시멘트

업종개요

시멘트

우리나라의 시멘트산업은 급속한 경제발전과 더불어 주택, 도로 및 항만 등 사회간접자본 건설을 위한 중요한 국가기반산업으로 발전하여 현재 세계 11대 시멘트 생산국이자 세계 10대 시멘트 소비국이 되었다. ‘15년 기준으로 국내 클링커 생산은 47,015천톤, 시멘트 생산은 52,044천톤, 클링커 수출은 4,446천톤, 시멘트 수출은 2,902천톤 수준이다.
국내 시멘트 생산공장은 클링커 생산의 주원료인 석회석 매장량이 풍부한 강원, 충북지역에 집중되어 있으며, 메이저 8개사(동양, 쌍용, 한일, 현대, 아세아, 성신, 고려, 라파즈한라)가 클링커를 생산하고 있다. 현 클링커 생산능력은 ‘90년 대비 1.5배 성장한 62,042천톤을 유지하고 있다.

대표공정
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 대표공정
세부공정
  • 1. 원료공정

    요구하는 시멘트 성분규격에 맞게 채광된 석회석과 추가적인 성분을 함유하는 부원료(점토질, 철질원료 등)를 함께 원료분쇄기에 투입, 파쇄한 후, 파쇄된 원료는 건조, 미분쇄 등을 거치며 차기공정에서 시멘트 반제품인 클링커(Clinker)를 만드는데 적합한 원료로 변환되어 저장되는 공정

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  • 2. 제품/출하공정

    소성공정에서 생산된 클링커와 함께 응결지연제로서 사용하는 석고를 계량하여 시멘트 분쇄기에 투입하고, 입자를 44㎛ 이하로 미세하게 분쇄하여 시멘트저장 싸이로(Silo)에 시멘트 완제품을 저장한 후, 저장된 시멘트 완제품을 소비자의 요구에 따라 포장 혹은 벌크(Bulk) 상태로 화차 및 트럭을 이용하여 소비자 및 출하기지로 수송하는 공정

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  • 3. 소정공정

    시멘트 제조공정 중 가장 핵심적인 공정으로 원료분쇄기에서 공급하는 원료를 약 850~900℃까지 예열하고, 이를 다시 회전식 소성로에서 약 1,450℃까지 고온으로 소성하여 시멘트 반제품인 클링커를 제조, 냉각을 거쳐 저장하는 공정

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  • 4. 채광공정

    광산에서 채광된 석회석을 적재, 운반 후 조쇄기에 투입하여 1, 2차 조쇄공정(필요시 3차 공정 포함)을 거쳐 30㎜이하의 크기로 조쇄 후, 석회석의 품질이 일정하도록 혼합 및 저장하여 다음 공정인 원료분쇄기로 석회석을 공급하는 공정

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국내외 절감기술/방법
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 표입니다.
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1 광화제를 이용한 조합원료의 소성도 향상 소성공정
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 상세표입니다.
절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
0.06~0.43유로/t_클링커 5~16kg_CO2/t_클링커
.광화제(mineralizer)는 반응에는 참여하지 않으면서 클링커 화합물 형성을 촉진하는 물질을 말하며 불화물(fluorides)이 특히 광화제로써 효과가 높음.
.광화제를 이용하여 킬른 내 클링커 형성에 필요한 소결영역의 온도를 저하시키면 연료 에너지 수요가 감소될 수 있음.
.현대식 킬른에서는 소결영역 온도를 200℃ 정도 낮추면 연료 에너지를 5%까지 절감할 수 있음.
.킬른 투입물 속에 불소 1% 정도까지의 불화물 함유는 클링커의 성분을 변경하지 않으면서 소결 영역의 온도를 약 150℃ 정도 낮출 수 있음.
2 생산원료 이송방법개선(2013년) 소성공정 다운로드
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
499.6 백만원 1400 백만원 2.8 년
[현황 및 문제점]
· 현재 Blending Silo에서 Preheater로 원료을 이송할 때 Air Lifter방식을 이용하여 원료를 분체이송함
· Air Lifter는 원료의 이송능력은 떨어지나 고공(높은 곳)으로 이송할 수 있는 능력이 있는 반면에 전력을 과다하게 소모

[개선방안]
· Air Lifter 및 관련 부속설비(Blower, 관련배관등)를 철거하고 Bucket Elevator를 설치하여 소요전력 감소
· Bucket Elevator는 과거 Steel 재질로 제작되었으나 현재는 기술력의 향상으로 고무 Belt로 Bucket을 제작할 수가 있어 자체
하중의 감소로 이송할 수 있는 높이가 증가하고 이송능력 향상
3 볼밀의 운전 매개변수 최적화 시멘트 분쇄공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
약 13 백만원 1~2 kgCO2/t_시멘트
. 시멘트 생산공장에서 전체 밀의 약 60%에서 볼 밀을 사용하고 있음.
. 가동 매개변수 최적화는 추가적인 자본 투자가 거의 필요 없기 때문에 매력적인 대책이 될 수 있음.
. 에너지 절감 잠재력이 있는 매개변수는 부하수준, 회전 속도, 볼 충진의 조합, 라이닝 설계와 분리기의 조정 등이 될 수 있음.
. 입자 사이즈 분포의 결정에 의해 전기에너지 절감 잠재력이 파악될 수 있음.
. 단, 상기 매개변수들 간의 복잡한 상호작용이 최적화 수준을 결정하는데 있어 주요 장애물이 될 수 있음.
. 가동에 대한 신뢰성을 보증하면서 볼밀의 에너지 수요를 줄이기 위해서는 분쇄 챔버 내부의 프로세스에 대한 이해도를 높여야 함.
. 볼 밀에 대한 시뮬레이션 및 모델링은 보다 많은 지식을 얻는데 효과적인 방법인 것으로 입증되었음.
4 A.Q.C 배기가스 폐열회수에 의한 Energy 절감 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
0.04 % 43.4 백만원 70 백만원 1.6 년 24.0 t/C년
[현황 및 문제점]
· A.Q.C 배기가스는 집진장치를 통과하며 분진이 제거된 후, Clinker의 생산부하량에 따라 변동이 있긴 하지만, 고온의 가스로 많은 열량이 stack을 통하여 대기로 방출되고 있음

