JP7676849B2 - Reactor reaction calculation device and reactor reaction calculation method - Google Patents
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Description
本発明は、炉内反応の計算装置及び炉内反応の計算方法に関する。 The present invention relates to a reactor reaction calculation device and a reactor reaction calculation method.
酸化鉱石の一種であるリモナイト鉱石やサプロライト鉱石等のラテライト鉱石(ニッケル酸化鉱石)の製錬方法として、ロータリーキルンや移動炉床炉等を使用して、鉄とニッケルを主成分とする合金であるフェロニッケルを製造する乾式製錬方法が知られている。 As a method for smelting laterite ores (nickel oxide ores) such as limonite ore and saprolite ore, which are types of oxide ores, a dry smelting method is known that uses a rotary kiln or a moving hearth furnace to produce ferronickel, an alloy whose main components are iron and nickel.
ロータリーキルンによる乾式製錬方法では、原料鉱石をロータリードライヤーにて乾燥させ、付着水分を例えば15%~25%とした後、付着水が低減された乾燥鉱石をロータリーキルンの装入端から投入する。その後、ロータリーキルンの装入端から供給する石炭の燃焼熱や、ロータリーキルンの排出端に設けられた微粉炭専焼バーナー又は微粉炭と重油の混焼バーナーにより、乾燥鉱石を加熱して、乾燥鉱石を乾燥させると共に焼成を行う。 In the dry smelting method using a rotary kiln, the raw ore is dried in a rotary dryer to reduce the adhering moisture content to, for example, 15% to 25%, and the dried ore with reduced adhering moisture content is then charged into the charging end of the rotary kiln. The dried ore is then heated by the heat of combustion of coal supplied from the charging end of the rotary kiln, or by a pulverized coal-only burner or a pulverized coal and heavy oil mixed-fuel burner installed at the discharge end of the rotary kiln, to dry and fire the dried ore.
このようなロータリーキルンによる乾式製錬方法として、例えば、装入端より供給する石炭の燃焼熱やバーナーで微粉炭や重油等が燃焼して生じる燃焼熱の他に、ロータリーキルンの途中から投入した石炭の燃焼によって生じる燃焼熱を乾燥鉱石の乾燥及び部分還元に必要な熱を与える方法がある(例えば、特許文献1参照)。 As a dry smelting method using such a rotary kiln, for example, in addition to the combustion heat of coal supplied from the charging end and the combustion heat generated by burning pulverized coal and heavy oil in a burner, there is a method in which the combustion heat generated by burning coal fed into the rotary kiln midway is used to provide the heat necessary for drying and partial reduction of the dried ore (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1には、ロータリーキルンの途中に設けたスクープフィーダから石炭をロータリーキルン内に投入して、ロータリーキルンの装入端から装入したニッケル酸化鉱の乾燥鉱石を、バーナーで化石燃料の燃焼により生じる燃焼熱で焼成すると共に部分的な還元処理を施すロータリーキルンの操業方法が開示されている。このロータリーキルンの操業方法では、スクープフィーダから投入された石炭は熱分解することで揮発分と固定炭素になり、揮発分は炉内の燃焼ガスと共に装入端より排出され、固定炭素は、乾燥鉱石が乾燥・還元処理されて産出された焼鉱と共に排出端から排出される。
ここで、特許文献1に記載のロータリーキルンの操業方法のような周知の操業方法では、原料鉱石からダストが発生し、排ガスと共に炉外に排出されることが知られている。原料鉱石から発生するダストが気相(ガス相)に飛散すると、気相の組成や温度が変化し、ベッド層の反応にも影響する。そのため、ロータリーキルン等の反応炉内の乾燥鉱石等の挙動をシミュレーションする際、気相に飛散するダストの反応挙動を考慮しなければ、炉内反応を正確に計算できなかった。
Here, it is known that in well-known operating methods such as the rotary kiln operating method described in
本発明の一態様は、反応炉内のベッド層から発生するダストのガス領域での反応を考慮して、反応炉内の反応を高精度に計算できる炉内反応の計算装置を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention aims to provide a reactor reaction calculation device that can calculate the reactions in a reactor with high accuracy, taking into account the reactions in the gas region of dust generated from the bed layer in the reactor.
本発明に係る炉内反応の計算装置の一態様は、反応炉の一端側から供給した原料鉱石を他端側に向かって移動させながら、前記原料鉱石を前記他端側から供給された燃焼ガスと接触させて、乾燥させると共に還元を行う炉内反応の計算装置であって、
前記反応炉内のガス領域を流れる前記燃焼ガスを含む気相のうち、前記反応炉内の前記燃焼ガスを含むガス領域から前記原料鉱石を含むベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算するガス混合量計算部と、
前記ベッド層を移動する前記原料鉱石を含む第1ベッド層に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第2物質の前記ガス領域への移動量を除して前記第1ベッド層の物量を修正し、修正第1ベッド層を算出するベッド層物量修正部と、
前記流入ガスが除去された気相と、前記ガス領域に存在する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む第1物質との平衡反応を計算するガス領域平衡反応計算部と、
前記修正第1ベッド層と、前記流入ガスとの平衡反応を計算するベッド層平衡反応計算部と、
を備える。
One aspect of the in-furnace reaction calculation device according to the present invention is a furnace reaction calculation device in which raw material ore is supplied from one end of a reactor, and while moving the raw material ore toward the other end, the raw material ore is brought into contact with combustion gas supplied from the other end, thereby drying and reducing the raw material ore,
A gas mixing amount calculation unit calculates a flow rate of an inflow gas moving from the gas region containing the combustion gas in the reactor to a bed layer containing the raw material ore, out of the gas phase containing the combustion gas flowing through the gas region in the reactor;
a bed layer material quantity correction unit for correcting the material quantity of the first bed layer by subtracting the amount of a second material, which is included in the first bed layer and includes the raw ore moving through the bed layer and includes at least one of a solid material and a liquid material, from the amount of the second material moving to the gas region, to calculate a corrected first bed layer;
a gas region equilibrium reaction calculation unit that calculates an equilibrium reaction between a gas phase from which the inflow gas has been removed and a first substance that includes at least one of a solid substance and a liquid substance present in the gas region;
a bed layer equilibrium reaction calculation unit for calculating an equilibrium reaction between the modified first bed layer and the inflow gas;
Equipped with.
本発明に係る炉内反応の計算方法の一態様は、反応炉の一端側から供給した原料鉱石を他端側に向かって移動させながら、前記原料鉱石を前記他端側から供給された燃焼ガスと接触させて、乾燥させると共に還元を行う炉内反応の計算方法であって、
前記反応炉内のガス領域を流れる前記燃焼ガスを含む気相のうち、前記反応炉内の前記燃焼ガスを含むガス領域から前記原料鉱石を含むベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算するガス混合量計算工程と、
前記ベッド層を移動する前記原料鉱石を含む第1ベッド層に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第2物質の前記ガス領域への移動量を除して前記第1ベッド層の物量を修正し、修正第1ベッド層を算出するベッド層物量修正工程と、
前記流入ガスが除去された気相と、前記ガス領域に存在する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む第1物質との平衡反応を計算するガス領域平衡反応計算工程と、
前記修正第1ベッド層と、前記流入ガスとの平衡反応を計算するベッド層平衡反応計算工程と、
を含む。
One aspect of the method for calculating a reaction in a furnace according to the present invention is a method for calculating a reaction in a furnace, in which a raw material ore is supplied from one end of a reactor, and while moving the raw material ore toward the other end, the raw material ore is brought into contact with a combustion gas supplied from the other end, thereby drying and reducing the raw material ore, the method comprising the steps of:
a gas mixing amount calculation step of calculating a flow rate of an inflow gas moving from the gas region containing the combustion gas in the reactor to a bed layer containing the raw material ore, among the gas phase containing the combustion gas flowing through the gas region in the reactor;
a bed layer material quantity correction step of correcting the material quantity of the first bed layer by subtracting the amount of a second material, which is included in the first bed layer and includes the raw ore moving through the bed layer, from the amount of the second material, which is included in the first bed layer and includes at least one of a solid material and a liquid material, moving to the gas region, to calculate a corrected first bed layer;
a gas region equilibrium reaction calculation step of calculating an equilibrium reaction between the gas phase from which the inflow gas has been removed and a first substance including at least one of a solid substance and a liquid substance present in the gas region;
a bed layer equilibrium reaction calculation step of calculating an equilibrium reaction between the modified first bed layer and the inflow gas;
Includes.
本発明に係る炉内反応の計算装置の一態様は、反応炉内のベッド層から発生するダストのガス領域での反応を考慮して、反応炉内の反応を高精度に計算できる。 One aspect of the reactor reaction calculation device of the present invention can calculate the reactions in the reactor with high accuracy by taking into account the reactions in the gas region of the dust generated from the bed layer in the reactor.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の符号を付して、重複する説明は省略する。また、図面における各部材の縮尺は実際とは異なる場合がある。 The following describes in detail an embodiment of the present invention. To facilitate understanding of the description, the same components in each drawing are given the same reference numerals, and duplicate descriptions are omitted. Also, the scale of each component in the drawings may differ from the actual scale.
本発明の実施形態に係る炉内反応の計算装置について説明するに当たり、本実施形態に係る炉内反応の計算装置が適用されるロータリーキルンの構成について説明する。 Before explaining the furnace reaction calculation device according to the embodiment of the present invention, we will explain the configuration of a rotary kiln to which the furnace reaction calculation device according to this embodiment is applied.
<ロータリーキルン>
図1は、本実施形態に係る炉内反応の計算装置が適用されるロータリーキルンの概略構成を示す。図1に示すように、ロータリーキルン1は、回転自在で略円筒形状のキルン本体11と、キルン本体11の途中に設けられる燃焼用材料供給管12とを有する。
<Rotary kiln>
Fig. 1 shows a schematic configuration of a rotary kiln to which the calculation device for furnace reactions according to the present embodiment is applied. As shown in Fig. 1, the
キルン本体11は、円筒形状の中空構造物からなる窯であり、キルン本体11は、厚さ15~30mmの炭素鋼からなる。キルン本体11は、その内周側の壁面に、耐熱性を高めるための耐火物を備えることが好ましい。
The
キルン本体11の大きさとしては、例えば、内径が4.5m~5.5m、長軸方向の長さ(全長)が100m~110mの大きさのものを用いることが好ましい。
The size of the
キルン本体11は、その一端側(図1中の左側)の開口端部11aが、ロータリーキルン装入端(以下、単に「装入端」ともいう。)14Aに挿入して閉じられると共に、他端側(図1中の右側)の開口端部11bが、ロータリーキルン排出端(以下、「排出端」ともいう。)14Bに挿入して閉じられている。キルン本体11は、装入端14Aから排出端14Bに向かってわずかに傾斜した状態で配設されており、軸回りに回転自在に支持されている。
The
装入端14Aには、原料鉱石をキルン本体11内に導入する原料供給管15が貫設されている。排出端14Bには、開口端部11bを貫通してキルン本体11内に導入されるバーナー16が設けられる。
A raw
原料鉱石は、ニッケル酸化鉱石(酸化ニッケル鉱石)等を用いることができる。原料鉱石は、例えば、ニッケル酸化鉱石等をドライヤー(ロータリードライヤー)により予備乾燥して、付着水分の一部を除去した乾燥鉱石等を用いることができる。乾燥鉱石中の水分量としては、15質量%~25質量%程度である。 The raw ore may be nickel oxide ore (nickel oxide ore). For example, the raw ore may be dried ore obtained by pre-drying nickel oxide ore with a dryer (rotary dryer) to remove some of the adhering moisture. The moisture content in the dried ore is about 15% to 25% by mass.
原料鉱石であるニッケル酸化鉱石としては、特に限定されないが、鉄とニッケルを主成分とする合金であるフェロニッケルの製錬においては、ガーニエライト鉱等が好ましく用いられる。ガーニエライト鉱の代表的な組成としては、乾燥鉱石での換算で、Ni品位が2.1質量%~2.5質量%、Fe品位が11質量%~23質量%、MgO品位が20質量%~28質量%、SiO2品位が29質量%~39質量%、CaO品位が0.5質量%未満であり、灼熱減量が10質量%~15質量%である。 The nickel oxide ore as the raw material ore is not particularly limited, but garnierite ore is preferably used in the smelting of ferronickel, which is an alloy mainly composed of iron and nickel. The typical composition of garnierite ore is, calculated on a dry ore basis, a Ni content of 2.1% to 2.5% by mass, a Fe content of 11% to 23% by mass, a MgO content of 20% to 28% by mass, a SiO2 content of 29% to 39% by mass, a CaO content of less than 0.5% by mass, and a loss on ignition of 10% to 15% by mass.
バーナー16は、微粉炭専焼バーナー又は微粉炭と重油の混焼バーナー等を用いることができる。バーナー16は、微粉炭又は微粉炭及び重油等を含む燃料を燃焼して、ロータリーキルン1内に燃焼熱を発生させる。
The
燃焼用材料供給管12は、キルン本体11の外周面の途中に設けられ、キルン本体11内に燃焼用材料を供給できる。燃焼用材料は、揮発分等の主に気相に入る物質及び固定炭素等の主にベッド層に入る固体物質の少なくとも一方を含み、例えば、石炭等の炭材を用いることができる。
The combustion
揮発分は、炭化水素化合物、硫黄及びハロゲン等の揮発物質等である。 Volatile matter includes volatile substances such as hydrocarbon compounds, sulfur, and halogens.
