KR970010341B1 - 시멘트 제조공정의 공정구간별 운전상태 측정방법 - Google Patents

시멘트 제조공정의 공정구간별 운전상태 측정방법 Download PDF

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Abstract

내용없음.

Description

시멘트 제조공정의 공정구간별 운전상태 측정방법
본 발명은 시멘트 제조공정의 공정구간별 운전상태 측정방법에 관한 것으로서, 특히 시멘트 제조공정에서 통상적으로 측정되는 몇가지 데이타를 조합함으로써 별도의 측정장치 없이도 측정하고자 하는 공정 부위의 운전상태를 알 수 있게 하는 방법에 관한 것이고 시멘트 제조공정을 획기적으로 개선할 수 있는 방법을 제공하게 된다.
통상의 시멘트 제조공정은, 원료분말화기를 포함하여 구성되며 시멘트 원료를 저장하고 분말화하여 공급하여 주는 원료공급부; 시멘트 원료 분말을 예열하는 예열기와 예열기팬 및 예열기 버너를 포함하여 구성된 원료 예열부; 원료를 예비 탈산화시키는 예비가소화부; 예비가소화된 원료를 가열하여 더욱 탈산화하고 클린커(Clinker)화시키는 가소로 및 가소로버너를 포함하여 구성되는 소성부; 클린커를 냉각시키는 클린커 냉각부; 냉각된 클린커를 분쇄하고 시멘트화하는 제품화부; 시멘트 제조공정 전체에 필요한 열을 얻기 위한 연료를 공급하여 주는 연료공급부; 및 분진집진을 위한 전기 집진기를 포함하여 구성되며 시멘트 제조공정중에 발생하는 분진과 가스등을 정화하여 배출하는 배기가스 배출부를 포함하여 구성된다.
이러한 시멘트 제조공정에서는 열효율 극대화, 안전운전 확보 및 환경오염 방지등의 목적으로 통상적으로 공정의 각 부위별로 운전상태를 점건할 필요가 있다.
예를들어 가소로 입구 부분에서 산소(O2), 일산화탄소(CO), 산화질소(NO) 및 이산화탄소(CO2) 등을 분석함으로써 가소로 내의 온도 및 연소조건을 통제하고 배기가스 배출부의 전기 집진기의 트립(Trip) 예방에 응용하고; 예열기 팬 입구에서 O2, CO, CO2등을 분석함으로써 연소불균형시 전기 집진기의 트립을 위한 인터록(interlock)에 응용하며; 배기가스 배출부의 전기집진기 출구에서 O2, CO2, O2등을 분석하여 트립(Trip) 발생시 전기 집진기의 리셋(Reset) 시점을 최소화시키는데 이용하는 것이 있다.
한편 시멘트 제조공정에서 각 구간을 흐르는 가스와 분진등으로 구성된 유체의 유량 측정을 위해서는 종래의 경우 별도의 유량 측정기를 사용하였는바, 이 경우의 문제점으로는 별도의 측정기가 필요하고, 그 측정기를 해당 위치로 운반하고 설치하여야 하며, 측정에 많은 시간과 인력을 요하며 제조공정 부위에 따라서는 별도의 유량 측정기를 설치하기 어렵다는 점이 있다.
나아가 다양한 지점의 유량을 동시에 측정하기 곤란하여 통제실(Control center Room, CCR)에서 시멘트 제조공정을 정확하게 파악하고 그 결과를 응용할 수가 없었다.
또다른 종래의 유량 측정방법으로는 측정을 요하는 부위에 측정 호울(hole)을 내고 피토우관 등의 측정도구로 동압, 정압, 온도등을 측정한 후 아래의 식을 사용하여 유속(V)를 구하고 여기에 단면적을 곱하여 유량을 구하는 것이 있으나
단) CP : 피토우관의 계수
RO: 가스 밀도
t : 측정위치의 온도
TP : 측정위치의 정압
h : 측정위치의 동압
이 방법 역시 운용자에 따라 측정된 동압, 정압이 서로 다를 수 있고, 피토우관의 고유계수와 가스밀도가 변화되는데 그에 따른 보정이 번거롭고 정확성이 없다는 등의 문제점이 있었다. 또한 종래에는 가소로로 인입되고 있는 시멘트 원료의 가소율을 측정하기 위해서는 가소로 입구에서 시료를 채취한 후 실험실에서 분석하는 방법을 채용하고 있어서 시간이 걸리고 별도의 실험장비를 필요로 한다는 문제점이 있었다.
본 발명자는 시멘트 제조공정에서의 상기한 종래의 문제점을 인식하고 이를 해결하고자 다년간 각고의 노력을 기울인 끝에 시멘트 제조공정을 획기적으로 개선할 수 있는 발명에 이르게 되었는바, 본 발명의 목적은 시멘트 제조공정에서 원하는 부위의 유량을 별도의 장비나 인력을 사용하지 않고도 용이하고, 정확하며, 신속하게 측정할 수 있는 방법을 제공하는데 있고, 본 발명의 다른 목적은 시멘트 제조공정에서 다양한 위치를 흐르는 유체의 양을 동시에 측정할 수 있는 방법을 제공하는데 있으며, 본 발명의 또 다른 목적은 보다 정확하고 용이하게 시멘트 원료의 가소율을 측정할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적에 따라 본 발명에서는 종래의 시멘트 제조공정에서 통상적으로 측정되고 있는 몇가지 데이타를 조합함으로써 시멘트 제조공정의 각 부위에서의 유량을 측정하고 가소로 입구에서 시멘트 원료의 가소율을 측정할 수 있게 하였는바 이때 사용되는 데이타로서는 가소로 입구에서 분석되는 산소(O2)와 이산화탄소(CO2), 예열기 팬 입구에서 분석되는 O2와 CO2예열기 버너의 연료 연소속도, 가소로 버너의 연료 연소속도, 시멘트 원료 투입속도등이 있다.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 방법에 의하여 유량이 측정될 수 있는 위치에는 예열기 팬 입구, 가소로 입구, 가소로 버너, 예열기 버너, 가소로 내부, 배기가스 배출부의 전기 집진기 부위등이 포함된다.
