KR840001159B1 - 유동가스에 의한 광물질 열처리장치 - Google Patents

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내용 없음.

Description

유동가스에 의한 광물질 열처리장치

제1도는 킬른(kline)에 광물질을 공급하기 전에 광물질을 예열하기 위한 본 발명에 따라 구성된 광물질 예열기를 보인 킬른에서 광물질 처리를 위한 장치의 개략적 정면도,

제2도는 예열기의 내부구조를 확실히 나타내기 위하여 가상선으로 그 외부 하우징을 보인 본 발명의 예열장치의 개략사시도,

제3도는 예열장치의 측단면도,

제4도는 예열기 내부의 광물질 억제벽의 구조를 보인 상세사시도.

제5도는 예열장치의 일부를 확대표시한 단면도.

본 발명은 유동가스로 고체광물질을 처리하기 위한 개선된 장치에 관한 것으로, 특히 회전 킬른에 광물질을 공급하기 전에 킬른으로부터 배기되는 폐기가스로 광물질을 예열하도록 회전 킬른과 관련하여 사용하기 위한 개량된 장치에 관한 것이다.

광물을 고온에서 회전 킬른을 통과시켜 열처리하는 제조 공정에서, 대개 예열장치는 킬른으로부터 배기되는 폐열가스와의 접촉에 의하여 유입물질을 예열할 수 있도록 회전 킬른의 공급단 또는 유입단에 설치된다.

비교적 미세한 입자물질인 경우, 예열장치는 주로 고온 가스와 접촉하는 입상물질이 층상유동하도록 일련의 사이 클론하우징의 형태로 구성된다.

이러한 일반적인 형태의 예열기는 예컨대 미국 특허 제3,738,794호, 제4,004,876호, 제4,022,568호 및 제4,105,396호에 기술되어 있다.

열처리될 광물이 비교적 조광물질의 형태인 경우, 상이한 형태의 예열장치가 사용되어야 한다. 조광물질을 취급토록 설계된 상업적으로 입수 가능한 한 예열기는 뱃치리식(batchwise)으로 조작되며 광물질의 고정층을 고온가스의 기류내에 위치시키기 위한 장치가 사용되고, 커다란 플런저장치가 주기적으로 예열된 광물질층을 비우고 다시 새로운 광물질층을 채울 수 있도록 설치된다. 고체 광물질을 처리하기 위하여 설계된 다른 형태의 예열장치가 미국특허 제3,159,386호, 제3,671,027호, 제3,883,294호 및 제4,038,025호에 기술되어 있다.

본원 출원인이 알고 있는 이러한 종류의 상업적으로 입수 가능한 광물질 예열기들은 비교적 대형이고 경비가 막대하게 드는 것이다. 전형적으로 예열기는 고온이 가하여지고 온도변화를 받으므로서 상당량의 유지비가 소요되는 다수의 가동 부품을 갖고 있다. 아울러 본원출원인이 알고있는 광물질 예열기는 비교적 비효율적이며 상당량의 유용한 열에너지가 폐기가스내에 남아 대기로 방출된다. 이러한 비효율성 및 예열기로부터 배출되는 폐기가스의 비교적 높은 온도 때문에, 종래 광물질 예열기에 있어서는 가스가 예열기를 통하여 통과후 백하우스(baghouse)에서 가스를 여과하기 전에 가스를 냉각시킬 필요가 있다. 이는 전형적으로 보조냉각 장치를 사용하거나 고온가스와 혼합되도록 주위의 외부공기를 취입하여 가스의 온도를 낮추는 방법을 이용하여 수행된다. 전자의 방법에 있어서는 부가적인 에너지의 손실을 가져온 반면에 후자의 방법에 있어서는 여과장치에 부하가 증가되므로 필터의 크기가 증가되고 경비가 과대하게 소요되는 결점이 있다.

본 발명의 목적은 상기 언급된 결점과 지금까지 유용한 예열장치의 한개를 극복하고 회전 킬른과 관련하여 광물질을 예열하기 위한 개량된 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 광물질로부터 분진을 제거하는데 보조할 수 있도록 함으로서 여과장치의 부하를 낮출 수 있게 구성된 광물질 예열기를 제공하는데 있다.

