JP2009084636A - Method and apparatus for controlling combustion in hot blast stove - Google Patents

Method and apparatus for controlling combustion in hot blast stove Download PDF

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Kazuya Asano
一哉 浅野
Kazutomo Tsuda
和呂 津田
Hiroyuki Shimamoto
拓幸 島本
Takeo Matsumiya
健郎 松宮
Koichi Tamura
浩一 田村
Morari Manfred
モラリ マンフレッド
Akin Sahin
サヒン アキン
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus for controlling the combustion in a hot blast stove with which the input heat quantity into each stove can be optimized under restricting conditions on the facility and on the operation. <P>SOLUTION: In the method for controlling the combustion in the hot blast stove, in which the hot blasting having the desirable temperature and the flowing rate, is supplied to a blast furnace with the plurality of hot blast stove sets 12, this operation of the hot blast stove is performed as the following processes, that a process, in which the input heat quantity in each stove, is made to the input power and the heat level in the blasting period in each stove is made to the output power, and the predicting value of the heat level transition from the next blasting period to the future second section to the time-series of the input heat quantity from the present to the future first section, by using a model showing a moving characteristic between the input power and the output power; a process, in which the time-series of the input heat quantity in each stove in the above first section, is obtained so as to optimize the pre-decided evaluation function in the restricting range of pre-giving on the operation/or on the facility based on this predicted values; and a process, in which the input heat quantity is adjusted in each stove, based on the input heat quantity corresponding to the present time in the time-series of the input heat quantity in each stove. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、高炉などに対して熱風を供給する熱風炉の燃焼制御方法及びその燃焼制御装置に関し、特に、熱風炉の燃焼期における投入熱量を設備上、操業上の制約条件の下で最適化するための制御に関する。   The present invention relates to a combustion control method and a combustion control apparatus for a hot stove for supplying hot air to a blast furnace and the like, and in particular, the input heat amount in the combustion phase of the hot stove is optimized under equipment and operational constraints. It relates to control.

熱風炉は、燃焼期に燃焼ガスなどによりレンガなどから構築された炉内の蓄熱部を昇温させて熱エネルギーを蓄積し、それに引き続く送風期において炉内に冷風を通して蓄熱部との熱交換によって熱風を得て、それを高炉に供給する設備である。   In the hot air furnace, the heat storage part in the furnace constructed from bricks and the like is heated by the combustion gas during the combustion period to accumulate heat energy, and in the subsequent air blowing period, cold air is passed through the furnace to exchange heat with the heat storage part. It is a facility that obtains hot air and supplies it to the blast furnace.

図8は、熱風炉の炉内の構造を示す模式図である。図8に示されるように、熱風炉1は燃焼室12と蓄熱室13とからなっている。蓄熱室13の内部には、蓄熱レンガ19が積まれており、14の部位はドーム、15の部位は珪石レンガ下部と呼ばれている。燃焼期には、燃焼室12において、燃料ガスを供給口16から、燃焼用空気を供給口17から、それぞれ供給して燃焼させ、その燃焼排ガスを蓄熱室13に通して内部の蓄熱レンガ19を加熱する。引き続く送風期には、供給口18から冷風を蓄熱室13に通し、蓄熱レンガ19との熱交換により熱風を得る。このような熱風炉1を複数基設置し、位相を炉ごとにずらしながら燃焼期と送風期のサイクルを繰り返すことによって、高炉操業において必要な温度及び流量の熱風を途切れることなく供給している。   FIG. 8 is a schematic diagram showing a structure in the furnace of the hot stove. As shown in FIG. 8, the hot stove 1 includes a combustion chamber 12 and a heat storage chamber 13. A heat storage brick 19 is stacked inside the heat storage chamber 13, a portion 14 is called a dome, and a portion 15 is called a lower part of a quartz brick. In the combustion period, in the combustion chamber 12, fuel gas is supplied from the supply port 16 and combustion air is supplied from the supply port 17 to be combusted, and the combustion exhaust gas is passed through the heat storage chamber 13 so that the internal heat storage brick 19 is removed. Heat. In the subsequent blowing period, cool air is passed from the supply port 18 to the heat storage chamber 13, and hot air is obtained by heat exchange with the heat storage brick 19. By installing a plurality of such hot air furnaces 1 and repeating the cycle of the combustion period and the air blowing period while shifting the phase for each furnace, hot air having a temperature and a flow rate necessary for blast furnace operation is supplied without interruption.

図9は、送風期における送風温度制御系の模式図を示す。一基の熱風炉にのみ通風する場合と二基に同時に通風する場合があり、前者では混冷バタフライ弁MBの開度を調整して冷風を混合することにより、後者では一方の熱風炉の冷風バタフライ弁を全開とし、もう一方の熱風炉の冷風バタフライ弁の開度を調整することによって高炉に送風する熱風の温度制御を行う。   FIG. 9 shows a schematic diagram of a blowing temperature control system in the blowing period. There are cases where only one hot-blast furnace is ventilated and two are ventilated simultaneously. In the former, by adjusting the opening of the mixed cooling butterfly valve MB and mixing the cold air, in the latter, the cold air of one hot-blast furnace The temperature of the hot air sent to the blast furnace is controlled by fully opening the butterfly valve and adjusting the opening degree of the cold air butterfly valve of the other hot air furnace.

燃焼期には、引き続く送風期の間、熱風温度を確保するのに必要な熱量を投入する必要があるが、省エネルギー及び炭酸ガス排出削減のためには投入熱量を極力抑える必要がある。しかし、珪石レンガは、変態点温度である573℃よりも温度が下がると急激な膨張を生じ、崩壊する可能性がある。そのため、送風末期においても珪石レンガ下部15の温度を変態点温度以上に保つ必要がある。また、設備保護の観点から、ドーム14はある温度以上に加熱することはできない。投入熱量は、このような制約条件のもとで最小化することが望ましく、この投入熱量決定が熱風炉の燃焼制御の重要な課題である。   In the combustion period, it is necessary to input the amount of heat necessary to ensure the hot air temperature during the subsequent blowing period, but it is necessary to suppress the input heat amount as much as possible in order to save energy and reduce carbon dioxide emissions. However, when the temperature falls below 573 ° C., which is the transformation point temperature, the silica bricks cause rapid expansion and may collapse. Therefore, it is necessary to keep the temperature of the quartz brick lower portion 15 at the transformation point temperature or higher even at the end of the blowing period. Further, from the viewpoint of equipment protection, the dome 14 cannot be heated above a certain temperature. It is desirable to minimize the input heat amount under such constraints, and the determination of the input heat amount is an important issue in the combustion control of the hot stove.

熱風炉の操業には、一つの炉からの熱風と冷風を混合して温度調整を行って高炉に熱風を供給するシングル操業と、少なくとも3基以上の熱風炉のうちの2基を時間をずらして同時に通風し、得られた熱風を混合して高炉に供給するスタガードパラレル操業がある。   For the operation of the hot stove, a single operation that mixes hot air and cold air from one furnace to adjust the temperature and supply hot air to the blast furnace, and at least two of the three or more hot air furnaces are shifted in time. There is a staggered parallel operation that ventilates at the same time, mixes the hot air obtained, and supplies it to the blast furnace.

図10は、スタガードパラレル操業の概念図である。図10において、kは離散化された時刻であり、炉の切替時刻に一致させている。以降、炉の切替間隔をピリオドと呼ぶ。熱風炉1(図10では1HS)は、時刻k=0において送風期を終え、燃焼期に入る。熱風炉2(図10では2HS)は、1ピリオド遅れて時刻k=1において送風期を終えて燃焼期に入る。熱風炉3(図10では3HS)は,時刻k=0において燃焼期を終えて送風期に入る。熱風炉4(図10では4HS)は、時刻k=1において燃焼期を終えて送風期に入る。そのため、k=1と2の間は3HSと4HSの二基送風状態となる。k=0と1の間は3HSは後行炉であり、3HSに先行する2HSよりも熱レベルが高く、より高温の熱風を供給する役割を担う。したがって、k=1においては3HSからの熱風温度は高炉への送風温度設定値よりも高い状態にあることが必要である。そのため、k=1では3HS,4HSからの熱風はともに送風温度設定値よりも高くなる。そこで、4HSは3HSからの熱風温度が送風温度設定値まで低下する時刻(図10ではAで示す)まで待機し、その間は3HSの一基送風とし、3HSからの熱風に冷風(混合冷風)を混合することにより送風温度制御を行う。   FIG. 10 is a conceptual diagram of staggered parallel operation. In FIG. 10, k is a discretized time and coincides with the furnace switching time. Hereinafter, the furnace switching interval is referred to as a period. The hot stove 1 (1HS in FIG. 10) finishes the blowing period at time k = 0 and enters the combustion period. The hot stove 2 (2HS in FIG. 10) ends the blowing period and enters the combustion period at time k = 1 with a delay of one period. The hot stove 3 (3HS in FIG. 10) ends the combustion period and enters the blowing period at time k = 0. The hot stove 4 (4HS in FIG. 10) ends the combustion period and enters the blowing period at time k = 1. Therefore, between k = 1 and 2, there are two air blowing states of 3HS and 4HS. Between k = 0 and 1, 3HS is a trailing furnace, which has a higher heat level than 2HS preceding 3HS and plays a role of supplying hot air at a higher temperature. Therefore, at k = 1, the hot air temperature from 3HS needs to be in a state higher than the set value of the blowing temperature to the blast furnace. Therefore, at k = 1, the hot air from 3HS and 4HS is higher than the blowing temperature set value. Therefore, 4HS waits until the time when the hot air temperature from 3HS decreases to the air temperature setting value (indicated by A in FIG. 10), and during that time, 3HS is used as a single air fan, and cold air (mixed cold air) is used as the hot air from 3HS. The blast temperature is controlled by mixing.

シングル操業の場合には、各炉からの熱風温度は送風温度設定値よりも常に高い必要があるが、スタガードパラレル操業では、送風温度設定値よりも低い先行炉からの熱風と、送風温度設定値よりも高い後行炉からの熱風を混合して使用するため、前者に比べて炉の蓄熱量のレベル(以下、熱レベル)を下げることができ、熱効率を上げることができる。そのため、大型高炉の場合には、スタガードパラレル操業が行われるのが一般的である。   In the case of single operation, the hot air temperature from each furnace must always be higher than the air temperature setting value, but in the staggered parallel operation, the hot air from the preceding furnace lower than the air temperature setting value and the air temperature setting value Since the hot air from the succeeding furnace higher than the former is mixed and used, the level of the heat storage amount of the furnace (hereinafter referred to as the heat level) can be lowered compared to the former, and the thermal efficiency can be increased. Therefore, in the case of a large blast furnace, a staggered parallel operation is generally performed.

従来、熱風炉の燃焼制御方法に関しては、燃焼期及び送風期からなる1つのサイクルが終了した後の熱風炉の熱レベルを求め、それに基づいて次回の投入熱量を決定する方法が一般に行われている。例えば、特公平6−37651号公報(特許文献1)及び特公平7−100806号公報(特許文献2)には、送風終了時の熱風炉の熱レベル、熱レベルの変化、レンガ温度をファジィ理論に基づく判断関数に変換し、それぞれの実測値に基づいてファジィ推論に基づいて操作量の選択と投入熱量を決定する方法が開示されている。熱レベルを表す指標としては、ドーム温度、珪石レンガ継目温度、冷風バタフライ弁開度が用いられている。   Conventionally, regarding the combustion control method of a hot stove, a method of determining the heat input of the hot stove after one cycle consisting of a combustion period and a blowing period and determining the next input heat amount based on the heat level is generally performed. Yes. For example, in Japanese Patent Publication No. 6-37651 (Patent Document 1) and Japanese Patent Publication No. 7-100806 (Patent Document 2), the fuzzy theory describes the heat level of a hot stove at the end of blowing, the change in the heat level, and the brick temperature. Is converted to a decision function based on the above, and a method of selecting an operation amount and determining an input heat amount based on fuzzy inference based on each actual measurement value is disclosed. As indices representing the heat level, dome temperature, quartz brick joint temperature, and cold air butterfly valve opening are used.

