JP2017171791A - コークス炉の炭化室におけるコークス押出性悪化を検知する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正確に実際のコークス炉炭化室の炉壁損傷状況を推定することができるコークス炉の炭化室におけるコークス押出性悪化を検知する方法を提案する。【解決手段】コークス炉の炭化室８毎に、生成したコークス１１を押出機２の押出ラム３で押し出す際、押出ラムの炭化室内での押出位置に対する押出ラムを駆動するモータ１の負荷電流を計測した負荷電流トレンドから、コークス炉の操業状態を考慮して理想負荷電流トレンドを予め求めておき、測定対象となる炭化室におけるコークス押出完了後の実績負荷電流トレンドと前記理想負荷電流トレンドとの押出位置毎の負荷電流の偏差を求め、求めた偏差から当該炭化室の異常を判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、コークス炉を構成する各炭化室（窯）からのコークス押出時において、コークス押出性悪化などの異常を検知することができる、コークス炉の炭化室におけるコークス押出性悪化を検知する方法に関する。

室炉式のコークス炉では、石炭を装入して炭化させる炭化室（窯）と燃料ガスを燃焼して石炭の炭化を促す燃焼室とがレンガで構成された炉壁で隔てられて交互に隣接して設けられている。窯内で製造されたコークスは、燃焼室と隣接しない炭化室の両側面に設けられた窯口の炉蓋をそれぞれ開放し、一方から他方へ押出ラムにより押出すことで、炉外へ排出される。

一般に両窯口間の距離は十数ｍあり、押出ラムはこの間を動き、炭化室のコークスを炭化室外へ押出す。このとき、炉壁が損傷したり、炉壁に付着物が生じたりして炉壁に凹凸があると、コークスを押し出すときに、この凹凸部分でコークスと炉壁との間に抵抗が発生し、コークスの押出性が悪化することがある。押出性の悪化が増長すると、押出ラムによるコークスの押出が出来なくなる。その場合、窯内のコークスを掻き出すといった非定常な作業が発生することになり、場合によっては、炉壁の破損といった重大な問題となる可能性がある。このため、コークス炉の稼働中にこのような押出ラムの押出性の悪化のような異常を検知し、事前に対処する必要がある。

従来のコークス炉における炭化室のコークス押出性の異常判定の方法として、特許文献１に記載されるような技術がある。これは、コークス炉の炉壁温度や石炭性状、コークス炉稼働率、窯補修後経過日数などを考慮して、炉壁に損傷が発生していないと仮定した場合の推定押出力を計算し、実際の押出力と比較を行い判定するものである。

特開平１１−１３１０６９号公報

この特許文献１に記載される方法では、対象とする窯へ装入する石炭の性状や、その窯の炉壁温度や稼働率、補修後経過日数等を勘案することで窯毎の損傷状況を推定することができるとしている。

しかしながら、コークス炉の窯に生成するコークスは、一体となった強固な板状のものではない。そのため、押出ラムによりコークスを窯から押し出す際には、押出ラムに接する側のコークスケーキが一部潰されながら押し込まれ、ある程度押し込まれた時点から窯内のコークスケーキが全体として、他方の窯口方向へ押出されるという動きを示す。この場合、コークスケーキが全体として動く直前にコークスケーキと窯の底面との抵抗力は最大となるため、押出力はピークを示し、その後は押出ラムの移動位置に応じて、押出力が変化する。特許文献１に記載される方法では、この押出力の変化を考慮することなく、全体として押出力を推定、実測することでその偏差を求め、炉壁損傷状況を推定しようとするものである。そのため、正確に実際のコークス炉炭化室の炉壁損傷状況を推定することができなかった。

そこで本発明の目的は、正確に実際のコークス炉炭化室の炉壁損傷状況を推定することができるコークス炉の炭化室におけるコークス押出性悪化を検知する方法を提案することにある。