固定炭素は、石炭から水分・揮発分が抜けた後の、熱分解後残渣であるチャー粒子(主に固定炭素及び灰分)のうち、灰分を除いた主に炭素から構成される燃焼分である。 Fixed carbon is the combustion fraction of char particles (mainly fixed carbon and ash), which are the residue after pyrolysis after moisture and volatile matter have been removed from coal, and is composed mainly of carbon, excluding ash.
なお、図1では、燃焼用材料供給管12は、キルン本体11の外周面に1つだけ設けられているが、キルン本体11の外周面に、キルン本体11の軸方向又は軸回りに沿って複数設けてもよい。
In FIG. 1, only one combustion
燃焼用材料は、単一品種の炭材ではなく、複数の異なる品種の炭材等を混合して用いることが多く、さらに投入する炭材の粒子径の大きさも分布を持つことが多い。なお、粒子径とは、有効径による体積平均粒径をいい、粒子径は、例えば、レーザ回折・散乱法、動的光散乱法又は分級法等によって測定される。レーザ回折・散乱法を用いる場合、レーザ回折・散乱法により測定した体積基準の粒度分布において小粒径側からの積算粒径分布が50%となる粒子径(D50)を平均粒子径として用いることができる。 The combustion material is often not a single type of carbonaceous material, but a mixture of multiple different types of carbonaceous materials, and the particle size of the carbonaceous material to be added often has a distribution. Note that the particle size refers to the volume average particle size based on the effective diameter, and the particle size is measured, for example, by a laser diffraction/scattering method, a dynamic light scattering method, or a classification method. When the laser diffraction/scattering method is used, the particle size (D 50 ) at which the cumulative particle size distribution from the small particle size side in the volume-based particle size distribution measured by the laser diffraction/scattering method is 50% can be used as the average particle size.
原料鉱石は、装入端14Aに設けた原料供給管15からキルン本体11内に装入され、燃焼用材料は燃焼用材料供給管12からキルン本体11内に投入される。排出端14B側からは、排出端14Bに設置したバーナー16により微粉炭や重油等を燃焼させることにより発生した高温の燃焼ガスが、排出端14B側から装入端14A側に向けて、即ち原料鉱石の流れと反対の方向に吹き込まれる。
The raw ore is charged into the
キルン本体11内では、原料鉱石は、装入端14Aから装入され、キルン本体11が所定の速度で回転することで、装入端14Aから原料供給管15を通してキルン本体11内に装入された原料鉱石を一端側である開口端部11a側から他端側である排出端14Bに向かって搬送する。このとき、原料鉱石は、キルン本体11内を移動しながら、排出端14Bから装入端14A側に向かって流れる燃焼ガスと向流接触し、バーナー16で微粉炭や重油等の燃料を燃焼させることにより発生させた高温の燃焼ガスの燃焼熱及び火炎によって加熱される。また、燃焼用材料供給管12からキルン本体11内に投入される燃焼用材料が、キルン本体11内の燃焼ガスにより燃焼する。原料鉱石は、燃焼用材料供給管12から投入された燃焼用材料の燃焼により生じさせた燃焼熱によっても加熱される。そのため、原料鉱石は、キルン本体11の回転に連れてキルン本体11の装入端14Aから排出端14Bに向けて移動しながら、バーナー16で燃料が燃焼することで生じた燃焼ガスの燃焼熱及び火炎と、燃焼用材料が燃焼することで生じた燃焼熱とにより加熱され、徐々に温度を上げて行く。
In the
キルン本体11内では、原料鉱石と燃焼ガスとの間で、原料鉱石や燃焼用材料に含まれる水分の蒸発、燃焼用材料に含まれる揮発分の揮発、凝集と、バーナー燃料及び燃焼用材料に含まれる灰分の飛散、落下等により、物質の移動が生じる。ロータリーキルン1の途中から供給される燃焼用材料が熱分解することで生じる水分や揮発分は装入端14A側に燃焼ガスと共に移動し、チャー粒子は排出端14Bに原料鉱石と共に移動する。
In the
キルン本体11内の原料鉱石が排出端14Bに到達するまでに、原料鉱石は、その原料鉱石中に含まれる水分がほぼ完全に除去されて焼成すると共に部分還元されて、焼鉱となる。焼鉱は、排出端14Bから排出される。
By the time the raw ore in the
焼鉱は、例えば、温度800~900℃、粒子径が10mm~100mm程度の大きさからなる。 For example, the calcined ore has a temperature of 800 to 900°C and a particle size of about 10 mm to 100 mm.
排出端14Bの排出口には、粒子径10mm~100mm程度の焼鉱と、ロータリーキルン1内に発生した焼結塊(粒子径100mm~500mm程度)とを分離するためのロストル(篩分装置)17が設けられている。ロストル17は、例えば、目開き100mm程度の鉄製の格子で構成されている。排出端14Bから排出された焼鉱は、ロストル17を通過した後、焼鉱排出用シュート18を通って、次工程に搬送される。
At the discharge outlet of the
<炉内反応の計算装置>
次に、本実施形態に係る炉内反応の計算装置について説明する。図2は、本実施形態に係る炉内反応の計算装置の機能を示すブロック図である。なお、図2では、炉内反応の計算装置が、ロータリーキルン1内を複数の領域に分割した時の、燃焼用材料供給管12から燃焼用材料が供給される領域Aにおける単位操作モデルであるとして説明する。また、図2では、領域Aから見て燃焼ガスが吹き込まれる側の隣接領域を領域(A+1)とし、原料鉱石が装入される側の隣接領域を領域(A-1)とする。
<Calculation device for reactor reactions>
Next, the calculation device for furnace reactions according to this embodiment will be described. FIG. 2 is a block diagram showing the functions of the calculation device for furnace reactions according to this embodiment. In FIG. 2, the calculation device for furnace reactions will be described as a unit operation model in region A where combustion material is supplied from the combustion
なお、以下の説明において、ガス領域は、ロータリーキルン1内のガス及びダストを含む気相が流れる領域を意味し、ベッド層は、原料鉱石が移動する領域を意味する。
In the following description, the gas region refers to the region in the
領域A内の気相は、第1気相G1、第2気相G2、第3気相G3又は第3混合気相G3'として記載する。領域A内の各気相は、それぞれ、以下の通り定義する。
「第1気相G1」とは、一方の隣接領域(領域(A+1))から領域Aに流入する燃焼ガスである。燃焼ガスは、揮発分、酸素、二酸化炭素、一酸化炭素、水素等の平衡反応に寄与するガスを含み、反応に寄与しない不活性な物質(例えば、窒素等)等を含んでもよい。
「第2気相G2」とは、燃焼用材料から分配された添加気相と第1気相とが合算された気相である。
「第3気相G3」とは、後述する混合気相計算部209で生じる気相である。
「第3混合気相G3'」とは、後述するガス合算部213で生じる気相である。
The gas phases in the region A are described as a first gas phase G1, a second gas phase G2, a third gas phase G3, or a third mixed gas phase G3'. Each gas phase in the region A is defined as follows.
The "first gas phase G1" refers to the combustion gas flowing into region A from one adjacent region (region (A+1)). The combustion gas includes gases that contribute to the equilibrium reaction, such as volatile matter, oxygen, carbon dioxide, carbon monoxide, and hydrogen, and may also include inert substances (e.g., nitrogen, etc.) that do not contribute to the reaction.
The "second gas phase G2" is a gas phase obtained by combining the added gas phase distributed from the combustion material and the first gas phase.
The "third gas phase G3" is a gas phase generated in the mixed gas
The "third mixed gas phase G3'" is a gas phase generated in the
領域A内のベッド層は、第1ベッド層S1、第2ベッド層S2又は第3ベッド層S3として記載する。領域A内の各ベッド層は、それぞれ、以下の通り定義する。
「第1ベッド層S1」とは、他方の隣接領域(領域(A-1))から領域Aに流入する原料鉱石である。原料鉱石は、酸化ニッケル、酸化鉄、酸化マグネシウム等の鉱石中化合物、固定炭素等を含む固体物質と、液体物質を含み、後述するベッド層平衡反応計算部208-2おいて反応に寄与しない不活性な物質等を含んでもよい。
「第2ベッド層S2」とは、燃焼用材料から分配された添加ベッド層と第1ベッド層とが合算されたベッド層である。
「第3ベッド層S3」とは、後述する混合ベッド層計算部211で生じるベッド層である。
The bed layers in the region A are described as the first bed layer S1, the second bed layer S2, or the third bed layer S3. Each bed layer in the region A is defined as follows.
The "first bed layer S1" refers to raw ore flowing into the region A from the other adjacent region (region (A-1)). The raw ore includes solid substances including compounds in the ore such as nickel oxide, iron oxide, and magnesium oxide, and fixed carbon, and liquid substances, and may also include inactive substances that do not contribute to the reaction in the bed layer equilibrium reaction calculation unit 208-2 described later.
The "second bed layer S2" is a bed layer formed by combining the additive bed layer distributed from the combustion material and the first bed layer.
The "third bed layer S3" is a bed layer generated in the mixed bed
領域Aに存在する物質は、第1物質M1、第2物質M2、第1混合物質M11又は第1修正混合物質M12として記載する。以下の説明において、領域A内の各物質は、それぞれ、以下の通り定義する。
「第1物質M1」は、ガス領域に存在する、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含むものである。
「第2物質M2」は、ベッド層に存在する、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含むものであり、例えば、ダスト等を含む。
「第1混合物質M11」は、後述する第1混合物質計算部210で生じる第1物質M1の混合物である。
「第1修正混合物質M12」は、後述する第1混合物質物量修正部214で生じる第1物質M1の混合物である。
The substances present in the region A are referred to as a first substance M1, a second substance M2, a first mixed substance M11, or a first modified mixed substance M12. In the following description, each substance in the region A is defined as follows.
The "first substance M1" includes at least one of a solid substance and a liquid substance that exists in a gas region.
The "second substance M2" includes at least one of a solid substance and a liquid substance present in the bed layer, and includes, for example, dust.
The "first mixed material M11" is a mixture of the first material M1 generated in the first mixed
The "first modified mixed material M12" is a mixture of the first material M1 produced in the first mixed material
また、領域A内で算出される、反応分、未反応分及び生成分は、ガス反応分GR1、ガス未反応分Gr1、ガス生成分GP1、第1物質反応分MR1、第1物質未反応分Mr1、第1物質生成分MP1、流入ガス反応分GR11、流入ガス未反応分Gr11、流入ガス生成分GP11、ベッド層反応分SR1、ベッド層未反応分Sr1又はベッド層生成分SP1と記載する。これらは、図2に示す炉内反応の計算装置を構成する各部の何れかで算出される。 The reacted, unreacted and product portions calculated within region A are described as gas reacted portion GR1, gas unreacted portion Gr1, gas product portion GP1, first substance reacted portion MR1, first substance unreacted portion Mr1, first substance product portion MP1, inflow gas reacted portion GR11, inflow gas unreacted portion Gr11, inflow gas product portion GP11, bed layer reacted portion SR1, bed layer unreacted portion Sr1 or bed layer product portion SP1. These are calculated by any of the components constituting the furnace reaction calculation device shown in Figure 2.
図2に示すように、炉内反応の計算装置20は、燃焼用材料分配部(分配部)201、ガス混合量計算部202、ベッド層物量修正部203、ガス反応量計算部204、第1物質反応量計算部205、ベッド層反応量計算部206、流入ガス反応量計算部207、ガス領域平衡反応計算部208-1、ベッド層平衡反応計算部208-2、混合気相計算部209、第1混合物質計算部210、混合ベッド層計算部211、混合流入ガス計算部212、ガス合算部213及び第1混合物質物量修正部214を備える。
As shown in FIG. 2, the furnace
炉内反応の計算装置20は、ロータリーキルン1内において、ベッド層内を移動する固体物質又は液体物質のうちの一部のガス領域への物質移動と、ガス領域内を流れるガスのうちの一部のベッド層への混入を考慮して、ガス領域内を流れるガスとガス領域内に存在する固体物質又は液体物質の反応を計算するガス領域平衡反応計算と、ベッド層内を移動する固体物質又は液体物質とベッド層に混入したガスの反応を計算するベッド層平衡反応計算を行う。これにより、炉内反応の計算装置20は、炉内反応を高精度に解析し、ロータリーキルン1内の反応の計算精度を高めたものである。よって、炉内反応の計算装置20は、反応炉内のベッド層から発生するダストのガス領域での反応を考慮して、反応炉内の反応を高精度に解析できるので、ロータリーキルン1内の反応を高精度に計算できる。
The furnace
即ち、炉内反応の計算装置20は、ギブズエネルギー最小化法に基づく炉内反応のシミュレーションを行うに当たり、例えば、ダスト等のような、ベッド層内を移動する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む物質(第2物質M2)の移動量を考慮して、ベッド層とベッド層内に混入したガスの反応と、ガス領域内を流れるガスと、ガス領域内に存在する固体物質又は液体物質との反応を計算する。炉内反応の計算装置20は、ロータリーキルン1内で発生するダストを、ガス領域内を移動する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む物質(第1物質M1)として扱うことで、ロータリーキルン1内で発生するダストのガス領域中での反応を計算できる。これにより、炉内反応の計算装置20は、ガス領域のガス組成、温度等の変化に伴うベッド層での反応への影響を考慮でき、炉内反応の予測精度を向上させることができる。
That is, when simulating the furnace reaction based on the Gibbs energy minimization method, the furnace
図2に示すように、炉内反応の計算装置20は、領域Aのベッド層に流入する第1ベッド層S1と、ガス領域に流入する第1気相G1との物量、温度、圧力等を入力する。炉内反応の計算装置20は、これらの入力値を用いて、分割した各領域A内での物質移動及び反応計算を実施する。
As shown in FIG. 2, the reactor
炉内反応の計算装置20は、領域A内での物質移動及び反応計算を行うに当たり、ガス領域内を流れる第1気相G1のうち、ベッド層へ混入するガス(流入ガスG11)の量を定義する。このガス混入量の定義方法としては、例えば、ガス総量のうちベッド層に混入する量の割合を、固定値で与える方法等がある。
When calculating the mass transfer and reactions in region A, the reactor
また、炉内反応の計算装置20は、ベッド層内を移動する固体物質又は液体物質の、飛散又は揮発に伴うガス領域への物質移動量を定義する。また、ガス領域内を移動する固体物質又は液体物質の、落下(沈降)又は凝集に伴うベッド層への物質移動量を含めて定義してもよい。この物質移動量の定義方法としては、例えば、固体物質又は液体物質の、比重、粒径等から算出される、飛散速度、沈降速度等を基に、計算物質毎に定義する方法等がある。
The reactor
図2に示すように、分配部201は、燃焼用材料の種類や成分等を予め設置しておくことにより、燃焼用材料を、燃焼用材料に含まれる気相とベッド層とに質量流量で分配する機能を有する。 As shown in FIG. 2, the distribution unit 201 has the function of distributing the combustion material to the gas phase and bed layer contained in the combustion material at a mass flow rate by setting the type and components of the combustion material in advance.
