JP4645441B2 - Method for controlling operation of cement kiln and method for producing cement - Google Patents
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Description
本発明は、セメントキルンの運転を安定化させるための制御方法、およびこれを用いたセメントの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a control method for stabilizing the operation of a cement kiln and a method for producing cement using the same.
セメントキルン内の原料温度は、クリンカの品質確保や粒径の制御、或いは微粉炭燃焼フレームから耐火物を保護するコーティングの適正な付着等に大きく影響を与えることが知られている。しかしながら、実際に測定できるのはセメントキルンの原料出口付近の温度のみであるため、従来は、上記セメントキルン内の原料温度をセメントキルンの運転制御用パラメータとして利用することはできなかった。 It is known that the temperature of the raw material in the cement kiln greatly affects the quality of the clinker, the control of the particle size, the proper adhesion of the coating that protects the refractory from the pulverized coal combustion frame, and the like. However, since only the temperature in the vicinity of the raw material outlet of the cement kiln can be actually measured, conventionally, the raw material temperature in the cement kiln cannot be used as a parameter for operation control of the cement kiln.
セメントキルンの運転制御に関する先行技術としては、例えば非特許文献1に記載の方法が知られている。この方法においては、セメントキルン内の原料温度と焼成雰囲気に依存するセメントキルンの窯尻(原料入口側)のSO2濃度を連続測定し、その測定値を、運転状況を把握するためのパラメータの一つとして利用している。しかしながら、上記非特許文献1においては、セメントキルン内の原料温度が高ければ上記SO2濃度も上昇するという単純な相関関係の把握に留まり、上記SO2濃度と原料の温度分布との定量的な関係を把握するまでには至らなかったため、例えば上記SO2濃度からセメントキルン内の原料温度を推定したり、或いはこれに基づいてセメントキルンの運転制御を行うことはできなかった。実際には、主に石こうからなる上記コーティングが脱落したときと、石炭の燃焼が不完全燃焼となりCOを発生したときに、上記SO2濃度が上昇することを利用して、それら状況を把握するレベルに留まっていた。
As a prior art related to operation control of a cement kiln, for example, a method described in Non-Patent
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、セメントキルン内の原料の温度分布を容易に把握することができるとともに、これに基づいてセメントキルンの運転制御を行うことにより、セメントキルンの運転の安定化を図ることができるセメントキルンの運転制御方法およびこれを用いたセメントの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to easily grasp the temperature distribution of the raw material in the cement kiln and to control the operation of the cement kiln by performing operation control of the cement kiln based on this. It is an object of the present invention to provide a method for controlling the operation of a cement kiln capable of stabilizing the cement and a method for producing a cement using the same.
請求項1に記載の本発明に係るセメントキルンの運転制御方法は、プロセスシミュレーションを利用して、セメントキルンの窯尻から排出されるガスのSO2濃度とセメントキルン内の原料の温度分布との関係を求める第1工程と、上記窯尻から排出されるガスのSO2濃度を測定し、その測定値からセメントキルン内の原料の温度分布を推定する第2工程と、セメントキルン内の原料の温度分布が一定に保たれるように、微粉炭燃焼バーナーを調整する第3工程とを有してなり、かつ上記プロセスシミュレーションは、セメント焼成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第1ステップと、上記単位操作モデルの組合せ順序に沿って、上記単位操作モデルの各々に設定された単位操作を順次実行し、その一連の操作を所定の収束条件が満たされるまで繰り返すことで、上記セメントキルン内における物質収支および熱収支を解析する第2ステップとを有し、上記第1ステップでは、原料が造粒していない領域に適用する単位操作モデルとして、上記領域に流入する燃焼ガスの一部が原料と平衡状態に達するとみなして、それに対応する分割率で燃焼ガスの流れを分割する流量分割モデルと、上記流量分割モデルで分割された一方の燃焼ガスと上記領域に存在する原料とが平衡状態に達したときの各々の流量および組成データを計算して出力する平衡計算モデルと、上記平衡計算モデルで原料と平衡状態に達した燃焼ガスと、上記流量分割モデルで分割された他方の燃焼ガスとを混合したときの燃焼ガスの流量および組成データを計算して出力する機能を有する所定の単位操作モデルとを用いるとともに、上記分割率をX、上記領域における燃焼ガスと原料の反応界面をA、上記領域における燃焼ガスと原料間の揮発物質の物質移動係数をk、上記領域に流入する燃焼ガスの流量をQとして、上記分割率Xを、X=A・k/Q、により設定し、上記原料が造粒している領域に適用する単位操作モデルとして、上記領域に流入する燃焼ガスの流れを、注目する揮発物質の数量に応じて分割することにより、注目する揮発物質の各々に対応するガスの流れを形成する第1流量分割モデルと、上記第1流量分割モデルで形成したガスの流れのそれぞれに、一つの注目する揮発物質のみが含まれるように他の揮発物質を分離するセパレータモデルと、上記セパレータモデルで他の揮発物質を分離した各ガスの流れの一部がそれぞれ原料と平衡状態に達するとみなして、それぞれに対応する分割率で、各ガスの流れを分割する第2流量分割モデルと、原料の粒子中に残存する各揮発物質が構成する核の大きさに応じて、上記領域に流入する原料の流れを分割することにより、上記第2流量分割モデルで分割された各ガスの流れに対応する原料の流れを生成する第3流量分割モデルと、上記第2流量分割モデルで分割された各ガスと、これに対応する上記第3流量分割モデルで分割された原料とが平衡状態に達したときの各々の流量および組成データを計算して出力する平衡計算モデルとを使用するとともに、上記第2流量分割モデルにおいては、揮発物質iに対応するガスの分割率をXi、上記領域における燃焼ガスと原料の反応界面をA、揮発物質iの物質移動係数をki、揮発物質iに対応するガスの分割前の流量をQiとして、上記揮発物質iに対応するガスの分割率Xiを、Xi=A・ki/Qi、により設定し、これら単位操作モデルの組み合わせにより、上記領域における原料と燃焼ガス間の物質移動量を揮発物質i毎に求めるようにしたことを特徴とするものである。 The operation control method for a cement kiln according to the first aspect of the present invention uses a process simulation to calculate the SO 2 concentration of the gas discharged from the kiln bottom of the cement kiln and the temperature distribution of the raw material in the cement kiln. The first step for determining the relationship, the second step for measuring the SO 2 concentration of the gas discharged from the kiln bottom, and estimating the temperature distribution of the raw material in the cement kiln from the measured value, and the raw material in the cement kiln so that the temperature distribution is kept constant, it was closed and a third step of adjusting the pulverized coal combustion burner, and the process simulation, the model the cement burning process by combining a plurality of unit operations model One unit and the unit operations set in each of the unit operation models are sequentially executed in accordance with the combination order of the unit operation models, and the series of operations is performed. The second step of analyzing the mass balance and heat balance in the cement kiln is repeated by repeating until a predetermined convergence condition is satisfied, and the first step is applied to a region where the raw material is not granulated. As a unit operation model, it is assumed that a part of the combustion gas flowing into the region reaches an equilibrium state with the raw material, and the flow division model that divides the flow of combustion gas at the corresponding division ratio and the flow division model An equilibrium calculation model that calculates and outputs each flow rate and composition data when one of the generated combustion gases and the raw material existing in the region reaches an equilibrium state, and the equilibrium calculation model reaches the equilibrium state with the raw material. Has the function of calculating and outputting the flow rate and composition data of the combustion gas when the combustion gas mixed with the other combustion gas divided by the flow rate division model A predetermined unit operation model is used, the division ratio is X, the reaction interface between the combustion gas and the raw material in the region is A, the mass transfer coefficient of the volatile substance between the combustion gas and the raw material in the region is k, and the region is Assuming that the flow rate of the inflowing combustion gas is Q, the division ratio X is set by X = A · k / Q, and flows into the region as a unit operation model applied to the region where the raw material is granulated. Formed by a first flow rate division model that forms a flow of gas corresponding to each volatile matter of interest by dividing the flow of combustion gas according to the quantity of the volatile matter of interest, and the first flow rate division model. The separator model for separating other volatile substances so that only one volatile substance of interest is included in each of the gas flows, and each gas separated from the other volatile substances by the above separator model. Assuming that some of these components reach equilibrium with the raw materials, the second flow rate splitting model that divides the flow of each gas at the corresponding split ratio and each volatile substance remaining in the raw material particles constitute A third flow rate division that generates a flow of the raw material corresponding to the flow of each gas divided by the second flow rate division model by dividing the flow of the raw material flowing into the region according to the size of the nucleus to be performed Calculate the flow rate and composition data when the model, each gas divided by the second flow rate division model, and the corresponding raw material divided by the third flow rate division model reach an equilibrium state. In the second flow rate division model, the gas division ratio corresponding to the volatile substance i is Xi, the reaction interface between the combustion gas and the raw material in the region is A, and the volatile substance i The mass transfer coefficient is ki, the flow rate before the gas corresponding to the volatile substance i is Qi, and the gas division ratio Xi corresponding to the volatile substance i is set by Xi = A · ki / Qi. The mass transfer amount between the raw material and the combustion gas in the above region is obtained for each volatile substance i by a combination of operation models .
請求項2に記載の本発明に係るセメントキルンの運転制御方法は、プロセスシミュレーションを利用して、セメントキルンに投入される直前の原料を1Cy原料として、この1Cy原料のSO3濃度とセメントキルン内の原料の温度分布との関係を求める第1工程と、上記1Cy原料のSO3濃度を測定し、その測定値からセメントキルン内の原料の温度分布を推定する第2工程と、セメントキルン内の原料の温度分布が一定に保たれるように、微粉炭燃焼バーナーを調整する第3工程とを有してなり、かつ上記プロセスシミュレーションは、セメント焼成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第1ステップと、上記単位操作モデルの組合せ順序に沿って、上記単位操作モデルの各々に設定された単位操作を順次実行し、その一連の操作を所定の収束条件が満たされるまで繰り返すことで、上記セメントキルン内における物質収支および熱収支を解析する第2ステップとを有し、上記第1ステップでは、原料が造粒していない領域に適用する単位操作モデルとして、上記領域に流入する燃焼ガスの一部が原料と平衡状態に達するとみなして、それに対応する分割率で燃焼ガスの流れを分割する流量分割モデルと、上記流量分割モデルで分割された一方の燃焼ガスと上記領域に存在する原料とが平衡状態に達したときの各々の流量および組成データを計算して出力する平衡計算モデルと、上記平衡計算モデルで原料と平衡状態に達した燃焼ガスと、上記流量分割モデルで分割された他方の燃焼ガスとを混合したときの燃焼ガスの流量および組成データを計算して出力する機能を有する所定の単位操作モデルとを用いるとともに、上記分割率をX、上記領域における燃焼ガスと原料の反応界面をA、上記領域における燃焼ガスと原料間の揮発物質の物質移動係数をk、上記領域に流入する燃焼ガスの流量をQとして、上記分割率Xを、X=A・k/Q、により設定し、上記原料が造粒している領域に適用する単位操作モデルとして、上記領域に流入する燃焼ガスの流れを、注目する揮発物質の数量に応じて分割することにより、注目する揮発物質の各々に対応するガスの流れを形成する第1流量分割モデルと、上記第1流量分割モデルで形成したガスの流れのそれぞれに、一つの注目する揮発物質のみが含まれるように他の揮発物質を分離するセパレータモデルと、上記セパレータモデルで他の揮発物質を分離した各ガスの流れの一部がそれぞれ原料と平衡状態に達するとみなして、それぞれに対応する分割率で、各ガスの流れを分割する第2流量分割モデルと、原料の粒子中に残存する各揮発物質が構成する核の大きさに応じて、上記領域に流入する原料の流れを分割することにより、上記第2流量分割モデルで分割された各ガスの流れに対応する原料の流れを生成する第3流量分割モデルと、上記第2流量分割モデルで分割された各ガスと、これに対応する上記第3流量分割モデルで分割された原料とが平衡状態に達したときの各々の流量および組成データを計算して出力する平衡計算モデルとを使用するとともに、上記第2流量分割モデルにおいては、揮発物質iに対応するガスの分割率をXi、上記領域における燃焼ガスと原料の反応界面をA、揮発物質iの物質移動係数をki、揮発物質iに対応するガスの分割前の流量をQiとして、上記揮発物質iに対応するガスの分割率Xiを、Xi=A・ki/Qi、により設定し、これら単位操作モデルの組み合わせにより、上記領域における原料と燃焼ガス間の物質移動量を揮発物質i毎に求めるようにしたことを特徴とするものである。