본 발명에 있어서, 광물질을 비교적 얇은 층으로 유지되게 하고 또 광물질층의 양측으로부터 광물질층의 전후를 통하여 반복적으로 지나가는 예정된 파상형 진로를 따라 유동가스가 상향되게 하여 광물질과 가스가 효과적으로 접촉되게 하면서 광물질을 예정된 진로를 따라 하향되게 함으로서 광물질이 연속적이고 효과적으로 처리된다.

이러한 광물질의 얇은 층은 반대 방향으로 하향경사진 일련의 진로를 따라서 측방향으로 전후 안내되고, 유동가스는 각 반대 방향으로 하향경사진 진로에서 광물질의 얇은 층을 통하여 상측으로 통과한다. 이와같이 유동가스는 양측으로부터 얇은 광물질층을 통하여 전후로 반복적으로 통과하고 그 저부로부터 경사진 광물질층으로 유입되어 상부로 배출된다. 이는 광물질과 유동가스 사이의 매우 효과적인 열전달이 이루어지도록 유동가스와 광물이 밀접하게 접촉되게 한다. 그 외에, 광물질의 경사진로와 이에 대한 가스유동의 관계는 광물질층에 남아있는 분진입자를 분리하여 유동가스로 멀리 운반하는데 도움이 된다.

이와같이 광물질을 처리함에 있어서, 본 발명의 장치는 광물질이 그 상단부로 공급되어 비교적 얇은 하향 이동층의 형태로 예정된 하향진로를 따라 하향이동되는 비교적 협소한 단면적의 세장한 수직연장 통로를 형성하도록 상호 근접한 간격을 두고 대향관계로 위치된 한쌍의 가스투과성 억제벽을 사용한다. 이 한쌍의 벽은 비선형의 지그재그 형태로서, 각 벽은 광물질층이 세장한 통로를 따라 하향이동하는 파상형의 진로를 따라 이동할 수 있도록 배열된 일련의 상호연결된 경사벽부로 구성된다. 대향된 가스투과성 억제벽은 측방향으로 평행하게 연장된 판재(slat)로 구성되고, 대향된 판재는 수렴되게 배열되고 이들 사이의 용이한 가스 유동을 위하여 서로 일정한 간격을 두고 하측 방향으로 경사져 있다.

이들 판재는 광물질의 이동 방향으로 하향 경사져 있으며 세장한 통로내에 광물질을 갇혀 있게 하면서 그 하향진로를 따라 광물질을 안내하는데 도움이 될 수 있도록 상호 중첩된 상태로 배열되어 있다.

본 발명의 장치는 광물질을 회전 킬른에 공급하기 전에 킬른으로부터의 폐열가스와 접촉시키므로서 광물질을 예열하기 위하여 회전 킬른과 관련하여 효과적으로 사용될 수 있다. 이와같이 사용할 때에 예열장치의 고도로 효과적인 열전달특성은 킬른으로부터 나오는 폐기가스 온도를 상당히 저하시켜 광물질의 예열을 상당히 성취할 수 있다.

이는 킬른의 총연료 사용량을 줄이고 생산성을 증가시킬 수 있다. 또한 예열장치로부터 나오는 비교적 차거운 가스는 종래 광물질 예열장치에서는 필요하였던 부가적인 냉각처리의 필요성없이 직접 여과되어 배출될 수 있다.

본 발명은 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면에서, 제1도는 회전 킬른을 통하여 광물질을 가공 및 열처리하기 위한 장치를 보인 것이다. 이러한 장치는 예를들어 석회석의 소성이나 다른 종류의 광물 또는 광석 등을 배소하는데 유용하다. 이러한 장치를 통하여 처리되는 광물 또는 기타 물질들을 본 명세서에서 “광물질”이라고 칭하고 있으나 이 용어는 어떤 특정의 화학적 조성을 갖는 광물이나 암석에 제한되는 것이 아님은 물론이다. 이 장치는 예를 들어 모래에 비교될 수 있는 미세한 입자 또는 분말물질과는 구별되는 직경이 약 5.08-7.62㎝의 덩어리 형태의 조광물질을 처리하기 위하여 특별히 설계된 것이다. 또한 이 장치는 그 크기가 약 1.91-3.81㎝ 범위내로 최소한 부분적으로 미리 분류된 광물질을 처리하는데 특히 적합하다.

