JP2021021512A

JP2021021512A - 炉内圧力の制御方法

Info

Publication number: JP2021021512A
Application number: JP2019136983A
Authority: JP
Inventors: 勇希磯崎; Yuki Isozaki
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2021-02-18

Abstract

【課題】炉内圧力を簡易に安定させる方法を提供する。【解決手段】フラッシュドライヤー１に代表される回転炉の炉内に設けた圧力計１ａの指示値から設定値を差し引いて得られる圧力偏倚が、予め場合分けした複数の炉内圧力状態のうちのいずれに該当するか選択し、該選択した炉内圧力状態に対応する開度変化率に従って、該炉内から排風機４の吸引によって排出される排ガスの流路である煙道８に設けたダンパ５の開閉を調節し、該ダンパ５の開閉の調節を行った後は好適には一定時間が経過するまで該圧力偏倚を得ることからダンパ５の開閉を調節することまでからなる操作が繰り返されるのを待機させる。【選択図】図３

Description

本発明は、炉内圧力の制御方法に関し、特に乾式製錬法において粉末状原料を炉内に装入して加熱乾燥処理する乾燥設備の炉内圧力の制御方法に関する。

乾式製錬法では、溶融状態で鉱石の化学反応処理を行う溶融製錬の前に、該鉱石を炉内へ装入して加熱乾燥する処理が行われている。例えば乾式銅製錬では、破砕や選別により銅品位を２５〜３５％程度に高めた主に硫化鉱からなる銅精鉱を、フラッシュドライヤーと称する回転炉に装入して加熱乾燥する処理が行われている。この加熱乾燥処理の際、炉内で発生するガスが周囲に漏れるのを防ぐため、一般的にブロワなどの排風機を用いて炉内のガスを吸引し、排ガス処理設備等を経て排ガスとして煙突から大気中に放出している。

上記のような回転炉による加熱乾燥では、回転による衝撃等により固形原料から細かい粉粒体が発生するため、上記排風機で吸引される排ガスの気流に伴って該粉粒体の一部が排出される。そのため、サイクロンや集塵機で該粉粒体を回収することが行われている。また、加熱乾燥された銅精鉱を後工程の自熔炉等の設備に移送するため、排風機で吸引したガスに該銅精鉱を乗せて搬送するいわゆる空気輸送が採用されることがある。この場合も、吸引されたガスは最終的には排ガスとして大気中に放出している。

ところで、上記のような原料ガスや固形原料などの各種原料を熱処理する炉において、排風機の吸引によって炉内から排出される排ガスの流量は、該排風機の出力変動、炉内ガスの温度変動、排ガス処理設備等の装置の運転状況などの数多くの要因により増減する。この排ガス流量の増減の影響を受けて炉内圧力が変動することがあり、その結果、炉内圧力が高くなりすぎると、炉内のガスの周囲への漏れや煙灰の噴き出しなどの問題を生ずることがあった。逆に、炉内圧力が低くなりすぎると、排ガス流路の煙道の潰れやガスの逆流などの問題を生じることがあった。

このような炉内圧力の変動を抑えるため、特許文献１には炉内圧力を排ガス流路に設けた送風機の出力及びダンパの両方で制御する技術が開示されている。具体的には、炉内圧力を目標値に近付けるように、排ガス流路に設けたダンパの開度を炉内圧力に基づいて制御すると共に、該ダンパの開度が目標変動範囲内に収まるように、該ダンパの開度及び炉内圧力の両方に基づいて送風機の出力を制御する技術が開示されている。

特開２０１７−１５６０６９号公報

上記した特許文献１に示すように、排ガス流路にダンパ等の弁を設置して排ガスの流量を増減させることで、炉内圧力をほぼ一定の範囲（例えば、−１００Ｐａ以下程度で、−２００Ｐａを大幅に下回らない範囲）に保つことができる。具体的には、炉内圧力が高いときには弁の開度を大きくして（すなわち弁を開き気味にして）炉内のガスの排出量を増やし、逆に炉内圧力が低いときには弁の開度を小さくして（すなわち弁を閉じ気味にして）炉内のガスの排出量を減らすことで、炉内圧力をほぼ一定の値に調整することができる。なお、上記排ガス流路に設ける弁の種類はバタフライ弁が好ましく、これにより排ガスに含まれる粉粒体による詰まりの問題を生じにくくすることができる。

