JP2006213952A - 高炉炉頂圧制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機緊急停止時に、高炉炉頂圧力の制御において、他からの干渉による悪影響が少ない、安定したフィードフォワード制御を行って、該炉頂圧力変動を抑制し、高炉の安定操業などを図る。
【解決手段】高炉の炉頂圧力をフィードバック制御するセプタム弁制御部２０に、発電機緊急停止時に信号４２がＨ状態になると、セプタム弁６を開くように、フィードフォワード制御の信号４３が与えられる。これと同時に、切替え手段３３がオフ状態になり、ＲＳＷ３（差圧式除塵機）を制御する除塵機制御部３０のフィードバック制御は停止され、該制御が炉頂圧力制御に干渉し、悪影響を与えることがなくなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、発電機緊急停止時に、高炉炉頂圧力の制御において、他からの干渉による悪影響が少ない、安定したフィードフォワード制御を行って、該炉頂圧力変動を抑制し、高炉の安定操業などを図ることができる高炉炉頂圧制御方法に関する。

製鉄所の高炉プラントにおいて、発生する高炉ガスの除塵をした後、この高炉ガスによってタービンを回して発電機（以下炉頂圧発電機と呼ぶ）を回し、エネルギをこの発電によって回収する際に、高炉操業上、高炉炉頂圧力を適切に制御するための様々な技術が開示されている。

特許文献１では、応答性のよいタービン調節弁に加えて、可変スロート型のベンチュリー及びセプタム弁の３制御要素を複合的に制御し、高炉炉頂圧力を制御している。特許文献２では、２次除塵機の前後の圧力を差圧発信機により検出し、バイパス弁（セプタム弁）を制御するようにしている。特許文献３では、高炉炉頂圧力の制御には従来、バイパス弁は用いられていなかったとし、バイパス弁を連続的に制御することで高炉炉頂圧力を制御することを、新たな技術と主張している。

特許文献４は、炉頂実圧力と、炉頂圧制御装置前の前圧力とのカスケード制御が提案されている。特許文献５では、該特許文献４に類似する技術が同じ発明者及び出願人からなされ、炉頂実圧力と、炉頂圧制御装置後の圧力及び高炉発生ガス流量を検出し、炉頂圧力及びガス流量から計算した値に基づいてカスケード制御するようにしている。

特公昭６２−９６４３号公報 特公昭５７−５７９２２号公報 特開昭５６−２９６０６号公報 特開昭５６−２５９１３号公報 特開昭５６−２５９１１号公報

しかしながら、従来、発電機停止時の高炉炉頂圧力の制御については、特許文献３で言及されるような、バイパス弁の、手動操作やこれに類似するものである。この特許文献３では、発電設備の起動停止時のみ、バイパス弁が手動操作によって用いられている旨、記述されている。発電機緊急停止時には、炉頂圧発電機を回すタービンに導かれていたガスが、短時間に抑制されるため、これが高炉炉頂圧力の変動に波及するおそれがある。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、発電機緊急停止時に、高炉炉頂圧力の制御において、他からの干渉による悪影響が少ない、安定したフィードフォワード制御を行って、該炉頂圧力変動を抑制し、高炉の安定操業などを図ることができる高炉炉頂圧制御方法を提供することを課題とする。

本願発明は、高炉から発生するガスを除塵し、清浄ガスでタービンを回転させ発電する設備における高炉炉頂圧制御方法において、発電機緊急停止時に、発電機で吸収していたガスを逃がすフィードフォワード制御を行うと共に、該制御に伴った、高炉炉頂圧力の変動を抑制するため、高炉炉頂と発電機との間にある差圧式除塵機における、フィードバック制御を一時停止させることにより、前記課題を解決したものである。

以下、本発明の作用について、簡単に説明する。

炉頂圧発電機の緊急停止時に、セプタム弁やバイパス弁を即座に開放し、発電機のタービンで利用していたガスを、これら弁によって逃がすため、該緊急停止の信号の入力に応じた、フィードフォワード制御によって、該開放が速やかになされるようにすることができる。つまり、高炉炉頂圧力制御のフィードバック制御に対して、該緊急停止時にセプタム弁やバイパス弁を即座に開放させるような、フィードフォワード制御を介在させる。

しかしながら、高炉と、炉頂圧発電機のタービンとの間には、後述する実施形態のＲＳＷ（リング・スリット・ウォッシャー）や、ＶＳ（ベンチュリー・スクラバー）のような、差庄式除塵機が配置されている。該炉頂圧発電機では、その前後が一定差圧となるよう定値制御を行なっている。このため、この差圧制御が、上記のフィードフォワード制御と千渉し、高炉炉頂圧力の変動要因となる。

このため、本願発明では、前述の緊急停止の信号の入力に応じて、フィードフォワード制御を行って高炉炉頂圧力の変動を速やかに抑制しつつ、上記の差圧制御におけるフィードバック制御を停止させる。これによって、該差圧制御の高炉炉頂圧力制御への干渉をなくし、該干渉に伴った、高炉炉頂圧力の変動を抑制することができる。

