JP2013044018A - Method for evaluating solid fuel - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an evaluation method, regarding generated NOx in a sintered ore production process for a blast furnace feed, in which the frequency of combustion experiments causing a high cost and a high load can be reduced, and the simplification in the evaluation of the quantity of the generated NOx in a fuel is achieved.SOLUTION: Regarding generated NOx in an iron ore sintered ore production process utilizing the combustion heat of a high heat generation solid fuel essentially consisting of surface combustion, nitrogen in the fuel is subjected to chemical structure analysis, the ratio of a plurality of nitrogen chemical structure seeds contained therein is determined, and the ratio is compared with the quantity of the generated NOx on the combustion, thus the relation between each nitrogen chemical structure seed ratio and quantity of the generated NOx is estimated, and whether the quantity of the generated NOx is large or not can be estimated by the nitrogen chemical structure analysis in coal.

Description

本発明は、高炉原料用焼結鉱の製造過程において発生する窒素酸化物の発生量を固体燃料中の窒素化学構造から推定することにより、より簡便に固体燃料を評価する方法に関する発明である。   The present invention relates to a method for evaluating a solid fuel more simply by estimating the amount of nitrogen oxide generated in the production process of a blast furnace raw material sintered ore from the nitrogen chemical structure in the solid fuel.

高炉を有する一貫製鉄所では、安価良質の銑鉄を安定的に生産することが最重要項目である。銑鉄を生産する高炉の主原料は鉄鉱石である。鉄鉱石は、一般的に粒径により塊鉱(>5mm)と粉鉱(≦5mm)とに分類される。通常、粉鉱は塊鉱に比べより安価である。しかしながら、粉鉱を高炉に直接投入した場合、炉内を密に充填してしまう。その結果、高炉操業において必須の、下方からの熱風の送風が阻害され、連続的な還元反応が滞るため、安定した銑鉄の生産を困難にする。   In an integrated steelworks with a blast furnace, the most important item is the stable production of cheap and high-quality pig iron. The main raw material of the blast furnace producing pig iron is iron ore. Iron ore is generally classified into massive ore (> 5 mm) and fine ore (≦ 5 mm) according to particle size. Usually, fine ore is cheaper than lump ore. However, when the powder ore is directly charged into the blast furnace, the furnace is densely filled. As a result, the blowing of hot air from below, which is essential in blast furnace operation, is obstructed and the continuous reduction reaction is delayed, making it difficult to produce stable pig iron.

そこで、粉鉱を、1200℃から1400℃程度の熱で焼き固めて、予め一定サイズ以上の粒径を持った焼結鉱を製造する、原料前処理方法が一般的に行われている(以下、この方法で焼結鉱を製造することを必要に応じて「焼結鉱製造」と称する)。
一般的に、主原料の鉄鉱石に、副原料の石灰・珪砂等と、熱源となる燃料とを、一定の比率で混合し、これらの混合物にバインダーとなる水等を加えて、回転ドラム等で造粒したものを焼結原料とする。焼結原料は、焼結機上に敷き詰められた後、バーナー等で上方の焼結原料に内装された燃料に着火する。燃料の燃焼熱は、その下方からの空気吸引によって伝熱し、順次燃料に着火する。これにより、焼結原料内で熱伝播が起き、焼結原料全体が焼結される。このような、焼結原料に内装された燃料の燃焼熱と、焼結原料の下方からの空気の吸引とによる、内熱下方吸引式による焼結鉱の製造が、高炉用焼結鉱の製造では一般的である。
Therefore, a raw material pretreatment method is generally performed in which the powdered ore is baked and hardened with heat of about 1200 ° C. to 1400 ° C., and sintered ore having a particle size of a certain size or more is produced in advance (hereinafter referred to as “raw material pretreatment method”) The production of sintered ore by this method is referred to as “sintered ore production” as necessary).
In general, iron ore as the main raw material, lime / silica sand as a secondary raw material, and fuel as a heat source are mixed at a fixed ratio, and water or the like as a binder is added to these mixtures, and a rotating drum or the like. The granulated material is used as a sintering raw material. The sintered raw material is laid on a sintering machine, and then the fuel contained in the upper sintered raw material is ignited by a burner or the like. The combustion heat of the fuel is transferred by air suction from below, and sequentially ignites the fuel. Thereby, heat propagation occurs in the sintered raw material, and the entire sintered raw material is sintered. The manufacture of sintered ore by the internal heat downward suction method by the combustion heat of the fuel embedded in the sintered raw material and the suction of air from below the sintered raw material is the manufacture of the sintered ore for blast furnace So it is common.

焼結鉱に求められる性能のうち最も重要なことは、高炉への運搬・投入落下時に粉化しない強度を焼結鉱が有していることである。焼結鉱の強度を増すためには、より高温での焼結鉱製造が有効であることが一般に知られている(非特許文献1を参照)。そのため、焼結鉱製造に用いられる燃料は通常、より発熱量が高い固体燃料である。このような固体燃料のなかでも、揮発分の少ない石炭乾留物や無煙炭が、焼結鉱製造に用いられる燃料として選ばれる(以下の説明では、この石炭乾留物を必要に応じて「コークス」と称する)。   The most important performance required for sintered ore is that the sintered ore has strength that does not pulverize when it is transported to the blast furnace and dropped. In order to increase the strength of the sinter, it is generally known that sinter production at a higher temperature is effective (see Non-Patent Document 1). Therefore, the fuel used for sinter production is usually a solid fuel with a higher calorific value. Among these solid fuels, coal volatiles and anthracite with a low volatile content are selected as fuels used for the production of sintered ore (in the following explanation, this coal pulverized matter is referred to as “coke” as necessary. Called).

より一般的な固体燃料である石炭は、揮発分を一定量有し、その燃焼は、着火熱による熱分解で発生した可燃性ガスが燃焼する分解燃焼となる。これに対し、コークスや無煙炭は、そこに含有する揮発成分が極端に少なく、その燃焼は、表面燃焼という現象に分類される。この表面燃焼は、熱分解に発熱量を取られないことから、総じて高発熱量が得られる。しかしながら、表面燃焼を起こす燃料は、着火に高温が必要であることや、連続燃焼、完全燃焼が困難であるなど、石炭に比べ、工業的な用途は限られている。   Coal, which is a more general solid fuel, has a certain amount of volatile components, and its combustion is cracked combustion in which combustible gas generated by thermal decomposition by ignition heat burns. On the other hand, coke and anthracite have extremely few volatile components, and the combustion is classified as a phenomenon of surface combustion. Since this surface combustion cannot obtain a calorific value by thermal decomposition, a high calorific value is generally obtained. However, the fuel that causes surface combustion has limited industrial applications compared to coal, such as high temperature required for ignition and difficulty in continuous combustion and complete combustion.