しかしながら、前述したように排風機の吸引により排出される排ガスは、様々な要因により流量が増減するため、排ガス流路に設けた弁の開度を一定に保っても排ガス流量が不安定になることがあった。また、弁の開閉を一般的な駆動装置を用いて操作しているうちにそのブレーキ機構が摩耗し、その結果、該駆動装置から出力される弁の開度と実際の弁の開度との間に差異が生じることがあった。このため、排風機の吸引による排ガスの流量の制御が不安定になり、該排ガスの吸引量に過不足が生じて、炉内圧力が頻繁に目標の範囲を逸脱することがあった。また、排ガス流路となる煙道や配管の断面積に対して吸引用の排風機に過大な能力を有するものが選定されていたり、バタフライ弁固有の流量特性であるイコールパーセント特性が配管系に対してバランスを欠いていたりする場合も炉内圧力が目標の範囲を逸脱しやすくなる。

上記のような炉内圧力の目標範囲からの逸脱の問題に対して、従来、炉内圧力を常時監視しておき、炉内圧力が目標範囲を逸脱するたびにバタフライ弁からなるダンパの駆動装置に設けられている操作ハンドルをオペレータが開閉することで炉内圧力を目標範囲へ復帰させていた。この開閉操作は計器室から遠隔手動操作で行うことができるが、操作頻度が平均して１分間に１.２回程度と非常に多くなることがあり、この場合は、他のＤＣＳ操作に支障をきたすため、好ましい状況とはいえなかった。本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、炉内圧力を簡易に安定させる方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するため、排ガス流路に設けたダンパの開閉による炉内圧力の挙動を観察し、該炉内圧力を安定化させることができる各種の制御方法について比較検討した結果、炉内圧力の指示値と設定値との乖離の大きさに基づいてダンパ開度を制御することで、炉内圧力の指示値が安定的に目標値に近づきやすくなることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の炉内圧力の制御方法は、炉内に設けた圧力計の指示値から設定値を差し引いて得られる圧力偏倚が、予め場合分けした複数の炉内圧力状態のうちのいずれに該当するか選択し、該選択した炉内圧力状態に対応する開度変化率に従って、該炉内から排風機の吸引によって排出される排ガスの流路に設けたダンパの開閉を調節することを特徴としている。

本発明によれば、炉内圧力を簡易に安定化させることができる。

本発明の実施形態の炉内圧力の制御方法が好適に適用される銅精鉱乾燥設備の模式的なフロー図である。図１の制御系の概略の系統図である。本発明の実施形態に係る炉内圧力の制御方法のアルゴリズムを示すフローチャートである。図３の炉内圧力状態判別工程及びダンパ開度調節工程のサブルーチンを示すフローチャートである。図４のフローチャートによって実施される圧力偏倚と開度変化率との関係を示すグラフである。

以下、本発明の炉内圧力の制御方法の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。先ず、本発明の実施形態の炉内圧力の制御方法が好適に適用される銅精鉱乾燥設備について図１を参照しながら説明する。この図１に示す銅精鉱乾燥設備は、一端部から連続的に投入される銅精鉱原料を燃焼ガスなどの加熱媒体に接触させて加熱乾燥する回転可能な筒状体からなるフラッシュドライヤー１と、該フラッシュドライヤー１から排出される乾燥処理後の銅精鉱を一時的に貯留する乾鉱庫２と、該乾燥処理後の銅精鉱を該フラッシュドライヤー１から該乾鉱庫２まで空気輸送する輸送設備３と、該輸送設備３の下流側端部のサイクロン等の気固分離器３ａによって分離された排出エアーを吸引する排風機４と、該排風機４の吸込側に位置するダンパ５と、該排風機４の吐出側に位置するバグフィルタや電気集塵機等の集塵機６と、該集塵機６で固形分が除去された後の排出エアーを大気放出する煙突７と、該排出エアーの流路となる煙道８と、該フラッシュドライヤー１に設けられた圧力センサ（圧力計）１ａの出力値に基づいて該ダンパ５の開度を制御するコントローラ９とから主に構成される。

次に、図１のコントローラ９について図２の系統図を参照しながら説明する。コントローラ９は、例えば分散制御システムＤＣＳなどの制御装置からなり、フラッシュドライヤー１の内部に設けたドラフト計などの圧力センサ１ａから出力される炉内圧力指示値に基づいて所定の炉内圧力設定値からの炉内圧力の偏倚量を算出し、その偏倚量に基づいてダンパ５の開度変化率を求める計算部９ａと、該計算部９ａで求めた開度変化率に従って、バタフライ弁５ａ及びその駆動装置５ｂからなるダンパ５の該駆動装置５ｂの作動を制御するダンパ制御部９ｂとから構成される。

