JP7793899B2 - Reactor reaction calculation device and reactor reaction calculation method - Google Patents
Reactor reaction calculation device and reactor reaction calculation methodInfo
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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 primarily composed of 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 rotary kiln dry smelting method, 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 is then loaded into the charging end of the rotary kiln. The dried ore is then heated using the heat from the combustion of coal supplied from the charging end of the rotary kiln, or a pulverized coal-fired burner or a pulverized coal and heavy oil-fired burner installed at the discharge end of the rotary kiln, to dry and calcinate 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等がある。 Such dry smelting methods using rotary kilns include, for example, using the heat generated by the combustion of coal fed into the kiln from the charging end, the heat generated by burning pulverized coal or heavy oil in a burner, or the heat generated by the combustion of coal fed into the kiln midway through to provide the heat necessary for drying and partial reduction of the dried ore.
例えば、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。 For example, Patent Document 1 discloses a method of operating a rotary kiln in which coal is fed into the rotary kiln from a scoop feeder installed midway through the rotary kiln, and dried nickel oxide ore fed into the charging end of the rotary kiln is calcined and partially reduced using the combustion heat generated by the combustion of fossil fuels in a burner. In this rotary kiln operating method, the coal fed into the scoop feeder is thermally decomposed into volatile matter and fixed carbon, and the volatile matter is discharged from the charging end together with the combustion gases inside the furnace, and the fixed carbon is discharged from the discharge end together with the calcined ore produced by drying and reducing the dried ore.
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、ベッド層を1種類の層として扱っており、ベッド層内の原料鉱石の反応速度の相違について検討されていない。ロータリーキルン内に供給される原料鉱石は、通常、粒度分布を有し、密度、組成等が異なるため、原料鉱石の、粒径、密度、組成等の相違によって反応速度に差異が生じる。また、複数品種の原料鉱石が供給される場合、原料鉱石の種類によって、原料鉱石中の、気孔率、組成等が異なるため、反応速度に差異が生じる。そのため、ロータリーキルン等の反応炉内の原料鉱石等の挙動をシミュレーションする際、供給する原料鉱石の粒径、密度、組成、種類等の物性の相違に起因して生じる反応速度の違いを考慮して、炉内反応を正確に計算する必要がある。 However, well-known operating methods, such as the rotary kiln operating method described in Patent Document 1, treat the bed layer as a single type of layer and do not consider differences in the reaction rate of the raw ore within the bed layer. The raw ore supplied to a rotary kiln typically has a particle size distribution and varies in density, composition, etc., resulting in differences in reaction rate due to differences in the particle size, density, composition, etc. of the raw ore. Furthermore, when multiple types of raw ore are supplied, the porosity, composition, etc. of the raw ore vary depending on the type of raw ore, resulting in differences in reaction rate. Therefore, when simulating the behavior of raw ore within a reactor such as a rotary kiln, it is necessary to accurately calculate the reaction within the furnace, taking into account differences in reaction rate due to differences in the physical properties of the supplied raw ore, such as particle size, density, composition, and type.
本発明の一態様は、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 reactions within a reactor with high accuracy.
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第1気相のうち、前記反応炉内の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、
前記流入ガスを第1流入ガスと第2流入ガスに分配する流入ガス分配部と、
前記ベッド層のうち、前記ベッド層内に含まれる固体物質及び液体物質の反応速度起因条件に応じて分配された2種類の分配ベッド層のうちの一方の第1ベッド層の前記第1流入ガスとの平衡状態に寄与する第1ベッド層反応量を第1反応速度式を用いて計算して、前記第1ベッド層の平衡反応に寄与する第1ベッド層反応分を求める第1ベッド層反応量計算部と、
2種類の前記分配ベッド層のうちの他方の第2ベッド層の前記第2流入ガスとの平衡状態に寄与する第2ベッド層反応量を前記第1反応速度式とは異なる第2反応速度式を用いて計算して、前記第2ベッド層の平衡反応に寄与する第2ベッド層反応分を求める第2ベッド層反応量計算部と、
前記第1ベッド層反応分と前記第1流入ガスとの平衡反応を計算する第1ベッド層平衡反応計算部と、
前記第2ベッド層反応分と前記第2流入ガスとの平衡反応を計算する第2ベッド層平衡反応計算部と、
前記第1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、
を備える。
One aspect of the apparatus for calculating reactions in a furnace according to the present invention is an apparatus for calculating reactions in a furnace, in which raw material ore is supplied from one end of a reactor and moved toward the other end while 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 that calculates the flow rate of an inflow gas that moves from the gas region in the reactor to a bed layer containing the raw material ore, among a first gas phase containing the combustion gas that flows through a gas region in the reactor;
an inflow gas distribution unit that distributes the inflow gas into a first inflow gas and a second inflow gas;
a first bed layer reaction amount calculation unit that calculates, using a first reaction rate equation, a first bed layer reaction amount that contributes to an equilibrium state with the first inflow gas in one of two types of distributed bed layers among the bed layers distributed according to reaction rate-dependent conditions of the solid material and the liquid material contained in the bed layer, and obtains a first bed layer reaction amount that contributes to the equilibrium reaction of the first bed layer;
a second bed layer reaction amount calculation unit that calculates a second bed layer reaction amount that contributes to an equilibrium state with the second inflow gas in the other second bed layer of the two types of distributed bed layers using a second reaction rate equation different from the first reaction rate equation, thereby obtaining a second bed layer reaction amount that contributes to the equilibrium reaction in the second bed layer;
a first bed layer equilibrium reaction calculation unit that calculates an equilibrium reaction between the first bed layer reaction component and the first inflow gas;
a second bed layer equilibrium reaction calculation unit that calculates an equilibrium reaction between the second bed layer reaction component and the second inflow gas;
a gas region equilibrium reaction calculation unit that calculates an equilibrium reaction between the first gas phase and a first substance including at least one of a solid substance and a liquid substance present in the gas region;
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第1気相のうち、前記反応炉内の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、
前記流入ガスを第1流入ガスと第2流入ガスに分配する流入ガス分配工程と、
前記ベッド層のうち、前記ベッド層内に含まれる固体物質及び液体物質の反応速度起因条件に応じて分配された2種類の分配ベッド層のうちの一方の第1ベッド層の前記第1流入ガスとの平衡状態に寄与する第1ベッド層反応量を第1反応速度式を用いて計算して、前記第1ベッド層の平衡反応に寄与する第1ベッド層反応分を求める第1ベッド層反応量計算工程と、
2種類の前記分配ベッド層のうちの他方の第2ベッド層の前記第2流入ガスとの平衡状態に寄与する第2ベッド層反応量を前記第1反応速度式とは異なる第2反応速度式を用いて計算して、前記第2ベッド層の平衡反応に寄与する第2ベッド層反応分を求める第2ベッド層反応量計算工程と、
前記第1ベッド層反応分と前記第1流入ガスとの平衡反応を計算する第1ベッド層平衡反応計算工程と、
前記第2ベッド層反応分と前記第2流入ガスとの平衡反応を計算する第2ベッド層平衡反応計算工程と、
前記第1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、
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 moved toward the other end while 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,
a gas mixing amount calculation step of calculating a flow rate of an inflow gas moving from the gas region in the reactor to a bed layer containing the raw ore, among a first gas phase containing the combustion gas flowing through a gas region in the reactor;
an inlet gas distribution step of dividing the inlet gas into a first inlet gas and a second inlet gas;
a first bed layer reaction amount calculation step of calculating, by using a first reaction rate equation, a first bed layer reaction amount contributing to an equilibrium state with the first inflow gas in one of two types of distributed bed layers distributed among the bed layers according to reaction rate-dependent conditions of the solid and liquid substances contained in the bed layer, thereby obtaining a first bed layer reaction amount contributing to the equilibrium reaction in the first bed layer;
a second bed layer reaction amount calculation step of calculating a second bed layer reaction amount contributing to an equilibrium state with the second inlet gas of the other of the two types of distributed bed layers using a second reaction rate equation different from the first reaction rate equation to obtain a second bed layer reaction amount contributing to the equilibrium reaction of the second bed layer;
a first bed layer equilibrium reaction calculation step of calculating an equilibrium reaction between the first bed layer reaction component and the first inflow gas;
a second bed layer equilibrium reaction calculation step of calculating an equilibrium reaction between the second bed layer reaction component and the second inflow gas;
a gas region equilibrium reaction calculation step of calculating an equilibrium reaction between the first gas phase and a first substance including at least one of a solid substance and a liquid substance present in the gas region;
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 reactions within a reactor with high accuracy.
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。 Embodiments of the present invention will be described in detail below. To facilitate understanding, identical components will be designated by the same reference numerals in each drawing, and duplicate explanations will be 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 an 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>
The rotary kiln 1 includes a rotatable, generally cylindrical kiln body 11 and a combustion material supply pipe 12 disposed midway through the kiln body 11. The kiln body 11 is a rotatable, generally cylindrical kiln body, and the combustion material supply pipe 12 is disposed midway through the kiln body 11.
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 kiln body 11 is a kiln consisting of a cylindrical hollow structure, and is made of carbon steel with a thickness of 15 to 30 mm. It is preferable that the inner wall surface of the kiln body 11 be provided with refractory material to increase heat resistance.
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 kiln body 11 is preferably, for example, an inner diameter of 4.5 m to 5.5 m and a length in the longitudinal direction (total length) of 100 m to 110 m.
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 kiln body 11 has an open end 11a at one end (left side in Figure 1) that is inserted into and closed by the rotary kiln charging end (hereinafter also referred to as the "charging end") 14A, and an open end 11b at the other end (right side in Figure 1) that is inserted into and closed by the rotary kiln discharge end (hereinafter also referred to as the "discharge end") 14B. The kiln body 11 is arranged at a slight incline from the charging end 14A toward the discharge end 14B, and is supported so that it can rotate freely around its axis.
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 material supply pipe 15 that introduces raw ore into the kiln body 11 is installed through the charging end 14A. A burner 16 is installed at the discharge end 14B and is introduced into the kiln body 11 through the open end 11b.
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 using a dryer (rotary dryer) to remove some of the adhering moisture. The moisture content of the dried ore is approximately 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 used as the raw material ore is not particularly limited, but garnierite ore is preferably used in the smelting of ferronickel, which is an alloy primarily composed of iron and nickel. A typical composition of garnierite ore, calculated on a dry ore basis, is a Ni content of 2.1% to 2.5% by mass, an Fe content of 11% to 23% by mass, an MgO content of 20% to 28% by mass, an SiO 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 burner 16 may be a pulverized coal-fired burner or a pulverized coal and heavy oil mixed-fired burner. The burner 16 burns pulverized coal or a fuel containing pulverized coal and heavy oil, etc., to generate combustion heat within the rotary kiln 1.
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 material supply pipe 12 is provided midway along the outer periphery of the kiln body 11 and can supply combustion material into the kiln body 11. The combustion material includes at least one of substances that primarily enter the gas phase, such as volatile matter, and solid substances that primarily enter the bed layer, such as fixed carbon; for example, carbonaceous materials such as coal can be used.
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 Figure 1, only one combustion material supply pipe 12 is provided on the outer peripheral surface of the kiln body 11, but multiple pipes may be provided on the outer peripheral surface of the kiln body 11 along the axial direction or around the axis of the kiln body 11.
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。 Combustion materials are often not made of a single type of carbonaceous material, but are often a mixture of multiple different types of carbonaceous material, and the particle size of the carbonaceous material added often has a distribution. The particle size refers to the volume average particle size based on the effective diameter, and is measured, for example, by laser diffraction/scattering, dynamic light scattering, or classification. 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 kiln body 11 through the raw material supply pipe 15 installed at the charging end 14A, and the combustion material is introduced into the kiln body 11 through the combustion material supply pipe 12. From the discharge end 14B, high-temperature combustion gases generated by burning pulverized coal, heavy oil, etc. using the burner 16 installed at the discharge end 14B are blown from the discharge end 14B toward the charging end 14A, i.e., in the opposite direction to the flow of the raw ore.
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。 Inside the kiln body 11, raw ore is charged through the charging end 14A. As the kiln body 11 rotates at a predetermined speed, the raw ore is transported from the opening end 11a of the kiln body 11 through the raw material supply pipe 15 from one end toward the discharge end 14B. As the raw ore moves through the kiln body 11, it comes into countercurrent contact with combustion gas flowing from the discharge end 14B toward the charging end 14A. The raw ore is heated by the combustion heat and flame of the high-temperature combustion gas generated by burning fuels such as pulverized coal or heavy oil in the burner 16. Furthermore, combustion material introduced into the kiln body 11 through the combustion material supply pipe 12 is combusted by the combustion gas within the kiln body 11. The raw ore is also heated by the combustion heat generated by the combustion of the combustion material introduced through the combustion material supply pipe 12. Therefore, as the kiln body 11 rotates, the raw ore moves from the charging end 14A to the discharge end 14B of the kiln body 11, and is heated by the combustion heat and flame of the combustion gases generated by the combustion of fuel in the burner 16, and by the combustion heat generated by the combustion of the combustion material, gradually increasing its temperature.
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 kiln body 11, material transfer occurs between the raw ore and combustion gas due to the evaporation of moisture contained in the raw ore and combustion materials, the volatilization and condensation of volatile matter contained in the combustion materials, and the scattering and falling of ash contained in the burner fuel and combustion materials. Moisture and volatile matter produced by the thermal decomposition of the combustion materials supplied midway through the rotary kiln 1 move toward the charging end 14A along with the combustion gas, and char particles move toward the discharge end 14B along with the raw ore.
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 kiln body 11 reaches the discharge end 14B, the moisture contained in the raw ore has been almost completely removed, the raw ore has been burned, and the ore has been partially reduced to become cinders. The cinders are then discharged from the discharge end 14B.
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。 The calcined ore has a temperature of, for example, 800-900°C and a particle size of approximately 10-100 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。 A grate (sieving device) 17 is provided at the discharge opening of the discharge end 14B to separate the cinders with particle diameters of approximately 10 mm to 100 mm from the sintered lumps (particle diameters of approximately 100 mm to 500 mm) generated within the rotary kiln 1. The grate 17 is composed of, for example, an iron grate with a mesh size of approximately 100 mm. After passing through the grate 17, the cinders discharged from the discharge end 14B are transported to the next process via the cinder discharge chute 18.
<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, a 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 material supply pipe 12, when the rotary kiln 1 is divided into a plurality of regions. In FIG. 2, the region adjacent to region A on the side where combustion gas is blown in is referred to as region (A+1), and the region adjacent to region A on the side where raw material ore is charged is referred to as region (A-1).
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(ベッド領域)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 within the rotary kiln 1 where the gas phase containing gas and dust flows, and the bed layer (bed region) refers to the region where the raw ore moves.
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215で生じる気相である。
「第3混合気相G3'」とは、後述するガス量合算部222で生じる気相である。
The gas phases in region A are referred to 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 region A is defined as follows.
The "first gas phase G1" refers to the combustion gas flowing into region A from one of the adjacent regions (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 that do not contribute to the reaction (e.g., nitrogen).
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 phase calculation unit 215 described later.
The "third mixed gas phase G3'" is a gas phase generated in the gas amount summing unit 222, which will be described later.
ロータリーキルン1内に供給されるベッド層は、ベッド層S1として記載する。
「ベッド層S1」とは、キルン本体11内の装入端14Aから供給される原料鉱石である。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、後述する第1ベッド層平衡反応計算部214-1及び第2ベッド層平衡反応計算部214-2に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。
The bed layer fed into the rotary kiln 1 is referred to as bed layer S1.
The "bed layer S1" refers to raw ore supplied from the charging end 14A in the kiln body 11. The raw ore includes solid materials, such as ore compounds such as nickel oxide, iron oxide, and magnesium oxide, and fixed carbon, as well as liquid materials, and may also include inactive materials that do not contribute to the reactions in the first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1 and the second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2, which will be described later.
領域A内に存在するベッド層は、第1ベッド層S11、予備修正第1ベッド層S11B、修正第1ベッド層S11C、第1混合ベッド層S12、第2ベッド層S21、修正第2ベッド層S21A又は第2混合ベッド層S22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S11」とは、一方の隣接領域(領域(A-1))から領域Aに流入するベッド層S1のうち、ベッド層S1内に含まれる固体物質及び液体物質の反応速度起因条件に応じて分配され、反応速度が速い固体物質及び液体物質を含むベッド層をいう。第1ベッド層S11は、ベッド層S1と同様、後述する第1ベッド層平衡反応計算部214-1に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。
なお、反応速度起因条件とは、ベッド層内に含まれる固体物質、液体物質の性質等に応じて適宜設定される。固体物質の性質としては、固体物質の、粒子径、比重、種類、偏析等が挙げられる。液体物質の性質としては、液体物質の、比重、種類、偏析等が挙げられる。
「第1ベッド層S11A」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S11とが合算されたベッド層である。
「予備修正第1ベッド層S11B」とは、第1ベッド層S11内に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第4物質のガス領域への移動量と、ガス領域に存在する、後述する第1混合物質計算部で生じる第1混合物質に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第5物質の第1ベッド層S11への移動量を考慮して、第1ベッド層S11の物量を修正した第1ベッド層である。
「修正第1ベッド層S11C」とは、予備修正第1ベッド層S11B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物質の第2ベッド層S21への移動量と、第2ベッド層S21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3物質の予備修正第1ベッド層S11Bへの移動量を考慮して、予備修正第1ベッド層S11Bの物量を修正した第1ベッド層である。
「第1混合ベッド層S12」とは、後述する第1混合ベッド層計算部218で生じるベッド層である。
「第2ベッド層S21」とは、一方の隣接領域(領域(A-1))から領域Aに流入するベッド層S1のうち、第1ベッド層S11以外のベッド層であり、ベッド層S1のうち、第1ベッド層S11よりも反応速度が遅い固体物質及び液体物質を含むベッド層をいう。第2ベッド層S21は、ベッド層S1と同様、後述する第2ベッド層平衡反応計算部214-2に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。
「修正第2ベッド層S21A」とは、予備修正第1ベッド層S11B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物質の第2ベッド層S21への移動量と、第2ベッド層S21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3物質の予備修正第1ベッド層S11Bへの移動量を考慮して、第2ベッド層S21の物量を修正した第2ベッド層である。
「第2混合ベッド層S22」とは、後述する第2混合ベッド層計算部220で生じるベッド層である。
The bed layers present in region A are described as the first bed layer S11, the preliminary corrected first bed layer S11B, the corrected first bed layer S11C, the first mixed bed layer S12, the second bed layer S21, the corrected second bed layer S21A, or the second mixed bed layer S22. Each bed layer in region A is defined as follows:
The "first bed layer S11" refers to a bed layer that contains solid and liquid substances with fast reaction rates, distributed according to the reaction rate-causing conditions of the solid and liquid substances contained in the bed layer S1, among the bed layers S1 that flow into the region A from one adjacent region (region (A-1)). The first bed layer S11 may contain inactive substances that do not contribute to the reaction in the first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1 described later, similar to the bed layer S1.
The reaction rate-attributing conditions are set appropriately depending on the properties of the solid and liquid substances contained in the bed layer. The properties of the solid substances include the particle size, specific gravity, type, segregation, etc. of the solid substance. The properties of the liquid substances include the specific gravity, type, segregation, etc. of the liquid substance.
The "first bed layer S11A" is a bed layer obtained by combining the additive bed layer distributed from the combustion material and the first bed layer S11.
The "preliminarily corrected first bed layer S11B" is a first bed layer in which the quantity of material in the first bed layer S11 has been corrected taking into account the amount of movement of a fourth substance, which is contained in the first bed layer S11 and includes at least one of a solid substance or a liquid substance, into the gas region, and the amount of movement of a fifth substance, which is contained in the first mixed substance present in the gas region and includes at least one of a solid substance or a liquid substance, into the first bed layer S11, which is generated in the first mixed substance calculation unit described below.
The "corrected first bed layer S11C" is a first bed layer in which the quantity of material in the preliminary corrected first bed layer S11B has been corrected, taking into account the amount of a second substance contained in the preliminary corrected first bed layer S11B, which contains at least one of a solid substance or a liquid substance, that has moved to the second bed layer S21, and the amount of a third substance contained in the second bed layer S21, which contains at least one of a solid substance or a liquid substance, that has moved to the preliminary corrected first bed layer S11B.
The "first mixed bed layer S12" is a bed layer generated in the first mixed bed layer calculation unit 218 described later.
The "second bed layer S21" refers to a bed layer other than the first bed layer S11 among the bed layers S1 flowing into the region A from one adjacent region (region (A-1)), and which contains solid and liquid substances having a slower reaction rate than the first bed layer S11. Like the bed layer S1, the second bed layer S21 may contain inactive substances that do not contribute to the reaction in the second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2 described later.
The "modified second bed layer S21A" is a second bed layer in which the quantity of material in the second bed layer S21 has been modified, taking into account the amount of a second substance contained in the preliminary modified first bed layer S11B, which contains at least one of a solid substance or a liquid substance, that has moved to the second bed layer S21, and the amount of a third substance contained in the second bed layer S21, which contains at least one of a solid substance or a liquid substance, that has moved to the preliminary modified first bed layer S11B.
The "second mixed bed layer S22" is a bed layer generated in the second mixed bed layer calculation unit 220 described later.
また、領域A内のガス領域からベッド層に流入するガスは、流入ガスG11、第1流入ガスG111、第2流入ガスG112、第1混合流入ガスG111A、第2混合流入ガスG112A又は混合流入ガスG12として記載する。以下の説明において、領域A内の各流入ガスは、それぞれ、以下の通り定義する。
「流入ガスG11」は、領域A内のガス領域からベッド層に流入するガスである。
「第1流入ガスG111」は、ベッド層に流入した流入ガスG11のうち、第1ベッド層S11に流入する流入ガスである。
「第2流入ガスG112」は、ベッド層に流入した流入ガスG11のうち、第2ベッド層S21に流入する流入ガスである。
「第1混合流入ガスG111A」は、第1ベッド層未反応分と、第1ベッド層平衡反応計算部214-1で生じた第1流入ガス生成分とを混合したガスである。
「第2混合流入ガスG112A」は、修正第2ベッド層未反応分と、第2ベッド層平衡反応計算部214-2で生じる第2流入ガス生成分とを混合したガスである。
「混合流入ガスG12」は、第1混合流入ガスG111Aと第2混合流入ガスG112Aとを合算したガスである。
The gases flowing into the bed layer from the gas region in region A are referred to as inlet gas G11, first inlet gas G111, second inlet gas G112, first mixed inlet gas G111A, second mixed inlet gas G112A, or mixed inlet gas G12. In the following description, the inlet gases in region A are defined as follows:
"Inflow gas G11" is the gas that flows into the bed layer from the gas region in region A.
