JP2016059866A - 粉砕プラントにおける原料供給量の演算方法、装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】粉砕機の入口温度が上限を超えない範囲での最大原料供給可能量や原料の増加可能量を演算できるようにする。
【解決手段】石炭水分推定部１は、粉砕中の石炭の水分を、熱及び物質収支に基づいて推定する。定常時最大給炭可能量演算部２は、石炭水分推定部１で推定した水分を用いて、ミル入口温度が上限を超えない範囲での定常時最大給炭可能量を演算する。記憶部３は、予めシミュレーションにより得た、定常時最大給炭増加可能量と給炭増加可能量とを対応付けた情報を記憶する。給炭増加可能量演算部４は、定常時最大給炭可能量演算部２で演算した定常時最大給炭可能量と現在の給炭量との差を定常時最大給炭増加可能量として求め、記憶部３に記憶した情報に基づいて、給炭増加可能量を求める。
【選択図】図２

Description

本発明は、粉砕プラントにおける原料供給量の演算方法、装置及びプログラムに関する。

従来から、微粉炭やセメント等を製造するための粉砕プラントとして、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。
まず、燃料ガスと燃焼エアとを熱ガス発生装置に供給し、熱ガス発生装置において、熱風を排ガスとして発生させる。排ガスは、原料の粉砕を行う粉砕機の内部に供給される。粉砕機で粉砕された原料は、排ガスと共にバグフィルターに供給され、バグフィルターで捕集される。その後、排ガスは、循環ファンで昇圧されて循環ガスとして再び熱ガス発生装置に供給される。このように熱ガス発生装置で発生した排ガス（熱風）は、熱ガス発生装置から、粉砕機、バグフィルターを経由して熱ガス発生装置に循環される。以下の説明では、このような粉砕プラントを「排ガス循環系粉砕プラント」と称する。

排ガス循環系粉砕プラントを管理するための指標として、粉砕機の入口側の温度（以下、「ミル入口温度」と称する）と、粉砕機の出口側の温度（以下、「ミル出口温度」と称する）とがある。
ミル入口温度は、熱ガス過熱防止のための管理指標として用いられる。
ミル出口温度は、石炭乾燥のための管理指標として用いられる。ミル出口温度が下がると石炭を十分に乾燥できなくなるため、ミル出口温度は一定にすることが好ましい。

例えば特許文献２には、ミル入口温度計測値がミル入口温度設定値以上になったことを検知する検知手段からの制御信号によってミル出口温度設定値を下げる技術が開示されている。
また、特許文献３には、ミル入口空気温度がミル入口空気温度設定値より高く且つミル入口空気温度偏差が規定値以上となった場合に、一旦ミル出口温度制御を中止すると共に、ミル入口空気温度偏差に応じてミル一次空気ダンパの開度を増加させ、ミルへ供給される一次空気流量を増加させる技術が開示されている。
また、特許文献４には、石炭の水分量と粉砕性を推定すると共に、出炭量３８を推定する技術が開示されている。

特開２０１１−２１９５９９号公報 特開２００６−１０２６６６号公報 特開平１０−２８１４５３号公報 特開２０００−１７１０２８号公報

ミル入口伸縮管の耐熱温度や石炭の発火温度の関係から、ミル入口温度には上限が設定される。そのため、排ガス循環系粉砕プラントにおいては、ミル入口温度が上限を超えないよう注意しながら運転しなければならない。
ミル入口温度を下げるためには、バーナー負荷を下げる必要がある。そのためには必要な熱負荷を下げる必要があるので、結果的に給炭量を下げる運転を行う必要がある。しかしながら、当然のことながら、給炭量を下げると微粉炭の生産量が下がってしまうため、給炭量はできるだけ下げないのが好ましい。
ミル入口温度が上限を超えない範囲で最大の給炭量はどれだけになるのかは、操業データを見るだけでは判断が難しい。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、粉砕機の入口温度が上限を超えない範囲での好適な最大原料供給可能量や原料の増加可能量を演算できるようにすることを目的とする。