[개선방안]
· A.Q.C stack에서 고온(약 260[℃])의 이물질이 제거된 배기가스의 열량을 Economizer를 설치하여 회수할 수 있도록 함
5 Bag Filter I.D.F 회전수 제어 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
51.4 백만원 400 백만원 7.8 년
[현황 및 문제점]
· B/F I.D.F는 에너지 절약설비인 인버터를 설치하여 운전하였으나, Kiln 로압 신호로 회전수 제어 시 Signal Delay에 의해 로압이 흔들리는 경우가 발생하여 사용하지 않고, 흡입댐퍼를 조절하여 운전 중
· 현재 가동 중인 B/F I.D.F의 Damper 교축으로 인해 압력손실이 발생 (불필요 전력 증가)

[개선방안]
· 고정주파수는 댐퍼개도 60(%) 미만일 경우의 압력(가중평균값)값으로 산출하고, 미세 압력변동은 흡입댐퍼로 조절
· 인버터 Mode1 주파수는 댐퍼개도 90(%) 이상, 60(%) 미만의 B/F 출구 압력 실적데이터를 Fan 성능곡선도에 의한 분석으로
선정하였으므로, 개선 시 현장여건 및 운전상황에 따른 주파수 테스트를 통해 적정 주파수 선정을 권장
6 Coal Mill I.D.F 운전관리 개선 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
33.1 백만원
[현황 및 문제점]
· 유연탄을 미분탄으로 가공하기 위해 Mill을 보유하고 있으며, 각 Mill에는 호기별 I.D.F가 설치되어 운전 중
· Kiln의 Air Quenching Cooler 배출공기 일부를 건조용 Hot Gas로 사용중이며 미분탄 생산량 관리에 따라 동시 가동대수가 변동

[개선방안]
· 미분탄 생산량 관리에 따른 #2 Coal Mill 정지 시에도 #2 I.D.F의 댐퍼를 약 20(%)로 수동조작하여 운전
· 개별라인으로 설치되어 타호기에 영향이 없으나 I.D.F를 추가 가동하여 FAN 소비전력 증가
7 Kiln 방산열 손실감소(2013년) 소성공정 다운로드
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
110.8 백만원 300 백만원 2.7 년
[현황 및 문제점]
· Kiln 본체의 표면온도가 높고 열정산에서 방열, 전열 및 기타 손실열이 5.0% 이상으로 에너지 손실이 크게 발생함으로 단열 및
열 회수 대책 필요

[개선방안]
· 외부 단열시는 본체온도 상승으로 로체 강도저하 및 제품에 영향을 줄 수 있으므로 단열시공보다는 본체 상반부에 COVER를
설치하여 방열되는 열을 이용하여 1차연소용공기 또는 Calciner 4차공기 온도를 상승하여 공급한다면 연료절감이 가능함
8 Raw Mill 원료 이송설비 대체(2014년) 소성공정 다운로드
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
99 백만원 1000 백만원 10.1 년
[현황 및 문제점]
· Raw Mill에서 분쇄한 석회석을 silo 로 이송하기 위하여 363.9(kWh)가 소비