본 발명의 발명을 사용하기 위해 필요한 데이타는 유량 확인이 요구되는 제조공정상의 위치에 따라 변할 수 있으나, 시멘트 원료 분말의 예열기와 배기가스 배출부 사이에 위치된 예열기 팬(fan)의 입구를 지나는 유량중 산소(O2)가 차지하는 비율(O2,PFI%), 예열기에서 필요로 하는 열을 공급하기 위해 연료를 연소시키는 예열기 버너의 단위시간당 연료 연소량(FPBton/hr), 가소로에서 클린커를 만드는데 필요한 열을 공급하기 위해 연료를 연소시키는 가소로 버너의 단위시간당 연료 연소량(FKBton/hr), 예열되고 예비가소화된 시멘트 원료가 가소로로 투입되기 위해 경유하는 가소로 입구의 유량중 CO2의 비율(CO2,KI%), 상기 가소로 입구의 유량중 O2의 비율(O2,KI%), 클린커를 만들기 위해 단위시간당 투입되는 시멘트 원료량(R ton/hr), 연소배기가스중의 CO2분압율(CO2, c) 등의 변수값과; 건연료 단위무게에 대한 연소 배기가스의 유량(Ge Nm3/Kg(God)), 시멘트 원료 단위무게에 대해 발생되는 CO2의 양(CO2,RNm3/ton), 시멘트 원료중 (CaCO3+MgCO3)의 비율(CMR), 공기중의 O2분압율(O2, air), 및 그밖의 기준단위를 일치시키는데 필요한 계수(예를들어 무게단위 ton을 Kg으로 변환시키는 계수로서 1000)등이 있다.
본 발명의 방법에 의해 확인할 수 있는 값과 이를 산출하는 방법은 다음을 포함한다.
라고 하면,
1. 예열기 팬 입구를 경유하는 가스의 시간량 총량은
이고,
라고 하면,
2. 가소로 입구를 경유하는 가스의 시간당 총유량(Nm3/hr)은
3. 예열기 팬 입구의 CO2가스유량(Nm3/hr)은
이고,
4. 가소로 입구에서의 CO2가스유량(Nm3/hr)은
이고,
해당연료의 Kg당 이론 공기량을 AO, FKB×1000×AO=f6라고 하면,
5. 가소로 버너에 유입되는 공기의 시간당 총량(Nm3/hr)은
이고
6. 가소로 입구 버너의 냉각기에서 예열된 2차공기(약 1140℃)의 유입량(Nm3/hr)은
(식5)-(가소로버너 제1차 공기송풍기 유량)-(가소로버너 연료 전달공기량)......식6 이고,
7. 가소로 버너의 과잉 공기량은
8. 가소로 버너의 연비를 m이라고 하면
9. 가소로 버너의 연료 연소분에 해당하는 CO2가스유량(Nm3/hr)
10. 가소로 버너의 연료 연소분에 해당하는 이산화탄소(%)
11. 가소로에서 원료소성시 생성되는 CO2가스유량(Nm3/hr)
=(식 4-식 9)……………………………………………식 11
12. 가소로에서 원료 소성분에 해당하는 CO2가스(%)
13. 예열기 팬 입구에서 예열기 버너의 연료 연소분에 해당하는 CO2가스유량(Nm3/hr)
14. 예열기 팬 입구에서 예열기 버너의 연료 연소분에 해당하는 CO2가스(%)
15. 예열기 팬 입구에서 분석치가 아닌 계산된 CO2(%)는
16. 클린커 원료에서 발생할 수 있는 CO2가스유량(Nm3/hr)
17. 가소로 입구에서 분위기 가스(atnospheric gas)로서의 가소율(%)
18. 예열기 버너의 과잉 공기량
19. 예열기 버너에 유입되는 시간당 총공기량(Nm3/hr)
20. 예열기 버너의 총공기량에서 가소로 입구의 과잉 공기량을 제외한 후의 예열기 버너의 시간당 공기량(Nm3/hr)
=식 19- 식 7……………………………………식 20
21. 예열기 버너에 연비(m1)
22. 예열기 버너의 총공기량에서 가소로 입구버너의 과잉 공기를 제외한 후의 예열기 버너의 연비(m2)
23. 클린커 원료 1ton에 상당하는 공기유량(Nm3/hr)
24. 클린커 원료 1ton에 상당하는 배기가스(God) 유량(Nm3/hr)
25. 예열기 팬 입구와 전기 집진기(E.P)출구 사이에서의 공기 혼입량(Nm3/hr)
26. 예열기 팬 입구와 E. P 출구 사이의 공기 혼입율
27. E.P 출구의 건배기 가스 유량(God)(Nm3/hr)
식 1×식 26……………………………………식 27
28. E.P 출구의 전체 습배기 가스 유량(God)(Nm3/hr)
상기와 같은 본 발명의 장점으로서는, 시멘트 제조공정의 각 구간을 통과하고 있는 가스의 유량을 측정함에 있어서 시멘트 제조공정에서 통상적으로 측정되는 데이타만을 이용할 뿐이어서 별도의 번거로운 장치가 필요하지 않고, 인력과 시간을 절약할 수 있으며 측정을 요하는 위치에 의한 제한을 받지 않고, 더우기 다양한 위치에서의 유량을 동시적으로 알 수 있어서 통제실에서 시멘트 제조공정을 정확하게 파악하고 이를 필요에 따라 응용할 수 있다.
또한 클린커 제조를 위해 가소로로 인입되고 있는 클린커 원료에 대한 가소율 측정이 단시간내에 별도의 시험장비 없이도 이루어질 수 있다.
나아가 시멘트 제조공정에서 배출되는 오염물질의 양을 객관성 있고 정확하게 측정함으로써 환경오염방지에 크게 기여할 수도 있고, 환경오염물질 단속기관과 시멘트 제조공정 운영자간의 오염물질양 측정오차에 기인하는 분쟁의 발생을 최소화할 수 있는 한편, 시멘트 제조공정에 필요한 열을 적정량 공급할 수 있게 하여 에너지를 절약할 수 있으며, 아울러 시멘트 제조공정 뿐만 아니라 기타 이와 유사한 공정분야 및 연소공정분야의 공정개선 연구에 응용될 수 있다.
상기에서 본 발명에 따라 확인할 수 있는 운전상태로서 시멘트 제조공정의 각 구간별 유량등의 예를 들었으나, 반드시 이에 한정되는 것이 아니고 본 발명에 따른 측정방법은 보다 다양한 분야에 응용될 수 있는 바 예를들어 시멘트 제조공정에서 공정 구간별 유속을 측정하는데 통상적으로 사용되는 피토우관의 계수를 정확하게 보정하는 것등이 있다.