The "first inflow gas G111" is the inflow gas that flows into the first bed layer S11 out of the inflow gas G11 that has flowed into the bed layer.
The "second inflow gas G112" is the inflow gas that flows into the second bed layer S21 out of the inflow gas G11 that has flowed into the bed layer.
The "first mixed inflow gas G111A" is a gas obtained by mixing the unreacted portion of the first bed layer and the product portion of the first inflow gas generated in the first bed layer equilibrium reaction calculation section 214-1.
The "second mixed inflow gas G112A" is a gas obtained by mixing the corrected second bed layer unreacted portion and the second inflow gas product portion generated in the second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2.
The "mixed inflow gas G12" is a gas obtained by combining the first mixed inflow gas G111A and the second mixed inflow gas G112A.
領域Aに存在する物質は、第1物質M1、第2物質M2、第3物質M3、第4物質M4、第5物質M5、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、領域(A+1)のガス領域から領域Aのガス領域に流入する物質であり、領域Aの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」、「第3物質M3」及び「第4物質M4」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る。
「第5物質M5」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1混合物質M11」は、後述する第1混合物質計算部216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223で生じる第1物質M1の混合物である。
The substances present in region A are referred to as first substance M1, second substance M2, third substance M3, fourth substance M4, fifth substance M5, first mixed substance M11, or first modified mixed substance M12. In the following description, each substance in region A is defined as follows:
The "first substance M1" is a substance that flows from the gas region of region (A+1) into the gas region of region A, and includes at least one of a solid substance or a liquid substance present in the gas region of region A.
The "second substance M2", "third substance M3" and "fourth substance M4" include at least one of a solid substance and a liquid substance present in the bed layer.
The "fifth substance M5" is a substance that exists in the gas region and includes at least one of a solid substance and a liquid substance.
The "first mixed material M11" is a mixture of the first material M1 generated in the first mixed material calculation unit 216 described later.
The "first modified mixed material M12" is a mixture of the first material M1 produced in the first mixed material quantity modifying unit 223, which will be described later.
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、第1流入ガス反応分GR111、第1流入ガス未反応分Gr111、第1流入ガス生成分GP111、第2流入ガス反応分GR112、第2流入ガス未反応分Gr112、第2流入ガス生成分GP112、第1ベッド層反応分SR1、第1ベッド層未反応分Sr1、第1ベッド層生成分SP1、第2ベッド層反応分SR2、第2ベッド層未反応分Sr2又は第2ベッド層生成分SP2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 fractions calculated within region A are referred to as gas reacted fraction GR1, gas unreacted fraction Gr1, gas product fraction GP1, first substance reacted fraction MR1, first substance unreacted fraction Mr1, first substance product fraction MP1, first inflow gas reacted fraction GR111, first inflow gas unreacted fraction Gr111, first inflow gas product fraction GP111, second inflow gas reacted fraction GR112, second inflow gas unreacted fraction Gr112, second inflow gas product fraction GP112, first bed layer reacted fraction SR1, first bed layer unreacted fraction Sr1, first bed layer product fraction SP1, second bed layer reacted fraction SR2, second bed layer unreacted fraction Sr2, or second bed layer product fraction SP2. These are calculated by any of the components constituting the furnace reaction calculation device shown in Figure 2.
図2に示す炉内反応の計算装置の構成について説明する。図2に示すように、炉内反応の計算装置20は、燃焼用材料の分配部(分配部)201、ガス混合量計算部202、第1ベッド層予備物量修正部203、第1ベッド層物量修正部204、第2ベッド層物量修正部205、流入ガス分配部206、ガス反応量計算部207、第1物質反応量計算部208、第1ベッド層反応量計算部209、第1流入ガス反応量計算部210、第2ベッド層反応量計算部211、第2流入ガス反応量計算部212、ガス領域平衡反応計算部213、第1ベッド層平衡反応計算部214-1、第2ベッド層平衡反応計算部214-2、混合気相計算部215、第1混合物質計算部216、第1混合流入ガス算出部217、第1混合ベッド層計算部218、第2混合流入ガス算出部219、第2混合ベッド層計算部220、流入ガス合算部221、ガス量合算部222及び第1混合物質物量修正部223を備える。 The configuration of the furnace reaction calculation device shown in Figure 2 will be described. As shown in Figure 2, the furnace reaction calculation device 20 includes a combustion material distribution unit (distribution unit) 201, a gas mixture amount calculation unit 202, a first bed layer preliminary material amount correction unit 203, a first bed layer material amount correction unit 204, a second bed layer material amount correction unit 205, an inflow gas distribution unit 206, a gas reaction amount calculation unit 207, a first material reaction amount calculation unit 208, a first bed layer reaction amount calculation unit 209, a first inflow gas reaction amount calculation unit 210, a second bed layer reaction amount calculation unit 211, a second inflow gas It is equipped with a gas reaction amount calculation unit 212, a gas region equilibrium reaction calculation unit 213, a first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1, a second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2, a mixed gas phase calculation unit 215, a first mixed substance calculation unit 216, a first mixed inflow gas calculation unit 217, a first mixed bed layer calculation unit 218, a second mixed inflow gas calculation unit 219, a second mixed bed layer calculation unit 220, an inflow gas summation unit 221, a gas amount summation unit 222, and a first mixed substance amount correction unit 223.
また、炉内反応の計算装置20は、ベッド層S1を、ベッド層S1内に含まれる固体物質及び液体物質の反応速度起因条件に応じて、予め2種類の分配ベッド層(第1ベッド層S11、第2ベッド層S21)に分配するベッド層分配部224を備えることができる。本実施形態では、炉内反応の計算装置20は、ベッド層分配部224で生じる第1ベッド層S11を第1ベッド層予備物量修正部203に供給し、ベッド層分配部224で生じる第2ベッド層S21を第2ベッド層物量修正部205に供給する。 The reactor reaction calculation device 20 can also include a bed layer distribution unit 224 that pre-allocates the bed layer S1 into two types of distributed bed layers (first bed layer S11, second bed layer S21) according to the reaction rate-dependent conditions of the solid and liquid materials contained in the bed layer S1. In this embodiment, the reactor reaction calculation device 20 supplies the first bed layer S11 generated by the bed layer distribution unit 224 to the first bed layer preliminary quantity correction unit 203, and supplies the second bed layer S21 generated by the bed layer distribution unit 224 to the second bed layer quantity correction unit 205.
ロータリーキルン1では、粒径、密度、組成、種類等の反応速度が異なる原料鉱石を同時に供給した場合、例えば、図3に示すように、ベッド層には、第1ベッド層S11と第2ベッド層S21とが縞状に偏析した縞状偏析が生じ易い。縞状偏析が生じた場合、ベッド層では、図4に示すように、ロータリーキルン1の長手方向に向かって第1ベッド層S11と第2ベッド層S21とが周期的に組成分布のムラが生じることから、縞ごとに反応形態が大きく異なることが考えられる。粒径、密度等が異なる原料鉱石のように、反応速度が異なる原料鉱石をロータリーキルン1内に供給した際、ロータリーキルン1内のベッド層を単一の濃度として扱うと、ベッド層内に反応速度が異なる原料鉱石に起因して生じる、原料鉱石内の組成分布を表現できない。そのため、炉内反応をシミュレーションして解析しても、実際に生じている炉内反応にフィッティングさせることは困難である。そこで、炉内の現象を考慮する際には、原料鉱石の反応速度の違いだけなく、偏析にて生じるベッド層内の組成分布も考慮する必要がある。 When raw ores with different particle size, density, composition, type, and other reaction rates are simultaneously fed into the rotary kiln 1, striped segregation, in which the first bed layer S11 and the second bed layer S21 segregate in stripes, is likely to occur in the bed layer, as shown in Figure 3. When striped segregation occurs, the first bed layer S11 and the second bed layer S21 periodically exhibit uneven composition distribution along the longitudinal direction of the rotary kiln 1, as shown in Figure 4. This may result in significantly different reaction patterns for each stripe. When raw ores with different particle size, density, and other reaction rates are fed into the rotary kiln 1, treating the bed layer in the rotary kiln 1 as a single concentration cannot represent the composition distribution within the raw ore due to the different reaction rates within the bed layer. Therefore, even if the furnace reaction is simulated and analyzed, it is difficult to fit it to the actual furnace reaction. Therefore, when considering phenomena occurring inside the furnace, it is necessary to take into account not only differences in the reaction rates of the raw ore, but also the composition distribution within the bed layer that occurs due to segregation.
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、第1ベッド層S11と第2ベッド層S21とに分けて、それぞれのベッド層における平衡反応計算を行う。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、ロータリーキルン1内で原料鉱石の反応速度が異なることと原料鉱石内の組成分布(ムラ)を考慮する。そして、炉内反応の計算装置20は、ベッド層のうち、反応速度が速い第1ベッド層S11と、ベッド層内の反応速度が遅い第2ベッド層S21とで、それぞれ独立に、異なる反応速度式を用いて、それぞれの平衡反応に必要な反応量を計算する。これにより、炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層S11及び第1ベッド層S12内に含まれる原料鉱石の反応速度の相違及び原料鉱石内の組成分布を考慮して、ギブズエネルギー最小化法に基づく平衡反応を高精度に計算できる。よって、炉内反応の計算装置20は、ベッド層における炉内反応を高精度に解析できる。炉内反応の計算装置20は、フィッティングをより高精度に行うことができるため、操業データの解析に有効に用いることができる。例えば、ロータリーキルン1内に生じる2つの異なる状態を同時に同一位置で計算できるため、従来方法では困難であった、相反する反応、例えば酸化性ガスによる酸化反応とベッド層内還元物質による還元反応がロータリーキルン1内の長手方向における同位置で起こるという状態も表現できる。よって、炉内反応の計算装置20は、より実際の炉内の状態に近づけたフィッティングが可能となる。 The furnace reaction calculation device 20 separates the rotary kiln 1 into a first bed layer S11 and a second bed layer S21 and performs equilibrium reaction calculations for each bed layer. That is, when simulating furnace reactions based on the Gibbs energy minimization method, the furnace reaction calculation device 20 takes into account the different reaction rates of the raw ore within the rotary kiln 1 and the composition distribution (unevenness) within the raw ore. The furnace reaction calculation device 20 then independently calculates the reaction amounts required for the equilibrium reactions in the first bed layer S11, which has a fast reaction rate, and the second bed layer S21, which has a slow reaction rate, using different reaction rate equations. This allows the furnace reaction calculation device 20 to accurately calculate equilibrium reactions based on the Gibbs energy minimization method, taking into account the difference in reaction rates of the raw ore contained in the first bed layer S11 and the second bed layer S12 and the composition distribution within the raw ore. Therefore, the furnace reaction calculation device 20 can analyze furnace reactions in the bed layer with high accuracy. Because the furnace reaction calculation device 20 can perform fitting with higher accuracy, it can be effectively used to analyze operational data. For example, because it can calculate two different states that occur within the rotary kiln 1 simultaneously at the same position, it can also represent a state in which opposing reactions, such as an oxidation reaction caused by an oxidizing gas and a reduction reaction caused by a reducing substance in the bed layer, occur at the same longitudinal position within the rotary kiln 1, which was difficult to achieve with conventional methods. Therefore, the furnace reaction calculation device 20 can perform fitting that is closer to the actual furnace state.
また、炉内反応の計算装置20は、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平衡反応計算をギブズエネルギー最小化法に基づいて行う。これにより、ロータリーキルン1内のガス領域における平衡反応を計算できる。 In addition, the furnace reaction calculation device 20 calculates equilibrium reactions between the gas flowing within the gas region and the solid or liquid substances present within the gas region based on the Gibbs energy minimization method. This makes it possible to calculate equilibrium reactions in the gas region within the rotary kiln 1.
よって、炉内反応の計算装置20は、ロータリーキルン1内のベッド層が原料鉱石の粒径等に応じて2種類の異なる反応挙動を示すことを考慮することで、ロータリーキルン1内で生じる反応を高精度に解析でき、反応の計算精度を高めることができる。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内の反応をより高精度に計算できる。 Therefore, by taking into account that the bed layer in the rotary kiln 1 exhibits two different types of reaction behavior depending on the particle size of the raw ore, the furnace reaction calculation device 20 can analyze the reactions that occur in the rotary kiln 1 with high precision, thereby improving the accuracy of reaction calculations. As a result, the furnace reaction calculation device 20 can calculate the reactions in the rotary kiln 1 with higher precision.
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S11及び第2ベッド層S21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 Figure 2, the reactor reaction calculation device 20 inputs the quantities, temperatures, pressures, etc. of the first bed layer S11 and second bed layer S21 flowing into the bed layers of region A, and the first gas phase G1 flowing into the gas region. The reactor reaction calculation device 20 uses these input values to perform mass transfer and reaction calculations within each divided region A.
第1ベッド層S11及び第2ベッド層S21は、キルン本体11内の装入端14Aから供給されたベッド層S1が装入端14Aを含む領域で分配され、領域Aに移動した時の物量等に応じて決定される。 The first bed layer S11 and the second bed layer S21 are determined based on factors such as the amount of material when bed layer S1 supplied from the charging end 14A in the kiln body 11 is distributed in the area including the charging end 14A and moved to area A.
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 mass transfer and reactions within region A, the reactor reaction calculation device 20 defines the amount of gas (inlet gas G11) that mixes into the bed layer from the first gas phase G1 flowing within the gas region. One method for defining this gas mixing amount is to assign a fixed value to the proportion of the total amount of gas that mixes into the bed layer.
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と、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定義する。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 reaction calculation device 20 also defines the amount of mass transfer to the gas region due to scattering or volatilization of solid or liquid materials moving within the bed layer, and the amount of mass transfer to the bed layer due to falling (settling) or coagulation of solid or liquid materials moving within the gas region. One method for defining this amount of mass transfer is to define it for each calculation substance based on factors such as the settling velocity of the solid or liquid material, which is calculated from its specific gravity, particle size, etc.
図2に示すように、分配部201は、燃焼用材料230の種類や成分等を予め設定しておくことにより、燃焼用材料230を、燃焼用材料230に含まれる気相とベッド層とに質量流量で分配する。 As shown in Figure 2, the distribution unit 201 distributes the combustion material 230 at a mass flow rate between the gas phase and bed layer contained in the combustion material 230 by setting the type, components, etc. of the combustion material 230 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 the added gas phase AG11 and added 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 mixing amount calculation unit 202 calculates the mass flow rate of the inflow gas G11 moving from the gas region to the bed layer, out of the second gas phase G2, which includes the first gas phase G1, which is combustion gas flowing from one adjacent region (region (A+1)) into the gas region of region A in the furnace, and the added gas phase AG11 of combustion material distributed by the distribution unit 201.
第1ベッド層予備物量修正部203は、第1ベッド層S11と添加ベッド層AS11とを混合した第1ベッド層S11Aの物量を修正して予備修正第1ベッド層S11Bを算出する。 The first bed layer preliminary quantity correction unit 203 corrects the quantity of the first bed layer S11A, which is a mixture of the first bed layer S11 and the additive bed layer AS11, to calculate the preliminary corrected first bed layer S11B.
第1ベッド層S11Aの物量は、第1ベッド層S11A内に含まれる、固体物質又は液体物質の少なくとも一方を含む第4物質M4のガス領域に存在する第1混合物質M11への移動量と、ガス領域に存在する第1混合物質M11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5物質M5の第1ベッド層S11Aへの移動量を考慮して修正される。 The amount of material in the first bed layer S11A is adjusted taking into account the amount of movement of the fourth substance M4, which is contained in the first bed layer S11A and includes at least one of a solid substance or a liquid substance, to the first mixed substance M11 present in the gas region, and the amount of movement of the fifth substance M5, which is contained in the first mixed substance M11 present in the gas region and includes at least one of a solid substance or a liquid substance, to the first bed layer S11A.
第1ベッド層物量修正部204は、予備修正第1ベッド層S11B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M2の第2ベッド層S21への移動量を除して第1ベッド層S11の物量を修正し、修正第1ベッド層S11Cを算出する。 The first bed layer quantity correction unit 204 corrects the quantity of the first bed layer S11 by subtracting the amount of second material M2, which includes at least one of a solid material and a liquid material and is contained in the preliminary corrected first bed layer S11B, from the amount of material M2 transferred to the second bed layer S21, to calculate the corrected first bed layer S11C.
本実施形態では、第1ベッド層物量修正部204は、第2物質M2の第2ベッド層S21への移動量と、第2ベッド層S21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3物質M3の予備修正第1ベッド層S11Bへの移動量を考慮して、第1ベッド層S11の物量を修正する。これにより、修正第1ベッド層S11Cが算出される。 In this embodiment, the first bed layer quantity correction unit 204 corrects the quantity of the first bed layer S11 by taking into account the amount of movement of the second substance M2 to the second bed layer S21 and the amount of movement of the third substance M3, which is contained in the second bed layer S21 and includes at least one of a solid substance and a liquid substance, to the preliminary corrected first bed layer S11B. This allows the corrected first bed layer S11C to be calculated.
第2ベッド層物量修正部205は、第2ベッド層S21に含まれる第3物質M3の予備修正第1ベッド層S11Bへの移動量を除して第2ベッド層S21の物量を修正し、修正第2ベッド層S21Aを算出する。 The second bed layer quantity correction unit 205 corrects the quantity of the second bed layer S21 by subtracting the amount of third substance M3 contained in the second bed layer S21 that has moved to the preliminary corrected first bed layer S11B, and calculates the corrected second bed layer S21A.
本実施形態では、第2ベッド層物量修正部205は、予備修正第1ベッド層S11Bに含まれる第2物質M2の第2ベッド層S21への移動量と、第2ベッド層S21に含まれる第3物質M3の予備修正第1ベッド層S11Bへの移動量を考慮して、第1ベッド層S11の物量を修正する。これにより、修正第1ベッド層S11Cが算出される。 In this embodiment, the second bed layer quantity correction unit 205 corrects the quantity of the first bed layer S11, taking into account the amount of movement of the second substance M2 contained in the preliminary corrected first bed layer S11B to the second bed layer S21 and the amount of movement of the third substance M3 contained in the second bed layer S21 to the preliminary corrected first bed layer S11B. This allows the corrected first bed layer S11C to be calculated.
流入ガス分配部206は、ガス混合量計算部202で算出された流入ガスG11の種類や成分等を予め設定しておくことにより、流入ガスG11を、第1流入ガスG111と第2流入ガスG112とに質量流量で分配する機能を有する。 The inflow gas distribution unit 206 has the function of distributing the inflow gas G11 into a first inflow gas G111 and a second inflow gas G112 by mass flow rate by presetting the type and components of the inflow gas G11 calculated by the gas mixture calculation unit 202.
ガス反応量計算部207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207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M1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207は、ガス反応量から、第2気相G2のうちの第1物質M1との平衡状態に寄与する反応分をガス反応分GR1として求める。 The gas reaction amount calculation unit 207 calculates the amount of gas reaction that contributes to the equilibrium state between the second gas phase G2 and the first substance M1. That is, the gas reaction amount calculation unit 207 calculates the amount of gas reaction that is expected to occur when the second gas phase G2 reacts in equilibrium with the first substance M1 during the residence time of the second gas phase G2 in the gas region in region A. The reaction amount during the residence time of the second gas phase G2 in region A is calculated using reaction rate parameters set for each substance and the residence time in region A. The gas reaction amount can be calculated using a reaction rate equation to determine the amount that reacts during the residence time in region A. The gas reaction amount calculation unit 207 then determines the reaction amount that contributes to the equilibrium state between the second gas phase G2 and the first substance M1 from the gas reaction amount as the gas reaction amount GR1.
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物質との接触により、反応に寄与する流量をいう。以下、他の反応分も、気相、固相及び物質の何れかが気相、固相及び物質の何れかとの接触により、反応に寄与する流量の意味を表わす。 In this specification, the term "reactive component" refers to the flow rate that contributes to a reaction through contact with the second gas phase G2 or the first substance present in the gas region within region A during the residence time that the first substance M1 passes through. Hereinafter, "other reactive components" also refer to the flow rate that contributes to a reaction through contact between any of the gas phase, solid phase, or substance and any of the gas phase, solid phase, or substance.
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、一方の隣接する領域(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。 In other words, the gas reaction portion GR1 is the reaction portion of the second gas phase G2 that contributes to the equilibrium reaction with the first substance M1 present in the gas region. 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207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207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 amount calculation unit 207 can determine the amount of the second gas phase G2 that reaches equilibrium with the solid or liquid substance present in the first substance M1 by employing, for example, a model that can calculate the amount from the reaction rate according to the Arrhenius reaction rate equation and the residence time of the second gas phase G2 in region A. The gas reaction amount calculation unit 207 then divides the amount into a gas reaction portion GR1 that corresponds to the gas reaction amount and an unreacted gas portion Gr1 that corresponds to the remaining unreacted mass flow rate.
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は流速が速く、領域Aでの滞留時間が短いため、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207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、ガス反応分GR1以外のガス未反応分Gr1とに分割する。 In the rotary kiln 1, the second gas phase G2 and the first substance M1 present in the gas region flow in parallel. Because the second gas phase G2 has a high flow rate and a short residence time in region A, the second gas phase G2 and the first substance M1 present in the gas region have not reached equilibrium. In this embodiment, the gas reaction amount calculation unit 207 assumes that only a portion of the second gas phase G2 in a certain region (region A) within the rotary kiln 1 reaches equilibrium with the first substance M1 present in the gas region, and divides the second gas phase G2 into a gas reaction portion GR1 and an unreacted gas portion Gr1 other than the gas reaction portion GR1 according to the corresponding gas reaction amount.
