鉄鋼業の焼結工程におけるＮＯｘ生成量の評価方法、装置及びプログラム
【課題】フューエルＮＯx生成の支配因子を数式上で明確化し、燃焼の観点からＮＯx生成量抑制のための要因を俯瞰的に検討できるようにする。
【解決手段】粉コークス粒子の表面反応２Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯ、Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ、ＣａＣＯ3→ＣＯ2＋ＣａＯ、及び、焼結層１０１内のガス反応２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2を含むようにした燃焼反応を対象に、少なくとも焼結層１０１内のＯ2、ＣＯ2、ＣＯ、Ｃ、ＣａＣＯ3の物質収支、燃焼ガスの熱収支及び焼結層１０１の熱収支を含んで構成される燃焼モデルに基づいて、焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算し、これら計算された焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を入力値にして、燃焼モデルに基づいて、コークス粒子のガス境膜内ＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算して、燃焼過程にある粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度とＯ2濃度との比率ＣＯ／Ｏ2値を求める。
【解決手段】粉コークス粒子の表面反応２Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯ、Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ、ＣａＣＯ3→ＣＯ2＋ＣａＯ、及び、焼結層１０１内のガス反応２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2を含むようにした燃焼反応を対象に、少なくとも焼結層１０１内のＯ2、ＣＯ2、ＣＯ、Ｃ、ＣａＣＯ3の物質収支、燃焼ガスの熱収支及び焼結層１０１の熱収支を含んで構成される燃焼モデルに基づいて、焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算し、これら計算された焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を入力値にして、燃焼モデルに基づいて、コークス粒子のガス境膜内ＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算して、燃焼過程にある粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度とＯ2濃度との比率ＣＯ／Ｏ2値を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼業の焼結工程におけるＮＯx生成量の評価方法、装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼業の焼結工程では、装入した原料層の上部の空気を下向きに吸引して、原料中に混合しているコークスを燃焼させ、ここで発生した熱によって原料鉱石粒子相互の焼結反応及び溶融反応を促進させる。コークスの燃焼過程では、コークス中に含有される窒素が酸素と反応し、フューエルＮＯxとして燃焼排ガス中に放出される。焼結機から排出されるＮＯx値には環境規制値が定められており、脱硝機能を有する排ガス処理装置の負荷軽減の観点から、焼結工程のコークスの燃焼過程で生成されるＮＯx値を、燃焼制御により抑制するニーズは大きい。
【０００３】
鉄鋼業の焼結工程での粉コークスの燃焼反応を記述する数学モデルとして、例えば非特許文献１ではＣ＋Ｏ2→ＣＯ2の燃焼反応を前提としている。
【０００４】
また、ＮＯx生成量の評価については、例えば非特許文献２にあるように、ＮＯx転換率が粉コークス粒子近傍の燃焼排ガスを吸引して求めたＣＯ濃度とＯ2濃度の比ＣＯ／Ｏ2で、整理できるという報告例がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「冶金反応工学」，鞭巌，森山昭，養賢堂（１９７２）
【非特許文献２】「コークスの燃焼におけるＣＯ，ＮＯガス生成要因の検討」，肥田行博，佐々木稔，伊藤薫，鉄と鋼，第６６年（１９８０）号１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に記載されている燃焼反応は、焼結工程において粉コークスが着火する７００℃以上の温度では起きない。このように燃焼の原理原則から外れた仮定で数学モデルを解こうとするため、非合理な補正係数等をモデルに導入せざるを得ず、実機や鍋試験等で計測された実現象を合理的に説明することが不可能であった。
【０００７】
また、非特許文献２ではラボ実験結果の記述に留まっており、操業因子を変更した際のＮＯx生成量を予測するには、その都度、実験を行う必要があり、断片的であり、定量性と予測性の観点で限界がある。
【０００８】
本発明は、上述のような点に鑑みてなされたものであり、フューエルＮＯx生成の支配因子を数式上で明確化し、燃焼の観点からＮＯx生成量抑制のための要因を俯瞰的に検討できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の鉄鋼業の焼結工程におけるＮＯx生成量の評価方法は、粉コークス粒子の表面反応として２Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯ、Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ、ＣａＣＯ3→ＣＯ2＋ＣａＯ、及び、焼結層内のガス反応として２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2を含むようにした燃焼反応を対象に、少なくとも、焼結層内の酸素（Ｏ2）の物質収支、焼結層内の二酸化炭素（ＣＯ2）の物質収支、焼結層内の一酸化炭素（ＣＯ）の物質収支、焼結層内の炭素（Ｃ）の物質収支、焼結層内の石灰石（ＣａＣＯ3）の物質収支、燃焼ガスの熱収支及び焼結層の熱収支を含んで構成される焼結層での燃焼モデルに基づいて、焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第１の計算ステップと、前記第１の計算ステップで計算された焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を入力値にして、粉コークス粒子のガス境膜内での燃焼モデルに基づいて、コークス粒子のガス境膜内ＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第２の計算ステップと、前記第２の計算ステップで計算された、燃焼過程にある粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度とＯ2濃度との比率ＣＯ／Ｏ2値を求めてＮＯx生成量を評価する評価ステップとを有することを特徴とする。