The operation control method for a cement kiln according to the present invention as set forth in
請求項3に記載の本発明に係るセメントキルンの運転制御方法は、プロセスシミュレーションを利用して、セメントキルンの窯尻から排出されるガスのKCl等の塩化物濃度およびSO2濃度と、セメントキルン内の原料の温度分布との関係を求める第1工程と、上記窯尻から排出されるガスのKCl等の塩化物濃度およびSO2濃度を測定し、それら測定値からセメントキルン内の原料の温度分布を推定する第2工程と、セメントキルン内の原料の温度分布が一定に保たれるように、微粉炭燃焼バーナーを調整する第3工程とを有してなり、かつ上記プロセスシミュレーションは、セメント焼成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第1ステップと、上記単位操作モデルの組合せ順序に沿って、上記単位操作モデルの各々に設定された単位操作を順次実行し、その一連の操作を所定の収束条件が満たされるまで繰り返すことで、上記セメントキルン内における物質収支および熱収支を解析する第2ステップとを有し、上記第1ステップでは、原料が造粒していない領域に適用する単位操作モデルとして、上記領域に流入する燃焼ガスの一部が原料と平衡状態に達するとみなして、それに対応する分割率で燃焼ガスの流れを分割する流量分割モデルと、上記流量分割モデルで分割された一方の燃焼ガスと上記領域に存在する原料とが平衡状態に達したときの各々の流量および組成データを計算して出力する平衡計算モデルと、上記平衡計算モデルで原料と平衡状態に達した燃焼ガスと、上記流量分割モデルで分割された他方の燃焼ガスとを混合したときの燃焼ガスの流量および組成データを計算して出力する機能を有する所定の単位操作モデルとを用いるとともに、上記分割率をX、上記領域における燃焼ガスと原料の反応界面をA、上記領域における燃焼ガスと原料間の揮発物質の物質移動係数をk、上記領域に流入する燃焼ガスの流量をQとして、上記分割率Xを、X=A・k/Q、により設定し、上記原料が造粒している領域に適用する単位操作モデルとして、上記領域に流入する燃焼ガスの流れを、注目する揮発物質の数量に応じて分割することにより、注目する揮発物質の各々に対応するガスの流れを形成する第1流量分割モデルと、上記第1流量分割モデルで形成したガスの流れのそれぞれに、一つの注目する揮発物質のみが含まれるように他の揮発物質を分離するセパレータモデルと、上記セパレータモデルで他の揮発物質を分離した各ガスの流れの一部がそれぞれ原料と平衡状態に達するとみなして、それぞれに対応する分割率で、各ガスの流れを分割する第2流量分割モデルと、原料の粒子中に残存する各揮発物質が構成する核の大きさに応じて、上記領域に流入する原料の流れを分割することにより、上記第2流量分割モデルで分割された各ガスの流れに対応する原料の流れを生成する第3流量分割モデルと、上記第2流量分割モデルで分割された各ガスと、これに対応する上記第3流量分割モデルで分割された原料とが平衡状態に達したときの各々の流量および組成データを計算して出力する平衡計算モデルとを使用するとともに、上記第2流量分割モデルにおいては、揮発物質iに対応するガスの分割率をXi、上記領域における燃焼ガスと原料の反応界面をA、揮発物質iの物質移動係数をki、揮発物質iに対応するガスの分割前の流量をQiとして、上記揮発物質iに対応するガスの分割率Xiを、Xi=A・ki/Qi、により設定し、これら単位操作モデルの組み合わせにより、上記領域における原料と燃焼ガス間の物質移動量を揮発物質i毎に求めるようにしたことを特徴とするものである。
The operation control method for a cement kiln according to the present invention as set forth in
請求項4に記載の本発明に係るセメントキルンの運転制御方法は、プロセスシミュレーションを利用して、セメントキルンに投入される直前の原料を1Cy原料として、この1Cy原料のSO3濃度およびCl濃度と、セメントキルン内の原料の温度分布との関係を求める第1工程と、上記1Cy原料のSO3濃度およびCl濃度を測定し、それら測定値からセメントキルン内の原料の温度分布を推定する第2工程と、セメントキルン内の原料の温度分布が一定に保たれるように、微粉炭燃焼バーナーを調整する第3工程とを有してなり、かつ上記プロセスシミュレーションは、セメント焼成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第1ステップと、上記単位操作モデルの組合せ順序に沿って、上記単位操作モデルの各々に設定された単位操作を順次実行し、その一連の操作を所定の収束条件が満たされるまで繰り返すことで、上記セメントキルン内における物質収支および熱収支を解析する第2ステップとを有し、上記第1ステップでは、原料が造粒していない領域に適用する単位操作モデルとして、上記領域に流入する燃焼ガスの一部が原料と平衡状態に達するとみなして、それに対応する分割率で燃焼ガスの流れを分割する流量分割モデルと、上記流量分割モデルで分割された一方の燃焼ガスと上記領域に存在する原料とが平衡状態に達したときの各々の流量および組成データを計算して出力する平衡計算モデルと、上記平衡計算モデルで原料と平衡状態に達した燃焼ガスと、上記流量分割モデルで分割された他方の燃焼ガスとを混合したときの燃焼ガスの流量および組成データを計算して出力する機能を有する所定の単位操作モデルとを用いるとともに、上記分割率をX、上記領域における燃焼ガスと原料の反応界面をA、上記領域における燃焼ガスと原料間の揮発物質の物質移動係数をk、上記領域に流入する燃焼ガスの流量をQとして、上記分割率Xを、X=A・k/Q、により設定し、上記原料が造粒している領域に適用する単位操作モデルとして、上記領域に流入する燃焼ガスの流れを、注目する揮発物質の数量に応じて分割することにより、注目する揮発物質の各々に対応するガスの流れを形成する第1流量分割モデルと、上記第1流量分割モデルで形成したガスの流れのそれぞれに、一つの注目する揮発物質のみが含まれるように他の揮発物質を分離するセパレータモデルと、上記セパレータモデルで他の揮発物質を分離した各ガスの流れの一部がそれぞれ原料と平衡状態に達するとみなして、それぞれに対応する分割率で、各ガスの流れを分割する第2流量分割モデルと、原料の粒子中に残存する各揮発物質が構成する核の大きさに応じて、上記領域に流入する原料の流れを分割することにより、上記第2流量分割モデルで分割された各ガスの流れに対応する原料の流れを生成する第3流量分割モデルと、上記第2流量分割モデルで分割された各ガスと、これに対応する上記第3流量分割モデルで分割された原料とが平衡状態に達したときの各々の流量および組成データを計算して出力する平衡計算モデルとを使用するとともに、上記第2流量分割モデルにおいては、揮発物質iに対応するガスの分割率をXi、上記領域における燃焼ガスと原料の反応界面をA、揮発物質iの物質移動係数をki、揮発物質iに対応するガスの分割前の流量をQiとして、上記揮発物質iに対応するガスの分割率Xiを、Xi=A・ki/Qi、により設定し、これら単位操作モデルの組み合わせにより、上記領域における原料と燃焼ガス間の物質移動量を揮発物質i毎に求めるようにしたことを特徴とするものである。
The operation control method for a cement kiln according to the present invention described in
ここで、平衡計算の手法としては、生成される可能性のある生成物質を予め与えておき、マスバランスを保ちながら、系の自由エネルギーが最小になるように生成物質を決定する手法を採用することができる。この手法においては、設定できる生成物質の数に理論上制限はなく、また反応式を設定する必要もないため、複雑な平衡計算を容易に実行することができる。この平衡計算で得られた揮発成分の気相分圧とフリーボードガス中の気相分圧の差で物質移動量を計算することにより、複雑な化学種や揮発成分の物質移動量を正確かつ容易に計算することができる。 Here, as a method of equilibrium calculation, a method is adopted in which a product that may be generated is given in advance, and the product is determined so that the free energy of the system is minimized while maintaining mass balance. be able to. In this method, there is no theoretical limit to the number of product substances that can be set, and it is not necessary to set a reaction formula, so that complex equilibrium calculations can be easily performed. By calculating the mass transfer amount based on the difference between the vapor phase partial pressure of the volatile component obtained in this equilibrium calculation and the gas phase partial pressure in the freeboard gas, the mass transfer amount of complex chemical species and volatile components can be accurately and accurately determined. It can be easily calculated.
請求項5に記載の本発明に係るセメントの製造方法は、請求項1〜4の何れかに記載の運転制御方法によりセメントキルンを運転制御してクリンカを製造し、当該クリンカからセメントを製造することを特徴とするものである。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a cement according to the present invention, wherein the cement kiln is controlled by the operation control method according to any one of the first to fourth aspects to manufacture a clinker, and the cement is manufactured from the clinker. It is characterized by this.
本発明によれば、第1工程において、セメントキルンの窯尻から排出されるガスに含まれる特定物質の濃度(SO2濃度、KCl等の塩化物濃度)と、セメントキルン内の原料の温度分布との関係、或いは1Cy原料に含まれる特定物質の濃度(SO3濃度、Cl濃度)と、セメントキルン内の原料の温度分布との関係を求めた後、第2工程において、上記特定物質の濃度を測定して、その測定値からセメントキルン内の原料の温度分布を推定し、その後、第3工程において、原料の温度分布が一定に保たれるように微粉炭燃焼バーナーを調整するようにしたため、原料の温度分布の変化に起因する様々な問題点(例えば、クリンカの品質のバラツキや、サイクロンの閉塞、或いは耐火物の劣化など)を解消することができ、長期に亘り安定した状態でセメントキルンを運転することができる。 According to the present invention, in the first step, the concentration of the specific substance (SO 2 concentration, chloride concentration such as KCl) contained in the gas discharged from the kiln bottom of the cement kiln and the temperature distribution of the raw material in the cement kiln Or the relationship between the concentration (SO 3 concentration, Cl concentration) of the specific substance contained in the 1Cy raw material and the temperature distribution of the raw material in the cement kiln, and in the second step, the concentration of the specific substance Because the temperature distribution of the raw material in the cement kiln was estimated from the measured value, and then, in the third step, the pulverized coal combustion burner was adjusted so that the temperature distribution of the raw material was kept constant. Various problems caused by changes in temperature distribution of raw materials (for example, clinker quality variation, cyclone clogging, refractory deterioration, etc.) can be resolved and stable over a long period of time. The cement kiln can be operated in a wet state.
図1は、セメント焼成工程のプロセスフローを示す図で、図中符号1がプレヒータ、2がセメントキルン、3がクリンカクーラである。
プレヒータ1は、上下方向に相互に接続された複数のサイクロン4を有し、その最上段4aに供給された粉体原料を下段のサイクロンに送る過程で、セメントキルン2から排出されたガス等を利用して粉体原料を予熱するようになっている。最下段4bのサイクロン4(1Cy)はセメントキルン2に接続されており、プレヒータ1で所定温度(約800℃)に予熱された原料(1Cy原料)がセメントキルン2に連続的に送り込まれるように構成されている。
FIG. 1 is a diagram showing a process flow of a cement firing step, in which 1 is a preheater, 2 is a cement kiln, and 3 is a clinker cooler.
The
セメントキルン2は、回転自在で略円筒形状の本体部2aを有し、その軸線が水平方向に対して僅かに傾斜した状態で配置されている。このセメントキルン2は、本体部2aの一端(以下、窯尻と称する)がプレヒータ1に接続される一方、他端(以下、窯前と称する。)がクリンカクーラ3に接続され、窯尻から流入した原料が本体部2aの回転により窯前に向けて順次移動して行くように構成されている。本体部2aの窯前側には微粉炭燃焼バーナー5が設置され、この微粉炭燃焼バーナー5で微粉炭を燃焼させることにより発生した燃焼ガスが、図1に示すように、窯前から窯尻に向けて、すなわち原料の流れと反対の方向に吹き込まれるようになっている。原料は、窯尻から窯前に移動する過程で融液を生じて、その後は徐々に粒径を増して行き、窯前に到達する頃には一定の粒径にまで成長した状態となる。窯前から排出された原料は、クリンカクーラ3で冷却された後、クリンカとして取り出される。こうして製造されたクリンカは、続く仕上工程において、石こうと混合されて、粉砕されることにより、粉末状のセメントに仕上げられる。
The
図1に示すセメント焼成工程においては、先ずプレヒータ1上部(500℃程度)で、粘土鉱物の分解により結晶水が放出される。石灰石の熱分解は、800℃程度(プレヒータ1下部)から始まり、この熱分解によりCaOが生成される。そして、このCaOとAl2O3、Fe2O3、SiO2の固相反応により、CA(CaO・Al2O3)、C3A(3CaO・Al2O3)、C2S(2CaO・SiO2)、C4AF(2CaO・Al2O3 -2CaO・Fe2O3 固溶体)等が1200℃程度までの間に生成されて行く。1250℃程度になると、C3AやC4AF等が溶解を開始して、液相が生成され、この液相を介してC2SがCaOと反応することにより、C3S(3CaO・SiO2)が生成される。最高温度の1450℃程度に達すると、原料中のCaOは殆ど無くなる。その後、原料はセメントキルン2内でクリンカクーラ3からの二次空気により徐々に温度を下げて、原料出口では1250℃程度になり、クリンカクーラ3では200℃程度まで急冷される。この過程で、液相からC2SとC3Sの間隙にC3A(3CaO・Al2O3)、C4AF(2CaO・Al2O3−2CaO・Fe2O3固溶体)が析出して行く。
In the cement firing step shown in FIG. 1, first, crystal water is released by decomposition of the clay mineral at the top of the preheater 1 (about 500 ° C.). The thermal decomposition of limestone starts from about 800 ° C. (lower part of the preheater 1), and CaO is generated by this thermal decomposition. And by this solid phase reaction of CaO with Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 and SiO 2 , CA (CaO · Al 2 O 3 ), C 3 A (3CaO · Al 2 O 3 ), C 2 S (2CaO) · SiO 2), C 4 AF (2CaO · Al 2 O 3 -2CaO · Fe 2
次に、本発明に係るセメントキルンの運転制御方法の一実施形態について説明する。
この運転制御方法は、セメントキルン2の焼成帯(例えば窯前からの距離で2〜17mの範囲)および脱着帯(同じく17〜30mの範囲)の原料温度と、窯尻ガス或いは1Cy原料に含まれる特定物質の濃度(窯尻ガスのSO2濃度、窯尻ガスのKCl等の塩化物濃度、1Cy原料のSO3濃度、1Cy原料のCl濃度)との関係を求める第1工程と、上記特定物質の濃度を測定し、その測定値からセメントキルン2内の原料の温度分布を推定する第2工程と、原料の温度分布が一定に保たれるように微粉炭燃焼バーナーを調整する第3工程とを有する。
Next, an embodiment of the operation control method for a cement kiln according to the present invention will be described.