제1도의 장치는 광물질을 공급원(도시하지 않았음)으로부터 광물질예열기(11)의 상측단으로 운반하기 위한 콘베이어(10)를 포함한다. 광물질은 회전킬른(12)으로부터 나오는 폐열가스와 접촉하면서 예열기(11)를 통하여 하측으로 서서히 이동된다(이후 상세히 설명됨). 따라서 광물질은 킬른(12)에 공급되기 전에 킬른의 폐열가스에 의하여 예열된다. 그리고 예열된 광물질은 소망 온도로 가열되면서 회전킬른(12)를 통하여 종방향으로 전진되어 킬른의 반대측단부로부터 배출되고 광물질 냉각기(13)에서 퇴적된다. 냉각기(13)는 공지의 구조로서 가열된 광물질이 쌓이는 격자대(14)를 포함하고 있으며, 다수의 송풍기(15)가 격자대(14)를 통하여 송풍하여 가열된 광물질과 접촉토록 함으로서 이를 냉각토록 설치되어 있다. 이와같이 냉각된 광물질은 격자대(14)로부터 제거되어 콘베이어(16)에 쌓이고 이는 다시 광물질을 저장소 또는 연속사용 장소로 운반한다.

냉각기(13)에서 광물질을 통하여 통과하는 공기는 광물질에 의하여 가열되어 냉각기(13)로부터 세장한 회전킬른(12)의 일측단으로 보내어진다. 특히 킬른은 적당한 지주(18)상에서 그 종축에 대하여 회전 가능하게 설치된 세장한 중공형 관상동체(17)를 포함하며, 구동모우터(19)가 관상동체를 화살표 방향으로 회전시킬 수 있도록 관상동체에 연결되어 있다. 관상동체(17)는 이 관상동체의 회전으로 광물질을 킬른의 종방향으로 점진적으로 전진시킬 수 있도록 공지한 바와 같이 약간 경사져 있다. 또한 킬른(12)은 분탄 또는 기타 적당한 연료에 의해 점화되고 관상동체(17)의 배출단부측에서 적당한 하우징(22)에 설치된 버어너(21)를 포함한다. 버어너(21)의 화염은 킬른내에 들어있는 광물질을 소망 온도까지 가열토록 킬른의 관상동체(17)의 내부를 향한다. 가열된 공기와 버어너(21)로부터의 연소가스는 광물질의 이동방향에 대하여 반대 방향으로 킬른의 관상동체(17)를 통하여 종방향으로 이동하고 관상동체의 대향단부로부터 예열기(11)로 유동한다. 여기에서 가열된 가스는 유입되는 광물질과 접촉하여 광물질이 킬른(12)에 공급되기 전에 이를 가열하는 동시에 배출가스의 온도는 하강한다. 가스는 예열기(11)의 상측단부로부터 배출되어 도관(23)을 경유하여 집진상자(24)로 보내어지고 여기에서 무거운 분진입자나 기타 미세물질이 유동가스류로부터 분리된다. 그리고 가스는 도관(25)을 통하여 적당한 여과장치(26)로 보내어진다. 설명된 본 발명의 실시 형태에서, 여과장치(26)는 유동가스류로부터 분진이나 기타 미세한 물질을 제거하기 위하여 사용되는 공지형태의 백하우스(baghouse)이고, 이 백하우스에는 다수의 세장한 관상의 포대형 필터가 내장되어 있다. 여과장치(26)로부터 가스는 도관(27)을 따라 이동하고 백하우스와 예열기 및 킬른을 통하여 가스류를 유동하는 송풍기(28)를 지나 굴뚝(29)을 통하여 대기로 배출된다.

전형적으로 킬른(12)을 떠나는 가스의 온도는 약 593.3-676.7℃이다. 예열기(11)를 통과한 후 가스온도는 약 65.6-93.3℃로 하강된다. 이와같이 현저한 온도강하는 본 발명 예열장치의 높은 효율성에 기여할 수 있는 것으로, 이는 이와같은 일반적인 형태의 광물질 열처리 장치에서 지금까지 필요로 하였던바와 같은 가스온도를 낮추기 위하여 보조냉각장치 또는 외기의 취입의 필요성없이 배기가스를 직접 여과장치(26)로 보낼 수 있도록 하는 것이다. 효과적으로 배출가스의 폐기열을 포착하여 유입 광물질에 전달함으로서 상당량의 폐기에너지를 절약할 수 있으며 버어너의 연료소요량을 줄일 수 있다. 또한 이러한 장치는 킬른의 생산성을 높이고 이로써 광물질을 신속하게 처리할 수 있다.