本発明の鉄鋼業の焼結工程におけるＮＯx生成量の評価装置は、粉コークス粒子の表面反応として２Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯ、Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ、ＣａＣＯ3→ＣＯ2＋ＣａＯ、及び、焼結層内のガス反応として２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2を含むようにした燃焼反応を対象に、少なくとも、焼結層内の酸素（Ｏ2）の物質収支、焼結層内の二酸化炭素（ＣＯ2）の物質収支、焼結層内の一酸化炭素（ＣＯ）の物質収支、焼結層内の炭素（Ｃ）の物質収支、焼結層内の石灰石（ＣａＣＯ3）の物質収支、燃焼ガスの熱収支及び焼結層の熱収支を含んで構成される焼結層での燃焼モデルに基づいて、焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第１の計算手段と、前記第１の計算手段で計算された焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を入力値にして、粉コークス粒子のガス境膜内での燃焼モデルに基づいて、コークス粒子のガス境膜内ＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第２の計算手段と、前記第２の計算手段で計算された、燃焼過程にある粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度とＯ2濃度との比率ＣＯ／Ｏ2値を求める評価手段とを備えたことを特徴とする。
本発明のプログラムは、鉄鋼業の焼結工程におけるＮＯx生成量を評価するためのプログラムであって、粉コークス粒子の表面反応として２Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯ、Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ、ＣａＣＯ3→ＣＯ2＋ＣａＯ、及び、焼結層内のガス反応として２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2を含むようにした燃焼反応を対象に、少なくとも、焼結層内の酸素（Ｏ2）の物質収支、焼結層内の二酸化炭素（ＣＯ2）の物質収支、焼結層内の一酸化炭素（ＣＯ）の物質収支、焼結層内の炭素（Ｃ）の物質収支、焼結層内の石灰石（ＣａＣＯ3）の物質収支、燃焼ガスの熱収支及び焼結層の熱収支を含んで構成される焼結層での燃焼モデルに基づいて、焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第１の計算手段と、前記第１の計算手段で計算された焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を入力値にして、粉コークス粒子のガス境膜内での燃焼モデルに基づいて、コークス粒子のガス境膜内ＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第２の計算手段と、前記第２の計算手段で計算された、燃焼過程にある粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度とＯ2濃度との比率ＣＯ／Ｏ2値を求める評価手段としてコンピュータを機能させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、焼結工程での粉コークスの燃焼反応を、燃焼の原理原則に立脚し、合理的に数学モデルで記述するとともに、非特許文献２のラボ実験結果を数学モデルで再解釈することにより、フューエルＮＯx生成の支配因子を数式上で明確化し、燃焼の観点からＮＯx生成量抑制のための要因を俯瞰的に検討することができる。これにより、脱硝機能を有する排ガス処理装置の負荷軽減効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用したＮＯx生成量の評価手法の概要を説明するための図である。
【図２】本実施形態のＮＯx生成量の評価方法を示すフローチャートである。
【図３】鍋試験の概要を説明するための図である。
【図４】鍋試験での温度の実測値を示す特性図である。
【図５】鍋試験での温度の計算値を示す特性図である。
【図６】鍋試験での焼結層最高温度の実測値と計算値とを示す特性図である。
【図７】粉コークス粒子近傍のガス濃度の計算事例及びＣＯ／Ｏ2値を示す特性図である。
【図８】ＣＯ／Ｏ2値の計算値と鍋試験でのＮＯxの実測値（ＮＯx転換率）とを示す特性図である。
【図９】粉コークス粒子の粒径がＮＯx生成量に及ぼす影響の評価を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は、本発明を適用したＮＯx生成量の評価手法の概要を説明するための図である。焼結工程の反応を一次元モデルで捉えると、下層には装入された粉コークスを含む原料からなる原料層１０２が、上層には焼結反応の完了した焼結層１０１があり、焼結層１０１の下部の燃焼帯１０３が時間とともに下降するかたちとなる。このときの温度分布は、焼結層１０１の下部に向かって温度が高くなり、燃焼帯１０３の下部で最高温度（焼結層最高温度）となる。
【００１３】
図２は、本実施形態のＮＯx生成量の評価方法を示すフローチャートである。なお、図１にも以下に述べる各ステップの符号を付す。
【００１４】
粉コークス粒子の表面反応２Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯ、Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ、Ｃ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2、ＣａＣＯ3→ＣＯ2＋ＣａＯ、及び、焼結層１０１内のガス反応２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2、２Ｈ2＋Ｏ2→２Ｈ2Ｏからなる燃焼反応を対象に、焼結層１０１内の酸素（Ｏ2）の物質収支、焼結層１０１内の二酸化炭素（ＣＯ2）の物質収支、焼結層１０１内の水（Ｈ2Ｏ）の物質収支、焼結層１０１内の一酸化炭素（ＣＯ）の物質収支、焼結層１０１内の水素（Ｈ2）の物質収支、焼結層１０１内の炭素（Ｃ）の物質収支、焼結層１０１内の石灰石（ＣａＣＯ3）の物質収支、燃焼ガスの熱収支及び焼結層１０１の熱収支を含んで構成される焼結層１０１での燃焼モデルに基づいて、焼結層最高温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する（ステップＳ１）。
【００１５】
次に、ステップＳ１で計算された焼結層最高温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を入力値にして、粉コークス粒子のガス境膜内での燃焼モデルに基づいて、粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する（ステップＳ２）。
【００１６】
そして、ステップＳ２で計算された、燃焼過程にある粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度とＯ2濃度との比率ＣＯ／Ｏ2値を求めてＮＯx生成量を評価する（ステップＳ３）。非特許文献２にあるように、フューエルＮＯxはコークス表面のごく近傍で二つの反応、コークス表面での反応と、ガス境膜内での反応により生成するが、ＣＯ濃度が高くＯ2濃度が低いほど抑制される。