This operation control method is included in the raw material temperature of the firing zone of the cement kiln 2 (for example, in the range of 2 to 17 m from the front of the kiln) and the desorption zone (also in the range of 17 to 30 m), and the kiln bottom gas or 1Cy raw material. The first step for determining the relationship between the concentration of the specific substance (the SO 2 concentration of the kiln butt gas, the chloride concentration of KCl etc. of the kiln butt gas, the SO 3 concentration of the 1 Cy raw material, the Cl concentration of the 1 Cy raw material), and the above specified The second step of measuring the concentration of the substance and estimating the temperature distribution of the raw material in the
先ず、第1工程では、プロセスシミュレーション(後述)を利用して、窯尻ガス或いは1Cy原料に含まれる特定物質の濃度と、セメントキルン2内の原料の温度分布との関係を求める。
First, in the first step, the relationship between the concentration of the specific substance contained in the kiln butt gas or 1Cy raw material and the temperature distribution of the raw material in the
図2は、セメントキルン2内の温度変化と、窯尻ガスのSO2濃度およびKCl濃度との関係を示すグラフである。このグラフでは、焼成帯(後述する図8のK6およびK7ブロック)と脱着帯(図8のK3〜K5ブロック)の原料温度が予め設定された基準温度(例えば、図8のブロック平均原料温度)にあるときの各ガス濃度と、この基準温度から、焼成帯と脱着帯の原料温度の一方および両方を変化させたときの各ガス濃度をそれぞれ示している。
このグラフによれば、脱着帯と焼成帯の一方の原料温度が上昇すると、窯尻ガスのSO2濃度が上昇し、双方の温度が上昇すると、その効果が合計されることが分かる。温度変化に対するSO2濃度の変化は焼成帯の方が大きいことから、SO2濃度のみを測定することによっても、焼成帯のおおまかな温度変化を把握することが可能である。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the temperature change in the
According to this graph, it can be understood that when the raw material temperature of one of the desorption zone and the firing zone is increased, the SO 2 concentration of the kiln bottom gas is increased, and when both temperatures are increased, the effects are totaled. Since the change in the SO 2 concentration with respect to the temperature change is larger in the calcined zone, it is possible to grasp a rough temperature change in the calcined zone by measuring only the SO 2 concentration.
一方、窯尻ガスのKCl濃度については、焼成帯の原料温度が上昇すると、逆に低下し、脱着帯の原料温度が変化しても余り変化しないことが分かる。
したがって、窯尻ガスのSO2濃度に加えて、KCl濃度を測定するようにすれば、両者の変化から、脱着帯と焼成帯の原料温度の変化を正確に把握することが可能である。
なお、窯尻のガス濃度は、原料の温度に依存する他、クリンカの化学組成、特にK2O、Na2O、SO3、Clに大きく影響を受ける。したがって、シミュレーションではクリンカの化学組成が重要な入力パラメーターであり、この化学組成を定期的に見直すことで、正確な温度を把握することが可能である。
On the other hand, it can be seen that the KCl concentration of the kiln bottom gas decreases conversely when the raw material temperature in the firing zone increases, and does not change much even if the raw material temperature in the desorption zone changes.
Therefore, if the KCl concentration is measured in addition to the SO 2 concentration of the kiln bottom gas, it is possible to accurately grasp the change in the raw material temperature in the desorption zone and the firing zone from the change in both.
The gas concentration in the kiln bottom is greatly influenced by the chemical composition of the clinker, in particular K 2 O, Na 2 O, SO 3 and Cl, in addition to the temperature of the raw material. Therefore, in the simulation, the chemical composition of the clinker is an important input parameter, and it is possible to grasp an accurate temperature by periodically reviewing this chemical composition.
図3(a)は、脱着帯の温度変化と、1Cy原料のSO3濃度およびCl濃度との関係を示すグラフ、図3(b)は、焼成帯の温度変化と、1Cy原料のSO3濃度およびCl濃度との関係を示すグラフである。これらグラフによれば、1Cy原料のSO3濃度およびCl濃度の変化は、窯尻ガスのSO2濃度およびKCl濃度の変化とほぼ同傾向であり、脱着帯の原料温度が上昇すると、SO3濃度およびCl濃度は何れも上昇し、一方、焼成帯の原料温度が上昇すると、SO3濃度は上昇するが、Cl濃度は減少することが分かる。つまり、1Cy原料のSO3濃度およびCl濃度を測定すれば、窯尻ガスのSO2濃度およびKCl濃度と同様に、脱着帯と焼成帯の原料温度の変化を正確に把握することが可能である。 FIG. 3A is a graph showing the relationship between the temperature change of the desorption zone and the SO 3 concentration and Cl concentration of the 1Cy material, and FIG. 3B is the temperature change of the firing zone and the SO 3 concentration of the 1Cy material. It is a graph which shows the relationship with Cl concentration. According to these graphs, changes in the SO 3 concentration and Cl concentration of the 1Cy raw material are almost the same as changes in the SO 2 concentration and KCl concentration of the kiln bottom gas, and when the raw material temperature in the desorption zone increases, the SO 3 concentration It can be seen that both the Cl concentration and the Cl concentration increase, while the SO 3 concentration increases but the Cl concentration decreases when the raw material temperature in the calcining zone increases. That is, if the SO 3 concentration and the Cl concentration of the 1Cy raw material are measured, it is possible to accurately grasp the change in the raw material temperature in the desorption zone and the firing zone, similarly to the SO 2 concentration and the KCl concentration of the kiln bottom gas. .
図4は、脱着帯および焼成帯の温度と、クリンカ中のSO3濃度およびCl濃度とを入力パラメータとして変化させたときの、窯尻のSO2、KCl、NaCl、HClのガス濃度、1Cy原料のSO3濃度およびCl濃度の計算結果を示す図表である。また、図5は、図4のデータを用いて、多変量回帰分析により求めた脱着帯の原料温度の推定式を示す図表である。 FIG. 4 shows the gas concentrations of SO 2 , KCl, NaCl, and HCl at the kiln bottom when the temperature of the desorption zone and the firing zone and the SO 3 concentration and Cl concentration in the clinker are changed as input parameters, and the 1Cy raw material. is a table showing the calculation results of SO 3 concentration and Cl concentration. FIG. 5 is a chart showing an estimation formula of the raw material temperature in the desorption zone obtained by multivariate regression analysis using the data of FIG.
図5において、R2は決定係数で、この値が1に近いほど推定精度が高いことを示している。R2値の右側の数値は、クリンカのSO3濃度(%)、Cl濃度(ppm)、窯尻ガスのSO2濃度(%)、SO2とKClの濃度比、KCl濃度(%)、NaCl濃度(%)、KClとNaClの濃度比、KClとHClの濃度比、1Cy原料のSO3濃度(%)およびCl濃度(ppm)の何れかの組合せにより多元一次式を構成するときの各々の係数値であり、右端の数値は定数項である。また、各係数値および定数項の下のカッコ内の数値はt検定によるt値を表している。t値はその絶対値が約2以上であるときに95%の有意水準で係数が有意であることを示している。すなわち、脱着帯の原料温度の推定式として、R2が高く、また有意な変数で構成される回帰式は、No.6,7,12,13,14,16であった。 In FIG. 5, R 2 is a determination coefficient, and the closer this value is to 1, the higher the estimation accuracy. The numerical values on the right side of the R 2 value are the clinker SO 3 concentration (%), Cl concentration (ppm), kiln bottom gas SO 2 concentration (%), SO 2 and KCl concentration ratio, KCl concentration (%), NaCl Concentration (%), concentration ratio of KCl and NaCl, concentration ratio of KCl and HCl, 1Cy raw material SO 3 concentration (%) and Cl concentration (ppm) It is a coefficient value, and the numerical value at the right end is a constant term. The numerical value in parentheses below each coefficient value and the constant term represents the t value by t test. The t value indicates that the coefficient is significant at the significance level of 95% when the absolute value is about 2 or more. That is, as an estimation formula for the raw material temperature in the desorption zone, a regression equation having a high R 2 and consisting of significant variables is 6, 7, 12, 13, 14, 16.
No.6の回帰式によれば、窯尻ガスのSO2濃度およびKCl濃度から脱着帯の原料温度を推定でき、これにクリンカのSO3濃度およびCl濃度を説明変数として加えたNo.7の回帰式を用いるようにすれば、さらに推定精度が高くなる。また、No.12の回帰式は、窯尻ガスのKCl濃度と、窯尻ガスのKClとNaClの濃度比とから脱着帯の原料温度を推定するものであり、これにクリンカのCl濃度を説明変数として加えたものがNo.13の回帰式、窯尻ガスのKClとNaClの濃度比の代わりにNaClの濃度を用いたものがNo.14の回帰式である。また、No.16の回帰式は、1Cy原料のSO3濃度およびCl濃度から脱着帯の原料温度を推定するものである。このように、脱着帯の原料温度は、窯尻ガスのSO2濃度とKCl濃度の組合せ、或いは窯尻ガスのKCl濃度とNaClの濃度の組合せから推定することができ、クリンカのSO3濃度およびCl濃度を用いることで、さらにその精度を高めることができる。また、1Cy原料のSO3濃度およびCl濃度によっても脱着帯の原料温度が推定できることが分かる。 No. According to the regression equation of No. 6, the raw material temperature in the desorption zone can be estimated from the SO 2 concentration and the KCl concentration of the kiln bottom gas, and the clinker SO 3 concentration and Cl concentration are added as explanatory variables. If the regression equation of 7 is used, the estimation accuracy is further increased. No. The regression equation of 12 estimates the raw material temperature of the desorption zone from the KCl concentration of the kiln bottom gas and the concentration ratio of the KCl and NaCl of the kiln bottom gas, and the Cl concentration of the clinker is added as an explanatory variable to this. No. No. 13 regression equation, which uses the concentration of NaCl instead of the concentration ratio of KCl and NaCl in kiln bottom gas, is No. 13. 14 regression equations. No. The 16 regression equations estimate the raw material temperature in the desorption zone from the SO 3 concentration and Cl concentration of the 1Cy raw material. Thus, the material temperature of the desorption zone, it is possible to estimate the combination of the SO 2 concentration and KCl concentration in kiln inlet gas, or a combination of KCl concentration and the concentration of NaCl in the kiln inlet gas, SO 3 concentration and of clinker The accuracy can be further improved by using the Cl concentration. It can also be seen that the material temperature in the desorption zone can be estimated by the SO 3 concentration and the Cl concentration of the 1Cy material.
図6は、図4のデータを用いて、多変量回帰分析により求めた焼成帯の原料温度の推定式を示す図表である。この図6に示すように、焼成帯の原料温度の推定式として、R2が高く、また有意な変数で構成される回帰式は、No.1,3,6,9,10,13であった。
No.1の回帰式によれば、窯尻ガスのSO2濃度のみから焼成帯の原料温度を推定でき、No.6の回帰式のように、説明変数として、窯尻ガスのSO2濃度の他に、クリンカのSO3濃度、Cl濃度および窯尻ガスのKCl濃度を加えるようにすれば、さらに推定精度が高くなる。また、No.3の回帰式は、窯尻ガスのSO2濃度とクリンカのSO3濃度から焼成帯の原料温度を推定するものであり、同様に、No.9の回帰式は、クリンカのSO3濃度と窯尻ガスのKCl濃度から、No.10の回帰式は、クリンカのSO3濃度およびCl濃度、窯尻ガスのKCl濃度、窯尻ガスのKClとNaClの濃度比から、No.13の回帰式は、クリンカのSO3濃度およびCl濃度、1Cy原料のSO3濃度およびCl濃度から、それぞれ焼成帯の原料温度を推定するものである。このように、焼成帯の原料温度は、窯尻ガスのSO2濃度のみから推定することが可能であり、これにクリンカのSO3濃度やCl濃度、窯尻ガスのKCl濃度等を用いることで、その精度をさらに高めることが可能である。また、クリンカのSO3濃度と窯尻ガスのKCl濃度の組合せ等からも、同様に焼成帯の原料温度を推定することが可能である。
FIG. 6 is a chart showing an estimation formula of the raw material temperature of the calcining zone obtained by multivariate regression analysis using the data of FIG. As shown in FIG. 6, as an estimation formula for the raw material temperature of the calcining zone, a regression equation having a high R 2 and composed of significant variables is No. It was 1,3,6,9,10,13.