本発明の粉砕プラントにおける原料供給量の演算方法は、熱風を排ガスとして発生する熱ガス発生装置と、原料を粉砕し、粉砕後の原料を前記熱ガス発生装置で発生する排ガスの流れに乗せて外部に放出する粉砕機と、前記粉砕機から排ガスの流れに乗って放出された粉砕後の原料を捕集する捕集機とを有し、前記粉砕機の出口温度を一定に保つ温度制御を行う粉砕プラントにおける原料供給量の演算方法であって、粉砕中の原料の水分を、熱及び物質収支に基づいて推定する推定ステップと、前記推定ステップで推定した水分を用いて、前記粉砕機の入口温度が上限を超えない範囲での定常時の最大原料供給可能量を演算する第１の演算ステップと、前記第１の演算ステップで演算した定常時の最大原料供給可能量に制限を加えて、最大原料供給可能量、及び最大原料供給可能量と現在の原料供給量との差で表される原料の増加可能量のうち少なくともいずれか一方を求める第２の演算ステップとを有することを特徴とする。
また、本発明の粉砕プラントにおける原料供給量の演算方法の他の特徴とするところは、前記第２の演算ステップでは、予めシミュレーションにより得た、定常時の原料の最大増加可能量と原料の増加可能量とを対応付けた情報を記憶する記憶手段を用いて、前記第１の演算ステップで演算した定常時の最大原料供給可能量と現在の原料供給量との差を定常時の原料の最大増加可能量として、前記記憶手段に記憶した情報に基づいて、原料の増加可能量を求める点にある。前記記憶手段に記憶する情報は、原料の供給量の変化に応じた前記粉砕機の入口温度の過渡的な上昇分をシミュレーションから予測し、前記粉砕機の入口温度のピーク温度が前記上限を超えないように原料の増加可能量が設定されたものとすればよい。
また、本発明の粉砕プラントにおける原料供給量の演算方法の他の特徴とするところは、前記第２の演算ステップでは、前記第１の演算ステップで演算した定常時の最大原料供給可能量が閾値以下の場合、該定常時の最大原料供給可能量を、最大原料供給可能量とする点にある。
本発明の粉砕プラントにおける原料供給量の演算装置は、熱風を排ガスとして発生する熱ガス発生装置と、原料を粉砕し、粉砕後の原料を前記熱ガス発生装置で発生する排ガスの流れに乗せて外部に放出する粉砕機と、前記粉砕機から排ガスの流れに乗って放出された粉砕後の原料を捕集する捕集機とを有し、前記粉砕機の出口温度を一定に保つ温度制御を行う粉砕プラントにおける原料供給量の演算装置であって、粉砕中の原料の水分を、熱及び物質収支に基づいて推定する推定手段と、前記推定手段で推定した水分を用いて、前記粉砕機の入口温度が上限を超えない範囲での定常時の最大原料供給可能量を演算する第１の演算手段と、前記第１の演算手段で演算した定常時の最大原料供給可能量に制限を加えて、最大原料供給可能量、及び最大原料供給可能量と現在の原料供給量との差で表される原料の増加可能量のうち少なくともいずれか一方を求める第２の演算手段とを備えたことを特徴とする。
本発明のプログラムは、熱風を排ガスとして発生する熱ガス発生装置と、原料を粉砕し、粉砕後の原料を前記熱ガス発生装置で発生する排ガスの流れに乗せて外部に放出する粉砕機と、前記粉砕機から排ガスの流れに乗って放出された粉砕後の原料を捕集する捕集機とを有し、前記粉砕機の出口温度を一定に保つ温度制御を行う粉砕プラントにおける原料供給量を演算するためのプログラムであって、粉砕中の原料の水分を、熱及び物質収支に基づいて推定する推定処理と、前記推定処理で推定した水分を用いて、前記粉砕機の入口温度が上限を超えない範囲での定常時の最大原料供給可能量を演算する第１の演算処理と、前記第１の演算処理で演算した定常時の最大原料供給可能量に制限を加えて、最大原料供給可能量、及び最大原料供給可能量と現在の原料供給量との差で表される原料の増加可能量のうち少なくともいずれか一方を求める第２の演算処理とをコンピュータに実行させる。

本発明によれば、粉砕機の入口温度が上限を超えない範囲での好適な最大原料供給可能量や原料の増加可能量を演算することができので、粉砕プラントの設備保護と生産性の両立を容易に図ることができる。

実施形態における排ガス循環系のＰＣＩプラントの構成を示す図である。 実施形態に係る給炭量演算装置の機能構成を示す図である。 排ガス循環系のＰＣＩプラントにおける入熱と出熱の熱収支を説明するための図である。 ミル入口温度の予測値と実績値とを示す特性図である。 シミュレーションを実行するフィードバック制御系のブロック線図である。 シミュレーションの結果を示す特性図である。 シミュレーションの結果を示す特性図である。 シミュレーションの結果を示す特性図である。 記憶部に記憶する情報の例を示す特性図である。 実施例における時間と、給炭量・最大給炭可能量及びミル入口温度とを示す特性図である。 実施例における時間と、給炭量・最大給炭可能量及びミル入口温度とを示す特性図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
本実施形態では、粉砕プラントが、高炉への微粉炭の吹込み（ＰＣＩ：Pulverized Coal Injection）を行うために石炭を粉砕する、排ガス循環系のＰＣＩプラント（以下、単にＰＣＩプラントと記す）である場合を例に挙げて説明する。
図１は、ＰＣＩプラントの構成例を示す図である。図１において、各構成要素を繋ぐ実線は配管を示し、破線は信号の伝達経路を示す。また、矢印線は、配管内のガスや石炭の進行方向を示す。

