도 2에서, 이는 본 발명의 건조 호퍼의 연마 및 건조 플랜트 100로의 적용과 관련된다. 특히, 건조 호퍼는 플랜트 100에서 치러되는 예를 들어 석탄 또는 슬래그와 같은 습윤 조대 벌크 물질을 위한 사전-건조 호퍼로서 플랜트 100에서 사용된다.
연마 및 건조 플랜트 100에서, 예를 들어 조대 슬래그 또는 석탄과 같은 원료 물질은 밀 130의 업스트림의 원료 물질 저장 빈 110에 저장된다. 예를 들어 도 1에 표현된 호퍼인 120으로 표시되는 본 발명의 건조 호퍼는 저장 빈 110과 밀 130 사이에 배치된다. 예를 들어 분쇄된 슬래그 또는 석탄과 같은 건조된 분쇄 물질로 처리되기 위하여, 사전-건조된 원료물질은 건조 호퍼 120으로부터 변속 가능한(용량 변경이 가능한) 컨베이어 115, 예를 들어 가변 드래그 체인 컨베이어 및/또는 로타리 밸브의 수단에 의하여 밀 130으로 공급될 수 있다.
플랜트 100의 나머지 부분은 다소 통상적이고, 예를 들어 공지된 WO2017/102810의 연마 및 건조 플랜트와 유사하다.
건조를 위한 에너지는 가연성 가스로 연소되는 가변 용량 건조 가스 발생기 120에 의하여 공급된다. 가능한 범위에서, 가연성 가스는 바람직하게는 예를 들어 블라스트 퍼니스 가스와 같이 낮은 수소 함량을 갖는 저 발열량 가스이다. 낮은 수소 함량은 생성되는 건조 가스의 수분 함량을 제한하고, 이에 따라 건조 효율을 증가시킨다. 일반적으로 건조 가스 발생기 120은 또한 연소 공기팬 및 추가적인 저용량 버너를 포함하고, 이는 고 발열량 연소 가스, 예를 들어 천연 가스 또는 코크 오븐 가스를 위한 것이고, 이는 플랜트를 가열하고, 가능하게는 저 발열량 연소 가스의 연소를 지원하기 위하여 요구된다.
통상적으로, 화학양론적 연소에 가까워지는 것은(연도 가스 내에 높은 산소 농도를 회피하고, 심지어는 저 발열량 연소가스) 1000 °C 또는 그 이상 정도로 고온의 연도 가스 온도 수준을 도출하게 되고, 즉, 이는 밀 내에서 허용될 수 있는 것보다 몇 배 높은 것이고, 건조되어야 하는 습윤 원료 물질, 특히 석탄과 접하여, 건조 가스 발생기 120 내에서 생성되는 고온 연도가스는 약 100 °C의 재순환된 폐 건조가스의 많은 양의 유동 흐름과 혼합되어야 한다. 재순환된 폐 건조가스는 도관 170으로부터 도달하게 된다. 이는 밀 130 앞에서 적절한 건조가스 온도를 얻는 것을 가능하게 하고, 그 온도는 석탄의 경우 약 200 내지 400 °C 미만의 범위이고, 요구되는 실제 값은 주로 원료 물질의 습기 함량에 의하여 조절된다.
통상적인 연마 및 건조 플랜트 100에서, 원료물질의 분쇄, 일반적으로 연마, 및 건조는 밀 130 내에서 주로 병렬적으로 수행된다. 물질은 예를 들어 회전 롤러, 볼 등 사이에서 및 회전 연마 테이블 또는 볼에서 연마되고, 습기는 고온 건조 가스와의 접촉에 의하여 증발된다. 건조 가스는 연마된 물질을 분류기로 이송시키고, 이는 일반적으로 밀 130의 최상부 부분에 통합되어 있다. 조대 물질은 건조 가스 유동으로부터 제거되고, 연마 테이블 또는 볼로 회수되고, 미세한(분쇄된) 물질은 도관 135를 통하여 증가된 수분 함량으로 냉각된 폐 건조 가스에 의하여 가스-고체 분리를 위한 다운스트림 장치 140, 여기서는 다중 사이클론으로 이송되고, 통상적인 백 필터가 대신 사용될 수도 있다.
장치 140에 의하여 폐 건조 가스로부터 분리된 분쇄된 물질은 다운스트림 저장부 또는 이송 장치 150으로 이송되고, 이는 예를 들어, 미세물질/생성물(분쇄 석탄) 저장 빈, 이송 호퍼, 파우더 펌프 등일 수 있다.