一方、焼結鉱製造時に発生する窒素酸化物(以下の説明では、窒素酸化物を必要に応じて「NOx」と称する)の量は、一貫製鉄所における全発生NOx量の半分を占める(非特許文献2を参照)。NOxは各種法律、条例により排出量の規制が定められており、環境負荷の低減のためにも、NOxの発生量をより減らすことが求められている。
燃焼時のNOxの発生には二種類の起源がある(非特許文献3を参照)。第一に、1500℃を超えるような、より高温の燃焼プロセスで、大気中の窒素を基に発生するNOxがある(以下の説明では、このNOxを必要に応じて「Thermal NOx」と称する)。第二に、1400℃以下の燃焼時に発生するNOxの大半を占める、燃料中の窒素を起源とするNOxがある(以下のNOxを必要に応じて「Fuel NOx」と称する)。より短時間に高濃度で発生する高温プロセス設備のThermal NOxを抑制するための対策として、脱硝設備が設置されてきたが、低温プロセスの設備では、脱硝設備が未設置の装置も多い(非特許文献4を参照)。また、相対的に問題となりやすい高温プロセスにおけるThermal NOxについては、燃焼解析や、それに伴う低NOxバーナーの開発(非特許文献5を参照)等を通じて、発生量そのものを低減するための、積極的な対策が採られてきたが、Fuel NOxについては、より低窒素含有の燃料を使う以外の手法は無かった(特許文献1を参照)。
On the other hand, the amount of nitrogen oxides generated during the production of sintered ore (in the following explanation, nitrogen oxides are referred to as “NOx” as necessary) accounts for half of the total amount of NOx generated in the integrated steelworks (non- (See Patent Document 2). NOx is regulated by various laws and regulations, and it is required to further reduce the amount of NOx generated in order to reduce the environmental load.
There are two types of NOx generation during combustion (see Non-Patent Document 3). First, there is NOx generated on the basis of nitrogen in the atmosphere in a higher-temperature combustion process exceeding 1500 ° C. (in the following description, this NOx is referred to as “Thermal NOx” as necessary). . Secondly, there is NOx originating from nitrogen in fuel, which accounts for most of NOx generated during combustion at 1400 ° C. or lower (hereinafter referred to as “Fuel NOx” as necessary). Denitration equipment has been installed as a measure to control Thermal NOx in high-temperature process equipment that is generated at a high concentration in a shorter time, but many equipment without denitration equipment is installed in low-temperature process equipment (non-patented) (Ref. 4). For thermal NOx in a high temperature process that is relatively problematic, it is proactive to reduce the amount of generation itself through combustion analysis and the development of a low NOx burner associated therewith (see Non-Patent Document 5). Although measures have been taken, there has been no method for Fuel NOx other than using a fuel containing lower nitrogen (see Patent Document 1).

製鉄業において問題となる焼結鉱製造プロセスには、高発熱量の固体燃料が用いられているものの、発生熱は焼結原料の加熱に大半が利用される。このため、全体のプロセスとしては1200℃〜1400℃の燃焼プロセスと同じ燃焼プロセスでも低温プロセスであり、Fuel NOxがNOxの発生起因とされている(非特許文献6を参照)。   In the sintered ore manufacturing process, which is a problem in the steel industry, solid fuel with a high calorific value is used, but most of the generated heat is used for heating the sintering raw material. For this reason, as a whole process, the combustion process same as the combustion process at 1200 ° C. to 1400 ° C. is also a low-temperature process, and Fuel NOx is attributed to generation of NOx (see Non-Patent Document 6).

ところで、近年、石炭中の窒素の化学構造と、高速乾留時の発生ガス種とNOxとの関係に注目した研究が行われており(非特許文献7を参照)、発生NOx量の推定が行われている。しかし、Fuel NOxの起源となる窒素の中でも、分解燃焼を想定した、揮発しやすい窒素化学種であるNH3やHCN(VM N)の発生と、それらのNOxまたはN2への経路を予測するに留まっており、揮発しにくく表面燃焼を想定したチャー窒素(Char N)と呼ばれる窒素の燃焼については、固体燃料から発生するNOxの量の推定はなされていない。 Recently, research has been conducted focusing on the chemical structure of nitrogen in coal and the relationship between the generated gas species and NOx during high-speed carbonization (see Non-Patent Document 7), and the amount of generated NOx has been estimated. It has been broken. However, the generation of NH 3 and HCN (VM N), which are volatile nitrogen species, assuming cracking and combustion among the nitrogen that is the origin of Fuel NOx, and their route to NOx or N 2 are predicted. As for the combustion of nitrogen called char nitrogen (Char N) which is less likely to volatilize and assumes surface combustion, the amount of NOx generated from solid fuel has not been estimated.

焼結鉱製造過程では、表面燃焼が中心である。よって、燃焼時のNOx化の現象を明らかにするためには、チャー窒素との相関を決定、評価する手法が必要であった。また、窒素の化学構造とNOxとの関係に関する取り組みは、燃焼実験を伴っておらず、VM N、Char Nを問わず、固体燃料から実際に発生するNOxの量との相関は必ずしも明らかとなってはいなかった。   In the sinter production process, surface combustion is the center. Therefore, in order to clarify the phenomenon of NOx conversion during combustion, a method for determining and evaluating the correlation with char nitrogen is necessary. In addition, efforts related to the relationship between the chemical structure of nitrogen and NOx are not accompanied by combustion experiments, and the correlation with the amount of NOx actually generated from solid fuel is not always clear, regardless of VM N or Char N. It was not.

したがって、石炭を主体とするプラント・設備からのNOxの発生はある程度予想できるものの、揮発分の少ない燃料から発生するNOxの発生量(例えば、無煙炭やコークス等のチャーの燃焼で熱を得るプロセス、すなわち、製鉄業における高炉原料用焼結鉱製造プロセスで発生するNOxの発生量)を予測することはできなかった。
また、化学構造等の予測によらず、固体燃料種を変えて発生NOx量を測定する、固体燃料の評価は、各燃焼プロセスを利用する部門で行われている。しかしながら、一般に、実機での評価はもちろん、燃焼実験を行うには一定量以上の燃料を準備する必要がある。このような大規模な実験を行うと、実機、燃焼実験共に高コストとなる。また、短期間での燃料の変更は、例えば連続プロセスでは高負荷となる。さらに、石炭乾留物を対象とした場合には、その原料である石炭が非常に多種にわたる。このため、全ての燃料の燃焼実験を行うことは現実的ではなく、燃焼実験を最小化できる燃料評価方法が求められていた。
Therefore, although the generation of NOx from coal-based plants and facilities can be predicted to some extent, the amount of NOx generated from fuel with low volatile content (for example, a process for obtaining heat by burning char such as anthracite or coke, That is, it was impossible to predict the amount of NOx generated in the sinter ore production process for blast furnace raw materials in the steel industry.
In addition, evaluation of solid fuel, in which the amount of generated NOx is measured by changing the type of solid fuel, regardless of the prediction of the chemical structure or the like, is performed in a department that uses each combustion process. However, in general, it is necessary to prepare a certain amount or more of fuel in order to perform combustion experiments as well as evaluation with actual machines. If such a large-scale experiment is performed, both the actual machine and the combustion experiment become expensive. Moreover, the change of the fuel in a short period becomes a high load in a continuous process, for example. Furthermore, when coal dry distillate is a target, there are a great variety of coal as the raw material. For this reason, it is not realistic to perform all fuel combustion experiments, and a fuel evaluation method that can minimize the combustion experiments has been demanded.