[개선방안]
· 원료 이송설비를 belt conveyor(수평이송)와 bucket elevator(수직이송)로 대체
9 RDF 혼소 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
약 7 억원
·시멘트 공장에서 화석연료를 대체하여 RDF를 사용할 수 있는데, 시멘트 킬른의 온도와 체류시간이 다이옥신이나 퓨란 등의 배출 문제를 발생시키지 않을 만큼 충분이 높기 때문에 이것은 우수한 폐기물 관리 대책이 될 수 있음.
·대체연료를 효과적으로 활용하기 위해서는, 가연성 폐기물이 수집, 저장 및 적절한 크기로 조정되어야 할 필요가 있음(대다수
선진국에서 그러한 활동은 지방 정부 또는 지자체의 책임으로 되어 있음).
·RDF와 플랜트 설계의 특징에 따라서, 처리된 RDF는 킬른 또는 하소기에 투입될 수 있음.
10 다단예열기 및 예비소하소기를 갖춘 건식 킬른 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
233~284 kgCO2/t-클링커
기존에 운영되고 있던 4단 SP 킬른시스템을 5단 NSP 킬른 시스템으로 개조함.
11 단일-채널 버너를 현대식 다중-채널 버너로 개조 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
운영비 절감 : 0.08~0.25유로/t_클링커 개조 : 5억~7억원 2.5~7 kg_CO2/t_클링커
. 일차공기비는 찬 버너 공기와 총연소공기의 비율을 말함.
. 일차공기는 버너로 유입되는 공기이며, 이차 연소공기와 삼차 연소공기는 클링커 쿨러에서 600~1000℃로 예열되어 각각 킬른과 하소기로 유입됨.
. 단일-채널 버너를 다중-채널 버너로 교체하여 일차 공기 비율을 줄이면, 쿨러로부터 고온 연소공기를 더 많이 가져올 수 있으며
이에 따라 연료 에너지 필요량이 줄어들게 됨.
. 단일-채널 버너는 20~25%의 일차공기 비율을 필요로 하는 반면, 현대식 다중-채널 버너는 약 10~12%의 비율로 운전됨.
. 예비하소기가 장착된 킬른에서 일차공기비율이 5~10% 정도 감소되면 연료 에너지는 50~80 MJ/t_클링커 정도 절감할 수 있음.
12 사이클론 시스템을 개조하여 압력강하를 줄임 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
약 104 억원 0~1 kgCO2/t_클링커
. 압력강하가 낮은 최신 사이클론은 배출가스 팬시스템의 전력 소비를 줄일 수 있음.
. 킬른의 조합원료가 일정하게 분리될 수 있도록 사이클론의 구조를 최적화시키면 압력강하를 줄일 수 있음.
. 압력 손실을 1hPa 감소시킬 때마다 0.12-0.15 kWh/t_클링커 정도 전력 소비를 감소할 수 있음. 구형의 기존설비는
0.6-1.5 kWh/t_클링커까지도 절감 가능.
13 산소 부화 연소 기술 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
약 65~130 억원 10~20 kgCO2/t_클링커
. 클링커 소성 공정에서 산소부화 연소공기를 사용하면 일반 연소 공기 사용시와 비교하여 에너지 효율을 개선하고, 생산 용량을
증대시키고, 열량이 낮은 폐기물 연료의 화석연료 대체율을 높일 수 있음.
. 따라서 온실가스 배출이 줄어들고 연소 가스내 질소 비율이 줄어 화염 온도가 상승하고 화염이 더 짧고 더 밝아지는 장점도 있음.
. 그러나 킬른 내화물의 손상이 증대되고, 소결 영역에서 NOx 형성이 증가하여 NOx 배출이 증가하는 단점도 있음.
14 석회석 대체제로 전기로제강 슬래그 사용 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
약 2~5 억원 약 11% 감축
. 텍사스 인스트루먼트가 개발한 시스템.
. 철강산업의 전기아크로 제강 슬래그를 킬른에 투입하여 석회석 사용을 줄이는 기술로, C3S를 포함하고 있는 제강슬래그가 석회석보다 더 용이하게 프리 라임(free lime)으로 전환될 수 있다는 특징을 이용한 것임.
. 제강 슬래그를 분쇄할 필요가 없다는 것이 장점이나 2인치 크기의 덩어리 형태로 킬른에 투입되어야 함.
. 투입 위치에 따라서 열에너지 절감도 가능함.
. 슬래그 내부 라임은 이미 하소되었으므로 CO2 배출을 줄일 수 있으며 하소에 필요한 연소에너지(1.6 MBtu/t_클링커)도 줄일 수 있음. 계산 예로 10% 슬래그 투입 시 연소 에너지 절감량은 0.16 MBtu/t_클링커, 온실가스 배출 감축은 약 11% 정도가 됨."
15 연료 물성의 최적화 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
. 올바른 연료의 선택, 석탄 입자 사이즈 최적화, 킬른 시스템 외부에서 연료의 부분 또는 완전 건조 등의 대책은 킬른 시스템의
에너지 효율을 향상시킬 수 있음.
. 이들 옵션의 적용가능성은 무엇보다도 다양한 연료의 활용성 및 비용, 기후, 공간 및 기타 기반시설의 활용성 등에 따라 달라짐.
. 인도에서는 태양열 건조로 갈탄의 수분 함량을 35%에서 18%까지 감소시킴.
16 연소 시스템 개선 소성공정
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 상세표입니다.
절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
$1.0/t_클링커생산용량 2~3 년
. 개선된 연소 시스템은 화염의 모양, 연료 및 연소공기의 혼합, 과잉공기 사용 줄이기 등을 최적화하는 것을 목표로 하는데 이같은
효과를 위해 여러 가지 기술이 개발되어 있음.
. 그 중 한 가지는 Gyro-Therm 기술로 이 기술은 가스 화염의 품질을 향상시키고 NOx 배출을 감소시킬 수 있는데, 가스버너 또는 가스/석탄 혼용 버너에 적용될 수 있음.
. Gyro-Therm 버너는 특허 등록된 ‘precessing jet’기술을 사용함.
. 이 기술은 에너지 소비량을 절감할 수 있는 것 이외에도 NOx 배출을 30~70% 감소시키고 생산성은 5%이상 증대시키는 것으로 보고 되었음."
17 예열기 사이클론 단수 추가 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
약 65 ~104 억원 6~8 kgCO2/t_클링커
. 사이클론 단수를 증대시키면 더 많은 폐열 회수를 통해 배출가스 온도를 저하시킴으로써 에너지 절감을 달성할 수 있음.
. 킬른 배출가스는 원료밀에서 원료를 건조시키는데 사용되므로 킬른 예열기는 원료밀에서 요구되는 열의 양에 기초하여 설계됨.
따라서 사이클론 단수 추가는 원료밀의 열 요구량을 함께 검토하여 결정되어야 함.
. 일반적으로, 6단 사이클론 예열기의 배출가스 온도는 약 280℃, 5단은 약 310℃, 4단은 약 350℃, 3단은 500℃를 넘어감.
. 기존 예열기 설계가 매우 보수적이어서 원료의 수분함량이 설계시 고려했던 것보다 더 낮을 때 예비하소기에서 2차연료 투입량이 많아 예열기의 배출가스 온도가 높아졌을 때만(50℃ 정도까지 높아질 수도 있음) 사이클론 단수 증대가 타당성이 있음.
18 예열기가 장착된 킬른에 예비하소설비의 추가 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
$9.4~28/t_클링커 5 년 38~47 tCO2/t_클링커
. 기존의 예열기 킬른은, 예열기 단수 추가가 가능한 경우 예비하소기(precalciner)를 추가하여 다단 예열기/예비하소기 킬른으로 개조될 수 있음.
. 일반적으로 예비하소기의 추가는 플랜트의 용량을 증대시키고, 연료소비원단위와 NOx 배출을 감소(예비하소기에서 연소 온도가 저하되는 것에 기인 함)시킬 수 있음.
. 연료 절감효과는 기존 킬른의 효율과 새로운 공정 매개변수(예비하소의 정도, 쿨러 효율 등)에 따라 크게 달라짐.
19 원료 공급배관 단열시공(2013년) 소성공정 다운로드
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
479 toe/년 0.05 % 96 백만원 60 백만원 0.6 년 1,860 tC/년
[현황 및 문제점]
· Raw Mill에서 공급되는 원료는 원료이송 Blower에 의해 100m 높이의 Pre-Heater 상단으로 공급
· 원료이송 배관은 나관으로 외기에 노출되어 있어, 고온의 원료가 Pre-Heater 상단으로 공급되는 과정에서 냉각되어 공급됨
· 원료공급 배관이 주위의 풍속에 의해 실내에서보다 방열손실이 심함
[개선방안]
· 연료공급 배관의 보온시공을 통해 방열 손실을 줄이고 원료공급 온도를 높게 유지하여 Coal 사용량을 절감
20 원료이송 Blower를 고효율 인버터내장 터보타입으로 교체 소성공정
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 상세표입니다.
절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
1533 toe/년 0.04 % 131 백만원 520 백만원 4 년 721 tC/년
[현황 및 문제점]
· 현재 사용중인 원료이송 BLOWER는 ROOTS 타입으로 풍량조정이 불가능하고 저효율타입으로 소비전력이 큼
· 일반적으로 ROOTS BLOWER는 TURBO BLOWER에 비해 효율이 20~35% 정도 낮고 토출압에 상관없이 풍량이 일정해 다양한
제어가 어려움