No. According to the regression equation of No. 1, the raw material temperature of the firing zone can be estimated only from the SO 2 concentration of the kiln bottom gas. As shown in the regression equation in FIG. 6, if the SO 3 concentration of the clinker and the Cl concentration of the clinker and the KCl concentration of the kiln butt gas are added as explanatory variables in addition to the SO 2 concentration of the kiln butt gas, the estimation accuracy is further increased. Become. No. The
こうして、第1工程において、脱着帯や焼成帯の原料温度を推定するための回帰式を求めた後、第2工程に移行する。第2工程では、先ず、第1工程で求めた回帰式の説明変数に該当する物質の濃度を測定し、次いで、その測定値からセメントキルン2内の原料の温度分布を推定する。例えば、窯尻ガスのSO2濃度およびKCl濃度を測定し、それら測定値を図5のNo.6の回帰式に代入すれば、脱着帯の原料温度を推定することができ、SO2濃度の測定値を図6のNo.1の回帰式に代入すれば、焼成帯の原料温度を推定することができる。また、1Cy原料のSO3濃度およびCl濃度を測定し、それら測定値を図5のNo.16の回帰式に代入することによっても、脱着帯の原料温度を推定することができる。また、1Cy原料のSO3濃度およびCl濃度の測定値と、クリンカのSO3濃度およびCl濃度とを、図6のNo.13の回帰式に代入することにより、焼成帯の原料温度を推定することも可能である。
Thus, after obtaining the regression equation for estimating the raw material temperature of the desorption zone and the firing zone in the first step, the process proceeds to the second step. In the second step, first, the concentration of the substance corresponding to the explanatory variable of the regression equation obtained in the first step is measured, and then the temperature distribution of the raw material in the
第3工程では、第2工程で求めた温度分布が、予め設定された温度分布に一致するか否かを判定し、判定の結果、両者が一致する場合には、微粉炭燃焼バーナー5を現状のままで維持する。一方、両者が一致しない場合には、微粉炭燃焼バーナー5の微粉炭流の近傍から吹き込む一次空気の流量を調整する。具体的には、一次空気を増やすと、前焼き(窯尻側の温度は低くなるが、窯前側の最高温度は高く、一気に焼成するタイプ)となる一方、一次空気を減らすと、奥焼き(窯前側の最高温度は高くならないが、窯尻側の温度は高く、じっくり焼成するタイプ)となるので、かような性質を利用して、セメントキルン2内の原料の温度分布が所望温度となるように一次空気の流量を調整する。なお、セメントキルン2内の原料の温度分布の調整方法は、これに限られるものではなく、例えば、微粉炭燃焼バーナーの改造や原料組成の変更等によっても、セメントキルン2内の原料の温度分布を調整することが可能である。
In the third step, it is determined whether or not the temperature distribution obtained in the second step matches a preset temperature distribution. If both match, as a result of the determination, the pulverized
次に、上記第1工程において、窯尻ガス或いは1Cy原料に含まれる特定物質の濃度と、セメントキルン2内の原料の温度分布との関係を求めるのに用いるプロセスシミュレーションについて説明する。
Next, a process simulation used for obtaining the relationship between the concentration of the specific substance contained in the kiln bottom gas or 1Cy raw material and the temperature distribution of the raw material in the
プロセスシミュレーションは、主に化学工学プラントにおける混合装置、蒸留塔、反応塔等において起こる現象を数学モデル化して、物質収支や熱収支を計算するもので、その処理には、CPU、RAM、記憶装置、入力装置および表示装置等を有する周知のコンピュータが利用される。このコンピュータの記憶装置には、CPUにより実行される各種処理プログラム(プロセスシミュレーションソフトなど)や制御データ等を記憶する記憶領域、上記プログラムで扱われる各種データ(単位操作モデルの定義データなど)を記憶する記憶領域などが設けられ、この記憶装置に格納されたプログラムをCPUが実行することで、以下に示す各ステップの処理等が行われるようになっている。 Process simulation is a mathematical model of phenomena that occur mainly in mixing equipment, distillation towers, reaction towers, etc. in chemical engineering plants, and calculates the material balance and heat balance. The processing includes a CPU, RAM, and storage device. A known computer having an input device and a display device is used. The storage device of the computer stores a storage area for storing various processing programs (process simulation software, etc.) executed by the CPU and control data, and various data (definition data for unit operation models, etc.) handled by the program. A storage area is provided, and the CPU executes a program stored in the storage device so that the following steps are performed.
本実施形態では、セメントキルン2やプレヒータ1で起こる化学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第1ステップと、単位操作モデルの組合せ順序に沿って、単位操作モデルの各々に設定された単位操作を順次実行し、その一連の操作を所定の収束条件が満たされるまで繰り返すことで、セメントキルン2やプレヒータ1内における物質収支や熱収支を解析する第2ステップとを有する。
In the present embodiment, each unit operation model is set in accordance with a first step of modeling a chemical process occurring in the
ここで、上記単位操作モデルとしては、例えば、平衡計算モデル、流量分割モデル、混合計算モデル、化学量論反応モデルなどが予め用意されている。
各単位操作モデルには、各々の機能と、予め設定すべき条件が定義されていて、それぞれの単位操作モデルにストリームの情報(例えば、原料やガスの成分、流量、温度、圧力等のデータ)を入力すると、定義された機能と設定条件(反応装置の大きさや運転条件など)に基づく所定の計算が行われて、その計算結果(原料やガスの成分、流量、温度、圧力等)が出力されるようになっている。
Here, as the unit operation model, for example, an equilibrium calculation model, a flow rate division model, a mixed calculation model, a stoichiometric reaction model, and the like are prepared in advance.
Each unit operation model defines each function and conditions to be set in advance, and each unit operation model has stream information (for example, data on raw materials and gas components, flow rate, temperature, pressure, etc.). Is input, a predetermined calculation based on defined functions and setting conditions (reactor size, operating conditions, etc.) is performed, and the calculation results (raw materials and gas components, flow rate, temperature, pressure, etc.) are output. It has come to be.
平衡計算モデルは、生成される可能性のある物質(生成物質)の種類や相など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化学平衡計算・相平衡計算を行って生成物質の種類、相、流量を決定する機能を有している。また、流量分割モデルは、予め設定された分割率でガスや原料等のストリームを分割する機能を有し、混合計算モデルは、複数のストリームを混合する機能を有している。また、化学量論反応モデルは、予め設定された反応式や反応率を用いて生成物質の種類や流量を計算する機能、ヒータモデルは、出口温度やエンタルピー変化を計算する機能、セパレータモデルは、特定の成分を与えられた比率で分割する機能をそれぞれ有している。各単位操作モデルは、原料やガスのストリーム(仮定したストリームを含む。)に沿って相互に接続され、その接続順序に沿って単位操作が順次実行されるようになっている。 Equilibrium calculation model sets chemical equilibrium calculation and phase equilibrium calculation so that the free energy of the generated substance is minimized by setting in advance the types and phases of substances (product substances) that may be generated. And has the function of determining the type, phase and flow rate of the product. Further, the flow rate division model has a function of dividing a stream of gas or raw material at a preset division rate, and the mixing calculation model has a function of mixing a plurality of streams. The stoichiometric reaction model is a function for calculating the type and flow rate of a product using a preset reaction equation and reaction rate, the heater model is a function for calculating outlet temperature and enthalpy change, and the separator model is Each has a function of dividing a specific component at a given ratio. Each unit operation model is connected to each other along a raw material or gas stream (including an assumed stream), and unit operations are sequentially executed in the connection order.
例えば、図7に示すような単位操作モデルの組合せによってある化学プロセスをモデル化した場合、ストリームF1の情報を与えれば、単位操作モデルAにてストリームF2の情報が計算される。次いで、単位操作モデルBにてストリームF3の情報が計算されることとなるが、ストリームF5の情報が不明であるため、ストリームF5の情報の予想値(或いは初期値)とストリームF2の情報を用いてストリームF3の情報が計算される。その後、単位操作モデルCにてストリームF4の情報が計算された後、単位操作モデルD(流量分割モデル)にて所定の分割率でストリームF4が分割されて、その分割された各ストリームF5、F6の情報がそれぞれ計算される。次いで、ストリームF5の情報の計算値と上記予想値との比較が行われ、その差が所定の範囲内に収まる場合(所定の収束条件が満たされる場合)には計算が終了となり、一方、所定の範囲内に収まらない場合には、前回の計算値との差が所定の範囲内に収まるまで、単位操作モデルB、C、Dにおける計算が繰り返される。その結果、計算終了時には、系のマスバランスとヒートバランスが満たされた状態になる。 For example, when a certain chemical process is modeled by a combination of unit operation models as shown in FIG. 7, if information on the stream F1 is given, information on the stream F2 is calculated in the unit operation model A. Next, the information of the stream F3 is calculated in the unit operation model B. However, since the information of the stream F5 is unknown, the expected value (or initial value) of the information of the stream F5 and the information of the stream F2 are used. Thus, information of the stream F3 is calculated. Then, after the information of the stream F4 is calculated in the unit operation model C, the stream F4 is divided at a predetermined division rate in the unit operation model D (flow rate division model), and each of the divided streams F5 and F6 is divided. Are calculated respectively. Next, the calculated value of the information of the stream F5 is compared with the predicted value, and if the difference falls within a predetermined range (when a predetermined convergence condition is satisfied), the calculation ends, while the predetermined value If it does not fall within the range, the calculations in the unit operation models B, C, and D are repeated until the difference from the previous calculation value falls within the predetermined range. As a result, when the calculation is completed, the mass balance and heat balance of the system are satisfied.
例えば、前述したセメント焼成プロセスをモデル化する場合には、単位操作モデルに入力されるストリームの情報が、原料や燃焼ガスの成分、流量、温度、圧力等のデータとなる。
本実施形態では、塩素や硫黄のガスと原料間の物質移動やクリンカ鉱物の生成を計算するブロックとして、図8に示すように、セメントキルン2を長さ方向で8ブロック(原料の入口側からK1〜K8)に分割する。また、各ブロックの平均原料温度と長さを図8に示すように設定し、各ブロックにおいては、熱交換を計算せず、設定した原料温度分布に従って昇温される原料の加熱および反応に必要な熱量がガスから供給され、ガス温度が原料入口に向かって順次低下していくものとする。なお、原料の温度は、ここで設定しなくとも、燃焼ガスと原料間の熱交換モデルをシミュレーションに組み込むことで決定することも可能である。
For example, when modeling the above-described cement firing process, the stream information input to the unit operation model is data such as raw material and combustion gas components, flow rate, temperature, pressure, and the like.
In this embodiment, as shown in FIG. 8, as a block for calculating mass transfer between chlorine and sulfur gas and raw material and generation of clinker mineral, as shown in FIG. Divided into K1-K8). In addition, the average raw material temperature and length of each block are set as shown in FIG. 8, and in each block, heat exchange is not calculated and necessary for heating and reaction of the raw material that is heated according to the set raw material temperature distribution. It is assumed that a sufficient amount of heat is supplied from the gas, and the gas temperature gradually decreases toward the raw material inlet. Note that the temperature of the raw material can be determined by incorporating a heat exchange model between the combustion gas and the raw material into the simulation without being set here.
セメントキルン2内では、図9(a)に示すように、燃焼ガスと原料間で揮発物質の揮発或いは凝縮による物質移動が生じている。また、燃焼ガスと原料の流れが対向流となっていて、その一方の燃焼ガスの流速が比較的大きいため、燃焼ガスと原料とが平衡状態には達していない。
In the
そこで、本実施形態では、図9(b)に示すように、セメントキルン2内のある領域(例えば、領域S)に流入する燃焼ガスの一部のみが原料と平衡状態に達するとみなして、それに対応する分割率で燃焼ガスの流れを分割する流量分割モデルM1と、この流量分割モデルM1で分割された一方の燃焼ガスと上記領域Sに存在する原料とが平衡状態に達したときの各々の流量および組成データを計算して出力する平衡計算モデルM2と、流量分割モデルM1で分割された他方の燃焼ガスと平衡計算モデルM2で平衡状態に達した燃焼ガス(平衡計算モデルM2から出力された流量および組成データの燃焼ガス)とを混合したときの燃焼ガスの流量および組成データを計算して出力する平衡計算モデル(若しくは混合計算モデル)M3と用いる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 9 (b), it is considered that only a part of the combustion gas flowing into a certain region (for example, region S) in the
塩素や硫黄の揮発・凝縮量は、数1に示すように、揮発物質の原料近傍の蒸気圧と原料上方(フリーボード)ガスの蒸気圧の差、物質移動係数、反応界面で表すことができる。 The amount of volatilization / condensation of chlorine and sulfur can be expressed by the difference between the vapor pressure in the vicinity of the raw material of the volatile substance and the vapor pressure of the gas above the raw material (freeboard), the mass transfer coefficient, and the reaction interface. .