分配された気相及びベッド層は、添加気相AG11及び添加ベッド層AS11として領域A内に供給される。 The distributed gas phase and bed layer are supplied into region A as additive gas phase AG11 and additive bed layer AS11.
ガス混合量計算部202は、一方の隣接領域(領域(A+1))から炉内の領域Aのガス領域に流入する燃焼ガスである第1気相G1と、分配部201で分配された燃焼用材料の添加気相AG11とを含む第2気相G2のうち、ガス領域からベッド層へ移動する流入ガスG11の質量流量を計算する。
The gas
ベッド層物量修正部203は、第2ベッド層S2に含まれる固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む第2物質M2のガス領域への移動量を除して第2ベッド層S2の物量を修正し、修正第2ベッド層S2Aを算出する。
The bed layer
本実施形態では、ベッド層物量修正部203は、第2物質M2のガス領域への移動量の他に、ガス領域から第2ベッド層S2への第2物質M2の移動量も考慮して、第2物質M2のガス領域への移動量を算出し、第2ベッド層S2の物量を修正してもよい。
In this embodiment, the bed layer
ガス反応量計算部204は、第2気相G2の第1物質M1との平衡状態に寄与するガス反応量を計算する。即ち、ガス反応量計算部204は、領域Aにおける、ガス領域に存在する第2気相G2の滞留時間において、第2気相G2が第1物質反応分MR1と平衡反応すると見込まれるガス反応量を計算する。領域Aにおける第2気相G2の滞留時間での反応量は、個々の物質毎に設定した反応速度パラメータと、領域A内の滞留時間を用いて計算する。ガス反応量は、領域A内の滞留時間にて反応する量を、反応速度式を用いて算出できる。そして、ガス反応量計算部204は、ガス反応量から、第2気相G2のうちの、第1物質反応分MR1との平衡状態に寄与するガス反応分GR1を求める。
The gas reaction
なお、本明細書において、反応分とは、領域A内の第2気相G2、又はガス領域中に存在する第1物質M1が通過する滞留時間において、第2気相G2、又は第1物質M1との接触により、反応に寄与する流量をいう。 In this specification, the reactive portion refers to the flow rate that contributes to the reaction by contact with the second gas phase G2 or the first substance M1 during the residence time during which the second gas phase G2 or the first substance M1 present in the gas region in region A passes through.
即ち、ガス反応分GR1は、第2気相G2のうちのガス領域に存在する第1物質M1との平衡反応に寄与する反応分である。第1物質反応分MR1は、一方の隣接領域(領域(A+1))から流入するガス領域中に存在する第1物質M1のうちの第2気相G2との平衡状態に寄与する反応分である。 That is, the gas reaction portion GR1 is the reaction portion that contributes to the equilibrium reaction with the first substance M1 present in the gas region of the second gas phase G2. The first substance reaction portion MR1 is the reaction portion of the first substance M1 present in the gas region flowing in from one adjacent region (region (A+1)) that contributes to the equilibrium state with the second gas phase G2.
ガス反応量計算部204は、第2気相G2と、第1物質M1中に存在する固体物質又は液体物質との平衡状態に達する量を、例えば、アレニウス型の反応速度式に従う反応速度と、領域A内の第2気相G2の滞留時間から算出できるモデル等を採用して求めることができる。そして、ガス反応量計算部204は、ガス反応量に相当するガス反応分GR1と、残りの未反応の質量流量に相当するガス未反応分Gr1とに分割する。
The gas reaction
ロータリーキルン1では、第2気相G2と、ガス領域中に存在する第1物質M1の流れが並流となっている。第2気相G2の流速は、ガス領域中に存在する第1物質M1の流れよりも大きく、第2気相G2とガス領域中に存在する第1物質M1とは平衡状態に達していない。本実施形態では、ガス反応量計算部204は、ロータリーキルン1内のある領域(領域A)の第2気相G2の一部のみがガス領域中に存在する第1物質M1と平衡状態に達するとみなして、それに対応するガス反応量に応じて、第2気相G2を、ガス反応分GR1と、それ以外のガス未反応分Gr1とに分割する。
In the
第1物質反応量計算部205は、第1物質M1の、第2気相G2との平衡状態に寄与する第1物質反応量を計算する。即ち、第1物質反応量計算部205は、領域Aにおける、ガス領域に存在する第1物質M1の滞留時間において、第1物質M1が第2気相G2と平衡反応すると見込まれる第1物質反応量を計算する。第1物質反応量は、反応速度式から算出できる。そして、第1物質反応量計算部205は、第1物質反応量から、第1物質M1のうちの、第2気相G2との平衡状態に寄与する第1物質反応分MR1を求める。
The first substance reaction
第1物質反応量計算部205は、ガス反応量計算部204と同様、第2気相G2と、ガス領域中に存在する第1物質M1との平衡状態に達する量を、例えば、アレニウス型の反応速度式に従う反応速度と、領域A内の第1物質M1の滞留時間から算出できるモデルを採用して求めることができる。そして、第1物質反応量計算部205は、第1物質反応量に相当する第1物質反応分MR1と、残りの未反応の質量流量に相当する第1物質未反応分Mr1とに分割する。
The first substance reaction
ロータリーキルン1では、上述の通り、第2気相G2と第1物質M1の流れが並流となっており、第2気相G2の流速は第1物質M1の流れよりも大きく、第2気相G2と第1物質M1とは平衡状態に達していない。本実施形態では、第1物質反応量計算部205は、ロータリーキルン1内のある領域(領域A)の第2気相G2の一部のみが第1物質M1と平衡状態に達するとみなして、それに対応する第1物質反応量に応じて、第1物質M1を、第1物質反応分MR1と、それ以外の第1物質未反応分Mr1とに分割する。
As described above, in the
ベッド層反応量計算部206は、修正第2ベッド層S2Aの流入ガスG11との平衡状態に寄与するベッド層反応量を計算する。即ち、ベッド層反応量計算部206は、領域Aにおける修正第2ベッド層S2Aの移動時間において、修正第2ベッド層S2Aが流入ガスと平衡反応すると見込まれるベッド層反応量を計算する。領域Aにおける修正第2ベッド層S2Aの移動時間での反応量は、修正第2ベッド層S2Aに含まれる、個々の物質毎に設定した反応速度パラメータと、領域A内の滞留時間を用いて計算する。ベッド層反応量は、領域A内の移動時間にて反応する量を、反応速度式を用いて算出できる。そして、ベッド層反応量計算部206は、ベッド層反応量から、修正第2ベッド層S2Aのうちの、流入ガスG11との平衡状態に寄与するベッド層反応分SR1を算出する。
The bed layer reaction
ベッド層反応量計算部206は、ガス反応量計算部204と同様、修正第2ベッド層S2Aと、ガス領域中に存在する流入ガスG11との平衡状態に達する量を、例えば、アレニウス型の反応速度式に従う反応速度と、領域A内の修正第2ベッド層S2Aの滞留時間から算出できるモデル等を採用して求めることができる。ベッド層反応量計算部206は、アレニウス型の反応速度式で修正第2ベッド層S2Aの滞留時間により修正第2ベッド層S2Aと流入ガスとが平衡状態に達していると見積もった分量だけについて、流入ガスG11との反応に寄与する修正第2ベッド層S2Aのベッド層反応量を計算する。そして、ベッド層反応量計算部206は、修正第2ベッド層S2Aを、ベッド層反応量に相当するベッド層反応分SR1と、残りの未反応の質量流量に相当するベッド層未反応分Sr1とに分割する。
The bed layer reaction
即ち、ベッド層反応分SR1は、修正第2ベッド層S2Aのうちの流入ガスG11との平衡反応に寄与する反応分である。 In other words, the bed layer reaction portion SR1 is the reaction portion that contributes to the equilibrium reaction with the inflow gas G11 in the modified second bed layer S2A.
ロータリーキルン1では、修正第2ベッド層S2Aと流入ガスG11の流れが向流となっている。流入ガスG11の流速は修正第2ベッド層S2ACの移動よりも速く、修正第2ベッド層S2Aと流入ガスG11とは平衡状態に達していない。本実施形態では、ベッド層反応量計算部206は、ロータリーキルン1内のある領域(領域A)の修正第2ベッド層S2Aの一部のみが流入ガスG11と平衡状態に達するとみなして、それに対応するベッド層反応量に応じて、修正第2ベッド層S2Aを、ベッド層反応分SR1と、それ以外のベッド層未反応分Sr1とに分割する。
In the
流入ガス反応量計算部207は、ベッド層に存在する流入ガスG11の、修正第2ベッド層S2Aとの平衡状態に寄与する流入ガス反応量を計算する。即ち、流入ガス反応量計算部207は、領域Aにおける、ベッド層に存在する流入ガスの滞留時間において、流入ガスG11が修正第2ベッド層S2Aと平衡反応すると見込まれる流入ガス反応量を計算する。領域Aにおける流入ガスG11の滞留時間での反応量は、個々の物質毎に設定した反応速度パラメータと、領域A内の滞留時間を用いて計算する。流入ガス反応量は、反応速度式から算出できる。そして、流入ガス反応量計算部207は、流入ガスG11の平衡反応に寄与する流入ガス反応分GR11を算出する。
The inflow gas reaction
即ち、流入ガス反応分GR11は、流入ガスG11のうちの第2修正ベッド層S2Aの平衡状態に寄与する流入ガスG11の反応分である。 That is, the inflow gas reaction portion GR11 is the reaction portion of the inflow gas G11 that contributes to the equilibrium state of the second modified bed layer S2A.
流入ガス反応量計算部207は、第1流入ガスG111と修正第2ベッド層S2Aとの平衡状態に達する量を、例えば、アレニウス型の反応速度式に従う反応速度と、領域A内の流入ガスG11の滞留時間から算出できるモデルを採用して求めることがする。そして、流入ガス反応量計算部207は、流入ガス反応量に相当する流入ガス反応分GR11と、残りの流入ガス反応分GR11以外の未反応の質量流量に相当する流入ガス未反応分Gr11とに分割する。
The inflow gas reaction
ロータリーキルン1では、上述の通り、流入ガスG11と修正第2ベッド層S2Aとの流れが向流となっており、流入ガスG11の流速は、修正第2ベッド層S2Aの流れよりも大きく、流入ガスG11と修正第2ベッド層S2Aとは平衡状態に達していない。本実施形態では、流入ガス反応量計算部207は、ロータリーキルン1内のある領域(領域A)の流入ガスG11の一部のみが修正第2ベッド層S2Aと平衡状態に達するとみなして、それに対応するガス反応量に応じて、流入ガスG11を、流入ガス反応分GR11と、それ以外の流入ガス未反応分Gr11とに分割する。
As described above, in the
ガス領域平衡反応計算部208-1は、領域A内のガス領域を流れる第2気相G2と、ガス領域に存在する第1物質M1との平衡反応を計算する。即ち、ガス領域平衡反応計算部208-1は、第2気相G2のうちのガス領域に存在する第1物質M1との平衡反応に寄与するガス反応分GR1と、第1物質反応分MR1のうちのガス反応分GR1との平衡反応に寄与する第1物質反応分MR1を用いて、ガス領域の平衡反応計算を行い、ガス反応物GR1及び第1物質反応物MR1の組成、量等、ガス反応物GR1及び第1物質反応物MR1とが平衡状態に達した時のそれぞれの熱量の変化及び流量を少なくとも計算する。 The gas region equilibrium reaction calculation unit 208-1 calculates the equilibrium reaction between the second gas phase G2 flowing in the gas region in region A and the first substance M1 present in the gas region. That is, the gas region equilibrium reaction calculation unit 208-1 performs equilibrium reaction calculations for the gas region using the gas reaction portion GR1 that contributes to the equilibrium reaction with the first substance M1 present in the gas region of the second gas phase G2 and the first substance reaction portion MR1 that contributes to the equilibrium reaction with the gas reaction portion GR1 of the first substance reaction portion MR1, and calculates at least the composition, amount, etc. of the gas reactant GR1 and the first substance reactant MR1, and the change in the heat quantity and flow rate of each of the gas reactant GR1 and the first substance reactant MR1 when the gas reactant GR1 and the first substance reactant MR1 reach an equilibrium state.
