KR920004853B1 - 회전 킬른(kiln)에서의 분진 재순환 방법 및 그 장치 - Google Patents

회전 킬른(kiln)에서의 분진 재순환 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

회전 킬른 (KILN)에서의 분진 재순환 방법 및 그 장치
제 1 도는 본 발명의 실시예인 회전 킬른 방출단의 개략도.
제 2 도는 제 1 의 선 2-2을 따른 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 회전 킬른 20 : 하우징
30 : 버너 32 : 랜스
본 발명은 회전 킬른에서 폐기되는 분진의 재순환시키기 위한 개선방법에 관한 것이며, 특히 회전 킬른에서 불길의 형상을 조절하도록 산소첨가 및 분진을 재순환시키는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 회전 킬른은 많은 종류의 광물을 열처리시키는데 사용되며, 광물의 종류는 하소, 점토, 바나듐 산화물, 인산염암, 알루미나, 석회 및 시멘트에 한정되지 않는다.
회전작동 및 가스 유동형상에 따라서 회전 킬른에서는 분진이 발생되며, 이 분진은 이송물내의 미립자와 큰 이송물을 분쇄시킴에 따른 미립자로 구성되는데 최근까지 회전 킬른에서 발생되는 이러한 분진을 제거하는 방법은 고안되지 않았다.
본 발명은 회전 킬른에서 요구되는 불길형상을 유지하기 위해 사용되는 2개의 대립된 효과를 가진 개선방법이며, 분진이 첨가됨에 따라서는 회전 킬른 내의 불길이 냉각되며, 짧아지게 되며, 산소의 첨가는 불길을 짧게 강렬하게 한다. 노내의 연료공급을 적절하게 함과 동시에 분진 및 산소첨가의 비를 조절함에 의해서 특정 회전 킬른에서 요구되는 불길형상으로 유지되며, 이때 분진의 이용은 증가하게 된다.
광물의 열처리 도중에 분진의 어떠한 양이 킬른에서 배출되는 가스 시스템내로 들어가게되며, 이 분진은 주로 부분적으로 처리된 물질로 구성된다. 또한 이 분진은 주로 부분적으로 처리된 물질로 구성된다. 또한 이 분진은 연소되지 않은 탄소, 응축물 및 산화된 노라이닝과 같은 완전하게 처리된 물질이 될수 있다. 통상적으로 이러한 분진은 대기 오염 한계선내에 들수 있도록 노방출물을 제한하는 환경 제어 시스템(백 하우스(bag house), 사이클론 분리기, 정전 집진기 등)내에서 수집된다. 이러한 분진은 원래의 요구되는 가공물처럼 시장성은 없으며, 이것은 폐기문제를 야기시키며,때로는 위험한 경지에까지 이르게 한다. 발생되는 분진의 양은 광범위하게 변화될 수 있으나, 대체로 생산되는 가공물은 4 내지 15%의 이론치를 가진다.
이와같은 분진이 가공시 재순환될수 있다면 폐기처리를 위한 비용을 들이지 않아도 되고 그리고, 킬른의 흐름(예를들자면, 제련 , 그라인딩등…)을 증가시키는 비용없이도 생산성이 향상될 수 있다. 이전까지는 킬른으로 재순환될수 있는 폐기분진의 양이 극소량 또는 없었다. 킬른 이송물에 혼합되는 것은 미립 분진이 역류(연도) 가스 흐름에 들어가기 때문에 작업에 사용되지 않게되며, 노의 고온 단부로 유입됨에 따라 불길 온도를 낮추고 불길의 길이를 길게하며, 이에 따라 낮은 열플럭스(flux)와 가공물의 불완전한 열처리를 발생시킨다.
어떤 분진은 습식처리 시멘트 킬른에서 효과적으로 재순환되며, 흡임으로써 공지된 기술은 매우 제한되어 지나 분진양은 재순환될수 있다. 흡입은 연료버너 파이프 및 이 연소버너 근처에 있는 분진 인젝션 파이프를 통해서 이루어지며, 인젝션파이프의 가장 평범한 위치는 버너 파이프의 바로 위로부터 약간 업셋되며, 이 버너파이프와 평행한 곳에 위치되는 것이다.