폐 건조가스가 도관 170을 통하여 건조가스 발생기 120으로 재순환되고, 고온의 연도 가스와 혼합되어 적절한 밀 주입부 온도 수준을 갖는 고온의 건조 가스를 생성한다는 것을 알 수 있다. 그 후, 이와 같은 고온의 건조가스의 많은 부분이 일반적으로 밀 130로 공급되고, 나머지는 도관 175를 통하여 사전-건조 호퍼 120으로 공급되고, 그 내부에서 주입된다. 도 1과 관련하여 설명된 바와 같이, 사전-건조 호퍼 120으로 주입되는 고온 건조 가스는 원료 물질 베드를 통하여 유동하고, 원료 물질을 가열하고, 원료 물질의 수분 중 일부를 증발시키고, 냉각되어, 최상부에서 호퍼 120로부터 배출된다. 사전-건조 호퍼 120에서배출되는 폐 건조가스는 다운스트림의 오프-가스 백 필터 180에서 정화되고, 최종적으로 오프-가스 스택 190을 통하여 대기중으로 방출된다; 오프-가스로부터 분리된 미세 고형 물질은 미세물질/생성물 빈 150으로 이송된다. 감소된 수분 함량을 갖는 원료물질은 사전-건조 호퍼 120으로부터 밀 130으로 이송되고, 건조된 미세 물질로 처리된다.
사전-건조 호퍼 120은 밀 130의 업스트림에서 원료물질의 수분 함량을 감소시키는 것을 가능하게 하고, 밀 130으로 공급되는 건조 가스의 유동양을 감소시키는 결과를 초래하고(밀에 의하여 고정된 건조 가스 유동 양 범위에 한정되는 내에서), (이와 같은 건조 가스 유동양에 의하여 조절됨에 따라) 가스-고체- 분리 장치 140의 용량 및 크기를 감소시키고, 건조가스 메인 팬 171의 처리량을 감소시키고, 최종적으로 밀 130의 크기를 감소시킨다. 회로 내 압력 수준은 일반적으로 (오프-가스 유동의 조절을 통하여) 건조가스 발생기 120의 다운스트림 및 밀 130의 업스트림을 갖고, 원료물질 저장빈 120은 원료물질 저장빈 120, 및 다운스트림의 백필터180 및 스택 190(오프-가스 파이프)을 통하여 주어진 건조가스 유동율로 대기중으로 이송을 위하여 적절한 과압 수준을 갖도록 조절된다.
검토
공지의 기술로 돌아가 보면, 상기한 바와 같이, WO2017/102810은 연마 및 건조 플랜트의 업스트림에 원료물질, 특히 원료 석탄의 사전-건조를 개시하고 있다. 분쇄기의 업스트림의 건조 호퍼 내의 원료 물질의 사전-건조의 수단에 의하여, 설치되는 분쇄기의 요구되는 용량 및 이에 따른 크기는 감소될 수 있다. 연마 및 건조 플랜트 내의 요구되는 건조 용량 및 이에 따른 건조가스 유동율은 또한 감소될 수 있고, 이에 따라 특히. 공정 가스 파이프의 크기 및 용량이 감소될 수 있고, 건조된 고형 물질로부터 폐 건조 가스를 분리하는 장치(예를 들어, 다중 사이클론 또는 백필터), 및 건조가스 메인 팬의 크기와 용량을 줄일 수 있다.
WO 2017/102810의 연마 및 건조 플랜트(도 2 참조)에서, 원료 물질의 사전-건조는 처음부터 분쇄기 업스트림에 통합된다. 사전-건조 가스 및 건조 가스는 동일한 건조 가스 발생기에서 함께 생산된다. 사전-건조 장치의 추가에 기초하여, 이미 존재하는 연마 및 건조 플랜트의 용량 증가의 경우에, 존재하는 플랜트의 오프-가스는 새로운 건조 오프-가스 팬에 의하여 새로운 사전-건조 가스 발생기로 공급될 것이고, 사전-건조가스 발생기에서 생성되는 고온 연도가스의 추가에 의하여 사전-건조가스 주입부 온도까지 가열되고, 그후 사전-건조 장치로 적절히 유도된다.