ガス領域平衡反応計算部208-1は、ガス反応分GR1と第1物質反応分MR1との反応により生成される可能性のある物質(生成物質)の種類、相、流量等を予め設定しておくことにより、生成物質の自由エネルギーが最小となるように、平衡反応計算を行って、生成物質の種類、相、流量等を決定する機能を有する。即ち、ガス領域平衡反応計算部208-1は、ギブズエネルギー最小化法に基づく平衡反応計算を行うことができる。ガス領域平衡反応計算部208-1は、ガス反応分GR1と第1物質反応分MR1とが平衡状態に達したときの、それぞれの熱量の変化、流量、生成物質の種類、組成、量及び相等を計算して出力する。 The gas region equilibrium reaction calculation unit 208-1 has a function of performing equilibrium reaction calculations to determine the type, phase, flow rate, etc. of the product, which may be generated by the reaction between the gas reaction portion GR1 and the first substance reaction portion MR1, so that the free energy of the product is minimized, by setting in advance the type, phase, flow rate, etc. of the product. In other words, the gas region equilibrium reaction calculation unit 208-1 can perform equilibrium reaction calculations based on the Gibbs energy minimization method. The gas region equilibrium reaction calculation unit 208-1 calculates and outputs the change in heat quantity, flow rate, type, composition, amount, and phase of the product, etc., when the gas reaction portion GR1 and the first substance reaction portion MR1 reach an equilibrium state.
ガス領域平衡反応計算部208-1は、ガス反応分GR1と第1物質反応分MR1とが反応することで生じる生成ガスと、ガス反応分GR1の未使用分とを、ガス生成分GP1として計算する。また、ガス領域平衡反応計算部208-1は、ガス反応分GR1と第1物質反応分MR1とが反応することで生じる生成物質と、第1物質反応分MR1の未使用分とを、第1物質生成分MP1として計算する。 The gas region equilibrium reaction calculation unit 208-1 calculates the product gas generated by the reaction between the gas reaction amount GR1 and the first substance reaction amount MR1, and the unused portion of the gas reaction amount GR1, as the gas product amount GP1. The gas region equilibrium reaction calculation unit 208-1 also calculates the product material generated by the reaction between the gas reaction amount GR1 and the first substance reaction amount MR1, and the unused portion of the first substance reaction amount MR1, as the first substance product amount MP1.
即ち、ガス生成分GP1は、ガス反応分GR1と第1物質反応分MR1とが反応することで生じる気相と、ガス反応分GR1の未使用分とを合算した気相である。第1物質生成分MP1は、ガス反応分GR1と第1物質反応分MR1とが反応することで生じる生成物質と、第1物質反応分MR1の未使用分とを合算したものである。 In other words, the gas product GP1 is a gas phase that is the sum of the gas phase that is generated by the reaction of the gas reaction GR1 with the first substance reaction MR1 and the unused portion of the gas reaction GR1. The first substance product MP1 is the sum of the product material that is generated by the reaction of the gas reaction GR1 with the first substance reaction MR1 and the unused portion of the first substance reaction MR1.
ベッド層平衡反応計算部208-2は、領域A内のベッド層を移動する修正第2ベッド層S2Aと、ベッド層に存在する流入ガスとの平衡反応を計算する。即ち、ベッド層平衡反応計算部208-2は、修正第2ベッド層S2Aのうちの流入ガスG11との平衡反応に寄与するベッド層反応分SR1と、流入ガスG11のうちの修正第2ベッド層S2Aとの平衡状態に寄与する流入ガス反応分GR1を用いて、ベッド層の平衡反応計算を行い、ベッド層反応物SR1及び流入ガス反応物GR11の組成、量等、ベッド層反応物SR1及び流入ガス反応物GR11とが平衡状態に達した時のそれぞれの熱量の変化及び流量を少なくとも計算する。 The bed layer equilibrium reaction calculation unit 208-2 calculates the equilibrium reaction between the modified second bed layer S2A moving through the bed layer in region A and the inflow gas present in the bed layer. That is, the bed layer equilibrium reaction calculation unit 208-2 performs equilibrium reaction calculations for the bed layer using the bed layer reaction portion SR1 that contributes to the equilibrium reaction with the inflow gas G11 in the modified second bed layer S2A and the inflow gas reaction portion GR1 that contributes to the equilibrium state with the modified second bed layer S2A in the inflow gas, and calculates at least the composition, amount, etc. of the bed layer reactant SR1 and the inflow gas reactant GR11, and the change in heat quantity and flow rate of each when the bed layer reactant SR1 and the inflow gas reactant GR11 reach an equilibrium state.
ベッド層平衡反応計算部208-2は、ベッド層反応分SR1と流入ガス反応分GR11との反応により生成される可能性のある物質(生成物質)の種類、相、流量等を予め設定しておくことにより、生成物質の自由エネルギーが最小となるように、平衡反応計算を行って、生成物質の種類、相、流量等を決定する機能を有する。即ち、ベッド層平衡反応計算部208-2は、ガス領域平衡反応計算部208-1と同様、ギブズエネルギー最小化法に基づく平衡反応計算を行うことができる。ベッド層平衡反応計算部208-2は、ベッド層反応分SR1と流入ガス反応分GR11とが平衡状態に達したときの、それぞれの熱量の変化、流量、生成物質の種類、組成、量及び相等を計算して出力する。 The bed layer equilibrium reaction calculation unit 208-2 has a function of performing equilibrium reaction calculations to determine the type, phase, flow rate, etc. of the product that may be generated by the reaction between the bed layer reaction portion SR1 and the inflow gas reaction portion GR11, so that the free energy of the product is minimized, by setting in advance the type, phase, flow rate, etc. of the product. That is, the bed layer equilibrium reaction calculation unit 208-2 can perform equilibrium reaction calculations based on the Gibbs energy minimization method, similar to the gas region equilibrium reaction calculation unit 208-1. The bed layer equilibrium reaction calculation unit 208-2 calculates and outputs the change in heat quantity, flow rate, type, composition, amount, and phase of the product, etc., when the bed layer reaction portion SR1 and the inflow gas reaction portion GR11 reach an equilibrium state.
ベッド層平衡反応計算部208-2は、ベッド層反応分SR1と流入ガス反応分GR11とが反応することで生じる生成物質と、ベッド層反応分SR1の未使用分とを、ベッド層生成分SP1として計算する。また、ベッド層平衡反応計算部208-2は、ベッド層反応分SR1と流入ガス反応分GR11とが反応することで生じる生成ガスと、流入ガス反応分GR11の未使用分とを、流入ガス生成分GP11として計算する。 The bed layer equilibrium reaction calculation unit 208-2 calculates the product material produced by the reaction between the bed layer reaction portion SR1 and the inflow gas reaction portion GR11, and the unused portion of the bed layer reaction portion SR1, as the bed layer product portion SP1. The bed layer equilibrium reaction calculation unit 208-2 also calculates the product gas produced by the reaction between the bed layer reaction portion SR1 and the inflow gas reaction portion GR11, and the unused portion of the inflow gas reaction portion GR11, as the inflow gas product portion GP11.
即ち、ベッド層生成分SP1は、ベッド層反応分SR1と流入ガス反応分GR11とが反応することで生じる生成物質と、ベッド層反応分SR1の未使用分とを合算したものである。流入ガス生成分GP11は、ベッド層反応分SR1と流入ガス反応分GR11とが反応することで生じる生成ガスと、流入ガス反応分GR11の未使用分とを合算したものである。 In other words, the bed layer product SP1 is the sum of the product material generated by the reaction of the bed layer reaction SR1 with the inflow gas reaction GR11 and the unused portion of the bed layer reaction SR1. The inflow gas product GP11 is the sum of the product gas generated by the reaction of the bed layer reaction SR1 with the inflow gas reaction GR11 and the unused portion of the inflow gas reaction GR11.
混合気相計算部209は、複数の流れを混合する機能を有しており、ガス反応量計算部204で分割されたガス未反応分Gr1と、ガス領域平衡反応計算部208-1で生じたガス生成分GP1とをそれぞれ混合した混合気相である第3気相G3の流量、組成データ等を計算する。
The mixed gas
第1混合物質計算部210は、複数の流れを混合する機能を有しており、第1物質未反応分Mr1と、ガス領域平衡反応計算部208-1で生じた第1物質生成分MP1とを混合した第1混合物質M11の流量、組成データ等を計算する。
The first mixed
混合ベッド層計算部211は、複数の流れを混合する機能を有しており、ベッド層反応量計算部206で分割されたベッド層未反応分Sr1と、ベッド層平衡反応計算部208-2で生じたベッド層生成分SP1とを混合した混合ベッド層である第3ベッド層S3の流量、組成データ等を計算する。
The mixed bed
混合流入ガス計算部212は、複数の流れを混合する機能を有しており、流入ガス未反応分Gr1と、ベッド層平衡反応計算部208-2で生じた流入ガス生成分GP11とを混合した混合流入ガスG12の流量や組成データ等を計算する。
The mixed inflow
ガス合算部213は、複数の流れを混合する機能を有しており、混合気相計算部209で生じた第3気相G3に、混合流入ガス計算部212で生じた混合流入ガスG12を混合する。
The
第1混合物質物量修正部214は、第1混合物質計算部210で生じた第1混合物質M11に、ベッド層物量修正部203で生じた第2物質M2の移動量を加えて、第1混合物質M11の物量を修正し、第1修正混合物質M12を算出する。
The first mixed substance
なお、本実施形態では、炉内反応の計算装置20は、燃焼用材料230をロータリーキルン1内に投下しない場合には、分配部201を備えなくてもよい。この場合、ガス反応分GR1は、第1気相G1のうちのベッド層S1との平衡反応に寄与する反応分とし、ベッド層反応分SR1は、ベッド層S1のうちの第1気相G1との平衡状態に寄与する反応分とする。
In this embodiment, the furnace
本実施形態では、炉内反応の計算装置20は、炉内の熱伝導を、必要に応じて、放射、伝導及び対流等のモデルで計算するようにしてもよい。
In this embodiment, the reactor
<炉内反応の計算方法>
次に、本実施形態に係る炉内反応の計算装置を用いて、本実施形態に係る炉内反応の計算方法について説明する。本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、図1に示すような構成を有するロータリーキルン1において、ロータリーキルン1の装入端14A側から供給した原料鉱石を排出端14B側に向かって移動させながら、移動の途中から燃焼用材料を投入し、原料鉱石を排出端14B側に設けられるバーナー16から供給された燃焼ガスと接触させて、乾燥させると共に還元を行う。
<Calculation method for reactor reactions>
Next, a calculation method of a furnace reaction according to the present embodiment will be described using the calculation device of the furnace reaction according to the present embodiment. In the calculation method of the furnace reaction according to the present embodiment, in a
図3は、本実施形態に係る炉内反応の計算方法を説明するフローチャートである。図3に示すように、炉内反応の計算装置20は、ロータリーキルン1内に燃焼用材料230を投下しているか否かを確認する(確認工程:ステップS11)。
Figure 3 is a flowchart explaining the method for calculating the furnace reaction according to this embodiment. As shown in Figure 3, the furnace
ロータリーキルン1内に燃焼用材料が投下されている場合(ステップS11:Yes)、炉内反応の計算装置20は、気相を想定した揮発分等の物質と、ベッド層を想定した固体物質を入力物質として与える。炉内反応の計算装置20は、分配部201を用いて、ロータリーキルン1内に添加される燃焼用材料230を、気相である添加気相AG11とベッド層である添加ベッド層AS11とに質量流量で分配する(分配工程:ステップS12)。
If combustion material has been dropped into the rotary kiln 1 (step S11: Yes), the furnace
次に、炉内反応の計算装置20は、一方の隣接領域(領域(A+1))から領域Aに流入する燃焼ガスである第1気相G1と、分配部201で分配された燃焼用材料230の添加気相AG11とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置20は、第1気相G1と添加気相AG11とを混合して、第1気相G1及び添加気相AG11を含む第2気相G2を算出する(第1気相と添加気相の気相混合工程:ステップS13)。
Next, the furnace
次に、炉内反応の計算装置20は、ガス混合量計算部202を用いて、第1気相G1及び添加気相AG11を含む第2気相G2からベッド層へ移動する流入ガスG11の流量を計算する(ガス混合量計算工程:ステップS14)。
Next, the reactor
次に、炉内反応の計算装置20は、他方の隣接領域(領域(A-1))から領域Aに流入するベッド層S1と、分配部201で分配された燃焼用材料のベッド層である添加ベッド層AS11とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置20は、ベッド層S1と添加ベッド層AS11とを混合して、第2ベッド層S2を算出する(第1ベッド層と添加ベッド層のベッド層混合工程:ステップS15)。
Next, the reactor
次に、炉内反応の計算装置20は、第2ベッド層S2と、第2ベッド層S2に含まれる第2物質M2のガス領域への移動量とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置20は、ベッド層物量修正部203を用いて、第2ベッド層S2に含まれる第2物質M2のガス領域への移動量を除して第2ベッド層S2の物量を修正し、修正第2ベッド層S2Aを算出する(第2ベッド層の物量修正工程:ステップS16)。
Next, the reactor
次に、炉内反応の計算装置20は、ガス領域衡反応を行う(ガス領域平衡反応の実施工程:ステップS17)。
Next, the reactor
次に、炉内反応の計算装置20は、ベッド層平衡反応を行う(ベッド層平衡反応の実施工程:ステップS18)。
Next, the reactor
次に、炉内反応の計算装置20は、ガス合算部213を用いて、ガス領域平衡反応の実施工程(ステップS17)で生じる第3気相G3に、ベッド層平衡反応の実施工程(ステップS18)で生じる混合流入ガスG12を混合し、第3合算気相G3'を得る(ガス合算工程:ステップS19)。
Next, the reactor
炉内反応の計算装置20は、第3合算気相G3'を領域Aよりも装入端14A側の領域(領域(A-1))に移動する。
The furnace
次に、炉内反応の計算装置20は、第1混合物質物量修正部214を用いて、ガス領域平衡反応の実施工程(ステップS17)で生じる第1混合物質M11に、第2ベッド層の物量の修正工程(ステップS16)で生じる第2物質M2の移動量を加えて、第1混合物質M11の物量を修正し、第1修正混合物質M12を算出する(第1混合物質物量修正工程:ステップS20)。
Next, the reactor
炉内反応の計算装置20は、第1修正混合物質M12を領域Aよりも装入端14A側の領域(領域(A-1))に移動させる。
The furnace
次に、ガス領域平衡反応の実施工程(ステップS17)について説明する。図4は、図3のガス領域平衡反応の実施工程(ステップS17)の動作を示すフローチャートである。図4に示すように、ガス領域平衡反応の実施工程(ステップS17)では、炉内反応の計算装置20は、ガス反応量計算部204を用いて、第2気相G2のうちの、第1物質反応分MR1との平衡状態に寄与するガス反応量を計算する(ガス反応量計算工程:ステップS171)。
Next, the gas region equilibrium reaction implementation process (step S17) will be described. FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the gas region equilibrium reaction implementation process (step S17) of FIG. 3. As shown in FIG. 4, in the gas region equilibrium reaction implementation process (step S17), the reactor
即ち、炉内反応の計算装置20は、第2気相G2とガス領域中に存在する第1物質M1とが反応して平衡状態に達すると仮定したときに、第2気相G2がガス領域中に存在する第1物質M1と反応して平衡状態に達する時の反応に寄与するガス反応量を計算する。
In other words, the furnace
そして、炉内反応の計算装置20は、ガス反応量計算結果に基づいて、ガス反応量に相当するガス反応分GR1と、残りの未反応量に相当するガス未反応分Gr1とに分割する。
Then, the reactor
次に、炉内反応の計算装置20は、第1物質反応量計算部205を用いて、ガス領域に存在する第1物質M1のうち、第2気相G2との平衡状態に寄与する第1物質反応量を計算する(第1物質反応量計算工程:ステップS172)。
Next, the reactor
即ち、炉内反応の計算装置20は、ガス領域に存在する第1物質M1と第2気相G2とが反応して平衡状態に達すると仮定したときに、ガス領域に存在する第1物質M1が第2気相G2と反応して平衡状態に達する時の反応に寄与する第1物質反応量を計算する。
In other words, the reactor
そして、炉内反応の計算装置20は、第1物質反応量の計算結果に基づいて、第1物質反応量に相当する第1物質反応分MR1と、残りの未反応量に相当する第1物質未反応分Mr1とに分割する。
Then, based on the calculation result of the first substance reaction amount, the reactor
次に、炉内反応の計算装置20は、ガス反応量計算工程(ステップS171)で得られたガス反応分GR1と、第1物質反応量計算工程(ステップS172)で得られた第1物質反応分MR1とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置20は、ガス領域平衡反応計算部208-1を用いて、ガス反応分GR1と第1物質反応分MR1との平衡反応を計算し、ガス反応分GR1と第1物質反応分MR1とが平衡状態に達した時のそれぞれの熱量の変化及び流量を少なくとも計算する(ステップS173)。
Next, the reactor
平衡反応の計算には、例えば、ギブズエネルギー最小化法等を用いることができる。 For example, the Gibbs energy minimization method can be used to calculate equilibrium reactions.