종래의 분진은 재순환을 위한 시도들은 여러가지 이유로 인해 매우 제한된 성과를 가졌는데 그 주된 이유로는 분진이 연소 반응율을 감소시킴에 따라 불길의 온도를 낮춘다는 것이다. 다른 바람직하지 못한 조작상의 효과로는 CO를 많이 방출시키고, 냉각 단부 킬른 온도를 증가시키고, 가공물에는 불완전한 클링크 형성이 증가되고, 낮은 정도의 석회 및 냉각단부 분진 발생이 증가한다는 것이다.
역사적으로 높은 분진 소모는 자원보존 및 회수법안과 같은 대지 재생법이 폐기물 처리에 영향을 끼칠때까지 높은 관심 대상이 되지 않았다. 채광 및 이송과정에 따른 비용은 가공물 연소비용처럼 가공비에 중요한 부분이 되지 못한다.
본 발명의 산소 인젝션은 요구되는 불길형상을 얻기 위해 사용되고 그리고 이 불길형상에서 분진 재순환의 효과가 상호작용되기 위해 산소를 허용하도록 분진 인젝션 시스템 및 킬른 형상에 의존된다. 예를들자면 버너 파이프를 통해서 또는 버너 위에서 분진을 회수하는 시멘트 회전 킬른은 연료점화지점을 지연되게하고 그리고 분진 / 연료 접촉점에서 불길을 냉각시킨다.
본 발명의 회전 킬른 조작에서는 공정으로 회수되는 분진이 증가됨에 따라서 생산성은 향상되고 분진처리비용을 최소화한다. 이러한 결과는 불길형상을 조절하고 그리고 첨가된 분진이 최종적인 가공물로 변하는데에 필요한 추가의 연료를 연소시킬 수 있도록 산소를 농축시킴에 의해 이루어지게되며, 본 발명은 조작기에 분진회수를 증가시키거나 또는 분진 흡입을 증가시키는 수단을 제공하며, 이러한 증가는 종래의 킬른 온도(예를들자면, 석회킬른)에서는 허용되지 않았었다. 여기에서 산소 농축은 알려진 것처럼 연소반응율을 증가시키고 그리고 불길온도를 증가시킨다.
산소농축과 같은 본 발명의 방법은 적당한 불길형상을 유지하기 위하여 반대의 효과와 상호작용되도록 사용되어지며, 이에 따라서 가공물의 품질, 시설조작 및 온도형상은 가공성이 향상되고 분진처리 비용이 감소하더라도 일정하게 유지된다. 분진흡입이 이루어지는 시멘트 처리방법에 있어서, 분진회수율의 상한선은 요구되는 킬른 온도형상을 유지하는 조건에 의해 결정되며, 처리과정에서 사용되는 분진만큼 회수됨에 따라 분진 폐처리는 극대화된다. 연료와 산소의 연소는 불길을 만들며, 이러한 불길에서 방출되는 열은 불길형상과 연관되며, 예를들자면 매우 높은 온도의 짧은 불길은 국소화된 열전달면적을 제공한다.
회전 킬른 조작상의 중요한 점은 하소(calcining) 영역을 덮은 큰 표면적에 걸쳐서 온도가 천천히 증가한다는 것이다. 회전 킬른에 있어서 불길형상은 다음과 같은 것에 따라 이루어진다. 즉,
a. 킬른 형상
b. 버너 디자인
c. 연료
d. 연소공기(주공기 또는 보조공기)온도 및 압력
e. 산소농도
f. 전방단 온도
g. 통풍 및 다른 요소
불길에 있어서 분진의 첨가 또는 분진 흡입은 불길 분위기에서 분진입자가 회석제로써 작용하므로써 불길을 길게 만들며, 이에따라 반응율의 감소가 발생되며, 연료를 완전하게 연소시키는 반응시간이 길어지게 된다. 이러한 결과에 따라서 회전 킬른의 온도형상에 있어서 변화가 발생되며, 보다 작은 연료가 연소됨에 따라 버너 단부가 냉각되는 현상이 발생된다. 산소농도의 증가는 연료의 연소율을 증가시키며, 21% 이상의 농도로 산소가 첨가되며, 불길이 짧아지고 그리고 격렬하게 된다.