제2도 및 제3도에서 보인 광물질예열기(11)는 환상단면의 세장한 직립중공형 하우징(31)으로 구성되어 있다. 하우징(31)의 하단부에는 킬른(12)으로부터 배출되는 뜨거운 폐열가스를 받아들이기 위하여 킬른(12)의 관상동체(17)의 일측단에 연통되게 연결된 유입구(32)를 가진다. 이 하우징에는 하우징(31)을 절연시켜 방사열손실을 막도록 적당한 절연물질(33)이 내장되어 있다.

유동가스가 하우징(31)을 떠나 도관(23)을 따라 집진상자(24)측으로 보내어지도록 하우징(31)의 상측단부에 유출구(31)가 형성되어 있다.

하우징(31)내에는 광물질의 세장한 수직연장 통로(35)를 형성하도록 상호 근접한 간격을 두고 대향되어 있는 한쌍의 광물질 억제벽(36)이 종방향으로 연장되어 있다.

이 세장한 광물질 통로(35)는 그 상측단에서 광물질을 받아들이고 비교적 얇은층, 예를들어 10.2-12.7㎝ 두께의 광물질층을 유지하도록 비교적 단면적이 협소하며, 이를 통하여 광물질이 하향 이동한다. 도시된 바와 같이 억제벽(36)은 얇은 광물질층이 세장하고 협소한 광물질통로를 따라 하향이동하는 중에 파상형의 진로를 따라 이동할 수 있도록 한 비선형의 지그재그 형태이다.

비선형의 지그재그형 억제벽(36)은 각각 일련의 경사벽부(37)로 구성되고, 각 경사벽부는 수직축으로부터 약간 경사져 있다. 각 경사벽부(37)의 경사각도는 수직축으로부터 약 10°-약 25°의 범위가 좋으나, 가장 좋기로는 약 17°-18°이다. 각 억제벽을 형성하는 경사벽부는 두 벽부가 수직축의 일측으로 경사지게 배열되어 있으며, 이 두 벽부 사이에 놓이는 벽부는 수직축의 타측으로 경사져 있다. 따라서 광물질층은 세장한 통로(35)를 통하여 점진적으로 하향할 때에 일련의 하향 경사진로를 따라 전후양측 방향으로 항하면서 이동한다.

세장한 광물질통로(35)를 형성하는 억제벽은 하우징(31)내의 가열된 가스가 자유롭게 광물질층을 통하여 유동할 수 있는 가스투과성 구조로 되어있다. 도시된 바와 같이 하우징(31)의 중공형 내부내의 지그재그형 가스투과성 억제벽(36)은 하우징내부를 따라 유동하는 가열된 가스가 억제벽(36)을 통하여 반복적으로 유동하고 이 억제벽 사이에 갇힌 얇은 광물질층과 접촉할 수 있도록 되어있다. 특히 유동가스가억제벽을 통하여 반복적으로 측방향으로 전후통과하는 중에 파상형의 진로를 따라 유동하여 하향 이동하는 얇은 광물질층에 가열된 가스가 신속히 이동할 수 있도록 일련의 조절판(38)이 억제벽(36)으로부터 이 벽의 종방향 연장부를 따라 일정한 간격을 두고 하우징에 연장되어 있다.