炉内反応の計算装置20は、ガス反応分GR1と第1物質反応分MR1とが反応することで生じる生成ガスと、ガス反応分GR1の未使用分とを、ガス生成分GP1として計算し、ガス反応分GR1と第1物質反応分MR1とが反応することで生じる生成物質と、第1物質反応分MR1の未使用分とを、第1物質生成分MP1として計算する。
The furnace
次に、炉内反応の計算装置20は、ガス反応量計算工程(ステップS171)で得られたガス未反応分Gr1と、ガス領域平衡反応計算工程(ステップS17)で得られたガス生成分GP1とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置20は、混合気相計算部209を用いて、ガス未反応分Gr1とガス生成分GP1とを含む第3気相G3の流量、組成データ等を計算する(混合気相計算工程:ステップS174)。
Next, the reactor
ガス反応量計算工程(ステップS171)で計算したガス反応分GR1は、第2気相G2と第1物質M1とが平衡状態に達したと仮定した時の反応量であるため、通常、全て使用される。しかし、気相であるガス反応分GR1には、反応の量論比以上に存在する物質や反応に寄与しない不活性な物質が存在している場合がある。不活性な物質は、例えば、窒素等である。混合気相計算工程(ステップS174)では、反応の量論比以上に存在し、結果として平衡反応後に残る物質や不活性な物質が存在する。ガス領域平衡反応計算部208-1で使用されずに残った未使用分は、ガス生成分GP1として計算する。 The gas reaction amount GR1 calculated in the gas reaction amount calculation process (step S171) is the reaction amount when it is assumed that the second gas phase G2 and the first substance M1 have reached equilibrium, and therefore is normally all used. However, the gas reaction amount GR1, which is the gas phase, may contain substances that exist in amounts greater than the stoichiometric ratio of the reaction or inactive substances that do not contribute to the reaction. Examples of inactive substances include nitrogen. In the mixed gas phase calculation process (step S174), there are substances that exist in amounts greater than the stoichiometric ratio of the reaction and, as a result, remain after the equilibrium reaction or inactive substances. The unused portion that remains unused in the gas region equilibrium reaction calculation unit 208-1 is calculated as the gas production amount GP1.
次に、炉内反応の計算装置20は、第1物質反応量計算工程(ステップS172)で得られた第1物質未反応分Mr1と、ガス領域平衡反応計算工程(ステップS173)で得られた第1物質生成分MP1とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置20は、第1混合物質計算部210を用いて、第1物質未反応分Mr1と第1物質生成分MP1とを混合した第1混合物質M11の流量や組成データ等を計算する(第1混合物質計算工程:ステップS175)。
Next, the reactor
次に、第2平衡反応の実施工程(ステップS18)について説明する。図5は、図3の第2平衡反応の実施工程(ステップS18)の動作を示すフローチャートである。図5に示すように、第2平衡反応の実施工程(ステップS18)では、炉内反応の計算装置20は、ベッド層反応量計算部206を用いて、修正第2ベッド層S2Aのうち、流入ガス反応分GR11との平衡状態に寄与するベッド層反応量を計算する(ベッド層反応量計算工程:ステップS181)。
Next, the second equilibrium reaction implementation step (step S18) will be described. FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the second equilibrium reaction implementation step (step S18) in FIG. 3. As shown in FIG. 5, in the second equilibrium reaction implementation step (step S18), the reactor
なお、流入ガス反応分GR11は、ガス領域からベッド層へ移動した流入ガスのうちの修正第2ベッド層S2Aとの平衡状態に寄与する反応分である。 The inflow gas reaction portion GR11 is the reaction portion of the inflow gas that moves from the gas region to the bed layer and contributes to the equilibrium state with the modified second bed layer S2A.
即ち、炉内反応の計算装置20は、修正第2ベッド層S2Aと流入ガスとが反応して平衡状態に達すると仮定したときに、修正第2ベッド層S2Aが流入ガスと反応して平衡状態に達する時の反応に寄与するベッド層反応量を計算する。
In other words, the reactor
そして、炉内反応の計算装置20は、ベッド層反応量の計算結果に基づいて、ベッド層反応量に相当するベッド層反応分SR1と、残りの未反応量に相当するベッド層未反応分Sr1とに分割する。
Then, based on the calculation result of the bed layer reaction amount, the reactor
次に、炉内反応の計算装置20は、流入ガス反応量計算部207を用いて、流入ガスのうち、修正第2ベッド層S2Aとの平衡状態に寄与する流入ガス反応量を計算する(ベッド層反応量計算工程:ステップS18)。
Next, the reactor
即ち、炉内反応の計算装置20は、ガス領域に存在するガス成分である流入ガスと修正第2ベッド層S2Aとが反応して平衡状態に達すると仮定したときに、流入ガスが修正第2ベッド層S2Aと反応して平衡状態に達する時の反応に寄与する流入ガス反応量を計算する。
In other words, the reactor
そして、炉内反応の計算装置20は、流入ガス反応量計算結果に基づいて、流入ガス反応量に相当する流入ガス反応分GR11と、残りの未反応量に相当する流入ガス未反応分Gr11とに分割する。
Then, based on the result of the calculation of the inflow gas reaction amount, the reactor
次に、炉内反応の計算装置20は、ベッド層反応量計算工程(ステップS18)で得られたベッド層反応分SR1と、流入ガス反応量計算工程(ステップS182)で得られた流入ガス反応分GR11とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置20は、ベッド層平衡反応計算部208-2を用いて、ベッド層反応分SR1と流入ガス反応分GR11との平衡反応を計算し、ベッド層反応分SR1と流入ガス反応分GR11とが平衡状態に達した時のそれぞれの熱量の変化及び流量を少なくとも計算する(ステップS183)。
Next, the reactor
炉内反応の計算装置20は、ベッド層反応分SR1と流入ガス反応分GR11とが反応することで生じる生成物質と、ベッド層反応分SR1の未使用分とを、ベッド層生成分SP1として計算し、ベッド層反応分SR1と流入ガス反応分GR11とが反応することで生じる生成ガスと、流入ガス反応分GR11の未使用分とを、流入ガス生成分GP11として計算する。
The furnace
次に、炉内反応の計算装置20は、ベッド層反応量計算工程(ステップS181)で得られたベッド層未反応分Sr1と、ベッド層平衡反応計算工程(ステップS183)で得られたベッド層生成分SP1とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置20は、混合ベッド層計算部211を用いて、ベッド層未反応分Sr1とベッド層生成分SP1とを含む第3ベッド層S3の流量、組成データ等を計算する(混合ベッド層計算工程:ステップS184)。
Next, the reactor
ベッド層反応量計算工程(ステップS181)で計算したベッド層であるベッド層反応分SR1には、反応の量論比以上に存在する物質や反応に寄与しない不活性な物質が存在している場合がある。混合ベッド層計算工程(ステップS184)では、ベッド層反応分SR1のうち、反応の量論比以上に存在し結果として反応で使用されなかった部分及び不活性な部分が存在する。ベッド層平衡反応計算工程(ステップS183)で使用されずに残った未使用分を、ベッド層生成分SP1として計算する。 The bed layer reaction portion SR1, which is the bed layer calculated in the bed layer reaction amount calculation process (step S181), may contain substances that exist in amounts greater than the stoichiometric ratio of the reaction and inactive substances that do not contribute to the reaction. In the mixed bed layer calculation process (step S184), the bed layer reaction portion SR1 contains a portion that exists in amounts greater than the stoichiometric ratio of the reaction and is not used in the reaction as a result, and an inactive portion. The unused portion that remains unused in the bed layer equilibrium reaction calculation process (step S183) is calculated as the bed layer product portion SP1.
炉内反応の計算装置20は、第3ベッド層S3を領域Aよりも排出端14B側の領域(領域(A+1))に移動させる。
The reactor
次に、炉内反応の計算装置20は、流入ガス反応量計算工程(ステップS182)で得られた流入ガス未反応分Gr11と、ベッド層平衡反応計算工程(ステップS183)で得られた流入ガス生成分GP11とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置20は、混合流入ガス計算部212を用いて、流入ガス未反応分Gr11と流入ガス生成分GP11とを含む混合流入ガスG12の流量、組成データ等を計算する(混合流入ガス計算工程:ステップS185)。
Next, the reactor
なお、本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、ガス領域平衡反応の計算工程(ステップS17)とベッド層平衡反応の計算工程(ステップS18)とを並行して行ってもよい。 In addition, in the method for calculating the furnace reactions according to this embodiment, the calculation process for the gas region equilibrium reaction (step S17) and the calculation process for the bed layer equilibrium reaction (step S18) may be performed in parallel.
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、ガス合算工程(ステップS19)と第1混合物質物量修正工程(ステップS20)とを並行して行ってもよいし、ガス合算工程(ステップS19)を第1混合物質物量修正工程(ステップS20)の後に行ってもよい。 In the method for calculating the furnace reaction according to this embodiment, the gas summing process (step S19) and the first mixed substance amount correction process (step S20) may be performed in parallel, or the gas summing process (step S19) may be performed after the first mixed substance amount correction process (step S20).
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、ガス反応量計算工程(ステップS171)と第1物質反応量計算工程(ステップS172)とを並行して行ってもよいし、ガス反応量計算工程(ステップS171)を第1物質反応量計算工程(ステップS172)の後に行ってもよい。 In the method for calculating the furnace reaction according to this embodiment, the gas reaction amount calculation step (step S171) and the first substance reaction amount calculation step (step S172) may be performed in parallel, or the gas reaction amount calculation step (step S171) may be performed after the first substance reaction amount calculation step (step S172).
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、第1の混合計算工程(ステップS174)と第1物質未反応分Mr1と第1物質生成分MP1との混合工程(ステップS17)とを並行して行ってもよいし、第1の混合計算工程(ステップS174)を第1物質未反応分Mr1と第1物質生成分MP1との混合工程(ステップS175)の後に行ってもよい。 In the method for calculating the reaction in the furnace according to this embodiment, the first mixing calculation step (step S174) and the mixing step (step S17) of the unreacted portion of the first substance Mr1 and the product of the first substance MP1 may be performed in parallel, or the first mixing calculation step (step S174) may be performed after the mixing step (step S175) of the unreacted portion of the first substance Mr1 and the product of the first substance MP1.