特開2005−290456号公報JP 2005-290456 A

鉄鋼便覧 第4版,社団法人 日本鉄鋼協会Steel Handbook 4th edition, Japan Iron and Steel Association 稲角忠弘著,叢書「鉄鋼技術の流れ 第2シリーズ」,第1巻,焼結鉱,(2000)Inagatsu Tadahiro, Series “Steel Technology Flow 2nd Series”, Volume 1, Sinter, (2000) 新井紀男監修,三浦隆利編,燃焼生成物の発生と抑制技術,(1997)Supervised by Norio Arai, edited by Takatoshi Miura, Generation and suppression technology of combustion products, (1997) プロジェクトニュース社編,排煙脱硫・脱硝装置の現状IV,(2001)Edited by Project News, present status of flue gas desulfurization and denitration equipment IV, (2001) 牧野尚夫,他2名,火力原子力発電,48(6)(1997),p702Naoki Makino and two others, Thermal Power Generation, 48 (6) (1997), p702 肥田正博,鉄と鋼,第68巻,(1982),p400Masahiro Hida, Iron and Steel, Vol. 68, (1982), p400 S.Kambara,Fuel,75(1995),p1247S. Kambara, Fuel, 75 (1995), p1247

本発明の目的は、高炉原料用の焼結鉱の製造に用いられる固体燃料の燃焼時に発生するNOxのうち、燃料中の揮発しにくい窒素(Char N)を起源とするNOxの発生量を推定する推定式を、窒素化学構造解析と、最小の燃焼実験の結果を用いて構築し、構築した推定式を用いて、焼結鉱の製造時に固体燃料から発生するNOxの発生量を評価する方法を提案することにある。   The object of the present invention is to estimate the amount of NOx generated from nitrogen (Char N), which is difficult to volatilize, among NOx generated during combustion of solid fuel used in the production of sintered ore for blast furnace raw materials. To estimate the amount of NOx generated from solid fuel during the production of sintered ore using the estimated chemical formula analysis and the result of the minimum combustion experiment Is to propose.

本発明者らは焼結鉱製造における低NOx燃料評価方法提案のため、種々の検討を行った。その結果、石炭中の窒素化学構造と、固体燃料から発生する窒素酸化物(NOx)の割合に関する推定を、より少ない燃焼実験で評価式を決定することで、より簡便に燃料評価を可能とする下記(1)から(6)の特徴を持つ評価方法を開発した。
本発明の要旨は以下(1)〜(6)の通りである。
(1)高炉原料用の焼結鉱の製造過程で固体燃料から発生する窒素酸化物の発生量を推定する固体燃料評価方法であって、複数種類の標準燃料と前記固体燃料の窒素化学構造解析を行って、前記複数種類の標準燃料と前記固体燃料のそれぞれにおける、各種の窒素化学構造種の構造比率を求める構造比率導出工程と、前記複数種類の標準燃料に対して燃焼実験を行って、当該複数種類の標準燃料から発生する窒素酸化物の発生量を求める窒素酸化物発生量導出工程と、前記複数種類の標準燃料における窒素酸化物の発生量と、前記複数種類の標準燃料における窒素化学構造種の構造比率とを用いて、任意の構造比率を有する固体燃料の窒素酸化物の発生量を推定する推定式を求める推定式導出工程と、前記固体燃料における窒素化学構造種の構造比率から前記推定式を用いて前記固体燃料から発生する窒素酸化物の発生量を推定する窒素酸化物発生量推定工程と、を有することを特徴とする固体燃料評価方法。
(2)前記窒素酸化物発生量導出工程は、前記構造比率導出工程で構造比率が求められた、前記固体燃料における窒素化学構造種の数と同数の回数だけ前記標準燃料の燃焼実験を行い、前記推定式導出工程は、前記標準燃料の燃焼実験のそれぞれで得られた標準燃料の窒素酸化物の発生量と、前記複数種類の標準燃料における窒素化学構造種の構造比率とを用いて、前記推定式を求めることを特徴とする(1)に記載の固体燃料評価方法。
(3)前記推定式は、固体燃料中の窒素量と、窒素構造指標とを掛けた値を、固体燃料の窒素酸化物の発生量の推定値として導出する式であり、前記窒素構造指標は、固体燃料に含有する窒素が、固体燃料の燃焼時に窒素酸化物になる割合に相応する窒素構造指標であって、窒素化学構造種の構造比率と、当該窒素化学構造種の構造比率の重み付けパラメータとの積の線形結合式で表される窒素構造指標であることを特徴とする(1)または(2)に記載の固体燃料評価方法。
(4)前記推定式導出工程は、前記標準燃料の窒素濃度と前記固体燃料の窒素濃度とを測定する工程と、前記窒素構造指標に、前記窒素濃度から得られる固体燃料中の窒素量を乗じた値が、前記標準燃料の燃焼実験で発生した窒素酸化物の発生量に等しいと置いて連立方程式を立て、当該連立方程式から前記重み付きパラメータを決定する工程とを有することを特徴とする(3)に記載の固体燃料評価方法。
(5)前記構造比率導出工程は、前記複数種類の標準燃料と前記固体燃料について、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)法により窒素化学構造解析を行って得られる、窒素1s軌道のXPSスペクトルのうち、398.6eV〜399.0eV、400.0eV〜400.4eV、401.2eV〜401.6eV、402.3eV〜402.7eV、及び403.6eV〜404.0eVに中心が位置する5つのピークを有する領域を、前記各種の窒素化学構造種に帰属するものとし、全てのピークを有する領域の面積の総和に対する、各ピークを有する領域の面積の比率から、前記各種の窒素化学構造種の構造比率を求めることを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1項に記載の固体燃料評価方法。
(6)前記固体燃料は、揮発分量が10質量%以下の石炭乾留物又は無煙炭であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれか1項に記載の固体燃料評価方法。
The present inventors conducted various studies in order to propose a method for evaluating low NOx fuel in sinter production. As a result, estimation of the nitrogen chemical structure in coal and the ratio of nitrogen oxides (NOx) generated from solid fuel can be performed more easily by determining the evaluation formula with fewer combustion experiments. An evaluation method having the following characteristics (1) to (6) was developed.
The gist of the present invention is as follows (1) to (6).
(1) A solid fuel evaluation method for estimating the amount of nitrogen oxides generated from solid fuel during the production of sintered ore for blast furnace raw material, and analyzing the nitrogen chemical structure of multiple types of standard fuel and the solid fuel Performing a structural ratio derivation step for obtaining a structural ratio of various nitrogen chemical structural species in each of the plurality of types of standard fuel and the solid fuel, and performing a combustion experiment on the plurality of types of standard fuel, A process for deriving the amount of nitrogen oxides generated from the plurality of types of standard fuel, the amount of nitrogen oxides generated in the plurality of types of standard fuel, and the nitrogen chemistry in the types of standard fuel An estimation formula deriving step for obtaining an estimation formula for estimating the generation amount of nitrogen oxides in a solid fuel having an arbitrary structural ratio using the structural ratio of the structural species, and the nitrogen chemical structural species in the solid fuel Solid fuel evaluation method characterized by having a nitrogen oxide generation amount estimation step of estimating the generation amount of nitrogen oxide generated from the solid fuel from forming a ratio using the estimated equation.
(2) The nitrogen oxide generation amount derivation step performs a combustion experiment of the standard fuel as many times as the number of nitrogen chemical structural species in the solid fuel, in which the structural ratio is obtained in the structural ratio derivation step. The estimation formula deriving step uses the generation amount of nitrogen oxides of the standard fuel obtained in each of the standard fuel combustion experiments and the structure ratio of nitrogen chemical structural species in the plurality of types of standard fuels. The solid fuel evaluation method according to (1), wherein an estimation formula is obtained.
(3) The estimation formula is a formula for deriving a value obtained by multiplying the nitrogen amount in the solid fuel by the nitrogen structure index as an estimated value of the generation amount of nitrogen oxide in the solid fuel, and the nitrogen structure index is The nitrogen structure index corresponding to the ratio of nitrogen contained in the solid fuel to nitrogen oxides during the combustion of the solid fuel, the structure ratio of the nitrogen chemical structural species and the weighting parameter of the structure ratio of the nitrogen chemical structural species The solid fuel evaluation method according to (1) or (2), wherein the index is a nitrogen structure index expressed by a linear combination formula of
(4) The estimation formula deriving step includes a step of measuring the nitrogen concentration of the standard fuel and the nitrogen concentration of the solid fuel, and multiplying the nitrogen structure index by the amount of nitrogen in the solid fuel obtained from the nitrogen concentration. And setting a simultaneous equation by assuming that the value is equal to the amount of nitrogen oxide generated in the combustion experiment of the standard fuel, and determining the weighted parameter from the simultaneous equation ( The solid fuel evaluation method as described in 3).
(5) The step of deriving the structural ratio includes a nitrogen 1s orbital XPS spectrum obtained by performing a nitrogen chemical structure analysis on the plural types of standard fuel and the solid fuel by an XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) method. Five peaks centered at 398.6 eV to 399.0 eV, 400.0 eV to 400.4 eV, 401.2 eV to 401.6 eV, 402.3 eV to 402.7 eV, and 403.6 eV to 404.0 eV The region having the various nitrogen chemical structural species, the ratio of the area of the region having each peak to the total area of the regions having all the peaks, and the structural ratio of the various nitrogen chemical structural species The solid fuel evaluation method according to any one of (1) to (4), wherein:
(6) The solid fuel evaluation method according to any one of (1) to (5), wherein the solid fuel is a coal distillate or anthracite having a volatile content of 10% by mass or less.