このように、本願発明の高炉炉頂圧制御方法によれば、発電機緊急停止時に、高炉炉頂圧力の制御において、他からの干渉による悪影響が少ない、安定したフィードフォワード制御を行って、該炉頂圧力変動を抑制し、高炉の安定操業などを図ることができる高炉炉頂圧制御方法を提供することができる。

以下、図を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本願発明が適用された実施形態である、炉頂圧発電機を備えた高炉プラントのスケルトン図である。

高炉１には、図示されない熱風炉により加熱された空気が吹き込まれる。又、高炉１の炉頂から、高炉炉内反応に伴ってガスが排出される。このガスは、図中の実線矢印で示されるように、一次除塵機２、ＲＳＷ３に順に導かれて除塵、浄化された後、セプタム弁６と並列に設置されたタービン８を通過することで、該タービン８が回転させられ、炉頂圧発電機９が駆動される。なお、符号７はタービン調節弁であり、適宜設けられる。

なお、除塵、浄化されたガスは、発電停止時などには、タービン８側には流れなくなったり、その流量が激減したりする。この際に、該激減などで高炉炉頂圧力が上昇しないように、セプタム弁６の開放や、開度拡大によって、ガスを破線矢印のように排出することも可能になっている。

炉頂圧検出器１１は、高炉炉頂圧力を検出する。差圧検出器１２は、ＲＳＷ３においてＲＳＥ（リング・スリット・エレメント）４の直前の圧力、及び該ＲＳＥ４直後の圧力の差圧（以下単に差圧と称する）を検出する。なお、該差圧検出は、上記の直前圧力及び直後圧力を個別の検出器によって検出してから、これらの検出結果の演算（引き算）によって求めてもよい。又、これら検出器の配置場所については、具体的に限定されるものではない。

図２は、本実施形態におけるセプタム弁制御部及び除塵機制御部の構成を示すブロック図である。

まず、セプタム弁制御部２０は、炉頂圧力目標値信号４０によって外部より与えられる炉頂圧力目標値に対する、炉頂圧検出器１１で検出された圧力（炉頂圧力検出値信号５０）の偏差を、加算器２１によって演算して求め、該演算結果をＰＩＤ演算部２３に導く。又、該ＰＩＤ演算部２３が出力するＰＩＤ演算の結果に従ったセプタム弁制御出力信号４７に基づいて、セプタム弁６のアクチュエータを動作させる。これによって、高炉１の炉頂圧力が、信号４０で設定される目標値となるように、即ち、上記圧力偏差が小となるように、該炉頂圧力のＰＩＤ制御のフィードバック制御を行う。なお、上記の炉頂圧力目標値は、高炉１の製銑操業に好適となるように設定する。

又、除塵機制御部３０は、ＲＳＷ差圧目標値信号４１よって外部より与えられるＲＳＷ差圧目標値に対する、差圧検出器１２で検出された差圧（ＲＳＷ差圧検出値信号５１）の偏差を、加算器３１によって演算して求め、該演算結果をＰＩＤ演算部３２に出力する。又、該ＰＩＤ演算部３２が出力するＰＩＤ演算の結果に従ったＲＳＥ制御出力信号４８に基づいて、ＲＳＥ４のアクチュエータを駆動するＲＳＥ電動機１３を動作させる。これによって、信号４１で設定される目標値となるように、上記の差圧のＰＩＤ制御のフィードバック制御を行う。なお、該ＲＳＷ差圧目標値は、ＲＳＷ３による除塵や浄化などに好適となるように設定する。

本実施形態におけるＰＩＤ（Proportional-Integral-Derivative）制御は、比例・積分・微分制御を意味している。なお、本実施形態におけるＰＩＤ制御は、具体的に限定されるものではない。例えば、比例・積分・微分の３つの制御の内、１つ、あるいは２つのみ適用するものであってもよい。又、セプタム弁制御部２０や除塵機制御部３０におけるフィードバック制御についても、具体的に限定されるものではない。

ここで、発電機緊急停止信号４２は、何らかの理由で炉頂圧発電機９を緊急停止する際にＨ状態となり、該緊急停止に伴った制御をする期間、該Ｈ状態が保持される信号である。

本実施形態において、発電機緊急停止信号４２がＨ状態になると、増幅器２５は、増幅率（ゲイン）として予め設定されている大きさの重畳信号４３を出力する。この重畳信号４３は、加算器２２において、ＰＩＤ演算部２３の出力に加算される。この時の重畳信号４３の大きさは、発電機緊急停止に伴って、タービン８に流れるガス量の減少分をセプタム弁６に流し込むための、該セプタム弁６を開く度合いに対応したものである。又、この重畳信号４３の加算による制御は、セプタム弁６のフィードフォワード制御となり、発電機緊急停止に伴った高炉１の炉頂圧力上昇を炉頂圧検出器１１が検出する以前に（フィードフォワード）、該炉頂圧力上昇を抑制するように制御することになる。