【００１７】
以下、本実施形態のＮＯx生成量の評価方法を詳細に説明する。
まず、ステップＳ１の詳細を説明する。
（焼結層１０１での燃焼モデル）
粉コークス粒子の表面反応は下記の（Ｒ１）、（Ｒ２）、（Ｒ３）、（Ｒ６）で表わされる。
【００１８】
【数１】
【００１９】
焼結層１０１内のガス反応は下式の（Ｒ４）、（Ｒ５）で表わされる。
【数２】
【００２０】
反応Ｒ１〜Ｒ６それぞれの反応速度（１つの粒子が燃焼するときの反応速度）ｗ1〜ｗ6は下式（１．１）〜（１．６）で表わされる。ｒCは粉コークス粒子の半径、ｒlimeは石灰石（ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ）の半径、Ｂ1〜Ｂ6は速度定数（添え字は反応Ｒ１〜Ｒ６に対応）、Ｅ1〜Ｅ6は活性化エネルギ（添え字は反応Ｒ１〜Ｒ６に対応）、Ｒは気体定数、ｔは固体温度（焼結層１０１の温度）、Ｔはガス温度、ＣO2、ＣCO2、ＣH2O、ＣCO、ＣH2はそれぞれのモル濃度、ＣCO2*はＣＯ2の平衡モル濃度である。
【００２１】
【数３】
【００２２】
次に、全体のマスバランスを表わす連続方程式を考えると、下式（２．１）、（２．２）で表わされる。ρgはガス平均密度、ｕgは風速、ｚは高さ方向の位置、ＭCは炭素のモル質量、ＭCO2はＣＯ2のモル質量、ｎCは粉コークス粒子の単位体積あたりの粒子数、ｎlimeは石灰石（ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ）の単位体積あたりの粒子数、Ｕは空塔速度、εは空隙率である。ｎC及びｎlimeは下式（２．１２）、（２．１３）で求められる。下式（２．１２）、（２．１３）において、ｒC_0は粉コークス粒子の初期（燃焼前）半径、ｒlime_0は石灰石の初期半径である。
【００２３】
【数４】
【００２４】
焼結層１０１内のＯ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、ＣＯ、Ｈ2、炭素、石灰石の物質収支は下式（２．３）〜（２．９）で表わされる。θは時間、ρlimeは石灰石の密度、Ｍlimeは石灰石のモル質量である。
【００２５】
【数５】
【００２６】
また、燃焼ガスの熱収支は下式（２．１０）で表わされ、焼結層１０１の熱収支は下式（２．１１）で表わされる。ｈpａは総括熱伝達係数、ΔＨは生成エンタルピー（添え字は反応Ｒ１〜Ｒ６に対応）、ｃgは燃焼排ガスの比熱、ｃsは固体の比熱（焼結層１０１の比熱）である。
【００２７】
【数６】
【００２８】
【数７】
【００２９】
以上のマクロスケール焼結モデルである偏微分方程式群を連立して、焼結層最高温度、燃焼排ガス中のＣＯモル濃度ＣCO及びＯ2モル濃度ＣO2を計算する。
【００３０】
次に、ステップＳ２の詳細を説明する。
（粉コークス粒子のガス境膜内での燃焼モデル）
ＣＯ、Ｏ2、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、Ｈ2それぞれの反応速度ＷCO、ＷO2、ＷH2O、ＷCO2、ＷH2は下式（３．１）〜（３．５）で表わされる。また、ｒsは粉コークス粒子の径方向における中心からガス境膜までの距離であり、下式（３．６）〜（３．８）では、反応速度ｗ1〜ｗ3は粉コークス粒子のガス境膜でのモル濃度と距離ｒsで表わされると仮定している。この下式（３．６）〜（３．８）の固体温度ｔに、ステップＳ１のマクロスケール焼結モデルで計算した焼結層最高温度を用いる。
【００３１】
【数８】
【００３２】
また、１つの粉コークス粒子のマスバランスを表わす下式（４．１）〜（４．５）の常微分方程式群を考える。ＩはＯ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、Ｈ2、ＣＯを表わす。ｕはガスの速度、ｍはガスの発生量（重量速度）、Ｄgはガス拡散係数である。この下式（４．５）のＣI→ＣI∞に、ステップＳ１のマクロスケール焼結モデルで計算した燃焼排ガス中のＣＯモル濃度ＣCO及びＯ2モル濃度ＣO2を用いる。
【００３３】
【数９】
【００３４】
式（４．１）の解は、式（４．３）の条件の下で定数ａI、ｂIを用いて下式（５．１）で表わされ、式（４．５）より下式（５．２）となる。また、式（４．２）より下式（５．３）となる。
【００３５】
【数１０】
【００３６】
Ｉ＝Ｏ2の場合、式（３．２）、式（３．６）、式（５．１）、式（５．３）より下式（６．１）が得られるので、式（５．２）と連立させて解くと、定数ａO2、ｂO2は下式（６．２）、（６．３）として求められる。
【００３７】
【数１１】
【００３８】
また、Ｉ＝ＣＯ2の場合、式（３．４）、式（３．７）、式（５．１）、式（５．３）より下式（７．１）が得られるので、式（５．２）と連立させて解くと、定数ａCO2、ｂCO2は下式（７．２）、（７．３）として求められる。
【００３９】
【数１２】
【００４０】
また、Ｉ＝Ｈ2Ｏの場合、式（３．３）、式（３．８）、式（５．１）、式（５．３）より式（７．１）と同様の式が得られるので、式（５．２）と連立させて解くと、定数ａH2O、ｂH2Oは下式（８．１）、（８．２）として求められる。
【００４１】
【数１３】
【００４２】
また、Ｉ＝Ｈ2の場合、式（３．５）、式（５．３）より４παａH2＝ｗ3が得られるので、式（３．３）、式（５．２）と連立させて解くと、定数ａH2、ｂH2は下式（９．１）、（９．２）として求められる。
【００４３】
【数１４】
【００４４】
また、Ｉ＝ＣＯの場合、式（３．１）、式（５．３）より４παａCO＝ＷCO＝ｗ1＋２ｗ2＋ｗ3が得られるので、式（３．２）、式（３．３）、式（３．４）、式（５．２）を連立させて解くと、定数ａCO、ｂCOは下式（１０．１）、（１０．２）として求められる。
【００４５】
【数１５】
【００４６】
ここで、式（３．２）、式（３．３）、式（３．４）、式（５．３）、式（４．４）より下式（１１．１）となり、α＝ｍ／４πρgより、式（１１．２）となる。したがって、下式（１１．３）、（１１．４）となり、未知数であるｍを含むαを定めることができる。
【００４７】
【数１６】
【００４８】
以上の粉コークス粒子のガス境膜内での燃焼モデルにより、粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度ＣCO及びＯ2濃度ＣO2を計算する。
【００４９】
次に、ステップＳ３でのＮＯx生成量の評価の一例を説明する。
図３〜図６を参照して、本実施形態の燃焼モデルの精度検証を行った結果を示す。図３に示すように高さ６０ｃｍの鍋を用いて焼結工程を再現し、上方から１５ｃｍの位置（Ｔ１）、３０ｃｍの位置（Ｔ２）、４９ｃｍの位置（Ｔ３）での温度を熱電対により測定した。その結果を図４に示す。図４の横軸は時間で、縦軸は温度である。また、上方から１５ｃｍの位置（Ｔ１）、３０ｃｍの位置（Ｔ２）、４９ｃｍの位置（Ｔ３）での温度を本実施形態の燃焼モデルにより計算した。その結果を図５に示す。図５の横軸は温度で、縦軸は温度である。図４、５に示すように、温度の実測値と計算値とは同じ挙動を示しており、本実施形態の燃焼モデルによる温度の再現性が高いことがわかる。
【００５０】
図６には鍋試験での焼結層最高温度の実測値と計算値とを示す。粉コークス粒子の重量％（表１）及び粒度（表２）の条件を変えて鍋試験を行い、実測値と計算値とをプロットした。図６に示すように、粉コークス粒子の重量％及び粒度の条件を変えたときにも、焼結層最高温度の実測値と計算値とが略一致しており、本実施形態の燃焼モデルで鍋試験の温度挙動を精度良く説明可能であることがわかる。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【表２】