図１において、熱ガス発生装置１０１は、一又は複数のバーナーを有し、燃料ガス及び燃焼エア（空気）をバーナーへの入力として、バーナーの空燃比を制御し、熱風を排ガスとして発生させる。排ガスの酸素濃度は略０％である。本実施形態では、燃料ガスとしてＢＦＧ（Blast Furnace Gas）を利用する。空燃比制御は、温度制御装置２００から送信されるバーナー負荷と、バーナーに供給されている燃料ガス及び燃焼エアの流量とを入力として、空燃比を制御（例えばフィードバック制御）して、バーナーに供給する燃料ガス・燃焼エアの流量を調整する弁の開度をそれぞれ調整することにより行われる。ここで、バーナー負荷とは、バーナーに供給できる燃料ガスの流量の最大値に対する、バーナーに供給する燃料ガスの流量の割合を示すものである。また、空燃比制御は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等を用いることにより公知の技術で実現できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
燃焼エアファン１０２は、熱ガス発生装置１０１に燃焼エアを送り込む。

バンカー１０３は、原料である石炭を貯蔵する。
給炭機１０４は、チェーンコンベアを有し、バンカー１０３内に貯蔵されている石炭をチェーンコンベアにより切り出してミル１０５に投入する。
ミル１０５は、給炭機１０４から投入された石炭を粉砕する粉砕機である。ミル１０５は、例えばロールミル１０５ａと粉砕テーブル１０５ｂとを有する。ミル１０５の上部から投入された石炭をロールミル１０５ａと粉砕テーブル１０５ｂとの間に供給する。回転している粉砕テーブル１０５ｂに対してロールミル１０５ａを押し付けながら回転させることにより、石炭は押し潰されて粉砕される。粉砕された石炭（以下、微粉炭と称する）は、熱ガス発生装置１０１から供給された排ガスの流れにのって、ミル１０５の上部に供給され、分級機で分級された後、外部に放出される。

シールエアファン１０６は、ミル１０５の内部（粉砕テーブル１０５ｂの軸受部）の隙間にシールエアを供給することにより、その隙間から外部に放出されようとする微粉炭を、熱ガス発生装置１０１から供給された排ガスの流れに押し戻す。ミル１０５の内部の圧力がシールエアの圧力未満になるように、シールエアの流速が定められる。このように、シールエアファン１０６は、粉砕テーブル１０５ｂの軸受部に微粉炭が進入し、その結果として、粉砕テーブル１０５ｂの軸受部の潤滑不良が起こることと、粉砕テーブル１０５ｂの軸受部から外部に放出されることとを防止する。

ミル出口温度計１１０は、ミル１０５の出口側の所定の位置における温度（配管内の微粉炭の温度）を測定する。
ミル入口温度計１２０は、ミル１０５の入口側の所定の位置における温度（配管内の熱風の温度）を測定する。

バグフィルター１０７は、ミル１０５から放出された微粉炭を、濾布を用いて捕集する濾過式の捕集機である。微粉炭以外の異物がバグフィルター１０７で捕集されることがある。
異物除去装置１０８は、バグフィルター１０７で捕集された異物を除去する。
リザーブタンク１０９は、異物除去装置１０８で異物が除去された微粉炭を貯蔵する。リザーブタンク１０９に貯蔵された微粉炭は、高炉の羽口から高炉の内部に吹き込まれる（微粉炭吹き込みが行われる）。

ベンチュリ管１１１は、バグフィルター１０７を通過した排ガスの流量を測定する。
ダンパー１１２は、バグフィルター１０７を通過した排ガスの流量を調整する。
循環ファン１１３は、ダンパー１１２を通過した排ガスを熱ガス発生装置１０１に循環させることができるように、排ガスを昇圧する。
煙突１１４は、循環ファン１１３により昇圧された排ガスの一部（放散ガス）を大気中に放出する。
放散系圧力調整弁１１５は、煙突１１４から大気中に放出される排ガスの圧力を調整する。

循環系圧力調整弁１１６は、循環ファン１１３により昇圧された排ガスのうち、煙突１１４を介して大気中に放出されずに熱ガス発生装置１０１に循環させる排ガスの圧力を調整する。このようにして、熱ガス発生装置１０１で発生した排ガスは、循環ガスとして再び熱ガス発生装置１０１に供給され、熱ガス発生装置１０１、ミル１０５、バグフィルター１０７、ベンチュリ管１１１、ダンパー１１２、循環ファン１１３、循環系圧力調整弁１１６、熱ガス発生装置１０１の経路を循環する。

本実施形態では、大気中の空気（希釈エア）を、ＰＣＩプラントに供給するようにしている。オリフィス流量計１１７は、この希釈エアの流量を調整する。エア流量調整弁１１８は、ＰＣＩプラントに供給されるエアの流量を調整する。希釈エアファン１１９は、エア流量調整弁１１８で流量が調整された希釈エアを昇圧し、希釈エアを熱ガス発生装置１０１の入側の配管に押し込む。これにより、循環ガスの酸素濃度を大きくすることができる。