第1物質反応量計算部208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208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反応量を第1物質反応量として計算する。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208は、第1物質反応量から、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物質反応分MR1を求める。 The first material reaction amount calculation unit 208 calculates the amount of first material reaction that contributes to the equilibrium state of the first material M1 with the second gas phase G2. That is, the first material reaction amount calculation unit 208 calculates the amount of reaction that is expected to occur when the first material M1 reacts in equilibrium with the second gas phase G2 during the residence time of the first material M1 in the gas region in region A as the first material reaction amount. The first material reaction amount can be calculated using the reaction rate equation. Then, the first material reaction amount calculation unit 208 calculates the first material reaction portion MR1 of the first material M1 that contributes to the equilibrium state with the second gas phase G2 from the first material reaction amount.
第1物質反応量計算部208は、ガス反応量計算部207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等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208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。 Like the gas reaction amount calculation unit 207, the first material reaction amount calculation unit 208 can determine the amount of the first material M1 present in the gas region that reaches equilibrium with the second gas phase G2 by employing, for example, a model that can calculate the amount from the reaction rate according to the Arrhenius reaction rate equation and the residence time of the first material M1 in region A. The first material reaction amount calculation unit 208 then divides the amount into a first material reaction portion MR1 that corresponds to the first material reaction amount and an unreacted first material portion Mr1 that corresponds to the remaining unreacted mass flow rate.
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は流速が速く、領域Aでの滞留時間が短いため、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208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、第1物質反応分MR1以外の第1物質未反応分Mr1とに分割する。 As described above, in the rotary kiln 1, the second gas phase G2 and the first substance M1 flow in parallel. Because the second gas phase G2 has a high flow rate and a short residence time in region A, the second gas phase G2 and the first substance M1 do not reach equilibrium. In this embodiment, the first substance reaction amount calculation unit 208 assumes that only a portion of the second gas phase G2 in a certain region (region A) within the rotary kiln 1 reaches equilibrium with the first substance M1, and divides the first substance M1 into a reacted portion MR1 of the first substance and an unreacted portion Mr1 of the first substance other than the reacted portion MR1 of the first substance according to the corresponding first substance reaction amount.
第1ベッド層反応量計算部209は、修正第1ベッド層S11Cの第1流入ガスG111との平衡状態に寄与する第1ベッド層反応量を第1反応速度式を用いて計算する。即ち、第1ベッド層反応量計算部209は、領域Aにおける修正第1ベッド層S11Cの移動時間において、修正第1ベッド層S11Cが第1流入ガスG111と平衡反応すると見込まれる第1ベッド層反応量を、第1反応速度式を用いて計算する。 The first bed layer reaction amount calculation unit 209 calculates the amount of first bed layer reaction that contributes to the equilibrium state of the modified first bed layer S11C with the first inflow gas G111 using the first reaction rate equation. That is, the first bed layer reaction amount calculation unit 209 calculates the amount of first bed layer reaction that is expected to occur in equilibrium with the first inflow gas G111 during the movement time of the modified first bed layer S11C in region A using the first reaction rate equation.
第1ベッド層反応量計算部209は、第1反応速度式に、例えば、領域Aにおける修正第1ベッド層S11C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、領域A内の滞留時間等を用いることで、第1ベッド層反応量を計算できる。そして、第1ベッド層反応量計算部209は、第1ベッド層反応量から、修正第1ベッド層S11Cのうちの、第1流入ガスG111との平衡反応に寄与する第1ベッド層反応分SR1を算出する。 The first bed layer reaction amount calculation unit 209 can calculate the first bed layer reaction amount by using, for example, reaction rate parameters set for each individual substance contained in the modified first bed layer S11C in region A, the residence time within region A, etc., in the first reaction rate equation. Then, the first bed layer reaction amount calculation unit 209 calculates, from the first bed layer reaction amount, the first bed layer reaction amount SR1 of the modified first bed layer S11C that contributes to the equilibrium reaction with the first inflow gas G111.
即ち、第1ベッド層反応分SR1は、修正第1ベッド層S11Cのうちの第1流入ガスG111との平衡反応に寄与する反応分である。 In other words, the first bed layer reaction portion SR1 is the reaction portion that contributes to the equilibrium reaction with the first inflow gas G111 in the modified first bed layer S11C.
第1ベッド層反応量計算部209は、第1ベッド層反応量の計算に、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1ベッド層S11Cの移動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。第1ベッド層反応量計算部209は、アレニウス型の反応速度式で修正第1ベッド層S11Cの滞留時間により修正第1ベッド層S11Cと第1流入ガスG111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、第1流入ガスG111との平衡反応に寄与する修正第1ベッド層S11Cの第1ベッド層反応量を計算する。そして、第1ベッド層反応量計算部209は、第1ベッド層反応量に相当する第1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第1ベッド層未反応分Sr1とに分割する。 The first bed layer reaction amount calculation unit 209 can calculate the first bed layer reaction amount by, for example, employing a model that can be calculated from the reaction rate according to the Arrhenius reaction rate equation and the transit time of the modified first bed layer S11C within region A. The first bed layer reaction amount calculation unit 209 calculates the first bed layer reaction amount of the modified first bed layer S11C that contributes to the equilibrium reaction with the first inflow gas G111 only for the amount estimated as the equilibrium state between the modified first bed layer S11C and the first inflow gas G111 based on the residence time of the modified first bed layer S11C using the Arrhenius reaction rate equation. The first bed layer reaction amount calculation unit 209 then divides this into a first bed layer reaction amount SR1 corresponding to the first bed layer reaction amount and a first bed layer unreacted amount Sr1 corresponding to the remaining unreacted mass flow rate.
ロータリーキルン1では、修正第1ベッド層S11Cと第1流入ガスG111の流れが向流となっている。第1流入ガスG111は流速が速く、領域Aでの滞留時間が短いため、修正第1ベッド層S11Cと第1流入ガスG111とは平衡状態に達していない。本実施形態では、第1ベッド層反応量計算部209は、ロータリーキルン1内のある領域(領域A)の修正第1ベッド層S11Cの一部のみが第1流入ガスG111と平衡状態に達するとみなして、それに対応する第1ベッド層反応量に応じて、第1ベッド層反応分SR1を、第1ベッド層反応分SR1と、第1ベッド層反応分以外の第1ベッド層未反応分Sr1とに分割する。 In the rotary kiln 1, the modified first bed layer S11C and the first inflow gas G111 flow countercurrently. Because the first inflow gas G111 has a high flow velocity and a short residence time in region A, the modified first bed layer S11C and the first inflow gas G111 have not reached equilibrium. In this embodiment, the first bed layer reaction amount calculation unit 209 assumes that only a portion of the modified first bed layer S11C in a certain region (region A) within the rotary kiln 1 reaches equilibrium with the first inflow gas G111, and divides the first bed layer reaction amount SR1 into a first bed layer reaction amount SR1 and a first bed layer unreacted amount Sr1 other than the first bed layer reaction amount, based on the corresponding first bed layer reaction amount.
第1流入ガス反応量計算部210は、第1流入ガスG111の、修正第1ベッド層S11Cとの平衡状態に寄与する第1流入ガス反応量を計算する。即ち、第1流入ガス反応量計算部210は、領域Aにおける、ベッド層に存在する第1流入ガスG111の滞留時間において、第1流入ガスG111が修正第1ベッド層S11Cと平衡反応すると見込まれる第1流入ガス反応量を計算する。領域Aにおける第1流入ガスG111の滞留時間での第1流入反応量は、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でき、例えば、反応速度式を用いて算出できる。そして、第1流入ガス反応量計算部210は、第1流入ガス反応量から、第1流入ガスG111のうちの、修正第1ベッド層S11Cとの平衡反応に寄与する第1流入ガス反応分GR111を算出する。 The first inflow gas reaction amount calculation unit 210 calculates the first inflow gas reaction amount that contributes to the equilibrium state of the first inflow gas G111 with the modified first bed layer S11C. That is, the first inflow gas reaction amount calculation unit 210 calculates the first inflow gas reaction amount that is expected to occur when the first inflow gas G111 is in equilibrium with the modified first bed layer S11C during the residence time of the first inflow gas G111 in the bed layer in region A. The first inflow reaction amount during the residence time of the first inflow gas G111 in region A can be calculated using reaction rate parameters set for each substance and the residence time in region A, for example, using a reaction rate equation. The first inflow gas reaction amount calculation unit 210 then calculates the first inflow gas reaction amount GR111 of the first inflow gas G111 that contributes to the equilibrium reaction with the modified first bed layer S11C from the first inflow gas reaction amount.
即ち、第1流入ガス反応分GR111は、第1流入ガスG111のうちの第1修正ベッド層S11Bの平衡状態に寄与する第1流入ガスG111の反応分である。 In other words, the first inflow gas reaction portion GR111 is the reaction portion of the first inflow gas G111 that contributes to the equilibrium state of the first modified bed layer S11B.
第1流入ガス反応量計算部210は、第1流入ガスG111が修正第1ベッド層S11Cと平衡状態に達する反応量を、例えば、第1ベッド層反応量計算部209で用いられるモデルと同様のモデルを用いて算出できる。 The first inflow gas reaction amount calculation unit 210 can calculate the reaction amount at which the first inflow gas G111 reaches equilibrium with the modified first bed layer S11C, for example, using a model similar to the model used in the first bed layer reaction amount calculation unit 209.
そして、第1流入ガス反応量計算部210は、第1流入ガス反応量に相当する第1流入ガス反応分GR111と、残りの第1流入ガス反応分GR111以外の未反応の質量流量に相当する第1流入ガス未反応分Gr111とに分割する。 Then, the first inflow gas reaction amount calculation unit 210 divides it into a first inflow gas reaction amount GR111, which corresponds to the first inflow gas reaction amount, and a first inflow gas unreacted amount Gr111, which corresponds to the unreacted mass flow rate other than the remaining first inflow gas reaction amount GR111.
ロータリーキルン1では、上述の通り、第1流入ガスG111と修正第1ベッド層S11Cとの流れが向流となっており、第1流入ガスG111は流速が速く、領域Aでの滞留時間が短いため、第1流入ガスG111と修正第1ベッド層S11Cとは平衡状態に達していない。本実施形態では、第1流入ガス反応量計算部210は、ロータリーキルン1内のある領域(領域A)の第1流入ガスG111の一部のみが修正第1ベッド層S11C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1流入ガスG111を、第1流入ガス反応分GR111と、それ以外の第1流入ガス未反応分Gr111とに分割する。 As described above, in the rotary kiln 1, the first inflow gas G111 and the modified first bed layer S11C flow countercurrently. Because the first inflow gas G111 has a high flow rate and a short residence time in region A, the first inflow gas G111 and the modified first bed layer S11C do not reach equilibrium. In this embodiment, the first inflow gas reaction amount calculation unit 210 assumes that only a portion of the first inflow gas G111 in a certain region (region A) within the rotary kiln 1 reaches equilibrium with the modified first bed layer S11C, and divides the first inflow gas G111 into the first inflow gas reacted portion GR111 and the remaining first inflow gas unreacted portion Gr111 according to the corresponding gas reaction amount.
第2ベッド層反応量計算部211は、修正第2ベッド層S21Aの第2流入ガスG112との平衡状態に寄与するベッド反応量を第2反応速度式を用いて計算する。即ち、第2ベッド層反応量計算部211は、領域Aにおける修正第2ベッド層S21Aの移動時間(即ち、修正第2ベッド層S21A内に存在する固体物質及び液体物質を含む各化合物の移動時間)において、修正第2ベッド層S21Aが第2流入ガスG112と平衡反応すると見込まれる第2ベッド層反応量を、第2反応速度式を用いて計算する。 The second bed layer reaction amount calculation unit 211 uses the second reaction rate equation to calculate the amount of bed reaction that contributes to the equilibrium state of the modified second bed layer S21A with the second inflow gas G112. That is, the second bed layer reaction amount calculation unit 211 uses the second reaction rate equation to calculate the amount of second bed layer reaction that is expected to occur in equilibrium with the second inflow gas G112 during the movement time of the modified second bed layer S21A in region A (i.e., the movement time of each compound, including solid and liquid substances, present in the modified second bed layer S21A).
第2反応速度式は、第1ベッド層反応量計算部209で用いられる第1反応速度式とは異なる反応速度式が用いられる。 The second reaction rate equation is a reaction rate equation different from the first reaction rate equation used in the first bed layer reaction amount calculation unit 209.
第2ベッド層反応量計算部211は、第2反応速度式を用いて得られた第2ベッド層反応量から、修正第2ベッド層S21Aのうちの、第2流入ガスG112との平衡状態に寄与する第2ベッド層反応分SR2を算出する。 The second bed layer reaction amount calculation unit 211 calculates the second bed layer reaction amount SR2 of the modified second bed layer S21A that contributes to the equilibrium state with the second inflow gas G112 from the second bed layer reaction amount obtained using the second reaction rate equation.
第2ベッド層反応量計算部211は、修正第2ベッド層S21Aと、第2流入ガスGR112との平衡状態に達する反応量の計算に、第1ベッド層反応量計算部209と同様、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S21Aの移動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。第2ベッド層反応量計算部211は、アレニウス型の反応速度式で修正第2ベッド層S21Aの滞留時間により修正第2ベッド層S21Aと第2流入ガスGR112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、第2流入ガスGR112との反応に寄与する修正第2ベッド層S21Aの第2ベッド反応量を計算する。そして、第2ベッド層反応量計算部211は、第2ベッド層反応量に相当する第2ベッド層反応分SR2と、残りの未反応の質量流量に相当する第2ベッド層未反応分Sr2とに分割する。 The second bed layer reaction amount calculation unit 211, like the first bed layer reaction amount calculation unit 209, can calculate the reaction amount that reaches equilibrium between the modified second bed layer S21A and the second inflow gas GR112 by, for example, employing a model that can be calculated from the reaction rate according to the Arrhenius reaction rate equation and the movement time of the modified second bed layer S21A within region A. The second bed layer reaction amount calculation unit 211 calculates the second bed reaction amount of the modified second bed layer S21A that contributes to the reaction with the second inflow gas GR112 only for the amount that is estimated to reach equilibrium between the modified second bed layer S21A and the second inflow gas GR112 based on the residence time of the modified second bed layer S21A using the Arrhenius reaction rate equation. The second bed layer reaction amount calculation unit 211 then divides this into a second bed layer reaction amount SR2, which corresponds to the second bed layer reaction amount, and a second bed layer unreacted amount Sr2, which corresponds to the remaining unreacted mass flow rate.
第2ベッド層反応分SR2は、修正第2ベッド層S2Aのうちの第2流入ガスG112との平衡反応に寄与する反応分である。 The second bed layer reaction portion SR2 is the reaction portion that contributes to the equilibrium reaction with the second inlet gas G112 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S21Aと第2流入ガスG112の流れが、向流となっている。第2流入ガスG112は流速が速く、領域Aでの滞留時間が短いため、修正第2ベッド層S21Aと第2流入ガスG112とは平衡状態に達していない。本実施形態では、第2ベッド層反応量計算部211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の一部のみが第2流入ガスG112と平衡状態に達するとみなして、それに対応する第2ベッド層反応量に応じて、第2ベッド層反応分SR2を、第2ベッド層反応分SR2と、それ以外の第2ベッド層未反応分Sr2とに分割する。 In the rotary kiln 1, the modified second bed layer S21A and the second inflow gas G112 flow countercurrently. Because the second inflow gas G112 has a high flow rate and a short residence time in region A, the modified second bed layer S21A and the second inflow gas G112 have not reached equilibrium. In this embodiment, the second bed layer reaction amount calculation unit 211 assumes that only a portion of the modified second bed layer S2A in a certain region (region A) within the rotary kiln 1 reaches equilibrium with the second inflow gas G112, and divides the second bed layer reaction amount SR2 into the second bed layer reaction amount SR2 and the remaining second bed layer unreacted amount Sr2 according to the corresponding second bed layer reaction amount.
第2流入ガス反応量計算部212は、第2流入ガスG112の、修正第2ベッド層S21Aとの平衡状態に寄与する第2流入ガス反応量を計算する。即ち、第2流入ガス反応量計算部212は、領域Aにおける、ベッド層に存在する第2流入ガスG112の滞留時間において、第2流入ガスG112が修正第2ベッド層S21Aと平衡反応すると見込まれる第2流入ガス反応量を計算する。領域Aにおける第2流入ガスG112の滞留時間での第2流入反応量は、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でき、例えば、反応速度式から算出できる。そして、第2流入ガス反応量計算部212は、第2流入ガスG112のうちの第2修正ベッド層S21Aとの平衡反応に寄与する第2流入ガス反応分GR112を算出する。 The second inflow gas reaction amount calculation unit 212 calculates the second inflow gas reaction amount that contributes to the equilibrium state of the second inflow gas G112 with the modified second bed layer S21A. That is, the second inflow gas reaction amount calculation unit 212 calculates the second inflow gas reaction amount that is expected to occur when the second inflow gas G112 is in equilibrium with the modified second bed layer S21A during the residence time of the second inflow gas G112 in the bed layer in region A. The second inflow reaction amount during the residence time of the second inflow gas G112 in region A can be calculated using reaction rate parameters set for each substance and the residence time in region A, and can be calculated, for example, from a reaction rate equation. The second inflow gas reaction amount calculation unit 212 then calculates the second inflow gas reaction amount GR112 that contributes to the equilibrium reaction with the second modified bed layer S21A from the second inflow gas G112.
即ち、第2流入ガス反応分GR112は、第2流入ガスG112のうちの第2修正ベッド層S21Aの平衡状態に寄与する第2流入ガスG112の反応分である。 In other words, the second inflow gas reaction portion GR112 is the reaction portion of the second inflow gas G112 that contributes to the equilibrium state of the second modified bed layer S21A.
第2流入ガス反応量計算部212は、第2流入ガスG112が修正第2ベッド層S21Aと平衡状態に達する反応量を、例えば、第2ベッド層反応量計算部211で用いられるモデルと同様のモデルを用いて算出できる。 The second inflow gas reaction amount calculation unit 212 can calculate the reaction amount at which the second inflow gas G112 reaches equilibrium with the modified second bed layer S21A, for example, using a model similar to the model used in the second bed layer reaction amount calculation unit 211.
第2流入ガス反応量計算部212は、第2流入ガス反応量に相当する第2流入ガス反応分GR112と、残りの第2流入ガス反応分以外の未反応の質量流量に相当する第2流入ガス未反応分Gr112とに分割する。 The second inflow gas reaction amount calculation unit 212 divides the second inflow gas into a second inflow gas reaction amount GR112, which corresponds to the second inflow gas reaction amount, and a second inflow gas unreacted amount Gr112, which corresponds to the unreacted mass flow rate other than the remaining second inflow gas reaction amount.
ロータリーキルン1では、上述の通り、第2流入ガスG112と修正第2ベッド層S21Aとの流れが向流となっており、第2流入ガスG112は流速が速く、領域Aでの滞留時間が短いため、第2流入ガスG112と修正第2ベッド層S21Aとは平衡状態に達していない。本実施形態では、第2流入ガス反応量計算部212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S21Aの一部のみが第2流入ガスG112と平衡状態に達するとみなして、それに対応する第2流入ガス反応量に応じて、第2流入ガスG112を、第2流入ガス反応分GR112と、それ以外の第2流入ガス未反応分GR112とに分割する。 As described above, in the rotary kiln 1, the second inflow gas G112 and the modified second bed layer S21A flow countercurrently. Because the second inflow gas G112 has a high flow rate and a short residence time in region A, the second inflow gas G112 and the modified second bed layer S21A do not reach equilibrium. In this embodiment, the second inflow gas reaction amount calculation unit 212 assumes that only a portion of the modified second bed layer S21A in a certain region (region A) within the rotary kiln 1 reaches equilibrium with the second inflow gas G112, and divides the second inflow gas G112 into the second inflow gas reacted portion GR112 and the remaining second inflow gas unreacted portion GR112 according to the corresponding second inflow gas reaction amount.
ガス領域平衡反応計算部213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213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M1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 213 calculates the equilibrium reaction between the second gas phase G2 flowing in the gas region within region A and the first substance M1 present in the gas region. That is, the gas region equilibrium reaction calculation unit 213 performs equilibrium reaction calculations for the gas region using the gas reaction portion GR1 of the second gas phase G2 that contributes to the equilibrium reaction with the first substance M1 present in the gas region, and the first substance reaction portion MR1 of the first substance M1 that contributes to the equilibrium reaction with the gas reaction portion GR1, and calculates at least the composition, amount, etc. of the gas reactant GR1 and the first substance reactant MR1, as well as the change in heat quantity and flow rate of each when the gas reactant GR1 and the first substance reactant MR1 reach equilibrium.
ガス領域平衡反応計算部213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213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213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 213 has the function of performing equilibrium reaction calculations to determine the type, phase, flow rate, etc. of the product by presetting the type, phase, flow rate, etc. of the substance (product) that may be produced by the reaction between the gas reaction component GR1 and the first material reaction component MR1 so that the free energy of the product is minimized. In other words, the gas region equilibrium reaction calculation unit 213 can perform equilibrium reaction calculations based on the Gibbs energy minimization method. The gas region equilibrium reaction calculation unit 213 calculates and outputs the change in heat quantity, flow rate, type, composition, amount, and phase of the product, etc., when the gas reaction component GR1 and the first material reaction component MR1 reach equilibrium.
ガス領域平衡反応計算部213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。 The gas region equilibrium reaction calculation unit 213 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 production amount GP1.
また、ガス領域平衡反応計算部213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。 In addition, the gas region equilibrium reaction calculation unit 213 calculates the product material produced 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 the sum of the gas phase produced by the reaction between the gas reaction GR1 and 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 produced by the reaction between the gas reaction GR1 and the first substance reaction MR1, and the unused portion of the first substance reaction MR1.