습식처리과정 또는 건식처리과정으로 시멘트의 제작을 위하여 회전 킬른에 산소를 첨가시키는 1963년 1월 22일에 허여된 험프리스와 몇몇에 의한 미합중국 특허 제 3, 074, 707호에 기술되며, 이것의 개시는 산소농축이 되는 종래의 회전 킬른 구조(험프리스의 제 1 도 참조)를 설명하기 위해 참조로써 본 명세서에서 언급된다. 종래에는 산소가 험프리스의 특허에 기술된 것처럼 첨가되거나 또는 1968년 8월 13일에 허여된 폴등에 의한 미합중국 특허 제 3,397,256호에 기술된 것과 같이 분리된 산소 연료 버너의 사용에 의해서 또는 1988년 5월 3일 허여된 매손에 의한 미합중국 특허 제 4, 741, 694호에 기술된 것처럼 하사식랜싱(lancing)에 의해서 또는 공지된 다른 구성에 의해 산소가 첨가된다.
본 발명에 있어서, 산소는 험프리스등에 의해 기술되는 방법으로 킬른에 있는 파이프 또는 랜스에 의해 회전 킬른쪽으로 유입되며, 이와 동시에 킬른에서 방출되는 가스와 함께 수집되는 분진은 킬른을 가열하는데 사용되는 버너 위에 있는 파이프를 통해서 날려짐에 의해 킬른쪽으로 재순환된다. 도면에서 도시되는 것처럼 회전 킬른(10)은 방출단부를 가지며, 이것을 통해 킬른의 인입단부에서 이송되는 물질은 킬른에서 처리된 후에 방출된다. 버너(30)는 하우징을 통해 킬른쪽으로 연장되도록 장치되며, 버너 밑에 위치하는 것은 산소 인젝션 랜스(32)이고 그리고 버너위에 약간 업셋되어 위치하는 것은(예를들자면 11시 또는 1시방향에서) 분진흡입 파이프(34)이다.
산소랜스는 흡입되는 분진양에 따라서 방출단부에서 체적 및 요구되는 온도형에 의해 킬른에서 21% 이상의 산소 농도를 제공하기 위해서 수축 또는 전진될 수 있다. 산소 파이프의 위치는 험프리스등에 의한 미합중국 특허 제 3,074,707호에 기술된다.
산소가 공급되는 분진흡입조작의 한실험이 코우크 연료가 섞인 석탄일 때는 킬른의 2400TPD 습식 처리과정상에서 행하여졌으며, 전체 공기의 0.9% 농축은 다음과 같은 결과를 얻기 위해 사용된다.
분진 발생 일정
분진 회수 33% 이상
이 송 3% 이상
분진 폐기 15% 감소
산출(생산/클링커등가만큼 이송) 5% 향상
특정 연료 소모(생산 유닛에 대한 연료) 6% 감소
위의 자료는 생산 및 산출의 조합이 이송 및 분진흡입이 각각 증가함을 통해서 증가하는 것을 도시하며, 이것은 실험기간에서 분진 회수 장치 한계의 결과이다. 다음의 실험은 기본자료와 비교할때 다음의 형태처럼 향상된 결과인 이송율을 유지하는 것을 도시한다.