このような排ガス循環系粉砕プラントを管理するための指標として、ミル１０５の入口側の温度（以下、「ミル入口温度」と称する）と、ミル１０５の出口側の温度（以下、「ミル出口温度」と称する）とがある。
ミル入口温度は、熱ガス過熱防止のための管理指標として用いられる。
ミル出口温度は、石炭乾燥のための管理指標として用いられる。ミル出口温度が下がると石炭を十分に乾燥できなくなるため、ミル出口温度は一定にすることが好ましい。ミル出口温度を一定に保つため、ミル出口温度制御を行う。ミル出口温度制御とは、ミル出口温度を目標温度に追従させるためにバーナー負荷を操作するものを指し、ミル出口温度計１１０で測定されたミル出口温度の偏差からフィードバック制御を行う（図１の温度制御装置２００を参照）。フィードバック制御としては、ＰＩＤ制御が一般的である。

ここで、ミル入口伸縮管の耐熱温度や石炭の発火温度の関係から、ミル入口温度には上限が設定される。そのため、ＰＣＩプラントにおいては、ミル入口温度が上限を超えないよう注意しながら運転しなければならない。
ミル入口温度を下げるためには、バーナー負荷を下げる必要がある。そのためには必要な熱負荷を下げる必要があるので、結果的に給炭量を下げる運転を行う必要がある。しかしながら、当然のことながら、給炭量を下げると微粉炭の生産量が下がってしまうため、給炭量はできるだけ下げないのが好ましい。
ミル入口温度が上限を超えない範囲で最大の給炭量はどれだけになるのかは、操業データを見るだけでは判断が難しい。
そこで、ミル入口温度が上限を超えない範囲での最大給炭可能量や給炭増加可能量を演算して、オペレータに提示したり、給炭量の自動制御を行ったりできるようにすることが課題となる。

図２は、本実施形態に係る給炭量演算装置の機能構成を示す図である。給炭量演算装置は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータ装置により実現される。
１は石炭水分推定部であり、粉砕中の石炭の水分を、熱及び物質収支に基づいて推定する。
２は定常時最大給炭可能量演算部であり、石炭水分推定部１で推定した水分を用いて、ミル入口温度が上限を超えない範囲での定常時最大給炭可能量を演算する。
３は記憶部であり、予めシミュレーションにより得た、定常時最大給炭増加可能量と給炭増加可能量とを対応付けた情報を記憶する。記憶部３に記憶する情報は、給炭量の変化に応じたミル入口温度の過渡的な上昇分をシミュレーションから予測し、ミル入口温度のピーク温度が上限を超えないように給炭増加可能量が設定されたものである。
４は給炭増加可能量演算部であり、定常時最大給炭可能量演算部２で演算した定常時最大給炭可能量と現在の給炭量との差を定常時最大給炭増加可能量として求め、記憶部３に記憶した情報に基づいて、給炭増加可能量を求める。
５は出力部であり、給炭増加可能量演算部４で求めた給炭増加可能量に応じた情報を出力する。ここでいう出力とは、例えば給炭増加可能量演算部４で求めた給炭増加可能量を画面表示することや、給炭増加可能量演算部４で求めた給炭増加可能量に応じてオペレータにガイダンスを出力することや、現在の給炭量を給炭増加可能量演算部４で求めた給炭増加可能量に自動追従させるように指令値を出力することをいう。

以下、本実施形態に係る給炭量演算装置による給炭量演算方法の詳細を説明する。
石炭水分推定部１では、粉砕中の石炭の水分を、熱及び物質収支に基づいて推定する。
ＰＣＩプラントの入熱は、
〈１〉ＢＦＧ持込熱量
〈２〉燃焼エア持込熱量
〈３〉希釈エア持込熱量
〈４〉石炭持込熱量
〈５〉石炭水分持込熱量
〈６〉燃焼熱量
〈７〉ファン動力熱
によって構成される。

このうち、〈１〉〜〈５〉はＰＣＩプラントに投入される物質が持ち込む熱量であり、下式（１）が成り立つ。
持込熱量＝物体の比熱×（物体の流量又は質量）×物体の温度・・・（１）
特に〈４〉、〈５〉については、（物体の流量又は質量）は（給炭量設定変化率制限）×（実粉砕補正係数）を代入する。この補正係数は、給炭量設定変化率制限と実粉砕量の乖離を補正する係数で、設定値である。
〈６〉はＣＦＧと燃焼エアの燃焼反応によって得られる熱であり、下式（２）が成り立つ。
燃焼熱量＝ＢＦＧ流量×ＢＦＧカロリー・・・（２）
〈７〉は循環ファン１１３の回転のために必要な熱である。その熱量はファンの特性曲線から導かれるが、粉砕中の動力熱は略一定となるため、定数とする。

