KR960001002B1 - 시멘트 원료의 열처리장치 - Google Patents

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내용 없음.

Description

시멘트 원료의 열처리장치

제1도는 본 발명에 따른 시멘트 원료의 예열 및 열처리장치의 개략도이고,

제2도는 제1도의 열처리장치를 확대하여 나타낸 개략도이며,

제3도는 제2도의 하단부의 측면도 및 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이고,

제4도는 제7도의 다른 실시예를 나타낸 측면도 및 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이며,

제5도는 제7도의 또 다른 실시예를 나타낸 측면도 및 Ⅴ-Ⅴ선 단면도이며,

제6도는 제1도의 다른 실시예를 나타낸 개략도이고,

제7도는 제2도의 다른 실시예를 나타낸 개략도이며,

제8도는 본 발명에 따른 시멘트 원료의 열처리장치를 열처리장치가 없는 장치에 설치한 일례를 나타낸 개략도이고,

제9도 내지 제12도는 종래의 시멘트 원료의 예열 및 열처리장치의 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,31 : 회전소성로 2,32 : 클링커 냉각기

3,33 : 예비 가소로 3a : 상단부

3b : 중간부 3c : 하단부

4,34 : 회전로 배가스덕트 4a,4b,4c : 분기덕트

5,35 : 연소용 공기덕트 6,36 : 예비가소로 배기덕트

7,37 : 버너 8,38 : 원료투입구

9,10,39,40 : 원료공급관 11,41 : 회전로 원료투입구

12,42 : 배풍기 43a : 유동층

43b : 유동화 배풍기 14 : 유량조절기

15 : 분리기 16 : 탈질소 산화물버너

17,47 : 연소용 공기분출구 18 : 돌출부위

19,49 : 원료공급구 20,21 : 방어벽

33a : 선회가소로 33b : 혼합실

C₁,C₂,C₃,C₄,C₅,C₁´,C₂´,C₃´,C₄´,C₅´ : 사이클론

본 발명은 입상 또는 분말상의 석회석 원료를 이용하여 시멘트 클링커를 제조하는 소성공정중 원료를 예열 및 가소시키는 시멘트 원료의 열처리장치에 관한 것이다.

종래에 널리 이용되고 있는 시멘트 원료의 열처리장치인 예비가소로(precalciner)의 경우는, 회전로(rotary kiln) 배가스와 클링커(clinker) 냉각기에서 나온 연소용 공기의 이용방법에 따라 크게 세가지로 분류할 수 있다.

즉, 회전로 배가스덕트(exit gas duct) 위에다 예비가소로를 설치하고, 그 측면에다 클링커 냉각기에서 나온 연소용 공기를 유입하는 방식(일본특공개 소49-48,720호, 영국특허 제2,090,953호, 한국특공 제87-1568호, 일본특공 소59-32,176호)이 있고, 또 두 흐름을 독립적으로 분리하여 두개의 흐름으로 분리하는 방식(미국특허 제4,045,162호, 일본 특개소 51-37,663호, 미국특허 제3,895,955호)이 있으며, 상기 두 방식의 절층형으로 선회가소로와 혼합실이 따로 구성되어 연결되어 있는 방식(미국특허 제3,975,148호)이 있다.

하지만, 이들 3가지 방식은 각각 그 나름대로의 특징을 가지고 있어 어떤 방식이 더 효율적이고, 보다 효과적인가 하는 객관적인 평가보다는 주위 여건 및 환경과 그 실정에 맞는 방식의 예비가소로를 각 시멘트 회사는 채택하고 있다.

그러면, 이들 각각의 예비가소로의 특징을 살펴보면 다음과 같으며, 동일한 부품에 대해선 동일한 부호를 사용한다.

첫째, 제9도에서와 같이, 회전소성로(31)의 상부에다 예비가소로(33)를 설치한 경우이다.

이것은 구조가 단순하고, 예비가소로(33)가 회전로 배가스덕트(34) 위에 설치되어 있어, 원료와 연료가 기체흐름에서 분리되어 떨어지더라도 예비가소로(33) 하부에 퇴적되지 않고, 회전소성로(31)로 들어가기 때문에 이로 인한 조업상의 문제가 발생되지는 않는다.

그러나, 대부분 이러한 방식의 예비가소로(33)는 버너(37)에 의해 공급되어진 연료를 약 3%의 산소함량을 갖는 회전로 배가스에서 연소시키거나, 클링커 냉각기(32)에서 연소용 공기덕트(35)를 통해서 공급되는 고온의 연소용 공기(산소함량 : 21%)와 회전로 배가스(산소함량 : 3%)의 혼합가스로 연소시키기 때문에 산소함량이 낮아져 연소능력이 저하되고, 미연탄소가 발생되어 배풍기(42)에서 배기되는 배가스 온도가 상승되어 공정의 열소모량을 증가시킨다.

그리고, 예비가소로(33)가 회전소성로(31) 위에 직접 연결되어 있기 때문에 예비가소로(33)의 크기에 의해 전체 부유예열기(suspension preheater : 사이클론 C₁,C₂,C₃,C₄,C₅)의 높이가 상승되고, 이로 인하여 배풍기(42)와 연료를 공급하는 장치의 동력비가 증가되며, 예비가소로(33)를 회전소성로(31)위에 설치해야만 하므로 장치배열에 있어서도 제약이 많다.