第1ベッド層平衡反応計算部214-1は、領域A内のベッド層を移動する修正第1ベッド層S11Cと、修正第1ベッド層S11Cに存在する第1流入ガスG111との平衡反応を計算する。即ち、第1ベッド層平衡反応計算部214-1は、修正第1ベッド層S11Cのうちの第1流入ガスG111との平衡反応に寄与する第1ベッド層反応分SR1と、第1流入ガスG111のうちの修正第1ベッド層S11Cとの平衡状態に寄与する第1流入ガス反応分GR111を用いて、第1ベッド層の平衡反応計算を行う。これにより、第1ベッド層平衡反応計算部214-1は、第1ベッド層反応物SR1と第1流入ガス反応物GR111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 first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1 calculates the equilibrium reaction between the modified first bed layer S11C moving through the bed layer in region A and the first inflow gas G111 present in the modified first bed layer S11C. That is, the first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1 performs the equilibrium reaction calculation for the first bed layer using the first bed layer reaction portion SR1 that contributes to the equilibrium reaction with the first inflow gas G111 in the modified first bed layer S11C and the first inflow gas reaction portion GR111 that contributes to the equilibrium state with the modified first bed layer S11C. As a result, the first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1 calculates at least the change in heat quantity and flow rate of each of the first bed layer reactant SR1 and the first inflow gas reactant GR111 when they reach equilibrium.
第1ベッド層平衡反応計算部214-1は、第1ベッド層反応分SR1と第1流入ガス反応分GR111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、修正第1ベッド層S11Cは、ガス領域平衡反応計算部213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。第1ベッド層平衡反応計算部214-1は、第1ベッド層反応分SR1と第1流入ガス反応分GR111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 first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1 has the function of performing equilibrium reaction calculations to determine the type, phase, flow rate, etc. of the product (product) by presetting the type, phase, flow rate, etc. of the product that may be produced by the reaction between the first bed layer reaction component SR1 and the first inflow gas reaction component GR111, so that the free energy of the product is minimized. In other words, the modified first bed layer S11C, like the gas region equilibrium reaction calculation unit 213, can perform equilibrium reaction calculations based on the Gibbs energy minimization method. The first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1 calculates and outputs the change in heat quantity, flow rate, type, composition, amount, and phase of the product when the first bed layer reaction component SR1 and the first inflow gas reaction component GR111 reach equilibrium.
第1ベッド層平衡反応計算部214-1は、第1ベッド層反応分SR1と第1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、第1ベッド層反応分SR1の未使用分とを、第1ベッド層生成分SP1として計算する。また、第1ベッド層平衡反応計算部214-1は、第1ベッド層反応分SR1と第1流入ガス反応分GR111とが反応することで生じる生成ガスと、第1流入ガス反応分GR111の未使用分とを、第1流入ガス生成分GP111として計算する。 The first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1 calculates the product material produced by the reaction between the first bed layer reaction SR1 and the first inflow gas reaction GR11, and the unused portion of the first bed layer reaction SR1, as the first bed layer product SP1. The first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1 also calculates the product gas produced by the reaction between the first bed layer reaction SR1 and the first inflow gas reaction GR111, and the unused portion of the first inflow gas reaction GR111, as the first inflow gas product GP111.
即ち、第1ベッド層生成分SP1は、第1ベッド層反応分SR1と第1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、第1ベッド層反応分SR1の未使用分とを合算したものである。第1流入ガス生成分GP111は、第1ベッド層反応分SR1と第1流入ガス反応分GR111とが反応することで生じる生成ガスと、第1流入ガス反応分GR111の未使用分とを合算したものである。 In other words, the first bed layer product SP1 is the sum of the product material produced by the reaction between the first bed layer reaction SR1 and the first inlet gas reaction GR11, and the unused portion of the first bed layer reaction SR1. The first inlet gas product GP111 is the sum of the product gas produced by the reaction between the first bed layer reaction SR1 and the first inlet gas reaction GR111, and the unused portion of the first inlet gas reaction GR111.
第2ベッド層平衡反応計算部214-2は、領域A内のベッド層を移動する修正第2ベッド層S21Aと、ベッド層に存在する第2流入ガスG112との平衡反応を計算する。即ち、第2ベッド層平衡反応計算部214-2は、修正第2ベッド層S21Aのうちの第2流入ガスG112との平衡反応に寄与する第2ベッド層反応分SR2と、第2流入ガスG112のうちの修正第2ベッド層S21Aとの平衡状態に寄与する第2流入ガス反応分GR112を用いて、修正第2ベッド層S21Aの平衡反応計算を行う。これにより、第2ベッド層反応物SR2及び第2流入ガス反応物GR112の組成、量等、第2ベッド層反応物SR2及び第2流入ガス反応物GR112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 second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2 calculates the equilibrium reaction between the modified second bed layer S21A moving through the bed layer in region A and the second inlet gas G112 present in the bed layer. That is, the second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2 performs equilibrium reaction calculations for the modified second bed layer S21A using the second bed layer reaction portion SR2 that contributes to the equilibrium reaction with the second inlet gas G112 in the modified second bed layer S21A and the second inlet gas reaction portion GR112 that contributes to the equilibrium state with the modified second bed layer S21A. This calculates at least the composition and amount of the second bed layer reactant SR2 and the second inlet gas reactant GR112, as well as the change in heat quantity and flow rate of each when the second bed layer reactant SR2 and the second inlet gas reactant GR112 reach equilibrium.
第2ベッド層平衡反応計算部214-2は、第2ベッド層反応分SR2と第2流入ガス反応分GR112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、第2ベッド層平衡反応計算部214-2は、第1ベッド層平衡反応計算部214-1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。第2ベッド層平衡反応計算部214-2は、第2ベッド層反応分SR2と第2流入ガス反応分GR112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 second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2 has the function of performing equilibrium reaction calculations to determine the type, phase, flow rate, etc. of the product (product) that may be produced by the reaction between the second bed layer reaction component SR2 and the second inflow gas reaction component GR112, 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, like the first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1, the second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2 can perform equilibrium reaction calculations based on the Gibbs energy minimization method. The second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2 calculates and outputs the change in heat quantity, flow rate, type, composition, amount, and phase of the product when the second bed layer reaction component SR2 and the second inflow gas reaction component GR112 reach equilibrium.
第2ベッド層平衡反応計算部214-2は、第2ベッド層反応分SR2と第2流入ガス反応分GR112とが反応することで生じる生成物質と、第2ベッド層反応分SR2の未使用分とを、第2ベッド層生成分SP2として計算する。また、第2ベッド層平衡反応計算部214-2は、第2ベッド層反応分SR2と第2流入ガス反応分GR112とが反応することで生じる生成ガスと、第2流入ガス反応分GR112の未使用分とを、第2流入ガス生成分GP112として計算する。 The second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2 calculates the product material produced by the reaction between the second bed layer reaction SR2 and the second inflow gas reaction GR112, and the unused portion of the second bed layer reaction SR2, as the second bed layer product SP2. The second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2 also calculates the product gas produced by the reaction between the second bed layer reaction SR2 and the second inflow gas reaction GR112, and the unused portion of the second inflow gas reaction GR112, as the second inflow gas product GP112.
即ち、第2ベッド層生成分SP2とは、第2ベッド層反応分SR2と第2流入ガス反応分GR112とが反応することで生じる生成物質と、第2ベッド層反応分SR2の未使用分とを合算したものである。また、第2流入ガス生成分GP112は、第2ベッド層反応分SR2と第2流入ガス反応分GR112とが反応することで生じる生成ガスと、第2流入ガス反応分GR112の未使用分とを合算したものである。 In other words, the second bed layer product SP2 is the sum of the product material produced by the reaction between the second bed layer reaction SR2 and the second inlet gas reaction GR112, and the unused portion of the second bed layer reaction SR2. Furthermore, the second inlet gas product GP112 is the sum of the product gas produced by the reaction between the second bed layer reaction SR2 and the second inlet gas reaction GR112, and the unused portion of the second inlet gas reaction GR112.
混合気相計算部215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207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213で生じた第1ガス生成分GP1とを混合した混合気相である第3気相G3の流量や組成データ等を計算する。 The mixed gas phase calculation unit 215 has the function of mixing multiple flows, and calculates the flow rate and composition data of the third gas phase G3, which is a mixed gas phase obtained by mixing the unreacted gas portion Gr1 separated by the gas reaction amount calculation unit 207 and the first gas production portion GP1 generated by the gas region equilibrium reaction calculation unit 213.
第1混合物質計算部216は、複数の流れを混合する機能を有しており、第1物質反応量計算部208で分割された第1物質未反応分Mr1と、ガス領域平衡反応計算部213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の流量や組成データ等を計算する。 The first mixed substance calculation unit 216 has the function of mixing multiple flows, and calculates the flow rate and composition data of the first mixed substance M11, which is a mixture of the unreacted portion of the first substance Mr1 separated by the first substance reaction amount calculation unit 208 and the product portion of the first substance MP1 generated by the gas region equilibrium reaction calculation unit 213.
第1混合流入ガス算出部217は、複数の流れを混合する機能を有しており、第1流入ガス反応量計算部210で分割された第1流入ガス未反応分Gr111と、第1ベッド層平衡反応計算部214-1で生じた第1流入ガス生成分GP111とを混合した第1混合流入ガスG111Aの流量や組成データ等を計算する。 The first mixed inflow gas calculation unit 217 has the function of mixing multiple flows and calculates the flow rate and composition data of the first mixed inflow gas G111A, which is a mixture of the first inflow gas unreacted portion Gr111 separated by the first inflow gas reaction amount calculation unit 210 and the first inflow gas product portion GP111 generated by the first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1.
第1混合ベッド層計算部218は、複数の流れを混合する機能を有しており、第1ベッド層反応量計算部209で分割された第1ベッド層未反応分Sr1と、第1ベッド層平衡反応計算部214-1で生じた第1ベッド層生成分SP1とを混合した第1混合ベッド層S12の流量や組成データ等を計算する。 The first mixed bed layer calculation unit 218 has the function of mixing multiple flows, and calculates the flow rate and composition data of the first mixed bed layer S12, which is a mixture of the first bed layer unreacted portion Sr1 separated by the first bed layer reaction amount calculation unit 209 and the first bed layer product portion SP1 generated by the first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1.
第2混合流入ガス算出部219は、複数の流れを混合する機能を有しており、第2流入ガス反応量計算部212で分割された第2流入ガス未反応分Gr112と、第2ベッド層平衡反応計算部214-2で生じる第2流入ガス生成分GP112とを混合した第2混合流入ガスG112Aの流量や組成データ等を計算する。 The second mixed inflow gas calculation unit 219 has the function of mixing multiple flows, and calculates the flow rate and composition data of the second mixed inflow gas G112A, which is a mixture of the second inflow gas unreacted portion Gr112 separated by the second inflow gas reaction amount calculation unit 212 and the second inflow gas product portion GP112 generated in the second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2.
第2混合ベッド層計算部220は、複数の流れを混合する機能を有しており、第2ベッド層反応量計算部211で分割された第2ベッド層未反応分Sr2と、第2ベッド層平衡反応計算部214-2で生じた第2ベッド層生成分SP2とを混合した第2混合ベッド層S22の流量や組成データ等を計算する。 The second mixed bed layer calculation unit 220 has the function of mixing multiple flows, and calculates the flow rate and composition data of the second mixed bed layer S22, which is a mixture of the second bed layer unreacted portion Sr2 separated by the second bed layer reaction amount calculation unit 211 and the second bed layer product portion SP2 generated by the second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2.
流入ガス合算部221は、複数の流れを混合する機能を有しており、第1混合流入ガス算出部217で生じた第1混合流入ガスG111Aと、第2混合流入ガス算出部219で生じる第2混合流入ガスG112Aとを合算し、混合流入ガスG12を算出する。 The inflow gas combining unit 221 has the function of mixing multiple flows, and combines the first mixed inflow gas G111A generated by the first mixed inflow gas calculation unit 217 and the second mixed inflow gas G112A generated by the second mixed inflow gas calculation unit 219 to calculate the mixed inflow gas G12.
ガス量合算部222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215で生じた第3気相G3と、流入ガス合算部221で生じる混合流入ガスG12とを合算し、第3混合気相G3'を算出する。 The gas amount summing unit 222 has the function of mixing multiple flows, and sums the third gas phase G3 generated by the mixed gas phase calculation unit 215 with the mixed inflow gas G12 generated by the inflow gas summing unit 221 to calculate the third mixed gas phase G3'.
第1混合物質物量修正部223は、第1混合物質計算部216で生じた第1混合物質M11の第1ベッド層S11への移動量を考慮して、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 quantity correction unit 223 corrects the quantity of the first mixed substance M11, taking into account the amount of movement of the first mixed substance M11 to the first bed layer S11 generated by the first mixed substance calculation unit 216, and calculates the first corrected mixed substance M12.
第1混合物質M11の物量は、第1ベッド層S11A内に含まれる第4物質M4のガス領域に存在する第1混合物質M11への移動量と、第1混合物質M11に含まれる第5物質M5の第1ベッド層S11Aへの移動量を考慮して修正される。 The amount of the first mixed substance M11 is adjusted taking into account the amount of the fourth substance M4 contained in the first bed layer S11A that moves to the first mixed substance M11 present in the gas region, and the amount of the fifth substance M5 contained in the first mixed substance M11 that moves to the first bed layer S11A.
なお、本実施形態では、第1ベッド層平衡反応計算部214-1及び第2ベッド層平衡反応計算部214-2の少なくとも一方は、2つ以上を備えてもよい。第1ベッド層S11及び第1ベッド層S21の少なくとも一方が更に複数のベッド層に分離されることで、ロータリーキルン1内のベッド層は3種類以上の複数系統に分けられる。 In this embodiment, at least one of the first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1 and the second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2 may be provided in two or more units. By further separating at least one of the first bed layer S11 and the first bed layer S21 into multiple bed layers, the bed layers in the rotary kiln 1 can be divided into three or more types of multiple systems.
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、ベッド反応分は、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 reaction calculation device 20 does not need to be equipped with the distribution section 201 if the combustion material 230 is not dropped into the rotary kiln 1. In this case, the gas reaction portion is the reaction portion of the first gas phase G1 that contributes to the equilibrium reaction with the bed layer S1, and the bed reaction portion is the reaction portion of the bed layer S1 that contributes to the equilibrium state with the first gas phase G1.
本実施形態では、炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層予備物量修正部203、第1ベッド層物量修正部204及び第2ベッド層物量修正部205の1つ以上を備えなくてもよい。例えば、炉内反応の計算装置20が第1ベッド層予備物量修正部203及び第1ベッド層物量修正部204を備えない場合、第1ベッド層反応量計算部209は、修正第1ベッド層S11Cに代えて第1ベッド層S11を用いる。また、炉内反応の計算装置20が第2ベッド層物量修正部205を備えない場合、第2ベッド層反応量計算部211は、修正第2ベッド層S21Aに代えて第2ベッド層S21を用いる。 In this embodiment, the reactor reaction calculation device 20 may not include one or more of the first bed layer preliminary quantity correction unit 203, the first bed layer quantity correction unit 204, and the second bed layer quantity correction unit 205. For example, if the reactor reaction calculation device 20 does not include the first bed layer preliminary quantity correction unit 203 and the first bed layer quantity correction unit 204, the first bed layer reaction quantity calculation unit 209 uses the first bed layer S11 instead of the corrected first bed layer S11C. Furthermore, if the reactor reaction calculation device 20 does not include the second bed layer quantity correction unit 205, the second bed layer reaction quantity calculation unit 211 uses the second bed layer S21 instead of the corrected second bed layer S21A.
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を用いて計算してもよい。 In this embodiment, the reactor reaction calculation device 20 may calculate the heat conduction within the reactor using models such as radiation, conduction, and convection, as necessary.
<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230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 method for calculating furnace reactions according to this embodiment will be described using the furnace reaction calculation device according to this embodiment. In this method, raw ore is supplied from the charging end 14A of the rotary kiln 1 and moved toward the discharge end 14B. A combustion material 230 is introduced midway through the movement of the raw ore. The raw ore is then brought into contact with combustion gas supplied from a burner 16 provided at the discharge end 14B, whereby the raw ore is dried and reduced.
図5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5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 5 is a flowchart illustrating the method for calculating furnace reactions according to this embodiment. As shown in Figure 5, the furnace reaction calculation device 20 checks whether combustion material 230 has been dropped into the rotary kiln 1 (checking step: step S11).
ロータリーキルン1内に燃焼用材料230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、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を気相とベッド層とに質量流量で分配する(分配工程:ステップS12)。 If combustion material 230 has been dropped into the rotary kiln 1 (Step S11: Yes), the furnace reaction calculation device 20 provides input materials, such as volatile matter assumed to be in the gas phase, and solid material assumed to be in the bed layer, and uses the distribution unit 201 to distribute the combustion material 230 added to the rotary kiln 1 between the gas phase and the bed layer at a mass flow rate (distribution process: Step S12).
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の気相である添加気相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 reaction calculation device 20 receives as input materials a first gas phase G1, which is the combustion gas flowing into region A from one adjacent region (region (A+1)), and an additional gas phase AG11, which is the gas phase of the combustion material 230 distributed by the distribution unit 201. The furnace reaction calculation device 20 mixes the first gas phase G1 and the additional gas phase AG11 to calculate a second gas phase G2 containing the first gas phase G1 and the additional gas phase AG11 (gas phase mixing process of the first gas phase and the additional gas phase: step S13).
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、ガス領域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 furnace reaction calculation device 20 uses the gas mixing amount calculation unit 202 to calculate the flow rate of the inflow gas G11 moving from the gas region to the bed layer from the second gas phase G2, which includes the first gas phase G1 and the added gas phase AG11 (gas mixing amount calculation process: step S14).
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が予め分配された第1ベッド層S11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、第1ベッド層S11と添加ベッド層AS11とを混合して、第1ベッド層S11A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 reaction calculation device 20 receives as input materials the first bed layer S11, which is a pre-distributed bed layer S1 flowing into region A from the other adjacent region (region (A-1)), and the additive bed layer AS11, which is a bed layer of combustion material distributed by the distribution unit 201. The reactor reaction calculation device 20 mixes the first bed layer S11 and the additive bed layer AS11 to calculate the first bed layer S11A (bed layer mixing process of the first bed layer and the additive bed layer: step S15).
次に、炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層S11Aと、第1ベッド層S11Aに含まれる第4物質M4のガス領域への移動量と、第1混合物質物量修正部223に含まれる第5物質M5の第1ベッド層S11Aへの移動量とを入力物質として与える。 Next, the reactor reaction calculation device 20 provides the first bed layer S11A, the amount of fourth substance M4 contained in the first bed layer S11A that has moved to the gas region, and the amount of fifth substance M5 contained in the first mixed substance quantity correction unit 223 that has moved to the first bed layer S11A as input substances.
炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層予備物量修正部203を用いて、第1ベッド層S11Aに含まれる第4物質M4のガス領域への移動量を除すると共に、第1混合物質物量修正部223に含まれる第5物質M5の第1ベッド層S11Aへの移動量を加えて第1ベッド層S11Aの物量を修正し、予備修正第1ベッド層S11Bを算出する(第1ベッド層予備物量修正工程:ステップS16)。 The reactor reaction calculation device 20 corrects the quantity of the first bed layer S11A by using the first bed layer preliminary quantity correction unit 203 to subtract the amount of the fourth substance M4 contained in the first bed layer S11A that has moved to the gas region and add the amount of the fifth substance M5 contained in the first mixed substance quantity correction unit 223 that has moved to the first bed layer S11A, thereby calculating the preliminary corrected first bed layer S11B (first bed layer preliminary quantity correction process: step S16).
次に、炉内反応の計算装置20は、予備修正第1ベッド層S11Bと、予備修正第1ベッド層S11Bに含まれる第4物質M4の第2ベッド層S21への移動量と、第2ベッド層物量修正部205で除される、第2ベッド層S21中の第5物質M5とを入力物質として与える。 Next, the reactor reaction calculation device 20 provides as input materials the preliminary correction first bed layer S11B, the amount of fourth substance M4 contained in the preliminary correction first bed layer S11B moving to the second bed layer S21, and the fifth substance M5 in the second bed layer S21 divided by the second bed layer quantity correction unit 205.
炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層物量修正部204を用いて、予備修正第1ベッド層S11Bから予備修正第1ベッド層S11Bに含まれる第2物質M2の移動量を除すると共に、第2ベッド層物量修正部205で除される、第2ベッド層S21中の第3物質M3の移動量を予備修正第1ベッド層S11Bに加える。これにより、炉内反応の計算装置20は、予備修正第1ベッド層S11Bの物量を修正し、修正第1ベッド層S11Cを算出する(予備修正第1ベッド層物量修正工程:ステップS17)。 The reactor reaction calculation device 20 uses the first bed layer quantity correction unit 204 to subtract the movement amount of the second substance M2 contained in the preliminary correction first bed layer S11B from the preliminary correction first bed layer S11B, and adds the movement amount of the third substance M3 in the second bed layer S21, which is divided by the second bed layer quantity correction unit 205, to the preliminary correction first bed layer S11B. As a result, the reactor reaction calculation device 20 corrects the quantity of the preliminary correction first bed layer S11B and calculates the corrected first bed layer S11C (preliminary correction first bed layer quantity correction process: step S17).
次に、炉内反応の計算装置20は、第2ベッド層S21と、第1ベッド層物量修正部204で除される、予備修正第1ベッド層S11B中の第2物質M2の移動量と、第2ベッド層物量修正部205で除される、第2ベッド層S21中の第3物質M3とを入力物質として与える。 Next, the reactor reaction calculation device 20 provides as input materials the second bed layer S21, the movement amount of the second substance M2 in the preliminary corrected first bed layer S11B divided by the first bed layer quantity correction unit 204, and the third substance M3 in the second bed layer S21 divided by the second bed layer quantity correction unit 205.
炉内反応の計算装置20は、第2ベッド層物量修正部205を用いて、第2ベッド層S21から第2ベッド層S21に含まれる第3物質M3の移動量を除すると共に、第1ベッド層物量修正部204で除される第2物質M2の移動量を第2ベッド層S21に加える。これにより、炉内反応の計算装置20は、第2ベッド層S21の物量を修正し、修正第2ベッド層S21Aを算出する(第2ベッド層物量修正工程:ステップS18)。 The reactor reaction calculation device 20 uses the second bed layer quantity correction unit 205 to subtract the movement amount of the third substance M3 contained in the second bed layer S21 from the second bed layer S21, and adds the movement amount of the second substance M2 divided by the first bed layer quantity correction unit 204 to the second bed layer S21. As a result, the reactor reaction calculation device 20 corrects the quantity of the second bed layer S21 and calculates the corrected second bed layer S21A (second bed layer quantity correction process: step S18).