[개선방안]
· (1안) 고효율 인버터타입 터보 BLOWER로 교체+ 전용 감압용 변압기 설치
· (2안) Line별 1대씩 고압 인버터설치후 이송량에 적합한 최적풍량 제어실시
21 유동층 킬른 시스템 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
27 kg_CO2/t_클링커
. 유동층 킬른은 기존의 로터리 킬른과는 완전히 다른 유동층기술에 기초한 새로운 킬른 유형임.
. 이 킬른에서는 미분탄 및 원료가 주입되어 유동층 시스템에서 미세한 가루형태의 클링커가 만들어짐
22 적절한 실링 및 실 교체 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
6,800 만원
. 실(seal)은 의도치 않은 공기가 킬른으로 유입되거나 킬른 밖으로 빠져나가는 것을 줄일기 위해 킬른의 입구와 출구에 사용됨.
. 킬른 출구에서의 누출은 버너의 연소효율을 낮추고 열 손실을 증대시키기 때문에 특히 중요하게 관리해야 하는 부분임.
. 공기 누출은 적절한 실(seal)을 채택하여 관리할 수 있는데 일반적인 유형으로는 공압식 실, 박판형-실, 스프링타입-실 등이 있음.
. 실은 10,000~20,000 시간 정도까지 계속 사용될 수 있지만, 누출을 줄이기 위해 정기적인 점검이 필요할 수도 있음.
23 킬른 셀 열 손실 줄이기 소성공정
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 상세표입니다.
절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
0.25 달러/t_클링커 1 년 11~38 kg_CO2/t_클링커
. 절연성이 우수한 내화물은 열손실을 줄일 수 있는데 내화물의 선택은 벽돌의 절연특성, 코팅의 발현, 유지 능력을 고려해야함.
. 코팅은 열 손실을 줄이고 소성 영역의 내화벽돌을 보호하는데 도움을 줌.
. 개선된 킬른-내화물의 사용은 킬른의 신뢰성을 향상시키고 운전중지시간을 줄여주며 생산비용을 상당히 감소시키고 가동시작
시에 필요한 에너지의 양을 줄일 수 있음.
24 킬른배가스 폐열 회수 발전_스팀사이클 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
약 2 억원
. 로터리 킬른 예열탑에서 발생하는 배가스의 폐열을 이용해 스팀을 생산하고 클링커 쿨러 냉각공기 폐열을 회수하여 스팀 생산한 후 이들 스팀으로 터빈을 가동하여 전력을 생산함.
. 발전 용량은 6 MW 규모임.
25 킬른배가스 폐열 회수 발전_유기랭킨사이클 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
약 54 억원
. 클링커 쿨러 냉각공기 폐열을 회수하여 유기랭킨사이클을 통해 펜탄 증기를 만들고 이를 이용해 터빈을 가동하여 전기를 생산함.
. 유기랭킨사이클은 물보다 증발 온도가 낮은 유기물질을 작동유체로 사용하며 설계가 간소하고 터빈효율도 80-85%까지 가능함.
. 발전 용량은 1 MW 규모임.
26 킬른에 하수슬러지 활용(2013년) 소성공정 다운로드
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 상세표입니다.
절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
1579(toe/년 0.2 % 6,687 백만원 6,000 백만원 0.9 년 6,469 tC/년
[현황 및 문제점]
· 시멘트 KILN 특성을 고려한 경제성 있는 대체연료 개발 필요
· 해양투기 금지로 새로운 처리방법이 필요한 하수슬러지가 대체연료로 부상