사전-건조는 사전-건조 호퍼 내에서 수행되는 것으로 제안되었고, 유동 건조기(flow-through dryer)로서 작동하는 것으로 제안되었으며, 즉, 고온 사전-건조 가스는 기본적으로 호퍼 내에 포함되어 있는 벌크 물질을 통하여 수직 상방으로 유동하고, 이와 같은 벌크 물질은 천천히 수직 하방으로 흐른다. 가스가 벌크 물질을 통하여 흐름에 따라, 열은 가스로부터 고형 물질로 이동하고, 고형 물질 및 액상 수분은 가열되고, 표면의 수분은 부분적으로 증발되고, 가수에 의하여 동반된다. 냉각된 사전-건조 가스는 증가된 수분함량을 갖고 상부에서 호퍼로부터 배출되고, 사전 건조되고, 가열된(제한된 정도로) 고형 물질은 호퍼의 바닥에서 배출되고, 다운스트림의 분쇄기로 공급된다.
사전-건조 조건은 원료 물질의 입자 크기 분포에 크게 연관된다. 이와 같은 원료물질이 미세할수록, 물질의 단위 부피당 열과 수증기 교환 표면적이 커진다. 다시 말해, 호퍼로부터 배출되는 냉각된 사전-건조 가스의 온도는 다운스트림의 백필터링(또는 동등한 가스-고체 분리) 장치로 액상의 물이 도입되는 것을 방지할 수 있을 정도로 충분히 높은 수준으로 유지되어야 하고, 대기로 배출되기 전에 사전-건조 가스를 정화하는 것이다. 사전-건조 호퍼의 다운스트림의 사전-건조 오프-가스의 재가열을 고려하지 않는다면, 호퍼 내에서 형과 수증기 교환 표면적은 조절되고, 제한되어야 하고, 이는 원료 물질의 입자 크기 분포에 따라 달라지고, 따라서, 궁극적으로는 호퍼에 포함되고, 사전-건조 가스에 의하여 가로질러지는 원료물질의 충진 높이가 조절 및 제한되어야 함을 의미한다.
원료물질로 이동되는 사전-건조 에너지 비율 및 사전-건조 가스 주입부 온도의 제한은 장비뿐만 아니라, 처리되는 물질로부터 온도 제한이 조절되고, 사전-건조 가스의 유동율을 위한 가능한 값의 범위를 초래하고, 이에 따라 사전-건조 호퍼의 내측 단면 면적 및 내부 직경을 위한 갑의 범위를 초래하면, 이는 호퍼 내의 가스 속도를 위한 허용 가능한 값의 범위에 기초하고, 및 이들로부터 초래되는 압력손실에 기초한다.
호퍼 충진 수준뿐만 아니라 사전-건조 호퍼의 내측 단면 면적이 조절되고, 상기 문단들에서 언급된 바와 같이 조절된다. 사전-건조 공정, 즉 열 및 질량(수증기) 전달에서 관여되는 원료물질의 충진의 높이에 대한 요구되는 조절 및 제한은 밀의 업스트림의 일반적인 원료물질 포함 장치를 상부 원료 물질 저장빈 또는 저장 호퍼와 하부, 다운스트림 원료물질 사전-건조 호퍼로 분리하는 것으로 초래하고, 여기서 실제 사전-건조가 내부에서 수행되고, 열 및 질량 전달 표면적 및 이에 따른 충진 높이가 쉽게 측정되고, 조절되며, 이는 이들로부터 초래되는 열 및 질량 전달 조건 및 온도 수준에 따라 달라진다.
원료 물질 저장빈 또는 저장 호퍼와 원료물질 사전-건조 호퍼 모두의 요구되는 높이를 제한하기 위하여, 이들 각각에 장비를 비우는 바닥부 클리어링 암을 구비하는 것이 제안되었고, 이에 따라 고가의 추가적인 스틸 구조를 필요로하게 되고, 단지 제한된 추가적인 저장 공간을 제공하는 연장된 높이를 차지하는 낮은 콘형 부분을 회피하게 된다.