次に、炉内反応の計算装置20は、ガス領域平衡反応を行う(ガス領域平衡反応の実施工程:ステップS19)。 Next, the reactor reaction calculation device 20 performs gas region equilibrium reactions (gas region equilibrium reaction execution process: step S19).
次に、炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層平衡反応を行う(第1ベッド層平衡反応の実施工程:ステップS20)。 Next, the reactor reaction calculation device 20 performs the first bed layer equilibrium reaction (first bed layer equilibrium reaction execution process: step S20).
次に、炉内反応の計算装置20は、第2ベッド層平衡反応を行う(第2ベッド層平衡反応の実施工程:ステップS21)。 Next, the reactor reaction calculation device 20 performs the second bed layer equilibrium reaction (second bed layer equilibrium reaction execution process: step S21).
次に、炉内反応の計算装置20は、流入ガス合算部221を用いて、第1ベッド層平衡反応の実施工程(ステップS20)で生じる第1混合流入ガスG111Aに、第2ベッド層平衡反応の実施工程(ステップS21)で生じる第2混合流入ガスG111Bを合算し、混合流入ガスG12を得る(流入ガス合算工程:ステップS22)。 Next, the reactor reaction calculation device 20 uses the inflow gas summing unit 221 to sum the first mixed inflow gas G111A generated in the first bed layer equilibrium reaction implementation process (step S20) with the second mixed inflow gas G111B generated in the second bed layer equilibrium reaction implementation process (step S21) to obtain the mixed inflow gas G12 (inflow gas summing process: step S22).
次に、炉内反応の計算装置20は、ガス量合算部222を用いて、ガス領域平衡反応の実施工程(ステップS19)で生じる第3気相G3に、第1混合流入ガスと第2混合流入ガスとの合算工程(ステップS22)で生じる混合流入ガスG12を合算し、第3合算気相G3'を得る(ガス量合算工程:ステップS23)。 Next, the furnace reaction calculation device 20 uses the gas amount summation unit 222 to sum the third gas phase G3 generated in the gas region equilibrium reaction implementation step (step S19) with the mixed inflow gas G12 generated in the first mixed inflow gas and second mixed inflow gas summation step (step S22) to obtain a third combined gas phase G3' (gas amount summation step: step S23).
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 reaction calculation device 20 moves the third combined gas phase G3' to a region (region (A-1)) closer to the charging end 14A than region A.
次に、炉内反応の計算装置20は、第1混合物質物量修正部223を用いて、ガス領域平衡反応の実施工程(ステップS19)で生じる第1混合物質M11に、第1ベッド層の予備物量の修正工程(ステップS16)で生じる第4物質M4の移動量を除すると共に第1混合物質M11から第1ベッド層S11への第5物質M5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S24)。 Next, the furnace reaction calculation device 20 uses the first mixed substance quantity correction unit 223 to correct the quantity of the first mixed substance M11 by dividing the first mixed substance M11 produced in the gas region equilibrium reaction implementation process (step S19) by the amount of movement of the fourth substance M4 produced in the first bed layer preliminary quantity correction process (step S16) and adding the amount of movement of the fifth substance M5 from the first mixed substance M11 to the first bed layer S11, thereby calculating the first corrected mixed substance M12 (first mixed substance quantity correction process: step S24).
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 reaction calculation device 20 moves the first modified mixture material M12 to a region (region (A-1)) closer to the charging end 14A than region A.
次に、ガス領域平衡反応の実施工程(ステップS19)について説明する。図6は、図5のガス領域平衡反応の実施工程(ステップS19)の動作を示すフローチャートである。図6に示すように、ガス領域平衡反応の実施工程(ステップS19)では、炉内反応の計算装置20は、ガス反応量計算部207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S191)。 Next, the gas region equilibrium reaction implementation step (step S19) will be described. Figure 6 is a flowchart showing the operation of the gas region equilibrium reaction implementation step (step S19) in Figure 5. As shown in Figure 6, in the gas region equilibrium reaction implementation step (step S19), the furnace reaction calculation device 20 uses the gas reaction amount calculation unit 207 to calculate the gas reaction amount in the second gas phase G2 that contributes to the equilibrium state with the first material reaction amount MR1 (gas reaction amount calculation step: step S191).
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, assuming that the second gas phase G2 reacts with the first substance M1 present in the gas region to reach equilibrium, the furnace reaction calculation device 20 calculates the amount of gas reaction that contributes to the reaction when the second gas phase G2 reacts with the first substance M1 present in the gas region to reach equilibrium.
そして、炉内反応の計算装置20は、ガス反応量の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, based on the calculation results of the gas reaction amount, the furnace reaction calculation device 20 divides it into a gas reaction amount GR1 corresponding to the gas reaction amount and an unreacted gas amount Gr1 corresponding to the remaining unreacted amount.
次に、炉内反応の計算装置20は、第1物質反応量計算部208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S192)。 Next, the reactor reaction calculation device 20 uses the first substance reaction amount calculation unit 208 to calculate the amount of the first substance reaction that contributes to the equilibrium state with the second gas phase G2, out of the first substance M1 present in the gas region (first substance reaction amount calculation process: step S192).
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, assuming that the first substance M1 present in the gas region reacts with the second gas phase G2 to reach equilibrium, the furnace reaction calculation device 20 calculates the amount of reaction of the first substance that contributes to the reaction when the first substance M1 present in the gas region reacts with the second gas phase G2 to reach equilibrium.
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 reaction calculation device 20 divides it into a first substance reaction portion MR1 corresponding to the first substance reaction amount and an unreacted first substance portion Mr1 corresponding to the remaining unreacted amount.
次に、炉内反応の計算装置20は、ガス反応量の計算工程(ステップS191)で得られたガス反応分GR1と、第1物質反応量の計算工程(ステップS192)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213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(ガス領域平衡反応計算工程:ステップS193)。 Next, the reactor reaction calculation device 20 provides the gas reaction amount GR1 obtained in the gas reaction amount calculation step (step S191) and the first material reaction amount MR1 obtained in the first material reaction amount calculation step (step S192) as input materials. The reactor reaction calculation device 20 uses the gas region equilibrium reaction calculation unit 213 to calculate the equilibrium reaction between the gas reaction amount GR1 and the first material reaction amount MR1, and calculates at least the change in heat quantity and flow rate of each when the gas reaction amount GR1 and the first material reaction amount MR1 reach equilibrium (gas region equilibrium reaction calculation step: step S193).
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, Gibbs energy minimization methods 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気相と、ガス反応分GR1の未使用分とを、第1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 reaction calculation device 20 calculates the gas phase produced by the reaction between the gas reaction portion GR1 and the first substance reaction portion MR1, and the unused portion of the gas reaction portion GR1, as the first gas product portion GP1, and calculates the product material produced by the reaction between the gas reaction portion GR1 and the first substance reaction portion MR1, and the unused portion of the first substance reaction portion MR1, as the first substance product portion MP1.
次に、炉内反応の計算装置20は、ガス反応量の計算工程(ステップS191)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S193)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215を用いて、ガス未反応分Gr1と第1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S194)。 Next, the reactor reaction calculation device 20 receives as input the unreacted gas portion Gr1 obtained in the gas reaction amount calculation step (step S191) and the gas product portion GP1 obtained in the gas region equilibrium reaction calculation step (step S193). The reactor reaction calculation device 20 then uses the mixed gas phase calculation unit 215 to calculate the flow rate, composition data, etc. of the third gas phase G3 containing the unreacted gas portion Gr1 and the first gas product portion GP1 (mixed gas phase calculation step: step S194).
ガス反応量の計算工程(ステップS191)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S194)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213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 S191) is the reaction amount when it is assumed that the second gas phase G2 and the first substance M1 have reached equilibrium, and is therefore normally used in its entirety. However, the gas phase gas reaction amount GR1 may contain substances present 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 S194), substances present in amounts greater than the stoichiometric ratio of the reaction exist, resulting in the presence of inactive substances or substances remaining after the equilibrium reaction. The unused portion remaining unused in the gas region equilibrium reaction calculation unit 213 is calculated as the gas production amount GP1.
次に、炉内反応の計算装置20は、第1物質反応量の計算工程(ステップS192)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S193)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216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S195)。 Next, the reactor reaction calculation device 20 receives as input materials the unreacted first substance Mr1 obtained in the first substance reaction amount calculation step (step S192) and the first substance product MP1 obtained in the gas region equilibrium reaction calculation step (step S193). The reactor reaction calculation device 20 uses the first mixed substance calculation unit 216 to calculate the flow rate, composition data, etc. of the first mixed substance M11 obtained by mixing the unreacted first substance Mr1 and the first substance product MP1 (first mixed substance calculation step: step S195).
次に、第1ベッド層平衡反応の実施工程(ステップS20)について説明する。図7は、図5の第1ベッド層平衡反応の実施工程(ステップS20)の動作を示すフローチャートである。図7に示すように、第1ベッド層平衡反応の実施工程(ステップS20)では、炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層反応量計算部209を用いて、修正第1ベッド層S11Cのうち、第1流入ガス反応分GR111との平衡状態に寄与する第1ベッド層反応量を第1反応速度式を用いて計算する(第1ベッド層反応量計算工程:ステップS201)。 Next, the first bed layer equilibrium reaction implementation step (step S20) will be described. Figure 7 is a flowchart showing the operation of the first bed layer equilibrium reaction implementation step (step S20) in Figure 5. As shown in Figure 7, in the first bed layer equilibrium reaction implementation step (step S20), the reactor reaction calculation device 20 uses the first bed layer reaction amount calculation unit 209 to calculate the first bed layer reaction amount that contributes to the equilibrium state with the first inflow gas reaction amount GR111 in the modified first bed layer S11C using the first reaction rate equation (first bed layer reaction amount calculation step: step S201).
即ち、炉内反応の計算装置20は、修正第1ベッド層S11Cと第1流入ガスG111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1ベッド層S11Cが第1流入ガスG111と反応して平衡状態に達する時の反応に寄与する第1ベッド層反応量を第1反応速度式を用いて計算する。 In other words, assuming that the modified first bed layer S11C and the first inflow gas G111 react to reach equilibrium, the furnace reaction calculation device 20 uses the first reaction rate equation to calculate the amount of first bed layer reaction that contributes to the reaction when the modified first bed layer S11C reacts with the first inflow gas G111 to reach equilibrium.
そして、炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層反応量の計算結果に基づいて、第1ベッド層反応量に相当する第1ベッド層反応分SR1と、残りの未反応量に相当する第1ベッド層未反応分Sr1とに分割する。 Then, based on the calculation result of the first bed layer reaction amount, the reactor reaction calculation device 20 divides it into a first bed layer reaction amount SR1 corresponding to the first bed layer reaction amount and a first bed layer unreacted amount Sr1 corresponding to the remaining unreacted amount.
次に、炉内反応の計算装置20は、第1流入ガス反応量計算部210を用いて、第1流入ガスG111のうち、修正第1ベッド層S11Cとの平衡状態に寄与する第1流入ガス反応量を計算する(第1流入ガス反応量計算工程:ステップS202)。 Next, the reactor reaction calculation device 20 uses the first inflow gas reaction amount calculation unit 210 to calculate the first inflow gas reaction amount of the first inflow gas G111 that contributes to the equilibrium state with the modified first bed layer S11C (first inflow gas reaction amount calculation process: step S202).
即ち、炉内反応の計算装置20は、第1流入ガスG111と修正第1ベッド層S11Cとが反応して平衡状態に達すると仮定したときに、第1流入ガスG111が修正第1ベッド層S11Cと反応して平衡状態に達する時の反応に寄与する第1流入ガス反応量を計算する。 In other words, assuming that the first inflow gas G111 and the modified first bed layer S11C react to reach equilibrium, the furnace reaction calculation device 20 calculates the amount of first inflow gas reaction that contributes to the reaction when the first inflow gas G111 reacts with the modified first bed layer S11C to reach equilibrium.
そして、炉内反応の計算装置20は、第1流入ガス反応量の計算結果に基づいて、第1流入ガス反応量に相当する第1流入ガス反応分GR111と、残りの未反応量に相当する第1流入ガス未反応分Gr111とに分割する。 Then, based on the calculation result of the first inflow gas reaction amount, the furnace reaction calculation device 20 divides the first inflow gas into a first inflow gas reaction amount GR111 corresponding to the first inflow gas reaction amount and a first inflow gas unreacted amount Gr111 corresponding to the remaining unreacted amount.
次に、炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層反応量計算工程(ステップS201)で得られた第1ベッド層反応分SR1と、第1流入ガス反応量の計算工程(ステップS202)で得られた第1流入ガス反応分GR111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ベッド層平衡反応計算部214-1を用いて、第1ベッド層反応分SR1と第1流入ガス反応分GR111との平衡反応を計算し、第1ベッド層反応分SR1と第1流入ガス反応分GR111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(第1ベッド層平衡反応計算工程ステップS203)。 Next, the reactor reaction calculation device 20 receives as input the first bed layer reaction fraction SR1 obtained in the first bed layer reaction amount calculation step (step S201) and the first inflow gas reaction fraction GR111 obtained in the first inflow gas reaction amount calculation step (step S202). The reactor reaction calculation device 20 uses the first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1 to calculate the equilibrium reaction between the first bed layer reaction fraction SR1 and the first inflow gas reaction fraction GR111, and calculates at least the change in heat quantity and flow rate of each when the first bed layer reaction fraction SR1 and the first inflow gas reaction fraction GR111 reach equilibrium (first bed layer equilibrium reaction calculation step S203).
炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層反応分SR1と第1流入ガス反応分GR111とが反応することで生じるベッド層と、第1ベッド層反応分SR1の未使用分とを、第1ベッド層生成分SP1として計算する。また、炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層反応分SR1と第1流入ガス反応分GR111とが反応することで生じる気相と、第1流入ガス反応分GR111の未使用分を、第1流入ガス生成分GP111として計算する。 The furnace reaction calculation device 20 calculates the bed layer produced by the reaction between the first bed layer reaction portion SR1 and the first inflow gas reaction portion GR111, and the unused portion of the first bed layer reaction portion SR1, as the first bed layer product portion SP1. Furthermore, the furnace reaction calculation device 20 calculates the gas phase produced by the reaction between the first bed layer reaction portion SR1 and the first inflow gas reaction portion GR111, and the unused portion of the first inflow gas reaction portion GR111, as the first inflow gas product portion GP111.
次に、炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層反応量の計算工程(ステップS201)で得られた第1ベッド層未反応分Sr1と、第1ベッド層平衡反応計算工程(ステップS203)で得られた第1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、第1ベッド層平衡反応計算部214-1を用いて、第1ベッド層未反応分Sr1と第1ベッド層生成分SP1とを含む第1混合ベッド層S12の流量、組成データ等を計算する(第1混合ベッド層計算工程:ステップS204)。 Next, the reactor reaction calculation device 20 receives as input the first bed layer unreacted fraction Sr1 obtained in the first bed layer reaction amount calculation step (step S201) and the first bed layer product fraction SP1 obtained in the first bed layer equilibrium reaction calculation step (step S203). The reactor reaction calculation device 20 uses the first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1 to calculate the flow rate, composition data, etc. of the first mixed bed layer S12, which contains the first bed layer unreacted fraction Sr1 and the first bed layer product fraction SP1 (first mixed bed layer calculation step: step S204).
第1ベッド層反応量の計算工程(ステップS201)で計算した第1ベッド層の第1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。第1混合ベッド層計算工程(ステップS204)では、第1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は、第1ベッド層平衡反応計算工程(ステップS203)で使用されずに残った未使用分として第1ベッド層生成分SP1に含めて計算する。 The first bed layer reaction amount SR1 of the first bed layer calculated in the first bed layer reaction amount calculation step (step S201) may contain substances present in amounts greater than the stoichiometric ratio for the reaction and inactive substances that do not contribute to the reaction. In the first mixed bed layer calculation step (step S204), the portion of the first bed layer reaction amount SR1 that is present in amounts greater than the stoichiometric ratio for the reaction and is therefore not used in the reaction, as well as the inactive portion, is calculated and included in the first bed layer product amount SP1 as the unused portion remaining unused in the first bed layer equilibrium reaction calculation step (step S203).
炉内反応の計算装置20は、第1混合ベッド層S12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 reaction calculation device 20 moves the first mixed bed layer S12 to a region (region (A+1)) closer to the discharge end 14B than region A.
次に、炉内反応の計算装置20は、第1流入ガス反応量の計算工程(ステップS202)で得られた第1流入ガス未反応分Gr111と、第1ベッド層平衡反応計算工程(ステップS203)で得られた第1流入ガス生成分GP111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混合流入ガス算出部217を用いて、第1流入ガス未反応分Gr111と第1流入ガス生成分GP111とを含む第1混合流入ガスG111Aの流量、組成データ等を計算する(第1混合流入ガス算出工程:ステップS205)。 Next, the furnace reaction calculation device 20 receives as input the first inlet gas unreacted portion Gr111 obtained in the first inlet gas reaction amount calculation step (step S202) and the first inlet gas product portion GP111 obtained in the first bed layer equilibrium reaction calculation step (step S203). The furnace reaction calculation device 20 uses the first mixed inlet gas calculation unit 217 to calculate the flow rate, composition data, etc. of the first mixed inlet gas G111A containing the first inlet gas unreacted portion Gr111 and the first inlet gas product portion GP111 (first mixed inlet gas calculation step: step S205).
次に、第2ベッド層平衡反応の実施工程(ステップS21)について説明する。図8は、図3の第2ベッド層平衡反応の実施工程(ステップS21)の動作を示すフローチャートである。図8に示すように、第2ベッド層平衡反応の実施工程(ステップS21)では、炉内反応の計算装置20は、第2ベッド層反応量計算部211を用いて、修正第2ベッド層S21Aのうち、第2流入ガス反応分GR112との平衡状態に寄与する第2ベッド層反応量を第2反応速度式を用いて計算する(第2ベッド層反応量計算工程:ステップS211)。 Next, the second bed layer equilibrium reaction implementation step (step S21) will be described. Figure 8 is a flowchart showing the operation of the second bed layer equilibrium reaction implementation step (step S21) in Figure 3. As shown in Figure 8, in the second bed layer equilibrium reaction implementation step (step S21), the reactor reaction calculation device 20 uses the second bed layer reaction amount calculation unit 211 to calculate the second bed layer reaction amount that contributes to the equilibrium state with the second inflow gas reaction amount GR112 in the modified second bed layer S21A using the second reaction rate equation (second bed layer reaction amount calculation step: step S211).
即ち、炉内反応の計算装置20は、修正第2ベッド層S21Aと第2流入ガスG112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S21Aが第2流入ガスG112と反応して平衡状態に達する時の反応に寄与する第2ベッド層反応量を第2反応速度式を用いて計算する。 In other words, assuming that the modified second bed layer S21A and the second inflow gas G112 react to reach equilibrium, the furnace reaction calculation device 20 uses the second reaction rate equation to calculate the amount of second bed layer reaction that contributes to the reaction when the modified second bed layer S21A reacts with the second inflow gas G112 to reach equilibrium.
そして、炉内反応の計算装置20は、第2ベッド層反応量の計算結果に基づいて、第2ベッド層反応量に相当する第2ベッド層反応分SR2と、残りの未反応量に相当する第2ベッド層未反応分Sr2とに分割する。 Then, based on the calculation result of the second bed layer reaction amount, the reactor reaction calculation device 20 divides it into a second bed layer reaction amount SR2 corresponding to the second bed layer reaction amount and a second bed layer unreacted amount Sr2 corresponding to the remaining unreacted amount.
次に、炉内反応の計算装置20は、第2流入ガス反応量計算部212を用いて、第2流入ガスG112のうち、修正第2ベッド層S21Aとの平衡状態に寄与する第2流入ガス反応量を計算する(第2流入ガス反応量計算工程:ステップS212)。 Next, the furnace reaction calculation device 20 uses the second inflow gas reaction amount calculation unit 212 to calculate the second inflow gas reaction amount of the second inflow gas G112 that contributes to the equilibrium state with the modified second bed layer S21A (second inflow gas reaction amount calculation process: step S212).
即ち、炉内反応の計算装置20は、第2流入ガスG112と修正第2ベッド層S21Aとが反応して平衡状態に達すると仮定したときに、第2流入ガスG112が修正第2ベッド層S21Aと反応して平衡状態に達する時の反応に寄与する第2流入ガス反応量を計算する。 In other words, assuming that the second inflow gas G112 and the modified second bed layer S21A react to reach equilibrium, the furnace reaction calculation device 20 calculates the amount of second inflow gas reaction that contributes to the reaction when the second inflow gas G112 reacts with the modified second bed layer S21A to reach equilibrium.
そして、炉内反応の計算装置20は、第2流入ガス反応量の計算結果に基づいて、第2流入ガス反応量に相当する第2流入ガス反応分GR112と、残りの未反応量に相当する第2流入ガス未反応分Gr112とに分割する。 Then, based on the calculation result of the second inflow gas reaction amount, the furnace reaction calculation device 20 divides the second inflow gas into a second inflow gas reaction amount GR112 corresponding to the second inflow gas reaction amount and a second inflow gas unreacted amount Gr112 corresponding to the remaining unreacted amount.
次に、炉内反応の計算装置20は、第2ベッド層反応量計算工程(ステップS211)で得られた第2ベッド層反応分SR2と、第2流入ガス反応量の計算工程(ステップS212)で得られた第2流入ガス反応分GR112とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置20は、第2ベッド層平衡反応計算部214-2を用いて、第2ベッド層反応分SR2と第2流入ガス反応分GR112との平衡反応を計算し、第2ベッド層反応分SR2と第2流入ガス反応分GR112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(第1ベッド層平衡反応計算工程:ステップS213)。 Next, the reactor reaction calculation device 20 receives as input the second bed layer reaction portion SR2 obtained in the second bed layer reaction amount calculation step (step S211) and the second inflow gas reaction portion GR112 obtained in the second inflow gas reaction amount calculation step (step S212). The reactor reaction calculation device 20 uses the second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2 to calculate the equilibrium reaction between the second bed layer reaction portion SR2 and the second inflow gas reaction portion GR112, and calculates at least the change in heat quantity and flow rate of each when the second bed layer reaction portion SR2 and the second inflow gas reaction portion GR112 reach equilibrium (first bed layer equilibrium reaction calculation step: step S213).