[개선방안]
· KILN에 하수슬러지를 대체연료로 활용하여 Coal 사용량 절감
27 폐열보일러에 절탄기 추가설치(2013년) 소성공정 다운로드
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
283 toe/년 0.03 % 105 백만원 300 백만원 2.9 년 580 tC/년
[현황 및 문제점]
· 폐열보일러 급수온도가 63.8℃로 비교적 낮게 관리되고 있음
· 폐열보일러 급수 가열을 위한 고온의 폐열원이 없음

[개선방안]
· 폐열보일러와 Dust Collector 연결 덕트에 Economizer를 추가 설치하여, 폐열보일러 급수 승온
28 폐열회수 발전 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
205~342 억원
. 시멘트 킬른으로부터의 폐열은 보통 원료 및 연료의 건조를 위해 사용되나, 원료의 수분함량 및 쿨러 기술에 따라서 킬른 가스
(예열기 배출가스)와 쿨러 배출공기로부터 추가적인 폐열을 회수하여 전력 생산에 활용할 수 있음.
. 시멘트 플랜트의 저온 폐열(200~400℃)은 발전 효율을 최대 20~25%까지로 제한하나, 폐열을 이용한 전력생산을 통해 플랜트 전력 수요의 25~30% 정도를 충당할 수 있음.
29 폐유 및 오일 슬러지를 연료로 사용 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
약 8 억원
. 폐유나 오일 슬러지는 킬른이나 하소기에서 화석연료 대체연료로 사용될 수 있음.
30 폐타이어 가스화 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
. 폐타이어는 잘게 절단될 때 또는 그 후에 가스화 될 수 있는데 가스화 로(furnace)에서 타이어가 환원 분위기에서 가열되고
열분해에 의해 생산된 가스는 킬른이나 하소기에서 대체연료로 사용될 수 있음.
. 철심과 기타 비연소성 물질은 가스화 로에서 배출되어 시스템 외부로 제거됨.
. 가스화는 타이어의 일부인 철심의 과도한 혼합에 기인한 비-균질성 구성성분 같은 문제를 해결함.
. 유동층 타입과 킬른 타입 같은 서너 가지 유형의 가스화로가 있음.
31 효율적인 클링커 쿨러 기술 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
운영비 절감 : 0~0.5유로/t_클링커 개조 : 14억~41억원 ; 완전교체 : 205억~273억원 9~28 kg_CO2/t_클링커
. 플래너터리 쿨러와 로터리 쿨러는 클링커 냉각 공기의 양을 정확하게 연소에 필요한 만큼만 사용하므로, 그레이트 쿨러와 비교해
최종 방출되는 클링커의 온도가 더 높음.
. 그레이트 쿨러는 과잉의 냉각 공기를 사용하기 때문에 클링커의 배출 온도를 더 낮출 수 있음.
. 플래너터리 쿨러 또는 로터리 쿨러와 비교하여 그레이트 쿨러는 아래와 같은 이점이 있음.
 - 12,000 t/d 까지 대용량으로 활용 가능 (기존 4,000 t/d 수준)
 - 열 회수 효율이 더 높음.
. 2세대 그레이트 쿨러의 열회수효율이 50~65% 수준인 반면, 최신 3세대 그레이트 쿨러는 70~75%까지 가능함.
. 그레이트 쿨러 사용시 킬른에서 8%까지 연료 절감이 가능함.
32 효율적인 킬른 드라이브 소성공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
. 로터리 킬른을 회전시키는 데는 상당한 동력이 사용됨.
. 에어 클러치와 동기식 모터를 가진 싱글 피니언 드라이브를 사용하면 효율을 상당히 높일 수 있음.
. 이 시스템은 킬른 구동을 위해 사용되는 동력을 수 % 정도 줄일 수 있는데, 단 자본 투자비가 약간 더 높아지게 됨.
. 더욱 최근에는 전통적으로 사용되는 DC 모터를 대체하여 AC 모터를 사용하는 것이 옹호되고 있음.
. AC 모터 시스템은 효율을 약간 더 높이면서 자본투자비는 낮출 수 있음.
33 고압 룰러 프레스 시멘트 분쇄공정
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 상세표입니다.
절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
$2.5~8/t_시멘트생산용량 7.9~19 kgCO2/t_시멘트
. 고압 롤러프레스에서는 두 개의 로러가 재료를 3,500bar까지 가압하여 분쇄 효율을 극대화시키고 전력 소비를 상당히 감소시킴.
. 기존 시멘트 분쇄 밀의 용량 증대 개조 시에 고압 롤러 프레스가 가장 빈번하게 도입되고 있으며, 특히 전기요금이 비싸거나 전력공급이 열악한 국가에서 많이 사용되고 있음
34 고효율분리기 시멘트 분쇄공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
약 33 억원 2~3 kgCO2/t_시멘트
. 분리기는 시멘트 밀에서 나온 분쇄물을 미세입자와 굵은 입자로 굵은 입자는 시멘트 밀로 다시 돌려보내는 설비임.