また、特開平10−226809号公報(特許文献3)には、熱風炉シミュレータを用いて数サイクル先の送風終了後の熱レベルを求め、数サイクル先が熱余りか熱不足かを表す熱傾向指数を求め、現在の熱レベルと熱傾向指数によって投入熱量を修正する方法が開示されている。熱レベルを表す指標としては、各炉からの熱風温度と送風温度設定値との偏差、珪石レンガ下部温度、混合冷風量が用いられている。
また、特開平1−319619号公報(特許文献4)には、送風期のある一定時点における熱レベルとその目標値の偏差を監視し、この偏差が設定値よりも大きいときにはファジィ推論を、設定値以下の時には最適フィードバック制御によって燃焼期の排ガス温度最終値を演算し、この排ガス温度最終値に基づいて投入熱量を制御する方法が開示されている。
Japanese Patent Laid-Open No. 10-226809 (Patent Document 3) uses a hot stove simulator to determine the heat level after the end of air blowing several cycles ahead, and indicates a thermal tendency indicating whether the heat of the several cycles ahead is excessive or insufficient. A method is disclosed in which an index is obtained and the input heat quantity is corrected by the current heat level and the heat trend index. As an index representing the heat level, the deviation between the hot air temperature from each furnace and the set air temperature, the quartz brick lower temperature, and the amount of mixed cold air are used.
JP-A-1-361919 (Patent Document 4) monitors the deviation between a heat level at a certain point in the air blowing period and its target value, and sets fuzzy inference when this deviation is larger than a set value. There is disclosed a method of calculating an exhaust gas temperature final value in the combustion period by optimal feedback control when the value is less than the value, and controlling the input heat amount based on the exhaust gas temperature final value.

特公平6−37651号公報Japanese Patent Publication No. 6-37651 特公平7−100806号公報Japanese Patent Publication No. 7-100806 特開平10−226809号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-226809 特開平1−319619号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-319619

スタガードパラレル操業では、2基に同時に通風するため、先行炉の熱レベルによって後行炉が冷風に与えるべき熱エネルギーの量が影響を受ける。例えば,先行炉の熱レベルが高ければ後行炉への通風が開始されるタイミング(図10の4HSの場合はA点)が遅れ、実質的な送風期間が短くなり、その分後行炉は熱エネルギーを使わずに済み、熱余りの状態になる。さらに、それが次の炉の熱レベルにも伝播する。また、逆にある炉が熱不足になれば、後続する炉にもそれが伝播して熱不足の傾向が長く続く。スタガードパラレル操業では、このような炉間の干渉のため、投入熱量を変更したときに炉の熱レベルが定常状態に達するまでに2,3日を要し、炉間の干渉がないシングル操業に比べて熱風炉全体の応答は非常に遅くなる。スタガードパラレル操業下の熱風炉は、このように非常に時定数が大きい系であるため、動特性を考慮しない制御系では、投入熱量操作が不適切なものとなり、炉の熱レベルが大きく変動してしまう可能性がある。   In staggered parallel operation, two units are ventilated simultaneously, so the amount of thermal energy that the subsequent furnace should give to the cold air is affected by the heat level of the preceding furnace. For example, if the heat level of the preceding furnace is high, the timing at which ventilation to the succeeding furnace is started (point A in the case of 4HS in FIG. 10) is delayed, and the substantial blowing period is shortened. You don't have to use heat energy, and you get a state of excess heat. It also propagates to the next furnace heat level. On the other hand, if a certain furnace becomes short of heat, it propagates to the subsequent furnaces and the tendency of lack of heat continues for a long time. In staggered parallel operation, due to such inter-furnace interference, it takes a few days for the furnace heat level to reach a steady state when the input heat quantity is changed. In comparison, the overall response of the hot stove is very slow. Since the hot-blast furnace under staggered parallel operation is a system with a very large time constant in this way, in a control system that does not consider dynamic characteristics, the input heat quantity operation becomes inappropriate, and the heat level of the furnace fluctuates greatly. There is a possibility that.

また、上記の例を含めた従来技術では、レンガ温度における制約条件を陽に考慮することができないため、算出された投入熱量操作を実施した場合に制約条件が守られる保証がない。すなわち、制御の過程でレンガ温度がオーバーシュートして制約範囲を外れてしまうことが起こりうる。さらに、高炉への送風温度、送風流量を確保するためには、炉の熱レベルはあるレベル以上に維持されなければならないが、従来技術では熱レベルに課せられるそのような制約条件を陽に考慮することができないこと、また、制御対象の大きな時定数の考慮がなされていないことから、過渡的な状態では熱レベルが上記の下限を下回り、高炉から要請される条件の熱風を供給できなくなる可能性がある。   Moreover, in the prior art including the above example, since the constraint condition on the brick temperature cannot be explicitly considered, there is no guarantee that the constraint condition is observed when the calculated input heat amount operation is performed. That is, the brick temperature may overshoot during the control process, and may be out of the restriction range. Furthermore, in order to ensure the air temperature and flow rate to the blast furnace, the heat level of the furnace must be maintained above a certain level. However, in the prior art, such constraints imposed on the heat level are explicitly considered. In addition, since the large time constant of the controlled object is not taken into consideration, the heat level may fall below the lower limit in the transient state, and hot air with the conditions required by the blast furnace may not be supplied. There is sex.

上記の観点から従来技術を見ると、特公平6−37651号公報(特許文献1)及び特公平7−100806号公報(特許文献2)は、ファジィ推論をベースとしており,熱風炉全体の動特性は考慮されていない。特開平10−226809号公報(特許文献3)は、熱風炉シミュレータによる数サイクル先の予測値を用いており、動特性の考慮は多少なされているが、陽には取り扱われていない。特開平1−319619号公報(特許文献4)に開示されている最適レギュレータを用いた制御方法では、手法自体は動特性を考慮することができるが、特開平1−319619号公報(特許文献4)では炉ごとに制御系を構成しているため、炉間の干渉を考慮したものにはなっておらず、熱風炉全体の動特性は考慮されていない。
さらに、熱風炉は炉ごとに特性が異なり,そのために炉によって熱レベルに差異が生じるが、従来技術ではこれらは考慮されておらず、炉ごとに投入熱量を設定することはできない。
Looking at the prior art from the above viewpoint, Japanese Patent Publication No. 6-37651 (Patent Document 1) and Japanese Patent Publication No. 7-100806 (Patent Document 2) are based on fuzzy inference, and the dynamic characteristics of the entire hot stove Is not considered. Japanese Patent Laid-Open No. 10-226809 (Patent Document 3) uses a predicted value of several cycles ahead by a hot stove simulator, and some consideration is given to dynamic characteristics, but it is not handled explicitly. In the control method using the optimum regulator disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-319619 (Patent Document 4), the method itself can take into consideration the dynamic characteristics, but in Japanese Patent Laid-Open No. 1-319619 (Patent Document 4). ) Has a control system for each furnace, so it does not take into account interference between furnaces, and does not consider the dynamic characteristics of the entire hot stove.
Furthermore, although the characteristics of the hot stove differ from furnace to furnace, and the heat level varies depending on the furnace, the prior art does not take these into consideration, and the input heat quantity cannot be set for each furnace.

このように、従来技術では、熱風炉の燃焼制御において、制御対象の動特性の考慮が不十分であること、及び設備上,操業上の制約条件が陽に考慮できないことにより、過渡状態では各炉への投入熱量が過多あるいは過少となり、高炉に必要な熱風を供給できない、設備が損傷する、熱効率が低下するといった不具合を生じるおそれがあった。そのため、従来技術では、かなり余裕を持たせた投入熱量設定を行わざるを得ず、熱効率の悪化を招いていた。   Thus, in the conventional technology, in the combustion control of the hot stove, the consideration of the dynamic characteristics of the controlled object is insufficient, and the constraints on the equipment and operation cannot be considered explicitly. The amount of heat input to the furnace becomes too large or too small, and there is a risk that the hot air required for the blast furnace cannot be supplied, the equipment is damaged, and the thermal efficiency is lowered. Therefore, in the prior art, the input heat amount setting with a considerable margin has to be performed, and the thermal efficiency is deteriorated.

上記の従来技術による熱風炉の燃焼制御の問題点は、以下の4点に集約される。
(1)スタガードパラレル操業における炉間の干渉や、その結果として生じる熱風炉全体の大きな時定数、すなわち熱風炉全体の動特性が考慮されていない。
(2)レンガ温度の上下限制約など、設備上、操業上の制約条件が操作量算出時に陽に考慮されていないため、それが満たされる保証がない。
(3)熱レベル自体の下限も陽に考慮できないこと、(1)の動特性が考慮できないことから、過渡的には熱レベルの下限値を維持できず、高炉から要請される温度と流量の熱風を供給できないおそれがある。
(4)熱風炉は炉ごとに特性が異なり、そのために炉によって熱レベルに差異が生じるが、従来技術ではこれらは考慮されておらず,炉ごとに投入熱量を設定することができない。
The problems of the above-described conventional hot stove combustion control are summarized in the following four points.
(1) Interference between furnaces in staggered parallel operation and the resulting large time constant of the entire hot stove, that is, the dynamic characteristics of the entire hot stove are not considered.
(2) Since constraints on the operation such as the upper and lower limits of the brick temperature are not explicitly taken into account when calculating the operation amount, there is no guarantee that it will be satisfied.
(3) Since the lower limit of the heat level itself cannot be explicitly considered, and the dynamic characteristics of (1) cannot be considered, the lower limit value of the heat level cannot be maintained transiently, and the temperature and flow rate required by the blast furnace cannot be maintained. Hot air may not be supplied.
(4) The characteristics of the hot stove differ from furnace to furnace, and the heat level varies depending on the furnace. However, the conventional technology does not take these into consideration, and the amount of input heat cannot be set for each furnace.

本発明は,前記課題を解決するためになされたものであり,設備上、操業上の制約条件の下で各炉への投入熱量を最適化することを可能にした熱風炉の燃焼制御方法及びその燃焼制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and a combustion control method for a hot stove capable of optimizing the amount of heat input to each furnace under the constraints of facilities and operation, and It aims at providing the combustion control apparatus.

本発明に係る熱風炉の燃焼制御方法は、複数基の熱風炉に対して予め定められた制御周期ごとに燃焼期及び送風期のサイクルを繰り返して行うことにより高炉に対して所望の温度と流量の熱風を供給する熱風炉の燃焼制御方法において、炉ごとの投入熱量を要素とするベクトルを入力とし、炉ごとの送風期における熱レベルを要素とするベクトルを出力とし、該入力と出力の間の動特性を表すモデルを用いて現在から将来の第一の区間における投入熱量の時系列に対する次の送風期から将来の第二の区間における熱レベルの推移の予測値を算出する工程と、該予測値に基づいて、あらかじめ与えられた操業上及び/又は設備上の制約範囲内であらかじめ定められた評価関数を最適化するような前記第一の区間における各炉への投入熱量の時系列を求める工程と、前記各炉への投入熱量の時系列のうち現在時刻に対応する投入熱量に基づいて各炉に投入する熱量を調整する工程とを有する。   The combustion control method for a hot stove according to the present invention includes a desired temperature and flow rate for a blast furnace by repeatedly performing a cycle of a combustion period and a blowing period for each of a plurality of hot stoves. In the combustion control method of a hot stove that supplies hot air, a vector whose input is the amount of heat input for each furnace is an input, and a vector whose element is the heat level in the blowing period for each furnace is an output between the input and the output. Calculating a predicted value of the transition of the heat level in the second section in the future from the next blowing period to the time series of the input heat amount in the first section from the present to the future using the model representing the dynamic characteristics of A time system of the amount of heat input to each furnace in the first section that optimizes a predetermined evaluation function within a predetermined range of operation and / or facility restrictions based on the predicted value. And a step of obtaining a and the step of adjusting the amount of heat put into the furnace based on the heat input corresponding to the current time of the time series of heat input to each furnace.