【００５３】
図７は鍋試験での本実施形態の燃焼モデルによる粉コークス粒子近傍のガス濃度（ガス境膜内のＣＯ濃度ＣCO及びＯ2濃度ＣO2）の計算事例及びＣＯ／Ｏ2値を示す特性図である。ＣＯ／Ｏ2値は粉コークス粒子表面のＣＯ／Ｏ2値の平均値（０．０５ｃｍ以内の平均）を示す。
【００５４】
図８は粉コークス粒子の重量％（表１）及び粒度（表２）の条件を変えたときのＣＯ／Ｏ2値と鍋試験でのＮＯxの実測値（ＮＯx転換率）とを示す特性図である。図８に示すように、回帰分析を行ったところ、粉コークス粒子の重量％及び粒度の条件を変えたときにも、本実施形態の燃焼モデルにより計算したＣＯ／Ｏ2値によりＮＯxの挙動を説明可能であることがわかる。
【００５５】
図９（ｃ）は粉コークス粒子の粒径と、本実施形態の燃焼モデルにより計算した焼結層最高温度と示す特性図である。図９（ｃ）に示すように、粒径が大きくなるに従って焼結層最高温度が高くなる傾向があることがわかった。また、図９（ｂ）は、粉コークス粒子の粒径と、本実施形態の燃焼モデルにより計算したＣＯ／Ｏ2値と示す特性図である。図９（ｂ）に示すように、粒径が大きくなるに従ってＣＯ／Ｏ2値が大きくなる傾向があることがわかった。
【００５６】
そして、図９（ａ）には、粉コークス粒子の粒径と、本実施形態の燃焼モデルにより計算したＣＯ／Ｏ2値に基づいて得られるＮＯx量と示す特性図である。縦軸は、図８で説明したようにＣＯ／Ｏ2値とＮＯxの実測値との回帰式を求め、その回帰式で予測されるＮＯx量である。図９（ａ）に示すように、粒径が大きくなるに従ってＮＯx量が少なくなる傾向があることがわかった。より詳細には、粒径の小さな微粒域では、粒径が僅かに変化したときにもＮＯx量が急増するおそれがある。一方、粒径の大きな粗粒域では、粒径の変化によるＮＯx量の低減効果が飽和状態となっている。こういった観点より、鍋試験で適正な粒径範囲があることがわかった。
【００５７】
以上述べたように、焼結工程での粉コークスの燃焼反応を、燃焼の原理原則に立脚し、合理的に数学モデルで記述するとともに、非特許文献２のラボ実験結果を数学モデルで再解釈することにより、フューエルＮＯx生成の支配因子を数式上で明確化し、燃焼の観点からＮＯx生成量抑制のための要因を俯瞰的に検討することができる。これにより、脱硝機能を有する排ガス処理装置の負荷軽減効果が期待できる。
【００５８】
なお、本発明を適用したＮＯx生成量の評価装置は、具体的にはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータシステムにより構成することができ、ＣＰＵがプログラムを実行することによって実現される。また、本発明を適用したＮＯx生成量の評価装置は、一つの装置から構成されても、複数の機器から構成されてもよい。
【００５９】
また、本発明の目的は、上述したように燃焼モデルによりＣＯ／Ｏ2値を計算する機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、プログラムコード自体及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０１：焼結層
１０２：原料層
１０３：燃焼帯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼業の焼結工程におけるＮＯx生成量の評価方法、装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼業の焼結工程では、装入した原料層の上部の空気を下向きに吸引して、原料中に混合しているコークスを燃焼させ、ここで発生した熱によって原料鉱石粒子相互の焼結反応及び溶融反応を促進させる。コークスの燃焼過程では、コークス中に含有される窒素が酸素と反応し、フューエルＮＯxとして燃焼排ガス中に放出される。焼結機から排出されるＮＯx値には環境規制値が定められており、脱硝機能を有する排ガス処理装置の負荷軽減の観点から、焼結工程のコークスの燃焼過程で生成されるＮＯx値を、燃焼制御により抑制するニーズは大きい。
【０００３】
鉄鋼業の焼結工程での粉コークスの燃焼反応を記述する数学モデルとして、例えば非特許文献１ではＣ＋Ｏ2→ＣＯ2の燃焼反応を前提としている。
【０００４】
また、ＮＯx生成量の評価については、例えば非特許文献２にあるように、ＮＯx転換率が粉コークス粒子近傍の燃焼排ガスを吸引して求めたＣＯ濃度とＯ2濃度の比ＣＯ／Ｏ2で、整理できるという報告例がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「冶金反応工学」，鞭巌，森山昭，養賢堂（１９７２）
【非特許文献２】「コークスの燃焼におけるＣＯ，ＮＯガス生成要因の検討」，肥田行博，佐々木稔，伊藤薫，鉄と鋼，第６６年（１９８０）号１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に記載されている燃焼反応は、焼結工程において粉コークスが着火する７００℃以上の温度では起きない。このように燃焼の原理原則から外れた仮定で数学モデルを解こうとするため、非合理な補正係数等をモデルに導入せざるを得ず、実機や鍋試験等で計測された実現象を合理的に説明することが不可能であった。
【０００７】
また、非特許文献２ではラボ実験結果の記述に留まっており、操業因子を変更した際のＮＯx生成量を予測するには、その都度、実験を行う必要があり、断片的であり、定量性と予測性の観点で限界がある。
【０００８】
本発明は、上述のような点に鑑みてなされたものであり、フューエルＮＯx生成の支配因子を数式上で明確化し、燃焼の観点からＮＯx生成量抑制のための要因を俯瞰的に検討できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の鉄鋼業の焼結工程におけるＮＯx生成量の評価方法は、粉コークス粒子の表面反応として２Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯ、Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ、ＣａＣＯ3→ＣＯ2＋ＣａＯ、及び、焼結層内のガス反応として２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2を含むようにした燃焼反応を対象に、少なくとも、焼結層内の酸素（Ｏ2）の物質収支、焼結層内の二酸化炭素（ＣＯ2）の物質収支、焼結層内の一酸化炭素（ＣＯ）の物質収支、焼結層内の炭素（Ｃ）の物質収支、焼結層内の石灰石（ＣａＣＯ3）の物質収支、燃焼ガスの熱収支及び焼結層の熱収支を含んで構成される焼結層での燃焼モデルに基づいて、焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第１の計算ステップと、前記第１の計算ステップで計算された焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を入力値にして、粉コークス粒子のガス境膜内での燃焼モデルに基づいて、コークス粒子のガス境膜内ＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第２の計算ステップと、前記第２の計算ステップで計算された、燃焼過程にある粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度とＯ2濃度との比率ＣＯ／Ｏ2値を求めてＮＯx生成量を評価する評価ステップとを有することを特徴とする。