本発明の固体燃料評価方法を用いることで、高炉原料用の焼結鉱の製造に用いられる固体燃料の燃焼時に発生するNOxのうち、燃料中の揮発しにくい窒素(Char N)を起源とするNOxの発生量を推定する推定式を、窒素化学構造解析と、最小の燃焼実験の結果を用いて構築し、構築した推定式を用いて、焼結鉱の製造時に固体燃料から発生するNOxの発生量を、より低コスト、低負荷で評価することが可能となる。   By using the solid fuel evaluation method of the present invention, among the NOx generated during the combustion of the solid fuel used for the production of sintered ore for blast furnace raw material, it originates from nitrogen (Char N) that is hard to volatilize in the fuel. An estimation formula for estimating the amount of NOx generated is constructed using nitrogen chemical structure analysis and the result of the minimum combustion experiment, and the constructed estimation formula is used to estimate the NOx generated from solid fuel during the production of sintered ore. It is possible to evaluate the generation amount at a lower cost and a lower load.

窒素化学構造種のXPSスペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the XPS spectrum of nitrogen chemical structural species. 各コークスについての、燃焼実験から得られたNOxの発生量(NOx発生量)と構造指標から算出したNOxの発生量の推定値(構造指標×窒素濃度)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the NOx generation amount (NOx generation amount) obtained from the combustion experiment and the estimated value of NOx generation amount calculated from the structure index (structure index × nitrogen concentration) for each coke.

以下に、低NOx固体燃料評価方法の一実施形態の手順について説明する。なお、本実施形態では、固体燃料の一例として、石炭とその乾留物を代表として説明する。また、本実施形態では、窒素化学構造解析と燃焼実験とを行って固体燃料から発生するNOxの発生量を推定する場合を例に挙げて説明する。ただし、固体燃料の種類、各実験、解析手法は、以下に表記する手法に制限されるものではない。   The procedure of one embodiment of the low NOx solid fuel evaluation method will be described below. In the present embodiment, as an example of solid fuel, coal and its dry distillation product will be described as representatives. Further, in the present embodiment, a case where the generation amount of NOx generated from solid fuel is estimated by performing a nitrogen chemical structure analysis and a combustion experiment will be described as an example. However, the type of solid fuel, each experiment, and the analysis method are not limited to the methods described below.

第一に、固体燃料中の窒素化学構造解析について説明する。
まず、対象とする燃焼プロセスにて主として用いられる固体燃料のうち、最も代表的なものを準備し標準サンプルとする。固体燃料は、例えば、揮発分が少ない(揮発分量が10質量%以下)の石炭乾留物又は無煙炭である。
続いて、標準サンプル、並びに、対象サンプルの窒素化学構造解析を行う。窒素化学構造解析の具体的な手法は問わないが、固体中の窒素化学構造解析の手法としてはXPS(X線光電子分光;X-ray Photoelectron Spectroscopy)法や、NMR(核磁気共鳴;Nuclear Magnetic Resonance)法が代表的である。ここでは、窒素化学構造解析の手法としてXPS法を用いた場合を例に挙げて説明する。
First, the chemical structure analysis of nitrogen in solid fuel will be described.
First, among the solid fuels mainly used in the target combustion process, the most representative one is prepared and used as a standard sample. The solid fuel is, for example, a coal dry fraction or anthracite having a small volatile content (a volatile content is 10% by mass or less).
Subsequently, the nitrogen chemical structure analysis of the standard sample and the target sample is performed. The specific method for analyzing the chemical structure of nitrogen is not limited, but as a method for analyzing the chemical structure of nitrogen in solids, XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) or NMR (Nuclear Magnetic Resonance) ) Method is typical. Here, a case where the XPS method is used as a method for analyzing nitrogen chemical structure will be described as an example.

まず、各サンプル(標準サンプル及び対象サンプル)を粉末化する。
次に、粉末化した各サンプルを、それぞれIn製等の清浄な基板上に圧着したり、ペレット化したりすること等により、粉末化した各サンプルがXPS測定に用いる真空チャンバー内で飛散しないように前処理を行う。
First, each sample (standard sample and target sample) is powdered.
Next, each powdered sample is pressure-bonded onto a clean substrate made of In or the like, or pelletized so that each powdered sample does not scatter in the vacuum chamber used for XPS measurement. Perform pre-processing.

次に、使用する装置の操作方法に従いN1s軌道のXPS測定を実施する。この際、C1s軌道を同時に測定することは、化学シフトの補正や、固体燃料中のN濃度の推定に有効である。また、固体燃料中の窒素の割合は、約1〜2質量%程度であり、固体燃料中の窒素は、比較的低濃度である。このため、良好なS/N比のスペクトルデータを得るには、その積算が必要となる。ただし、有機物であるサンプルは、サンプルに照射されるX線によって破壊が起こる可能性がある。このため、短時間の測定にするか、もしくは、低エネルギーでの測定が必要である。なお、本発明者らは、X線源の電流電圧値を、10A、15kV程度の比較的低エネルギーにすることで、長時間の測定でもサンプルの破壊が起きないことを確認している。   Next, XPS measurement of the N1s orbit is performed according to the operation method of the apparatus to be used. At this time, simultaneously measuring the C1s orbital is effective for correcting chemical shift and estimating the N concentration in the solid fuel. Moreover, the ratio of nitrogen in the solid fuel is about 1-2% by mass, and the nitrogen in the solid fuel has a relatively low concentration. For this reason, in order to obtain spectrum data having a good S / N ratio, integration is required. However, a sample that is an organic substance may be broken by X-rays irradiated on the sample. For this reason, it is necessary to make the measurement in a short time or to measure with low energy. The present inventors have confirmed that the destruction of the sample does not occur even when measuring for a long time by setting the current voltage value of the X-ray source to a relatively low energy of about 10 A and 15 kV.