前述した従来技術が抱えている課題について鋭意検討を重ねた結果、発明者らは、押出機の押出電流（押出ラムを駆動する押出モータの負荷電流）に着目し、これまでの押出電流の解析結果より得られた、コークス炉の押し詰まりが発生する際の押出電流の兆候として、押出電流の初期ピーク値の異常増加以外にも、初期ピーク値以降の押出電流の異常増加や複数個のピークが確認されていることを突き止めて、本発明を開発した。

即ち、本発明は、コークス炉の炭化室毎に、生成したコークスを押出機の押出ラムで押し出す際、押出ラムの炭化室内での押出位置に対する押出ラムを駆動するモータの負荷電流を計測した負荷電流トレンドから、コークス炉の操業状態を考慮して理想負荷電流トレンドを予め求めておき、測定対象となる炭化室におけるコークス押出完了後の実績負荷電流トレンドと理想負荷電流トレンドとの押出位置毎の負荷電流の偏差を求め、求めた偏差から当該炭化室の異常を判定することを特徴とするコークス炉の炭化室におけるコークス押出性悪化を検知する方法にある。

なお、前記のように構成される本発明に係るコークス炉の炭化室におけるコークス押出性悪化を検知する方法においては、
（１）前記予め求める理想負荷電流トレンドは、前記負荷電流トレンドの所定回数の平均値に、当該炭化室内へのコークスの装炭量、発生ガス温度、コークス品種を考慮した補正係数を掛けて求めること、
（２）押出初期の負荷電流のピーク後の押出において、前記実績負荷電流トレンドと理想負荷電流トレンドとの負荷電流の偏差の最大偏差が、所定の最大偏差しきい値を超えたとき、当該炭化室が異常と判定すること、
（３）押出初期の負荷電流のピーク後の押出において、前記実績負荷電流トレンドと理想負荷電流トレンドとの負荷電流の偏差の積分値が、所定の積分偏差しきい値を超えたとき、当該炭化室が異常と判定すること、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。

前述のように構成することで、本発明によれば、コークス炉の炭化室からコークスを押し出す際の、押出ラムを駆動する押出モータの負荷電流の異常検知を行うことにより、コークス炉の炭化室におけるコークスの押し詰まりを抑止し、コークスの減産削減に寄与することができる。また、本発明は、負荷電流の最初のピーク後の負荷電流の異常を検知対象としており、異常検知の対応力が拡張されている。

本発明のコークス炉の炭化室におけるコークス押出性悪化を検知する方法を実施する機器構成の一例を示す図である。 本発明のコークス炉の炭化室におけるコークス押出性悪化を検知する方法における異常判定ロジックの一例を説明するためのグラフである。 実際に測定したコークスの押し詰り発生前の負荷電流トレンドの一例を示すグラフである。

図１は、本発明のコークス炉の炭化室におけるコークス押出性悪化を検知する方法を実施する機器構成の一例を示す図である。図１に示す機器構成において、１は押出機２の押出ラム３を駆動する押出ラム駆動モータ、４は押出ラム駆動モータ１に加える負荷電流を測定する変流器、５は変流器４で測定した負荷電流をコークスプロコン６に伝送する負荷電流伝送装置、７は押出ラム駆動モータ１から押出ラム３のコークス炉の炭化室８内の押出位置を測定して負荷電流伝送装置５に伝送する位置検出器、９は炭化室８内に発生する発生ガス温度を測定してコークスプロコン６に伝送する温度計、１１はコークス１０の品種（周辺炭または炉心炭）や装炭量などのデータをコークスプロコン６に入力する入力装置である。