本発明に係る熱風炉の燃焼制御方法は、複数基の熱風炉に対して予め定められた制御周期ごとに燃焼期及び送風期のサイクルを繰り返して行うことにより高炉に対して所望の温度と流量の熱風を供給する熱風炉の燃焼制御方法において、炉ごとの投入熱量を要素とするベクトルを入力とし、炉ごとの送風期における熱レベルを要素とするベクトルを出力とし、高炉に送風する熱風の温度と流量の設定値を外乱とし、該入力及び外乱と出力の間の動特性を表すモデルを用いて現在から将来の第一の区間における投入熱量の時系列に対する次の送風期から将来の第二の区間における熱レベルの推移の予測値を算出する工程と、該予測値に基づいて、あらかじめ与えられた操業上及び設備上の制約範囲内であらかじめ定められた評価関数を最適化するような前記第一の区間における各炉への投入熱量の時系列を求める工程と、前記各炉への投入熱量の時系列のうち現在時刻に対応する投入熱量に基づいて各炉に投入する熱量を調整する工程とを有する。   The combustion control method for a hot stove according to the present invention includes a desired temperature and flow rate for a blast furnace by repeatedly performing a cycle of a combustion period and a blowing period for each of a plurality of hot stoves. In the method for controlling the combustion of a hot-blast furnace for supplying hot air, a vector whose input is the amount of heat input for each furnace is used as an input, and a vector whose element is the heat level in the blowing period of each furnace is used as an output. Using the model that represents the dynamic characteristics between the input and the disturbance and output as the disturbance, the set values of the temperature and the flow rate are used as disturbances. Calculating a predicted value of the transition of the heat level in the second section and, based on the predicted value, optimizing a predetermined evaluation function within a predetermined operational and facility restriction range The amount of heat to be input to each furnace based on the input heat amount corresponding to the current time in the time series of the input heat amount to each furnace in the time series of the input heat amount to each furnace in the first section Adjusting the process.

本発明に係る熱風炉の燃焼制御方法は、現在から将来の第一の区間における投入熱量の時系列に対する次の送風期から将来の第二の区間における熱レベルの推移の予測値を、現在時刻の実績値に基づいて補正し、その補正値を前記予測値として前記投入熱量の時系列を求めるものである。
本発明に係る熱風炉の燃焼制御方法において、前記操業上及び/又は設備上の制約は、送風中間点熱風温度、送風終了時レンガ温度及び送風期の混合冷風量の少なくとも1以上を含むものである。
本発明に係る熱風炉の燃焼制御方法は、前記評価関数として、各炉の熱レベルの推移の予測値とその目標値との偏差の二乗又は絶対値を将来の第二の区間について加算したものと、投入熱量又はその変更量の二乗又は絶対値を将来の第二の区間について加算したものとに重み付けをしたものを用いる。
The combustion control method for a hot stove furnace according to the present invention provides a predicted value of the transition of the heat level in the second period from the next blowing period to the time series of the input heat amount in the first period from the present to the present time. The time series of the input heat quantity is obtained using the corrected value as the predicted value.
In the hot stove combustion control method according to the present invention, the operational and / or facility restrictions include at least one of the hot air temperature at the air blowing point, the brick temperature at the time of the air blowing, and the amount of mixed cold air during the air blowing period.
The combustion control method for a hot stove furnace according to the present invention is obtained by adding, as the evaluation function, the square or absolute value of the deviation between the predicted value of the transition of the heat level of each furnace and its target value for the future second section. And the weight of the input heat amount or the square of the change amount or the absolute value added for the future second interval.

本発明に係る熱風炉の燃焼制御装置は、複数基の熱風炉に対して予め定められた制御周期ごとに燃焼期及び送風期のサイクルを繰り返して行うことにより高炉に対して所望の温度と流量の熱風を供給する熱風炉の燃焼制御装置において、炉ごとの投入熱量を要素とするベクトルを入力とし、炉ごとの送風期における熱レベルを要素とするベクトルを出力とし、高炉に送風する熱風の温度と流量の設定値を外乱とし、該入力及び外乱と出力の間の動特性を表すモデルを用いて現在から将来の第一の区間における投入熱量の時系列に対する次の送風期から将来の第二の区間における熱レベルの推移の予測値を算出する予測温度算出手段と、該予測値に基づいて、あらかじめ与えられた操業上及び/又は設備上の制約範囲内であらかじめ定められた評価関数を最適化するような前記第一の区間における各炉への投入熱量の時系列を求める投入熱量算出手段と、前記各炉への投入熱量の時系列のうち現在時刻に対応する投入熱量に基づいて各炉に投入する熱量を調整する投入熱量調整手段とを有する。   A combustion control apparatus for a hot stove according to the present invention is configured to perform a desired temperature and flow rate for a blast furnace by repeatedly performing a cycle of a combustion period and an air blowing period for each of a plurality of hot stoves. In a combustion control device for a hot stove that supplies hot air, a vector whose input is the amount of heat input for each furnace is an input, and a vector whose element is a heat level in the blowing period for each furnace is an output, and the hot air sent to the blast furnace is Using the model that represents the dynamic characteristics between the input and the disturbance and output as the disturbance, the set values of the temperature and the flow rate are used as disturbances. Predicted temperature calculating means for calculating a predicted value of the transition of the heat level in the second section, and based on the predicted value, predetermined within operational and / or facility restrictions An input heat amount calculating means for obtaining a time series of input heat amount to each furnace in the first section so as to optimize a valence function, and an input heat amount corresponding to the current time in the time series of input heat amount to each furnace Input heat amount adjusting means for adjusting the amount of heat input to each furnace based on the above.

本発明に係る熱風炉の燃焼制御装置は、複数基の熱風炉に対して予め定められた制御周期ごとに燃焼期及び送風期のサイクルを繰り返して行うことにより高炉に対して所望の温度と流量の熱風を供給する熱風炉の燃焼制御装置において、炉ごとの投入熱量を要素とするベクトルを入力とし、炉ごとの送風期における熱レベルを要素とするベクトルを出力とし、高炉に送風する熱風の温度と流量の設定値を外乱とし、該入力及び外乱と出力の間の動特性を表すモデルを用いて現在から将来の第一の区間における投入熱量の時系列に対する次の送風期から将来の第二の区間における熱レベルの推移の予測値を算出する予測温度算出手段と、該予測値に基づいて、あらかじめ与えられた操業上及び設備上の制約範囲内であらかじめ定められた評価関数を最適化するような前記第一の区間における各炉への投入熱量の時系列を求める投入熱量算出手段と、前記各炉への投入熱量の時系列のうち現在時刻に対応する投入熱量に基づいて各炉に投入する熱量を調整する投入熱量調整手段とを有する。   A combustion control apparatus for a hot stove according to the present invention is configured to perform a desired temperature and flow rate for a blast furnace by repeatedly performing a cycle of a combustion period and an air blowing period for each of a plurality of hot stoves. In a combustion control device for a hot stove that supplies hot air, a vector whose input is the amount of heat input for each furnace is an input, and a vector whose element is a heat level in the blowing period for each furnace is an output, and the hot air sent to the blast furnace is Using the model that represents the dynamic characteristics between the input and the disturbance and output as the disturbance, the set values of the temperature and the flow rate are used as disturbances. A predicted temperature calculating means for calculating a predicted value of the transition of the heat level in the second section, and an evaluation function determined in advance within a predetermined operational and facility restriction range based on the predicted value. Input heat amount calculating means for obtaining a time series of heat input to each furnace in the first section so as to optimize, and based on the input heat amount corresponding to the current time in the time series of heat input to each furnace Input heat amount adjusting means for adjusting the amount of heat input to each furnace.

本発明に係る熱風炉の燃焼制御装置は、現在から将来の第一の区間における投入熱量の時系列に対する次の送風期から将来の第二の区間における熱レベルの推移の予測値を、現在時刻の実績値に基づいて補正し、その補正値を前記予測値として前記投入熱量算出手段に出力する熱レベル予測値補正手段を更に備えたものである。
本発明に係る熱風炉の燃焼制御装置において、前記予測値算出手段は、前記操業上及び/又は設備上の制約として、送風中間点熱風温度、送風終了時レンガ温度及び送風期の混合冷風量の少なくとも1以上を用いるものである。
本発明に係る熱風炉の燃焼制御装置において、前記投入熱量算出手段は、前記評価関数として、各炉の熱レベルの推移の予測値とその目標値との偏差の二乗又は絶対値を将来の第二の区間について加算したものと、投入熱量又はその変更量の二乗又は絶対値を将来の第二の区間について加算したものとに重み付けをしたものを用いるものである。
The combustion control apparatus for a hot stove furnace according to the present invention calculates the predicted value of the transition of the heat level in the second period from the next blowing period to the time series of the input heat amount in the first period from the present to the current time. And a heat level predicted value correcting means for correcting the corrected value as the predicted value to the input heat amount calculating means.
In the combustion control apparatus for a hot stove furnace according to the present invention, the predicted value calculation means includes, as constraints on the operation and / or equipment, the hot air temperature at the air blowing point, the brick temperature at the time of air blowing, and the amount of cold air mixed during the air blowing period. At least one or more are used.
In the combustion control apparatus for a hot stove furnace according to the present invention, the input heat amount calculation means calculates the square or absolute value of the deviation between the predicted value of the transition of the heat level of each furnace and its target value as the evaluation function in the future. The weighting is applied to the sum of the two sections and the sum of the input heat amount or the square or absolute value of the change amount for the future second section.

本発明によれば、上記の(1)〜(3)の問題点を、将来の一定区間(第一の区間)における投入熱量の時系列を仮定し、それを炉間の干渉を考慮した熱風炉全体の動特性を表すモデルに入力して将来の一定区間(第二の区間)における各炉の熱レベルの推移を予測し、その予測値が操業上及び/又は設備上の制約範囲内に収まるような投入熱量操作量の時系列の中で、あらかじめ定めておいた評価関数を最適化するようなものを選択し、それに基づいて投入熱量を操作することを制御周期ごとに行うことにより解決している。このため、投入熱量操作が不適切になって熱レベルが制約範囲を越えてしまうようなことはない。また、制約条件を満たす投入熱量操作量の時系列の中で、あらかじめ定めておいた評価関数を最適化するようなものを選択し、それに基づいて投入熱量を操作するから、その評価関数の下で理論上最適な制御性能を得ることができ、また、評価関数の構成やパラメータを変更することによって制御の応答性を自由に変更することができる。   According to the present invention, the problems (1) to (3) described above are based on the assumption that the time series of the input heat amount in a future fixed section (first section) is assumed, and that the hot air considering the interference between the furnaces is used. Input into a model that represents the dynamic characteristics of the entire furnace and predict the transition of the heat level of each furnace in a certain future section (second section), and the predicted value is within the operational and / or facility constraints. Solve the problem by selecting the one that optimizes the evaluation function set in advance from the time series of the input heat amount that can be accommodated, and then operating the input heat amount based on the selected function. is doing. For this reason, there is no case where the input heat amount operation becomes inappropriate and the heat level does not exceed the restriction range. Also, in the time series of the input heat quantity manipulated variables that satisfy the constraints, the one that optimizes the predetermined evaluation function is selected and the input heat quantity is manipulated based on that, so Thus, the theoretically optimal control performance can be obtained, and the control response can be freely changed by changing the configuration and parameters of the evaluation function.