炉内反応の計算装置20は、第2ベッド層反応分SR2と第2流入ガス反応分GR112とが反応することで生じるベッド層と、第2ベッド層反応分SR2の未使用分とを、第2ベッド層生成分SP2として計算する。また、炉内反応の計算装置20は、第2ベッド層反応分SR2と第2流入ガス反応分GR112とが反応することで生じる気相と、第2流入ガス反応分GR112の未使用分を、第2流入ガス生成分GP112として計算する。 The furnace reaction calculation device 20 calculates the bed layer produced by the reaction between the second bed layer reaction portion SR2 and the second inflow gas reaction portion GR112, and the unused portion of the second bed layer reaction portion SR2, as the second bed layer product portion SP2. The furnace reaction calculation device 20 also calculates the gas phase produced by the reaction between the second bed layer reaction portion SR2 and the second inflow gas reaction portion GR112, and the unused portion of the second inflow gas reaction portion GR112, as the second inflow gas product portion GP112.
次に、炉内反応の計算装置20は、第2ベッド層反応量計算工程(ステップS211)で得られた第2ベッド層未反応分Sr2と、第2ベッド層平衡反応計算工程(ステップS213)で得られた第2ベッド層生成分SP2とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置20は、第2ベッド層平衡反応計算部214-2を用いて、第2ベッド層未反応分Sr2と第2ベッド層生成分SP2とを含む第2混合ベッド層S22の流量、組成データ等を計算する(第2混合ベッド層計算工程:ステップS214)。 Next, the reactor reaction calculation device 20 receives as input the second bed layer unreacted portion Sr2 obtained in the second bed layer reaction amount calculation step (step S211) and the second bed layer product portion SP2 obtained in the second bed layer equilibrium reaction calculation step (step S213). The reactor reaction calculation device 20 uses the second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2 to calculate the flow rate, composition data, etc. of the second mixed bed layer S22, which contains the second bed layer unreacted portion Sr2 and the second bed layer product portion SP2 (second mixed bed layer calculation step: step S214).
第2ベッド層反応量の計算工程(ステップS211)で計算した第2ベッド層の第2ベッド層反応分SR2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。第2混合ベッド層計算工程(ステップS214)では、第2ベッド層反応分SR2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。第2ベッド層平衡反応計算工程(ステップS213)で使用されずに残った未使用分は、第2ベッド層生成分SP2として計算する。 The second bed layer reaction portion SR2 of the second bed layer calculated in the second bed layer reaction amount calculation step (step S211) may contain substances present in amounts greater than the stoichiometric ratio for the reaction and inactive substances that do not contribute to the reaction. In the second mixed bed layer calculation step (step S214), the second bed layer reaction portion SR2 contains a portion that is present in amounts greater than the stoichiometric ratio for the reaction and is therefore not used in the reaction, as well as an inactive portion. The unused portion that remains unused in the second bed layer equilibrium reaction calculation step (step S213) is calculated as the second bed layer product portion SP2.
炉内反応の計算装置20は、第2混合ベッド層S22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 reaction calculation device 20 moves the second mixed bed layer S22 to a region (region (A+1)) closer to the discharge end 14B than region A.
次に、炉内反応の計算装置20は、第2流入ガス反応量計算工程(ステップS212)で得られた第2流入ガス未反応分Gr112と、第2ベッド層平衡反応計算工程(ステップS213)で得られた第2流入ガス生成分GP112とを入力物質として与える。炉内反応の計算装置20は、第2混合流入ガス算出部219を用いて、第2流入ガス未反応分Gr112と第2流入ガス生成分GP112とを含む第2混合流入ガスG112Aの流量、組成データ等を計算する(第2混合流入ガス算出工程:ステップS215)。 Next, the furnace reaction calculation device 20 receives as input the second inlet gas unreacted portion Gr112 obtained in the second inlet gas reaction amount calculation step (step S212) and the second inlet gas product portion GP112 obtained in the second bed layer equilibrium reaction calculation step (step S213). The furnace reaction calculation device 20 uses the second mixed inlet gas calculation unit 219 to calculate the flow rate, composition data, etc. of the second mixed inlet gas G112A containing the second inlet gas unreacted portion Gr112 and the second inlet gas product portion GP112 (second mixed inlet gas calculation step: step S215).
なお、本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、適宜、各工程を並行して行ってもよいし、工程の順番を入れ替えてよい。 In addition, in the method for calculating furnace reactions according to this embodiment, the steps may be performed in parallel or the order of the steps may be changed as appropriate.
例えば、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実施工程(ステップS19)、第1ベッド層平衡反応の実施工程(ステップS20)及び第2ベッド層平衡反応の実施工程(ステップS21)の少なくとも1つ以上の工程を並行して行ってもよい。 For example, the method for calculating furnace reactions according to this embodiment may perform at least one of the steps of performing gas-phase equilibrium reactions (step S19), performing first bed layer equilibrium reactions (step S20), and performing second bed layer equilibrium reactions (step S21) in parallel.
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、流入ガス合算工程(ステップS22)と第1混合物質物量修正工程(ステップS24)とを並行して行ってもよいし、流入ガス合算工程(ステップS22)を第1混合物質物量修正工程(ステップS24)の後に行ってもよい。 In the method for calculating the furnace reaction according to this embodiment, the inflow gas summing process (step S22) and the first mixture substance quantity correction process (step S24) may be performed in parallel, or the inflow gas summing process (step S22) may be performed after the first mixture substance quantity correction process (step S24).
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、ガス量合算工程(ステップS23)と第1混合物質物量修正工程(ステップS24)とを並行して行ってもよいし、ガス量合算工程(ステップS23)を第1混合物質物量修正工程(ステップS24)の後に行ってもよい。 In the method for calculating the furnace reaction according to this embodiment, the gas amount summing step (step S23) and the first mixed substance amount correction step (step S24) may be performed in parallel, or the gas amount summing step (step S23) may be performed after the first mixed substance amount correction step (step S24).
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S191)と第1物質反応量計算工程(ステップS192)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S191)を第1物質反応量計算工程(ステップS192)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 S191) and the first substance reaction amount calculation step (step S192) may be performed in parallel, or the gas reaction amount calculation step (step S191) may be performed after the first substance reaction amount calculation step (step S192).
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、混合気相計算工程(ステップS194)と第1混合物質計算工程(ステップS195)とを並行して行ってもよいし、混合気相計算工程(ステップS194)を第1混合物質計算工程(ステップS195)の後に行ってもよい。 In the method for calculating the furnace reaction according to this embodiment, the mixed gas phase calculation step (step S194) and the first mixed substance calculation step (step S195) may be performed in parallel, or the mixed gas phase calculation step (step S194) may be performed after the first mixed substance calculation step (step S195).
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、第1ベッド層反応量計算工程(ステップS201)と第1流入ガス反応量計算工程(ステップS202)とを並行して行ってもよいし、第1ベッド層反応量計算工程(ステップS201)を第1流入ガス反応量計算工程(ステップS202)の後に行ってもよい。 In the method for calculating the furnace reaction according to this embodiment, the first bed layer reaction amount calculation step (step S201) and the first inflow gas reaction amount calculation step (step S202) may be performed in parallel, or the first bed layer reaction amount calculation step (step S201) may be performed after the first inflow gas reaction amount calculation step (step S202).
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、第1混合ベッド層計算工程(ステップS204)と第1混合流入ガス算出工程(ステップS205)とを並行して行ってもよいし、第1混合ベッド層計算工程(ステップS204)を第1混合流入ガス算出工程(ステップS205)の後に行ってもよい。 In the method for calculating the furnace reaction according to this embodiment, the first mixed bed layer calculation step (step S204) and the first mixed inflow gas calculation step (step S205) may be performed in parallel, or the first mixed bed layer calculation step (step S204) may be performed after the first mixed inflow gas calculation step (step S205).
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、第2ベッド層反応量計算工程(ステップS211)と第2流入ガス反応量計算工程(ステップS212)とを並行して行ってもよいし、第2ベッド層反応量計算工程(ステップS211)を第2流入ガス反応量計算工程(ステップS212)の後に行ってもよい。 In the method for calculating the furnace reaction according to this embodiment, the second bed layer reaction amount calculation step (step S211) and the second inflow gas reaction amount calculation step (step S212) may be performed in parallel, or the second bed layer reaction amount calculation step (step S211) may be performed after the second inflow gas reaction amount calculation step (step S212).
本実施形態に係る炉内反応の計算方法は、第2混合ベッド層計算工程(ステップS214)と第2混合流入ガス算出工程(ステップS215)とを並行して行ってもよいし、第2混合ベッド層計算工程(ステップS214)を第2混合流入ガス算出工程(ステップS215)の後に行ってもよい。 In the method for calculating the furnace reaction according to this embodiment, the second mixed bed layer calculation step (step S214) and the second mixed inlet gas calculation step (step S215) may be performed in parallel, or the second mixed bed layer calculation step (step S214) may be performed after the second mixed inlet gas calculation step (step S215).
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 within the furnace using models such as radiation, conduction, and convection, as 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9は、炉内反応の計算装置のハードウェア構成図である。図9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 a reactor reaction calculation device will be described. FIG. 9 is a hardware configuration diagram of the reactor reaction calculation device. As shown in FIG. 9, the reactor reaction calculation device 20 is composed of, for example, an information processing device (computer), and can be physically configured as a computer system including a CPU (Central Processing Unit: processor) 21, which is an arithmetic processing unit, a RAM (Random Access Memory) 22 and a ROM (Read Only Memory) 23, which are main storage devices, an auxiliary storage device 24, an input/output interface 25, a display device 26, which is an output device, and the like. These are connected to each other by a bus 27. Note that the auxiliary storage device 24 and the display device 26 may be provided externally.
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 CPU 21 controls the overall operation of the furnace reaction calculation device 20 and performs various information processing. The CPU 21 executes the raw ore reaction calculation program stored in the ROM 23 or auxiliary storage device 24, and controls the display operation of the measurement recording screen and analysis screen.
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。 RAM 22 is used as a work area for CPU 21 and may include non-volatile RAM for storing key control parameters and information.
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。 ROM 23 stores basic input/output programs, etc. A raw ore reaction calculation program may also be stored in ROM 23.
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 auxiliary storage device 24 is a storage device such as an SSD (Solid State Drive) or HDD (Hard Disk Drive), and stores, for example, the raw ore reaction calculation program and various data, files, etc. required for the operation of the furnace reaction calculation device 20.
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/output interface 25 includes both a user interface such as a touch panel, keyboard, display screen, and operation buttons, and a communication interface that imports information from external data recording servers and outputs analysis information to other electronic devices.
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 display device 26 is a monitor display or the like. The display device 26 displays a measurement recording screen and an analysis screen, and the screen is updated in response to input/output operations via the input/output interface 25.
図9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 reaction calculation device 20 shown in Figure 9 are realized by loading simulation software (including a reactor reaction calculation program) into a main memory device such as RAM 22 or ROM 23 or an auxiliary memory device 24, and executing a raw ore reaction calculation program stored in RAM 22, ROM 23, or auxiliary memory device 24 by the CPU 21, thereby reading and writing data from RAM 22, etc., and operating the input/output interface 25 and display device 26.
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、
前記反応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、
前記流入ガスを第1流入ガスと第2流入ガスに分配する流入ガス分配工程と、
前記ベッド層のうち、前記ベッド層内に含まれる固体物質及び液体物質の反応速度起因条件に応じて分配された2種類の分配ベッド層のうちの一方の第1ベッド層の前記第1流入ガスとの平衡状態に寄与する第1ベッド層反応量を第1反応速度式を用いて計算して、前記第1ベッド層の平衡反応に寄与する第1ベッド層反応分を求める第1ベッド層反応量計算工程と、
2種類の前記分配ベッド層のうちの他方の第2ベッド層の前記第2流入ガスとの平衡状態に寄与する第2ベッド層反応量を前記第1反応速度式とは異なる第2反応速度式を用いて計算して、前記第2ベッド層の平衡反応に寄与する第2ベッド層反応分を求める第2ベッド層反応量計算工程と、
前記第1ベッド層反応分と前記第1流入ガスとの平衡反応を計算する第1ベッド層平衡反応計算工程と、
前記第2ベッド層反応分と前記第2流入ガスとの平衡反応を計算する第2ベッド層平衡反応計算工程と、
前記第1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、
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 with the following configuration.
That is, the calculation program for the in-furnace reaction is a program that causes at least a computer to execute calculations for an in-furnace reaction in which raw material ore supplied from one end of a reactor is brought into contact with 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 the gas region in the reactor to a bed layer containing the raw ore, among a first gas phase containing the combustion gas flowing through a gas region in the reactor;
an inlet gas distribution step of dividing the inlet gas into a first inlet gas and a second inlet gas;
a first bed layer reaction amount calculation step of calculating, by using a first reaction rate equation, a first bed layer reaction amount contributing to an equilibrium state with the first inflow gas in one of two types of distributed bed layers distributed among the bed layers according to reaction rate-dependent conditions of the solid and liquid substances contained in the bed layer, thereby obtaining a first bed layer reaction amount contributing to the equilibrium reaction in the first bed layer;
a second bed layer reaction amount calculation step of calculating a second bed layer reaction amount contributing to an equilibrium state with the second inlet gas of the other of the two types of distributed bed layers using a second reaction rate equation different from the first reaction rate equation to obtain a second bed layer reaction amount contributing to the equilibrium reaction of the second bed layer;
a first bed layer equilibrium reaction calculation step of calculating an equilibrium reaction between the first bed layer reaction component and the first inflow gas;
a second bed layer equilibrium reaction calculation step of calculating an equilibrium reaction between the second bed layer reaction component and the second inflow gas;
a gas region equilibrium reaction calculation step of calculating an equilibrium reaction between the first gas phase and a first substance including at least one of a solid substance and a liquid substance present in the gas region;
A program that causes a computer to execute at least the above can be used.
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 furnace reaction calculation program is stored in a storage device provided in the computer, such as the main storage device of RAM 22 or ROM 23, or the auxiliary storage device 24. The raw ore reaction calculation program may be transmitted, in part or in whole, via a transmission medium such as a communications line, and received and recorded (including installed) by a communications module or the like provided in the computer. The raw ore reaction calculation program may also be stored, in part or in whole, on a portable storage medium such as a CD-ROM, DVD-ROM, or flash memory, and then recorded (including installed) in the computer.
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、流入ガス分配部206、第1ベッド層反応量計算部209、第2ベッド層反応量計算部211、ガス領域平衡反応計算部213、第1ベッド層平衡反応計算部214-1、第2ベッド層平衡反応計算部214-2を備える。炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層反応量計算部209において、第1反応速度式を用いて修正第1ベッド層S11Cから平衡反応に寄与する第1ベッド層反応分SR1を求め、第2ベッド層反応量計算部211において、第2反応速度式を用いて修正第2ベッド層S21Aから平衡反応に寄与する第2ベッド層反応分SR2を求める。また、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G11の流量を計算し、流入ガス分配部206において、流入ガスG11を第1流入ガスG111と第2流入ガスG112トに分配する。炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層平衡反応計算部214-1において第1ベッド層反応分S11Bと第1流入ガスG111との平衡反応を計算すると共に、第2ベッド層平衡反応計算部214-2において第2ベッド層反応分SR2と第2流入ガス反応分GR112との平衡反応を計算する。 As described above, the reactor reaction calculation device 20 according to this embodiment includes a gas mixing amount calculation unit 202, an inflow gas distribution unit 206, a first bed layer reaction amount calculation unit 209, a second bed layer reaction amount calculation unit 211, a gas region equilibrium reaction calculation unit 213, a first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1, and a second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2. The reactor reaction calculation device 20 uses the first reaction rate equation in the first bed layer reaction amount calculation unit 209 to determine the first bed layer reaction amount SR1 that contributes to the equilibrium reaction from the corrected first bed layer S11C, and the second bed layer reaction amount calculation unit 211 to determine the second bed layer reaction amount SR2 that contributes to the equilibrium reaction from the corrected second bed layer S21A, using the second reaction rate equation. Furthermore, the furnace reaction calculation device 20 calculates the flow rate of inflow gas G11, which moves from the gas region to the bed layer, in the second gas phase G2, in the gas mixture calculation unit 202, and distributes the inflow gas G11 into a first inflow gas G111 and a second inflow gas G112 in the inflow gas distribution unit 206. The furnace reaction calculation device 20 calculates the equilibrium reaction between the first bed layer reaction component S11B and the first inflow gas G111 in the first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1, and calculates the equilibrium reaction between the second bed layer reaction component SR2 and the second inflow gas reaction component GR112 in the second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2.
修正第1ベッド層S11Cは、ベッド層S11内でも、反応速度が速い部分であり、修正第2ベッド層S21Aは、ベッド層S11内でも、反応速度が遅い部分である。炉内反応の計算装置20は、修正第1ベッド層S11Cのような、ベッド層S11内の反応速度が速い部分には第1反応速度式を用いて第1ベッド層反応分SR1を計算し、修正第2ベッド層S21Aのような、ベッド層S11内の反応速度が遅い部分には、第2反応速度式を用いて第2ベッド層反応分SR2を計算する。 The modified first bed layer S11C is the portion of the bed layer S11 where the reaction rate is fast, and the modified second bed layer S21A is the portion of the bed layer S11 where the reaction rate is slow. The reactor reaction calculation device 20 calculates the first bed layer reaction portion SR1 using the first reaction rate equation for the portion of the bed layer S11 where the reaction rate is fast, such as the modified first bed layer S11C, and calculates the second bed layer reaction portion SR2 using the second reaction rate equation for the portion of the bed layer S11 where the reaction rate is slow, such as the modified second bed layer S21A.
よって、炉内反応の計算装置20は、反応炉内のベッド層を修正第1ベッド層S11Cと修正第2ベッド層S21Aとの2系列に分けて、これらと流入ガスG11との平衡反応をギブズエネルギー最小化法に基づいてそれぞれ計算できる。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内のベッド層内に反応速度が異なる2種類のベッド層の反応挙動を考慮することで、ベッド層において生じる平衡反応を高精度に計算できる。 The furnace reaction calculation device 20 therefore divides the bed layers in the reactor into two series, the modified first bed layer S11C and the modified second bed layer S21A, and can calculate the equilibrium reactions between these and the inflow gas G11 based on the Gibbs energy minimization method. Therefore, by taking into account the reaction behavior of two types of bed layers with different reaction rates within the bed layers in the rotary kiln 1, the furnace reaction calculation device 20 can accurately calculate the equilibrium reactions that occur in the bed layers.
これにより、炉内反応の計算装置20は、ベッド層内の反応速度が異なる部分と、ベッド層内に存在する原料鉱石内の組成分布を考慮して、ベッド層内で生じる平衡反応を計算できるため、より実際の炉内の状態に近づけたフィッティングを行うことができる。 This allows the furnace reaction calculation device 20 to calculate the equilibrium reactions occurring within the bed layer by taking into account areas of the bed layer with different reaction rates and the composition distribution of the raw ore present within the bed layer, allowing for fitting that is closer to the actual conditions within the furnace.
また、炉内反応の計算装置20は、ガス領域平衡反応計算部213においてガス反応分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とで、第2気相G2とガス領域中に存在する第1物質M1との平衡反応を計算できる。これにより、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いて、ガス領域中に存在する第2気相G2と第1物質M1との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内のガス領域における第2気相G2の第1物質M1との平衡反応を考慮して、ガス領域において生じる平衡反応を高精度に計算できる。 Furnace reaction calculation device 20 also calculates the equilibrium reaction between second gas phase G2 and first substance M1 present in the gas region by calculating the equilibrium reaction using gas reaction portion GR1 and first substance reaction portion MR1 in the gas region equilibrium reaction calculation unit 213. This allows furnace reaction calculation device 20 to calculate the equilibrium reaction between second gas phase G2 present in the gas region and first substance M1 based on the Gibbs energy minimization method. Therefore, furnace reaction calculation device 20 can accurately calculate the equilibrium reaction occurring in the gas region by taking into account the equilibrium reaction between second gas phase G2 and first substance M1 in the gas region within rotary kiln 1.
よって、炉内反応の計算装置20は、ロータリーキルン1内のベッド層及びガス領域で生じる反応を高精度に計算できる。 Therefore, the furnace reaction calculation device 20 can calculate with high accuracy the reactions occurring in the bed layer and gas region within the rotary kiln 1.
炉内反応の計算装置20は、第1流入ガス反応量計算部210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1流入ガス反応量計算部210において第1流入ガスG111から平衡反応に寄与する第1流入ガス反応分GR111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1ベッド層平衡反応計算部214-1において、必要な第1流入ガス反応分GR111を用いて、修正第1ベッド層S11Cとの平衡反応計算を確実に行うことができる。 The reactor reaction calculation device 20 can be equipped with a first inflow gas reaction amount calculation unit 210. This allows the reactor reaction calculation device 20 to calculate the first inflow gas reaction amount GR111 that contributes to the equilibrium reaction from the first inflow gas G111 in the first inflow gas reaction amount calculation unit 210. Therefore, the reactor reaction calculation device 20 can reliably perform equilibrium reaction calculations with the modified first bed layer S11C in the first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1 using the required first inflow gas reaction amount GR111.