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、ベッド層反応量計算工程(ステップS181)とベッド層反応量計算工程(ステップS182)とを並行して行ってもよいし、ベッド層反応量計算工程(ステップS181)をベッド層反応量計算工程(ステップS182)の後に行ってもよい。 In the method for calculating the reactor reaction according to this embodiment, the bed layer reaction amount calculation step (step S181) and the bed layer reaction amount calculation step (step S182) may be performed in parallel, or the bed layer reaction amount calculation step (step S181) may be performed after the bed layer reaction amount calculation step (step S182).
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、混合ベッド層計算工程(ステップS184)とベッド層未反応分Sr1と流入ガス生成分GP11との混合工程(ステップS18)とを並行して行ってもよいし、混合ベッド層計算工程(ステップS184)をベッド層未反応分Sr1と流入ガス生成分GP11との混合工程(ステップS185)の後に行ってもよい。 In the method for calculating the furnace reaction according to this embodiment, the mixed bed layer calculation process (step S184) and the mixing process (step S18) of the bed layer unreacted portion Sr1 and the inflow gas generation portion GP11 may be performed in parallel, or the mixed bed layer calculation process (step S184) may be performed after the mixing process (step S185) of the bed layer unreacted portion Sr1 and the inflow gas generation portion GP11.
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、炉内の熱伝導を、必要に応じて、放射、伝導及び対流等のモデルで計算してもよい。 The method for calculating the furnace reaction according to this embodiment may calculate the heat conduction inside the furnace using models such as radiation, conduction, and convection, if necessary.
<炉内反応の計算装置のハードウェア構成>
次に、炉内反応の計算装置のハードウェア構成の一例について説明する。図4は、炉内反応の計算装置のハードウェア構成図である。図4に示すように、炉内反応の計算装置20は、例えば、情報処理装置(コンピュータ)で構成され、物理的には、演算処理部であるCPU(Central Processing Unit:プロセッサ)21と、主記憶装置であるRAM(Random Access Memory)22及びROM(Read Only Memory)23と、補助記憶装置24と、入出力インタフェース25と、出力装置である表示装置26等を含むコンピュータシステムとして構成することができる。これらは、バス27で相互に接続されている。なお、補助記憶装置24及び表示装置26は、外部に設けられていてもよい。
<Hardware configuration of reactor reaction calculation device>
Next, an example of the hardware configuration of the reactor reaction calculation device will be described. FIG. 4 is a hardware configuration diagram of the reactor reaction calculation device. As shown in FIG. 4, the reactor
CPU21は、炉内反応の計算装置20の全体の動作を制御し、各種の情報処理を行う。CPU21は、ROM23または補助記憶装置24に格納された原料鉱石の反応計算プログラムを実行して、測定収録画面と解析画面の表示動作を制御する。
The
RAM22は、CPU21のワークエリアとして用いられ、主要な制御パラメータや情報を記憶する不揮発RAMを含んでもよい。
ROM23は、基本入出力プログラム等を記憶する。原料鉱石の反応計算プログラムはROM23に保存されてもよい。
The
補助記憶装置24は、SSD(Solid State Drive)、及びHDD(Hard Disk Drive)等の記憶装置であり、例えば、原料鉱石の反応計算プログラムや炉内反応の計算装置20の動作に必要な各種のデータ、ファイル等を格納する。
The
入出力インタフェース25は、タッチパネル、キーボード、表示画面、操作ボタン等のユーザインタフェースと、外部のデータ収録サーバ等からの情報を取り込み、他の電子機器に解析情報を出力する通信インタフェースとの双方を含む。
The input/
表示装置26は、モニタディスプレイ等である。表示装置26では、測定収録画面と解析画面が表示され、入出力インタフェース25を介した入出力操作に応じて画面が更新される。
The
図4に示す炉内反応の計算装置20の各機能は、RAM22やROM23等の主記憶装置又は補助記憶装置24にシミュレーションソフトウェア(炉内反応の計算プログラムを含む)等を読み込ませ、RAM22、ROM23又は補助記憶装置24に格納された原料鉱石の反応計算プログラム等をCPU21により実行することにより、RAM22等におけるデータの読み出し及び書き込みを行うと共に、入出力インタフェース25及び表示装置26を動作させることで実現される。
The functions of the reactor
炉内反応の計算プログラムは、以下の構成のプログラムを用いることができる。
即ち、炉内反応の計算プログラムは、反応炉の一端側から供給した原料鉱石を他端側に向かって移動させながら、前記原料鉱石を前記他端側から供給された燃焼ガスと接触させて、乾燥させると共に還元を行う炉内反応の計算を少なくともコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記炉内のガス領域を流れる前記燃焼ガスを含む第1気相のうち、前記反応炉内の燃焼ガスを含むガス領域から前記原料鉱石を含むベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算するガス混合量計算工程と、
前記ガス領域を流れる前記燃焼ガスを含む気相と、前記ガス領域に存在する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む第1物質との平衡反応を計算するガス領域平衡反応計算工程と、
前記ベッド層を移動する前記原料鉱石を含むベッド層に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第2物質の前記ガス領域への移動量を除して前記ベッド層の物量を修正し、修正ベッド層を算出するベッド層の物量修正工程と、
前記修正ベッド層と、前記流入ガスとの平衡反応を計算するベッド層平衡反応計算工程とを少なくともコンピュータに実行させるプログラムを用いることができる。
The calculation program for the reactor reaction can be a program having the following configuration.
That is, the calculation program for the reaction in the furnace is a program that causes at least a computer to execute a calculation of a reaction in the furnace in which raw material ore supplied from one end of a reactor is brought into contact with a combustion gas supplied from the other end while moving the raw material ore toward the other end, thereby drying and reducing the raw material ore,
A gas mixing amount calculation step of calculating a flow rate of an inflow gas moving from a gas region containing the combustion gas in the reactor to a bed layer containing the raw material ore, among a first gas phase containing the combustion gas flowing through a gas region in the reactor;
a gas region equilibrium reaction calculation step of calculating an equilibrium reaction between a gas phase including the combustion gas flowing through the gas region and a first substance including at least one of a solid substance and a liquid substance present in the gas region;
A bed layer material quantity correction step of correcting the material quantity of the bed layer by subtracting the amount of a second material, including at least one of a solid material and a liquid material, contained in the bed layer including the raw ore moving through the bed layer from the amount of the second material, including at least one of a solid material and a liquid material, moving to the gas region, to calculate a corrected bed layer;
A program can be used that causes a computer to execute at least a bed layer equilibrium reaction calculation step for calculating the equilibrium reaction between the modified bed layer and the inflow gas.
炉内反応の計算プログラムは、例えば、RAM22やROM23の主記憶装置又は補助記憶装置24等のコンピュータが備える記憶装置内に格納される。なお、原料鉱石の反応計算プログラムは、その一部又は全部が、通信回線等の伝送媒体を介して伝送され、コンピュータが備える通信モジュール等により受信されて記録(インストールを含む)される構成としてもよい。また、原料鉱石の反応計算プログラムは、その一部又は全部が、CD-ROM、DVD-ROM、フラッシュメモリ等の携帯可能な記憶媒体に格納された状態から、コンピュータ内に記録(インストールを含む)される構成としてもよい。
The calculation program for the reaction in the furnace is stored in a storage device provided in the computer, such as the main storage device of the
以上の通り、本実施形態に係る炉内反応の計算装置20は、ガス混合量計算部202、ガス領域平衡反応計算部208-1及びベッド層平衡反応計算部208-2を備える。炉内反応の計算装置20は、ガス混合量計算部202において、第2気相G2のうち、ガス領域からベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算する。そして、炉内反応の計算装置20は、ガス領域平衡反応計算部208-1において、ガス反応量計算部204及び第1物質反応量計算部205で得られたガス反応分GR1及び第1物質反応分MR1を用いて平衡反応を計算する。これにより、炉内反応の計算装置20は、第2気相G2と、第1物質M1との平衡反応を計算できる。また、炉内反応の計算装置20は、ベッド層平衡反応計算部208-2において、ベッド層反応量計算部206及び流入ガス反応量計算部207で得られたベッド層反応分SR1及び流入ガス反応分GR11を用いて平衡反応を計算する。これにより、炉内反応の計算装置20は、第2修正固相S2'と、ガス領域からベッド層へ一部移動した流入ガスG11との平衡反応を計算できる。
As described above, the reactor
ガス領域中の第1物質M1は、隣接領域(A+1)において、ベッド層内からガス領域へ移動した第2物質M2を含んでいる。ベッド層の流入ガスG11は、ガス領域からベッド層に混入したガスである。そのため、炉内反応の計算装置20は、ベッド層内を移動する第2物質M2のガス領域への物質移動と、ガス領域内を流れるガスのベッド層への混入を考慮して、ガス領域及びベッド層のそれぞれにおいて、ギブズエネルギー最小化法に基づいて平衡反応を計算できる。よって、炉内反応の計算装置20は、ベッド層で発生するダストのガス領域中での反応を計算できる。したがって、炉内反応の計算装置20は、ロータリーキルン1内のベッド層から発生するダストのガス領域での反応を考慮して、ロータリーキルン1内の反応を高精度に計算できる。
The first material M1 in the gas region contains the second material M2 that has moved from the bed layer to the gas region in the adjacent region (A+1). The inflow gas G11 of the bed layer is gas that has mixed into the bed layer from the gas region. Therefore, the
よって、炉内反応の計算装置20は、ガス組成や温度の変化によるベッド層反応への影響を考慮できるので、炉内反応の予測精度を向上させることができる。
The reactor
ダストは鉱石と同程度のニッケル分を含有するため、排ガス処理設備などで回収され、ロータリーキルンに繰り返し装入されている。ダストは、未焼成の鉱石及び繰り返しダストのうち再飛散したもの、さらに炉内に投入された石炭の灰分や燃え残りの炭素等を含んでいる。このダストは、ガス領域ではガス流れに乗って炉内を短時間で移動し、ガス領域でのダストの炉内滞留時間はベッド層中を移動する場合と比べて非常に短いが、ガス領域中のダストの一部は熱分解や周囲のガスとの反応も生じると考えられる。 Because the dust contains about the same amount of nickel as the ore, it is collected in exhaust gas treatment equipment and repeatedly charged into the rotary kiln. The dust contains unburned ore, re-scattered dust from repeated use, as well as ash from coal fed into the kiln and unburned carbon. In the gas region, this dust rides the gas flow and moves through the kiln in a short time, and the residence time of dust in the gas region is very short compared to when it moves through the bed layer, but it is thought that some of the dust in the gas region undergoes thermal decomposition and reacts with the surrounding gas.
例えば、ダスト中に含まれる燃え残りの炭素は、周囲のCO2やH2Oガスによってガス化され、下記式(1)、(2)等のような反応が生じる可能性がある。また、バーナーから供給される酸素が残存している箇所では、下記式(3)、(4)等のような燃焼反応が生じると考えられる。これらの反応により、ガス領域でのガスの組成や温度が変化することは、ベッド層の反応にも影響し、ガス領域に飛散するダストの反応挙動を詳細に把握することが重要である。
C+CO2→2CO ・・・(1)
C+H2O→CO+H2 ・・・(2)
C+0.5O2→CO ・・・(3)
C+O2→CO2 ・・・(4)
For example, unburned carbon contained in the dust may be gasified by the surrounding CO2 or H2O gas, resulting in reactions such as those shown in the following formulas (1) and (2). In addition, in areas where oxygen supplied from the burner remains, combustion reactions such as those shown in the following formulas (3) and (4) are thought to occur. These reactions cause changes in the gas composition and temperature in the gas region, which also affect the reactions in the bed layer, and it is important to have a detailed understanding of the reaction behavior of the dust scattered in the gas region.