以上のXPS法による測定で得られた各サンプルのスペクトルデータはそのまま未処理でも利用可能である。ただし、スペクトルデータに対して一般的なピーク分割を行い、窒素の化学構造を特定することが有効である。また、ピーク分割に用いる化学シフト値及びピーク幅等は、既報告のデータを利用することが可能である。ただし、各装置において標準となる物質の測定結果から、化学シフト値を確認することも有効である。さらには、化学構造種を想定して一般的な量子化学計算を用いて、化学シフト値を推定することも可能である。本発明者らは、市販の量子化学計算ソフトであるGaussianによって、標準とした窒素化学構造種であるピリジンに対する差分の形で、化学シフト値を求めることができることを確認している。   The spectral data of each sample obtained by the above XPS measurement can be used as it is. However, it is effective to specify a chemical structure of nitrogen by performing general peak splitting on the spectrum data. In addition, already reported data can be used for chemical shift values and peak widths used for peak division. However, it is also effective to confirm the chemical shift value from the measurement result of a standard substance in each apparatus. Furthermore, it is also possible to estimate the chemical shift value using general quantum chemical calculations assuming chemical structural species. The present inventors have confirmed that a chemical shift value can be obtained in the form of a difference with respect to pyridine, which is a standard nitrogen chemical structural species, by Gaussian, a commercially available quantum chemical calculation software.

図1は、窒素化学構造種のXPSスペクトル(光電子スペクトル)の一例を示す図である。本発明者らは、ピーク分割によって、窒素1s軌道のスペクトルから、398.6eV〜399.0eVに中心が位置するピークを有するスペクトル101を窒素含有六員環構造、400.0〜400.4eVに中心が位置するピークを有するスペクトル102を窒素含有五員環構造、401.2eV〜401.6eVに中心が位置するピークを有するスペクトル103を四級アミン構造、402.3eV〜402.7eV及び403.6eV〜404.0eVに中心が位置するピークを有するスペクトル104、105をその他の構造と推定し、ピークを有する全ての領域の面積値の総和に対する、各ピークを有する領域の面積の比率から窒素構造比率を決定することが有効であると確認している。図1では、スペクトル101、104の領域(398.6eV〜399.0eVに中心が位置するピークを有する領域、402.3eV〜402.7eVに中心が位置するピークを有する領域)を斜線で示している。このように各スペクトルの領域(ピークを有する領域)は、その領域に対するベースラインと、スペクトルとで囲まれる領域である。尚、スペクトル101、104の領域に対するベースラインは、図1に示す破線である。   FIG. 1 is a diagram showing an example of an XPS spectrum (photoelectron spectrum) of a nitrogen chemical structural species. The present inventors changed the spectrum 101 having a peak centered at 398.6 eV to 399.0 eV into a nitrogen-containing six-membered ring structure, 400.0 to 400.4 eV from the spectrum of nitrogen 1s orbital by peak splitting. The spectrum 102 having a peak centered at a nitrogen-containing five-membered ring structure, the spectrum 103 having a peak centered at 401.2 eV to 401.6 eV is a quaternary amine structure, 402.3 eV to 402.7 eV and 403. The spectra 104 and 105 having peaks centered at 6 eV to 404.0 eV are estimated as other structures, and the nitrogen structure is determined from the ratio of the area of each region having each peak to the sum of the area values of all regions having the peak. It has been confirmed that it is effective to determine the ratio. In FIG. 1, the regions of the spectra 101 and 104 (regions having peaks centered at 398.6 eV to 399.0 eV, regions having peaks centered at 402.3 eV to 402.7 eV) are indicated by hatching. Yes. Thus, each spectrum region (region having a peak) is a region surrounded by the base line for the region and the spectrum. The baseline for the regions of the spectra 101 and 104 is a broken line shown in FIG.

第二に、以上の手法によって窒素の化学構造種を決定した標準サンプルの燃焼実験を行い、標準サンプルから発生するNOxの発生量に関するデータを取得する。燃焼実験の具体的な手法は問わないが、焼結実機試験によって実データを得ることが望ましい。焼結実機試験によって実データを得ることが困難な場合には、可能な限り実際の燃焼場を再現した焼結鉱製造模擬実験を実施してデータを得る。焼結鉱製造模擬実験を行う際には、少なくとも、燃焼温度については、焼結実機試験と同等程度とすることが必須である。焼結鉱製造模擬実験としては、キログラムオーダーの試料を用いる焼結鍋試験が一般的である。ただし、下方からの空気の吸引により発生する焼結燃焼現象を模擬していれば、より少量の試料での実験や、グラムオーダーのラボ実験も有効である。その他、燃焼時の共存物質や酸素濃度を模擬することが有効である。さらには、可能であれば実機試験結果を用いることが望ましい。   Second, a combustion experiment is performed on a standard sample in which the chemical structure species of nitrogen is determined by the above method, and data relating to the amount of NOx generated from the standard sample is acquired. Although the specific method of the combustion experiment is not questioned, it is desirable to obtain actual data by an actual sintering machine test. When it is difficult to obtain actual data by the actual sintering machine test, data is obtained by performing a sinter ore production simulation experiment that reproduces the actual combustion field as much as possible. When performing a sinter ore production simulation experiment, it is essential that at least the combustion temperature be comparable to that of the actual sintering machine test. As a sinter production simulation experiment, a sintering pot test using a sample of kilogram order is common. However, an experiment with a smaller amount of sample or a gram order laboratory experiment is also effective if the sintering combustion phenomenon generated by the suction of air from below is simulated. In addition, it is effective to simulate coexisting substances and oxygen concentration during combustion. Furthermore, it is desirable to use actual machine test results if possible.

続いて、燃焼実験の結果から、固体燃料から発生するNOxの発生量を定量化する必要がある。固体燃料から発生するNOxの発生量を定量化するための最も有効な手法は、投入した固体燃料の量に対し、固体燃料から発生したNOxの総量を定量することである。NOxの発生量を定量する具体的な手法は問わない。本発明者らは、一般的な赤外分光法による、ガス連続測定によって、燃焼時に発生する代表的なNOxガスである、NO、NO2、N2Oの測定が可能であり、有効であることを確認している。 Subsequently, it is necessary to quantify the amount of NOx generated from the solid fuel from the result of the combustion experiment. The most effective method for quantifying the amount of NOx generated from the solid fuel is to determine the total amount of NOx generated from the solid fuel with respect to the amount of solid fuel input. There is no limitation on the specific method for quantifying the amount of NOx generated. The present inventors can measure NO, NO 2 , and N 2 O, which are typical NOx gases generated during combustion, by a continuous gas measurement using a general infrared spectroscopy, and are effective. I have confirmed that.