WO2017/102810의 사전-건조 호퍼에서, 고온 사전-건조 가스는 호퍼 케이싱의 원통형 또는 절단된 하부 원추형 부분의 외주부 상의 수개의 노즐(하나 이상의 레벨 상)을 통하여 사전-건조 호퍼로 주입된다. 그러나, 이와 같은 배치 및 이에 의한 가스 유동 패턴은 유동식 사전-건조 장치의 가정과 충돌하고, 그 가정은 상기한 바와 같이, 가스 및 고체 물질이 기본적으로 역류 방향으로 유동/움직인다는 것이다. 실제로, 사전-건조 호퍼의 외측 벽을 통하여 주입되는 사전-건조 가스는 교차 흐름 방향으로 보다 더 많이 원료 물질을 통하여 흐른다. 이에 따라 원료 물질의 유동 중 일부(호퍼 수평 단면 내의 최외측 고리부분에 위치하는 부분)만이 연속적으로 주입부 온도 수준의 사전-건조 가스에 의하여 충돌되고, 반면, 호퍼의 중심 부로 흐르는 원료 물질은 연속적으로 더 낮은 온도 수준의 사전-건조 가스와 접촉하고, 이는 아마도 감소도 유속을 가질 것이다. 결과적으로, 사전-건조는 균일하지 않을 것이고, 원료 물질의 일부는 사전-건조되지 않거나 조금만 사전-건조될 것이고, 반면 다른 물질은 완전 건조에 가까워지거나 또는 심지어는 과열될 것이다. 이와 같이 불균일한 사전-건조 물질이 균질화되지 않고, 다운스트림의 분쇄기로 배출되는 경우, 분쇄기의 작동 조건이 불균일하게 수시로 변동되고, 이에 따라 불균일한 분쇄 물질 특성이 초래될 수 있다. 또한, 사전-건조 호퍼의 적어도 고온 사전-건조 가스 주입 노즐 부분은 사전-건조 가스의 주입부 온도 수준과 대응해야 한다.
발명의 효과
도 1에서 참조로 예로 든 바와 같은 본 발명의 건조 호퍼는 개선된 사전-건조 가스 주입부와 분배 배턴에 기초하고, 보다 균일한 가스 및 열 분배를 목적으로 하고, 보다 균일한 사전-건조의 결과를 초래한다. 사전-건조되는 원료 물질은 호퍼 루프 내의 중심부 원료 물질 주입부 20을 통하여 호퍼 10의 내부로 공급되고, 분배 콘 48에 의하여 고온 건조 가스 파이프 40을 경계로 하는 환형 원통형 영역으로 분배된다. 고온 건조 가스는 하부 파이프 배출부 40.1로 배출되고, 벌크 물질을 관통하고, 퍼져 나가고, 벌크 물질을 통하여 상방으로 유동하고, 상부에서 벌크물질이 충진된 부피 영역으로부터 배출되어, 최종적으로 루프 18 내의 폐 사전-건조 가스 배출부 44를 통하여 호퍼로부터 배출된다. 사전-건조된 물질은 하부의 클리어링 암 컨베이어 30에 의하여 수집되고, 중심 원료 물질 배출부 26를 통하여 배출된다.
원료 물질 주입부의 유동 속도는 주로 사전-건조 호퍼 원료 물질 주입부 노즐 상에 위치하는 로터리 밸브 24의 변속 수단에 의하여 조절될 수 있고, 이는 다운스트림의 연마 및 건조 플랜트의 분쇄 석탄 배출을 위한 기설정 포인트 값에 따른다.
사전-건조 가스 발생기의 용량은 얻어지는 사전-건조율 및 원료 물질 주입부 유동 속도에 의하여 조절되는 사전-건조 가스 열 유량을 위하여 기설정된 포인트 값에 따라 조절된다. 호퍼 내의 원료물질 충진 수준은 호퍼의 하부에 있는 바닥 클리어링 암 비움 장치(clearing arm emptying device)의 변속 수단에 의하여 조절되며, 이는 폐 사전-건조 가스 배출 온도를 위하여 기 설정된 포인트 값에 따른다(폐 사전-건조 가스 배출 온도는 벌크 물질의 열 및 질량 전달 표면적에 의하여 조절되고, 따라서, 충진 수준에 따라 조절된다.).
사전-건조 가스는 주로 원료 물질을 통하여 수직 상방으로 유동할 것으로 예상되고, 따라서 호퍼를 통하여 수직 하방으로 유동하는 원료 물질에 대하여 보다 균일한 사전-건조를 제공할 것으로 예상된다. 원료 물질 일분에 대한 완전한 건조 및 과열은 회피된다. 호퍼의 내부에 설치된 고온 건조 가스 분배 파이핑은 외측의 단열을 필요로하지 않는다. 열 손실은 호퍼로부터 배출되는 폐 사전-건조 가스에 전달되고, 폐 사전-건조 가스 배출 온도 조절에 의하여 조절된다. 고온 건조 가스는 호퍼 케이싱과도 접촉하지 않고, 클리어링 암 앰프팅 컨베이어와도 접촉하지 않아, 습윤 또는 사전-건조된 원료 물질에 의한 현저히 높은 온도 수준에 대하여 보호된다.