ここで、Jiは揮発物質iの物質移動(揮発・凝縮)量、Aは反応界面、kiは揮発物質iの物質移動係数、Peqiは揮発物質iの原料近傍での平衡蒸気圧、Piは揮発物質iのフリーボードガス中の蒸気圧である。また、物質移動を部分平衡で表現した上記モデルにおいて、物質移動量は数2で表される。
Here, J i is the mass transfer (volatilization / condensation) amount of the volatile substance i, A is the reaction interface, k i is the mass transfer coefficient of the volatile substance i, P eqi is the equilibrium vapor pressure near the raw material of the volatile substance i, Pi is the vapor pressure in the free board gas of the volatile substance i. Further, in the above model in which the mass transfer is expressed by partial equilibrium, the mass transfer amount is expressed by
数2において、Qeqは原料と平衡に達するフリーボードガス量である。そして、数1と数2から、次の関係式を得ることができる。
In Equation 2, Q eq is the amount of free board gas that reaches equilibrium with the raw material. Then, from the
したがって、上記領域に流入する流量Qのフリーボードガスを、流量分割モデルで分割する場合の分割率は、数4に示すようになる。
Therefore, the division ratio when the freeboard gas having the flow rate Q flowing into the region is divided by the flow division model is as shown in
例えば、キルン2内で原料が造粒する前の1250℃未満で、原料ベッド上のガス境膜拡散が支配的かつ、各揮発物質iの拡散係数に大きな差がない場合には、種々の揮発・凝縮物質の平均値としての物質移動係数kから、流量分割モデルの分割率Xを求めることができる。
しかしながら、温度が1250℃以上となり、原料が造粒してクリンカとなると、揮発物質のクリンカ細孔拡散を無視できなくなる。この場合、後述の未反応核モデルにて計算される物質移動係数は、未反応の半径、つまり揮発物質が揮発していない半径に依存し、この半径は、塩素と硫黄とで異なる(例えば、揮発率の大きい塩素の方が、半径が小さくなる)ため、kiを物質i毎(塩素と硫黄)に決定する必要がある。また、この場合には、数5に示すように、フリーボードガスを、揮発物質として物質iのみを含むガス(流量Qi)に分割してXiを決定する必要がある。
For example, if the gas boundary film diffusion on the raw material bed is dominant and the diffusion coefficient of each volatile substance i is not greatly different at less than 1250 ° C. before the raw material is granulated in the
However, when the temperature becomes 1250 ° C. or higher and the raw material is granulated to become a clinker, the clinker pore diffusion of volatile substances cannot be ignored. In this case, the mass transfer coefficient calculated by the unreacted nucleus model described later depends on the unreacted radius, that is, the radius at which the volatile material is not volatilized, and this radius differs between chlorine and sulfur (for example, Since the radius of chlorine having a larger volatility is smaller), it is necessary to determine k i for each substance i (chlorine and sulfur). In this case, as shown in
以下に、物質移動係数の算出方法について、原料が造粒していないとき(K1〜K2ブロック)と、原料が造粒しているとき(K3〜K8ブロック)とに分けて説明する。 Hereinafter, the method for calculating the mass transfer coefficient will be described separately when the raw material is not granulated (K1 to K2 block) and when the raw material is granulated (K3 to K8 block).
(1)原料造粒なし
Watkinsonらは、文献(S. H. Tscheng, and A. P. Watkinson, The Canadian Journal of Chemical Engineering, 57, 433(1979))において、セメントキルン中のガスと原料の熱移動係数は、原料の表面の状態に影響を受け、理論値の10倍程度になると述べている。これを参考に、本実施形態では、シャーウッド数Shを数6の数式により求めることとするが、これ以外の数式を用いて求めるようにしてもよい。
(1) No raw material granulation
In the literature (SH Tscheng, and AP Watkinson, The Canadian Journal of Chemical Engineering, 57, 433 (1979)), Watkinson et al. It is said that it will be about 10 times the theoretical value. With reference to this, in the present embodiment, the Sherwood number Sh is obtained by the mathematical formula of
ここで、Shはシャーウッド数、Reはレイノルズ数、Scはシュミット数である。レイノルズ数およびシュミット数は、数7および数8により求めることができる。
Here, Sh is the Sherwood number, Re is the Reynolds number, and Sc is the Schmitt number. The Reynolds number and the Schmidt number can be obtained by the following
上記数式において、dはキルン内径(m)、Vfはフリーボードガス流速(m/s)、ρfはフリーボードガス密度(kg/m3)、μfはフリーボードガス粘度(kg/ms)、Dは拡散係数(m2/s)である。 In the above equation, d is the kiln inner diameter (m), V f is the free board gas flow rate (m / s), ρ f is the free board gas density (kg / m 3 ), and μ f is the free board gas viscosity (kg / ms). ), D is the diffusion coefficient (m 2 / s).
ガス境膜物質移動係数Kfは、上述したシャーウッド数を用いて、数9により求めることができる。
The gas boundary film mass transfer coefficient K f can be obtained from
ここで、拡散係数Dは、主要な拡散物質がSO2で、他成分はN2が大部分を占めることから、SO2とN2の相互拡散係数を用いる。 Here, the diffusion coefficient D, a major diffusion material SO 2, the other components from the N 2 predominates, using the mutual diffusion coefficient of SO 2 and N 2.
(2)原料造粒あり
セメント原料は1250℃付近で融液(酸化物溶体)を生じ、最高温度である1450℃付近では、融液が全体の25%程度に達するとされている。セメントキルン2は1〜3rpmで回転しているため、融液を生じてからは、原料は徐々に造粒し、窯前に到達する頃には直径30mm程度のクリンカとなる。この際に、硫酸カルシウムを主成分とする溶融塩が核となって造粒するため、溶融塩は中心部に偏在するともいわれているが、本実施形態では、造粒は比較的速やかに終了し、溶融塩はクリンカに均一に分布するものとして考える。そして、さらに温度が上昇した際には、硫酸塩や塩化物が細孔を拡散して外周より揮発し、その界面が徐々に中心部に移動していくものと考える。この現象に対して、本実施形態では、粒子内部に未反応の部分(未反応核)が存在し、反応とともに粒子径が減少すると仮定する未反応核モデルを使用する。
また、クリンカベッド中のクリンカ粒子間には若干のガスの流れがあると考えられるため、以下に示すように、ガス境膜拡散についても検討し、クリンカ細孔拡散とガス境膜拡散の総括物質移動係数を算出する。
(2) Raw material granulation Cement raw material produces a melt (oxide solution) at around 1250 ° C, and the melt reaches about 25% of the total temperature at around 1450 ° C, which is the highest temperature. Since the
In addition, since it is considered that there is a slight gas flow between the clinker particles in the clinker bed, as shown below, the gas boundary film diffusion is also examined, and the overall substance of clinker pore diffusion and gas boundary film diffusion is examined. Calculate the movement coefficient.
〈ガス境膜拡散物質移動係数kf〉
クリンカベッド中のガス流速はベッドの深さとともに急激に減少すると考えられるので、図10に示すように、ベッドの表面にはベッド中のガス流速がフリーボードガス速度と等しい表面層があり、それよりも深い部分ではガスの流れは0であると考え、ベッド全体の平均ガス流速を数10により計算する。ここでは、ベッド表面層の深さを粒子径の2倍、粒子径を30mmとして計算する。
<Gas film diffusion material transfer coefficient k f >
Since the gas flow rate in the clinker bed is considered to decrease rapidly with the bed depth, as shown in FIG. 10, there is a surface layer on the bed surface where the gas flow rate in the bed is equal to the freeboard gas velocity, In the deeper part, the gas flow is considered to be zero, and the average gas flow velocity of the entire bed is calculated by tens. Here, the calculation is performed assuming that the depth of the bed surface layer is twice the particle diameter and the particle diameter is 30 mm.
数10において、Uはクリンカベッド中ガス流速、Ssはクリンカベッド断面中の表面層の面積(m2)、Sbはクリンカベッド断面積(m2)、Vslは表面層中のガス流速(フリーボードガス流速)、dsは表面層の厚さ(m)である。
本実施形態では、クリンカ粒子と周囲を流れるガスとの物質移動を表す式として、Ranz-Marshall式を用いる。主な拡散物質であるSO2、KClについては、別々に物質移動係数を算出することが可能であるので、拡散係数、シャーウッド数およびシュミット数の各々に対象物質iの添字を付加する。
In
In the present embodiment, the Ranz-Marshall equation is used as an equation representing mass transfer between the clinker particles and the gas flowing therearound. Since the mass transfer coefficients can be calculated separately for the main diffusion substances SO 2 and KCl, the subscript of the target substance i is added to each of the diffusion coefficient, the Sherwood number, and the Schmitt number.
以上の数式において、Shiはシャーウッド数、Reはレイノルズ数、Sciはシュミット数、dpはクリンカ粒子径(m)、ρcはクリンカベッド中ガス密度(kg/m3)、μcはクリンカベッド中ガス粘度(kg/ms)、Diは物質iの拡散係数(m2/s)である。拡散係数は、SO2に関しては、SO2とN2の相互拡散係数を、KClに関しては、KClとN2の相互拡散係数をそれぞれ用いる。 In the above formulas, Sh i is the Sherwood number, Re is the Reynolds number, Sc i is the Schmitt number, d p is the clinker particle diameter (m), ρ c is the gas density in the clinker bed (kg / m 3 ), and μ c is Gas viscosity in clinker bed (kg / ms), D i is the diffusion coefficient (m 2 / s) of substance i. Diffusion coefficient, with respect to SO 2, the mutual diffusion coefficient of SO 2 and N 2, with respect to KCl, using mutual diffusion coefficient of KCl and N 2, respectively.
ガス境膜物質移動係数kfiは、上述したシャーウッド数を用いて、数14により求めることができる。
The gas boundary film mass transfer coefficient k fi can be obtained by
〈クリンカ細孔拡散物質移動係数kc〉
前述したように、塩素と硫黄とでは最終的な揮発率が異なるため、それぞれについて未反応核を設定する二重核モデルを構築した。図11にその概念図を示す。この二重核モデルは、粒子の内側より、P1:酸化物溶体と溶融塩(塩化物および硫酸塩)で満たされている部分と、P2:酸化物溶体と溶融塩(ただし、塩化物はなく硫酸塩のみ)で満たされている部分と、P3:細孔が酸化物溶体のみで満たされている部分とにより構成されている。
<Clinker pore diffusion material transfer coefficient k c >
As mentioned above, since the final volatility differs between chlorine and sulfur, a double nucleus model was established in which unreacted nuclei were set for each. FIG. 11 shows a conceptual diagram thereof. This double nucleus model consists of P1: oxide solution and molten salt (chloride and sulfate) filled from the inside of the particle, P2: oxide solution and molten salt (but no chloride) (Only sulfate) and P3: a portion where the pores are filled only with the oxide solution.
また、この二重核モデルにおいて、SO2ガスとKClガスの濃度分布は、図11に示すようになる。この濃度分布から分かるように、硫酸塩の分解により生じるSO2ガスは、硫酸塩の核(P2)の外周での平衡濃度とガス境膜の内側での濃度勾配が拡散の駆動力となり、同様にKClガスは、塩化物+硫酸塩の核(P1)の外周での平衡濃度とガス境膜の内側での濃度勾配が拡散の駆動力となる。したがって、ある半径ri(i=塩素、硫黄)の球面における単位時間当たりのフラックスは、数15に示すように、半径方向の濃度勾配に比例しその比例定数は細孔内の有効拡散係数となる。これを粒子の半径Rからriまで、そのときの濃度をPiとPeqi として、数16に示すように積分することにより、数17を得ることができる。ここで、数1よりkci=J/A/(Peqi−Pi)となるので、J=dN/dt、A=4πR2を代入することにより、数18に示すように、クリンカ細孔の物質移動係数kciを得ることができる。
Further, in this double nucleus model, the concentration distributions of SO 2 gas and KCl gas are as shown in FIG. As can be seen from this concentration distribution, the SO 2 gas generated by the decomposition of the sulfate has the equilibrium concentration at the outer periphery of the sulfate nucleus (P2) and the concentration gradient inside the gas boundary film as the driving force for diffusion. In addition, the KCl gas has an equilibrium concentration at the outer periphery of the chloride + sulfate nucleus (P1) and a concentration gradient inside the gas boundary film as the driving force for diffusion. Therefore, the flux per unit time on a spherical surface of a certain radius r i (i = chlorine, sulfur) is proportional to the concentration gradient in the radial direction, as shown in
数18において、Miは、造粒時の粒子に均一に存在していたときの塩素と硫黄量を1とする存在量比である。揮発により存在量比がMiとなったときの物質移動係数kci を、数18より求めることができる。図12に原料の造粒後の未反応核変化の概念図を示す。なお、硫黄については造粒を始めるK3ブロック以降で凝縮が揮発を上回り、存在比が増加する場合がある。その場合の未反応核の半径は不変で、凝縮により内部の硫黄の濃度が均一に上昇するものとした。図12では、Ms3<Ms4であるが、未反応核半径は不変(rs3=rs4=R)であるので、K3およびK4ブロックでのSO2の物質移動係数は、Ms3=Ms4=1で計算する。なお、細孔内の有効拡散係数は、クリンカの気孔率および細孔の曲りくねり度を考慮して拡散係数の10分の1程度とした。 In Equation 18, M i is an abundance ratio where the amount of chlorine and sulfur is 1 when the particles are uniformly present in the granulated particles. The mass transfer coefficient k ci when the abundance ratio becomes M i due to volatilization can be obtained from Equation 18. FIG. 12 shows a conceptual diagram of changes in unreacted nuclei after raw material granulation. In addition, about sulfur, after K3 block which starts granulation, condensation exceeds volatilization, and abundance ratio may increase. In this case, the radius of the unreacted nuclei was not changed, and the concentration of the internal sulfur was uniformly increased by condensation. In FIG. 12, although M s3 <M s4 , the unreacted nucleus radius is unchanged (r s3 = r s4 = R), so the mass transfer coefficient of SO 2 in the K3 and K4 blocks is M s3 = M Calculate with s4 = 1. The effective diffusion coefficient in the pores was set to about 1/10 of the diffusion coefficient in consideration of the porosity of the clinker and the degree of bending of the pores.