C+CO 2 →2CO...(1)
C+ H2O →CO+ H2 ...(2)
C+0.5O 2 →CO...(3)
C+O 2 →CO 2 ...(4)
ロータリーキルン1内の反応をシミュレーションする際、このベッド層から発生するダストを他のガス領域中のガスと同様に扱うと、詳細な把握が困難である。本実施形態に係る炉内反応の計算装置20は、ベッド層から発生するダストの、ガス領域での反応を考慮しながら反応を高精度に計算できる。
When simulating reactions inside the
炉内反応の計算装置20は、ガス反応量計算部204及び第1物質反応量計算部205を備えることができる。これにより、炉内反応の計算装置20は、ガス反応量計算部204において、第2気相G2から平衡反応に寄与するガス反応分GR1を求め、第1物質反応量計算部205において、第1物質M1から平衡反応に寄与する第1物質反応分MR1を求めることができる。そのため、炉内反応の計算装置20は、第2気相G2と第1物質M1のうちの、ガス領域平衡反応計算部208-1において使用される反応分を求めることができるため、必要な反応分を用いてガス領域における平衡反応計算を確実に行うことができる。
The reactor
炉内反応の計算装置20は、混合気相計算部209と、第1混合物質計算部210を備えることができる。混合気相計算部209は、ガス未反応分Gr1と、ガス領域平衡反応計算部208-1で生成したガス生成分GP1とを混合した第3気相G3の流量を少なくとも計算できる。第1混合物質計算部210は、第1物質未反応分Mr1と、ガス領域平衡反応計算部208-1で生成した第1物質生成分MP1とを混合した第1物質M1の流量を少なくとも計算できる。よって、炉内反応の計算装置20は、第1気相G及び第1物質M1の装入端14Aへの移動量をより正確に計算できる。
The furnace
炉内反応の計算装置20は、第1混合物質物量修正部214を備えることができる。これにより、炉内反応の計算装置20は、ガス領域に存在する第1混合物質M11に、ベッド層から移動する第2物質M2を含めることができる。第2物質M2には、主に、ベッド層から発生するダスト等が含まれる。よって、炉内反応の計算装置20は、ベッド層から発生するダストの装入端14Aへの移動量をより正確に計算できる。
The furnace
炉内反応の計算装置20は、ベッド層反応量計算部206及び流入ガス反応量計算部207を備えることができる。これにより、炉内反応の計算装置20は、ベッド層反応量計算部206において、第2ベッド層S2から平衡反応に寄与するベッド層反応分SR1を求め、流入ガス反応量計算部207において、第1物質M1から平衡反応に寄与する流入ガス反応分GR11を求めることができる。よって、炉内反応の計算装置20は、第2ベッド層S2及び第1物質M1のうち、ベッド層平衡反応計算部208-2において使用される反応分を求めることができるため、必要な反応分を用いてベッド層における平衡反応計算を確実に行うことができる。
The reactor
炉内反応の計算装置20は、混合ベッド層計算部211と、混合流入ガス計算部212を備えることができる。混合ベッド層計算部211は、ベッド層未反応分Sr1と、ベッド層平衡反応計算部208-2で生成したベッド層生成分SP1とを混合した第3ベッド層S3の流量を少なくとも計算できる。混合流入ガス計算部212は、流入ガス未反応分Gr11と、ベッド層平衡反応計算部208-2で生成した流入ガス生成分GP11とを混合した、ベッド層に存在する流入ガスの流量を少なくとも計算できる。よって、炉内反応の計算装置20は、第3ベッド層S3の排出端14Bへの移動量をより正確に計算できると共に、ベッド層に残る流入ガスG11の流量を求めることができる。
The reactor
炉内反応の計算装置20は、ガス合算部213を備えることができる。これにより、炉内反応の計算装置20は、第3気相G3にベッド層で生じた混合流入ガスG12を混合できるため、ベッド層に存在するガス成分も第3気相G3に含めることができる。よって、炉内反応の計算装置20は、領域A内に存在するガス成分を確実に領域(A-1)に移動できる。
The furnace
炉内反応の計算装置20は、分配部201を備え、分配部201において、原料鉱石の移動の途中に投入された燃焼用材料230に含まれる気相とベッド層とを添加気相AG11と添加ベッド層AS11とに質量流量で分配できる。炉内反応の計算装置20は、ロータリーキルン1の途中から投入される燃焼用材料230を第1気相G1及び第1ベッド層S1に分配してそれぞれ別々の燃料として扱い、添加気相AG11は第2気相を構成する成分とし、添加ベッド層AS11は第2ベッド層を構成する成分にできる。これにより、炉内反応の計算装置20は、第2気相G2からガス反応分GR1を求めると共に、第2ベッド層S2からベッド層反応分SR1を求めることで、ベッド層平衡反応計算部208-2において、第2気相G2と第2ベッド層S2とから平衡反応に必要な反応分に基づいて平衡反応を計算できる。よって、炉内反応の計算装置20は、ロータリーキルン1の途中から投入される燃焼用材料230を考慮して、ロータリーキルン1内の物質の挙動を解析できるため、燃焼用材料230を用いる場合でも、炉内反応の計算を高精度に行うことができる。
The furnace
このように、炉内反応の計算装置20は、ロータリーキルン1内のベッド層から発生するダストのガス領域での反応を考慮して、炉内で生じる平衡反応計算を高精度に計算できる。よって、炉内反応の計算装置20は、ロータリーキルン1内の全領域に適用することで、ロータリーキルン1内の全体の反応プロセスを高精度に計算することを可能にできる。
In this way, the furnace
炉内反応の計算装置20をロータリーキルン1の全体に適用する場合について説明する。炉内反応の計算装置20は、例えば、図7に示すように、ロータリーキルン1内を複数の領域に分割した時の1つの領域Aにおける反応プロセスを単位操作モデルと仮定した時、単位操作モデルの組合せによってロータリーキルン1内の反応プロセスをモデル化できる。そして、炉内反応の計算装置20は、ロータリーキルン1内の複数の領域に、原料鉱石の流れ又は燃焼ガスの流れ(仮定した流れを含む。)に沿って繰り返し実施する(図7中の矢印参照)。そして、炉内反応の計算装置20は、所定の領域における計算値とその領域における前回の計算値との差が所定の範囲内に収まるまで繰り返し実施する。
The case where the furnace
炉内反応の計算装置20をロータリーキルン1の全体に適用する場合のフローチャートを図8に示す。図8に示すように、炉内反応の計算装置20は、ロータリーキルン1で起こる反応プロセスを複数の単位操作モデルの組合せによってモデル化する(モデル化工程:ステップS21)。
Figure 8 shows a flowchart of the application of the furnace
単位操作モデルには、上記の図2に示す炉内反応の計算装置20が適用される。それぞれの単位操作モデル毎に、単位操作モデルを構成する、ガス混合量計算部202、ベッド層物量修正部203、ガス領域平衡反応計算部208-1、ベッド層平衡反応計算部208-2等が予め用意される。
The reactor
各単位操作モデルは、原料鉱石や燃焼ガスの流れ(仮定した流れを含む。)に沿って相互に接続される。 Each unit operation model is interconnected along the flow of raw ore and combustion gas (including assumed flows).
次に、炉内反応の計算装置20は、ステップS21においてモデル化された単位操作モデルの計算を行う(計算工程:ステップS22)。単位操作モデルには、流れの情報が入力される。
Next, the reactor
流れの情報は、原料鉱石、燃焼ガス、及び燃焼用材料の成分、流量、温度、回転数等のデータである。流れの情報が入力されると、単位操作モデルは所定の計算を行い、その計算値(原料鉱石、燃焼ガス、及び燃焼用材料の成分、流量、温度等)が出力される。これらの計算結果から、図2に示す炉内反応の計算装置20の各構成に用いる値が計算される。炉内反応の計算装置20の各モデルに用いる値としては、第1気相G1等の領域A内の各種気相の流量、第1ベッド層S1等の領域A内の各種ベッド層の流量、第1物質M1の流量等の各種物質の流量、ガス反応分GR1、ガス未反応分Gr1、ガス生成分GP1等の領域A内の各種反応分、未反応分及び生成分の流量等である。
The flow information is data such as the components, flow rate, temperature, and rotation speed of the raw ore, combustion gas, and combustion material. When the flow information is input, the unit operation model performs a predetermined calculation and outputs the calculated values (components, flow rate, temperature, etc. of the raw ore, combustion gas, and combustion material). From these calculation results, values used for each component of the
本実施形態では、単位操作モデルの計算は、最も装入端14A側に位置する単位操作モデルから行う。
In this embodiment, calculations of the unit operation model are performed starting from the unit operation model located closest to the
次に、炉内反応の計算装置20は、最終の単位操作モデルまで計算したか否か判断する(ステップS23)。
Next, the reactor
最終の単位操作モデルまで計算した場合(ステップ23:Yes)は、炉内反応の計算装置20は、単位操作モデルの前回の計算値があるか否か判断する(ステップS24)。
If calculations have been performed up to the final unit operation model (step 23: Yes), the reactor
前回の計算値がある場合(ステップS24:Yes)には、炉内反応の計算装置20は、計算工程(ステップS22)において計算された計算値と、前回の計算値とを比較する(ステップS25)。
If a previous calculation value is available (step S24: Yes), the reactor
次に、炉内反応の計算装置20は、計算値と前回の計算値との差が収束条件を満たすか否か判断する(比較工程:ステップS26)。
Next, the reactor
収束条件としては、例えば、計算値と前回の計算値との差が数℃(例えば、1℃)以下の範囲内である。 The convergence condition is, for example, that the difference between the calculated value and the previous calculated value is within a range of a few degrees Celsius (e.g., 1 degree Celsius).
計算値と前回の計算値との差が収束条件を満たす場合(ステップS26:Yes)には、炉内反応の計算装置20は、計算を終了する。これにより、ロータリーキルン1のキルン本体11内の全体で起こる反応プロセスが解析される。
If the difference between the calculated value and the previous calculated value satisfies the convergence condition (step S26: Yes), the furnace
一方、ステップS23において、最終の単位操作モデルまで計算していない場合(ステップS23:No)は、炉内反応の計算装置20は、隣接する他の単位操作モデルである領域(A+1)又は領域(A-1)に位置する単位操作モデルに移行する(ステップS27)。そして、炉内反応の計算装置20は、領域(A+1)又は領域(A-1)に位置する単位操作モデルの計算を行う(ステップS22)。
On the other hand, in step S23, if the final unit operation model has not been calculated (step S23: No), the reactor
ステップS24において、前回の計算値がない場合(ステップS24:No)、又はステップS26において、計算値と前回の計算値との差が収束条件を満たさない場合(ステップS26:No)には、炉内反応の計算装置20は、先頭の単位操作モデルに移行する(ステップS28)。
If there is no previous calculation value in step S24 (step S24: No), or if the difference between the calculation value and the previous calculation value in step S26 does not satisfy the convergence condition (step S26: No), the reactor
よって、炉内反応の計算装置20は、ロータリーキルン1で起こる反応プロセスを複数の単位操作モデルの組合せによってモデル化し、単位操作モデルの接続順序に沿って、単位操作モデルの各々に設定された値に基づいて計算を行う。本実施形態では、それぞれの単位操作モデルの計算をロータリーキルン1の装入端14A側から排出端14B側に向かって順じ行った後、排出端14B側から装入端14A側に向かって行う(図5参照)。そして、一連の操作を、所定の領域Aにおける計算値が所定の収束条件が満たされるまで繰り返す。その結果、ロータリーキルン1内のそれぞれの領域における、燃焼ガスと原料鉱石の流量等の計算結果が導き出される。これにより、ロータリーキルン1のキルン本体11内の全体での燃焼ガス及び原料鉱石を構成する各物質の挙動をより正確に解析することが可能となる。
Therefore, the furnace
このように、炉内反応の計算装置20は、ロータリーキルン1内の全体の反応プロセスを反応炉内のベッド層から発生するダストのガス領域での反応を考慮して反応炉内の反応を高精度に解析できるため、ロータリーキルン1の運転条件(例えば、ロータリーキルン1の大きさや回転数、原料鉱石の種類、供給量)等を変えながら、ロータリーキルン1内の各物質の挙動をより正確に解析できる。よって、炉内反応の計算装置20は、原料鉱石の種類及び供給量の変更、ロータリーキルン1の設備改善の事前検討、操業条件等による影響調査等に有効に活用することが可能である。
In this way, the furnace
なお、本実施形態では、ロータリーキルン1内に供給される原料は、原料鉱石以外の原料でもよい。
In this embodiment, the raw material supplied to the
本実施形態では、図1に示すロータリーキルン1の途中から投下される燃焼用材料は、気相及びベッド層の両方を必ずしも含んでいなくてもよいし、気相及びベッド層以外に、灰分等の他の物質を含んでいてもよい。
In this embodiment, the combustion material dropped into the
本実施形態では、図1に示すロータリーキルン1以外に、原料鉱石を装入端14A側から排出端14B側に向かって移動させながら加熱する反応炉であればよい。
In this embodiment, in addition to the
以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更等を行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiments have been described above, they are presented as examples, and the present invention is not limited to the above embodiments. The above embodiments can be implemented in various other forms, and various combinations, omissions, substitutions, modifications, etc. can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their variations are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.