. 시멘트 분쇄 공정에서 에너지 절감을 위한 가장 유망한 대책 중 하나가 고효율 분리기를 사용하는 것임.
. 고효율 분기기의 특징은 최적화된 공기 배관과 추가적인 외부공기회로를 가지고 있다는 것임.
. 높은 분리 효율에 기인하여 미세 입자 분리 비율이 더 높아지고 이에 따라 밀 피드 순환량이 감소하여 처리율이 15%까지 증가함.
. 고효율 분리기는 표준 분리기를 가진 분쇄 시스템과 비교하여 에너지 원단위가 더 낮음.
. 고효율 분리기는 분쇄 에너지 요구량의 약 5-8%를 차지하여 높은 수준이지만, 전체적으로 5-15%의 에너지 절감 잠재력이 있음.
35 볼밀에서 개선된 분쇄 매체의 사용 시멘트 분쇄공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
8 년 0.7~1.2 kg_CO2/t_시멘트
. 볼 밀에서 내마모성이 개선된 재료를 분쇄 매체로 사용할 수 있음.
. 분쇄 매체는 보통 재료의 마모 특성에 따라서 선택되는데, 볼 부하 분포와 분쇄 매체의 표면 경도 증가 및 내마모성 밀 라이닝은
마모를 줄일 뿐만 아니라 에너지 절감 잠재력도 있음.
. 고크롬강으로 만들어진 개선된 볼과 라이너 이외에도 다른 재료들이 상기와 같은 특성을 보여 줄 수 있음.
. 이외에도 그루브 분급 라이너 같이, 라이너 디자인 개선을 통해 상기와 같은 효과를 얻을 수 있음
36 수직형 롤러밀과 롤러프레스를 이용한 시멘트 분쇄 시멘트 분쇄공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
약 390 억원 7~11 kg/CO2/t_시멘트
. 시멘트 생산에 사용되는 전기에너지의 40%는 시멘트 밀에서 소비됨.
. 기존 볼밀에 VRM(수직형 롤러 밀)이나 HPGR(고압 그라인딩 롤)을 추가하는 복합 분쇄방법 채택 또는 기존 볼밀을 VRM 또는
HPGR로 완전히 교체함으로써 시멘트 분쇄에 소비되는 전력을 상당히 줄일 수 있음.
. 절감 감재력은 최종 제품에 대한 품질 요건과 고유의 시스템 배치에 의해 제한을 받음.
37 시멘트 분쇄를 위한 수직형 롤러 밀 시멘트 분쇄공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
$2.5~8/t_시멘트생산용량 7.9~19 kgCO2/t_시멘트
. 시멘트 분쇄에 일반적으로 사용되는 볼밀은 시멘트의 분말도에 따라서 30~42 kWh/t_클링커 정도의 많은 에너지를 필요로 함.
. 볼밀과 일체형분리기를 수직형롤러밀(VRM)으로 완전히 교체하는 것은 매우 혁신적인 대책으로 간주됨.
. 시멘트 분쇄에서 VRM을 사용하면 분쇄와 고효율 분급을 통합하여 에너지 효율과 생산성을 향상시킬 수 있음.
38 호로밀을 사용한 시멘트 분쇄 시멘트 분쇄공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
1 년 7.9~19.8 kg_CO2/t_시멘트
. 호로밀의 개념은 이탈리아에서 1993년에 최초로 실증되었음.
. 호로밀은 실린더 내에 있는 수평형 롤러가 구동되는 방식임.
. 실린더의 움직임에 따라 발생되는 원심력이 실린더의 내부에 균일하게 분포되는 층을 만들고 이 층이 700~1000 bar 압력의
롤러 프레스를 통과하게 되며, 분쇄된 제품은 더스트 필터에 포집됨.
. 호로밀은 한 번에 최종 제품을 생산할 수 있는 컴팩트 밀이므로 자본투자비용이 상대적으로 낮음.
39 볼밀에 대한 예비분쇄로서 고압 롤러 프레스 사용 시멘트 생산공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
37 억원 6~19 tCO2/t_시멘트
. 시멘트 분쇄에서 전력 소비 원단위를 낮추고 밀 생산량을 증대시키기 위해 볼밀 공정에 앞서 예비-분쇄 단계로 고압 롤러 프레스를
도입할 수 있음.
. 고압 롤러 프레스 사용으로 시멘트 밀의 분쇄 용량이 약 30% 정도 증가함
40 수재 고로 슬래그 사용으로 시멘트의 클링커 함량 줄이기 시멘트 생산공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
68~137 억원 100~430 kg_CO2/t_시멘트
. 시멘트 톤당 클링커 사용량을 줄임으로써 연료 연소에 따른 CO2 배출과 석회석 탈탄산반응에 따른 공정배출을 부분적으로 줄일 수 있음.
. 고로슬래그 혼합 및 미분쇄를 위해 추가 전기가 필요하고 건조를 위해 연료가 더 필요할 수 있으나 이같은 추가 에너지는 클링커
생산 감소에 따른 에너지 절감으로 대부분 상쇄될 수 있음.
41 클링커 대체재로 석회석 사용하기 시멘트 생산공정
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 상세표입니다.
절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
110~164 억원 연료 : 50~140 kg_CO2/t_시멘트전기 : 6~16 kg_CO2/t_시멘트
. 클링커/시멘트 비율을 줄이는 매우 간단하고 효율적인 방법은 석회석을 소량 또는 대량으로 클링커와 혼합하여 분쇄하는 것임.