本発明の鉄鋼業の焼結工程におけるＮＯx生成量の評価装置は、粉コークス粒子の表面反応として２Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯ、Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ、ＣａＣＯ3→ＣＯ2＋ＣａＯ、及び、焼結層内のガス反応として２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2を含むようにした燃焼反応を対象に、少なくとも、焼結層内の酸素（Ｏ2）の物質収支、焼結層内の二酸化炭素（ＣＯ2）の物質収支、焼結層内の一酸化炭素（ＣＯ）の物質収支、焼結層内の炭素（Ｃ）の物質収支、焼結層内の石灰石（ＣａＣＯ3）の物質収支、燃焼ガスの熱収支及び焼結層の熱収支を含んで構成される焼結層での燃焼モデルに基づいて、焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第１の計算手段と、前記第１の計算手段で計算された焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を入力値にして、粉コークス粒子のガス境膜内での燃焼モデルに基づいて、コークス粒子のガス境膜内ＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第２の計算手段と、前記第２の計算手段で計算された、燃焼過程にある粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度とＯ2濃度との比率ＣＯ／Ｏ2値を求める評価手段とを備えたことを特徴とする。
本発明のプログラムは、鉄鋼業の焼結工程におけるＮＯx生成量を評価するためのプログラムであって、粉コークス粒子の表面反応として２Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯ、Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ、ＣａＣＯ3→ＣＯ2＋ＣａＯ、及び、焼結層内のガス反応として２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2を含むようにした燃焼反応を対象に、少なくとも、焼結層内の酸素（Ｏ2）の物質収支、焼結層内の二酸化炭素（ＣＯ2）の物質収支、焼結層内の一酸化炭素（ＣＯ）の物質収支、焼結層内の炭素（Ｃ）の物質収支、焼結層内の石灰石（ＣａＣＯ3）の物質収支、燃焼ガスの熱収支及び焼結層の熱収支を含んで構成される焼結層での燃焼モデルに基づいて、焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第１の計算手段と、前記第１の計算手段で計算された焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を入力値にして、粉コークス粒子のガス境膜内での燃焼モデルに基づいて、コークス粒子のガス境膜内ＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第２の計算手段と、前記第２の計算手段で計算された、燃焼過程にある粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度とＯ2濃度との比率ＣＯ／Ｏ2値を求める評価手段としてコンピュータを機能させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、焼結工程での粉コークスの燃焼反応を、燃焼の原理原則に立脚し、合理的に数学モデルで記述するとともに、非特許文献２のラボ実験結果を数学モデルで再解釈することにより、フューエルＮＯx生成の支配因子を数式上で明確化し、燃焼の観点からＮＯx生成量抑制のための要因を俯瞰的に検討することができる。これにより、脱硝機能を有する排ガス処理装置の負荷軽減効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用したＮＯx生成量の評価手法の概要を説明するための図である。
【図２】本実施形態のＮＯx生成量の評価方法を示すフローチャートである。
【図３】鍋試験の概要を説明するための図である。
【図４】鍋試験での温度の実測値を示す特性図である。
【図５】鍋試験での温度の計算値を示す特性図である。
【図６】鍋試験での焼結層最高温度の実測値と計算値とを示す特性図である。
【図７】粉コークス粒子近傍のガス濃度の計算事例及びＣＯ／Ｏ2値を示す特性図である。
【図８】ＣＯ／Ｏ2値の計算値と鍋試験でのＮＯxの実測値（ＮＯx転換率）とを示す特性図である。
【図９】粉コークス粒子の粒径がＮＯx生成量に及ぼす影響の評価を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は、本発明を適用したＮＯx生成量の評価手法の概要を説明するための図である。焼結工程の反応を一次元モデルで捉えると、下層には装入された粉コークスを含む原料からなる原料層１０２が、上層には焼結反応の完了した焼結層１０１があり、焼結層１０１の下部の燃焼帯１０３が時間とともに下降するかたちとなる。このときの温度分布は、焼結層１０１の下部に向かって温度が高くなり、燃焼帯１０３の下部で最高温度（焼結層最高温度）となる。
【００１３】
図２は、本実施形態のＮＯx生成量の評価方法を示すフローチャートである。なお、図１にも以下に述べる各ステップの符号を付す。
【００１４】
粉コークス粒子の表面反応２Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯ、Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ、Ｃ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2、ＣａＣＯ3→ＣＯ2＋ＣａＯ、及び、焼結層１０１内のガス反応２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2、２Ｈ2＋Ｏ2→２Ｈ2Ｏからなる燃焼反応を対象に、焼結層１０１内の酸素（Ｏ2）の物質収支、焼結層１０１内の二酸化炭素（ＣＯ2）の物質収支、焼結層１０１内の水（Ｈ2Ｏ）の物質収支、焼結層１０１内の一酸化炭素（ＣＯ）の物質収支、焼結層１０１内の水素（Ｈ2）の物質収支、焼結層１０１内の炭素（Ｃ）の物質収支、焼結層１０１内の石灰石（ＣａＣＯ3）の物質収支、燃焼ガスの熱収支及び焼結層１０１の熱収支を含んで構成される焼結層１０１での燃焼モデルに基づいて、焼結層最高温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する（ステップＳ１）。
【００１５】
次に、ステップＳ１で計算された焼結層最高温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を入力値にして、粉コークス粒子のガス境膜内での燃焼モデルに基づいて、粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する（ステップＳ２）。