NOxの発生量の定量には、まず、濃度が既知のNOxサンプルガスに対して赤外分光法による測定を行うことによって、NOxに相応するピークの強度と位置とを確認する。その後、燃焼実験時に発生したガスを赤外分光装置に連続的に導入して、当該ガスのスペクトルを測定する。燃焼実験の終了後、測定したスペクトルのピーク強度から、発生したガスの濃度を規定し、これにガスの発生時間を乗ずることで、ガスの総発生量を規定することが可能である。なお、この時、赤外分光装置に導入させるガスの量とその圧力の変動も同時に測定し、これらの測定値を利用することで、ガスの総発生量の精度を向上させることが可能となる。また、本発明者らは、一般的なガスクロマトグラフィー法によりガスの総発生量を測定することも、測定の連続性に劣るものの、感度の面では有効であることを確認している。一方で、大規模な模擬実験や、実機試験では、以上の手法で、ガスの総発生量を測定することは困難な場合が多い。よって、発生濃度の連続測定が可能な市販のNOxガス濃度分析装置によってNOxガスの濃度の測定を行い、その結果から、平均NOx排出レベルを決定し、その平均NOx排出レベルをNOxの発生量として用いることも可能である。   In order to determine the amount of NOx generated, first, the intensity and position of a peak corresponding to NOx are confirmed by measuring the NOx sample gas having a known concentration by infrared spectroscopy. Thereafter, the gas generated during the combustion experiment is continuously introduced into the infrared spectrometer, and the spectrum of the gas is measured. After completion of the combustion experiment, it is possible to define the total gas generation amount by defining the concentration of the generated gas from the peak intensity of the measured spectrum and multiplying this by the gas generation time. At this time, it is possible to simultaneously measure the amount of gas introduced into the infrared spectroscopic device and the fluctuation of the pressure, and use these measured values to improve the accuracy of the total amount of gas generated. . In addition, the present inventors have confirmed that measuring the total amount of gas generated by a general gas chromatography method is effective in terms of sensitivity, although it is inferior in measurement continuity. On the other hand, in large-scale simulation experiments and actual machine tests, it is often difficult to measure the total amount of gas generated by the above method. Therefore, the NOx gas concentration is measured by a commercially available NOx gas concentration analyzer capable of continuously measuring the generated concentration, and the average NOx emission level is determined from the result, and the average NOx emission level is used as the NOx generation amount. It is also possible to use it.

第三に、以上の実験によって求めた「窒素の化学構造種と、NOxの発生量」から、NOx量の推定値(推定NOx量)を求めるための推定式を構築する。本実施形態における推定式は、固体燃料中の窒素量(燃料中窒素量)に、窒素構造指標を乗じるものである((式1)を参照)。固体燃料中の窒素量は、使用した固体燃料の総量と窒素濃度とで決定される。窒素濃度としては、一般的な工業分析値や、科学分析値等の代表値を用いることができる。ただし、より高い精度でNOx量の推定値を求める場合には、燃焼実験に用いた固体燃料そのものの分析値を用いることが望ましい。一方、窒素構造指標の求め方は、固体燃料によって異なる可能性が大いにあるが、本発明者らは、比較的簡単な「各窒素化学構造種の比率とその重み付けパラメータとを乗じたものを線形結合したもの((式2)を参照)」で、窒素構造指標を一般的に検討することが可能であることを確認している。   Third, an estimation formula for obtaining an estimated value of NOx amount (estimated NOx amount) is constructed from “the chemical structural species of nitrogen and the amount of NOx generated” obtained by the above experiment. The estimation formula in the present embodiment is obtained by multiplying the nitrogen amount in the solid fuel (the nitrogen amount in the fuel) by the nitrogen structure index (see (Equation 1)). The amount of nitrogen in the solid fuel is determined by the total amount of solid fuel used and the nitrogen concentration. As the nitrogen concentration, typical industrial analysis values or representative values such as scientific analysis values can be used. However, when the estimated value of the NOx amount is obtained with higher accuracy, it is desirable to use the analysis value of the solid fuel itself used in the combustion experiment. On the other hand, there is a great possibility that the method for obtaining the nitrogen structure index varies depending on the solid fuel. It is confirmed that it is possible to generally examine the nitrogen structure index in the "bonded (see (Equation 2))".

推定NOx量=燃料中窒素量×窒素構造指標 ・・・(式1)
窒素構造指標=
[a×TypeA+b×TypeB+c×TypeC+d×TypeD+e×TypeE+・・・] ・・・(式2)
TypeA,TypeB,TypeC,・・・:各窒素化学構造種の比率
a,b,c,・・・:重み付けパラメータ
ただし、以下の(式3)を満足する必要がある。
TypeA+TypeB+TypeC+TypeD+TypeE+・・・・=1 ・・・(式3)
なお、(式1)において、推定NOx量の単位は、molであっても、質量、体積、又は質量%であっても、(式1)の右辺と左辺とで共通する単位であってもよい。
Estimated NOx amount = Nitrogen amount in fuel x Nitrogen structure index (Equation 1)
Nitrogen structure index =
[A × Type A + b × Type B + c × Type C + d × Type D + e × Type E +...] (Formula 2)
Type A, Type B, Type C,...: Ratio of each nitrogen chemical structural species a, b, c,...: Weighting parameter However, it is necessary to satisfy the following (Equation 3).
Type A + Type B + Type C + Type D + Type E +... = 1 (Expression 3)
In (Equation 1), the unit of the estimated NOx amount may be mol, mass, volume, or mass%, or may be a unit common to the right side and the left side of (Equation 1). Good.

続いて、重み付けパラメータを決定する。そこで、(式1)で得られる「固体燃料から発生するNOxの発生量の推定値(推定NOx量)」と、燃焼実験によって得られた「標準サンプルから発生するNOxの発生量」とを比較し、これらの値が最も合致するように、重み付けパラメータを決定することができる。また、線形連立方程式として、重み付けパラメータの厳密解を求めることが最も有効である。このようにする場合には、重みづけパラメータを決定しなければならない窒素化学構造種の数だけ、窒素化学構造種の比率が異なる標準サンプルの燃焼実験を行うことで、推定式を構築することが可能である。   Subsequently, a weighting parameter is determined. Therefore, the “estimated value of the amount of NOx generated from solid fuel (estimated NOx amount)” obtained by (Equation 1) and the “the amount of NOx generated from the standard sample” obtained by the combustion experiment are compared. The weighting parameters can be determined so that these values are the best match. It is most effective to obtain an exact solution of the weighting parameter as a linear simultaneous equation. In this case, it is possible to construct an estimation formula by conducting a combustion experiment of standard samples having different ratios of nitrogen chemical structural species by the number of nitrogen chemical structural species whose weighting parameters must be determined. Is possible.

また、データのばらつきが大きく、窒素構造指標と、固体燃料から発生するNOxの発生量との直線性が得られない場合には、各重み付けパラメータを補正することも可能である。さらには、これらの直線性を最も重視する場合には、全ての標準サンプルから発生するNOxの発生量の推定値(推定NOx量)と、燃焼実験の結果から得られる標準サンプルのNOxの発生量の差分を取り、この差分が最も小さくなるよう最小自乗法等によって、各重み付けパラメータを決定することも有効である。   In addition, when the data variation is large and the linearity between the nitrogen structure index and the amount of NOx generated from the solid fuel cannot be obtained, each weighting parameter can be corrected. Furthermore, when these linearities are most important, the estimated value of NOx generation amount (estimated NOx amount) generated from all standard samples and the NOx generation amount of the standard sample obtained from the result of the combustion experiment It is also effective to determine each weighting parameter by the least square method or the like so that the difference is minimized.