後者のダンパ制御部９ｂは、前者の計算部９ａで求めた開度変化率をダンパ５の駆動装置５ｂに出力する。駆動装置５ｂは該ダンパ制御部９ｂから入力された開度変化率に従って作動し、これによりバタフライ弁５ａが開閉する。ダンパ制御部９ｂにはバタフライ弁５ａの開度が駆動装置５ｂからフィードバックされるため、該ダンパ制御部９ｂはバタフライ弁５ａが指令通りの開度変化率に達したか否かを確認し、達していない場合は修正指令を出力する。

次に、上記のコントローラ９の計算部９ａで実施される炉内圧力の制御アルゴリズムについて説明する。この制御アルゴリズムは、炉内圧力の設定値からの偏倚が予め規定した複数の条件のうちのいずれに該当するかを選択する炉内圧力状態判別工程Ｓ１、該炉内圧力状態判別工程Ｓ１において選択した炉内圧力状態に対応する開度変化率に従ってダンパの開閉を調節するダンパ開度調節工程Ｓ２、上記炉内圧力状態判別工程Ｓ１及びダンパ開度調節工程Ｓ２の操作が繰り返されるのをタイマーにより一時的に待機させる一定時間カウント工程Ｓ３、及びアルゴリズムの停止指令の有無を確認する停止指令確認工程Ｓ４から構成される。以下、これら一連の工程の各々について説明する。

炉内圧力状態判別工程Ｓ１では、フラッシュドライヤー１が有する圧力センサ１ａで測定した炉内圧力指示値から炉内圧力設定値を差し引き、得られた圧力偏倚が、予め場合分けした複数の炉内圧力状態のうちのいずれに該当するか選択する。上記の炉内圧力設定値は、炉内圧力が変動しにくく且つ銅精鉱乾燥設備の操業に支障のない範囲内で適宜設定され、一般的には上限値０Ｐａ（すなわち大気圧）、下限値−３０００Ｐａ程度の範囲内で設定される。なお、本明細書内で用いる圧力の値は、特に断わらない限り大気圧を基準としたゲージ圧である。また、以下の説明では、この炉内圧力設定値として−２００Ｐａが設定されている場合を想定する。

図４に示す炉内圧力状態判別工程Ｓ１及びダンパ開度調節工程Ｓ２のフローチャートを参照しながら具体的に説明すると、先ず炉内圧力指示値が、上記炉内圧力設定値に所定の設定圧力幅をたした圧力よりも高圧側か否かを判断する。この設定圧力幅は５０〜１５０Ｐａ程度が好ましく、１００Ｐａがより好ましい。例えば、この設定圧力幅を１００Ｐａとする場合は、炉内圧力設定値の−２００Ｐａに設定圧力幅１００Ｐａをたした第１判別圧力である−１００Ｐａよりも炉内圧力指示値が高圧側であるか否かを判別し、該炉内圧力指示値が高圧側である場合は炉内圧力は圧力過大状態にあると判断し、該炉内圧力指示値が上記の第１判別圧力と同じかそれよりも低圧側にある場合は炉内圧力は圧力非過大状態にあると判断する（Ｓ１１工程）。

次に、上記にて炉内圧力が圧力非過大状態と判断された場合は、炉内圧力指示値から炉内圧力設定値である−２００Ｐａを差し引いて得られる圧力偏倚が予め場合分けされた５つの炉内圧力状態のうちのいずれに該当するか選択する。すなわち、上記圧力偏倚が上記設定圧力幅の好適には４０〜６０％程度、より好適には５０％程度の第２判別圧力（例えば５０Ｐａ）以上であるか否かを判別し、該第２判別圧力以上であれば炉内圧力は圧力大状態にあると判断する（Ｓ１２工程）。

上記圧力偏倚が上記第２判別圧力以上でなければ、次に、該圧力偏倚が上記第２判別圧力の符号を逆にした第３判別圧力（例えば−５０Ｐａ）以下であるか否かを判別し、第３判別圧力以下であれば炉内圧力は圧力小状態にあると判断する（Ｓ１３工程）。