또, 기존의 예비가소로(33)가 없는 소성장치를 예비가소로(33)가 있는 새로운 소성장치로 전환시 개조 시공일이 길어지고, 예비가소로(33)에 문제가 발생하였을 경우, 공정을 중지해야 하는 문제점을 안고 있다.

특히, 선회류를 형성시키지 않고, 연속적인 분류층만으로 가스흐름이 이루어진 방식의 예비가소로(일본특공소 59-32176호)는 예비가소로(33)의 내부용적이 매우커서 내부용적당 처리량이 매우 낮은 결점이 있다.

둘째, 제10도는 회전소성로(31)의 가스흐름과 클링커 냉각기(32)의 가스흐름을 서로 분리하여 이용하는 소성공정의 경우를 나타낸 것이다.

클링커 냉각기(32)에서 나오는 산소함량이 21% 정도로 높은 고온 연소용 공기로 연료를 연소시키기 때문에 연소능력이 뛰어나고, 연소에 상온의 공기를 이용하지 않기 때문에 공정의 열소모량을 감소시키며, 예비가소로(33)가 회전소성로(31)와 분리되어 설치되기 때문에 예비가소로(33)의 설치로 인한 전체 부유예열기의 높이가 증가하지 않고, 예비가소로(33)의 배치에서도 제약이 적다.

그리고, 기존의 예비가소로(33)가 없는 공정을 예비가소로(33)가 있는 공정으로 전환할 때에도 기존의 예비가소로(33)가 없는 공정을 단시간에 개조할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 회전소성로(31)의 배가스와 클링커 냉각기(32)에서 나오는 연소용 공기의 흐름을 조절하기 어렵고, 두 흐름에서 예열, 가소된 원료의 온도와 가소율의 차이에 의해서 불균일이 발생되어 공정이 어려움이 있으며, 클링커 냉각기(32)에서 나오는 연소용 공기만이 예비가소로(33)로 유입되어 연료를 연소시키게 되고, 고체의 원료와 연료를 부유시켜야 함으로 일정 유속 이상을 유지하지 못하거나, 일정크기 이상의 원료나 연료가 유입되었을 때 원료와 연료가 예비가소로(33)의 하부에 퇴적되어 조업이 중단될 수 있다.

따라서, 예비가소로(33)의 하부에 설치된 연소용 공기분출구(47)에서 일정 유속 이상을 유지해야 한다. 그러나, 예비가소로(33)내에서 연소되는 연료의 양은 일정하고, 필요한 공기량은 정해져 있기 때문에 일정한 유량으로 유속을 증가시키려면, 예비가소로(33) 하부의 연소용 공기분출구(47)의 단면적을 작게 해야 한다.

하지만, 이로 인해 압손이 증가하게 되고, 이는 배풍기(42)의 동력비를 증가시켜 결국 공정의 운전비를 증가시키게 된다.

이러한 단점을 보완하기 위해서, 제11도에서 나타내고 있는 예비가소로(33)의 하부에 유동층(43a)과 유동화 배풍기(43b)가 설치된 유동층 예비가소로가 있다(일본특개소 51-37,663호, 일본특공평 3-45,020호).

현재, 널리 이용되고 있는 유동층 예비가소로의 경우, 예비가소로(33) 내에서 가스의 내부흐름과 온도분포가 균일하며, 예비가소로(33)의 하부에 유동층(43a)을 형성하여 연료 및 원료가 가스와 균일하게 혼합되어 열교환능력을 증대시키고, 저온에서 원료를 가소시킴으로써 국부적인 고온영역을 형성하지 않고 보다 안정한 조업을 할 수 있다.

그리고, 예비가소로(33) 내에서 원료와 연료의 체류시간이 3~60초로 매우 길어 원료의 가소율을 높일 수 있으며, 미연탄소의 발생을 막을 수 있는 장점을 가지고 있다.

그러나, 유동화 배풍기(43b)가 클링커 냉각기(32)에서 나오는 고온의 연소용 공기(700~900℃)를 다룰 수 없고, 클링커 냉각기(32)에서 나오는 연소용 공기속의 클링커 먼지(clinker dust)는 마모성이 강하여 유동층(43a)의 노즐과 유동화 배풍기(43b)의 마모를 일으켜 운전에 문제점을 발생시키며, 클링커 냉각기(32)의 연소용 공기는 고온의 공기이기 때문에 밀도가 작아 원료나 연료를 유동화시키기 위해서는 유동화 배풍기(43b)의 용량을 증가시켜야 하기 때문에 클링커 냉각기(32)에서 나오는 연소용 공기의 일부를 유동화 공기로 사용하는데는 많은 어려움이 있어, 현재는 상온의 공기를 유동화 공기로 이용하고 있는 실정이다.

따라서, 이와 같은 예비가소로(33)는 상온의 공기를 유동화 공기로 사용함으로써 열손실을 증가시키고, 별도의 유동화 장치인 유동층(43a)과 유동화 배풍기(43b)를 설치해야 한다. 그리고, 예비가소로(33) 하부의 유동층(43a)의 형성으로 압력손실이 증가되는 문제점을 안고 있다.

세번째로 제12도에서 보여주는 바와 같이, 위의 두 방식의 절층형으로 선회가소로(33a)와 혼합실(33b)이 별도로 구성되어 연결된 예비가소로(33)의 경우(미국특허 제3,975,148호), 고온의 연소용 공기로 연료를 연소시키기 때문에 연소능력이 매우 뛰어나고, 원료 투입구(38)를 통해 투입된 원료는 연소용 공기와 혼합되어 선회가소로(33a)에 접선으로 유입되어 연료의 연소로 얻은 고온층(또는 불꽃)을 둘러싸서 원활한 열교환은 물론, 국부적인 과열현상이 발생되지 않아 안정된 조업을 할 수 있다.