以上の結果から、窒素化学構造解析により得られた「対象サンプルの各窒素化学構造種の比率」に、重み付けパラメータを乗じて窒素構造指標を求めることで、対象サンプルから発生するNOxの発生量の推定値(推定NOx量)を(式1)により算出すること可能となる。
なお、窒素構造指標は、推定式の形式上、固体燃料中の窒素のうち、NOxになる割合を表しており、以上の手順により、重み付けパラメータが決定されれば、各固体燃料の窒素化学構造種の比率から、NOxの発生割合として規定し評価することが可能となる。
また、以上の推定式の構築と推定NOx量の算出は、CPU、ROM、RAM、及びHDD等を備えたコンピュータを用いることにより実現することができる。
From the above results, the “ratio of each nitrogen chemical structure species of the target sample” obtained by the nitrogen chemical structure analysis is multiplied by a weighting parameter to obtain a nitrogen structure index, so that the amount of NOx generated from the target sample can be calculated. The estimated value (estimated NOx amount) can be calculated by (Equation 1).
The nitrogen structure index indicates the ratio of NOx in the solid fuel nitrogen in the form of the estimation formula. If the weighting parameters are determined by the above procedure, the nitrogen chemical structure of each solid fuel From the ratio of the species, it becomes possible to define and evaluate it as the generation ratio of NOx.
The construction of the above estimation formula and the calculation of the estimated NOx amount can be realized by using a computer including a CPU, a ROM, a RAM, an HDD, and the like.

次に、本発明の実施例を説明する。
本実施例では、揮発分の少ない固体燃料であるコークス(石炭乾留物)の燃焼を熱源とする、高炉原料用焼結鉱製造プロセスを想定した低NOx固体燃料を評価するため以下の実験を行った。
第一に、XPS法によって、評価プロセスにおいて標準的に用いられるコークス1、2、3、4(標準サンプル)と、対象サンプルとしてコークス5の窒素化学構造解析を行った。その結果、主に4種類の構造(TypeA〜D)に窒素化学構造種を分類することが可能であった。
次に、標準的に用いられているコークス1、2、3、4について、焼結燃焼場を模擬実験が可能な手法によって燃焼を行い、NOxガスをFT−IRによって検出すると共に定量を行った。なお、窒素構造指標を、各窒素化学構造種の比率と重み付けパラメータとの積の線形結合で求めることとし、重み付けパラメータをa、b、c、dとして決定することとし、燃焼実験を最小4回と設定した。各コークス1〜5中の窒素濃度[質量%]と、各窒素化学構造種の構造タイプ(TypeA〜D)と、その構造比率[%]と、を表1に示す。
Next, examples of the present invention will be described.
In this example, the following experiment was conducted to evaluate a low NOx solid fuel assuming a sinter ore production process for blast furnace raw material using combustion of coke, which is a solid fuel with low volatile content, as a heat source. It was.
First, nitrogen chemical structure analysis of coke 1, 2, 3, 4 (standard sample) used as standard in the evaluation process and coke 5 as a target sample was performed by XPS method. As a result, it was possible to classify nitrogen chemical structural species mainly into four types of structures (Type A to D).
Next, the coke 1, 2, 3, 4 used as standard was burned by a technique capable of simulating a sintering combustion field, and NOx gas was detected by FT-IR and quantified. . The nitrogen structure index is determined by a linear combination of the product of the ratio of each nitrogen chemical structural species and the weighting parameter, the weighting parameters are determined as a, b, c, and d, and the combustion experiment is performed at least four times. Was set. Table 1 shows the nitrogen concentration [% by mass] in each coke 1 to 5, the structure type (Type A to D) of each nitrogen chemical structural species, and the structure ratio [%].

Figure 2013044018
Figure 2013044018

第二に、各窒素化学構造種の構造タイプの比率(TypeA〜TypeD)に重み付けパラメータ(a〜d)をつけた以下の(式4)による構造指標を想定した。   Secondly, a structure index according to the following (formula 4) in which weighting parameters (a to d) are added to the ratio of the structure type of each nitrogen chemical structural species (Type A to Type D) was assumed.

構造指標=
[a×TypeA+b×TypeB+c×TypeC+d×TypeD] ・・・(式4)
Structure index =
[A × Type A + b × Type B + c × Type C + d × Type D] (Formula 4)

さらに、構造指標を決定するため、標準サンプルであるコークス1〜4について、構造指標に窒素濃度を乗じた値と、燃焼実験で得られたNOxガスの発生総量とを等しく置き、連立方程式を立てて、重み付けパラメータa、b、c、dを求めた。その結果a=0.18、b=0.08、c=0.52、d=0.22となった。本結果をコークス5の結果に適応すると、構造指標が0.089であった。この構造指標に、コークス5の窒素濃度を乗じると、コークス5から発生すると予測されるNOxの量(推定NOx量)が0.098程度となった。よって、コークス5は、推定NOx量が0.12を超える他の炭種に比べ、よりNOxの発生量が少なくなると評価することが可能であった。このように、使用する燃料単位(窒素量)あたりのNOxの発生量を予測することが可能となる。   Further, in order to determine the structure index, for coke 1 to 4 which are standard samples, the value obtained by multiplying the structure index by the nitrogen concentration and the total amount of NOx gas generated in the combustion experiment are equally set, and a simultaneous equation is established. Thus, the weighting parameters a, b, c, and d were obtained. As a result, a = 0.18, b = 0.08, c = 0.52, and d = 0.22. When this result was applied to the result of coke 5, the structure index was 0.089. When this structure index is multiplied by the nitrogen concentration of the coke 5, the amount of NOx predicted to be generated from the coke 5 (estimated NOx amount) is about 0.098. Therefore, it was possible to evaluate that the coke 5 has a smaller amount of NOx generation than other coal types whose estimated NOx amount exceeds 0.12. Thus, it becomes possible to predict the amount of NOx generated per unit of fuel (nitrogen amount) to be used.

なお、確認のために、コークス5についても燃焼実験を行った結果、NOxの発生量は0.111程度であった。構造指標から算出した推定NOx量の結果と同様に、コークス4は、NOxの発生量が0.113を超える他のコークスよりもNOxの発生量が少ないことを示した。図2は、各コークス1〜5についての、燃焼実験から得られたNOxの発生量(NOx発生量)と構造指標から算出したNOxの発生量の推定値(構造指標×窒素濃度)との関係を示す図である。図2において、「1」、「2」、「3」、「4」、「5」で示されているプロットが、それぞれコークス1、2、3、4、5についての値を示す。図2に示すように、各コークス1〜5について、燃焼実験から得られたNOxの発生量が相対的に小さい(大きい)ものは、構造指標から算出したNOxの発生量の推定値も相対的に小さく(大きく)なる傾向があること(相関関係があること)が分かる。
以上のように、代表的な炭材の窒素化学構造解析と、最小回数の燃焼実験によって、構造指標を決定し、新たな炭材についても、構造解析のみで、燃焼後のNOxの発生割合を推定することが可能であることが示された。
In addition, as a result of conducting a combustion experiment for coke 5 for confirmation, the amount of NOx generated was about 0.111. Similar to the result of the estimated NOx amount calculated from the structure index, the coke 4 showed that the NOx generation amount was smaller than the other cokes whose NOx generation amount exceeded 0.113. FIG. 2 shows the relationship between the NOx generation amount (NOx generation amount) obtained from the combustion experiment and the estimated value of NOx generation amount calculated from the structure index (structure index × nitrogen concentration) for each of the cokes 1 to 5. FIG. In FIG. 2, plots indicated by “1”, “2”, “3”, “4”, and “5” indicate values for cokes 1, 2, 3, 4, and 5, respectively. As shown in FIG. 2, for each of the cokes 1 to 5, the NOx generation amount obtained from the combustion experiment is relatively small (large), and the estimated value of the NOx generation amount calculated from the structure index is also relative. It can be seen that there is a tendency to be small (large).
As described above, the structural index is determined by analyzing the nitrogen chemical structure of typical carbon materials and the minimum number of combustion experiments. For new carbon materials, the rate of NOx generation after combustion can be determined only by structural analysis. It was shown that it can be estimated.