該圧力偏倚が上記第２判別圧力以上でなく且つ上記第３判別圧力以下でもなければ、次に、該圧力偏倚が上記設定圧力幅の好適には２５〜３５％程度、より好適には３０％程度の第４判別圧力（例えば３０Ｐａ）以上であるか否かを判別し、第４判別圧力以上であれは炉内圧力は圧力微大状態にあると判断する（Ｓ１４工程）。

該圧力偏倚が上記第４判別圧力以上でなく且つ上記第３判別圧力以下でもなければ、次に、上記第４判別圧力の符号を逆にした第５判別圧力（例えば−３０Ｐａ）以下であるか否かを判別し、第５判別圧力以下であれば炉内圧力は圧力微小状態にあると判断する（Ｓ１５工程）。

最後に、上記のいずれの条件をも満たさない場合、すなわち該圧力偏倚が第５判別圧力（例えば−３０Ｐａ）を超え第４判別圧力（例えば３０Ｐａ）未満の場合は、炉内圧力は平常状態にあると判断する（Ｓ１６工程）。

ダンパの開度調節工程Ｓ２では、前工程の上記炉内圧力状態判別工程Ｓ１において選択した炉内圧力状態に対応する開度変化率に従ってダンパ５の開閉を調節する。具体的には、上記Ｓ１１工程において炉内が圧力過大状態にあると判断したとき、又は上記Ｓ１２工程において炉内が圧力大状態にあると判断したときは、ダンパ５のバタフライ弁５ａの開度変化率が＋１.８％となるように、すなわちバタフライ弁５ａの開度が現開度より１.８％だけ開く方向に動くように（例えば、現開度が５０％であれば開度が５１.８％になるように）ダンパ制御部９ｂから駆動装置５ｂに指令が出力される（Ｓ２１工程）。一方、上記Ｓ１３工程において炉内が圧力小状態にあると判断したときは、バタフライ弁５ａの開度が−１.８％となるように、すなわちバタフライ弁５ａの開度が現開度より１.８％だけ閉じる方向に動くように（例えば、現開度が５０％であれば開度が４８.２％になるように）ダンパ制御部９ｂから駆動装置５ｂに指令が出力される（Ｓ２２工程）。

また、上記Ｓ１４工程において炉内が圧力微大状態にあると判断したときは、バタフライ弁５ａの開度が＋１.３５％となるように、すなわちバタフライ弁５ａの開度が現開度より１.３５％だけ開く方向に動くように（例えば、現開度が５０％であれば開度が５１.３５％になるように）ダンパ制御部９ｂから駆動装置５ｂに指令が出力される（Ｓ２３工程）。一方、上記Ｓ１５工程において炉内が圧力微小状態と判断したときは、バタフライ弁５ａの開度が−１.３５％となるように、すなわちバタフライ弁５ａの開度が現開度より１.３５％だけ閉じる方向に動くように（例えば、現開度が５０％であれば開度が４８.６５％になるように）ダンパ制御部９ｂから駆動装置５ｂに指令が出力される（Ｓ２４工程）。

最後に、上記のいずれにも該当しないＳ１６工程においては、ダンパ制御部９ｂから駆動装置５ｂに指令が出力されない（Ｓ２５工程）。すなわち、このＳ２５工程では開度変化率はゼロとなり、バタフライ弁５ａは現状の開度が維持される。なお、上記のバタフライ弁５ａの開度は、０％が全閉、１００％が全開を意味している。また、上記図４のフローチャートで実施される炉内圧力の設定値からの圧力偏倚と開度変化率との関係を図５に示す。

タイマーによる一定時間カウント工程Ｓ３では、前工程のダンパ開度調節工程Ｓ２によってダンパ５の開度が調節された後、タイマーにて一定時間をカウントする。そしてこの一定時間が経過するまで、上記の炉内圧力状態判別工程Ｓ１において圧力計の指示値から設定値を差し引いて圧力偏倚を得ることから上記のダンパ開度調節工程Ｓ２においてダンパの開閉を調節することまでからなる制御ループの操作が繰り返されるのを待機させる。このようにタイマーで一定時間カウントすることで、イコールパーセント特性を有するバタフライ弁５ａの開閉操作の影響を受けて変動する炉内圧力をより早期に安定化させることができる。この一定時間の長さは、バタフライ弁５ａの種類や大きさ、炉からバラフライ弁５ａまでの距離やその配管サイズ等に応じて適宜調整されるが、一般的には２０秒程度が好ましい。