炉内反応の計算装置20は、第1混合流入ガス算出部217及び第1混合ベッド層計算部218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1混合流入ガス算出部217では、第1流入ガス未反応分Gr111と第1流入ガス生成分GP111とを混合した第1混合流入ガスG111Aの流量を少なくとも計算できる。炉内反応の計算装置20は、第1混合ベッド層計算部218では、第1ベッド層未反応分Sr1と第1ベッド層生成分SP1とを混合した第1混合ベッド層S12の流量を少なくとも計算できる。これにより、炉内反応の計算装置20は、第1流入ガスG111の移動量を正確に計算できると共に、第1混合ベッド層S12の排出端14Bへの移動量を正確に計算できる。 The furnace reaction calculation device 20 can include a first mixed inlet gas calculation unit 217 and a first mixed bed layer calculation unit 218. As a result, the first mixed inlet gas calculation unit 217 of the furnace reaction calculation device 20 can calculate at least the flow rate of the first mixed inlet gas G111A, which is a mixture of the first inlet gas unreacted portion Gr111 and the first inlet gas product portion GP111. The first mixed bed layer calculation unit 218 of the furnace reaction calculation device 20 can calculate at least the flow rate of the first mixed bed layer S12, which is a mixture of the first bed layer unreacted portion Sr1 and the first bed layer product portion SP1. As a result, the furnace reaction calculation device 20 can accurately calculate the amount of movement of the first inlet gas G111 and the amount of movement of the first mixed bed layer S12 to the discharge end 14B.
炉内反応の計算装置20は、第2流入ガス反応量計算部212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2流入ガス反応量計算部212において第2流入ガスG112から平衡反応に寄与する第2流入ガス反応分GR112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ベッド層平衡反応計算部214-2において、必要な第2流入ガス反応分GR112を用いて、修正第2ベッド層S21Aとの平衡反応計算を確実に行うことができる。 The reactor reaction calculation device 20 can be equipped with a second inflow gas reaction amount calculation unit 212. This allows the reactor reaction calculation device 20 to calculate the second inflow gas reaction amount GR112 that contributes to the equilibrium reaction from the second inflow gas G112 in the second inflow gas reaction amount calculation unit 212. Therefore, the reactor reaction calculation device 20 can reliably perform equilibrium reaction calculations with the modified second bed layer S21A in the second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2 using the required second inflow gas reaction amount GR112.
炉内反応の計算装置20は、第2混合流入ガス算出部219及び第2混合ベッド層計算部220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2混合流入ガス算出部219では、第2流入ガス未反応分Gr112と第2流入ガス生成分GP112とを混合した第2混合流入ガスG112Aの流量を少なくとも計算できる。炉内反応の計算装置20は、第2混合ベッド層計算部220では、第2ベッド層未反応分Sr2と第2ベッド層生成分SP2とを混合した第2混合ベッド層S22の流量を少なくとも計算できる。これにより、炉内反応の計算装置20は、第2流入ガスG112の移動量を正確に計算できると共に、第2混合ベッド層S22の排出端14Bへの移動量を正確に計算できる。 The furnace reaction calculation device 20 can include a second mixed inlet gas calculation unit 219 and a second mixed bed layer calculation unit 220. As a result, the furnace reaction calculation device 20 can use the second mixed inlet gas calculation unit 219 to calculate at least the flow rate of the second mixed inlet gas G112A, which is a mixture of the second inlet gas unreacted portion Gr112 and the second inlet gas product portion GP112. The furnace reaction calculation device 20 can use the second mixed bed layer calculation unit 220 to calculate at least the flow rate of the second mixed bed layer S22, which is a mixture of the second bed layer unreacted portion Sr2 and the second bed layer product portion SP2. As a result, the furnace reaction calculation device 20 can accurately calculate the amount of movement of the second inlet gas G112 and the amount of movement of the second mixed bed layer S22 to the discharge end 14B.
炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層物量修正部204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、予備修正第1ベッド層S11Bに存在する第2物質M2の第2ベッド層S21への移動量を除すると共に、第2ベッドS21層に存在する第3物質M3の予備修正第1ベッド層S11Bへの移動量を加えることができる。よって、炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層平衡反応計算部214-1において平衡反応の計算に用いられる修正第1ベッド層S11Cの流量等をより正確に算出できるため、第1ベッド層S11における修正第1ベッド層S11Cの平衡反応の計算精度をより高めることができる。 The reactor reaction calculation device 20 can be equipped with a first bed layer quantity correction unit 204. This allows the reactor reaction calculation device 20 to subtract the amount of second substance M2 present in the preliminary corrected first bed layer S11B transferred to the second bed layer S21, and add the amount of third substance M3 present in the second bed layer S21 transferred to the preliminary corrected first bed layer S11B. Therefore, the reactor reaction calculation device 20 can more accurately calculate the flow rate of the corrected first bed layer S11C used in the equilibrium reaction calculation in the first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1, thereby further improving the calculation accuracy of the equilibrium reaction of the corrected first bed layer S11C in the first bed layer S11.
炉内反応の計算装置20は、第2ベッド層物量修正部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、第2ベッド層S21に存在する第3物質M3の修正第1ベッド層S11Cへの移動量を除すると共に、予備修正第1ベッド層S11Bに存在する第2物質M2の第2ベッド層S21への移動量を加えることができる。よって、炉内反応の計算装置20は、第2ベッド層平衡反応計算部214-2において平衡反応の計算に用いられる修正第2ベッド層S21Aの流量等を的確に求めることができるため、第2ベッド層S21における修正第2ベッド層S21Aの平衡反応の計算精度をより高めることができる。 The reactor reaction calculation device 20 can be equipped with a second bed layer quantity correction unit 205. This allows the reactor reaction calculation device 20 to subtract the amount of third substance M3 present in the second bed layer S21 transferred to the corrected first bed layer S11C, and add the amount of second substance M2 present in the preliminary corrected first bed layer S11B transferred to the second bed layer S21. Therefore, the reactor reaction calculation device 20 can accurately determine the flow rate and other parameters of the corrected second bed layer S21A used in the equilibrium reaction calculation in the second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2, thereby further improving the calculation accuracy of the equilibrium reaction of the corrected second bed layer S21A in the second bed layer S21.
炉内反応の計算装置20は、ガス反応量計算部207及び第1物質反応量計算部208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207において、第1気相G1を含む第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208において、ガス領域に存在する第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、ガス領域に存在する第1物質M1のうちの、ガス領域平衡反応計算部213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 reaction calculation device 20 can include a gas reaction amount calculation unit 207 and a first substance reaction amount calculation unit 208. As a result, the reactor reaction calculation device 20 can calculate the gas reaction amount GR1 that contributes to the equilibrium reaction from the second gas phase G2, which includes the first gas phase G1, in the gas reaction amount calculation unit 207, and can calculate the first substance reaction amount MR1 that contributes to the equilibrium reaction from the first substance M1 present in the gas region in the first substance reaction amount calculation unit 208. Therefore, the reactor reaction calculation device 20 can calculate the reaction amounts to be used in the gas region equilibrium reaction calculation unit 213 from the second gas phase G2 and the first substance M1 present in the gas region, thereby reliably performing equilibrium reaction calculations in the gas region using the necessary reaction amounts.
炉内反応の計算装置20は、混合気相計算部215及び第1混合物質計算部216を備えることができる。炉内反応の計算装置20は、混合気相計算部215では、ガス未反応分Gr1とガス生成分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。炉内反応の計算装置20は、第1混合物質計算部216では、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の流量を少なくとも計算できる。これにより、炉内反応の計算装置20は、第1気相G1と第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 reaction calculation device 20 may include a mixed gas phase calculation unit 215 and a first mixed substance calculation unit 216. The mixed gas phase calculation unit 215 of the furnace reaction calculation device 20 can calculate at least the flow rate of the third gas phase G3, which is a mixture of the unreacted gas portion Gr1 and the gas product portion GP1. The first mixed substance calculation unit 216 of the furnace reaction calculation device 20 can calculate at least the flow rate of the first mixed substance M11, which is a mixture of the unreacted first substance portion Mr1 and the first substance product portion MP1. This allows the furnace reaction calculation device 20 to more accurately calculate the amount of movement of the first gas phase G1 and the first substance M1 to the charging end 14A.
炉内反応の計算装置20は、第1混合物質物量修正部223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に含まれる第5物質M5を第1ベッド層S11Aに含めることができると共に、第1ベッド層S11Aに存在する第4物質M4をガス領域中に存在する第1混合物質M11に含めることができる。よって、炉内反応の計算装置20は、第1混合物質M11に含まれる第5物質M5のベッド層への移動量と、第1ベッド層S11Aに含まれる第4物質M4の第1混合物質M11への移動量を考慮できるため、領域A内に存在する第1混合物質M11の領域(A-1)への移動量を正確に算出できる。 The furnace reaction calculation device 20 may include a first mixture substance quantity correction unit 223. This allows the furnace reaction calculation device 20 to include the fifth substance M5 contained in the first mixture substance M11 present in the gas region in the first bed layer S11A, and to include the fourth substance M4 present in the first bed layer S11A in the first mixture substance M11 present in the gas region. Therefore, the furnace reaction calculation device 20 can take into account the amount of the fifth substance M5 contained in the first mixture substance M11 that moves to the bed layer and the amount of the fourth substance M4 contained in the first bed layer S11A that moves to the first mixture substance M11, thereby accurately calculating the amount of the first mixture substance M11 present in region A that moves to region (A-1).
炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層予備物量修正部203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に含まれる第5物質M5を第1ベッド層S11Aに含めることができると共に、第1ベッド層S11Aに存在する第4物質M4をガス領域中に存在する第1混合物質M11に含めることができる。そのため、炉内反応の計算装置20は、第1混合物質M11に含まれる第5物質M5のベッド層への移動量と、第1ベッド層S11Aに含まれる第4物質M4の第1混合物質M11への移動量を考慮できるため、領域A内に存在する第1ベッド層S11Aの平衡反応に使用される量を正確に算出できる。よって、炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層平衡反応計算部214-1において使用される第1ベッド層反応分SR1を正確に求めることができるため、第1ベッド層平衡反応計算をより正確に行うことができる。 The reactor reaction calculation device 20 may include a first bed layer reserve quantity correction unit 203. This allows the reactor reaction calculation device 20 to include the fifth substance M5 contained in the first mixture M11 present in the gas region in the first bed layer S11A, and to include the fourth substance M4 present in the first bed layer S11A in the first mixture M11 present in the gas region. Therefore, the reactor reaction calculation device 20 can take into account the amount of the fifth substance M5 contained in the first mixture M11 transferred to the bed layer and the amount of the fourth substance M4 contained in the first bed layer S11A transferred to the first mixture M11, thereby accurately calculating the amount used for the equilibrium reaction in the first bed layer S11A present in region A. Therefore, the reactor reaction calculation device 20 can accurately determine the first bed layer reaction amount SR1 used in the first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1, thereby enabling more accurate first bed layer equilibrium reaction calculations.
炉内反応の計算装置20は、流入ガス合算部221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1混合流入ガスG111Aと第2混合流入ガスG112Aとを合算した混合流入ガスG12を計算できる。そのため、炉内反応の計算装置20は、ベッド層に存在するガス成分をガス領域に移動させることができる。よって、炉内反応の計算装置20は、ベッド層に存在するガス成分をガス領域に移動して領域(A-1)に移動させることができる。 The furnace reaction calculation device 20 can be equipped with an inflow gas summing unit 221. This allows the furnace reaction calculation device 20 to calculate the mixed inflow gas G12, which is the sum of the first mixed inflow gas G111A and the second mixed inflow gas G112A. As a result, the furnace reaction calculation device 20 can move gas components present in the bed layer to the gas region. As a result, the furnace reaction calculation device 20 can move gas components present in the bed layer to the gas region and then to region (A-1).
炉内反応の計算装置20は、ガス量合算部222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 reactor reaction calculation device 20 can be equipped with a gas amount summing unit 222. This allows the reactor reaction calculation device 20 to mix the mixed inflow gas G12 generated in the bed layer into the third gas phase G3, thereby allowing the gas components present in the bed layer to be included in the third gas phase G3. Therefore, the reactor reaction calculation device 20 can reliably move the gas components present in region A to region (A-1).
炉内反応の計算装置20は、ベッド層分配部224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、ロータリーキルン1の装入端14Aから供給された直後にベッド層S1を第1ベッド層S11及び第2ベッド層S21に分けることができる。炉内反応の計算装置20は、装入端14Aを含む領域1から領域Aに到達するまでの第1ベッド層S11及び第2ベッド層S21の質量を正確に算出できるため、領域Aにおいて第1ベッド層S11及び第2ベッド層S21が平衡反応に使用される質量流量をより正確に算出できる。よって、炉内反応の計算装置20は、第1ベッド層平衡反応計算及び第2ベッド層平衡反応計算をより正確に算出できる。 The furnace reaction calculation device 20 may be equipped with a bed layer distribution unit 224. This allows the furnace reaction calculation device 20 to separate the bed layer S1 into the first bed layer S11 and the second bed layer S21 immediately after it is supplied from the charging end 14A of the rotary kiln 1. The furnace reaction calculation device 20 can accurately calculate the mass of the first bed layer S11 and the second bed layer S21 from region 1, which includes the charging end 14A, to region A, thereby more accurately calculating the mass flow rates used for the equilibrium reactions of the first bed layer S11 and the second bed layer S21 in region A. Therefore, the furnace reaction calculation device 20 can more accurately calculate the first bed layer equilibrium reaction calculation and the second bed layer equilibrium reaction calculation.
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AS11と添加ベッド層AG11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G2を構成する成分とし、添加ベッド層AS11は第1ベッド層S11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GR11を求めると共に修正第1ベッド層S11Cから第1ベッド層反応分SR11を求めることで、第1ベッド層平衡反応計算部214-1において、第1流入ガスG111と修正第1ベッド層S11C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 reaction calculation device 20 includes a distribution unit 201, which can distribute the gas phase and bed layer contained in the combustion material 230 introduced during the movement of the raw ore into the added gas phase AS11 and added bed layer AG11 at a mass flow rate. The furnace reaction calculation device 20 distributes the combustion material 230 introduced midway through the rotary kiln 1 into the first gas phase G1 and the first bed layer S1, treating each as separate fuels, and can treat the added gas phase AG11 as a component that constitutes the second gas phase G2, and the added bed layer AS11 as a component that constitutes the first bed layer S11. As a result, the furnace reaction calculation device 20 calculates the gas reaction amount GR11 from the second gas phase G2 and the first bed layer reaction amount SR11 from the modified first bed layer S11C, allowing the first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1 to calculate the equilibrium reaction based on the reaction amounts required for the equilibrium reaction from the first inflow gas G111 and the modified first bed layer S11C. Therefore, the furnace reaction calculation device 20 can analyze the behavior of materials in the rotary kiln 1 taking into account the combustion material 230 that is added midway through the rotary kiln 1, allowing for highly accurate calculations of furnace reactions even when the combustion material 230 is used.
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内のベッド層が複数種類の異なる反応挙動を示すことを考慮して、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 reaction calculation device 20 can accurately calculate the equilibrium reactions that occur in the furnace, taking into account that the bed layers in the rotary kiln 1 exhibit multiple different types of reaction behavior. Therefore, by applying the furnace reaction calculation device 20 to the entire area within the rotary kiln 1, it is possible to accurately calculate the entire reaction process within the rotary kiln 1.
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10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6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 following describes the case where the furnace reaction calculation device 20 is applied to the entire rotary kiln 1. For example, as shown in Figure 10, when the rotary kiln 1 is divided into multiple regions and the reaction process in one region A is assumed to be a unit operation model, the furnace reaction calculation device 20 can model the reaction process within the rotary kiln 1 by combining unit operation models. The furnace reaction calculation device 20 then repeatedly performs calculations in multiple regions within the rotary kiln 1 along the flow of raw ore or combustion gas (including the assumed flow) (see arrows in Figure 6). The furnace reaction calculation device 20 then repeatedly performs calculations until the difference between the calculated value in a specified region and the previous calculated value in that region falls within a specified range.
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11に示す。図11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 11 shows a flowchart for applying the furnace reaction calculation device 20 to the entire rotary kiln 1. As shown in Figure 11, the furnace reaction calculation device 20 models the reaction process that occurs in the rotary kiln 1 by combining multiple unit operation models (modeling process: step S21).
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、流入ガス分配部206、ガス領域平衡反応計算部213、第1ベッド層平衡反応計算部214-1、第2ベッド層平衡反応計算部214-2等が予め用意される。 The reactor reaction calculation device 20 shown in Figure 2 above is applied to the unit operation model. For each unit operation model, the gas mixture amount calculation unit 202, inlet gas distribution unit 206, gas region equilibrium reaction calculation unit 213, first bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-1, second bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2, etc., which constitute the unit operation model, are prepared in advance.
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 reaction calculation device 20 performs calculations on the unit operation model modeled in step S21 (calculation process: step S22). Flow information is input into the unit operation model.
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の各部に用いる値としては、ベッド層S1、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 includes data such as the composition, flow rate, temperature, and rotation speed of the raw ore, combustion gas, and combustion materials. When the flow information is input, the unit operation model performs a predetermined calculation and outputs the calculated values (composition, flow rate, temperature, etc. of the raw ore, combustion gas, and combustion materials). From these calculation results, values used for each component of the furnace reaction calculation device 20 shown in Figure 2 are calculated. The values used for each component of the furnace reaction calculation device 20 include the flow rates of various gas phases in region A, such as bed layer S1 and first gas phase G1; the flow rates of various bed layers in region A, such as first bed layer S1; the flow rates of various substances, such as the flow rate of first substance M1; and the flow rates of various reacted, unreacted, and produced components in region A, such as reacted gas component GR1, unreacted gas component Gr1, and produced gas component GP1.
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 for the unit operation model are performed starting from the unit operation model located closest to the loading end 14A.
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 reaction calculation device 20 determines whether calculations have been completed up to the final unit operation model (step S23).
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 completed up to the final unit operation model (Step S23: Yes), the reactor reaction calculation device 20 determines whether a previous calculation value for the unit operation model is available (Step S24).
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S24)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 reaction calculation device 20 compares the calculation value calculated in the calculation process (step S24) with the previous calculation value (step S25).
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 reaction calculation device 20 determines whether the difference between the calculated value and the previous calculated value satisfies the convergence condition (comparison process: step S26).
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。 Convergence conditions include, for example, the difference between the calculated value and the previous calculated value being within a few degrees Celsius (e.g., 1°C).
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 reaction calculation device 20 terminates the calculation. This allows the reaction process occurring throughout the entire kiln body 11 of the rotary kiln 1 to be analyzed.
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 calculations have not been completed up to the final unit operation model (step S23: No), the reactor reaction calculation device 20 moves on to another adjacent unit operation model, that is, a unit operation model located in region (A+1) or region (A-1) (step S27). Then, the reactor reaction calculation device 20 performs calculations for the unit operation model located in region (A+1) or region (A-1) (step S22).
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 reaction calculation device 20 proceeds to the first unit operation model (step S28).
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6参照)。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。 The furnace reaction calculation device 20 therefore models the reaction process occurring in the rotary kiln 1 using a combination of multiple unit operation models, and performs calculations based on the values set for each unit operation model in accordance with the connection order of the unit operation models. In this embodiment, calculations for each unit operation model are performed sequentially from the charging end 14A toward the discharge end 14B of the rotary kiln 1, and then from the discharge end 14B toward the charging end 14A (see Figure 6). This series of operations is then repeated until the calculated values in a specified region A satisfy a specified convergence condition. As a result, calculation results are derived for the flow rates of combustion gas and raw ore in each region within the rotary kiln 1. This enables more accurate analysis of the behavior of each substance that constitutes the combustion gas and raw ore throughout the entire kiln body 11 of the rotary kiln 1.
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が2種類の異なる反応挙動を示すことを考慮して反応炉内の反応を高精度に計算できるため、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 reaction calculation device 20 can accurately calculate the reactions within the reactor, taking into account the fact that the bed layers within the reactor exhibit two different types of reaction behavior, throughout the entire reaction process within the rotary kiln 1. This allows for more accurate analysis of the behavior of each substance within the rotary kiln 1 while changing the operating conditions of the rotary kiln 1 (e.g., the size and rotation speed of the rotary kiln 1, the type of raw ore, and the supply amount). Therefore, the furnace reaction calculation device 20 can be effectively used for changing the type and supply amount of raw ore, pre-examination of equipment improvements to the rotary kiln 1, and investigation of the impact of operating conditions, etc.
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 rotary kiln 1 may be a raw material other than raw ore.
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、揮発分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、揮発分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 rotary kiln 1 shown in Figure 1 midway does not necessarily have to contain both volatile matter and a bed layer, and may contain other substances such as ash in addition to the volatile matter and bed layer.
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 rotary kiln 1 shown in Figure 1, any reactor that heats raw ore while moving it from the charging end 14A toward the discharge end 14B may be used.