【００１６】
そして、ステップＳ２で計算された、燃焼過程にある粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度とＯ2濃度との比率ＣＯ／Ｏ2値を求めてＮＯx生成量を評価する（ステップＳ３）。非特許文献２にあるように、フューエルＮＯxはコークス表面のごく近傍で二つの反応、コークス表面での反応と、ガス境膜内での反応により生成するが、ＣＯ濃度が高くＯ2濃度が低いほど抑制される。
【００１７】
以下、本実施形態のＮＯx生成量の評価方法を詳細に説明する。
まず、ステップＳ１の詳細を説明する。
（焼結層１０１での燃焼モデル）
粉コークス粒子の表面反応は下記の（Ｒ１）、（Ｒ２）、（Ｒ３）、（Ｒ６）で表わされる。
【００１８】
【数１】
【００１９】
焼結層１０１内のガス反応は下式の（Ｒ４）、（Ｒ５）で表わされる。
【数２】
【００２０】
反応Ｒ１〜Ｒ６それぞれの反応速度（１つの粒子が燃焼するときの反応速度）ｗ1〜ｗ6は下式（１．１）〜（１．６）で表わされる。ｒCは粉コークス粒子の半径、ｒlimeは石灰石（ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ）の半径、Ｂ1〜Ｂ6は速度定数（添え字は反応Ｒ１〜Ｒ６に対応）、Ｅ1〜Ｅ6は活性化エネルギ（添え字は反応Ｒ１〜Ｒ６に対応）、Ｒは気体定数、ｔは固体温度（焼結層１０１の温度）、Ｔはガス温度、ＣO2、ＣCO2、ＣH2O、ＣCO、ＣH2はそれぞれのモル濃度、ＣCO2*はＣＯ2の平衡モル濃度である。
【００２１】
【数３】
【００２２】
次に、全体のマスバランスを表わす連続方程式を考えると、下式（２．１）、（２．２）で表わされる。ρgはガス平均密度、ｕgは風速、ｚは高さ方向の位置、ＭCは炭素のモル質量、ＭCO2はＣＯ2のモル質量、ｎCは粉コークス粒子の単位体積あたりの粒子数、ｎlimeは石灰石（ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ）の単位体積あたりの粒子数、Ｕは空塔速度、εは空隙率である。ｎC及びｎlimeは下式（２．１２）、（２．１３）で求められる。下式（２．１２）、（２．１３）において、ｒC_0は粉コークス粒子の初期（燃焼前）半径、ｒlime_0は石灰石の初期半径である。
【００２３】
【数４】
【００２４】
焼結層１０１内のＯ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、ＣＯ、Ｈ2、炭素、石灰石の物質収支は下式（２．３）〜（２．９）で表わされる。θは時間、ρlimeは石灰石の密度、Ｍlimeは石灰石のモル質量である。
【００２５】
【数５】
【００２６】
また、燃焼ガスの熱収支は下式（２．１０）で表わされ、焼結層１０１の熱収支は下式（２．１１）で表わされる。ｈpａは総括熱伝達係数、ΔＨは生成エンタルピー（添え字は反応Ｒ１〜Ｒ６に対応）、ｃgは燃焼排ガスの比熱、ｃsは固体の比熱（焼結層１０１の比熱）である。
【００２７】
【数６】
【００２８】
【数７】
【００２９】
以上のマクロスケール焼結モデルである偏微分方程式群を連立して、焼結層最高温度、燃焼排ガス中のＣＯモル濃度ＣCO及びＯ2モル濃度ＣO2を計算する。
【００３０】
次に、ステップＳ２の詳細を説明する。
（粉コークス粒子のガス境膜内での燃焼モデル）
ＣＯ、Ｏ2、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、Ｈ2それぞれの反応速度ＷCO、ＷO2、ＷH2O、ＷCO2、ＷH2は下式（３．１）〜（３．５）で表わされる。また、ｒsは粉コークス粒子の径方向における中心からガス境膜までの距離であり、下式（３．６）〜（３．８）では、反応速度ｗ1〜ｗ3は粉コークス粒子のガス境膜でのモル濃度と距離ｒsで表わされると仮定している。この下式（３．６）〜（３．８）の固体温度ｔに、ステップＳ１のマクロスケール焼結モデルで計算した焼結層最高温度を用いる。
【００３１】
【数８】
【００３２】
また、１つの粉コークス粒子のマスバランスを表わす下式（４．１）〜（４．５）の常微分方程式群を考える。ＩはＯ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、Ｈ2、ＣＯを表わす。ｕはガスの速度、ｍはガスの発生量（重量速度）、Ｄgはガス拡散係数である。この下式（４．５）のＣI→ＣI∞に、ステップＳ１のマクロスケール焼結モデルで計算した燃焼排ガス中のＣＯモル濃度ＣCO及びＯ2モル濃度ＣO2を用いる。
【００３３】
【数９】
【００３４】
式（４．１）の解は、式（４．３）の条件の下で定数ａI、ｂIを用いて下式（５．１）で表わされ、式（４．５）より下式（５．２）となる。また、式（４．２）より下式（５．３）となる。
【００３５】
【数１０】
【００３６】
Ｉ＝Ｏ2の場合、式（３．２）、式（３．６）、式（５．１）、式（５．３）より下式（６．１）が得られるので、式（５．２）と連立させて解くと、定数ａO2、ｂO2は下式（６．２）、（６．３）として求められる。
【００３７】
【数１１】
【００３８】
また、Ｉ＝ＣＯ2の場合、式（３．４）、式（３．７）、式（５．１）、式（５．３）より下式（７．１）が得られるので、式（５．２）と連立させて解くと、定数ａCO2、ｂCO2は下式（７．２）、（７．３）として求められる。
【００３９】
【数１２】
【００４０】
また、Ｉ＝Ｈ2Ｏの場合、式（３．３）、式（３．８）、式（５．１）、式（５．３）より式（７．１）と同様の式が得られるので、式（５．２）と連立させて解くと、定数ａH2O、ｂH2Oは下式（８．１）、（８．２）として求められる。
【００４１】
【数１３】
【００４２】
また、Ｉ＝Ｈ2の場合、式（３．５）、式（５．３）より４παａH2＝ｗ3が得られるので、式（３．３）、式（５．２）と連立させて解くと、定数ａH2、ｂH2は下式（９．１）、（９．２）として求められる。
【００４３】
【数１４】
【００４４】
また、Ｉ＝ＣＯの場合、式（３．１）、式（５．３）より４παａCO＝ＷCO＝ｗ1＋２ｗ2＋ｗ3が得られるので、式（３．２）、式（３．３）、式（３．４）、式（５．２）を連立させて解くと、定数ａCO、ｂCOは下式（１０．１）、（１０．２）として求められる。
【００４５】
【数１５】
【００４６】
ここで、式（３．２）、式（３．３）、式（３．４）、式（５．３）、式（４．４）より下式（１１．１）となり、α＝ｍ／４πρgより、式（１１．２）となる。したがって、下式（１１．３）、（１１．４）となり、未知数であるｍを含むαを定めることができる。
【００４７】
【数１６】
【００４８】
以上の粉コークス粒子のガス境膜内での燃焼モデルにより、粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度ＣCO及びＯ2濃度ＣO2を計算する。
【００４９】
次に、ステップＳ３でのＮＯx生成量の評価の一例を説明する。
図３〜図６を参照して、本実施形態の燃焼モデルの精度検証を行った結果を示す。図３に示すように高さ６０ｃｍの鍋を用いて焼結工程を再現し、上方から１５ｃｍの位置（Ｔ１）、３０ｃｍの位置（Ｔ２）、４９ｃｍの位置（Ｔ３）での温度を熱電対により測定した。その結果を図４に示す。図４の横軸は時間で、縦軸は温度である。また、上方から１５ｃｍの位置（Ｔ１）、３０ｃｍの位置（Ｔ２）、４９ｃｍの位置（Ｔ３）での温度を本実施形態の燃焼モデルにより計算した。その結果を図５に示す。図５の横軸は温度で、縦軸は温度である。図４、５に示すように、温度の実測値と計算値とは同じ挙動を示しており、本実施形態の燃焼モデルによる温度の再現性が高いことがわかる。
