킬른 입구 시스템으로 클링커 소성 프로세스를 향상시킨 Calcia

시멘트 플랜트의 킬른 입구에 설치되는 프로세스 가스 분석기의 주요 역할은 다음과 같습니다.

• 킬른 회전부에서 프로세스 가스 조성 측정

• 킬른 버너 입구의 과잉 공기(O₂) 비율 제어

• 일산화탄소(CO) 농도 및 연소 품질 제어

• 배출가스 및 온도 제어를 위한 NO 및 NO₂ 농도 모니터링

• 휘발성 황 화합물(SO₂) 모니터링

• 버너 제어, 연료 및 원료 배합 조정, 프로세스 가스 제어를 위해 상기 가스의 농도 정보 제공

이러한 기능 외에도 일부 고객들은 킬른 내 염화수소(HCl) 농도를 측정하여 내부 염소 순환에 대한 정보를 제공하는 분석 시스템 기능을 활용하고 있습니다. 이를 통해 플랜트 운영자들은 높은 염소 휘발성으로 인해 발생하는 막힘 문제를 줄일 수 있으며, 염소 바이패스 가스의 체적 유량을 제한하여 HCl 배출량을 낮게 유지하는 데도 도움이 됩니다.

분진 농도가 최대 2,000 g/m3에 달하고 온도가 1,400 °C에 근접하는 극한 환경에서 측정을 수행하는 것은 매우 어려운 과제입니다. 그러나 SCP3000 고온 가스 샘플링 프로브는 수냉식 구조와 매우 효과적인 자가 세정 기능을 갖추고 있어 킬른 입구에서 신뢰성 높은 가스 샘플링 솔루션을 제공합니다. 특수 설계와 고압 역세정 시스템 덕분에 분진 농도가 높고 다량의 염소 및 황 화합물을 포함한 킬른 가스 환경에서도 프로브 막힘을 방지할 수 있습니다. 최적화되고 보강된 프로브 가스 유입구는 가스 흐름의 반대 각도로 설치되어 있어 분진과 입자가 샘플링 시스템 내부로 직접 유입되는 것을 최소화합니다. 이를 통해 2.5~4미터의 길이로 제공되는 고내식성 프로브 튜브를 마모와 막힘으로부터 효과적으로 보호할 수 있습니다.

엔드레스하우저는 통합형 가스 추출 프로브 및 분석기 솔루션을 제공하는 몇 안 되는 공급업체 중 하나입니다. 또한 고온 습식 측정 기술을 기반으로 시멘트 킬른 입구에 설치되는 가스 분석기와 관련해 오랜 경험을 쌓아 왔습니다. 시멘트 제조업체들은 MCS300P HW 다성분 가스 분석기와 비분산 적외선(IR) 광도계를 이용하여 IR 영역에서 최대 6개의 활성 가스 성분과 산소를 동시에 측정할 수 있습니다. 킬른 입구에는 일반적으로 O₂, CO, CH₄(천연가스 사용 시), NO, CO₂와 같은 모든 연소 관련 가스 성분과 SO₂, HCI, NH₃와 같은 프로세스 파라미터를 측정하도록 분석 시스템을 구성합니다. 고온 습식 측정 기술 덕분에 샘플링 프로브부터 가스 분석기까지 전체 가스 경로가 완전히 가열되기 때문에 추출된 가스가 항상 이슬점 이상의 온도를 유지하여 응축수에 의한 산 부식이나 배관 막힘과 같은 문제를 줄일 수 있습니다. 또한 가스 샘플을 냉각하지 않기 때문에 NH₃, HCl, SO₂와 같은 수용성 성분도 별도의 가스 처리나 복잡한 계산 없이 단일 셀에서 측정할 수 있습니다. 추가적으로 SICK의 고온 습식 기술은 프로세스 가스에서 부식성 SO₂를 제거하기 위해 가스 냉각기, 특수 산 필터, 수분 트랩, 과산화수소 주입 시스템과 같은 부대 설비가 필요하지 않습니다. 그 결과 유지보수 작업과 소모품 사용량을 크게 줄일 수 있습니다.