〈総括物質移動係数〉
総括物質移動係数kiは、上記のようにして求めたガス境膜拡散物質移動係数kfi およびクリンカ細孔拡散物質移動係数kciから、次式を用いて求めることができる。
<General mass transfer coefficient>
The overall mass transfer coefficient k i can be obtained from the gas boundary membrane diffusion mass transfer coefficient k fi and the clinker pore diffusion mass transfer coefficient k ci obtained as described above using the following equation.
次に、セメントキルン2の各ブロックにおける単位操作モデルの接続例について説明する。図13は、原料が造粒していないK2ブロックにおける単位操作モデルの接続例(対向流モデル:原料造粒なし)を示す図である。なお、このモデルは、K1ブロックにおいても適用されるものである。
Next, a connection example of unit operation models in each block of the
図13に示すように、このK2ブロックにおいては、単位操作モデルとして、流量分割モデル2、ヒータモデル2、平衡計算モデル2およびセパレータモデル2を用いている。
As shown in FIG. 13, in the K2 block, a flow
すなわち、本モデルでは、流量Qのフリーボードガスの一部が原料と平衡状態に達するとみなして、流量分割モデル2において、数4で計算される分割率X(数9の物質移動係数kfを用いて求めた分割率)でフリーボードガス流を分割した後、平衡計算モデル2において、流量分割モデル2で分割されたガスと原料の平衡計算を行い、この平衡計算モデルで生成されるガスを、セパレータモデル2において、固相や液相から分離して、フリーボードガス流に混合するようにしている。また、平衡計算モデル2で設定した温度まで原料流を加熱するのに必要な熱量や反応に必要な熱量を、ヒートストリームを介してヒータモデル2から引き去ることで、このK2ブロックの出口でのフリーボードガス流の温度を計算するようにしている。
That is, in this model, it is assumed that a part of the freeboard gas with the flow rate Q reaches an equilibrium state with the raw material, and in the flow
図14は、原料が造粒されてクリンカとなったときのK6ブロックにおける単位操作モデルの接続例(対向流モデル:原料造粒あり)を示す図である。なお、このモデルは、K3〜K5,K7およびK8ブロックにおいても適用されるものである。 FIG. 14 is a diagram showing a connection example of the unit operation model (counterflow model: with raw material granulation) in the K6 block when the raw material is granulated to become a clinker. This model is also applied to the K3 to K5, K7 and K8 blocks.
図14に示すように、このK6ブロックにおいては、単位操作モデルとして、流量分割モデル6−1,6−2,6−3,6−4,6−5、ヒータモデル6、平衡計算モデル6−1,6−2、セパレータモデル6−1,6−2,6−3,6−4を用いている。
As shown in FIG. 14, in the K6 block, as the unit operation model, the flow division models 6-1, 6-2, 6-3, 6-4, 6-5, the
本モデルにおいては、前述した二重核モデル(図11)を用いて、揮発物質の物質移動量を塩素と硫黄とに分けて把握するために、先ず、流量分割モデル6−1,6−2およびセパレータモデル6−1,6−2によって、フリーボードガス流を、KClやNaCl等の塩化物ガスを揮発物質として含む第1ガスストリームと、SO2等の硫黄を含むガス成分を揮発物質として含む第2ガスストリームとに分割する。具体的には、後述する分割率XCl、Xsがそれぞれ1以下となるように、先ず、流量分割モデル6−1によりフリーボードガス流を分割した後、その一方を流量分割モデル6−2によりさらに分割する。次いで、セパレータモデル6−1によって、流量分割モデル6−2で分割された一方のガス流からSO2等の硫黄を含むガス成分を分離して、塩素分を含む第1ガスストリーム(流量QCl)を形成し、同様に、セパレータモデル6−2によって、流量分割モデル6−2で分割された他方のガス流からKClやNaCl等の塩素分を含むガス成分を分離して、硫黄分を含む第2ガスストリーム(流量Qs)を形成する。
その後、流量分割モデル6−3,6−4によって、第1および第2ガスストリーム(流量QCl、Qs)を、数5で求めた分割率XCl、Xs(数19の総括物質移動係数kiを用いて求めた分割率)でそれぞれ分割する。
In this model, in order to grasp the mass transfer amount of the volatile material separately for chlorine and sulfur using the above-mentioned double nucleus model (FIG. 11), first, the flow rate dividing models 6-1 and 6-2 are used. And the separator models 6-1 and 6-2, the free board gas stream, the first gas stream containing a chloride gas such as KCl or NaCl as a volatile substance, and the gas component containing sulfur such as SO 2 as a volatile substance. Split into a second gas stream containing. Specifically, first, the freeboard gas flow is divided by the flow rate division model 6-1 so that the later-described division ratios X Cl and X s become 1 or less, respectively, and then one of them is divided into the flow rate division model 6-2. Subdivide further. Next, a gas component containing sulfur such as SO 2 is separated from one gas stream divided by the flow rate dividing model 6-2 by the separator model 6-1, and a first gas stream containing a chlorine content (flow rate Q Cl Similarly, the separator model 6-2 separates a gas component containing a chlorine component such as KCl or NaCl from the other gas flow divided by the flow rate division model 6-2, thereby including a sulfur component. A second gas stream (flow rate Q s ) is formed.
Thereafter, the first and second gas streams (flow rates Q Cl , Q s ) are divided by the flow rate dividing models 6-3 and 6-4, and the division ratios X Cl and X s (Equation 19 general mass transfer) are obtained. Each division is performed at a division ratio obtained using the coefficient k i .
また、本モデルにおいては、流量分割モデル6−5によって、原料流を、第1原料ストリームと第2原料ストリームとに配分するようにしている。具体的には、K3ブロックの入口での塩素、硫黄のモル流量を1とし、これに対する、K4〜K8ブロックの入口での塩素の流量比をMCl4〜MCl8、硫黄の流量比をMS4〜MS8 として、第2原料ストリームへ配分する量比Rsを、Rs=(MS−MCl)/MSにより求め、この比率を用いて、原料流を第1原料ストリームと第2原料ストリームとに分割する。分割後、セパレータ6−3において、第2原料ストリームに含まれる塩化物を分離して、当該塩化物を第1原料ストリームに混合することにより、塩化物・硫酸塩の溶融塩部分からなる原料ストリームを平衡計算モデル6−1に接続し、硫酸塩だけの溶融塩部分からなる原料ストリームを平衡計算モデル6−2に接続する。 In this model, the raw material flow is distributed to the first raw material stream and the second raw material stream by the flow rate dividing model 6-5. Specifically, the molar flow rate of chlorine and sulfur at the inlet of the K3 block is set to 1, and the flow rate ratio of chlorine at the inlet of the K4 to K8 block is M Cl4 to M Cl8 and the flow rate ratio of sulfur is M S4. ˜M S8 , the quantity ratio Rs to be distributed to the second raw material stream is obtained by Rs = (M S −M Cl ) / M S , and using this ratio, the raw material stream is divided into the first raw material stream and the second raw material stream. And split into After the division, in the separator 6-3, the chloride contained in the second raw material stream is separated, and the chloride is mixed with the first raw material stream, whereby the raw material stream composed of the molten salt portion of chloride / sulfate. Is connected to the equilibrium calculation model 6-1 and a raw material stream consisting of a molten salt portion consisting only of sulfate is connected to the equilibrium calculation model 6-2.
その後、平衡計算モデル6−1において、塩化物・硫酸塩の溶融塩部分からなる原料ストリームと、流量分割モデル6−3で分割された第1ガスストリームの平衡計算を行う一方、平衡計算モデル6−2において、硫酸塩だけの溶融塩部分からなる原料ストリームと、流量分割モデル6−4で分割された第2ガスストリームの平衡計算を行い、それら平衡計算モデル6−1および6−2で生成されるガスを、セパレータモデル6−4において、固相や液相から分離して、フリーボードガス流に混合する。また、平衡計算モデル6−1および6−2で設定した温度まで原料流を加熱するのに必要な熱量や反応に必要な熱量を、ヒートストリームを介してヒータモデル6から引き去ることにより、このK6ブロックの出口でのフリーボードガス流の温度を計算する。
以上により、揮発物質の物質移動量を塩素と硫黄とに分けて、すなわちクリンカ細孔拡散での両者の違いを考慮して導き出すことができる。
Thereafter, in the equilibrium calculation model 6-1, the equilibrium calculation of the raw material stream composed of the molten salt portion of chloride / sulfate and the first gas stream divided by the flow rate division model 6-3 is performed. -2 performs an equilibrium calculation of the raw material stream composed of a molten salt portion composed only of sulfate and the second gas stream divided by the flow rate division model 6-4, and generates the equilibrium calculation models 6-1 and 6-2. In the separator model 6-4, the gas to be separated is separated from the solid phase or liquid phase and mixed into the freeboard gas stream. In addition, the amount of heat necessary for heating the raw material stream to the temperature set in the equilibrium calculation models 6-1 and 6-2 and the amount of heat necessary for the reaction are removed from the
As described above, the mass transfer amount of the volatile substance can be derived by dividing into the chlorine and sulfur, that is, considering the difference between the two in the clinker pore diffusion.
なお、図11の二重核モデルの溶融塩を含まない部分P3に対応する原料ストリームを別途設けて、原料流を3分割とすることも可能であるが、KClやSO2の平衡蒸気圧は溶融塩の組成でほぼ決定され、仮に3分割しても、先のP1およびP2におけるそれぞれの溶融塩部分の組成は2分割の場合と比べ大差ないと考えられるため、本モデルでは2分割としている。また、図11に示すように、塩化物・硫酸塩の溶融塩部分(P1)と硫酸塩だけの溶融塩部分(P2)のSO2の分圧は等しく、P1からのSO2の揮発はないため、本モデルでは、平衡計算モデル6―1で生成される可能性のある物質として、SO2等の硫黄を含むガスを設定しないようにしている。 It is also possible to separately provide a raw material stream corresponding to the portion P3 not containing the molten salt of the double nucleus model of FIG. 11 and to divide the raw material stream into three parts, but the equilibrium vapor pressure of KCl or SO 2 is It is almost determined by the composition of the molten salt, and even if it is divided into three, it is considered that the composition of each molten salt portion in P1 and P2 is not much different from the case of dividing into two, so in this model, it is divided into two. . Further, as shown in FIG. 11, the partial pressure of SO 2 in the molten salt portion (P1) of chloride / sulfate and the molten salt portion (P2) of only sulfate is equal, and there is no volatilization of SO 2 from P1. Therefore, in this model, a gas containing sulfur such as SO 2 is not set as a substance that may be generated in the equilibrium calculation model 6-1.
このように、複数の単位操作モデルを組み合わせることにより、セメントキルン2やプレヒータ1の各ブロックにおける化学プロセスをモデル化することができ、それら単位操作モデルの組合せ順序に沿って、単位操作モデルの各々に設定された単位操作を順次実行し、その一連の操作を所定の収束条件が満たされるまで繰り返すことにより、セメントキルン2やプレヒータ1内における物質収支や熱収支を解析することができる。その際に、例えば、脱着帯および焼成帯の温度や、クリンカ中のSO3濃度およびCl濃度等の条件を変化させるようにすれば、図4に示すようなデータ、すなわち、それぞれの条件のときの窯尻のSO2、KCl、NaCl、HClのガス濃度、1Cy原料のSO3濃度およびCl濃度等を得ることができる。
In this way, by combining a plurality of unit operation models, it is possible to model the chemical process in each block of the
そして、上記プロセスシミュレーションにより得られたデータを、前述したように多変量回帰分析することにより、脱着帯や焼成帯の原料温度推定式(図5および図6)を導き出すことができ、その推定式の説明変数に該当する物質の濃度を実際に測定することにより、セメントキルン2内の原料の温度分布を推定することができる。
Then, the data obtained by the process simulation is subjected to the multivariate regression analysis as described above, thereby deriving the raw material temperature estimation formulas (FIGS. 5 and 6) of the desorption zone and the calcining zone. The temperature distribution of the raw material in the
したがって、本実施形態によれば、セメントキルン2内の原料の温度分布をセメントキルン2の運転制御用パラメータとして利用することができ、この原料の温度分布が一定に保たれるように微粉炭燃焼バーナー5を調整することにより、原料の温度分布の変化に起因する様々な問題点(例えば、クリンカの品質のバラツキや、サイクロンの閉塞、或いは耐火物の劣化など)を解消することができ、長期に亘り安定した状態でセメントキルンを運転することができる。
Therefore, according to this embodiment, the temperature distribution of the raw material in the
なお、本実施形態では、窯尻ガスに含まれるSO2濃度や塩化物濃度、或いは1Cy原料に含まれるSO3濃度やCl濃度を測定し、その測定結果に基づいて、セメントキルン内の原料の温度分布を推定するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、上述した物質濃度と、これ以外の他の物質濃度との組合せにより、セメントキルン内の原料の温度分布を推定することも可能である。例えば、窯尻ガスのSO2濃度や塩化物濃度と同様に、O2濃度を測定して、その測定値をセメントキルン内の原料温度分布の推定に活用したり、或いは、窯尻ガスや1Cy原料等に含まれる鉛などの他の揮発成分の濃度を測定して、その測定値をセメントキルン内の原料温度分布の推定に活用したりすることも可能である。 In the present embodiment, the SO 2 concentration and chloride concentration contained in the kiln bottom gas, or the SO 3 concentration and Cl concentration contained in the 1Cy raw material are measured, and the raw material in the cement kiln is measured based on the measurement result. Although the temperature distribution is estimated, the present invention is not limited to this. For example, the temperature distribution of the raw material in the cement kiln is obtained by combining the above-described substance concentration and other substance concentrations. Can also be estimated. For example, the O 2 concentration is measured in the same manner as the SO 2 concentration and chloride concentration of the kiln bottom gas, and the measured value is used for estimating the raw material temperature distribution in the cement kiln, or the kiln bottom gas or 1 Cy It is also possible to measure the concentration of other volatile components such as lead contained in the raw material, etc., and to use the measured value for estimating the raw material temperature distribution in the cement kiln.