さらに、熱レベルの推移を予測するモデルとして、炉ごとの投入熱量を要素とするベクトルを入力とし、炉ごとの送風期における熱レベルを要素とするベクトルを出力とし、該入力と出力の間の動特性を表すモデルを用いることにより、上記の(4)の問題点を解決している。すなわち、入力と出力の間の動特性を表すモデルを用いるので、炉ごとの動特性や熱レベルの差異を表すことができるから、投入熱量設定にそれらを反映させることができる。
また、全ての炉の投入熱量を同時に設定計算するので、投入熱量設定のタイミングを迎えている炉に対してのみ投入熱量を設定計算する場合に比べて、炉間の干渉が考慮された最適な投入熱量設定を行うことができる。
さらに、以上の操作量算出の処理を制御周期ごとに行うから、実際の熱風炉の動特性とモデルとの間に誤差がある場合や,高炉への送風温度や送風流量の設定値に変更があった場合でも適切に修正を行いながら制御を行うことができる。
また、上記の将来の一定区間(第一の区間)における高炉へ送風する熱風の温度と流量の設定値がわかれば、それを外乱として考慮したモデルで各炉の熱レベルの推移を予測することにより、熱レベルの予測精度を高めることができ、投入熱量をより適切なものとすることができる。
また、評価関数としては、例えば各炉の熱レベルの予測値とその目標値との偏差の二乗あるいは絶対値を将来の一定区間(第二の区間)について加算したものと、投入熱量あるいはその変更量の絶対値あるいは二乗を将来の一定区間(第一の区間)について加算したものとに重み付けをしたものを用いることができる。この重みの変更により,投入熱量の大きさと得られる制御性能のトレードオフを考慮した制御系設計を行うことができ,両者のバランスが取れた制御系を得ることができる。
Furthermore, as a model for predicting the transition of the heat level, a vector having the input heat amount for each furnace as an element is input, and a vector having the heat level in the blowing period for each furnace as an output is an output. The problem (4) is solved by using a model representing dynamic characteristics. That is, since a model representing the dynamic characteristics between the input and the output is used, the differences in dynamic characteristics and heat levels for each furnace can be represented, so that they can be reflected in the input heat amount setting.
In addition, since the input heat amounts of all furnaces are set and calculated at the same time, compared to the case where the input heat amounts are set and calculated only for the furnace that has reached the timing of input heat amount setting, it is optimal to consider interference between furnaces. The amount of input heat can be set.
Furthermore, since the above-mentioned manipulated variable calculation process is performed at each control cycle, if there is an error between the actual hot stove dynamic characteristics and the model, or the setting value of the blast furnace air temperature and air flow rate is changed. Even if there is, control can be performed while making appropriate corrections.
In addition, if the set values of the temperature and flow rate of hot air blown to the blast furnace in the future fixed section (first section) are known, the transition of the heat level of each furnace should be predicted using a model that takes this into consideration as a disturbance. Thus, the prediction accuracy of the heat level can be improved, and the input heat amount can be made more appropriate.
In addition, as an evaluation function, for example, a value obtained by adding the square or absolute value of the deviation between the predicted value of the heat level of each furnace and its target value for a certain future interval (second interval), and the input heat amount or its change It is possible to use a weighted value obtained by adding the absolute value or square of the quantity to the future fixed interval (first interval). By changing the weight, it is possible to design a control system that takes into account the tradeoff between the amount of input heat and the obtained control performance, and a control system that balances both can be obtained.

図1は本発明の一実施形態に係る熱風炉の制御装置及び関連設備の構成を示すブロック図である。この燃焼制御装置20は、熱レベル予測モデルを用いて熱レベルの推移を予測する予測温度算出部21、予測温度算出部21で得られた熱レベルの推移の予測値を実績値に基づいて補正する熱レベル予測値補正部22、制約条件データが記憶された記憶部23、熱レベル予測値補正部22で補正された熱レベルの推移の予測値に基づいて各炉への投入熱量を算出する投入熱量算出部24及び投入熱量算出部24で算出された投入熱量に基づいて各炉への投入熱量を調整(設定)する投入熱量調整部25から構成されている。この燃焼制御装置20は、このような機能を持つものとして特定されるが、その具体的な構成はコンピュータとその演算処理を規定するプログラムによって実現される。また、熱風炉1の珪石レンガ下部にはレンガ温度を測定する温度計31が取り付けられ、熱風炉1の出口側には熱風の温度を測定する温度計32が取り付けられており、これらの温度計31,32の出力は熱レベル予測値補正部22に供給される。図1においては他の熱風炉2〜4を省略したが、本実施形態においては図9に示されるように4基の熱風炉が連結されており、熱風炉2〜4においても図1と同様な温度計31,32をそれぞれ備えており、それらの出力は図1の熱レベル予測値補正部22に供給される。また、熱風炉1の燃料ガス供給口16の上流側にはガス弁16aが取り付けられており、投入熱量調整部25が設定された投入熱量に基づいてガス弁16aの開度を調整することによりガス流量又はガスカロリーを調整する。なお、上記の燃焼制御装置20の動作については、投入熱量の最適化方法(後述)を説明する際に図1を参照しながら説明する。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a hot stove control device and related equipment according to an embodiment of the present invention. This combustion control apparatus 20 corrects the predicted value of the transition of the heat level obtained by the predicted temperature calculation unit 21 that predicts the transition of the heat level using the heat level prediction model, based on the actual value. The amount of heat input to each furnace is calculated based on the predicted heat level transition value corrected by the predicted heat level correction unit 22, the storage unit 23 storing the constraint condition data, and the predicted heat level correction unit 22. The input heat amount calculation unit 24 and the input heat amount adjustment unit 25 that adjusts (sets) the input heat amount to each furnace based on the input heat amount calculated by the input heat amount calculation unit 24. Although this combustion control device 20 is specified as having such a function, its specific configuration is realized by a computer and a program that defines its arithmetic processing. A thermometer 31 for measuring the brick temperature is attached to the lower part of the quartz brick of the hot stove 1, and a thermometer 32 for measuring the temperature of the hot air is attached to the outlet side of the hot stove 1. Outputs 31 and 32 are supplied to the heat level predicted value correction unit 22. In FIG. 1, the other hot air ovens 2 to 4 are omitted, but in this embodiment, four hot air ovens are connected as shown in FIG. 9, and the hot air ovens 2 to 4 are the same as in FIG. Thermometers 31 and 32 are provided, and their outputs are supplied to the heat level predicted value correction unit 22 of FIG. A gas valve 16a is attached to the upstream side of the fuel gas supply port 16 of the hot stove 1, and the input heat amount adjustment unit 25 adjusts the opening of the gas valve 16a based on the set heat amount. Adjust gas flow or gas calorie. The operation of the combustion control device 20 will be described with reference to FIG. 1 when describing the method for optimizing the input heat amount (described later).

次に、上記の燃焼制御装置20の動作説明に先だって、本実施形態の制御方法の前提となっているスタガードパラレル操業や熱レベル予測モデルについて説明する。
燃焼制御装置20の制御対象は、上述のように、図1の熱風炉が図9のように連結されたものである。そして、図2に示されるように、燃焼・送風のサイクルを繰り返しながらスタガードパラレル操業が実施されており、投入熱量の設定は,各炉の燃焼期に先立って図2の離散化された時刻k=1,2,…で行われる。
Next, prior to the description of the operation of the combustion control device 20 described above, the staggered parallel operation and the heat level prediction model, which are the premise of the control method of the present embodiment, will be described.
As described above, the control object of the combustion control device 20 is obtained by connecting the hot stove of FIG. 1 as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the staggered parallel operation is carried out while repeating the combustion / air blowing cycle, and the input heat amount is set at the discrete time k in FIG. 2 prior to the combustion period of each furnace. = 1, 2,...

時刻k=0では、熱風炉1(図2では1HS)が燃焼期に入るので、その投入熱量が設定される。熱風炉1は,k=2で燃焼期を終えて送風期に入る。熱風炉2(図2では2HS)は,1ピリオド遅れて時刻k=3において燃焼期を終えて送風期に入り、1HSと2HSの二基送風状態となる。k=2と3の間は1HSは後行炉であり、1HSに先行する4HSよりも熱レベルが高く、より高温の熱風を供給する役割を担う。したがって、k=3においては1HSからの熱風温度は高炉への送風温度設定値よりも高い状態にあることが必要である。そのため、k=3では,1HS,2HSからの熱風はともに送風温度設定値よりも高くなる。そこで、2HSは1HSからの熱風温度が送風温度設定値まで低下する時刻(図2ではBで示す)まで待機し、その間は1HSの一基送風とし、1HSからの熱風に冷風(混合冷風)を混合することにより送風温度制御を行う。   At time k = 0, the hot stove 1 (1HS in FIG. 2) enters the combustion period, and its input heat amount is set. The hot stove 1 finishes the combustion period at k = 2 and enters the blowing period. The hot stove 2 (2HS in FIG. 2) is delayed by one period, finishes the combustion period at time k = 3, enters the blowing period, and enters the two-air blowing state of 1HS and 2HS. Between k = 2 and 3, 1HS is a trailing furnace, which has a higher heat level than 4HS preceding 1HS and plays a role of supplying hot air at a higher temperature. Therefore, at k = 3, the temperature of hot air from 1HS needs to be higher than the setting value of the blowing temperature to the blast furnace. Therefore, at k = 3, the hot air from 1HS and 2HS is higher than the air temperature setting value. Therefore, 2HS waits until the time when the hot air temperature from 1HS decreases to the blow temperature setting value (indicated by B in FIG. 2), and during that time, 1HS is set as a single air blow and cold air (mixed cold air) is used as hot air from 1HS. The air temperature is controlled by mixing.

次に、本実施形態で用いる熱風炉の熱レベルを表す指標と本実施形態における制御タイミング(投入熱量の設定計算を行うタイミング)について図2を参照しながら説明する。熱効率向上のためには、混合冷風は少ないほどよいが、k=3における1HSからの熱風温度が高炉への送風温度設定値に一致したときはただちに1HSと2HSの二基送風状態に入ることにより混合冷風量は0となる。すなわち、投入熱量を最小化し、熱効率を最大化するという観点からは、これが理想状態である。同様に、各炉の送風期の中間点において、各炉からの熱風温度を高炉への送風温度設定値に一致させるのが理想状態である。そこで、各炉の送風期の中間点における各炉からの熱風温度(以下、送風中間点熱風温度という)を各炉の熱レベルを表す指標とし、これを制御量として目標値に制御する。送風中間点熱風温度の目標値は、理想的には高炉への送風温度設定値であるが、高炉から要請される送風温度、送風流量の変更などの外乱によって送風中間点熱風温度が送風温度設定値を下回ることは避けなければならない。そこで、余裕を見て、送風中間点熱風温度の目標値は、高炉への送風温度設定値よりも多少高めに設定する。   Next, an index representing the heat level of the hot stove used in the present embodiment and a control timing (timing for calculating the input heat amount) will be described with reference to FIG. In order to improve thermal efficiency, the smaller the mixed cold air, the better. However, when the hot air temperature from 1HS at k = 3 matches the blast furnace air temperature setting value, immediately enter into the two-air blowing state of 1HS and 2HS. The amount of mixed cold air is zero. That is, this is an ideal state from the viewpoint of minimizing the input heat amount and maximizing the thermal efficiency. Similarly, it is an ideal state to match the hot air temperature from each furnace with the setting value of the blowing temperature to the blast furnace at the midpoint of the blowing period of each furnace. Therefore, the hot air temperature from each furnace at the intermediate point in the blowing period of each furnace (hereinafter referred to as the blowing intermediate point hot air temperature) is used as an index representing the heat level of each furnace, and this is controlled as a control value to a target value. The target value of the hot air temperature at the air blowing point is ideally the air temperature setting value for the blast furnace, but the air temperature at the hot air at the air blowing point is set by the air temperature required by the blast furnace due to changes in the air temperature and flow rate. It must be avoided to fall below the value. Therefore, with a margin, the target value of the hot air temperature at the air blowing point is set slightly higher than the air temperature setting value for the blast furnace.