그러나, 혼합실(33b)이 회전소성로(31)의 배가스덕트(34) 상부에 설치되어 있어 예비가소로(33)가 없는 장치를 예비가소로(33)가 있는 장치로 개조할 때, 개조 시공일이 길어지며, 선회가소로(33a)가 하부를 향해 설치되어 있어 공급되어진 원료와 고체연료가 일정한 체류시간을 갖지 못하고, 가스와 분리되어 하부로 떨어져, 원료가 가소되지 않고 예비가소로 배기덕트(36)을 통해 배기되며, 미연탄소가 발생되어 부유예열기의 배가스 온도를 상승시킬 수 있다.

또, 클링커 냉각기(32)의 고온의 연소용 공기를 선회가소로(33a)의 상부에 설치되어 있는 버너(37)의 1차 공기로 사용되고 있어, 선회가소로(33a)에서 생기는 압력손실이 큰 단점이 있다.

제9도 내지 제12도에서 미설명부호 39와 40은 사이클론에서 포집된 원료가 공급되는 관이며, 41은 회전전로로 투입되는 원료 투입구이다.

이에, 본 발명의 목적은 위에서 상술한 기존 장치의 단점을 보완하고 분말원료의 입자크기에 따라 예비가소로내 체류시간을 달리하여 보다 효율적으로 시멘트 원료를 예열 및 가소처리하는 것은 물론 안정된 조업이 가능한 새로운 시멘트 원료의 열처리장치를 제공하는데 있다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 분말상의 시멘트 원료를 예열하는 고정된 부유예열기와 클링커 광물을 생성하는 회전소성로 사이에 독립된 열원을 갖고 부유예열기에서 예열된 시멘트 분말원료를 열처리하는 장치에 있어서, 상기의 원료를 가스흐름으로 예열 및 가소시키는 적어도 2개 이상으로 구분된 가소대역과, 상기 가소대역의 상부에 연결되어 있는 열처리된 원료와 배가스를 최하단 사이클론으로 유도하기 위한 수단과, 상기 가소대역의 하부에 연결되어 있는 클링커 냉각수단에서 분리되어 나오는 고온의 연소용 공기를 도입시키는 수단과, 상기 각각의 가소대역의 측면에 적어도 2개 이상의 분기된 형태로 연결되어 있는 원료를 함유하는 고온의 배가스를 상기 가소대역에 도입시키기 위한 수단과, 상기 분기된 수단과 연통된 회전소성로에서 나오는 배가스를 수송하기 위한 수단으로 이루어진 시멘트 원료의 열처리 장치임을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가소대역은 공급된 원료와 가스를 혼합시키고 순환시키기 위해 안쪽을 따라 돌출된 부위를 적어도 하나 이상 포함하고 있으면서 아래쪽에서 윗쪽으로 원료를 상승시키면서 예열 및 가소를 촉진시키도록 되어 있다. 그리고, 가소대역의 연료가 도입되는 하부 양쪽에는 연소용 공기로 연료를 연소시키기 위한 가열수단이 설치되어 있다.

본 발명에 따른 분기된 도입수단은 적어도 하나의 돌출부위와 인접해서 가소대역의 내부로 연통되게 설치되어 있으며, 분기된 도입수단중 하나는 가소대역의 하부 양쪽에서 가소대역의 내부로 수평하게 또는 경사지게 연통되어 있다.

분기된 도입수단의 적어도 하나에는 가소대역으로 도입되는 원료와 가스흐름의 유량을 조절하는 유량조절수단이 설치되어 있다.

본 발명에 따른 수송수단은 역 V자형으로 도입수단과 회전소성로를 연결하고 있으며, 도입수단의 인접부위에 조분, 미분, 가소 및 미가소된 원료를 분리하는 분리수단이 설치되어 있고, 회전소성로 인접부위에 부유예열기인 사이크론에서 예열된 원료를 투입시키는 수단이 설치되어 있으며, 원료 투입수단과 회전소성로 사이에 회전로 배가스에 함유되어 있는 질소산화물을 환원시키기 위한 수단이 설치되어 있다.

이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 의거 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 제1도는 본 발명에 따른 시멘트 원료의 예열장치 및 열처리장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

일정크기로 분쇄된 입상 또는 분말상의 시멘트 원료는 부유예열기에 설치된 원료 공급구(19)에 투입되고, 사이클론(C₄,C₄´)에서 배기되는 가스와 열교환을 이루면서 사이클론(C₅,C´₅)에 들어가 원료입자는 포집되고, 원료와 분리된 가스는 배풍기(12)를 통해서 밖으로 배기된다.

최상단 사이클론(C₅,C´₅)에서 포집된 이들 원료는 각각 사이클론 배기덕트와 사이클론(C₄,C´₄)과 사이클론(C₃,C´₃)을 통과하여 열교환을 이루고, 사이클론(C₂,C´₂)에서 포집되어 원료 공급관(9)을 통해 회전로 배가스 덕트(4)에 설치된 원료 투입구(8)로 투입되어 1050℃ 정도의 고온의 회전로 배가스와 급속한 열교환을 이루게 된다.

회전로 배가스와 함께 투입된 원료는 각 입자의 운동량의 차이에 따라 분리되어 각각의 다른 분기덕트(4a,4b,4c)를 통해 다른 경로로 예비가소로(3)의 상단부(3a), 중간부(3b) 및 하단부(3c)로 유입된다.