분진 발생 일정
분진 회수 65-75% 증가
산출 6-7% 증가
분진 폐기 10-15% 증가(발생된 분진의)
특정 연료 소모 6% 감소
폐기되는 분진의 일부분은 높은 알카리 부분이며, 재사용될 수 없게 된다. 이것은 생산율의 약 2-3%로 나타나며, 이러한 경우에 있어서, 하사식 농축은 킬른에서 모든 사용 가능한 분진을 회수시킴에 의해 산출량을 최대한으로 하게 된다. 또한 전체 공기 유동의 0.9% 체적 퍼센트 농축정도는 연소영역의 전체 휘발성 농도를 일정하게 유지시키며, 이것은 분진의 9000SCFH/ 톤과 동일하다. 이때 생산물의 질은 변화되지 않으며 뒤쪽 단부의 온도는 425-450℉에서 유지된다. 그리고 내화재 마모는 6개월의 연속된 조작기간에 걸쳐서 별로 변화되지 않는다.
산소 농축에 따른 다른 장점은 낮은 온도의 회유로 부터 안전성 및 분진회수가 증가하는 것이며, 이러한 것은 분진을 감소시키는 것이 실지로 연소영역의 휘발성 함유물을 증가시킴에 의해서 설명될 수 있다. 사실 이러한 것은 점화온도를 낮춤에 의해서 또는 연소 가능한 유용성을 증가시킴에 의해 연소과정을 향상시킨다. 시험 자료로 부터 분진 흡입은 보조공기 온도에서 최대가 되고 그리고 뒤쪽 단부 온도는 비교적 일정하며, 또한 킬른 NOX는 일정하게 유지된다. 이러한 것은 생산되는 실제 톤당의 NOX를 감소시킨다. 또다른 시험은 또다른 시멘트 플랜트에서 행하여지며, 여기에서 산소는 연소영역(불길 위치 및 형상 그리고 가공물 온도 형상)을 일정하게 유지시키기 위하여 랜스(32)를 통해 첨가되며, 이와 동시에 0에서 25%까지 연소되는 코우크의 양을 증가시키고 100에서 75%까지 석탄을 감소시키며, 산소는 연소율을 일정하게 유지하도록 첨가된다.
이 경우에 있어서, NOX자료 및 품질에 관한 자료는 불길형상, 위치 및 온도를 제어하도록 허용되는 제어된 유류를 취하여 나타남으로써, 동일한 질의 가공물 및 NOX방사가 만들어진다. 본 발명은 현존하는 킬른 변수내에서 작동되는 독립된 작동루프가 되도록 설계되며, 본 발명에 있어서 ; a. 순수 산소 랜스 시스템은 버너에 산소-연료보다는 산소를 유입하는데 사용된다. 이것은 순수산소만으로는 산소-연료 버너로 부터 발생되는 매우 높은 고온 및 방향성이 있는 불길을 만들지 못한다는 중요한 차이점이 있다.
b. 킬른 연소 영역의 길이는 일정하게 유지된다.
c. 가공 잔류시간 및 온도형상은 이미 품질 조건에 부합되도록 사용되는 것과 동일하게 유지된다.
d. 통풍은 연소영역을 짧게함에 따라 통풍은 감소되지 않으며, 킬른 벽상에 형성된 코팅부를 변화시키고 이송단부온도를 낮추고 그리고 최종적으로 건조, 예열, 하소 및 클링크 영역을 킬른의 배출단계로 단계적으로 이동시킨다.
본 발명의 분진 흡입기술은 연소영역에서 현상이 유지되는 것을 기본으로 한다. 분진 흡입 인젝션 지점은 필요에 의해 측정된 카운터에 따른 것이다. 예를들자면 분진이 연료에 첨가된다면 연소성 용량을 감소시킴으로써 불길의 길이를 길게 할 것이다. 주공기의 1% 농축은 4% 의 연소성 용량을 증가시킨것과 같은 효과를 가진다. 효과적으로 연소성 용량을 유지시키는 것은 불길형상, 길이 및 온도가 동일하다는 것을 의미한다. 따라서, 산소 첨가는 불길의 희석제를 보상할 수 있도록 산출될수 있으며, 달리 표현한다면 분진이 불길과 가공물사이의 공간에 첨가되고 그리고 이 면적이 불길로써 형성된다면 이 공간에서 연소성 용량을 일정하게 유지시키는 것은 산소가 있든지 없든지간에 일정한 경계를 유지하게 된다.