1 プレヒータ
2 セメントキルン
5 微粉炭燃焼バーナー
1
Claims (5)
上記窯尻から排出されるガスのSO2濃度を測定し、その測定値からセメントキルン内の原料の温度分布を推定する第2工程と、
セメントキルン内の原料の温度分布が一定に保たれるように、微粉炭燃焼バーナーを調整する第3工程とを有してなり、
かつ上記プロセスシミュレーションは、セメント焼成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第1ステップと、上記単位操作モデルの組合せ順序に沿って、上記単位操作モデルの各々に設定された単位操作を順次実行し、その一連の操作を所定の収束条件が満たされるまで繰り返すことで、上記セメントキルン内における物質収支および熱収支を解析する第2ステップとを有し、
上記第1ステップでは、原料が造粒していない領域に適用する単位操作モデルとして、
上記領域に流入する燃焼ガスの一部が原料と平衡状態に達するとみなして、それに対応する分割率で燃焼ガスの流れを分割する流量分割モデルと、
上記流量分割モデルで分割された一方の燃焼ガスと上記領域に存在する原料とが平衡状態に達したときの各々の流量および組成データを計算して出力する平衡計算モデルと、
上記平衡計算モデルで原料と平衡状態に達した燃焼ガスと、上記流量分割モデルで分割された他方の燃焼ガスとを混合したときの燃焼ガスの流量および組成データを計算して出力する機能を有する所定の単位操作モデルとを用いるとともに、
上記分割率をX、上記領域における燃焼ガスと原料の反応界面をA、上記領域における燃焼ガスと原料間の揮発物質の物質移動係数をk、上記領域に流入する燃焼ガスの流量をQとして、上記分割率Xを、X=A・k/Q、により設定し、
上記原料が造粒している領域に適用する単位操作モデルとして、
上記領域に流入する燃焼ガスの流れを、注目する揮発物質の数量に応じて分割することにより、注目する揮発物質の各々に対応するガスの流れを形成する第1流量分割モデルと、
上記第1流量分割モデルで形成したガスの流れのそれぞれに、一つの注目する揮発物質のみが含まれるように他の揮発物質を分離するセパレータモデルと、
上記セパレータモデルで他の揮発物質を分離した各ガスの流れの一部がそれぞれ原料と平衡状態に達するとみなして、それぞれに対応する分割率で、各ガスの流れを分割する第2流量分割モデルと、
原料の粒子中に残存する各揮発物質が構成する核の大きさに応じて、上記領域に流入する原料の流れを分割することにより、上記第2流量分割モデルで分割された各ガスの流れに対応する原料の流れを生成する第3流量分割モデルと、
上記第2流量分割モデルで分割された各ガスと、これに対応する上記第3流量分割モデルで分割された原料とが平衡状態に達したときの各々の流量および組成データを計算して出力する平衡計算モデルとを使用するとともに、
上記第2流量分割モデルにおいては、揮発物質iに対応するガスの分割率をXi、上記領域における燃焼ガスと原料の反応界面をA、揮発物質iの物質移動係数をki、揮発物質iに対応するガスの分割前の流量をQiとして、上記揮発物質iに対応するガスの分割率Xiを、Xi=A・ki/Qi、により設定し、
これら単位操作モデルの組み合わせにより、上記領域における原料と燃焼ガス間の物質移動量を揮発物質i毎に求めるようにしたことを特徴とするセメントキルンの運転制御方法。 A first step of using a process simulation to determine the relationship between the SO 2 concentration of the gas discharged from the kiln bottom of the cement kiln and the temperature distribution of the raw material in the cement kiln;
A second step of measuring the SO 2 concentration of the gas discharged from the kiln bottom and estimating the temperature distribution of the raw material in the cement kiln from the measured value;
So that the temperature distribution of the material in the cement kiln is kept constant, it was closed and a third step of adjusting the pulverized coal combustion burner,
The process simulation includes a first step of modeling a cement firing process by a combination of a plurality of unit operation models, and unit operations set for each of the unit operation models in accordance with a combination order of the unit operation models. A second step of analyzing the material balance and heat balance in the cement kiln by sequentially executing and repeating the series of operations until a predetermined convergence condition is satisfied,
In the first step, as a unit operation model applied to the region where the raw material is not granulated,
A flow rate division model that considers that a part of the combustion gas flowing into the region reaches an equilibrium state with the raw material, and divides the flow of the combustion gas at a corresponding division rate;
An equilibrium calculation model for calculating and outputting each flow rate and composition data when one combustion gas divided by the flow rate division model and the raw material existing in the region reach an equilibrium state;
It has a function of calculating and outputting the flow rate and composition data of the combustion gas when the combustion gas that has reached an equilibrium state with the raw material in the equilibrium calculation model and the other combustion gas divided in the flow rate division model are mixed. While using a predetermined unit operation model,
X is the division ratio, A is the reaction interface between the combustion gas and the raw material in the region, k is the mass transfer coefficient of the volatile matter between the combustion gas and the raw material in the region, and Q is the flow rate of the combustion gas flowing into the region. The division ratio X is set by X = A · k / Q,
As a unit operation model applied to the area where the raw material is granulated,
A first flow rate splitting model that forms a gas flow corresponding to each of the volatile substances of interest by dividing the flow of the combustion gas flowing into the region according to the quantity of the volatile substances of interest;
A separator model that separates other volatile substances so that only one volatile substance of interest is included in each of the gas flows formed in the first flow rate division model,
A second flow rate division model that divides each gas flow at a division ratio corresponding to each gas flow, in which part of each gas flow separated from the other volatile substances by the separator model reaches an equilibrium state with the raw material. When,
By dividing the flow of the raw material flowing into the region according to the size of the nuclei formed by the volatile substances remaining in the raw material particles, the flow of each gas divided by the second flow rate division model is divided. A third flow rate splitting model for generating a corresponding raw material flow;
Calculate and output each flow rate and composition data when each gas divided by the second flow rate division model and the corresponding raw material divided by the third flow rate division model reach an equilibrium state. Using an equilibrium calculation model and
In the second flow rate division model, the gas division ratio corresponding to the volatile substance i corresponds to Xi, the reaction interface between the combustion gas and the raw material in the above region corresponds to A, the mass transfer coefficient of the volatile substance i corresponds to ki, and the volatile substance i corresponds. Qi is the flow rate before the gas is divided, and the gas division ratio Xi corresponding to the volatile substance i is set by Xi = A · ki / Qi,
A cement kiln operation control method characterized in that a mass transfer amount between a raw material and a combustion gas in the above region is obtained for each volatile substance i by a combination of these unit operation models .
上記1Cy原料のSO3濃度を測定し、その測定値からセメントキルン内の原料の温度分布を推定する第2工程と、
セメントキルン内の原料の温度分布が一定に保たれるように、微粉炭燃焼バーナーを調整する第3工程とを有してなり、
かつ上記プロセスシミュレーションは、セメント焼成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第1ステップと、上記単位操作モデルの組合せ順序に沿って、上記単位操作モデルの各々に設定された単位操作を順次実行し、その一連の操作を所定の収束条件が満たされるまで繰り返すことで、上記セメントキルン内における物質収支および熱収支を解析する第2ステップとを有し、
上記第1ステップでは、原料が造粒していない領域に適用する単位操作モデルとして、
上記領域に流入する燃焼ガスの一部が原料と平衡状態に達するとみなして、それに対応する分割率で燃焼ガスの流れを分割する流量分割モデルと、
上記流量分割モデルで分割された一方の燃焼ガスと上記領域に存在する原料とが平衡状態に達したときの各々の流量および組成データを計算して出力する平衡計算モデルと、
上記平衡計算モデルで原料と平衡状態に達した燃焼ガスと、上記流量分割モデルで分割された他方の燃焼ガスとを混合したときの燃焼ガスの流量および組成データを計算して出力する機能を有する所定の単位操作モデルとを用いるとともに、
上記分割率をX、上記領域における燃焼ガスと原料の反応界面をA、上記領域における燃焼ガスと原料間の揮発物質の物質移動係数をk、上記領域に流入する燃焼ガスの流量をQとして、上記分割率Xを、X=A・k/Q、により設定し、
上記原料が造粒している領域に適用する単位操作モデルとして、
上記領域に流入する燃焼ガスの流れを、注目する揮発物質の数量に応じて分割することにより、注目する揮発物質の各々に対応するガスの流れを形成する第1流量分割モデルと、
上記第1流量分割モデルで形成したガスの流れのそれぞれに、一つの注目する揮発物質のみが含まれるように他の揮発物質を分離するセパレータモデルと、
上記セパレータモデルで他の揮発物質を分離した各ガスの流れの一部がそれぞれ原料と平衡状態に達するとみなして、それぞれに対応する分割率で、各ガスの流れを分割する第2流量分割モデルと、
原料の粒子中に残存する各揮発物質が構成する核の大きさに応じて、上記領域に流入する原料の流れを分割することにより、上記第2流量分割モデルで分割された各ガスの流れに対応する原料の流れを生成する第3流量分割モデルと、
上記第2流量分割モデルで分割された各ガスと、これに対応する上記第3流量分割モデルで分割された原料とが平衡状態に達したときの各々の流量および組成データを計算して出力する平衡計算モデルとを使用するとともに、
上記第2流量分割モデルにおいては、揮発物質iに対応するガスの分割率をXi、上記領域における燃焼ガスと原料の反応界面をA、揮発物質iの物質移動係数をki、揮発物質iに対応するガスの分割前の流量をQiとして、上記揮発物質iに対応するガスの分割率Xiを、Xi=A・ki/Qi、により設定し、
これら単位操作モデルの組み合わせにより、上記領域における原料と燃焼ガス間の物質移動量を揮発物質i毎に求めるようにしたことを特徴とするセメントキルンの運転制御方法。 A first step of using a process simulation to determine the relationship between the SO 3 concentration of the 1Cy raw material and the temperature distribution of the raw material in the cement kiln using the raw material immediately before being put into the cement kiln as the 1Cy raw material;
A second step of measuring the SO 3 concentration of the 1Cy raw material and estimating the temperature distribution of the raw material in the cement kiln from the measured value;
So that the temperature distribution of the material in the cement kiln is kept constant, it was closed and a third step of adjusting the pulverized coal combustion burner,
The process simulation includes a first step of modeling a cement firing process by a combination of a plurality of unit operation models, and unit operations set for each of the unit operation models in accordance with a combination order of the unit operation models. A second step of analyzing the material balance and heat balance in the cement kiln by sequentially executing and repeating the series of operations until a predetermined convergence condition is satisfied,
In the first step, as a unit operation model applied to the region where the raw material is not granulated,
A flow rate division model that considers that a part of the combustion gas flowing into the region reaches an equilibrium state with the raw material, and divides the flow of the combustion gas at a corresponding division rate;
An equilibrium calculation model for calculating and outputting each flow rate and composition data when one combustion gas divided by the flow rate division model and the raw material existing in the region reach an equilibrium state;
It has a function of calculating and outputting the flow rate and composition data of the combustion gas when the combustion gas that has reached an equilibrium state with the raw material in the equilibrium calculation model and the other combustion gas divided in the flow rate division model are mixed. While using a predetermined unit operation model,
X is the division ratio, A is the reaction interface between the combustion gas and the raw material in the region, k is the mass transfer coefficient of the volatile matter between the combustion gas and the raw material in the region, and Q is the flow rate of the combustion gas flowing into the region. The division ratio X is set by X = A · k / Q,
As a unit operation model applied to the area where the raw material is granulated,
A first flow rate splitting model that forms a gas flow corresponding to each of the volatile substances of interest by dividing the flow of the combustion gas flowing into the region according to the quantity of the volatile substances of interest;
A separator model that separates other volatile substances so that only one volatile substance of interest is included in each of the gas flows formed in the first flow rate division model,
A second flow rate division model that divides each gas flow at a division ratio corresponding to each gas flow, in which part of each gas flow separated from the other volatile substances by the separator model reaches an equilibrium state with the raw material. When,
By dividing the flow of the raw material flowing into the region according to the size of the nuclei formed by the volatile substances remaining in the raw material particles, the flow of each gas divided by the second flow rate division model is divided. A third flow rate splitting model for generating a corresponding raw material flow;
Calculate and output each flow rate and composition data when each gas divided by the second flow rate division model and the corresponding raw material divided by the third flow rate division model reach an equilibrium state. Using an equilibrium calculation model and
In the second flow rate division model, the gas division ratio corresponding to the volatile substance i corresponds to Xi, the reaction interface between the combustion gas and the raw material in the above region corresponds to A, the mass transfer coefficient of the volatile substance i corresponds to ki, and the volatile substance i corresponds. Qi is the flow rate before the gas is divided, and the gas division ratio Xi corresponding to the volatile substance i is set by Xi = A · ki / Qi,
A cement kiln operation control method characterized in that a mass transfer amount between a raw material and a combustion gas in the above region is obtained for each volatile substance i by a combination of these unit operation models .