예비가소로(3)에 투입된 시멘트 원료는 예비가소로(3)에 설치된 버너(7)에서 얻은 열원으로 CaCO₃→CaO+Co₂로 변하는 가소과정을 거쳐 사이클론(C₁,C´₁)에서 포집되어 점선으로 나타낸 원료 공급관(10)을 통해 회전로 원료 투입구(11)로 투입된다.

이때, 최하단 사이클론(C₁,C´₁)에서 포집된 원료의 가소율은 공정에 문제를 일으키지 않는 85~95% 수준으로 유지한다.

회전소성로(1)에 투입된 원료는 회전소성로(1)내에서 클링커링 반응이 일어나기 직전까지의 전이 영역과, 발열반응인 클링커와 반응을 거치면서 클링커 광물로 결정화되어 회전소성로(1)에서 배출되고 클링커 냉각기(2)에서 냉각된다.

이때, 클링커를 냉각시킴으로 고온이 된 공기는 연소용 공기덕트(5)를 통해 예비가소로(3)에 공급되어 예비가소로(3)내에서 연료를 연소시키는 연소용 공기로 사용된다.

제2도는 제1도에서 본 발명에 따른 시멘트 원료의 열처리장치를 상세하게 나타낸 도면이다.

여기서, 예비가소로(3)는 상단부(3a), 중간부(3b), 하단부(3c) 세부분으로 구분되어 있다.

예비가소로(3)의 하단부(3c)는 연소용 공기를 공급하는 연소용 공기덕트(5)가 연결되어 있고, 원료를 포함하는 회전로 배가스를 수송하는 분기덕트(4c)가 양측면에 연결되어 있으며, 예비가소로(3)에 열원을 공급하는 버너(7)가 양쪽에 설치되어 있다.

중간부(3b)는 상단부(3a)와 하단부(3c)의 중간부분으로써 한 측면에 분기덕트(4b)가 연결되어 있다.

그리고, 상단부(3a)에는 한 측면에 분기덕트(4c)와, 열처리된 원료와 배가스를 최하단 사이클론(C₁,C´₁)으로 유도하는 예비가소로 배가스덕트(6)가 연결되어 있다.

원통형의 예비가소로(3)는 중간 두 부분에 원료와 가스의 혼합, 그리고 순환에 의한 체류시간을 증가시키기 위해 돌출부위(18)가 설치되어 있다.

또한, 회전소성로(1) 위에는 종래에 상부로 향하는 배가스덕트(4)의 일부를 제거시키고, 변형시켜서 역 V자 형태의 회전로 배가스덕트(4)가 설치되어 있다.

이 회전로 배가스덕트(4)에는 분기덕트(4a,4b)의 인접부위에 조분과 미분, 가소된 원료와 미가소원료를 분리하여 예비가소로(3)에 공급할 수 있도록 분리기(15)가 설치되어 있고, 분기덕트(4a,4b)의 입구에는 예비가소로(3)로 공급되는 유량을 조절하기 위한 댐퍼 등과 같은 유량조절기(14)가 설치되어 있으며, 회전소성로(1)에는 인접한 배가스덕트(4)에는 탈질소산화물 버너(16)와 부유예열기에서 예열된 원료가 투입되는 원료투입구(8)가 설치되어 있다.

회전로 배가스덕트(4)는 투입된 원료의 온도를 820~850℃ 정도까지 올릴 수 있을 만큼의 길이를 상부로 향하게 하고, 나머지 부분은 하부로 향한 역 V자 형태로 예비가소로(3)에 연결되어 있는데, 회전로 배가스덕트(4)를 변형함으로써 예비가소로(3)이 설치로 인한 부유예열기 전체의 높이를 증가시키지 않고, 회전로 배가스덕트(4)에 작용하는 원료부하가 작기 때문에 원료가 회전소성로(1)로 떨어지는 현상을 막을 수 있으며, 수평으로 이어지는 덕트부분이 없기 때문에 유속의 변화로 원료의 퇴적현상에 의한 공정장애 요인을 없앨 수 있다.

회전로 배가스덕트(4)에 원료 투입구(8)를 설치함으로써, 회전로 배가스덕트(4)에 포함되어 있는 휘발 알칼리 성분을 원료입자에 응축시켜 휘발 알칼리 성분에 의해 일어나는 사이클론의 막힘 현상과 코팅문제를 해결하고, 회전로 배가스덕트(4)내의 원료 부유밀도를 높여 회전로 배가스의 높은 온도에 의한 국부 과열현상으로 생기는 코팅현상을 방지하게 된다.

또한, 회전로 배가스덕트(4)에 설치된 탈질소산화물 버너(16)는 일산화탄소를 생성시켜 원료의 촉매작용과 일산화탄소의 환원제로서의 역할에 의해 회전소성로 배가스에 함유되어 있는 유해한 질소산화물을 환원시켜 제거한다.

회전로 배가스덕트(4)에서 나누어지는 세개의 분기덕트(4a,4b,4c)는 각각 원료를 함유하는 고온가스를 예비가소로(3)에 공급하는데, 분기덕트(4a)는 원료투입구(8)에 투입된 원료의 누적입도분포(또는 전체유량)의 0~20%를 예비가소로(3)의 상단부(3a)로 공급하고, 분기덕트(4b)는 10~40%를 중간부(3b)로 공급하며, 분기덕트(4c)는 40~90%의 원료를 하단부(3c)로 공급하게 된다.