1 ロータリーキルン
11 キルン本体
16 バーナー
20 炉内反応の計算装置
201 燃焼用材料分配部(分配部)
202 ガス混合量計算部
203 ベッド層物量修正部
204 ガス反応量計算部
205 第1物質反応量計算部
206 ベッド層反応量計算部
207 流入ガス反応量計算部
208-1 ガス領域平衡反応計算部
208-2 ベッド層平衡反応計算部
209 混合気相計算部
210 第1混合物質計算部
2 混合ベッド層計算部
212 混合流入ガス計算部
213 ガス合算部
214 第1混合物質物量修正部
G1 第1気相
G2 第2気相
G3 第3気相
G3' 第3混合気相
G11 流入ガス
G12 混合流入ガス
S1 第1ベッド層
S2 第2ベッド層
S2A 第2修正ベッド層
S3 第3ベッド層
M1 第1物質
M2 第2物質
M11 第1混合物質
GR1 ガス反応分
Gr1 ガス未反応分
GP1 ガス生成分
MR1 第1物質反応分
Mr1 第1物質未反応分
MP1 第1物質生成分
GR11 流入ガス反応分
Gr11 流入ガス未反応分
GP11 流入ガス生成分
SR1 ベッド層反応分
Sr1 ベッド層未反応分
SP1 ベッド層生成分
202 Gas mixture
Claims (7)
前記反応炉内のガス領域を流れる前記燃焼ガスを含む気相のうち、前記反応炉内の前記燃焼ガスを含む前記ガス領域から前記原料鉱石を含むベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算するガス混合量計算部と、
前記ベッド層を移動する前記原料鉱石を含む第1ベッド層に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第2物質の前記ガス領域への移動量を除して前記第1ベッド層の流量を修正し、修正第1ベッド層を算出するベッド層物量修正部と、
前記気相の、前記ガス領域に存在する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む第1物質との平衡状態に寄与するガス反応量を計算して、前記気相の平衡反応に寄与するガス反応分を求めるガス反応量計算部と、
前記第1物質の、前記気相との平衡状態に寄与する第1物質反応量を計算して、前記第1物質の平衡反応に寄与する第1物質反応分を求める第1物質反応量計算部と、
前記修正第1ベッド層の前記流入ガスとの平衡状態に寄与するベッド層反応量を計算して、前記修正第1ベッド層の平衡反応に寄与するベッド層反応分を求めるベッド層反応量計算部と、
前記流入ガスの、前記修正第1ベッド層との平衡状態に寄与する流入ガス反応量を計算して、前記流入ガスの平衡反応に寄与する流入ガス反応分を求める流入ガス反応量計算部と、
前記ガス反応分と、前記第1物質反応分との平衡反応を計算し、前記ガス反応分と前記第1物質反応分とが平衡状態に達した時のそれぞれの熱量の変化及び流量を少なくとも計算するガス領域平衡反応計算部と、
前記修正第1ベッド層と、前記流入ガスとの平衡反応を計算し、前記ベッド層反応分と流入ガス反応物とが平衡状態に達した時のそれぞれの熱量の変化及び流量を少なくとも計算するベッド層平衡反応計算部と、
を備え、
前記炉内反応の計算装置は、前記反応炉内を複数の領域に分割した時の1つの領域における反応プロセスを単位操作モデルと仮定した時、それぞれの前記単位操作モデルに適用され、前記単位操作モデルの組合せによって前記反応炉内の反応プロセスをモデル化し、前記反応炉内の前記複数の領域における前記単位操作モデルの計算を前記原料鉱石の流れ又は前記燃焼ガスの流れに沿って繰り返し行い、所定の領域における前記気相及び前記ベッド層の温度である計算値とその領域における前回の計算値との差が所定の収束条件を満たすまで繰り返し行う炉内反応の計算装置。 A calculation device for a reaction in a reactor, the device comprising: a raw material ore supplied from one end of a reactor, the raw material ore being moved through the reactor toward the other end, the raw material ore being brought into countercurrent contact with a combustion gas supplied from the other end, and the raw material ore being dried and reduced, the calculation device comprising:
a gas mixing amount calculation unit that calculates a flow rate of an inflow gas moving from the gas region containing the combustion gas in the reactor to a bed layer containing the raw material ore, among the gas phase containing the combustion gas flowing through the gas region in the reactor;
a bed layer material amount correction unit for correcting the flow rate of the first bed layer by subtracting the amount of a second substance, which is included in the first bed layer and includes the raw ore moving through the bed layer, from the amount of the second substance, which is included in the first bed layer and includes at least one of a solid substance and a liquid substance, moving to the gas region, to calculate a corrected first bed layer;
a gas reaction amount calculation unit that calculates a gas reaction amount that contributes to an equilibrium state of the gas phase with a first substance including at least one of a solid substance and a liquid substance present in the gas region, and obtains a gas reaction amount that contributes to an equilibrium reaction of the gas phase;
A first substance reaction amount calculation unit that calculates a first substance reaction amount that contributes to an equilibrium state of the first substance with the gas phase to obtain a first substance reaction amount that contributes to the equilibrium reaction of the first substance;
a bed layer reaction amount calculation unit for calculating a bed layer reaction amount contributing to an equilibrium state of the modified first bed layer with the inflow gas, and determining a bed layer reaction amount contributing to the equilibrium reaction of the modified first bed layer;
an inflow gas reaction amount calculation unit for calculating an inflow gas reaction amount contributing to an equilibrium state of the inflow gas with the modified first bed layer, and determining an inflow gas reaction amount contributing to the equilibrium reaction of the inflow gas;
a gas region equilibrium reaction calculation unit that calculates an equilibrium reaction between the gas reaction component and the first substance reaction component , and calculates at least a change in heat quantity and a flow rate of each of the gas reaction component and the first substance reaction component when the gas reaction component and the first substance reaction component reach an equilibrium state ;
a bed layer equilibrium reaction calculation unit that calculates an equilibrium reaction between the modified first bed layer and the inflow gas, and calculates at least the change in heat quantity and the flow rate of each of the bed layer reactant and the inflow gas reactant when they reach an equilibrium state ;
Equipped with
The reactor reaction calculation device is applied to each of the unit operation models when the reactor is divided into a plurality of regions and the reaction process in one region is assumed to be a unit operation model, and models the reaction process in the reactor by combining the unit operation models. The calculation of the unit operation models in the plurality of regions in the reactor is repeatedly performed along the flow of the raw ore or the flow of the combustion gas, and the calculation is repeated until the difference between the calculated value, which is the temperature of the gas phase and the bed layer in a specified region, and the previous calculated value in that region satisfies a specified convergence condition .
前記第1物質反応量計算部で生じる第1物質未反応分と、前記ガス領域平衡反応計算部で前記ガス反応分と前記第1物質反応分が反応することで生じる第1物質生成分とを混合した第1混合物質の流量を少なくとも計算する第1混合物質計算部と、
を備える請求項1に記載の炉内反応の計算装置。 a mixed gas phase calculation unit that calculates at least a flow rate of a mixed gas phase obtained by mixing an unreacted gas amount generated in the gas reaction amount calculation unit and a gas product generated by the reaction of the gas reaction amount and the first substance reaction amount in the gas region equilibrium reaction calculation unit;
a first mixed substance calculation unit that calculates at least a flow rate of a first mixed substance obtained by mixing an unreacted portion of the first substance generated in the first substance reaction amount calculation unit and a first substance product generated by the reaction of the gas reaction portion and the first substance reaction portion in the gas region equilibrium reaction calculation unit;
The apparatus for calculating a reaction in a reactor according to claim 1 .
前記流入ガス反応量計算部で生じる流入ガス未反応分と、前記ベッド層平衡反応計算部で前記ベッド層反応分と前記流入ガス反応分が反応することで生じる流入ガス生成分とを混合した混合流入ガスの流量を少なくとも計算する混合流入ガス計算部と、
を備える請求項1に記載の炉内反応の計算装置。 a mixed bed layer calculation unit that calculates at least a flow rate of a mixed bed layer obtained by mixing a bed layer unreacted portion generated in the bed layer reaction amount calculation unit and a bed layer product generated by the reaction of the bed layer reacted portion and the inflow gas reacted portion in the bed layer equilibrium reaction calculation unit;
a mixed inflow gas calculation unit that calculates at least a flow rate of a mixed inflow gas obtained by mixing an inflow gas unreacted portion generated in the inflow gas reaction amount calculation unit and an inflow gas product generated by the reaction of the bed layer reaction portion and the inflow gas reaction portion in the bed layer equilibrium reaction calculation unit;
The apparatus for calculating a reaction in a reactor according to claim 1 .
前記ガス混合量計算部は、前記気相と前記添加気相を含む第2気相を用いて前記流入ガスの流量を計算し、
前記ベッド層物量修正部は、前記第1ベッド層と前記添加ベッド層とを含む第2ベッド層の流量を修正する請求項1~5の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。 A distribution unit is provided for distributing the combustion material, which is introduced during the movement of the raw material ore and includes at least one of the gas phase and the bed layer , to the additional gas phase and the additional bed layer at a mass flow rate, with the gas phase being an additional gas phase and the bed layer being an additional bed layer ;
the gas mixture amount calculation unit calculates a flow rate of the inflow gas using a second gas phase including the gas phase and the added gas phase;
6. The apparatus for calculating a reaction in a furnace according to claim 1 , wherein the bed layer material amount correction unit corrects a flow rate of a second bed layer including the first bed layer and the additive bed layer.
前記反応炉内のガス領域を流れる前記燃焼ガスを含む気相のうち、前記反応炉内の前記燃焼ガスを含む前記ガス領域から前記原料鉱石を含むベッド層へ移動する流入ガスの流量を計算するガス混合量計算工程と、
前記ベッド層を移動する前記原料鉱石を含む第1ベッド層に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第2物質の前記ガス領域への移動量を除して前記第1ベッド層の流量を修正し、修正第1ベッド層を算出するベッド層物量修正工程と、
前記気相の、前記ガス領域に存在する固体物質及び液体物質の少なくとも一方を含む第1物質との平衡状態に寄与するガス反応量を計算して、前記気相の平衡反応に寄与するガス反応分を求めるガス反応量計算工程と、
前記第1物質の、前記気相との平衡状態に寄与する第1物質反応量を計算して、前記第1物質の平衡反応に寄与する第1物質反応分を求める第1物質反応量計算工程と、
前記修正第1ベッド層の前記流入ガスとの平衡状態に寄与するベッド層反応量を計算して、前記修正第1ベッド層の平衡反応に寄与するベッド層反応分を求めるベッド層反応量計算工程と、
前記流入ガスの、前記修正第1ベッド層との平衡状態に寄与する流入ガス反応量を計算して、前記流入ガスの平衡反応に寄与する流入ガス反応分を求める流入ガス反応量計算工程と、
前記ガス反応分と、前記第1物質反応分との平衡反応を計算し、前記ガス反応分と前記第1物質反応分とが平衡状態に達した時のそれぞれの熱量の変化及び流量を少なくとも計算するガス領域平衡反応計算工程と、
前記修正第1ベッド層と、前記流入ガスとの平衡反応を計算し、前記ベッド層反応分と流入ガス反応物とが平衡状態に達した時のそれぞれの熱量の変化及び流量を少なくとも計算するベッド層平衡反応計算工程と、
を含み、
前記炉内反応の計算方法は、前記反応炉内を複数の領域に分割した時の1つの領域における反応プロセスを単位操作モデルと仮定した時、それぞれの前記単位操作モデルに適用され、前記単位操作モデルの組合せによって前記反応炉内の反応プロセスをモデル化し、前記反応炉内の前記複数の領域における前記単位操作モデルの計算を前記原料鉱石の流れ又は前記燃焼ガスの流れに沿って繰り返し行い、所定の領域における前記気相及び前記ベッド層の温度である計算値とその領域における前回の計算値との差が所定の収束条件を満たすまで繰り返し行う炉内反応の計算方法。 A method for calculating a reaction in a reactor, the method comprising: moving a raw material ore supplied from one end of a reactor toward the other end of the reactor in the reactor; bringing the raw material ore into countercurrent contact with a combustion gas supplied from the other end of the reactor, thereby drying and reducing the raw material ore, the method comprising the steps of:
a gas mixing amount calculation step of calculating a flow rate of an inflow gas moving from the gas region containing the combustion gas in the reactor to a bed layer containing the raw material ore, among the gas phase containing the combustion gas flowing through the gas region in the reactor;
a bed layer material amount correction step of correcting the flow rate of the first bed layer by subtracting the amount of a second substance, which is contained in the first bed layer and contains the raw ore moving through the bed layer, from the amount of the second substance, which is contained in the first bed layer and contains at least one of a solid substance and a liquid substance, moving to the gas region, to calculate a corrected first bed layer;
a gas reaction amount calculation step of calculating an amount of gas reaction that contributes to an equilibrium state of the gas phase with a first substance including at least one of a solid substance and a liquid substance present in the gas region, to obtain a gas reaction amount that contributes to an equilibrium reaction of the gas phase;
A first substance reaction amount calculation step of calculating a first substance reaction amount contributing to an equilibrium state of the first substance with the gas phase to obtain a first substance reaction amount contributing to the equilibrium reaction of the first substance;
a bed layer reaction amount calculation step of calculating a bed layer reaction amount contributing to an equilibrium state of the modified first bed layer with the inflow gas, and determining a bed layer reaction amount contributing to the equilibrium reaction of the modified first bed layer;
an inflow gas reaction amount calculation step of calculating an inflow gas reaction amount contributing to an equilibrium state of the inflow gas with the modified first bed layer, and determining an inflow gas reaction amount contributing to the equilibrium reaction of the inflow gas;
a gas region equilibrium reaction calculation step of calculating an equilibrium reaction between the gas reaction component and the first substance reaction component, and calculating at least the change in heat quantity and the flow rate of each of the gas reaction component and the first substance reaction component when the gas reaction component and the first substance reaction component reach an equilibrium state ;
a step of calculating an equilibrium reaction between the modified first bed layer and the inflow gas , and calculating at least the change in heat quantity and the flow rate of each of the bed layer reactant and the inflow gas reactant when the bed layer reactant and the inflow gas reactant reach an equilibrium state ;
Including,
The method for calculating reactions within a reactor is applied to each of the unit operation models when the reactor is divided into a plurality of regions and the reaction process in one region is assumed to be a unit operation model, the reaction process within the reactor is modeled by combining the unit operation models, and calculations of the unit operation models in the plurality of regions within the reactor are repeatedly performed along the flow of the raw material ore or the flow of the combustion gas until the difference between the calculated value, which is the temperature of the gas phase and the bed layer in a specified region, and the previous calculated value in that region satisfies a specified convergence condition .
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006016216A (en) | 2004-06-30 | 2006-01-19 | Mitsubishi Materials Corp | Simulation method, simulation program, and storage medium |
| US20080267810A1 (en) | 2007-04-24 | 2008-10-30 | Walter Curlook | Apparatus and process for making high purity nickel |
| JP2009103357A (en) | 2007-10-23 | 2009-05-14 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | How to operate the rotary kiln. |
-
2021
- 2021-03-17 JP JP2021043674A patent/JP7676849B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006016216A (en) | 2004-06-30 | 2006-01-19 | Mitsubishi Materials Corp | Simulation method, simulation program, and storage medium |
| US20080267810A1 (en) | 2007-04-24 | 2008-10-30 | Walter Curlook | Apparatus and process for making high purity nickel |
| JP2009103357A (en) | 2007-10-23 | 2009-05-14 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | How to operate the rotary kiln. |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 小出 俊介 他,簡易数学モデルによるロータリーキルン内固形装入物の伝熱・反応シミュレーション,エネルギー・資源学会論文誌,2022年09月12日,43巻,5号,p.216-224,DOI https://doi.org/10.24778/jjser.43.5_216 |
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