上記窯尻から排出されるガスのSO2濃度および塩化物濃度を測定し、それら測定値からセメントキルン内の原料の温度分布を推定する第2工程と、
セメントキルン内の原料の温度分布が一定に保たれるように、微粉炭燃焼バーナーを調整する第3工程とを有してなり、
かつ上記プロセスシミュレーションは、セメント焼成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第1ステップと、上記単位操作モデルの組合せ順序に沿って、上記単位操作モデルの各々に設定された単位操作を順次実行し、その一連の操作を所定の収束条件が満たされるまで繰り返すことで、上記セメントキルン内における物質収支および熱収支を解析する第2ステップとを有し、
上記第1ステップでは、原料が造粒していない領域に適用する単位操作モデルとして、
上記領域に流入する燃焼ガスの一部が原料と平衡状態に達するとみなして、それに対応する分割率で燃焼ガスの流れを分割する流量分割モデルと、
上記流量分割モデルで分割された一方の燃焼ガスと上記領域に存在する原料とが平衡状態に達したときの各々の流量および組成データを計算して出力する平衡計算モデルと、
上記平衡計算モデルで原料と平衡状態に達した燃焼ガスと、上記流量分割モデルで分割された他方の燃焼ガスとを混合したときの燃焼ガスの流量および組成データを計算して出力する機能を有する所定の単位操作モデルとを用いるとともに、
上記分割率をX、上記領域における燃焼ガスと原料の反応界面をA、上記領域における燃焼ガスと原料間の揮発物質の物質移動係数をk、上記領域に流入する燃焼ガスの流量をQとして、上記分割率Xを、X=A・k/Q、により設定し、
上記原料が造粒している領域に適用する単位操作モデルとして、
上記領域に流入する燃焼ガスの流れを、注目する揮発物質の数量に応じて分割することにより、注目する揮発物質の各々に対応するガスの流れを形成する第1流量分割モデルと、
上記第1流量分割モデルで形成したガスの流れのそれぞれに、一つの注目する揮発物質のみが含まれるように他の揮発物質を分離するセパレータモデルと、
上記セパレータモデルで他の揮発物質を分離した各ガスの流れの一部がそれぞれ原料と平衡状態に達するとみなして、それぞれに対応する分割率で、各ガスの流れを分割する第2流量分割モデルと、
原料の粒子中に残存する各揮発物質が構成する核の大きさに応じて、上記領域に流入する原料の流れを分割することにより、上記第2流量分割モデルで分割された各ガスの流れに対応する原料の流れを生成する第3流量分割モデルと、
上記第2流量分割モデルで分割された各ガスと、これに対応する上記第3流量分割モデルで分割された原料とが平衡状態に達したときの各々の流量および組成データを計算して出力する平衡計算モデルとを使用するとともに、
上記第2流量分割モデルにおいては、揮発物質iに対応するガスの分割率をXi、上記領域における燃焼ガスと原料の反応界面をA、揮発物質iの物質移動係数をki、揮発物質iに対応するガスの分割前の流量をQiとして、上記揮発物質iに対応するガスの分割率Xiを、Xi=A・ki/Qi、により設定し、
これら単位操作モデルの組み合わせにより、上記領域における原料と燃焼ガス間の物質移動量を揮発物質i毎に求めるようにしたことを特徴とするセメントキルンの運転制御方法。 A first step of using a process simulation to determine the relationship between the SO 2 concentration and chloride concentration of the gas discharged from the kiln bottom of the cement kiln and the temperature distribution of the raw material in the cement kiln;
A second step of measuring the SO 2 concentration and chloride concentration of the gas discharged from the kiln bottom and estimating the temperature distribution of the raw material in the cement kiln from the measured values;
So that the temperature distribution of the material in the cement kiln is kept constant, it was closed and a third step of adjusting the pulverized coal combustion burner,
The process simulation includes a first step of modeling a cement firing process by a combination of a plurality of unit operation models, and unit operations set for each of the unit operation models in accordance with a combination order of the unit operation models. A second step of analyzing the material balance and heat balance in the cement kiln by sequentially executing and repeating the series of operations until a predetermined convergence condition is satisfied,
In the first step, as a unit operation model applied to the region where the raw material is not granulated,
A flow rate division model that considers that a part of the combustion gas flowing into the region reaches an equilibrium state with the raw material, and divides the flow of the combustion gas at a corresponding division rate;
An equilibrium calculation model for calculating and outputting each flow rate and composition data when one combustion gas divided by the flow rate division model and the raw material existing in the region reach an equilibrium state;
It has a function of calculating and outputting the flow rate and composition data of the combustion gas when the combustion gas that has reached an equilibrium state with the raw material in the equilibrium calculation model and the other combustion gas divided in the flow rate division model are mixed. While using a predetermined unit operation model,
X is the division ratio, A is the reaction interface between the combustion gas and the raw material in the region, k is the mass transfer coefficient of the volatile matter between the combustion gas and the raw material in the region, and Q is the flow rate of the combustion gas flowing into the region. The division ratio X is set by X = A · k / Q,
As a unit operation model applied to the area where the raw material is granulated,
A first flow rate splitting model that forms a gas flow corresponding to each of the volatile substances of interest by dividing the flow of the combustion gas flowing into the region according to the quantity of the volatile substances of interest;
A separator model that separates other volatile substances so that only one volatile substance of interest is included in each of the gas flows formed in the first flow rate division model,
A second flow rate division model that divides each gas flow at a division ratio corresponding to each gas flow, in which part of each gas flow separated from the other volatile substances by the separator model reaches an equilibrium state with the raw material. When,
By dividing the flow of the raw material flowing into the region according to the size of the nuclei formed by the volatile substances remaining in the raw material particles, the flow of each gas divided by the second flow rate division model is divided. A third flow rate splitting model for generating a corresponding raw material flow;
Calculate and output each flow rate and composition data when each gas divided by the second flow rate division model and the corresponding raw material divided by the third flow rate division model reach an equilibrium state. Using an equilibrium calculation model and
In the second flow rate division model, the gas division ratio corresponding to the volatile substance i corresponds to Xi, the reaction interface between the combustion gas and the raw material in the above region corresponds to A, the mass transfer coefficient of the volatile substance i corresponds to ki, and the volatile substance i corresponds. Qi is the flow rate before the gas is divided, and the gas division ratio Xi corresponding to the volatile substance i is set by Xi = A · ki / Qi,
A cement kiln operation control method characterized in that a mass transfer amount between a raw material and a combustion gas in the above region is obtained for each volatile substance i by a combination of these unit operation models .
上記1Cy原料のSO3濃度およびCl濃度を測定し、それら測定値からセメントキルン内の原料の温度分布を推定する第2工程と、
セメントキルン内の原料の温度分布が一定に保たれるように、微粉炭燃焼バーナーを調整する第3工程とを有してなり、
かつ上記プロセスシミュレーションは、セメント焼成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第1ステップと、上記単位操作モデルの組合せ順序に沿って、上記単位操作モデルの各々に設定された単位操作を順次実行し、その一連の操作を所定の収束条件が満たされるまで繰り返すことで、上記セメントキルン内における物質収支および熱収支を解析する第2ステップとを有し、
上記第1ステップでは、原料が造粒していない領域に適用する単位操作モデルとして、
上記領域に流入する燃焼ガスの一部が原料と平衡状態に達するとみなして、それに対応する分割率で燃焼ガスの流れを分割する流量分割モデルと、
上記流量分割モデルで分割された一方の燃焼ガスと上記領域に存在する原料とが平衡状態に達したときの各々の流量および組成データを計算して出力する平衡計算モデルと、
上記平衡計算モデルで原料と平衡状態に達した燃焼ガスと、上記流量分割モデルで分割された他方の燃焼ガスとを混合したときの燃焼ガスの流量および組成データを計算して出力する機能を有する所定の単位操作モデルとを用いるとともに、
上記分割率をX、上記領域における燃焼ガスと原料の反応界面をA、上記領域における燃焼ガスと原料間の揮発物質の物質移動係数をk、上記領域に流入する燃焼ガスの流量をQとして、上記分割率Xを、X=A・k/Q、により設定し、
上記原料が造粒している領域に適用する単位操作モデルとして、
上記領域に流入する燃焼ガスの流れを、注目する揮発物質の数量に応じて分割することにより、注目する揮発物質の各々に対応するガスの流れを形成する第1流量分割モデルと、
上記第1流量分割モデルで形成したガスの流れのそれぞれに、一つの注目する揮発物質のみが含まれるように他の揮発物質を分離するセパレータモデルと、
上記セパレータモデルで他の揮発物質を分離した各ガスの流れの一部がそれぞれ原料と平衡状態に達するとみなして、それぞれに対応する分割率で、各ガスの流れを分割する第2流量分割モデルと、
原料の粒子中に残存する各揮発物質が構成する核の大きさに応じて、上記領域に流入する原料の流れを分割することにより、上記第2流量分割モデルで分割された各ガスの流れに対応する原料の流れを生成する第3流量分割モデルと、
上記第2流量分割モデルで分割された各ガスと、これに対応する上記第3流量分割モデルで分割された原料とが平衡状態に達したときの各々の流量および組成データを計算して出力する平衡計算モデルとを使用するとともに、
上記第2流量分割モデルにおいては、揮発物質iに対応するガスの分割率をXi、上記領域における燃焼ガスと原料の反応界面をA、揮発物質iの物質移動係数をki、揮発物質iに対応するガスの分割前の流量をQiとして、上記揮発物質iに対応するガスの分割率Xiを、Xi=A・ki/Qi、により設定し、
これら単位操作モデルの組み合わせにより、上記領域における原料と燃焼ガス間の物質移動量を揮発物質i毎に求めるようにしたことを特徴とするセメントキルンの運転制御方法。 A first step of using a process simulation to determine the relationship between the SO 3 concentration and the Cl concentration of the 1Cy raw material and the temperature distribution of the raw material in the cement kiln using the raw material immediately before being put into the cement kiln as the 1Cy raw material. ,
A second step of measuring the SO 3 concentration and the Cl concentration of the 1Cy raw material and estimating the temperature distribution of the raw material in the cement kiln from the measured values;
So that the temperature distribution of the material in the cement kiln is kept constant, it was closed and a third step of adjusting the pulverized coal combustion burner,
The process simulation includes a first step of modeling a cement firing process by a combination of a plurality of unit operation models, and unit operations set in each of the unit operation models in accordance with a combination order of the unit operation models. A second step of analyzing the mass balance and heat balance in the cement kiln by sequentially executing and repeating the series of operations until a predetermined convergence condition is satisfied,
In the first step, as a unit operation model applied to the region where the raw material is not granulated,
A flow rate division model that considers that a part of the combustion gas flowing into the region reaches an equilibrium state with the raw material, and divides the flow of the combustion gas at a corresponding division rate;
An equilibrium calculation model for calculating and outputting each flow rate and composition data when one combustion gas divided by the flow rate division model and the raw material existing in the region reach an equilibrium state;
It has a function of calculating and outputting the flow rate and composition data of the combustion gas when the combustion gas that has reached an equilibrium state with the raw material in the equilibrium calculation model and the other combustion gas divided in the flow rate division model are mixed. While using a predetermined unit operation model,
X is the division ratio, A is the reaction interface between the combustion gas and the raw material in the region, k is the mass transfer coefficient of the volatile matter between the combustion gas and the raw material in the region, and Q is the flow rate of the combustion gas flowing into the region. The division ratio X is set by X = A · k / Q,
As a unit operation model applied to the area where the raw material is granulated,
A first flow rate splitting model that forms a gas flow corresponding to each of the volatile substances of interest by dividing the flow of the combustion gas flowing into the region according to the quantity of the volatile substances of interest;
A separator model that separates other volatile substances so that only one volatile substance of interest is included in each of the gas flows formed in the first flow rate division model,
A second flow rate division model that divides each gas flow at a division ratio corresponding to each gas flow, in which part of each gas flow separated from the other volatile substances by the separator model reaches an equilibrium state with the raw material. When,
By dividing the flow of the raw material flowing into the region according to the size of the nuclei formed by the volatile substances remaining in the raw material particles, the flow of each gas divided by the second flow rate division model is divided. A third flow rate splitting model for generating a corresponding raw material flow;
Calculate and output each flow rate and composition data when each gas divided by the second flow rate division model and the corresponding raw material divided by the third flow rate division model reach an equilibrium state. Using an equilibrium calculation model and
In the second flow rate division model, the gas division ratio corresponding to the volatile substance i corresponds to Xi, the reaction interface between the combustion gas and the raw material in the above region corresponds to A, the mass transfer coefficient of the volatile substance i corresponds to ki, and the volatile substance i corresponds. Qi is the flow rate before the gas is divided, and the gas division ratio Xi corresponding to the volatile substance i is set by Xi = A · ki / Qi,
A cement kiln operation control method characterized in that a mass transfer amount between a raw material and a combustion gas in the above region is obtained for each volatile substance i by a combination of these unit operation models .
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