本実施形態では、投入熱量の設定計算は、各炉の燃焼期に先立って図2の白い四角で示したタイミングで行うが、その設定計算は4炉分をまとめて行うため、黒い四角で4ピリオドおきに行う。以降、その周期をサイクルとよぶ。1サイクルの長さは4ピリオドの長さに等しい。ピリオドを単位とする離散時刻kと区別するため、サイクルを単位とする離散時刻をtと表記する。設定計算に必要な操業データは、それに先立って収集しておく必要がある。そこで、送風中間点熱風温度は、各ピリオドの最後で収集するものとし、便宜上、そのデータは設定計算を行う離散化された時刻の1ピリオド前の時刻に収集されたものとみなす。例えば,k=1の直前で3HSの熱風温度を測定し、それをk=0における送風中間点熱風温度とする。図2では、その送風中間点熱風温度を黒丸で示す。それらが各ピリオドの最後で収集するものであることを示すため、各時刻を表す縦線よりも若干前にプロットしている。   In the present embodiment, the setting calculation of the input heat amount is performed at the timing indicated by the white squares in FIG. 2 prior to the combustion period of each furnace. Perform every period. Hereinafter, this period is called a cycle. The length of one cycle is equal to the length of 4 periods. In order to distinguish from the discrete time k in units of periods, the discrete time in units of cycles is denoted as t. Operation data necessary for setting calculation must be collected prior to that. Therefore, it is assumed that the hot air temperature at the air blowing point is collected at the end of each period, and for convenience, the data is assumed to be collected at a time one period before the discretized time when the setting calculation is performed. For example, the hot air temperature of 3HS is measured immediately before k = 1, and this is set as the blowing intermediate point hot air temperature at k = 0. In FIG. 2, the hot air temperature at the air blowing intermediate point is indicated by a black circle. To show that they are collected at the end of each period, they are plotted slightly before the vertical line representing each time.

次に、投入熱量設定にあたって考慮すべき設備上、操業上の制約条件について説明する。珪石レンガの保護のため、送風末期においても珪石レンガ下部15の温度を変態点温度以上に保つ必要がある。そこで、送風終了時の珪石レンガ下部温度(以下,送風終了時レンガ温度)も熱レベルの指標とし、それが下限値を割り込まないように制御する。送風終了時レンガ温度も、設定計算を行う離散化された時刻の1ピリオド前の時刻に収集するものとする。例えば、k=1の直前で2HSのレンガ温度を温度計31により測定し,それをk=0における送風終了時レンガ温度とする。図2では、その送風終了時レンガ温度を白丸で示す。   Next, the operational and operational constraints that should be considered when setting the input heat quantity will be described. In order to protect the quartz brick, it is necessary to keep the temperature of the quartz brick lower portion 15 at the transformation point temperature or higher even at the end of the blowing. Therefore, the temperature at the bottom of the silica brick at the end of blowing (hereinafter, the brick temperature at the end of blowing) is also used as an index of the heat level, and control is performed so that it does not interrupt the lower limit value. The brick temperature at the end of blowing is also collected at a time one period before the discretized time when the setting calculation is performed. For example, the 2HS brick temperature is measured by the thermometer 31 immediately before k = 1, and is set as the brick temperature at the end of blowing at k = 0. In FIG. 2, the brick temperature at the end of the blowing is indicated by a white circle.

本発明を実施するには、投入熱量と熱レベルとの関係を表すモデルが必要である。本実施形態では、炉ごとの投入熱量を要素とするベクトルを入力とし、炉ごとの送風期における熱レベルを要素とするベクトルを出力とし、入力と出力の間の動特性を表す多入力多出力モデルを用いる。まず、入力ベクトルについて説明する。図2では、1HS〜4HSは、それぞれ時刻k=0〜3で燃焼期に入るので、それらのタイミングで投入熱量の設定を行う必要があるが、本実施形態ではそのための設定計算を全ての炉(ここでは4基)をまとめて一括で行い、1HS〜4HSの投入熱量を同時に最適化する。そこで、t=0で投入熱量の設定計算を行って、1HS〜4HSの投入熱量ug1(0),ug2(0),ug3(0),ug4(0)を求めるものとし、以下のようにベクトルで表す。 In order to carry out the present invention, a model that represents the relationship between the input heat amount and the heat level is required. In this embodiment, a multi-input multi-output that represents a dynamic characteristic between the inputs and outputs a vector whose element is the heat level in the blowing period of each furnace as an input, and a vector whose element is the amount of heat input for each furnace. Use the model. First, the input vector will be described. In FIG. 2, since 1HS to 4HS enter the combustion period at time k = 0 to 3, respectively, it is necessary to set the input heat amount at those timings, but in this embodiment, setting calculation for that is performed for all furnaces. (4 units in this case) are collectively performed and the input heat amounts of 1HS to 4HS are simultaneously optimized. Therefore, after the setting calculation of heat input at t = 0, heat input u g1 (0) of 1HS~4HS, u g2 (0), u g3 (0), and shall determine the u g4 (0), the following This is expressed as a vector.

Figure 2009084636
Figure 2009084636

なお、(1)式の右辺の右肩のtはベクトルの転置を表す。出力ベクトルも同様に、k=0〜3で観測される熱風炉1〜4の送風中間点熱風温度をt=0の値とみなし、それぞれ   Note that the right shoulder t on the right side of equation (1) represents transposition of the vector. Similarly, regarding the output vector, the hot air temperature of the hot air furnace 1 to 4 observed at k = 0 to 3 is regarded as the value of t = 0,

Figure 2009084636
Figure 2009084636

と表す。同様に、時刻tにおける入力ベクトルu(t)と出力ベクトルy(t)が定義できる。モデルは、入力ベクトルと出力ベクトルの関係を表すものであれば何でもよく、例えば以下のように構成できる。 It expresses. Similarly, an input vector u (t) and an output vector y (t) at time t can be defined. The model may be anything as long as it represents the relationship between the input vector and the output vector. For example, the model can be configured as follows.

例えば、特開平10−226809号公報では、燃焼期には燃焼ガス、送風期には炉内に通風する冷風と蓄熱室内部のレンガとの熱交換モデルを作成し、それを数値計算により解くことによって熱風炉の燃焼、送風を行う熱風炉シミュレータが開示されている。このシミュレータでは、燃料用ガスのカロリー及び流量、空燃比、ガス及びレンガの物性値のデータを用いて燃焼期のシミュレーションを行い、熱交換モデルを用いて蓄熱室内部のレンガ各部の温度変化を計算する。次に,高炉への送風温度及び流量の設定値、蓄熱室に通風する冷風の温度、レンガや空気の物性値を用いて送風期のシミュレーションを行い、レンガ温度、各炉からの熱風温度、各炉への通風量,混合冷風量の時間変化を計算する。レンガ各部の温度の初期値を与え、この燃焼期、送風期のシミュレーションのサイクルを繰り返し行うことにより、レンガ各部の温度、熱風温度、混合冷風量のような熱レベルの指標の時間変化を計算することができ、投入熱量の操作や、高炉への送風温度及び送風流量の設定値の変更に対する熱レベルの変動を時系列データとして得ることができる。   For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 10-226809, a heat exchange model between a combustion gas in the combustion period and a cold air passing through the furnace in the blowing period and a brick in the heat storage chamber is created and solved by numerical calculation. Discloses a hot stove simulator that performs combustion and blowing of a hot stove. In this simulator, the combustion phase is simulated using calorie and flow rate of fuel gas, air-fuel ratio, gas and brick physical property data, and the temperature change of each part of the brick in the heat storage chamber is calculated using a heat exchange model. To do. Next, simulation of the blowing period was performed using the set values of the blowing temperature and flow rate to the blast furnace, the temperature of the cold air passing through the heat storage chamber, and the physical properties of bricks and air, and the brick temperature, hot air temperature from each furnace, Calculate the time variation of the air flow to the furnace and the mixed cold air flow. By giving the initial value of the temperature of each part of the brick and repeating the simulation cycle of the combustion period and the blowing period, the time change of the index of the heat level such as the temperature of each part of the brick, the hot air temperature, and the amount of mixed cold air is calculated It is possible to obtain, as time-series data, fluctuations in the heat level with respect to the operation of the input heat amount and the change in the set values of the blowing temperature and blowing flow rate to the blast furnace.

この熱風炉シミュレータを用いて本実施形態で用いるモデルを求めるには、例えば、以下のようにすればよい。熱風炉1への投入熱量をステップ状に変更し、それ以降における熱風炉1〜4からの熱風温度の時系列データの中から送風中間点熱風温度に相当するデータを、また、レンガ各部の温度の時系列データの中から送風終了時レンガ温度に相当するデータをそれぞれ抜き出し、炉ごとに時刻順に並べることにより、熱風炉1の投入熱量から各炉の送風中間点熱風温度及び送風終了時レンガ温度へのステップ応答モデルを炉ごとに得ることができる。同様に、熱風炉2〜4の投入熱量から各炉の送風中間点熱風温度及び送風終了時レンガ温度へのステップ応答モデルを炉ごとに得る。   In order to obtain a model used in the present embodiment using this hot stove simulator, for example, the following may be performed. The amount of heat input to the hot stove 1 is changed in steps, and the data corresponding to the hot air temperature at the air blowing midpoint among the time series data of the hot air temperatures from the hot stove 1 to 4 after that, and the temperature of each part of the brick The data corresponding to the brick temperature at the end of blowing is extracted from the time series data of each, and arranged in order of time for each furnace. A step response model to can be obtained for each furnace. Similarly, a step response model is obtained for each furnace from the input heat amount of the hot blast furnaces 2 to 4 to the blowing intermediate point hot air temperature of each furnace and the brick temperature at the end of blowing.

次に、本実施形態で用いられるモデルの変数について具体的に説明する。
図3は上記のステップ応答モデル(投入熱量をステップ状に変更したときのtblast,tbrickの挙動)を示したものである。同図(a)は熱風炉に対する単位ステップ操作、同図(b)は熱風炉への投入熱量に対する単位ステップ操作に対する時刻tにおける送風中間点熱風温度の応答、同図(c)は熱風炉への投入熱量に対する単位ステップ操作に対する時刻tにおける送風終了時レンガ温度の応答を、それぞれ概念的に示したものである。
Next, the model variables used in this embodiment will be described in detail.
FIG. 3 shows the step response model (the behavior of t blast and t brick when the input heat quantity is changed to a step shape). The figure (a) is the unit step operation for the hot stove, the figure (b) is the response of the hot air temperature at the air blow point at time t to the unit step operation for the amount of heat input to the hot stove, and the figure (c) is the hot step furnace. FIG. 4 conceptually shows the response of the brick temperature at the end of blowing at time t to the unit step operation with respect to the input heat amount.