제3도에서 보인 바와 같이, 벽(41)이 공급되는 광물질을 받아들이기 위하여 하우징의 상측단에 호퍼(hopper)를 형성토록 억제벽(36)의 최상측단과 하우징(31) 사이에 연장되어 있으며, 이 벽(41)은 광물질을 그 통로(35)로 향할 수 있도록 세장한 통로(35)의 개방된 상측단부를 향해 경사져 있다. 세장한 원통형 로울러(42)가 통로(35)의 하단에 장애가 되도록 억제벽(36)의 하단부 아래에 위치되어 통로에는 광물질이 채워져 있게 된다. 로울러(42)는 조절된 속도로 통로의 하단으로부터 광물질을 배출하도록 구동모우터(43)(제2도)에 의하여 구동된다. 구동모우터(43)의 회전속도는 회전킬른의 회전속도와 관련을 갖게 하므로서 킬른의 속도가 증가될 때에 로울러(42)의 속도가 같이 증가되어 킬른으로의 광물질 공급이 신속히 이루어지도록 하는 것이 좋다. 통로(35)의 하단으로부터 광물질의 배출시, 예열된 광물질이 중력에 의하여 유입파이프(44)를 통하여 회전 킬른(12)의 내부로 떨어진다.

제4도 및 제5도에서 보인 바와 같이, 광물질통로(35)를 형성하는 가스투과성 억제벽(36)은 비늘살 구조로서 통로(35)의 전폭에 연장된 일련의 평행한 축방향 연장의 판재(46)로 구성되어 있으며 또 대향된 단일단부벽(47)에 연결되어 있다. 각련의 판재(46)는 판재 사이로 신속히 가스가 유동될 수 있도록 상호일정한 간격을 두고 있으며, 보강용 스페이서(48)가 판재의 폭을 따라 일정한 간격을 두고 인접판재 사이에 설치되어 억제벽의 구조적인 견고도를 향상시켜 준다. 도시된 바와 같이 판재(46)는 광물질의 이동방향으로 하향경사져 있으며 대면한 판재와는 수렴하는 방향으로 배열되어 있다. 각련의 판재는 광물질의 하향 진로를 따라서 광물질을 안내하는데 도움이 되도록 상호 중첩되어 세장한 통로내에서 광물질의 유동을 억제하고 또 가스가 얇은 광물질층을 통하여 용애하게 유동할 수 있게 되어 있다.

이미 언급한 바와 같이, 억제벽(36)을 형성하는 각 벽부(37)는 수직축에 대하여 경사지게 배향되어 있으므로 광물질은 파상형 또는 지그재그형의 진로를 따라 하향 이동한다. 각 벽부를 통한 가스의 상향유동은 가스가 대향쌍의 벽부의 저부에서 얇은 광물질층으로 항상 유입되고 벽부의 상부로부터 광물질층을 지나 나올 수 있게 되어 있다.

따라서, 제5도에서 기류화살표(a)로 보인 바와같이, 벽부(37)의 비늘살형 구조는 가열된 가스가 광물질의 이동방향과 동일한 방향으로 경사진 얇은 광물질층에 하향각도로 향하게 한다. 이와같이 가스의 유동은 만약 가스가 상이한 방향에서 광물질층을 통하여 지나가는 경우 일어날 수 있는 광물질이동에 대하여 간섭하거나 장애를 주지 않고 광물질층의 하향 이동에 보조한다. 또한 광물질층을 통한 기류의 유동방향을 경사지게 함으로서, 벽부(37)의 비늘살형 구조는 광물질층을 통하여 가스가 지나는 거리를 증가시켜 주므로 가스와 광물질 사이의 접촉과 열전달효과를 높여준다.

또한 벽부(37)의 경사배향은 광물질로부터 분진과 기타 미세한 물질을 효과적으로 제거하여 판재(46) 사이에 분진의 축적으로 인한 각 판재사이의 공기통로 차단을 방지하는데 매우 효과적이다. 이는 제5도를 보아 잘 이해할 수 있을 것이다. 도시한 바와 같이 하측벽부(37), 즉 공기가 광물질층에 유입되는 공기유입측벽에 근접 위치하는 광물질은 상기 벽이 중첩된 광물질의 무게를 지지하기 때문에 비교적 조밀한 상태이다. 그러나, 공기유출측벽, 즉 제5도에서 우측벽부에 근접위치하는 광물질은 벽이 중첩된 광물질의 무게를 지지하지 않기 때문에 비교적 덜 조밀하다. 이는 광물질이 하향이동시 광물질이 흩어져 이동하게 하여 광물질에 의하여 운반되는 분진이 가스의 유출기류에 의하여 용이하게 쓸려나간다. 더우기 공기 유출측벽의 판재(46)는 비교적 깊게 상향 경사져 있고 제5도에서 유동화살표(b)로 보인 바와 같이 가스는 상측 방향으로 판재사이로 이동되어 나간다. 판재의 비교적 깊은 경사배향은 공기통로의 분진축적을 방지하는데 도움이 되는데 이는 판재의 노출면이 분진이 축적되기에는 너무 급경사져 있고 유동공기가 판재면에 축적되는 분진을 용이하게 쓸어나갈 수 있게 되어 있기 때문이다.