. 석회석은 분쇄가 쉽고 일반적으로 시멘트 공장에서 용이하게 활용할 수 있다는 장점이 있음.
. 클링커의 일부를 석회석으로 대체하면 연료 연소 및 석회석 탈탄에 따른 CO2 배출을 줄일 수 있음.
42 포졸란을 포함한 시멘트 시멘트 생산공정
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 상세표입니다.
절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
109~164 억원 대체된 클링커 톤 당 0.52 tCO2의 배출 저감 가능
. 포졸란은 규산질 또는 규산-알루미나질 성분의 물질로써 정의되는데, 미세하게 분쇄된 포졸란 물질은 수분이 있을 때 대기 온도에 용해된 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 반응하여 강도가 발현되는 칼슘 실리케이트 및 칼슘 알루미네이트 화합물을 형성함.
. 일반적으로 반응성 이산화규소의 함량이 25% 이상이면, 시멘트의 주요 성분으로써 포졸란을 사용할 수 있음.
. 포졸란을 주요 성분으로하는 시멘트의 생산에서는 파쇄, 건조 및 미분쇄, 시멘트 클링커와 포졸란 물질의 혼합분쇄 또는 혼합 같은 전처리가 수행됨.
43 플라이애시 사용으로 시멘트의 클링커 함량 줄이기 시멘트 생산공정
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 상세표입니다.
절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
109~164 억원 연료 : 50~140 kg_CO2/t_시멘트전기 : 8~19 kg_CO2/t_시멘트
. 플라이애시를 포함하는 시멘트를 생산함으로써 시멘트의 클링커 함량을 줄이고 이에 따라 연료 연소에 따른 CO2 배출과 석회석
탈탄산반응에 따른 공정배출을 줄일 수 있음.
. 플라이애시는 미분탄을 연소하는 로의 연도가스에서 먼지 같은 입자를 제거하기 위한 기계적 집진공정 또는 전기집진기로부터
얻을 수 있음.
. 플라이애시 혼합을 위해 추가적으로 전기가 필요함.
. 플라이애시는 대부분 분쇄가 필요 없으므로 분급기(classifier)에 직접 추가될 수 있어 시멘트 분쇄 공정에 필요한 전기 소비량을 줄이는데 기여함.
44 고효율 롤러 밀 원료준비공정
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 상세표입니다.
절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
5.5 달러/t_원료 4.7~5.5 kg_CO2/t_원료
. 시멘트 산업에서 볼밀은 원료, 연료, 제품 분쇄에 일반적으로 사용되는데 이는 잘 확립된 기술을 사용하고 몇 가지 이점을 제공할
수 있지만 에너지 소비량이 상당히 높은 설비임.
. 적절한 유형의 보다 더 효율적인 롤러 밀 기술을 사용함으로써 제품 품질에는 영향을 주지 않으면서 상당량의 에너지 절감을 달성할 수 있음.
. 특히 수직형 롤러 밀은 상대적으로 전력 소비량이 적고(10kWh/t 미만) 분쇄/건조/분리를 결합할 수 있으며 질량 유속의 변동성을 보다 잘 커버할 수 있다는 장점이 있음.
. 수평형 롤러밀은 볼밀에서 사용되는 에너지의 65~70%만 사용하고 롤러프레스의 경우 볼밀에서 사용되는 에너지의 50~60%를 사용함.
45 석탄 분쇄를 위한 고효율 분리기/분급기 원료준비공정
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 상세표입니다.
절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
0.01달러/t_클링커 1.3 kg_CO2/t_석탄
. 분리기와 분급기는 보다 큰 입자를 밀로 되돌려 보내서 더 분쇄시키기 위해 필요한 장치임.
. 고효율의 분리기 또는 분급기는 더 큰 입자를 더 정확하게 분리하여 과도한 분쇄를 줄이고 밀 에너지 소비량을 감소시킬 수 있음.
. 볼밀용 외부형 분리기를 고효율 외부형 분리기로 교체하면, 밀에서의 에너지 소비량이 감소되고 밀 용량이 증가될 수 있음.
46 에너지 효율적인 수송 시스템(건식공정에만 해당) 원료준비공정
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 상세표입니다.
절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
$2.7/t_원료
. 시멘트 사업장에서 이송시스템은 킬른 투입원료, 킬른먼지, 분쇄된 시멘트 등과 같은 분말 상태의 물질을 이송시켜야 함.
. 이들 물질은 보통 공압식 또는 기계식 컨베이어를 이용해 이송할 수 있음.
. 기계식 컨베이어는 공압식 시스템보다 더 적은 에너지를 사용하므로, 기존의 공압식 시스템을 기계식 컨베이어로 교체함으로써
에너지 절감 가능
. 신뢰성 향상과 예상치 못한 가동중지를 줄이기 위해서 컨베이어 시스템을 교체해야 한다면 기계식 컨베이어로 전환하는 것이 비용효과적임.