次に、ＰＣＩプラントの出熱は、
〈８〉放散ガス持出熱量
〈９〉石炭持出熱量
〈１０〉表面冷却
〈１１〉潜熱
よって構成される。

このうち、〈８〉、〈９〉はＰＣＩプラントから排出される物質が持ち出す熱量であり、下式（３）が成り立つ。
持出熱量＝物体の比熱×（物体の流量又は質量）×物体の温度（ミル出口温度で代表）・・・（３）
〈９〉については、（物体の流量又は質量）＝（給炭量設定変化率制限）×（実粉砕補正係数）を代入する。
〈１０〉はＰＣＩプラント全体が外気と熱交換することによって散逸する熱である。その熱量は外気温とミル出口温度との差に比例するとし、下式（４）が成り立つ。放熱係数は定数とする。なお、外気温は、希釈エア温度にバイアス補正値を加えたものとする。
表面冷却熱量＝放熱係数×（ミル出口温度−外気温）・・・（４）

以上の入熱と出熱の熱収支が保たれているので、図３にも示すように、
〈１〉＋〈２〉＋〈３〉＋〈４〉＋〈５〉＋〈６〉＋〈７〉
＝〈８〉＋〈９〉＋〈１０〉＋〈１１〉
が成り立つ。

ここで、石炭水分に関係する熱量は〈５〉と〈１１〉であり、未知数である。一方、それ以外は毎分の操業データから計算可能な値である。そこで、
〈１１〉−〈５〉
＝｛〈１〉＋〈２〉＋〈３〉＋〈４〉＋〈６〉＋〈７〉｝−｛〈８〉＋〈９〉＋〈１０〉｝
とすることで、（潜熱−石炭水分持込熱量）を求めることができる。これを石炭水分に変換することで、推定石炭水分生値が得られる。
推定石炭水分生値は細かい変動があり、そのまま用いることはできない。そこで、推定石炭水分生値に一次遅れ処理を行い、推定石炭水分を得る。

以下では、入熱及び出熱についての具体的な演算を説明する。以下の演算を例えば１分ごとに行う。表１には、演算で用いる変数をまとめた。

［入熱］
〈１〉ＢＦＧ持込熱量Ｑ_BFG
Ｑ_BFG＝Ｃ_BFG×Ｆ_BFG×Ｔ_BFG
〈２〉燃焼エア持込熱量Ｑ_CAIR
Ｑ_CAIR＝Ｃ_CAIR×Ｆ_CAIR×Ｔ_CAIR
〈３〉希釈エア持込熱量Ｑ_PAIR
Ｑ_PAIR＝Ｃ_PAIR×Ｆ_PAIR×Ｔ_PAIR
〈４〉石炭持込熱量Ｑ_CIN
Ｑ_CIN＝Ｃ_COAL×Ｆ_C×ｋ_FC×１０００×（Ｔ_PAIR＋Ｔ_OFF）
※給炭量設定変化率制限に補正係数をかけたものを実粉砕量とする。
※外気温は希釈エア持込熱量に外気温補正値を加えたものとする。
〈６〉燃焼熱量Ｑ_C
Ｑ_C＝ｑ_BFG×Ｆ_BFG
〈７〉ファン動力熱Ｑ_F
設定値が入力される。

［出熱］
〈８〉放散ガス持出熱量Ｑ_EXH
Ｑ_EXH＝Ｃ_EXH×Ｆ_EXH×Ｔ
〈９〉石炭持出熱量Ｑ_COUT
Ｑ_COUT＝Ｃ_COAL×Ｆ_C×ｋ_FC×１０００×Ｔ
※給炭量設定変化率制限に補正係数をかけたものを実粉砕量とする。
〈１０〉表面冷却Ｑ_S
Ｑ_S＝Ａｈ×（Ｔ−（Ｔ_PAIR＋Ｔ_OFF））

これより、（潜熱−石炭水分持込熱量）Ｑ_LATENTは、
Ｑ_LATENT＝Ｑ_BFG＋Ｑ_CAIR＋Ｑ_PAIR＋Ｑ_CIN＋Ｑ_C＋Ｑ_F−（Ｑ_EXH＋Ｑ_COUT＋Ｑ_S）
で求めることができる。
推定石炭水分生値ｗ_IRは、中間変数Ａ、Ｂを下式（５）、（６）として、下式（７）で表される。
Ａ＝Ｑ_LATENT／（Ｆ_C×ｋ_FC×１０００）／｛ｑ_LATENT−（Ｔ_PAIR＋Ｔ_OFF）×Ｃ_W｝・・・（５）
Ｂ＝ｗ_o／（１００−ｗ_o）×ｑ_LATENT／｛ｑ_LATENT−（Ｔ_PAIR＋Ｔ_OFF）×Ｃ_W｝・・・（６）
ｗ_IR＝１００×（Ａ＋Ｂ）／（Ａ＋Ｂ＋１）・・・（７）
すなわち、潜熱、石炭水分持込熱、給炭量設定変化率制限・推定石炭水分生値の関係は下式（８）で表わされる。
Ｑ_LATENT＝〈１０〉−〈５〉
＝Ｆ_C×ｋ_FC×１０００×［｛ｗ_IR／（１００−ｗ_IR）｝−｛ｗ_o／（１００−ｗ_o）｝］×ｑ_LATENT−Ｆ_C×ｋ_FC×１０００×｛ｗ_IR／（１００−ｗ_IR）｝×（Ｔ_PAIR＋Ｔ_OFF）×Ｃ_W・・・（８）
この式（８）とＡ、Ｂの定義より上式（７）が得られる。