분진 또는 기타 미세물질이 광물질로부터 제거될 때에 무거운 입자는 유동기류에 쓸려나가지 않고 낙하되는 경향이 있으며, 분진 또는 미세물질은 조절판(38)의 상측면에 낙하되어 쌓인다. 도시한 바와 같이, 조절판은 억제벽(36)으로부터 하우징(31)을 향하여 하향경사져 있어 분진 또는 미세물질을 하우징(31)을 향하여 외측으로 이동하게 한다. 제2도에 도시한 바와 같이, 하우징은 환상의 단면형태이고 경사진 조절판(38)은 반타원형으로서 수집된 분진이나 미세물질을 조절판의 최하측부에서 공통장소로 향하게 한다. 개방부(51)가 하우징(31)의 벽에 형성되어 있어 이곳을 통하여 수집된 분진이 하우징으로부터 제거될수 있으며, 도관(52)이 분진을 적당한 수집처로 운반토록 개방부에 연통되게 연결되어 있다.

유사한 개방부(51)와 도관(52)이 예열기의 각 조절판(38)에 결합되어 있다.

억제벽(36)의 지그재그형 구조와 조절판(38)의 배열로 인하여, 킬른으로부터 가열된 가스는 교호방향, 즉 먼저 광물질층의 일측으로부터 그 다음 그의 타측으로부터 광물질층을 통하여 반복적으로 유동된다. 따라서 광물질의 다른 측면이 유동가스에 노출되어 유동가스로부터 광물질에 최대의 열전도가 이루어진다.

얇은 광물질층을 통하여 전후로 반복적으로 통과하여 하우징(31)의 상부에 도달한 후, 가스의 온도는 현저히 하강되고 가스의 열이 광물질에 전달된다. 이와같이 냉각된 가스는 유출구(34)를 통하여 하우징을 떠나 도관(23)을 따라 집진상자(24)로 향하며, 여기에서 가스는 조절판(24a)의 아래를 돌아나간다. 집진상자(24)의 내부는 유동면적이 넓으므로, 가스는 여기에서 속도가 낮아져 유동가스에 동반된 다른 분진 및 미세물질이 가스류가 여과장치(26)에 이르기 전에 가스류에서 분리된다.

Claims (1)

1. 고체광물질이 하향경사진로를 따라 이동되는 회전킬른(12)을 가진 형태로서 가열된 가스가 광물질을 고온으로 가열하기 위하여 광물질의 이동 방향에 반대 방향으로 킬른(12)을 통하여 유동되고 또 광물질이 킬른(12)에 도달하기 전에 킬른(12)으로부터 유동하는 가열된 가스에 의하여 예열되는 유동가스에 의한 광물질 열처리 장치에 있어서, 광물질 예열기(11)에는 비선형의 지그재그형 구조를 갖는 한쌍의 가스투과성 억제벽(36)을 상호 일정한 간격을 두고 대향관계로 수직으로 연장시켜 광물질이 비교적 얇은층의 형태로 하향이동하도록 협소하고 세장된 수직연장통로(35)를 형성시키고, 대향하는 가스투과성 억제벽(36)의 각각은 경사진 벽부(37)를 형성하도록 일정한 간격을 두고 측방향으로 연장연결된 일련의 판재(46)로 구성시키되, 두 벽부를 수직축에 대하여 일측방향으로 경사지게 하고 이 벽부(37) 사이에 개재되는 벽부(37)는 수직축에 대하여 반대방향으로 경사지게 배열시키는 한편, 대향하는 일련의 판재(46)는 광물질의 이동방향으로 하향 경사지고 수렴되게 배열시키되 상호 중첩 상태로 위치시킨 것을 특징으로 하는 유동가스에 의한 광물질 열처리 장치.

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