예비가소로(3)의 상단부(3a)는 원통관의 모양으로 상부에는 예비가소로 배기덕트(6)가 연결되어 있고, 측면 양쪽에는 원료의 균일한 혼합과 순환 등의 목적으로 돌출부위(18)가 설치되어 있으며, 돌출부위(18)의 바로 윗부분에는 회전로 배가스덕트에서 분리된 분기덕트(4a)가 연결되어 있다. 분기덕트(4a)는 미분말의 원료를 포함하는 회전로 배가스를 예비가소로(3)의 상단부(3a)에 공급한다.

예비가소로(3)의 하단부(3c)와 중간부(3b)에서 예열, 가소된 원료는 예비가소로(3)의 중간부(3b)에서 돌출부위(18)를 통해 분출하여, 예비가소로(3)의 상단부(3a)에서 가소가 완료된다. 따라서, 최하단 사이클론(C₁,C´₁)으로 통하는 예비가소로 배기덕트(6)에서 미연탄소는 거의 발견되지 않게 된다.

분기덕트(4a)에 설치된 유량조절기(14)를 이용하여 예비가소로(3)의 상단부(3a), 중간부(3b) 및 하단부(3c)로 공급되어지는 유량을 조절한다.

예비가소로(3)의 상단부(3a)내의 평균유속은 원료를 부유시킬 수 있는 유속인 3~7m/s로 유지시키고, 예비가소로(3)의 상단부(3a)의 아랫부분에서 상승하는 원료는 예비가소로(3)의 상단부(3a)내에 균일한 온도분포와 혼합효과로 원료의 가소가 촉진된다. 이때 예비가소로(3)의 상단부(3a)에 설치되어 있는 돌출부위(18)에서 가스흐름의 분출속도는 원료들이 예비가소로(3)의 중간부(3b)로 지나치게 역순환하는 것을 방지할 수 있는 유속인 1-~25m/s으로 유지한다.

예비가소로(3)의 중간부(3b)는 윗부분과 아랫부분에 돌출부위(18)가 설치되어 있고, 중간 크기의 원료를 함유하는 회전로 배가스가 유입되는 분기덕트(4b)가 설치되어 있다. 분기덕트(4b)에도 분기덕트(4a)와 마찬가지로 유량조절기(14)를 설치하여 예비가소로(3)의 중간부(3b)로 유입되는 유량을 조절한다. 분기덕트(4b)에 의해 공급되어진 원료와 회전로 배가스는 돌출부위(18)를 통해 예비가소로(3)의 하단부(3c)에서 상승하면서 분출하는 가스흐름과 균일하게 혼합되어 가소과정이 가장 활발히 일어나는 부분인 동시에 예비가소로(3)의 하단부(3c)에서 시작된 연소가 거의 완료되는 곳이다.

여기서 원료들은 예비가소로(3)의 중간부(3b)의 상부에 설치되어 있는 돌출부위(18)에 의해 조분의 원료들은 벽면과 부딪혀 다시 순환하고 나머지 원료들은 예비가소로의 상단부(3a)로 상승한다. 평균유속은 3~7m/s로 유지시키고, 돌출부위의 유속은 10~25m/s로 유지시킨다.

예비가소로의 하단부(3c)는 연소가 개시되고 원료투입구(8)를 통해 투입된 원료가 분기덕트(4c)를 통하여 대부분이 공급되어지는 부분이며, 주로 이 부분은 공급되어진 원료들이 가소과정에 필요한 열원을 충분히 공급받고 일부의 가소가 일어나는 부분이다.

하단부(3c)의 하부에는 연소용 공기가 분류층을 형성할 수 있도록 깔대 형태로 생긴 연소용 공기분출구(17)가 설치되어 있고, 버너(7)는 분출하는 연소용 공기분출구(17) 바로 위에 설치되어 있어 산소함유량이 21%로 매우 높은 고온의 연소공기를 연소시켜 연소능력을 증대시키게 된다.

이때, 예비가소로의 하단부(3c)의 아랫부분에 설치되어 있는 연소용 공기분출구(17)에서 유속은 원료나 연료가 가스흐름과 분리되어 퇴적되지 않게 하기 위해 20~40m/s로 유지시키고, 예비가소로 하단부(3c)의 평균유속은 3~7m/s로 유지하여 원료가 충분한 체류시간을 갖고 열교환을 이룰 수 있게 한다.

제3(a)도는 제2도의 하단부(3c)의 확대측면도이고, 제3(b)도는 Ⅲ-Ⅲ선의 단면도를 나타낸 것이다.

제3(a)도에 의하면, 분기덕트(4c)를 예비가소로의 하단부(3c)에 접선방향으로 설치하여 원료를 포함하는 회전로 배가스를 접선방향으로 유입시킴으로써 예비가소로 하단부(3c)내에서 선회류를 형성하게 된다.

여기서, 선회류는 회전로 배가스덕트(4)에서 이미 원료와 열교환을 이루어 온도가 낮아진 회전로 배가스 흐름(850~900℃ 정도)이 원료와 함께 하단부(3c)의 밑부분에 설치된 버너(7)에 의해 형성된 고온층(950~1100℃)을 둘러싸서 고온의 열원과 접촉할 수 있는 원료의 체류시간을 증가시켜 열교환을 증진시키고, 하단부(3c)의 벽면에 온도가 낮은 원료를 함유하는 회전로 배가스가 위치하게 함으로써 고온층을 형성하는 예비가소로 하단부(3c)에 국부적인 과열현상이 발생되어 코팅이 생성되는 것을 방지하게 된다.