又、本実施形態においては、該発電機緊急停止信号４２がＨ状態になると、切替え手段３３がオフ状態になる。すると、ＰＩＤ演算部３２は、その出力を、該オフ状態の直前のまま保持する。該ＰＩＤ演算部３２は、切替え手段３３からの信号入力部分に、無信号時には、無信号になる直前の信号（信号電圧）を保持するホールド機能が備えられている。従って、ＲＳＥ４は、該オフ状態の直前の状態を維持する。該オフ状態では、上記差圧のフィードバック制御が停止されることになる。

図３は、本実施形態での発電機緊急停止時における、高炉１の炉頂圧力の変動を示すグラフである。

縦軸は炉頂圧力であり、横軸は経過時間である。又、太線実線は、本願発明を適用したものであり、発電機緊急停止信号４２に従って、切替え手段３３をオフ状態とする制御を適用している。これに対して、太線破線は、発電機緊急停止、又発電機緊急停止信号４２に係わらず、切替え手段３３を常時オン状態とする制御になっている。

このグラフの時刻ｔ１において、発電機緊急停止となり、又発電機緊急停止信号４２がＨ状態となる。又、時刻ｔ４において、太線実線の本願発明を適用したものも、太線破線の未適用のものも、炉頂圧力の変動が安定している。しかしながら、時刻ｔ２における太線実線の本願発明を適用したものの最大変動振幅（２６０数ｋＰａへの１０ｋＰａ弱の振幅）に比べ、未適用の太線破線のものは、最大変動振幅の時期も時刻ｔ３となって延長され、又その変動振幅（２９０数ｋＰａへの２０ｋＰａ強の振幅）もはるかに大となっている。

なお、発電機緊急停止となり、時刻ｔ１においてＨ状態となった発電機緊急停止信号４２は、該緊急停止に伴った制御をする期間、該Ｈ状態が保持される。本実施形態においては、最大変動振幅が発生しなくなる、少なくとも時刻ｔ３が経過するまで、該発電機緊急停止信号４２はＨ状態を保持させる必要がある。例えば、時刻ｔ４程度までＨ状態を保持させるようにしてもよい。

そうして、この後、発電機緊急停止信号４２が再びＬ状態になれば、セプタム弁制御部２０のフィードフォワード制御はなくなる。又、このようにＬ状態になると、除塵機制御部３０は、再び、ＲＳＷ３に係る差圧制御のフィードバック制御を開始することになる。これら、フィードフォワード制御の停止、及び差圧制御のフィードバック制御の再開は、同時に行うことができる。

以上のように本実施形態によれば、本願発明を効果的に適用することができる。

なお、以上に説明した実施形態では、除塵機がＲＳＷ（リングスリットウォッシャー）の場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、ＶＳ（ベンチュリースクラバー）のように差圧制御を行なう除塵機においても有効である。

以上説明したとおり、本発明によれば、制御的な干渉を回避し、発電機緊急停止時の炉頂圧力変動を抑制させることができる。高炉炉頂圧力変動は、高炉操業において最も重要な項目の１つであり、圧力変動によって、炉内の棚吊り、スリップ等を引き起こし、炉内の溶宰銑レベル変動によるトラブルも発生させる可能性がある。この炉頂圧力変動を抑制させたことは、高炉の安定操業に貢献する効果もある。

本願発明が適用された実施形態である炉頂圧発電機を備えた高炉プラントのスケルトン図 上記実施形態におけるセプタム弁制御部及び除塵機制御部の構成を示すブロック図 前記実施形態での発電機緊急停止時における炉頂圧力の変動を示すグラフ

符号の説明

１…高炉
２…一次除塵機
３…ＲＳＷ（差圧式除塵機）
４…ＲＳＥ
６…セプタム弁
７…タービン調節弁
８…タービン
９…炉頂圧発電機
１１…炉頂圧検出器
１２…差圧検出器
１３…ＲＳＥ電動機
２０…セプタム弁制御部
２１、２２、３１…加算器
２３、３２…ＰＩＤ演算部
２５…増幅器
３３…切替え手段
４０…炉頂圧力目標値信号
４１…ＲＳＷ差圧目標値信号
４２…発電機緊急停止信号
４７…セプタム弁制御出力信号
４８…ＲＳＥ制御出力信号
５０…炉頂圧力検出値信号
５１…ＲＳＷ差圧検出値信号

Claims (1)

1. 高炉から発生するガスを除塵し、清浄ガスでタービンを回転させ発電する設備における高炉炉頂圧制御方法において、
   発電機緊急停止時に、発電機で吸収していたガスを逃がすフィードフォワード制御を行うと共に、
   該制御に伴った、高炉炉頂圧力の変動を抑制するため、高炉炉頂と発電機との間にある差圧式除塵機における、フィードバック制御を一時停止させることを特徴とする高炉炉頂圧制御方法。

Images