これより、推定石炭水分ｗ_Iは、下式（９）で求められる。
ｗ_I（今回値）＝ａ×ｗ_IR（今回値）+（１−ａ）×ｗ_I（前回値）・・・（９）

定常時最大給炭可能量演算部２では、石炭水分推定部１で推定した推定石炭水分ｗ_Iを用いて、ミル入口温度が上限を超えない範囲での定常時最大給炭可能量を演算する。
下式（１０）により、ミル入口温度予測値Ｔ_IEST［℃］を求める。そして、下式（１１）により、定常時最大給炭可能量Ｆ_CMAXR［ｔ／ｈ］を求める。

Ｔ_IEST＝α×Ｆ_C×ｗ_I／（１００−ｗ_I）
＋β×Ｆ_C×ｗ_I×（Ｔ_PAIR＋Ｔ_OFF）／（１００−ｗ_I）
＋γ×Ｆ_C×（Ｔ_PAIR＋Ｔ_OFF）
＋ε・・・（１０）

Ｆ_CMAXR＝（Ｔ_IMAX−ε）／｛（α×ｗ_I／（１００−ｗ_I））＋β×ｗ_I×（Ｔ_PAIR＋Ｔ_OFF）／（１００−ｗ_I）＋γ×（Ｔ_PAIR＋Ｔ_OFF）｝・・・（１１）

ミル入口温度予測値Ｔ_IESTは、給炭量×水分と、給炭量×水分×外気温と、給炭量×外気温に影響していると考える。すなわち、ミル前後の熱バランスに基づいている。ミル入口温度予測係数（水分潜熱）α［℃／（％・ｔ／ｈ）］、ミル入口温度予測係数（水分顕熱）β［ｋｃａｌ／（Ｎｍ３・℃）］、ミル入口温度予測係数（石炭顕熱）γ［℃／（％・ｔ／ｈ）］、ミル入口温度予測係数（定数補正）ε［ｋｃａｌ／（Ｎｍ３・℃）］はそれらの係数であり、過去の操業データから求めた定数値が入力される。
ミル入口温度予測値Ｔ_IESTの精度は、定常時最大給炭可能量Ｆ_CMAXRの精度にもそのまま影響する。例えば６ヶ月分のデータを用い、重回帰分析により係数α、β、γ、εを決定した。これを６ヶ月分の全ての運転中データに対してミル入口温度の予測値と実績値の比較を行った結果、実績と予測の誤差平均は−１．６［℃］、誤差標準偏差は１１．５［℃］となった。図４に、ミル入口温度の予測値と実績値とを示す。同図に示すように、両者は略一致する結果が得られている。

上式（１１）は、ミル入口温度予測値Ｔ_IESTをミル入口温度設定値Ｔ_IMAXに、給炭量設定変化率制限Ｆ_Cを定常時最大給炭可能量Ｆ_CMAXRに置き換えて、上式（１０）を変形したものである。
なお、ミル入口温度設定値Ｔ_IMAXは設定値であるが、必ずしもミル入口温度の上限と一致させる必要はない。例えばミル入口温度の上限が３５０［℃］であったとしても、ミル入口温度の細かい変動が±２０［℃］程度であった場合、変動や誤差分の余裕を見てミル入口温度設定値Ｔ_IMAXを３２０［℃］程度に設定することが望ましい。

記憶部３は、予めシミュレーションにより得た、定常時最大給炭増加可能量（＝定常時最大給炭可能量−現在の給炭量）と、給炭増加可能量とを対応付けた情報を記憶する。記憶部３に記憶する情報は、給炭量の変化に応じたミル入口温度の過渡的な上昇分をシミュレーションから予測し、ミル入口温度のピーク温度が上限を超えないように給炭増加可能量が設定されたものである。
上述した式（１１）を計算することにより、定常時最大給炭可能量Ｆ_CMAXRを求めることができる。
しかしながら、給炭量を増やした直後は熱バランスが崩れ、石炭と水分による抜熱を補うためにバーナーの出力が上がる。このとき、一時的にミル入口温度が急上昇するが、その際のピーク温度が大きくなることは望ましくない。給炭量の変化が小さければ（例えば１〜５［ｔ／ｈ］程度）大きな問題ではないが、大きい場合、ミル入口温度のオーバーシュート量も大きくなり、ミル入口温度の上限を大きく超える可能性がある。
そこで、給炭量の変化に応じたミル入口温度の過渡的な上昇分をシミュレーションから予め予測しておき、その結果に基づいて得た、定常時最大給炭増加可能量（＝定常時最大給炭可能量−現在の給炭量）と、給炭増加可能量とを対応付けた情報を記憶部３に記憶しておく。