図3(a)に示されるように、熱風炉jへの投入熱量をt=0以降、単位だけ増加させる。そして、図3(b)(c)に示されるように、t=0, 1, 2, ... における各炉の送風中間点熱風温度と送風終了時レンガ温度をそれぞれ時系列的に炉ごとに並べて{tblastij0,tblastij1,tblastij2,...},{tbrickij0,tbrickij1,tbrickij2,...}と表す。ここで、tblastijmとtbrickijmは、それぞれ熱風炉jへの投入熱量に対する単位ステップ操作に対する時刻t=mにおける熱風炉iの送風中間点熱風温度と送風終了時レンガ温度の応答をそれぞれ表す。ここで、時刻t=n以降は応答は整定し,変化しないとしてステップ応答の系列を打ち切ることにすれば、熱風炉jへの投入熱量操作に対する熱風炉iの送風中間点熱風温度Tblastijと送風終了時レンガ温度Tbrickijの応答は、それぞれ As shown in FIG. 3A, the amount of heat input to the hot stove j is increased by a unit after t = 0. Then, as shown in FIGS. 3B and 3C, the hot air temperature at the air blow point at each furnace and the brick temperature at the time of the air blow at t = 0, 1, 2,. {T blastij0 , t blastij1 , t blastij2 , ...} and {t brickij0 , t brickij1 , t brickij2 , ...}. Here, t blastijm and t brickijm respectively represent the response of the hot air temperature at the hot air furnace i at the time t = m and the brick temperature at the end of air blowing at the time t = m with respect to the unit step operation with respect to the amount of heat input to the hot air furnace j. Here, after the time t = n, if the response is settled and the series of step responses is to be discontinued without any change, the hot-air furnace i blowing midpoint hot air temperature T blastij and the air blowing with respect to the operation of heat input to the hot-blast furnace j The response of the end brick temperature T brickij , respectively

Figure 2009084636
Figure 2009084636

と表すことができる。ここで、ugj(t)とΔugj(t)は時刻tにおける熱風炉への投入熱量とその変更量をそれぞれ表し、 It can be expressed as. Here, u gj (t) and Δu gj (t) represent the amount of heat input to the hot stove at time t and the amount of change, respectively,

Figure 2009084636
Figure 2009084636

である。各炉の送風中間点熱風温度と送風終了時レンガ温度の応答は、すべての炉の投入熱量操作からの応答の重ね合わせとなるので、 It is. Since the response of the hot air temperature at the air blowing point of each furnace and the brick temperature at the end of air blowing is a superposition of responses from the input heat amount operations of all furnaces,

Figure 2009084636
Figure 2009084636

の時系列を用いて(5),(6),(8),(9),(10)式からy(t)が求められ、入力ベクトルと出力ベクトルが対応づけられる。 Y (t) is obtained from the equations (5), (6), (8), (9), and (10) using the time series of (5), and the input vector and the output vector are associated with each other.

次に、図1の燃焼制御装置20の構成を参照しながら投入熱量の最適化方法について説明する。   Next, a method for optimizing the input heat amount will be described with reference to the configuration of the combustion control device 20 of FIG.

本実施形態では、予測温度算出部21が、将来の一定区間(第一の区間)における投入熱量の時系列を仮定し、それをモデルに入力して将来の一定区間(第二の区間)における各炉の熱レベルの推移を予測する。そして、熱レベル予測値補正部22がその予測値に所定の補正を施し、投入熱量算出部24はその補正された予測値が操業上及び/又は設備上の制約範囲内に収まるような投入熱量操作量の時系列の中で、あらかじめ定めておいた評価関数を最適化するようなものを選択し、投入熱量調整部25がその選択された投入熱量操作量に基づいて投入熱量を操作する。   In the present embodiment, the predicted temperature calculation unit 21 assumes a time series of the input heat amount in a future fixed section (first section), and inputs the time series into the model, and in the future fixed section (second section). Predict changes in the heat level of each furnace. Then, the heat level predicted value correction unit 22 performs a predetermined correction on the predicted value, and the input heat amount calculation unit 24 inputs the input heat amount so that the corrected predicted value falls within the operational and / or facility restriction range. In the operation amount time series, a value that optimizes a predetermined evaluation function is selected, and the input heat amount adjustment unit 25 operates the input heat amount based on the selected input heat amount operation amount.

上記の燃焼制御装置20の動作を更に詳細に説明すると、図4のフローチャートに示されるように、予測温度算出部21は、現在時刻をtとし、時刻t〜t+m-1のmステップにわたる投入熱量操作の時系列Δu(t),Δu(t+1),...,Δ(t+m-1)を仮定すれば、時刻t+1〜t+pのpステップにわたる送風中間点熱風温度の時系列Tblast(t+1),Tblast(t+2),...,Tblast(t+p)と送風終了時レンガ温度の時系列Tbrick(t+1),Tbrick(t+2),...,Tbrick(t+p)、さらにそれらをまとめたy(t+1),y(t+2),...,y(t+p)を(5),(6),(8),(9),(10)式を用いて求める(S11)。ここで、m≦pである。(5),(6)式のモデルが実際の熱風炉の動特性を完全に表現していれば、これらのモデルによって求めた送風中間点熱風温度及び送風終了時レンガ温度をそのまま制御に用いてもよい。しかし、実際には,考慮されていない外乱やモデル化誤差のため,実際の送風中間点熱風温度及び送風終了時レンガ温度とモデルで計算した値には乖離が生じる。これを補正するため、熱レベル予測値補正部25は、現在時刻tにおけるモデルによる予測値と実績値の差により、モデルによる将来の予測値を以下のように補正する(S12)。 The operation of the combustion control device 20 will be described in more detail. As shown in the flowchart of FIG. 4, the predicted temperature calculation unit 21 sets the current time to t and covers m steps from time t to t + m−1. Assuming time series Δu (t), Δu (t + 1),..., Δ (t + m-1) of the input heat quantity operation, at the time of hot air temperature at the midpoint of air blowing over p steps from time t + 1 to t + p Series T blast (t + 1), T blast (t + 2), ..., T blast (t + p) and time series of brick temperature at the end of blowing T brick (t + 1), T brick (t + 2), ..., T brick (t + p) and y (t + 1), y (t + 2), ..., y (t + p) 6), (8), (9), and (10) are used to determine (S11). Here, m ≦ p. If the models of (5) and (6) completely represent the dynamic characteristics of the actual hot stove, the blast midpoint hot air temperature and the brick temperature at the end of blast obtained by these models are used as they are for control. Also good. However, in actuality, due to disturbances and modeling errors that are not taken into account, there is a discrepancy between the actual hot air temperature at the air blowing point and the brick temperature at the time of air blowing and the value calculated by the model. In order to correct this, the heat level predicted value correction unit 25 corrects the future predicted value based on the model as follows based on the difference between the predicted value based on the model and the actual value at the current time t (S12).

Figure 2009084636
Figure 2009084636

ここで、y(t+i|t)は,時刻t+iにおける出力ベクトルの補正後の予測値、yactual(t)は、時刻tにおいて観測した送風中間点熱風温度及び送風終了時レンガ温度からなる出力ベクトルの実績値をそれぞれ表す。同様の補正を行うことにより、補正後の出力ベクトルy(t+1|t),y(t+2|t),...,y(t+p|t)を求めることができ、これを投入熱量操作の算出に用いる。 Here, y (t + i | t) is the predicted value after the correction of the output vector at time t + i, and y actual (t) is the hot air temperature at the air blowing point observed at time t and the brick temperature at the time of air blowing end. The actual value of the output vector consisting of By performing the same correction, the corrected output vector y (t + 1 | t), y (t + 2 | t), ..., y (t + p | t) can be obtained. Is used to calculate the input heat quantity operation.

送風中間点熱風温度の目標値をTblastrefとし、送風終了時レンガ温度の下限値をTbrickminとすると、求めたい投入熱量操作の時系列Δu(t),Δu(t+1),...,Δu(t+m-1)は、次の(13),(14)式の制約条件を満たし、(15)式の評価関数を最小化するものとして求めることができる(S13)。 Assuming that the target value of the hot air temperature at the air blowing point is T blastref and the lower limit of the brick temperature at the time of air blowing is T brickmin , the time series Δu (t), Δu (t + 1), ... , Δu (t + m−1) can be obtained by satisfying the constraints of the following equations (13) and (14) and minimizing the evaluation function of equation (15) (S13).

Figure 2009084636
Figure 2009084636

ここで、a,bは、それぞれ送風中間点熱風温度の制御誤差と投入熱量の大きさに関する重みであり、これを調整することによって制御系の応答性を調整することができる。上記の問題は、(13)式,(14)式の制約条件の下で(15)式の評価関数を最小化する2次計画問題であるので,公知の方法によって解くことができ、最適な投入熱量操作の時系列Δu(t),Δu(t+1),...,Δu(t+m-1)を求めることができる。投入熱量算出部25は、このうち現在時刻tにおける投入熱量操作Δu(t)だけを投入熱量として投入熱量調整部25に出力する。投入熱量調整部25は、投入熱量算出部24からの投入熱量を時刻tにおける投入熱量として設定し、その設定された投入熱量に基づいて、例えばガス流量をガス弁16aの開度を調整することによって投入熱量を操作する(S14)。ガス流量の調整に代えて、ガスカロリーを調整するようにしてもよい。なお、この投入熱量の操作は、他の3基の熱風炉2〜4に対しても同様になされる。そして、次に投入熱量を設定するタイミングである時刻t+1において、再び上記の最適化問題を解き、投入熱量操作の時系列を求め、同様に当該時刻に対応した投入熱量操作にしたがって操作を実施する。以下、同様にしてこれを制御周期ごとに繰り返すことにより、投入熱量の調整を行う。   Here, a and b are weights related to the control error of the hot air temperature at the air blowing point and the magnitude of the input heat amount, respectively, and the responsiveness of the control system can be adjusted by adjusting this. The above problem is a quadratic programming problem that minimizes the evaluation function of the equation (15) under the constraints of the equations (13) and (14), and can be solved by a known method. The time series Δu (t), Δu (t + 1),..., Δu (t + m−1) of the input heat amount operation can be obtained. The input heat amount calculation unit 25 outputs only the input heat amount operation Δu (t) at the current time t to the input heat amount adjustment unit 25 as the input heat amount. The input heat amount adjustment unit 25 sets the input heat amount from the input heat amount calculation unit 24 as the input heat amount at time t, and adjusts the gas flow rate, for example, the opening of the gas valve 16a based on the set input heat amount. To control the input heat amount (S14). Instead of adjusting the gas flow rate, the gas calorie may be adjusted. The operation of the input heat amount is similarly performed for the other three hot air ovens 2 to 4. Then, at time t + 1, which is the next timing for setting the input heat amount, the above optimization problem is solved again to obtain a time series of the input heat amount operation, and the operation is similarly performed according to the input heat amount operation corresponding to the time. . Thereafter, the input heat amount is adjusted by repeating this similarly for each control cycle.

なお、上記実施形態では、(5),(6)式のステップ応答モデルをそのまま用いて入力ベクトルと出力ベクトルを対応付けているが、本発明で用いるモデルはこれに限定されるものではない。以下、第2の実施形態として状態方程式を用いる方法を説明する。   In the above embodiment, the input vector and the output vector are associated with each other using the step response models of the expressions (5) and (6) as they are, but the model used in the present invention is not limited to this. Hereinafter, a method using a state equation will be described as a second embodiment.

まず、(5),(6)式のステップ応答モデルを求めるときに用いたステップ応答の時系列{tblastij0,tblastij1,tblastij2,...},{tbrickij0,tbrickij1,tbrickij2,...}を一次遅れ系で近似し、各炉の投入熱量から送風中間点熱風温度及び送風終了時レンガ温度への伝達関数モデルが得られる。入力ベクトルの要素数が4、出力ベクトルの要素数が8であるので、4入力8出力の伝達関数行列となる。次に、この伝達関数行列を次式の状態方程式に変換する。 First, step response time series {t blastij0 , t blastij1 , t blastij2 , ...}, {t brickij0 , t brickij1 , t brickij2 , ...} is approximated by a first-order lag system, and a transfer function model is obtained from the amount of heat input to each furnace to the hot air temperature at the air blowing midpoint and the brick temperature at the end of air blowing. Since the number of elements in the input vector is 4 and the number of elements in the output vector is 8, the transfer function matrix has 4 inputs and 8 outputs. Next, this transfer function matrix is converted into the following equation of state.

Figure 2009084636
Figure 2009084636

ここで、A, Bは本モデルのパラメータであり、定数を要素とした行列である。(16)式は、時刻tにおける入力ベクトルと出力ベクトルから、時刻t+1における出力ベクトルを求める式になっており、初期時刻における入力ベクトルと出力ベクトルを与えて(16)式を繰り返し計算することにより将来の出力ベクトルyを求めることができる。   Here, A and B are parameters of this model, and are matrices with constant elements. Expression (16) is an expression for obtaining an output vector at time t + 1 from an input vector and output vector at time t. By giving the input vector and output vector at initial time and repeatedly calculating expression (16) A future output vector y can be determined.