Claims (6)

1) 시멘트 제조공정중 시멘트 원료 분말의 예열기와 배기가스 배출부 사이에 위치된 예열기 팬의 입구를 흐르는 유량에서 산소의 비율, 시멘트 원료의 예열을 위한 예열기 버너와 시멘트 원료를 클린커화하기 위한 가소로 버너의 단위시간당 연료연소량, 가소로 입구 유량에서 산소와 이산화탄소의 각각의 비율, 클린커를 만들기 위해 단위시간당 투입되는 시멘트 원료량, 및 연소배기 가스중의 이산화탄소의 분압율을 포함하는 변수값을 측정하는 단계; 및 2) 시멘트 제조공정 구간별 유량을 측정하기 위하여 상기 변수값을 조합하는 단계를 포함하여 구성되는 시멘트 제조공정의 공정구간별 운전상태 측정방법.
제1항에 있어서, 추가적으로 건연료 단위 무게에 대한 연소배기 가스의 유량, 시멘트 원료 단위 무게에 대해 발생되는 이산화탄소의 양, 시멘트 원료중 CaCO3와 MgCO3의 비율, 공기중 산소의 비율을 측정하는 단계를 포함하는 시멘트 제조공정의 공정구간별 운전상태 측정방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공정 구간별 유량은 예열기 팬 입구를 경유하는 가스의 총량인 것을 특징으로 하는 시멘트 제조공정의 공정구간별 운전상태 측정방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공정구간별 유량은 가소로 입구를 경유하는 가스의 총량인 것을 특징으로 하는 시멘트 제조공정의 공정구간별 운전상태 측정방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공정구간별 유량은 시멘트 원료의 가스율 측정을 위한 이산화탄소의 유량인 것을 특징으로 하는 시멘트 제조공정의 공정구간별 운전상태 측정방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공정구간별 유량은 가스로 버너에 유입되는 공기량인 것을 특징으로 하는 시멘트 제조공정의 공정구간별 운전상태 측정방법
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