【００５０】
図６には鍋試験での焼結層最高温度の実測値と計算値とを示す。粉コークス粒子の重量％（表１）及び粒度（表２）の条件を変えて鍋試験を行い、実測値と計算値とをプロットした。図６に示すように、粉コークス粒子の重量％及び粒度の条件を変えたときにも、焼結層最高温度の実測値と計算値とが略一致しており、本実施形態の燃焼モデルで鍋試験の温度挙動を精度良く説明可能であることがわかる。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【表２】
【００５３】
図７は鍋試験での本実施形態の燃焼モデルによる粉コークス粒子近傍のガス濃度（ガス境膜内のＣＯ濃度ＣCO及びＯ2濃度ＣO2）の計算事例及びＣＯ／Ｏ2値を示す特性図である。ＣＯ／Ｏ2値は粉コークス粒子表面のＣＯ／Ｏ2値の平均値（０．０５ｃｍ以内の平均）を示す。
【００５４】
図８は粉コークス粒子の重量％（表１）及び粒度（表２）の条件を変えたときのＣＯ／Ｏ2値と鍋試験でのＮＯxの実測値（ＮＯx転換率）とを示す特性図である。図８に示すように、回帰分析を行ったところ、粉コークス粒子の重量％及び粒度の条件を変えたときにも、本実施形態の燃焼モデルにより計算したＣＯ／Ｏ2値によりＮＯxの挙動を説明可能であることがわかる。
【００５５】
図９（ｃ）は粉コークス粒子の粒径と、本実施形態の燃焼モデルにより計算した焼結層最高温度と示す特性図である。図９（ｃ）に示すように、粒径が大きくなるに従って焼結層最高温度が高くなる傾向があることがわかった。また、図９（ｂ）は、粉コークス粒子の粒径と、本実施形態の燃焼モデルにより計算したＣＯ／Ｏ2値と示す特性図である。図９（ｂ）に示すように、粒径が大きくなるに従ってＣＯ／Ｏ2値が大きくなる傾向があることがわかった。
【００５６】
そして、図９（ａ）には、粉コークス粒子の粒径と、本実施形態の燃焼モデルにより計算したＣＯ／Ｏ2値に基づいて得られるＮＯx量と示す特性図である。縦軸は、図８で説明したようにＣＯ／Ｏ2値とＮＯxの実測値との回帰式を求め、その回帰式で予測されるＮＯx量である。図９（ａ）に示すように、粒径が大きくなるに従ってＮＯx量が少なくなる傾向があることがわかった。より詳細には、粒径の小さな微粒域では、粒径が僅かに変化したときにもＮＯx量が急増するおそれがある。一方、粒径の大きな粗粒域では、粒径の変化によるＮＯx量の低減効果が飽和状態となっている。こういった観点より、鍋試験で適正な粒径範囲があることがわかった。
【００５７】
以上述べたように、焼結工程での粉コークスの燃焼反応を、燃焼の原理原則に立脚し、合理的に数学モデルで記述するとともに、非特許文献２のラボ実験結果を数学モデルで再解釈することにより、フューエルＮＯx生成の支配因子を数式上で明確化し、燃焼の観点からＮＯx生成量抑制のための要因を俯瞰的に検討することができる。これにより、脱硝機能を有する排ガス処理装置の負荷軽減効果が期待できる。
【００５８】
なお、本発明を適用したＮＯx生成量の評価装置は、具体的にはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータシステムにより構成することができ、ＣＰＵがプログラムを実行することによって実現される。また、本発明を適用したＮＯx生成量の評価装置は、一つの装置から構成されても、複数の機器から構成されてもよい。
【００５９】
また、本発明の目的は、上述したように燃焼モデルによりＣＯ／Ｏ2値を計算する機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、プログラムコード自体及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０１：焼結層
１０２：原料層
１０３：燃焼帯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉コークス粒子の表面反応として２Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯ、Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ、ＣａＣＯ3→ＣＯ2＋ＣａＯ、及び、焼結層内のガス反応として２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2を含むようにした燃焼反応を対象に、少なくとも、焼結層内の酸素（Ｏ2）の物質収支、焼結層内の二酸化炭素（ＣＯ2）の物質収支、焼結層内の一酸化炭素（ＣＯ）の物質収支、焼結層内の炭素（Ｃ）の物質収支、焼結層内の石灰石（ＣａＣＯ3）の物質収支、燃焼ガスの熱収支及び焼結層の熱収支を含んで構成される焼結層での燃焼モデルに基づいて、焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第１の計算ステップと、
前記第１の計算ステップで計算された焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を入力値にして、粉コークス粒子のガス境膜内での燃焼モデルに基づいて、コークス粒子のガス境膜内ＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第２の計算ステップと、
前記第２の計算ステップで計算された、燃焼過程にある粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度とＯ2濃度との比率ＣＯ／Ｏ2値を求めてＮＯx生成量を評価する評価ステップとを有することを特徴とする鉄鋼業の焼結工程におけるＮＯx生成量の評価方法。
【請求項２】
粉コークス粒子の表面反応として２Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯ、Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ、ＣａＣＯ3→ＣＯ2＋ＣａＯ、及び、焼結層内のガス反応として２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2を含むようにした燃焼反応を対象に、少なくとも、焼結層内の酸素（Ｏ2）の物質収支、焼結層内の二酸化炭素（ＣＯ2）の物質収支、焼結層内の一酸化炭素（ＣＯ）の物質収支、焼結層内の炭素（Ｃ）の物質収支、焼結層内の石灰石（ＣａＣＯ3）の物質収支、燃焼ガスの熱収支及び焼結層の熱収支を含んで構成される焼結層での燃焼モデルに基づいて、焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第１の計算手段と、
前記第１の計算手段で計算された焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を入力値にして、粉コークス粒子のガス境膜内での燃焼モデルに基づいて、コークス粒子のガス境膜内ＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第２の計算手段と、
前記第２の計算手段で計算された、燃焼過程にある粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度とＯ2濃度との比率ＣＯ／Ｏ2値を求める評価手段とを備えたことを特徴とする鉄鋼業の焼結工程におけるＮＯx生成量の評価装置。