SCP3000 고온 가스 샘플링 프로브와 MCS300P 다성분 고온 습식 가스 분석기의 조합은 높은 가스 온도, 높은 분진 부하 그리고 부식성 가스가 존재하는 환경에서도 복잡하고 유지보수 부담이 큰 샘플 컨디셔닝 시스템 없이 시멘트 플랜트의 킬른 입구 가스 측정 과제를 해결할 수 있도록 지원합니다. 분석 시스템에 자동 세정 및 자동 보정 기능이 있어 높은 가동률을 보장하고, 가스 샘플 준비 과정이 매우 복잡하고 유지보수가 어려운 기존의 저온 건식 측정 기술 기반 시스템에 비해 운영 비용이 크게 절감됩니다. 그 결과 고온 습식 측정 기술의 운영 비용은 저온 건식 측정 기술 기반 시스템보다 최대 40%까지 낮을 수 있습니다. 이 시스템은 황 함량이 높은 연료(예: 석유 코크스)와 다양한 대체연료(폐타이어, RDF, 폐유, 목재 칩, 의료 폐기물 등)에 최적화되어 있어 혹독한 측정 환경에서도 높은 신뢰성을 유지할 수 있습니다.

©Endress+Hauser

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향후 Calcia는 킬른 입구 프로세스 가스 분석 시스템의 가동률을 더욱 향상시키기 위해 엔드레스하우저의 새로운 디지털 서비스인 Condition Monitoring 솔루션을 도입할 계획입니다. Monitoring Box는 계기 및 플랜트의 상태와 애플리케이션을 연속적으로 모니터링하기 위한 디지털 솔루션입니다. 연결된 계기의 핵심 데이터는 게이트웨이를 통해 수집되어 암호화된 후 이동통신망, LAN 또는 Wi-Fi를 통해 안전한 클라우드 호스트로 전송되어 추가 처리됩니다.

상태 기반 유지보수는 가스 분석기, 샘플링 시스템 그리고 수냉식 가스 추출 프로브 튜브 냉각 시스템이나 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC) 같은 기타 보조 설비를 포함해 전체 시스템의 상태를 나타내는 모든 핵심 파라미터를 모니터링합니다.

수집된 데이터는 Condition Monitoring 웹 애플리케이션에서 확인하고 분석할 수 있습니다. 계기 상태의 중요한 변화가 계속 모니터링되기 때문에 유지보수 담당자가 적시에 개입하여 시스템 가동을 유지할 수 있습니다. 이처럼 Condition Monitoring 서비스는 설비 가동률과 신뢰성을 향상시키고 예기치 않은 고장과 가동 중단을 방지합니다. 또한 서비스 계약에 따라 엔드레스하우저가 연결된 계기를 직접 모니터링하는 것도 가능합니다.

이러한 정보를 통해 문제가 실제로 발생하기 전에 미리 파악할 수 있으며, 운영자 입장에서는 시스템 수명이 연장되고 투자 회수 기간이 단축되는 효과를 얻을 수 있습니다. 또한 이 솔루션을 통해 엔드레스하우저는 유지보수를 최적화하고 즉각적인 문제 해결을 보장함으로써 유지보수 기술자의 출장 비용과 작업 시간을 줄일 수 있습니다.

이러한 비용 절감 효과는 시멘트 제조업체에 직접적인 혜택으로 돌아갑니다. 또한 철저한 원격 점검을 통해 분석 시스템의 데이터 품질을 향상시킬 수 있고, 이러한 개선사항들은 전반적인 유지보수 효율성을 높이고 설비의 수명 연장에도 기여합니다.

SICK와 Calcia 간의 긴밀한 협력 관계 그리고 전 세계 Heidelberg Materials 그룹 계열사들과의 오랜 협력을 바탕으로 쿠브로 플랜트의 킬른 입구에는 SCP3000 가스 추출 프로브와 MCS300P 고온 습식 추출식 다성분 가스 분석기로 구성된 SCPS3300 프로세스 가스 분석 시스템이 설치되어 있습니다. 이 시스템은 시멘트 산업에서 가장 중요하면서도 까다로운 측정 작업에 가장 적합한 솔루션으로 평가받고 있습니다. 또한 보케르와 에르보의 플랜트에서도 동일한 솔루션을 도입했습니다.