本実施形態の効果を示すために、計算機シミュレーションを行った結果を図6及び図7に示す。図6及び図7において、横軸は時刻であり、単位は図2に示されているピリオドである。また、縦軸は投入熱量と送風中間点熱風温度であるが、それぞれ無次元化してある。時刻k=0において、送風中間点熱風温度と送風終了時レンガ温度はいずれも下限値よりも高く、下限値を割ることなく投入熱量を低減すること、すなわち投入熱量操作によっていずれかを下限値に到達させることが制御の目標である。   In order to show the effect of this embodiment, the result of having performed computer simulation is shown in FIG.6 and FIG.7. 6 and 7, the horizontal axis is time, and the unit is a period shown in FIG. Moreover, although the vertical axis | shaft is an input calorie | heat amount and a ventilation midpoint hot air temperature, it is each made dimensionless. At time k = 0, both the hot air temperature at the air blowing point and the brick temperature at the time of air blowing are both higher than the lower limit, and the input heat amount is reduced without breaking the lower limit value, that is, either is set to the lower limit value by the input heat amount operation. Reaching is the goal of control.

図6は、従来技術である最適レギュレータを適用した場合であり、送風終了時レンガ温度は最終的には目標値の下限値に到達しているが,その過程で下限を割ってしまう期間がある。これは、この期間は炉の熱レベルが目標値以下となることを示しており、高炉に対する送風温度と送風流量を維持できないおそれがある。なお、ここでは送風終了時レンガ温度が先に下限値に到達することは既知とし、それを目標値である下限値に到達させるものとした。   FIG. 6 shows a case where the optimum regulator, which is a conventional technology, is applied, and the brick temperature at the end of the blowing finally reaches the lower limit of the target value, but there is a period during which the lower limit is broken in the process. . This indicates that the heat level of the furnace is equal to or lower than the target value during this period, and there is a possibility that the blowing temperature and blowing flow rate for the blast furnace cannot be maintained. Here, it is assumed that the brick temperature at the time of the end of blowing reaches the lower limit first, and that it reaches the lower limit that is the target value.

図7は、本実施形態を適用した場合であり、投入熱量を適切に操作することにより、図6に見られるような送風終了時レンガ温度がオーバーシュートして下限値を下回るような応答は見られず、良好な制御が行えている。   FIG. 7 shows a case where the present embodiment is applied. By appropriately manipulating the input heat amount, a response such that the brick temperature at the end of blowing as shown in FIG. 6 overshoots and falls below the lower limit is observed. Therefore, good control can be performed.

なお、本実施形態では、炉の熱レベルの指標として送風中間点熱風温度と送風終了時レンガ温度を用いたが、送風終了時レンガ温度に十分余裕があり、それが下限値を下回ることがないことが明らかであれば、(14)式の制約条件を考える必要がなくなり、送風終了時レンガ温度を予測する必要もなくなる。その場合には、出力ベクトルの要素は送風中間点熱風温度だけになる。また、熱レベルの指標として混合冷風量を用い、それを出力ベクトルに取り込むこともできる。その場合には、図2の灰色の丸で示すように先行炉の送風が終了して後行炉がシングル送風になったタイミングにおける混合冷風量を用いてもよいし、各送風期における混合冷風量の平均値を求め、それを用いてもよい。混合冷風量に関して、制約条件がある場合には,(13)式,(14)式と同様にそれを不等式で表せばよい。   In this embodiment, the hot air temperature at the air blowing point and the brick temperature at the end of air blowing are used as indicators of the heat level of the furnace, but there is a sufficient margin in the brick temperature at the end of air blowing, and it does not fall below the lower limit value. If it is clear, it is not necessary to consider the constraint condition of the equation (14), and it is not necessary to predict the brick temperature at the end of blowing. In that case, the element of the output vector is only the hot air temperature at the air blowing midpoint. It is also possible to use the amount of mixed cold air as an index of the heat level and incorporate it into the output vector. In that case, as shown by the gray circles in FIG. 2, the amount of mixed cold air at the timing when the blowing of the preceding furnace is completed and the subsequent furnace becomes a single blowing may be used, or the mixed cold air in each blowing period. You may obtain | require the average value of quantity and use it. If there is a constraint on the amount of mixed cold air, it may be expressed by an inequality like the equations (13) and (14).

また、本実施形態では、複数の熱レベルの指標を出力ベクトルに取り込むことができ,それらに制約条件があれば、(13)式,(14)式と同様にそれを不等式で表すことによって投入熱量設定に陽に考慮することができる。   Further, in the present embodiment, a plurality of heat level indicators can be taken into the output vector, and if there are constraints on them, they are input by expressing them as inequalities in the same manner as in equations (13) and (14). It can be taken into account explicitly in the calorific value setting.

また、上記の将来の一定区間(第一の区間)における高炉へ送風する熱風の温度と流量の設定値がわかれば、それを考慮したモデルで各炉の熱レベルの推移を予測することにより、熱レベルの予測精度を高めることができ,投入熱量をより適切なものとすることができる。送風温度の単位ステップ操作に対する熱風炉iの送風中間点熱風温度及び送風終了時レンガ温度の応答を、それぞれ次式に表す。   In addition, if you know the set values of the temperature and flow rate of hot air blown to the blast furnace in the future fixed section (first section) above, by predicting the transition of the heat level of each furnace with a model that takes that into consideration, The prediction accuracy of the heat level can be improved, and the input heat amount can be made more appropriate. The responses of the hot air furnace i at the air blow intermediate point hot air temperature and the air temperature at the end of air blowing to the unit step operation of the air blowing temperature are respectively expressed by the following equations.

Figure 2009084636
Figure 2009084636

(5),(6)式と同様に、送風温度操作に対する送風中間点熱風温度の応答Dblasti及び送風終了時レンガ温度Dbrickiは、それぞれ次式で表される。 Similarly to the equations (5) and (6), the response D blasti of the blowing intermediate point hot air temperature to the blowing temperature operation and the brick temperature D bricki at the end of blowing are represented by the following equations, respectively.

Figure 2009084636
Figure 2009084636

ここで、BT(t)とΔBT(t)は時刻tにおける送風温度及びその変更量である。これを用いて、(8),(9)式をそれぞれ   Here, BT (t) and ΔBT (t) are the air blowing temperature and the amount of change at time t. Using this, formulas (8) and (9)

Figure 2009084636
Figure 2009084636

とすることで、送風温度設定値の将来の変更を考慮した送風中間点熱風温度及び送風終了時レンガ温度を求めることができる。以降は、(19),(20)式を(8),(9)式の代わりに用いて,上記の実施形態と同様に投入熱量の最適化を行うことができる。他の熱レベルの指標、例えば混合冷風量を用いる場合についても、同様に送風温度設定値の将来の変更を考慮した予測値を求めることができる。さらに、送風流量設定値の変更についても同様に送風流量から熱レベルの指標へのステップ応答を求め、(19),(20)式と同様に(8),(9)式を補正すればよい。
また、本実施形態では熱風炉シミュレータを用いてモデルを導出する説明をしたが、それに限定されず、熱風炉の操業において投入熱量や熱レベルの時系列データの実績値を収集し、それらに対して公知のシステム同定の手法を適用することによってモデルを導出して、そのモデルを使用してもよい。
本発明は、4基全ての熱風炉への投入熱量を同時に求めることを特徴としており、これによって各炉に対応した計4つの自由度を活かした投入熱量設定が行える。上記の実施形態では、図2に示す時刻t=0,1,2,…(1サイクル=4ピリオドの時間間隔)で投入熱量の設定計算を行う例を説明したが、図2に示す時刻k=0,1,2,…(1ピリオドの時間間隔)で、4基の熱風炉への投入熱量の設定計算を行うようにすることも可能である。この場合、時刻k=0,1,2,…で、1ピリオド周期に設定計算を行って求めた4基の熱風炉の投入熱量のうち、k=0では、1HSに対するものだけを用い、k=1では2HSに対するものだけ、k=2では3HSに対するものだけを用いるというようにすればよい。つまり、1ピリオド間隔で熱風炉4基分の設定計算を行って、4基の投入熱量を求め、求められた4基のうち、最初に燃焼期に入る炉(投入熱量設定のタイミングを迎えている炉)に対する投入熱量のみを用いて熱風炉に設定するようにしてもよい。これにより、時刻t=0,1,2,…で投入熱量の設定計算を行う場合に比べて、設定計算の周期が1/4になるので、高炉への送風温度や熱量の設定値の変更への対応が迅速になるという効果が得られる。
By doing, it can obtain | require the ventilation intermediate point hot-air temperature and the brick temperature at the time of completion | finish of ventilation which considered the future change of the ventilation temperature setting value. Thereafter, using the equations (19) and (20) instead of the equations (8) and (9), the input heat amount can be optimized in the same manner as in the above embodiment. Also in the case of using another heat level index, for example, the amount of mixed cold air, a predicted value that takes into account future changes in the blow temperature setting value can be similarly obtained. Further, for the change of the blast flow rate setting value, the step response from the blast flow rate to the heat level index is similarly obtained, and the equations (8) and (9) may be corrected in the same manner as the equations (19) and (20). .
In the present embodiment, the model is derived using the hot stove simulator.However, the present invention is not limited thereto, and actual values of time series data of the input heat amount and the heat level are collected in the operation of the hot stove. The model may be derived by applying a known system identification method and used.
The present invention is characterized in that the amount of heat input to all four hot blast furnaces is obtained simultaneously, and this makes it possible to set the amount of input heat utilizing a total of four degrees of freedom corresponding to each furnace. In the above embodiment, the example of performing the input heat amount setting calculation at the time t = 0, 1, 2,... (1 cycle = 4 period time interval) shown in FIG. 2 has been described, but the time k shown in FIG. It is also possible to perform setting calculation of the amount of heat input to the four hot stoves at = 0, 1, 2,... (Time interval of one period). In this case, at the time k = 0, 1, 2,..., Among the input heat amounts of the four hot stove furnaces obtained by performing the setting calculation in one period period, when k = 0, only the one for 1HS is used, and k It is sufficient to use only for 2HS when = 1 and only for 3HS when k = 2. That is, the setting calculation for four hot blast furnaces is performed at intervals of one period to obtain the input heat amount of the four units, and among the obtained four units, the furnace that first enters the combustion period (at the timing of setting the input heat amount) It is also possible to set the hot stove using only the amount of heat input to the furnace. As a result, compared to the case where the setting calculation of the input heat amount is performed at time t = 0, 1, 2,..., The setting calculation cycle becomes ¼, so the setting value of the blast furnace air temperature and the heat amount is changed. The effect of quick response to is obtained.

本発明の一実施形態に係る熱風炉の制御装置及び関連設備の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control apparatus of a hot stove furnace and related equipment which concern on one Embodiment of this invention. 本実施形態における制御タイミングやデータ採取のタイミングを表す線図である。It is a diagram showing the control timing in this embodiment, and the timing of data collection. ステップ応答モデルを示した線図である。It is the diagram which showed the step response model. 本実施形態における処理過程を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the process in this embodiment. 従来技術である最適レギュレータを適用した場合のシミュレーション結果を表す線図である。It is a diagram showing the simulation result at the time of applying the optimal regulator which is a prior art. 本発明の実施形態を適用した場合のシミュレーション結果を表す線図である。It is a diagram showing the simulation result at the time of applying the embodiment of the present invention. 熱風炉の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of a hot stove. 熱風炉の送風制御系を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the ventilation control system of a hot stove. スタガードパラレル操業の概念図である。It is a conceptual diagram of staggered parallel operation.