図５に、シミュレーションを実行するフィードバック制御系のブロック線図を示す。
ＰＣＩプラントのミル出口温度モデルは、下式（１２）で表わされる。
ＣｄＴ／ｄｔ＝Ｑ_in−Ｑ_out・・・（１２）
ここで、Ｃはプロセス熱容量、Ｔはミル出口温度、Ｑ_inはプロセスに入る熱、Ｑ_outはプロセスから出る熱である。図５に示すように、このミル出口温度モデルに、バーナーの燃焼制御よる遅れや、熱電対によるミル出口温度検知の遅れを加える。これにＰＩＤ制御器を接続し、フィードバック形式とすることでシミュレーションを行う。
シミュレーションにより、図６〜図８に示すように、複数の給炭量の変化（Ａ₁［ｔ／ｈ］、Ａ₂［ｔ／ｈ］、Ａ₃［ｔ／ｈ］（Ａ₁＞Ａ₂＞Ａ₃））対する定常時のミル入口温度の変化量について、オーバーシュート量が定常時のミル入口温度の変化量を超えない給炭量の変化量を求めた。その結果、Ａ₁［ｔ／ｈ］に対してはａ₁［ｔ／ｈ］まで、Ａ₂［ｔ／ｈ］に対してはａ₂［ｔ／ｈ］まで、Ａ₃［ｔ／ｈ］に対してはａ₃［ｔ／ｈ］までであれば、オーバーシュートを考慮してもミル入口温度は定常時のミル入口温度の変化量を超えることはなかった。

そこで、図９に示すように、シミュレーションにより得た結果をプロットして、定常時最大給炭増加可能量（＝定常時最大給炭可能量−現在の給炭量）と、給炭増加可能量とを対応付けた特性線テーブルを作成した。この場合に、給炭量の変化が小さい範囲（例えば１〜５［ｔ／ｈ］程度）で閾値Ｆ_cmin［ｔ／ｈ］を設定し、Ｆ_cmin以下では原点を通るｙ＝ｘとした。
このように定常時最大給炭可能量と現在の給炭量とが大きく乖離しているときは、定常時最大給炭可能量に制限を加えることにより、ミル入口温度が急上昇しても、そのピーク温度が上限を超えないようにしている。
なお、記憶部３に記憶する情報を、現在の推定水分量、外気温、希釈エア等の値によって場合分けすると、より精度を上げることができる。

給炭増加可能量演算部４は、定常時最大給炭可能量演算部２で演算した定常時最大給炭可能量Ｆ_CMAXRと現在の給炭量との差を定常時最大給炭増加可能量として求め、記憶部３に記憶した情報に基づいて、給炭増加可能量を求める。
（定常時最大給炭可能量Ｆ_CMAXR−現在の給炭量）≦Ｆ_cminでは、定常時最大給炭可能量演算部２で演算した定常時最大給炭可能量Ｆ_CMAXRが、そのまま最大給炭可能量となる。
それに対して、（定常時最大給炭可能量Ｆ_CMAXR−現在の給炭量）＞Ｆ_cminでは、図９の特性線テーブルから求めた給炭増加可能量に制限する。すなわち、最大給炭可能量は、給炭増加可能量と現在の給炭量との和となる。
なお、給炭量を変化させてからミル入口温度が定常に達するまでには時間がかかるため、例えば１０分程度、最大給炭可能量は変化させないようにするのが好ましい。

以上のようにして推定石炭水分ｗ_I、ミル入口温度予測値Ｔ_IEST、給炭増加可能量、最大給炭可能量等を演算することにより、これら演算結果を例えば不図示のディスプレイに表示してオペレータに提示したり、これら演算結果に基づいて給炭量の自動制御を行ったりすることが可能となる。これにより、ＰＣＩプラントの設備保護と生産性の両立を容易に図ることができる。

実際のＰＣＩプラントで得られたデータに対して最大給炭可能量の演算を行った。
図１０に示すように、ミル入口温度設定を３２０［℃］として演算したところ、ミル入口温度が３２０［℃］を超えているときは、最大給炭可能量が現在の給炭量よりも下回っている。逆に、ミル入口温度が３２０［℃］を下回っているときは、最大給炭可能量が現在の給炭量よりも多くなっている。

また、給炭量を大きく変える際、定常時最大給炭可能量に制限を加えることによってミル入口温度の過大を防ぐ例を示す。図１１に示すように、給炭量を１５［ｔ／ｈ］上げる直前、定常時最大給炭可能量は６５［ｔ／ｈ］程度であったが、現在の給炭量と定常時最大給炭可能量との差が大きかったために、給炭増加可能量に従って制限をかけた。制限を加えたものが最大給炭可能量である。最大給炭可能量に従った結果、給炭量の変化後もミル入口温度は３５０［℃］を大きく超えることなく推移させることができた。