제3(b)도는 제2도의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도를 나타낸 것이다. 여기서, 영역(A)은 연료의 연소에 의해 형성된 고온영역을 나타내며, 영역(B)은 원료의 밀도가 높은 회전로 배가스(약 850℃)가 벽면으로 균일하게 분포되어 고온영역(A)을 둘러싸고 있는 영역이다. 그리고, 화살표(→)는 분기덕트(4c)에서 유입되는 가스흐름의 방향이다.

제4도는 예비가소로 하단부(3c)의 측면도와 단면도를 나타낸 제3도의 다른 실시예이다. 여기서, 화살표(→)는 분기덕트(4c)에서 공급되어진 가스흐름의 방향과 연소용 공기분출구(17)에서 분출하는 연소용 공기의 흐름을 나타낸 것이다.

제4(a)도는 예비가소로(3)에 분기덕트(4c)가 서로 대칭적으로 수직하게 설치되어 있어 분기덕트(4c)에서 공급되어진 흐름은 예비가소로(3)의 하단부(3c)에서 서로 부딪혀서 중심부에 형성된 고온층과 균일하게 혼합되고 선회류를 형성하지 않기 때문에 압력손실을 보다 줄일 수 있다.

그리고, 분기덕트(4c)의 굴곡부(d)는 분기덕트(4c)의 가스흐름에 포함되어진 원료의 분산판 역할을 하게 되어 원료의 혼합을 더욱 증진시켜 열교환을 증대시키고, 원료를 잘 분산시키게 함으로써 국부적으로 원료의 부유밀도를 크게 하여 예비가소로(3)의 하단부(3c)에 원료가 떨어져 퇴적되는 것을 방지하게 한다.

제4(b)도는 제4(a)도의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도를 나타낸 것으로써, 분기덕트(4c)의 흐름이 원의 중심에 대해 대칭적으로 유입되고 있다. 두개의 분기덕트(4c)에서 공급되는 두 흐름은 예비가소로(3)의 하단부(3c)내에서 서로 정면으로 충돌하여 균일하게 혼합된다.

제5도는 제3도의 또 다른 실시예로서, 제5(a)도에 의하면, 분기덕트(4c)를 예비가소로(3)의 하단부(3c)의 아랫부분에 설치되어 있는 깔대기 부분과 연결하여 분기덕트(4c)의 경사각(α)과 깔대기 부분의 경사각(β)을 달리한 것이다. 이때, 깔대기 부분의 경사각(β)을 분기덕트(4c)의 경사각(α)보다 작게하여 원료가 깔대기 부분의 벽면에 퇴적되는 것을 방지하게 된다.

여기서, 두개의 분기덕트(4c)에 의해 유입되는 원료를 포함하는 가스흐름은 분기덕트(4c)의 경사각(α)을 따라 하부로 유입되다가 깔대기 부분의 경사각(β)이 분기덕트(4c)의 경사각(α)보다 작기 때문에 원료들이 벽면에 부딪혀서 분산되어 상승하게 된다. 이때 분기덕트(4c)를 통해 공급되는 가스흐름은 예비가소로(3)의 하단부(3c)에서 부딪혀 균일하게 혼합되어 충분한 열교환을 이루고 나서 상승하게 된다.

제5(b)도는 제5(a)도의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도이다.

제6도는 제1도의 다른 실시예를 나타낸 것이다. 원료 공급구(19)에 공급된 원료는 사이클론(C₄)과 사이클론(C₃)을 거쳐 두번째 사이클론(C₂)에서 포집되어 원료 공급관(9)과 원료 투입구(8)를 통해서 회전로 배가스덕트(4)에 공급된다.

원료의 입도와 가소율에 따라 다른 분기덕트(4a,4b,4c)를 거쳐 예비가소로(3)로 유입되어 가소된다.

한편, 원료 공급구(19)에서 공급된 다른 원료흐름은 사이클론(C₅´)과 사이클론(C₄´) 그리고 사이클론(C₃´)을 순차적으로 거치면서 두번째 사이클론(C₂´)에서 포집된 후, 원료 공급관(9)을 통해 분기덕트(4c)의 한쪽 분기덕트(4c)에 설치된 원료투입구(8)로 투입되어 예비가소로(3)의 하단부(3c)에 공급되어 가소되게 된다.

제7도는 본 발명에 따른 시멘트 원료의 열처리장치의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

예비가소로(3)는 연료가 개시되는 하단부(3c)와, 원료가 가스의 균일한 혼합을 일으켜 원료의 가소를 촉진시키는 상단부(3a)로 구성되어 있다.

하단부(3c)는 연소용 공기를 공급 및 분출하는 연소용 공기덕트(5) 및 연소용 공기분출구(17)와, 원료를 포함하는 배가스를 수송하는 분기덕트(4c)가 연결되어 있고, 공기분출구(17)와 분기덕트(4c) 사이에는 예비가소로(3)에 열원을 공급하는 버너(7)가 양쪽에 설치되어 있다.

그리고, 상단부(3a)에는, 분기덕트(4a)와 열처리된 원료와 배가스를 최하단 사이클론(C₁)에 유도하는 예비가소로 배가스덕트(6)가 연결되어 있다.

상기 원통형의 예비가소로(3)는 중간 한 부분에 원료와 가스의 혼합, 그리고, 순환에 의한 체류시간을 증가시키기 위해 돌출부위(18)가 설치되어 있다.