수직 고온 건조 가스 파이프 40의 수, 이들의 내측 단면적, 파이프의 배출부에서 건조 가스의 유속을 조절하는 것들은 예를 들어, 유체역학적 계산 또는 시뮬레이션에 기초하여 조절될 수 있다.
도 1의 구체예에서, 가스 파이프 40은 두개의 개방 말단을 갖는 단순한 직선의 원형 단면을 갖는 파이프이고: 하방 말단 40.1은 배출부 포트를 형성하고, 상방 말단 40.2는 환형 가스 덕트 38에 연결되어, 고온 건조 가스의 주입부를 형성한다.
도 3은 고온 건조 가스 30를 도입하기 위한 수단의 스케치를 보여준다. 환형 가스 덕트 30'는 도 1의 그것과 유사하다. 여기서 가스 파이프 40'은 일반적으로 평평한 원추형 파이프의 형태이다. 관찰되는 바와 같이, 파이프 40'은 이의 상방 말단 40.2'에서 원형 또는 사각형의 주입부 단면으로부터 하방 말단 40.1'에서 슬롯 형태의 배출분 단면으로 변하고, 파이프 40'는 하방으로 더 넓어진다. 이와 같은 형태의 장점은 원형 단면의 하방 파이프로부터 예상되는 바와 같이, 사전-건조 가스의 유동이 더 큰 환형 디스크 형태의 가스 분배 영역으로 확산된다는 점이다.
이떠한 상황에서는, 예를 들어, 입자 크기 분포가 알려지지 않았고, 또는 건조 호퍼의 작동 수명 동안 불변의 상태로 유지되는 것이 기대될 수 없는 경우, 파이프를 통하여 배출되는 고온 건조 가스의 배출 유속을 조절하기 위한 수단을 각 수직 가스 파이프에 포함시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 수단의 하나의 가능한 디자인이 도 4에 도시되었다. 환형 가스 덕트 38''와 이의 상방 말단 40.2''에 배치된 직선 수직 파이프 40''가 있고, 이는 가스 덕트 38''에 연결되고, 이의 하부 배출부 말단 40.1''이 있음을 확인할 수 있다. 이의 하부에, 파이프 40''는 상부로 향하는(즉 업스트림) 원추형 표면 52를 갖는 내부 환형 벌지(bulge) 50을 포함한다. 원추형 측면 56을 갖는 쓰로틀 수단 54는 벌지의 표면 52과 함께 건조 가스를 위한 환형 통로 58을 정의한다. 쓰로틀 수단 54는 축상에서 벌지에 대하여 파이프 40'' 내에서 이동가능하고, 이에 의하여 환형 통로 58의 폭을 가변화할 수 있고, 이에 따라 파이프 배출 포트 40.1''에서 배출되는 고온 건조 가스의 속도 및 이에 따라 분산 반지름을 조절할 수 있다. 쓰로틀 수단 54의 축 방향/종방향의 변위는 예를 들어, 도 4에서 점선으로 표시되고, 파이프 40'' 및 환형 덕트 38''을 통하여 연장되고, 상부 호퍼 부분을 통하여 루프 18를 이용하여 연장되는 로드 60의 수단에 의하여 작동될 수 있다. 로드 60은 호퍼의 외부에 배치되는 엑츄에이터 52와 연관될 수 있다.
호퍼에 충진되고 하방으로 유동하는 원료물질은 특히 수직 고온 가스 파이프 40에 대하여 많은 로드를 제공할 수 있다. 파이프 40은 따라서 반경방향으로 배열된 보강 리브에 의하여 보강될 수 있고 및/또는 브레이싱의 수단에 의하여 안정화될 수 있고, 이는 예를 들어 적절한 형태의 텐셔닝 및 가압 로드를 사용하여 수행될 수 있다.