尚、以上説明した本発明の実施形態のうち、少なくとも、推定式の構築及び推定値の算出は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、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、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。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
Of the embodiments of the present invention described above, at least the construction of the estimation formula and the calculation of the estimated value can be realized by a computer executing a program. Further, a computer-readable recording medium in which the program is recorded and a computer program product such as the program can also be applied as an embodiment of the present invention. As the recording medium, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, a ROM, or the like can be used.
In addition, the embodiments of the present invention described above are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. Is. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.

101〜105 XPSスペクトル   101-105 XPS spectrum

Claims (6)

高炉原料用の焼結鉱の製造過程で固体燃料から発生する窒素酸化物の発生量を推定する固体燃料評価方法であって、
複数種類の標準燃料と前記固体燃料の窒素化学構造解析を行って、前記複数種類の標準燃料と前記固体燃料のそれぞれにおける、各種の窒素化学構造種の構造比率を求める構造比率導出工程と、
前記複数種類の標準燃料に対して燃焼実験を行って、当該複数種類の標準燃料から発生する窒素酸化物の発生量を求める窒素酸化物発生量導出工程と、
前記複数種類の標準燃料における窒素酸化物の発生量と、前記複数種類の標準燃料における窒素化学構造種の構造比率とを用いて、任意の構造比率を有する固体燃料の窒素酸化物の発生量を推定する推定式を求める推定式導出工程と、
前記固体燃料における窒素化学構造種の構造比率から前記推定式を用いて前記固体燃料から発生する窒素酸化物の発生量を推定する窒素酸化物発生量推定工程と、
を有することを特徴とする固体燃料評価方法。
A solid fuel evaluation method for estimating the amount of nitrogen oxides generated from solid fuel during the production of sintered ore for blast furnace raw material,
A structure ratio deriving step of performing a nitrogen chemical structure analysis of a plurality of types of standard fuel and the solid fuel to obtain a structure ratio of various nitrogen chemical structure species in each of the plurality of types of standard fuel and the solid fuel,
A nitrogen oxide generation amount derivation step of performing a combustion experiment on the plurality of types of standard fuel to obtain a generation amount of nitrogen oxide generated from the plurality of types of standard fuel;
Using the amount of nitrogen oxide generated in the plurality of types of standard fuel and the structure ratio of nitrogen chemical structural species in the plurality of types of standard fuel, the amount of nitrogen oxide generated in the solid fuel having an arbitrary structural ratio is determined. An estimation formula deriving step for obtaining an estimation formula to be estimated;
A nitrogen oxide generation amount estimating step of estimating a generation amount of nitrogen oxide generated from the solid fuel using the estimation formula from a structural ratio of nitrogen chemical structural species in the solid fuel;
A solid fuel evaluation method comprising:
前記窒素酸化物発生量導出工程は、
前記構造比率導出工程で構造比率が求められた、前記固体燃料における窒素化学構造種の数と同数の回数だけ前記標準燃料の燃焼実験を行い、
前記推定式導出工程は、
前記標準燃料の燃焼実験のそれぞれで得られた標準燃料の窒素酸化物の発生量と、前記複数種類の標準燃料における窒素化学構造種の構造比率とを用いて、前記推定式を求めることを特徴とする請求項1に記載の固体燃料評価方法。
The nitrogen oxide generation amount derivation step includes
The standard fuel combustion experiment was performed as many times as the number of nitrogen chemical structural species in the solid fuel, in which the structural ratio was determined in the structural ratio derivation step,
The estimation formula deriving step includes:
The estimation formula is obtained by using the generation amount of nitrogen oxide of the standard fuel obtained in each of the standard fuel combustion experiments and the structure ratio of the nitrogen chemical structural species in the plurality of types of standard fuels. The solid fuel evaluation method according to claim 1.
前記推定式は、
固体燃料中の窒素量と、窒素構造指標とを掛けた値を、固体燃料の窒素酸化物の発生量の推定値として導出する式であり、
前記窒素構造指標は、
固体燃料に含有する窒素が、固体燃料の燃焼時に窒素酸化物になる割合に相応する窒素構造指標であって、窒素化学構造種の構造比率と、当該窒素化学構造種の構造比率の重み付けパラメータとの積の線形結合式で表される窒素構造指標であることを特徴とする請求項1または2に記載の固体燃料評価方法。
The estimation formula is
It is an equation for deriving a value obtained by multiplying the amount of nitrogen in the solid fuel by the nitrogen structure index as an estimated value of the amount of nitrogen oxide generated in the solid fuel,
The nitrogen structure index is
The nitrogen structure index corresponding to the ratio of nitrogen contained in the solid fuel to nitrogen oxides when burning the solid fuel, the structure ratio of the nitrogen chemical structural species, and the weighting parameter of the structure ratio of the nitrogen chemical structural species, The solid fuel evaluation method according to claim 1, wherein the index is a nitrogen structure index represented by a linear combination formula of the products of:
前記推定式導出工程は、
前記標準燃料の窒素濃度と前記固体燃料の窒素濃度とを測定する工程と、
前記窒素構造指標に、前記窒素濃度から得られる固体燃料中の窒素量を乗じた値が、前記標準燃料の燃焼実験で発生した窒素酸化物の発生量に等しいと置いて連立方程式を立て、当該連立方程式から前記重み付きパラメータを決定する工程とを有することを特徴とする請求項3に記載の固体燃料評価方法。
The estimation formula deriving step includes:
Measuring the nitrogen concentration of the standard fuel and the nitrogen concentration of the solid fuel;
A simultaneous equation is established by setting that the value obtained by multiplying the nitrogen structure index by the amount of nitrogen in the solid fuel obtained from the nitrogen concentration is equal to the amount of nitrogen oxide generated in the combustion experiment of the standard fuel. The solid fuel evaluation method according to claim 3, further comprising: determining the weighted parameter from simultaneous equations.
前記構造比率導出工程は、
前記複数種類の標準燃料と前記固体燃料について、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)法により窒素化学構造解析を行って得られる、窒素1s軌道のXPSスペクトルのうち、398.6eV〜399.0eV、400.0eV〜400.4eV、401.2eV〜401.6eV、402.3eV〜402.7eV、及び403.6eV〜404.0eVに中心が位置する5つのピークを有する領域を、前記各種の窒素化学構造種に帰属するものとし、全てのピークを有する領域の面積の総和に対する、各ピークを有する領域の面積の比率から、前記各種の窒素化学構造種の構造比率を求めることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体燃料評価方法。
The structural ratio derivation step includes
Of the XPS spectra of the nitrogen 1s orbit obtained by conducting a nitrogen chemical structure analysis by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) method on the plurality of types of standard fuel and the solid fuel, 398.6 eV to 399.0 eV, 400 Regions having five peaks centered at 0.0 eV to 400.4 eV, 401.2 eV to 401.6 eV, 402.3 eV to 402.7 eV, and 403.6 eV to 404.0 eV, and the various nitrogen chemical structures. 2. The structure ratio of the various nitrogen chemical structural species is determined from the ratio of the area of the region having each peak to the total area of the regions having all the peaks, belonging to the species. The solid fuel evaluation method of any one of -4.
前記固体燃料は、揮発分量が10質量%以下の石炭乾留物又は無煙炭であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体燃料評価方法。   The solid fuel evaluation method according to any one of claims 1 to 5, wherein the solid fuel is a coal distillate or anthracite having a volatile content of 10% by mass or less.
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