【請求項３】
鉄鋼業の焼結工程におけるＮＯx生成量を評価するためのプログラムであって、
粉コークス粒子の表面反応として２Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯ、Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ、ＣａＣＯ3→ＣＯ2＋ＣａＯ、及び、焼結層内のガス反応として２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2を含むようにした燃焼反応を対象に、少なくとも、焼結層内の酸素（Ｏ2）の物質収支、焼結層内の二酸化炭素（ＣＯ2）の物質収支、焼結層内の一酸化炭素（ＣＯ）の物質収支、焼結層内の炭素（Ｃ）の物質収支、焼結層内の石灰石（ＣａＣＯ3）の物質収支、燃焼ガスの熱収支及び焼結層の熱収支を含んで構成される焼結層での燃焼モデルに基づいて、焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第１の計算手段と、
前記第１の計算手段で計算された焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を入力値にして、粉コークス粒子のガス境膜内での燃焼モデルに基づいて、コークス粒子のガス境膜内ＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第２の計算手段と、
前記第２の計算手段で計算された、燃焼過程にある粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度とＯ2濃度との比率ＣＯ／Ｏ2値を求める評価手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【請求項１】
粉コークス粒子の表面反応として２Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯ、Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ、ＣａＣＯ3→ＣＯ2＋ＣａＯ、及び、焼結層内のガス反応として２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2を含むようにした燃焼反応を対象に、少なくとも、焼結層内の酸素（Ｏ2）の物質収支、焼結層内の二酸化炭素（ＣＯ2）の物質収支、焼結層内の一酸化炭素（ＣＯ）の物質収支、焼結層内の炭素（Ｃ）の物質収支、焼結層内の石灰石（ＣａＣＯ3）の物質収支、燃焼ガスの熱収支及び焼結層の熱収支を含んで構成される焼結層での燃焼モデルに基づいて、焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第１の計算ステップと、
前記第１の計算ステップで計算された焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を入力値にして、粉コークス粒子のガス境膜内での燃焼モデルに基づいて、コークス粒子のガス境膜内ＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第２の計算ステップと、
前記第２の計算ステップで計算された、燃焼過程にある粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度とＯ2濃度との比率ＣＯ／Ｏ2値を求めてＮＯx生成量を評価する評価ステップとを有することを特徴とする鉄鋼業の焼結工程におけるＮＯx生成量の評価方法。
【請求項２】
粉コークス粒子の表面反応として２Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯ、Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ、ＣａＣＯ3→ＣＯ2＋ＣａＯ、及び、焼結層内のガス反応として２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2を含むようにした燃焼反応を対象に、少なくとも、焼結層内の酸素（Ｏ2）の物質収支、焼結層内の二酸化炭素（ＣＯ2）の物質収支、焼結層内の一酸化炭素（ＣＯ）の物質収支、焼結層内の炭素（Ｃ）の物質収支、焼結層内の石灰石（ＣａＣＯ3）の物質収支、燃焼ガスの熱収支及び焼結層の熱収支を含んで構成される焼結層での燃焼モデルに基づいて、焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第１の計算手段と、
前記第１の計算手段で計算された焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を入力値にして、粉コークス粒子のガス境膜内での燃焼モデルに基づいて、コークス粒子のガス境膜内ＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第２の計算手段と、
前記第２の計算手段で計算された、燃焼過程にある粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度とＯ2濃度との比率ＣＯ／Ｏ2値を求める評価手段とを備えたことを特徴とする鉄鋼業の焼結工程におけるＮＯx生成量の評価装置。
【請求項３】
鉄鋼業の焼結工程におけるＮＯx生成量を評価するためのプログラムであって、
粉コークス粒子の表面反応として２Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯ、Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ、ＣａＣＯ3→ＣＯ2＋ＣａＯ、及び、焼結層内のガス反応として２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2を含むようにした燃焼反応を対象に、少なくとも、焼結層内の酸素（Ｏ2）の物質収支、焼結層内の二酸化炭素（ＣＯ2）の物質収支、焼結層内の一酸化炭素（ＣＯ）の物質収支、焼結層内の炭素（Ｃ）の物質収支、焼結層内の石灰石（ＣａＣＯ3）の物質収支、燃焼ガスの熱収支及び焼結層の熱収支を含んで構成される焼結層での燃焼モデルに基づいて、焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第１の計算手段と、
前記第１の計算手段で計算された焼結層温度、燃焼排ガス中のＣＯ濃度及びＯ2濃度を入力値にして、粉コークス粒子のガス境膜内での燃焼モデルに基づいて、コークス粒子のガス境膜内ＣＯ濃度及びＯ2濃度を計算する第２の計算手段と、
前記第２の計算手段で計算された、燃焼過程にある粉コークス粒子のガス境膜内のＣＯ濃度とＯ2濃度との比率ＣＯ／Ｏ2値を求める評価手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２５６４０５（Ｐ２０１１−２５６４０５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２９０７５（Ｐ２０１０−１２９０７５）
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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