Claims (16)

  1. 과립물질을 위한 플래넘 챔버(13)를 정의하고, 상부 및 하부를 갖는 호퍼 케이싱(12);
    상기 상부에 배치되는 과립물질을 위한 물질 주입부(20);
    상기 하부의 물질 배출 포트(26);
    상기 호퍼 케이싱으로 고온 건조 가스를 도입하기 위한 수단(36);
    상기 상부에 배치되는 가스 배출부를 포함하는 과립물질을 건조하기 위한 건조 호퍼이되,
    고온 건조 가스를 도입하기 위한 상기 수단(36)은 상부에서 실질적으로 수직으로 연장되고, 케이싱 높이(H)의 25 % 내지 50 % 사이의 영역으로 하방으로 연장되는 복수의 가스 파이프(40)를 포함하고, 각 가스 파이프는 이의 하방 말단에 가스 배출부 포트(40.1)를 갖고, 이의 상방 말단(40.2)에서 건조 가스의 유동을 수용하기 위한 가스 주입부를 갖는 환형 가스 덕트(38)와 연결되고, 가스 파이프는 환형 가스 덕트에 분포되는 것을 특징으로 하는 과립물질을 건조하기 위한 건조 호퍼.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가스 파이프(40)는 상기 케이싱의 내부 직경 대비 0.45 내지 0.75, 보다 바람직하게는 0.50 내지 0.65 배의 직경을 갖는 가상의 원(38.1) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 건조 호퍼.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 환형 가스 덕트(38)는 상기 상부의 상기 케이싱 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 건조 호퍼.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 4개의 가스 파이프가 환형 가스 덕트에 연결되고, 바람직하게는 동일하게 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 건조 호퍼.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물질 주입부(20)는 상기 호퍼 케이싱의 루프의 중심부에 배치되는 것을 특징으로 하는 건조 호퍼.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물질 주입부(20)는 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 건조 호퍼.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 물질 분배 수단(48), 특히 분배 콘이 과립물질의 분산시키기 위하여 상기 물질 주입부 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 건조 호퍼.
  8. 제7항에 있어서, 환형 가스 덕트(38) 및 분배 수단(48)이 바람직하게는 약 동일 높이로 동심상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 건조 호퍼.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이싱(12)은 실질적으로 평평한 바닥벽(16)을 갖고, 상기 물질 배출 포트(26)는 바람직하게는 이의 중심부에 배치되는 것을 특징으로 하는 건조 호퍼.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 다이버터 요소(28)가 케이싱 바닥벽(16)으로부터 이격되고, 물질 배출부(26)를 커버하기 위하여 배치되는 것을 특징으로 하는 건조 호퍼.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 과립물질을 물질 배출부(26)로 유도하기 위하여 하부에 배치되는 수집 수단(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건조 호퍼.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 파이프(40')는 하방으로 확장되는 하방 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 건조 호퍼.
  13. 제12항에 있어서, 상기 가스 파이프(40')는 평평한 원추형 파이프로 형성되고, 이에 의하여 좁은 말단이 환형 가스 덕트에 연결되고, 가스 파이프는 이의 배출 포트에서 가스 블레이드를 전달하는 것을 특징으로 하는 건조 호퍼.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 파이프(40'')의 하방 부분에 파이프에서 배출되는 고온 건조 가스의 배출 속도를 조절하기 위한 쓰로틀 수단(54)이 구비되는 것을 특징으로 하는 건조 호퍼.
  15. 연마 및 건조 플랜트, 특히 석탄 또는 슬래그를 위한 플랜트에서의 청구항 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 건조 호퍼의 사용.
  16. 조대 물질로부터 분쇄된 건조 물질을 생산하기 위한 연마 및 건조 플랜트이되,
    기 설정된 온도로 가열된 건조 가스를 공급하기 위한 가열된 건조 가스의 소스(120);
    조대 물질을 분쇄 및 건조하여 분쇄된 건조 물질을 얻기 위한 분쇄 장치(130);
    상기 조대 물질을 건조하기 위하여 상기 분쇄 장치의 업스트림에 제공되는 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 건조 호퍼(120);
    건조 호퍼로부터 분쇄 장치로 조대 물질을 이송하기 위하여 이송 수단(115);
    가열된 건조 가스를 분쇄 장치 및 건조 호퍼로 주입하기 위하여 도관(175);
    건조 가스로부터 분쇄되고 건조된 물질을 수집 및 분리하기 위하여 분쇄 장치의 다운스트림에 위치하는 분리기(140)를 포함하는 연마 및 건조 플랜트.
KR1020207019535A 2017-12-07 2018-12-06 건조 호퍼 및 이를 포함하는 연마 및 건조 플랜트 KR20200096815A (ko)

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