停止指令の有無確認工程Ｓ４では、上記炉内圧力の制御アルゴリズムの作動スイッチがＯＮ又はＯＦＦのいずれであるかの確認を行う。通常は該作動スイッチはＯＮになっているので、上記一定時間カウント工程Ｓ３の一定時間が経過した後は、再度上記炉内圧力状態判別工程Ｓ１に戻って上記制御アルゴリズムが繰り返される。一方、この作動スイッチがＯＦＦの場合は制御アルゴリズムは終了する。

以上、本発明の炉内圧力の制御方法を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更例や代替例を含むことができる。例えば、上記炉内圧力状態判別工程Ｓ１では、圧力偏倚を予め場合分けした５つの圧力状態の中から選択したが、これに限定されるものではなく、４つ以下又は６つ以上の複数の圧力状態の中から選択してもよい。また、上記のダンパ開度調節工程Ｓ２では、Ｓ１１工程において圧力過大状態にあると判断したときと、Ｓ１２工程において圧力大状態にあると判断したときとは、共に同じ開度変化率となるようにダンパの開閉を操作するアルゴリズムになっていたが、圧力過大状態にあると判断したときの開度変化率を圧力大状態にあると判断したときの開度変化率よりも大きくしてもよい。

（実施例）
図１に示すような銅精鉱乾燥設備に設けた図２に示すような制御系において、図３及び図４に示すアルゴリズムに沿って炉内圧力の制御を行いながら１ヶ月間に亘って連続的に炉を運転した。その結果、炉内圧力の変動を−１５０〜−２６０Ｐａの範囲内に収めることができた。なお、本実施例で用いた銅精鉱乾燥設備は、過去の運転データにより炉内圧力が−１５０〜−２５０Ｐａ程度であれば良好に機能することが分かっており、よって特に問題なく加熱乾燥処理することができた。上記のように、炉内圧力が不安定にはならなかったので、バタフライ弁の手動操作は平均すれば１分間当たりほぼ０回であった。

（比較例）
図３及び図４に示すアルゴリズムを採用せずに、炉内の圧力を常時監視して、炉内圧力が目標範囲−１５０〜−２５０Ｐａを逸脱するたびにダンパの開閉を遠隔手動操作により行って炉内圧力を目標範囲に復帰させた以外は上記実施例と同様にして１ヶ月間に亘って連続的に運転した。その結果、炉内圧力の目標範囲である−１５０〜−２５０Ｐａに対して実際の炉内圧力は−５０〜−３５０Ｐａと上記実施例に比べて大きく変動した。このように炉内圧力が大きく変動したのでバタフライ弁の手動操作は平均すれば１分間当たり１.２回を要した。

１フラッシュドライヤー
１ａ圧力センサ
２乾鉱庫
３輸送設備
３ａ気固分離器
４排風機
５ダンパ
５ａバタフライ弁
５ｂ駆動装置
６集塵機
７煙突
８煙道（配管系）
９コントローラ
９ａ計算部
９ｂダンパ制御部

Claims

炉内に設けた圧力計の指示値から設定値を差し引いて得られる圧力偏倚が、予め場合分けした複数の炉内圧力状態のうちのいずれに該当するか選択し、該選択した炉内圧力状態に対応する開度変化率に従って、該炉内から排風機の吸引によって排出される排ガスの流路に設けたダンパの開閉を調節することを特徴とする炉内圧力の制御方法。
前記圧力偏倚を得ることから前記ダンパの開閉を調節することまでからなる操作を行った後、一定時間が経過するまで該操作が繰り返されるのを待機させることを特徴とする、請求項１に記載の炉内圧力の制御方法。
前記圧力偏倚が前記複数の炉内圧力状態のうちのいずれに該当するか選択する前に、前記指示値が前記設定値に所定の設定圧力幅をたした値よりも高圧側であるか否かを判別し、前記高圧側である場合は所定の開度変化率に従って前記ダンパの開閉を調節し、前記高圧側でない場合は前記選択を行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の炉内圧力の制御方法。
固体原料を加熱媒体と接触させて乾燥する炉と、前記炉から炉内ガスを吸引する排風機と、前記排風機の吸込側に位置するダンパと、前記炉内に設けた圧力計の指示値に基づいて前記ダンパの開度の制御を行うコントローラとを有する乾燥設備であって、
前記コントローラにおいて請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の炉内圧力の制御方法が行われることを特徴とする乾燥設備。