符号の説明Explanation of symbols

20 燃焼制御装置、21 予測温度算出部、22 熱レベル予測値補正部、 23 記憶部、24 投入熱量算出部、25 投入熱量調整部、31 温度計、32 温度計。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Combustion control apparatus, 21 Predicted temperature calculation part, 22 Heat level predicted value correction | amendment part, 23 Memory | storage part, 24 Input heat amount calculation part, 25 Input heat amount adjustment part, 31 Thermometer, 32 Thermometer

Claims (10)

複数基の熱風炉に対して予め定められた制御周期ごとに燃焼期及び送風期のサイクルを繰り返して行うことにより高炉に対して所望の温度と流量の熱風を供給する熱風炉の燃焼制御方法において、
炉ごとの投入熱量を要素とするベクトルを入力とし、炉ごとの送風期における熱レベルを要素とするベクトルを出力とし、該入力と出力の間の動特性を表すモデルを用いて現在から将来の第一の区間における投入熱量の時系列に対する次の送風期から将来の第二の区間における熱レベルの推移の予測値を算出する工程と、
該予測値に基づいて、あらかじめ与えられた操業上及び/又は設備上の制約範囲内であらかじめ定められた評価関数を最適化するような前記第一の区間における各炉への投入熱量の時系列を求める工程と、
前記各炉への投入熱量の時系列のうち現在時刻に対応する投入熱量に基づいて各炉に投入する熱量を調整する工程と
を有することを特徴とする熱風炉の燃焼制御方法。
In a combustion control method of a hot stove for supplying hot air of a desired temperature and flow rate to a blast furnace by repeatedly performing a cycle of a combustion period and an air blowing period at predetermined control periods for a plurality of hot stoves ,
The input is a vector whose element is the amount of heat input for each furnace, and the output is a vector whose element is the heat level in the ventilation period for each furnace. Calculating a predicted value of the transition of the heat level in the second section in the future from the next blowing period with respect to the time series of the input heat amount in the first section;
A time series of the amount of heat input to each furnace in the first section that optimizes a predetermined evaluation function within a predetermined range of operation and / or facility restrictions based on the predicted value. The process of seeking
And a step of adjusting the amount of heat input to each furnace based on the amount of input heat corresponding to the current time in the time series of the input heat amount to each furnace.
複数基の熱風炉に対して予め定められた制御周期ごとに燃焼期及び送風期のサイクルを繰り返して行うことにより高炉に対して所望の温度と流量の熱風を供給する熱風炉の燃焼制御方法において、
炉ごとの投入熱量を要素とするベクトルを入力とし、炉ごとの送風期における熱レベルを要素とするベクトルを出力とし、高炉に送風する熱風の温度と流量の設定値を外乱とし、該入力及び外乱と出力の間の動特性を表すモデルを用いて現在から将来の第一の区間における投入熱量の時系列に対する次の送風期から将来の第二の区間における熱レベルの推移の予測値を算出する工程と、
該予測値に基づいて、あらかじめ与えられた操業上及び設備上の制約範囲内であらかじめ定められた評価関数を最適化するような前記第一の区間における各炉への投入熱量の時系列を求める工程と、
前記各炉への投入熱量の時系列のうち現在時刻に対応する投入熱量に基づいて各炉に投入する熱量を調整する工程と
を有することを特徴とする熱風炉の燃焼制御方法。
In a combustion control method of a hot stove for supplying hot air of a desired temperature and flow rate to a blast furnace by repeatedly performing a cycle of a combustion period and an air blowing period at predetermined control periods for a plurality of hot stoves ,
The input is a vector whose element is the amount of heat input for each furnace, the output is a vector whose element is the heat level in the blowing period for each furnace, and the disturbance is the set value of the temperature and flow rate of hot air sent to the blast furnace. Calculates the predicted value of the transition of the heat level in the second period in the future from the next blowing period to the time series of the input heat amount in the first period from the present to the future using a model representing the dynamic characteristics between the disturbance and the output And a process of
Based on the predicted value, a time series of the amount of heat input to each furnace in the first section is determined so as to optimize a predetermined evaluation function within a predetermined range of operation and equipment. Process,
And a step of adjusting the amount of heat input to each furnace based on the amount of input heat corresponding to the current time in the time series of the input heat amount to each furnace.
現在から将来の第一の区間における投入熱量の時系列に対する次の送風期から将来の第二の区間における熱レベルの推移の予測値を、現在時刻の熱レベルの実績値に基づいて補正し、その補正値を前記予測値として前記投入熱量の時系列を求めることを特徴とする請求項1又は2記載の熱風炉の燃焼制御方法。   The predicted value of the transition of the heat level in the second section in the future from the next blowing period to the time series of the input heat amount in the first section from the present to the future is corrected based on the actual value of the heat level at the current time, 3. A method for controlling combustion of a hot stove furnace according to claim 1 or 2, wherein a time series of the input heat quantity is obtained using the correction value as the predicted value. 前記操業上及び/又は設備上の制約は、送風中間点熱風温度、送風終了時レンガ温度及び送風期の混合冷風量の少なくとも1以上を含むことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の熱風炉の燃焼制御方法。   The operation and / or facility restriction includes at least one of a hot air temperature at the air blow intermediate point, a brick temperature at the time of the air blow end, and a mixed cold air flow amount during the air blow period. The hot-blast furnace combustion control method described. 前記評価関数として、各炉の熱レベルの推移の予測値とその目標値との偏差の二乗又は絶対値を将来の第二の区間について加算したものと、投入熱量又はその変更量の二乗又は絶対値を将来の第二の区間について加算したものとに重み付けをしたものを用いることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の熱風炉の燃焼制御方法。   As the evaluation function, a value obtained by adding the square or absolute value of the deviation between the predicted value of the heat level of each furnace and its target value for the future second interval, and the square or absolute value of the input heat amount or its change amount The method for controlling combustion in a hot stove according to any one of claims 1 to 4, wherein a value obtained by weighting a value added for a future second interval is used. 複数基の熱風炉に対して予め定められた制御周期ごとに燃焼期及び送風期のサイクルを繰り返して行うことにより高炉に対して所望の温度と流量の熱風を供給する熱風炉の燃焼制御装置において、
炉ごとの投入熱量を要素とするベクトルを入力とし、炉ごとの送風期における熱レベルを要素とするベクトルを出力とし、高炉に送風する熱風の温度と流量の設定値を外乱とし、該入力及び外乱と出力の間の動特性を表すモデルを用いて現在から将来の第一の区間における投入熱量の時系列に対する次の送風期から将来の第二の区間における熱レベルの推移の予測値を算出する予測温度算出手段と、
該予測値に基づいて、あらかじめ与えられた操業上及び/又は設備上の制約範囲内であらかじめ定められた評価関数を最適化するような前記第一の区間における各炉への投入熱量の時系列を求める投入熱量算出手段と、
前記各炉への投入熱量の時系列のうち現在時刻に対応する投入熱量に基づいて各炉に投入する熱量を調整する投入熱量調整手段と
を有することを特徴とする熱風炉の燃焼制御装置。
In a combustion control device for a hot stove that supplies hot air at a desired temperature and flow rate to a blast furnace by repeatedly performing a cycle of a combustion period and an air blowing period at predetermined control periods for a plurality of hot stoves ,
The input is a vector whose element is the amount of heat input for each furnace, the output is a vector whose element is the heat level in the blowing period for each furnace, and the disturbance is the set value of the temperature and flow rate of hot air blown into the blast furnace. Calculate the predicted value of the transition of the heat level in the second interval in the future from the next blowing period to the time series of the input heat amount in the first interval from the present to the future using the model representing the dynamic characteristics between the disturbance and the output Predicted temperature calculation means for
A time series of the amount of heat input to each furnace in the first section that optimizes a predetermined evaluation function within a predetermined range of operation and / or facility restrictions based on the predicted value. Input heat amount calculating means for obtaining
A combustion control device for a hot stove, comprising: input heat amount adjusting means for adjusting a heat amount input to each furnace based on an input heat amount corresponding to a current time in a time series of input heat amounts to each furnace.
複数基の熱風炉に対して予め定められた制御周期ごとに燃焼期及び送風期のサイクルを繰り返して行うことにより高炉に対して所望の温度と流量の熱風を供給する熱風炉の燃焼制御装置において、
炉ごとの投入熱量を要素とするベクトルを入力とし、炉ごとの送風期における熱レベルを要素とするベクトルを出力とし、高炉に送風する熱風の温度と流量の設定値を外乱とし、該入力及び外乱と出力の間の動特性を表すモデルを用いて現在から将来の第一の区間における投入熱量の時系列に対する次の送風期から将来の第二の区間における熱レベルの推移の予測値を算出する予測温度算出手段と、
該予測値に基づいて、あらかじめ与えられた操業上及び設備上の制約範囲内であらかじめ定められた評価関数を最適化するような前記第一の区間における各炉への投入熱量の時系列を求める投入熱量算出手段と、
前記各炉への投入熱量の時系列のうち現在時刻に対応する投入熱量に基づいて各炉に投入する熱量を調整する工投入熱量調整手段と
を有することを特徴とする熱風炉の燃焼制御装置。
In a combustion control device for a hot stove that supplies hot air at a desired temperature and flow rate to a blast furnace by repeatedly performing a cycle of a combustion period and an air blowing period at predetermined control periods for a plurality of hot stoves ,
The input is a vector whose element is the amount of heat input for each furnace, the output is a vector whose element is the heat level in the blowing period for each furnace, and the disturbance is the set value of the temperature and flow rate of hot air blown into the blast furnace. Calculate the predicted value of the transition of the heat level in the second interval in the future from the next blowing period to the time series of the input heat amount in the first interval from the present to the future using the model representing the dynamic characteristics between the disturbance and the output Predicted temperature calculation means for
Based on the predicted value, a time series of the amount of heat input to each furnace in the first section is determined so as to optimize a predetermined evaluation function within a predetermined range of operation and equipment. Input heat amount calculating means;
Combustion control device for a hot stove furnace, comprising: a heat input heat amount adjusting means for adjusting a heat amount input to each furnace based on an input heat amount corresponding to a current time in a time series of input heat amounts to each furnace .
現在から将来の第一の区間における投入熱量の時系列に対する次の送風期から将来の第二の区間における熱レベルの推移の予測値を、現在時刻の実績値に基づいて補正し、その補正値を前記予測値として前記投入熱量算出手段に出力する熱レベル予測値補正手段を更に備えたことを特徴とする請求項6又は7記載の熱風炉の燃焼制御装置。   Correct the predicted value of the transition of the heat level in the second period in the future from the next ventilation period to the time series of the input heat amount in the first period from the present to the future, based on the actual value at the current time, and the correction value The combustion control device for a hot stove furnace according to claim 6 or 7, further comprising a heat level predicted value correcting means for outputting the predicted value to the input heat quantity calculating means. 前記予測値算出手段は、前記操業上及び/又は設備上の制約として、送風中間点熱風温度、送風終了時レンガ温度及び送風期の混合冷風量の少なくとも1以上を用いることを特徴とする請求項6〜8の何れかに記載の熱風炉の燃焼制御装置。   The predicted value calculation means uses at least one or more of a hot air temperature at an air blowing point, a brick temperature at the time of air blowing, and a mixed cold air amount at the time of air blowing as the operational and / or facility restrictions. The combustion control apparatus for a hot stove according to any one of 6 to 8. 前記投入熱量算出手段は、前記評価関数として、各炉の熱レベルの推移の予測値とその目標値との偏差の二乗又は絶対値を将来の第二の区間について加算したものと、投入熱量又はその変更量の二乗又は絶対値を将来の第二の区間について加算したものとに重み付けをしたものを用いることを特徴とする請求項6〜9の何れかに記載の熱風炉の燃焼制御装置。   The input heat amount calculation means includes, as the evaluation function, a value obtained by adding the square or absolute value of the deviation between the predicted value of the heat level of each furnace and its target value for the future second section, the input heat amount or The combustion control device for a hot stove according to any one of claims 6 to 9, wherein a weighting is applied to the square of the amount of change or the absolute value added to the future second section.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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