47 원료의 구성성분별 분리 분쇄 원료준비공정
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 상세표입니다.
절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
48 억원 0.7~1 kg_CO2/t_클링커
. 조합원료 속에 있는 다양한 구성물질은 일반적으로 분쇄성이 서로 다르기 때문에 모든 구성성분의 통합 분쇄시 미분쇄가 어려운
성분으로 인해 에너지 소비 원단위가 더 높아지고 처리능력은 떨어지게 됨.
. 따라서 분쇄가 어려운 원료 성분은 분리하여 분쇄하는 것이 에너지 효율적일 수 있음.
. 모래나 슬래그는 전통적인 원료물질보다 더 분쇄가 어렵고 연마성이 크기 때문에 분리 분쇄가 유리함.
. 슬래그는 사용량이 많기 때문에 분리 분쇄가 바람직하고, 이때 수직형 밀이나 별도의 볼밀을 사용하는 것이 유용함.
48 조합 원료 이송을 위한 버킷 엘리베이터 원료준비공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
0.23달러/t_클링커 생산용량
. 조합원료를 원료밀에서 균질화 사일로 및 킬른-피드로 수송하는데 사용되는 공압이송시스템을 기계적이송시스템으로 교체하면 전력 소비를 줄일 수 있음.
49 중력 타입 블렌딩 사일로 원료준비공정
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 상세표입니다.
절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
35달러/t_사일러용량 0.8~2 kg_CO2/t_원료
. 현대식 설비에 사용되는 중력-타입 균질화 사일로(또는 연속식 블렌딩 및 저장 사일로)는 전력 소비를 줄여줌.
. 이들 사일로에서는 원료가 좁은 통로를 빠져나가서 거꾸로 된 원뿔의 도움으로 혼합됨.
. 중력-타입 사일로는 공기-유동화 시스템만큼의 블렌딩 효율은 제공하지는 않지만, 더욱 최신의 플랜트 일수록 중력-타입 사일로를 선호하는데, 이들 사일로가 상당한 전력 소비 절감을 실현시켜 주기 때문임.
50 클링커 생산 원료로 카바이드 슬래그 사용 원료준비공정
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 상세표입니다.
절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
약 47 억원 184,000tCO2/년
. 칼슘카바이드 잔여물(CCR)로 알려진 카바이드 슬래그는 칼슘카바이드의 가수분해에 따른 부산물로, 에틸렌, PVC 및 기타제품
생산에서 고형폐기물로 발생됨.
. 현재는 회수 가치가 없어 일반적으로 매립되고 있음.
. 일부 공장은 시멘트 생산을 위한 대체원료로 이 슬래그를 사용하기도 하는데 사용비율이 조합원료의 68%까지 이르는 곳도 있음.
. CCR을 사용하기 위해서는 건조 및 분쇄와 같은 전처리가 필요하며, 그 후에 나머지 원료들과 혼합되어 전통적인 공정 흐름에 따라 처리됨.
51 고효율 그레이트 쿨러로 전환 클링커 냉각공정
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 상세표입니다.
절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
14~41 억원 1~2 년
. 그레이트 쿨러는 클링커로부터의 열회수 공정과 통합되어 있기 때문에 고효율로 운전되는 그레이트 쿨러는 폐열 손실을 줄이고
공정 단계에서 연료 사용을 감소시키게 됨.
. 그레이트 굴러는 두 가지 장점이 있는데 첫째는 대용량 킬른 사용을 가능케하는 대용량을 가질 수 있으며, 둘째는 쿨러를 떠나는 클링커의 온도를 83℃까지 저하시킴으로써(기존 플래너터리 쿨러의 경우 120~200℃ 정도 수준) 효율적인 열회수를 가능하게 함.
. 현대식 그레이트 쿨러는 더 오래된 변형 설비보다 효율이 높고 열회수 효율을 65% 이상까지 증가시킬 수 있으며 킬른 생산성도
향상시킬 수 있음.
52 회전 디스크 클링커 쿨러 클링커 냉각공정
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 상세표입니다.
절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
. 철강산업에서 수년 동안 사용되었던‘회전 디스크’원리에 따라 작동하는 링커 쿨러는 최근에 CemPro Tec에 의해 도입되었고,
5세대 쿨러로 간주되고 있음.
. 이 쿨러는 순회하는 그레이트를 회전 디스크로 대체했는데, 디스크가 완전히 1회전하는데 약 30분이 걸리고, 클링커 쿨러의 운반 효율을 향상시킬 수 있음.
. 고정된 그레이트가 쿨러의 입구에 설치되어 킬른 출구와 90% 각도에 위치하게 되는데, 이것이 킬른과 클링커 쿨러의 센터 라인 불일치 그리고 쿨러의 폭에 걸쳐서 클링커 입자 사이즈의 분리 등에 의해 유발되는 문제점을 제거함.
. 이 새로운 유형의 쿨러는 아직 완전한 규모의 가동에서는 입증되지 않았음.