상기 하단부(3c)는 제3(a)도 및 제3(b)도에서와 같이, 연료의 연소로 고온영역(A)을 형성하며, 분기덕트(4c)에 의해 공급된 원료들이 이 고온영역(A)을 둘러싸기 때문에 열전단 효율이 높아 급속히 예열되고, 일부 원료의 가소가 진행된다.

예비가소로 상단부(3a)는 하단부(3c)에서 공급되어진 원료를 포함하는 가스흐름과 분기덕트(4a)에 의해 공급되어진 원료를 포함하고 있는 회전로 배가스가 균일하게 혼합되어 가소가 촉진되고, 버너(7)에 의해 공급된 연료가 완전히 연소되는 부분이다.

여기서, 가소과정을 거친 원료들은 사이클로(C1)과 원료 투입관(10)에서 85~95%를 일정하게 유지하게 되고, 원료 투입구(11)를 통해 회전소성로(1)내로 유입되는 원료의 가소율을 일정하게 유지시킴으로써, 공정의 안정화를 가져오게 된다.

한편, 예비가소로(3)로 유입되는 유량은 분기덕트(4a)에서 전체유량의 0~40%를 담당하게 되고, 분기덕트(4c)에서는 전체 유량의 40~100%를 담당하게 된다.

또한, 분기덕트(4a)에 설치된 유량조절기(14)는 분기덕트(4a,4c)로 통과하는 유량을 조절함으로써, 예비가소로(3)내의 유속을 조절하여 예비가소로(3)내의 원료의 체류시간을 적절히 조절할 수 있게 되고, 온도분포도 균일하게 유지시킬 수 있으므로 보다 효율적으로 분말 원료를 가소시키게 된다.

제8도는 본 발명에 따른 시멘트 원료의 열처리장치의 또 다른 실시예를 보여주는 도면이다.

이것은 기존의 예비가소로(3)가 없는 부유예열기 소성장치를 개조하여 예비가소로(3)가 있는 새로운 장치로 전환하는 방법으로써, 예비가소로(3)가 공정상의 문제가 발생하였을 시 공정의 운전방법에 대해 설명하고 있다.

사이클론(C₁,C₂), 일점쇄선으로 나타낸 부분(A), 상부로 향하는 회전로 배가스덕트(4) 그리고 회전소성로(1)는 대표적인 예비가소로(3)가 없는 소성장치이다. 여기서, 상부로 향하는 회전로 배가스덕트(4)를 절단하고 변형하여 하부로 향하도록 하여 역 V자 형태로 한다. 하부로 향한 회전로 배가스덕트(4)는 다시 분기덕트(4a,4b,4c)로 분기하여 예비가소로(3)에 연결시키고, 예비가소로 상단부(3a)에 설치된 배기덕트(6)를 최하단 사이클론(C₁)에 연결시키면 예비가소로(3)가 있는 소성장치로 쉽게 전환시킬 수 있게 된다.

그리고, 예비가소로(3)가 있는 새로운 장치로 전환시킨 후에도, 방어벽(20,21)을 설치하여 일점쇄선으로 나타낸 부분(A)을 제거치 않고 보존하여, 예비가소로(3)가 공정상의 문제가 발생되어 보수가 필요할 때 배기덕트(6)에 설치된 방어벽(20)을 닫고, 일점쇄선으로 나타낸 부분(A)에 설치된 다른 두개의 방어벽(21)을 열어 보수기간 동안 예비가소로(3)가 없는 장치로 운전할 수 있는 장점이 있다.

이와 같은 본 발명의 특징을 살펴보면 다음과 같다.

1. 클링커 냉각기에서 나온 공기를 예비가소로의 하부에서 분류시켜서, 버너에 의해 공급되어진 연료를 산소분압이 21%인 고온의 클링커 냉각기 공기로 연소시킴으로써 연소효율을 증대시킬 수 있다.

2. 기존의 회전로 배가스덕트에 원료투입구를 설치하여 부유예열기인 사이클론에서 예열된 원료를 공급함으로써, 고온의 회전로 배가스에 의해 원료의 예열과 함께 일부의 원료를 가소시킬 수 있다.

3. 회전로 배가스덕트를 2개 또는 3개의 분기덕트로 나누어 회전로 배가스덕트에서 열교환된 원료들이 각각의 가소율과 입도에 따라 다른 분기덕트를 거쳐 예비가소로의 측면으로 유입됨으로써, 가소에 필요한 열원을 효율적으로 공급받게 되어 높은 가소율을 얻을 수 있다.

4. 분기덕트에 설치된 유량조절기에 의해 예비가소로에 공급되는 유량을 조절함으로써 예비가소로의 내부흐름과 온도분포를 균일하게 할 수 있다.

5. 예비가소로에는 1개 또는 2개의 돌출부위를 설치하여 예비가소로내의 원료를 순환시켜 체류시간을 증가시킬 수 있으면서, 원료와 가스의 균일한 혼합을 증진시킬 수 있다.

6. 회전로 배가스흐름과 클링커 냉각기에서 나오는 연소용 공기흐름을 예비가소로에서 혼합시켜 회전로 배가스흐름과 클링커 냉각기에서 나오는 연소용 공기흐름을 분리시킴으로써 발생될 수 있는 두 흐름간의 불균일성을 제거시킬 수 있다.