따라서 불길은 강렬하게 되지 않고 최소 조건위로 연소성 용량을 유지시킴에 의해 안정된다. 이러한 최소 조건은 버너와 킬른, 공기 및 연료유동 압력 및 온도와 같은 요인에 의존되기 때문에 다른 모든 킬른은 다른 조건을 가지게 된다. 이와같은 요소들은 연소과정 및 불길형상의 안정을 이루게 한다. 여기에서 불길의 온도 또는 연소영역의 길이가 변화되지 않기때문에 다른 중요한 장점들이 얻어질 수 있게된다. 따라서 입자들을 흡입하고 그리고 미세한 원재 또는 킬른 분진을 석회 킬른으로 흡입하는 것이 가능하게 된다. 이러한 것은 이송베드에서 산화칼륨을 과도하게 태워 비반응적으로 만들기 때문에 강렬한 산소 - 연료 불길과 함께 행하여 질 수 없다.
본 발명은 킬른으로부터 방출되는 이산화질소를 제어하는 효과적인 방법을 제공하며, 이러한 것은 열흡수 입자를 불길로 분사시킴에 의해 이루어지고, 이에따라 불길 중심온도는 낮아진다. 본 발명의 목적을 위해서 이송물질의 2% 및 20% 사이의 중량은 분진을 재순환되게 하고 그리고 산소량의 농축은 공기 / 연료 혼합물의 21% 및 25% 사이의 체적이 연소되기 전에 산소집중을 유발시킨다. 본 발명이 양호한 실시예에 대해 설명되었다하더라도 첨부된 특허청구의 범위를 벗어나지 않는다면 수정 및 변경이 가능하다.

Claims (7)

  1. 분진이 이송 광물로부터 발생되며, 킬른에 있는 연소물로부터 회수되고 그리고 킬른으로 회수되어지는 이 킬른에서 연료와 공기가 연소되어 불길이 만들어짐에 의해 이송광물의 열처리를 하기 위한 회전 킬른의 분진 재순환 방법에 있어서, 재순환되는 분진과 동시에 킬른으로 유입되는 연료와 산소를 연소시키기 위해서 이 킬른으로 농축된 공기가 공급되며, 산소 농축량이 상기 킬른에서 21% 이상의 산소 농도가 되도록 충분하게 됨으로써 상기 불길은 짧고 강렬하게 되고 그리고 이 킬른으로 분진량이 재순환됨에 따라서 상기 불길은 길어지고 냉각되며, 이에 따라서 킬른의 온도 형상은 킬른이 산소 농축없이 조작되고 그리고 분진 재순환없이 조작될때처럼 일정 수준으로 유지되는 것을 특징으로 하는 회전 킬른의 분진 재순환 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 처리되는 물질은 가공물로써 시멘트를 만드는 것을 특징으로 하는 회전 킬른의 분진 재순환 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 처리되는 물질은 알루미나, 진흙, 석회, 시멘트 및 다른 산화물을 구비하는 군으로부터 선택되는 광물인 것을 특징으로 하는 회전 킬른의 분진 재순환 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 재순환되는 분진의 양은 이송물질의 2% 와 20% 사이의 중량인 것을 특징으로 하는 회전 킬른의 분진 재순환 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 산소 농축량은 21% 와 25% 사이의 체적이 연소되기 전에 산소를 집중시키는 것을 특징으로 하는 회전 킬른의 분진 재순환 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 산소 농축은 산소 랜스 수단에 의해 영향을 받는 것을 특징으로 하는 회전 킬른의 분진 재순환 방법.
  7. 회전 킬른의 가공물 생산을 증가시키기 위한 회전 킬른의 분진 재순환 장치에 있어서, 이 장치는 (1) 버너 불길 밑에 있는 산소 흐름을 킬른의 방출단부로 안내하기 위한 수단과, 그리고 (2) 분전의 흐름이 방출단부와 버너 불길 위로 모여짐에 따라 상기 킬른내에서 처리되는 분진을 회수시키고 그리고 흡입시키기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 킬른의 분진 재순환 장치.
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