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 do not limit the present invention. The embodiments can be implemented in a variety of other forms, and various combinations, omissions, substitutions, modifications, etc. are possible without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their variations are included within the scope and spirit of the invention, as well as within the scope of the inventions and their equivalents as set forth 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 燃焼用材料の分配部(分配部)
202 ガス混合量計算部
203 第1ベッド層予備物量修正部
204 第1ベッド層物量修正部
205 第2ベッド層物量修正部
206 流入ガス分配部
207 ガス反応量計算部
208 第1物質反応量計算部
209 第1ベッド層反応量計算部
210 第1流入ガス反応量計算部
211 第2ベッド層反応量計算部
212 第2流入ガス反応量計算部
213 ガス領域平衡反応計算部
214-1 第1ベッド層平衡反応計算部
214-2 第2ベッド層平衡反応計算部
215 混合気相計算部
216 第1混合物質計算部
217 第1混合流入ガス算出部
218 第1混合ベッド層計算部
219 第2混合流入ガス算出部
220 第2混合ベッド層計算部
221 流入ガス合算部
222 ガス量合算部
223 第1混合物質物量修正部
224 ベッド層分配部
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
G111 第1流入ガス
G112 第2流入ガス
G111A 第1混合流入ガス
G112A 第2混合流入ガス
G12 混合流入ガス
S1 ベッド層
S11、S11A 第1ベッド層
S11B 予備修正第1ベッド層
S11C 修正第1ベッド層
S12 第1混合ベッド層
S21 第2ベッド層
S21A 修正第2ベッド層
S22 第2混合ベッド層
M1 第1物質
M2 第2物質
M3 第3物質
M4 第4物質
M5 第5物質
M11 第1混合物質
M12 第1修正混合物質
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
GR111 第1流入ガス反応分
Gr111 第1流入ガス未反応分
GP111 第1流入ガス生成分
GR112 第2流入ガス反応分
Gr112 第2流入ガス未反応分
GP112 第2流入ガス生成分
SR1 第1ベッド層反応分
Sr1 第1ベッド層未反応分
SP1 第1ベッド層生成分
SR2 第2ベッド層反応分
Sr2 第2ベッド層未反応分
SP2 第2ベッド層生成分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotary kiln 11 Kiln body 16 Burner 20 Calculation device for furnace reaction 201 Distribution section of combustion material (distribution section)
202 Gas mixture amount calculation unit 203 First bed layer preliminary material amount correction unit 204 First bed layer material amount correction unit 205 Second bed layer material amount correction unit 206 Inflow gas distribution unit 207 Gas reaction amount calculation unit 208 First material reaction amount calculation unit
209 First bed layer reaction amount calculation unit 210 First inflow gas reaction amount calculation unit 211 Second bed layer reaction amount calculation unit 212 Second inflow gas reaction amount calculation unit 213 Gas region equilibrium reaction calculation unit 214-1 First bed layer equilibrium reaction calculation unit 214-2 Second bed layer equilibrium reaction calculation unit 215 Mixed gas phase calculation unit 216 First mixed substance calculation unit 217 First mixed inflow gas calculation unit 218 First mixed bed layer calculation unit
219 Second mixed inlet gas calculation unit 220 Second mixed bed layer calculation unit 221 Inlet gas summing unit 222 Gas amount summing unit 223 First mixed substance amount correction unit 224 Bed layer distribution unit G1 First gas phase G2 Second gas phase G3 Third gas phase G3' Third mixed gas phase G11 Inlet gas G111 First inlet gas G112 Second inlet gas G111A First mixed inlet gas G112A Second mixed inlet gas G12 Mixed inlet gas S1 Bed layer S11, S11A First bed layer S11B Preliminary corrected first bed layer S11C Corrected first bed layer S12 First mixed bed layer S21 Second bed layer S21A Corrected second bed layer S22 Second mixed bed layer M1 First substance M2 Second substance M3 Third substance M4 Fourth substance M5 Fifth substance M11 First mixed substance M12 First modified mixed substance GR1 Reacted gas fraction Gr1 Unreacted gas fraction GP1 Gas product fraction MR1 Reacted first substance fraction Mr1 Unreacted first substance fraction MP1 First substance product fraction GR111 Reacted first inlet gas fraction Gr111 Unreacted first inlet gas fraction GP111 Product first inlet gas fraction GR112 Reacted second inlet gas fraction Gr112 Unreacted second inlet gas fraction GP112 Product second inlet gas fraction SR1 Reacted first bed layer fraction Sr1 Unreacted first bed layer fraction SP1 Product first bed layer fraction SR2 Reacted second bed layer fraction Sr2 Unreacted second bed layer fraction SP2 Product second bed layer fraction
Claims (13)
前記反応炉内のガス領域を流れる前記燃焼ガスである第1気相のうち、前記反応炉内の前記ガス領域から前記原料鉱石である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、
前記流入ガスを第1流入ガスと第2流入ガスに分配する流入ガス分配部と、
前記ベッド層のうち、前記ベッド層内に含まれる固体物質及び液体物質の反応速度起因条件に応じて分配された2種類の分配ベッド層のうちの一方の第1ベッド層の前記第1流入ガスとの平衡状態に寄与する第1ベッド層反応量を第1反応速度式を用いて計算して、前記第1ベッド層の平衡反応に寄与する第1ベッド層反応分を求める第1ベッド層反応量計算部と、
2種類の前記分配ベッド層のうちの他方の第2ベッド層の前記第2流入ガスとの平衡状態に寄与する第2ベッド層反応量を前記第1反応速度式とは異なる第2反応速度式を用いて計算して、前記第2ベッド層の平衡反応に寄与する第2ベッド層反応分を求める第2ベッド層反応量計算部と、
前記第1ベッド層反応分と前記第1流入ガスとの平衡反応を計算する第1ベッド層平衡反応計算部と、
前記第2ベッド層反応分と前記第2流入ガスとの平衡反応を計算する第2ベッド層平衡反応計算部と、
前記第1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ギブズエネルギー最小化法に基づいて計算するガス領域平衡反応計算部と、
前記第1流入ガスの前記第1ベッド層との平衡状態に寄与するガス反応量を計算して、前記第1流入ガスの平衡反応に寄与する第1流入ガス反応分を求める第1流入ガス反応量計算部と、
前記第1流入ガス反応量計算部で生じる前記第1流入ガス反応分以外の未反応分である第1流入ガス未反応分と、前記第1ベッド層平衡反応計算部で前記第1ベッド層反応分と前記第1流入ガス反応分が反応することで生じる第1流入ガス生成分とを混合した第1混合流入ガスの流量を少なくとも計算する第1混合流入ガス算出部と、
前記第1ベッド層反応量計算部で生じる前記第1ベッド層反応分以外の未反応分である第1ベッド層未反応分と、前記第1ベッド層平衡反応計算部で前記第1ベッド層反応分と前記第1流入ガス反応分とが反応することで生じる第1ベッド層生成分とを混合した第1混合ベッド層の流量を少なくとも計算する第1混合ベッド層計算部と、
前記第2流入ガスの前記第2ベッド層との平衡状態に寄与するガス反応量を計算して、前記第2流入ガスの平衡反応に寄与する第2流入ガス反応分を求める第2流入ガス反応量計算部と、
前記第2流入ガス反応量計算部で生じる前記第2流入ガス反応分以外の未反応分である第2流入ガス未反応分と、前記第2ベッド層平衡反応計算部で前記第2ベッド層反応分と前記第2流入ガス反応分が反応することで生じる第2流入ガス生成分とを混合した第2混合流入ガスの流量を少なくとも計算する第2混合流入ガス算出部と、
前記第2ベッド層反応量計算部で生じる前記第2ベッド層反応分以外の未反応分である第2ベッド層未反応分と、前記第2ベッド層平衡反応計算部で前記第2ベッド層反応分と前記第2流入ガス反応分とが反応することで生じる第2ベッド層生成分とを混合した第2混合ベッド層の流量を少なくとも計算する第2混合ベッド層計算部と、
を備え、
前記反応速度起因条件は、前記ベッド層内に含まれる固体物質の、粒子径、比重、種類及び偏析からなる群から選択される1つ以上の性質と、前記ベッド層内に含まれる液体物質の、比重、種類及び偏析からなる群から選択される1つ以上の性質との両方であり、
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第1気相及び前記第1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 calculating a reaction in a furnace, in which raw material ore is supplied from one end of a reactor and moved toward the other end of the reactor, and the raw material ore is brought into countercurrent contact with combustion gas supplied from the other end, thereby drying and reducing the raw material ore,
a gas mixing amount calculation unit that calculates the flow rate of an inflow gas that moves from the gas region in the reactor to a bed layer that is the raw material ore, among the first gas phase that is the combustion gas flowing through the gas region in the reactor;
an inflow gas distribution unit that distributes the inflow gas into a first inflow gas and a second inflow gas;
a first bed layer reaction amount calculation unit that calculates, using a first reaction rate equation, a first bed layer reaction amount that contributes to an equilibrium state with the first inflow gas in one of two types of distributed bed layers among the bed layers distributed according to reaction rate-dependent conditions of the solid material and the liquid material contained in the bed layer, thereby determining a first bed layer reaction amount that contributes to the equilibrium reaction of the first bed layer;
a second bed layer reaction amount calculation unit that calculates a second bed layer reaction amount that contributes to an equilibrium state with the second inflow gas in the other second bed layer of the two types of distributed bed layers using a second reaction rate equation different from the first reaction rate equation, and obtains a second bed layer reaction amount that contributes to the equilibrium reaction in the second bed layer;
a first bed layer equilibrium reaction calculation unit that calculates an equilibrium reaction between the first bed layer reaction component and the first inflow gas;
a second bed layer equilibrium reaction calculation unit that calculates an equilibrium reaction between the second bed layer reaction component and the second inflow gas;
a gas region equilibrium reaction calculation unit that calculates an equilibrium reaction between the first gas phase and a first substance including at least one of a solid substance and a liquid substance present in the gas region based on a Gibbs energy minimization method;
a first inflow gas reaction amount calculation unit that calculates a gas reaction amount that contributes to an equilibrium state of the first inflow gas with the first bed layer, and obtains a first inflow gas reaction amount that contributes to the equilibrium reaction of the first inflow gas;
a first mixed inflow gas calculation unit that calculates at least a flow rate of a first mixed inflow gas obtained by mixing a first inflow gas unreacted portion, which is an unreacted portion other than the first inflow gas reacted portion generated in the first inflow gas reaction amount calculation unit, and a first inflow gas product portion generated by the reaction of the first bed layer reacted portion and the first inflow gas reacted portion in the first bed layer equilibrium reaction calculation unit;
a first mixed bed layer calculation unit that calculates at least a flow rate of a first mixed bed layer obtained by mixing a first bed layer unreacted portion, which is an unreacted portion other than the first bed layer reacted portion generated in the first bed layer reaction amount calculation unit, and a first bed layer product portion generated by a reaction between the first bed layer reacted portion and the first inflow gas reacted portion in the first bed layer equilibrium reaction calculation unit;
a second inflow gas reaction amount calculation unit that calculates a gas reaction amount that contributes to an equilibrium state of the second inflow gas with the second bed layer, and obtains a second inflow gas reaction amount that contributes to the equilibrium reaction of the second inflow gas;
a second mixed inflow gas calculation unit that calculates at least a flow rate of a second mixed inflow gas obtained by mixing a second inflow gas unreacted portion, which is an unreacted portion other than the second inflow gas reacted portion generated in the second inflow gas reaction amount calculation unit, and a second inflow gas product portion generated by the reaction of the second bed layer reacted portion and the second inflow gas reacted portion in the second bed layer equilibrium reaction calculation unit;
a second mixed bed layer calculation unit that calculates at least a flow rate of a second mixed bed layer obtained by mixing a second bed layer unreacted portion, which is an unreacted portion other than the second bed layer reacted portion generated in the second bed layer reaction amount calculation unit, and a second bed layer product portion generated by a reaction between the second bed layer reacted portion and the second inflow gas reacted portion in the second bed layer equilibrium reaction calculation unit;
Equipped with
the reaction rate-causing condition is both one or more properties of the solid substance contained in the bed layer selected from the group consisting of particle size, specific gravity, type, and segregation, and one or more properties of the liquid substance contained in the bed layer selected from the group consisting of specific gravity, type, and segregation,
The reactor is divided into a plurality of regions, and when the reaction process in one region is assumed to be a unit operation model, the reactor calculation device is applied to each of the unit operation models, models the reaction process in the reactor by combining the unit operation models, and repeatedly calculates the unit operation models in the plurality of regions in the reactor along the flow of the raw material ore or the flow of the combustion gas, until the difference between the calculated value of the temperature of the first gas phase and the first bed layer in a predetermined region and the previous calculated value in that region satisfies a predetermined convergence condition.
前記第1ベッド層反応量計算部は、前記第1ベッド層として前記修正第1ベッド層を用いる請求項1に記載の炉内反応の計算装置。 a first bed layer material quantity correcting unit that corrects the material quantity of the first bed layer by subtracting a movement amount of a second material, including at least one of a solid material and a liquid material, contained in the first bed layer from the movement amount of the second material to calculate a corrected first bed layer;
2. The apparatus for calculating a reactor reaction according to claim 1, wherein the first bed layer reaction amount calculation unit uses the modified first bed layer as the first bed layer.
前記第2ベッド層反応量計算部は、前記第2ベッド層として前記修正第2ベッド層を用いる請求項1又は2に記載の炉内反応の計算装置。 a second bed layer material quantity correcting unit that corrects the material quantity of the second bed layer by subtracting the amount of a third substance, including at least one of a solid substance and a liquid substance, contained in the second bed layer from the amount of movement of the third substance to the first bed layer, and calculates a corrected second bed layer;
3. The apparatus for calculating a reactor reaction according to claim 1, wherein the second bed layer reaction amount calculation unit uses the modified second bed layer as the second bed layer.
前記第1物質の、前記第1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、
を備える請求項1~3の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。 a gas reaction amount calculation unit that calculates a gas reaction amount that contributes to an equilibrium state between the first gas phase and the first substance, and obtains a gas reaction amount that contributes to an equilibrium reaction of the first gas phase;
a first substance reaction amount calculation unit that calculates a first substance reaction amount that contributes to the equilibrium state of the first substance with the first gas phase, and obtains a first substance reaction amount that contributes to the equilibrium reaction of the first substance;
The reactor reaction calculation device according to any one of claims 1 to 3, comprising:
前記第1物質反応量計算部で生じる前記第1物質反応分以外の未反応分を第1物質未反応分とし、
前記ガス未反応分と、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物質反応分とが反応することで生じるガス生成分とを混合した混合気相の流量を少なくとも計算する混合気相計算部と、
前記第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4に記載の炉内反応の計算装置。 The unreacted amount of gas other than the reacted amount of gas generated in the gas reaction amount calculation unit is defined as the unreacted amount of gas,
The unreacted amount of the first substance other than the reacted amount of the first substance generated in the first substance reaction amount calculation unit is defined as the unreacted amount of the first substance,
a mixed gas phase calculation unit that calculates at least a flow rate of a mixed gas phase obtained by mixing the unreacted gas and a gas product generated by the reaction of the gas reactant with the first substance reactant 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 the unreacted portion of the first substance and a first substance product portion generated by the reaction of the gas reactant and the first substance reactant in the gas region equilibrium reaction calculation unit;
The reactor reaction calculation device according to claim 4, comprising:
前記ガス領域平衡反応計算部は、前記第1気相と前記添加気相とを含む第2気相と前記第1物質との平衡反応を計算し、
前記第1ベッド層平衡反応計算部は、前記第1ベッド層と前記添加ベッド層とを含む第1合算分配ベッド層と前記流入ガスとの平衡反応を計算する請求項1~10の何れか一項に記載の炉内反応の計算装置。 A distribution unit is provided which distributes the combustion material, which is introduced during the movement of the raw ore and includes at least one of a gas phase and the bed layer, to the added gas phase and the added bed layer at a mass flow rate, with the gas phase being an added gas phase and the bed layer being an added bed layer,
the gas region equilibrium reaction calculation unit calculates an equilibrium reaction between the first substance and a second gas phase including the first gas phase and the additional gas phase;
The first bed layer equilibrium reaction calculation unit calculates the equilibrium reaction between the inflow gas and a first combined distribution 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である第1気相のうち、前記反応炉内の前記ガス領域から前記原料鉱石である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、
前記流入ガスを第1流入ガスと第2流入ガスに分配する流入ガス分配工程と、
前記ベッド層のうち、前記ベッド層内に含まれる固体物質及び液体物質の反応速度起因条件に応じて分配された2種類の分配ベッド層のうちの一方の第1ベッド層の前記第1流入ガスとの平衡状態に寄与する第1ベッド層反応量を第1反応速度式を用いて計算して、前記第1ベッド層の平衡反応に寄与する第1ベッド層反応分を求める第1ベッド層反応量計算工程と、
2種類の前記分配ベッド層のうちの他方の第2ベッド層の前記第2流入ガスとの平衡状態に寄与する第2ベッド層反応量を前記第1反応速度式とは異なる第2反応速度式を用いて計算して、前記第2ベッド層の平衡反応に寄与する第2ベッド層反応分を求める第2ベッド層反応量計算工程と、
前記第1ベッド層反応分と前記第1流入ガスとの平衡反応を計算する第1ベッド層平衡反応計算工程と、
前記第2ベッド層反応分と前記第2流入ガスとの平衡反応を計算する第2ベッド層平衡反応計算工程と、
前記第1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ギブズエネルギー最小化法に基づいて計算するガス領域平衡反応計算工程と、
前記第1流入ガスの前記第1ベッド層との平衡状態に寄与するガス反応量を計算して、前記第1流入ガスの平衡反応に寄与する第1流入ガス反応分を求める第1流入ガス反応量計算工程と、
前記第1流入ガス反応量計算工程で生じる前記第1流入ガス反応分以外の未反応分である第1流入ガス未反応分と、前記第1ベッド層平衡反応計算工程で前記第1ベッド層反応分と前記第1流入ガス反応分が反応することで生じる第1流入ガス生成分とを混合した第1混合流入ガスの流量を少なくとも計算する第1混合流入ガス算出工程と、
前記第1ベッド層反応量計算工程で生じる前記第1ベッド層反応分以外の未反応分である第1ベッド層未反応分と、前記第1ベッド層平衡反応計算工程で前記第1ベッド層反応分と前記第1流入ガス反応分とが反応することで生じる第1ベッド層生成分とを混合した第1混合ベッド層の流量を少なくとも計算する第1混合ベッド層計算工程と、
前記第2流入ガスの前記第2ベッド層との平衡状態に寄与するガス反応量を計算して、前記第2流入ガスの平衡反応に寄与する第2流入ガス反応分を求める第2流入ガス反応量計算工程と、
前記第2流入ガス反応量計算工程で生じる前記第2流入ガス反応分以外の未反応分である第2流入ガス未反応分と、前記第2ベッド層平衡反応計算工程で前記第2ベッド層反応分と前記第2流入ガス反応分が反応することで生じる第2流入ガス生成分とを混合した第2混合流入ガスの流量を少なくとも計算する第2混合流入ガス算出工程と、
前記第2ベッド層反応量計算工程で生じる前記第2ベッド層反応分以外の未反応分である第2ベッド層未反応分と、前記第2ベッド層平衡反応計算工程で前記第2ベッド層反応分と前記第2流入ガス反応分とが反応することで生じる第2ベッド層生成分とを混合した第2混合ベッド層の流量を少なくとも計算する第2混合ベッド層計算工程と、
を含み、
前記反応速度起因条件は、前記ベッド層内に含まれる固体物質の、粒子径、比重、種類及び偏析からなる群から選択される1つ以上の性質と、前記ベッド層内に含まれる液体物質の、比重、種類及び偏析からなる群から選択される1つ以上の性質との両方であり、
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第1気相及び前記第1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, in which raw material ore is supplied from one end of a reactor and moved toward the other end of the reactor, while the raw material ore is brought into countercurrent contact with combustion gas supplied from 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, which is the combustion gas flowing through a gas region in the reactor, moving from the gas region in the reactor to a bed layer which is the raw material ore;
an inlet gas distribution step of dividing the inlet gas into a first inlet gas and a second inlet gas;
a first bed layer reaction amount calculation step of calculating, by using a first reaction rate equation, a first bed layer reaction amount contributing to an equilibrium state with the first inflow gas in one of two types of distributed bed layers distributed among the bed layers according to reaction rate-dependent conditions of the solid and liquid substances contained in the bed layer, thereby obtaining a first bed layer reaction amount contributing to the equilibrium reaction in the first bed layer;
a second bed layer reaction amount calculation step of calculating a second bed layer reaction amount contributing to an equilibrium state with the second inlet gas of the other of the two types of distributed bed layers using a second reaction rate equation different from the first reaction rate equation to obtain a second bed layer reaction amount contributing to the equilibrium reaction of the second bed layer;
a first bed layer equilibrium reaction calculation step of calculating an equilibrium reaction between the first bed layer reaction component and the first inflow gas;
a second bed layer equilibrium reaction calculation step of calculating an equilibrium reaction between the second bed layer reaction component and the second inflow gas;
a gas region equilibrium reaction calculation step of calculating an equilibrium reaction between the first gas phase and a first substance including at least one of a solid substance and a liquid substance present in the gas region based on a Gibbs energy minimization method;
a first inflow gas reaction amount calculation step of calculating a gas reaction amount contributing to an equilibrium state of the first inflow gas with the first bed layer, thereby obtaining a first inflow gas reaction amount contributing to the equilibrium reaction of the first inflow gas;
a first mixed inflow gas calculation step of calculating at least a flow rate of a first mixed inflow gas obtained by mixing a first inflow gas unreacted portion, which is an unreacted portion other than the first inflow gas reacted portion generated in the first inflow gas reaction amount calculation step, and a first inflow gas product portion generated by the reaction of the first bed layer reacted portion and the first inflow gas reacted portion in the first bed layer equilibrium reaction calculation step;
a first mixed bed layer calculation step of calculating at least a flow rate of a first mixed bed layer obtained by mixing a first bed layer unreacted portion, which is an unreacted portion other than the first bed layer reacted portion generated in the first bed layer reaction amount calculation step, and a first bed layer product portion generated by the reaction of the first bed layer reacted portion with the first inflow gas reacted portion in the first bed layer equilibrium reaction calculation step;
a second inflow gas reaction amount calculation step of calculating a gas reaction amount contributing to an equilibrium state of the second inflow gas with the second bed layer, thereby obtaining a second inflow gas reaction amount contributing to the equilibrium reaction of the second inflow gas;
a second mixed inflow gas calculation step of calculating at least the flow rate of a second mixed inflow gas obtained by mixing a second inflow gas unreacted portion, which is an unreacted portion other than the second inflow gas reacted portion generated in the second inflow gas reaction amount calculation step, and a second inflow gas product portion generated by the reaction of the second bed layer reactant and the second inflow gas reactant in the second bed layer equilibrium reaction calculation step;
a second mixed bed layer calculation step of calculating at least a flow rate of a second mixed bed layer obtained by mixing a second bed layer unreacted portion, which is an unreacted portion other than the second bed layer reacted portion generated in the second bed layer reaction amount calculation step, and a second bed layer product portion generated by the reaction of the second bed layer reacted portion with the second inflow gas reacted portion in the second bed layer equilibrium reaction calculation step;
Including,
the reaction rate-causing condition is both one or more properties of a solid substance contained in the bed layer selected from the group consisting of particle size, specific gravity, type, and segregation, and one or more properties of a liquid substance contained in the bed layer selected from the group consisting of specific gravity, type, and segregation,
The method for calculating the reaction in the reactor is applied to each unit operation model 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 in the reactor is modeled by combining the unit operation models, and calculations of the unit operation models in the plurality of regions in 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 of the temperature of the first gas phase and the first bed layer in a predetermined region and the previous calculated value in that region satisfies a predetermined convergence condition.
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