7. 회전로 배가스덕트에 원료투입구를 설치하여 원료를 공급함으로써 회전로 배가스에 포함되어 있는 휘발 알칼리성분을 원료에 응축시켜 이들 휘발 알칼리성분에 의한 코팅문제와 사이클론의 막힘 현상을 제거하고 또, 탈질소 산화물 버너를 설치하여 회전로 배가스에 포함되어 있는 유해한 질소 산화물 등의 공해물질을 제거시킬 수 있다.

8. 회전소성로에서 예비가소로를 분리시켜서 설치함으로써, 예비가소로의 설치로 인한 부유예열기의 높이가 증가하는 것을 방지할 수 있다.

또, 기존의 예비가소로가 없는 소성장치를 예비가소로가 설치된 새로운 장치로 전환하는데 용이하다.

Claims (15)

1. 분말상의 시멘트 원료를 예열하는 고정된 부유예열기와 클링커 광물을 생성하는 회전소성로 사이에 독립된 열원을 갖고 부유예열기에서 예열된 시멘트 분말원료를 열처리하는 장치에 있어서, 상기의 원료를 가스흐름으로 단계적으로 예열 및 가소시키는 적어도 2개 이상으로 구분된 가소대역(3a,3b,3c)과, 상기 가소대역(3a)의 상부에 연결되어 있는 열처리된 원료와 배가스를 적어도 하나의 최하단 사이클론(C₁,C₁´)으로 유도하기 위한 수단(6)과, 상기 가소대역(3c)의 하부에 연결되어 있는 클링커 냉각수단(2)에서 분리되어 나오는 고온의 연소용 공기를 도입시키는 수단(5)과, 상기 가소대역(3a,3b,3c)의 측면에 적어도 2개 이상의 분기된 형태로 연결되어 있는 원료를 함유하는 고온의 회전로 배가스를 상기 가소대역(3a,3b,3c)에 도입시키기 위한 수단(4a,4b,4c)과, 상기 분기된 수단(4a,4b,4c)과 연통된 회전소성로(1)에서 나오는 배가스를 수송하기 위한 수단(4)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 시멘트 원료의 열처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 가소대역(3a,3b,3c)은 공급된 원료와 가스를 혼합시키고 순환시키기 위해 안쪽을 따라 돌출된 부위(18)를 적어도 하나 이상 포함하고 있으면서 아래쪽에서 윗쪽으로 원료를 상승시키면서 예열 및 가소를 촉진시키도록 된 것을 특징으로 하는 장치(3).
3. 제1항에 있어서, 상기 연소용 공기를 도입하는 수단(5)은 연소용 공기가 분류층을 형성하면서 가소대역(3c)에 공급될 수 있게 연소용 공기분출수단(17)을 통해서 가소대역(3c)과 연결된 것을 특징으로 하는 장치(3).
4. 제3항에 있어서, 상기 연소용 공기 분출수단(17)에는 양측면에 연소용 공기를 연소시키기 위한 가열수단(7)이 설치된 것을 특징으로 하는 장치(3).
5. 제1항에 있어서, 상기 분기된 도입수단(4a,4b,4c)은 적어도 하나의 상기 돌출부위(18)와 인접해서 가소대역(3a,3b,3c)의 내부로 연통되어 있고, 입도 또는 가소율에 따라 원료를 분리시켜서 도입시키도록 설치된 것을 특징으로 하는 장치(3).
6. 제5항에 있어서, 상기 분기된 도입수단(4c)은 가소대역(3c)의 하부 양쪽에서 가소대역(3c)의 내부와 접선적으로 또는 수직하게 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 분기된 도입수단(4c)은 가스흐름에 포함되어 있는 원료의 분산과 혼합을 증진시키는 굴곡부(d)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치(3).
8. 제6항에 있어서, 상기 분기된 도입수단(4c)에는 사이클론에서 포집되어 예열된 원료가 직접 투입되는 원료 투입수단(8)이 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 장치(3).
9. 제6항에 있어서, 상기 분기된 도입수단(4c)은 가소대역(3c)의 하부 양쪽에서 가소대역(3c)의 내부와 경사지게 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 장치(3).
10. 제9항에 있어서, 상기 분기된 도입수단(4c)이 이루는 경사각(α)이 연소용 공기분출수단(17)이 이루는 경사각(β) 이상으로 설정하여서 된 것을 특징으로 하는 장치(3).
11. 제1항에 있어서, 상기 분기된 도입수단(4a,4b)의 적어도 하나에는 가소대역(3a,3b)으로 도입되는 원료와 가스흐름의 유량을 조절하는 유량조절수단(14)이 설치된 것을 특징으로 하는 장치(3).
12. 제1항에 있어서, 상기 수송수단(4)은 역 V자형으로 도입수단(4a,4b,4c)과 회전소성로(1)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치(3).
13. 제12항에 있어서, 상기 수송수단(4)은 도입수단(4a,4b)의 인접부위에 조분, 미분, 가소 및 미가소된 원료를 분리하는 적어도 두개 이상의 분리수단(15)이 설치된 것을 특징으로 하는 장치(3).
14. 제12항에 있어서, 상기 수송수단(4)은 회전소성로(1) 인접부위에 사이클론에서 포집되어 예열된 원료를 투입시키는 수단(8)이 설치된 것을 특징으로 하는 장치(3).
15. 제12항 또는 제14항에 있어서, 상기 수송수단(4)은 원료 투입수단(8)과 회전소성로(1) 사이에 회전로배가스에 함유되어 있는 질소산화물을 환원시키기 위한 수단(16)이 설치된 것을 특징으로 하는 장치(3).