以上説明した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
上記実施形態では、本発明を排ガス循環系のＰＣＩプラントに適用したが、それ以外の排ガス循環系粉砕プラント、例えばセメントを製造するための排ガス循環系粉砕プラントにも適用可能である。また、本発明は、排ガス循環系粉砕プラントに限らず、１パス方式の粉砕プラントにも適用可能である。
また、本発明は、本発明の原料供給量の演算方法を実行するためのソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータがプログラムを読み出して実行することによっても実現可能である。

１：石炭水分推定部、２：定常時最大給炭可能量演算部、３：記憶部、４：給炭増加可能量演算部、１０１：熱ガス発生装置、１０５：ミル、１０７：バグフィルター

Claims (6)

1. 熱風を排ガスとして発生する熱ガス発生装置と、原料を粉砕し、粉砕後の原料を前記熱ガス発生装置で発生する排ガスの流れに乗せて外部に放出する粉砕機と、前記粉砕機から排ガスの流れに乗って放出された粉砕後の原料を捕集する捕集機とを有し、前記粉砕機の出口温度を一定に保つ温度制御を行う粉砕プラントにおける原料供給量の演算方法であって、
   粉砕中の原料の水分を、熱及び物質収支に基づいて推定する推定ステップと、
   前記推定ステップで推定した水分を用いて、前記粉砕機の入口温度が上限を超えない範囲での定常時の最大原料供給可能量を演算する第１の演算ステップと、
   前記第１の演算ステップで演算した定常時の最大原料供給可能量に制限を加えて、最大原料供給可能量、及び最大原料供給可能量と現在の原料供給量との差で表される原料の増加可能量のうち少なくともいずれか一方を求める第２の演算ステップとを有することを特徴とする粉砕プラントにおける原料供給量の演算方法。
2. 前記第２の演算ステップでは、
   予めシミュレーションにより得た、定常時の原料の最大増加可能量と原料の増加可能量とを対応付けた情報を記憶する記憶手段を用いて、
   前記第１の演算ステップで演算した定常時の最大原料供給可能量と現在の原料供給量との差を定常時の原料の最大増加可能量として、前記記憶手段に記憶した情報に基づいて、原料の増加可能量を求めることを特徴とする請求項１に記載の粉砕プラントにおける原料供給量の演算方法。
3. 前記記憶手段に記憶する情報は、原料の供給量の変化に応じた前記粉砕機の入口温度の過渡的な上昇分をシミュレーションから予測し、前記粉砕機の入口温度のピーク温度が前記上限を超えないように原料の増加可能量が設定されたものであることを特徴とする請求項２に記載の粉砕プラントにおける原料供給量の演算方法。
4. 前記第２の演算ステップでは、前記第１の演算ステップで演算した定常時の最大原料供給可能量が閾値以下の場合、該定常時の最大原料供給可能量を、最大原料供給可能量とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粉砕プラントにおける原料供給量の演算方法。
5. 熱風を排ガスとして発生する熱ガス発生装置と、原料を粉砕し、粉砕後の原料を前記熱ガス発生装置で発生する排ガスの流れに乗せて外部に放出する粉砕機と、前記粉砕機から排ガスの流れに乗って放出された粉砕後の原料を捕集する捕集機とを有し、前記粉砕機の出口温度を一定に保つ温度制御を行う粉砕プラントにおける原料供給量の演算装置であって、
   粉砕中の原料の水分を、熱及び物質収支に基づいて推定する推定手段と、
   前記推定手段で推定した水分を用いて、前記粉砕機の入口温度が上限を超えない範囲での定常時の最大原料供給可能量を演算する第１の演算手段と、
   前記第１の演算手段で演算した定常時の最大原料供給可能量に制限を加えて、最大原料供給可能量、及び最大原料供給可能量と現在の原料供給量との差で表される原料の増加可能量のうち少なくともいずれか一方を求める第２の演算手段とを備えたことを特徴とする粉砕プラントにおける原料供給量の演算装置。
6. 熱風を排ガスとして発生する熱ガス発生装置と、原料を粉砕し、粉砕後の原料を前記熱ガス発生装置で発生する排ガスの流れに乗せて外部に放出する粉砕機と、前記粉砕機から排ガスの流れに乗って放出された粉砕後の原料を捕集する捕集機とを有し、前記粉砕機の出口温度を一定に保つ温度制御を行う粉砕プラントにおける原料供給量を演算するためのプログラムであって、
   粉砕中の原料の水分を、熱及び物質収支に基づいて推定する推定処理と、
   前記推定処理で推定した水分を用いて、前記粉砕機の入口温度が上限を超えない範囲での定常時の最大原料供給可能量を演算する第１の演算処理と、
   前記第１の演算処理で演算した定常時の最大原料供給可能量に制限を加えて、最大原料供給可能量、及び最大原料供給可能量と現在の原料供給量との差で表される原料の増加可能量のうち少なくともいずれか一方を求める第２の演算処理とをコンピュータに実行させるためのプログラム。

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