次に、図１に示す機器構成を用いた本発明のコークス炉の炭化室におけるコークス押出性悪化を検知する方法について説明する。まず、押出ラム３を駆動する押出ラム駆動モータ１の負荷電流は変流器４により計測される。また、押出ラム３の炭化室８内の移動位置は、押出ラム駆動モータ１に設置された位置検出器７により計測される。負荷電流伝送装置５にて、変流器４から伝送される負荷電流のデータと位置検出器７から伝送される押出位置のデータとを紐付けて、負荷電流トレンドを作製する。作製された負荷電流トレンドはコークスプロコン６へ伝送され、入力装置１１から入力されたコークス品種や押出ラム駆動モータの仕様、コークス炉の火落ち温度などを用いて、コークスの異常検知を実施する。

次に、コークスプロコン６における異常検知について説明する。コークスプロコン６での異常検知は、例えば図１に示す機器を用いて計測された実績負荷電流トレンドと理想負荷電流トレンドを使用して実施する。ここで、実績負荷電流トレンドは、測定対象となる炭化室８におけるコークス押出完了後に求まる負荷電流トレンドのことを意味し、理想負荷電流トレンドは、押出ラム３の炭化室８内での押出位置に対する押出ラム３を駆動する押出ラム駆動モータ１の負荷電流を計測した負荷電流トレンドからコークス炉の操業状態を考慮して求まる予め求めた負荷電流トレンドのことを意味する。

次に、本発明で求める理想負荷電流トレンドの一例について、より詳細に説明する。上記異常検知に使用する理想負荷電流トレンドは、コークス炉の炭化室８ごとに設定し、それぞれの炭化室８で計測した、炭化室補修後５〜１０回分の負荷電流トレンドの平均値に、炭化室８への装炭量、押出前の発生ガス温度、コークス品種のそれぞれの補正係数を掛けて決定し、以下の式で計算される。

式１

ここで、
ｘ：対象とする炭化室の押出位置
ｆ（ｘ）：負荷電流トレンドの平均値
ｆ_０（ｘ）：対象とする炭化室の利用負荷電流トレンド
ａ_１：装炭量補正係数
ａ_２：発生ガス温度補正係数
ａ_３：品種補正係数

装炭量の補正係数ａ_１としては、一例として以下の表１に示す補正係数を用いることができる。

発生ガス温度の補正係数ａ_２としては、一例として以下の表２に示す補正係数を用いることができる。

品種補正係数ａ_３は、石炭配合に応じて決定する。

図２は、本発明のコークス炉の炭化室におけるコークス押出性悪化を検知する方法における異常判定ロジックの一例を説明するためのグラフである。次に、図２に示したグラフに従って、異常判定ロジック１と異常判定ロジック２とを説明する。

＜異常判定ロジック１＞
異常判定ロジック１では、図２に示すグラフに示すように、押出初期の負荷電流のピーク後の押出において、実績負荷電流トレンドと理想負荷電流トレンドとの負荷電流の偏差の最大偏差が、所定の最大偏差しきい値を超えたとき、測定対象となる炭化室が異常と判定する。異常判定ロジック１は、ＰＡ（ｘ）を押出位置ｘにおける実績負荷電流値とし、ＩＡ（ｘ）を押出位置ｘにおける理想負荷電流値として、以下の式２で求めることができる。
（ＰＡ（ｘ）−ＩＡ（ｘ））＞最大偏差しきい値 （式２）
なお、図２で押出位置ｘというのは、炭化室の押出ラムが侵入する窯口の位置を０、コークスが押出される窯口の位置を６００としてその間を等分に６００分割した位置を表している。

＜異常判定ロジック２＞
異常判定ロジック２では、図２に示すグラフに示すように、押出初期の負荷電流のピーク後の押出において、実績負荷電流トレンドと理想負荷電流トレンドとの負荷電流の偏差の積分値が、所定の積分偏差しきい値を超えたとき、当該炭化室が異常と判定する。異常判定ロジック２は、異常判定ロジック１と同様に、ＰＡ（ｘ）を押出位置ｘにおける実績負荷電流値とし、ＩＡ（ｘ）を押出位置ｘにおける理想負荷電流値として、以下の式３で求めることができる。
Σ（ＰＡ（ｘ）−ＩＡ（ｘ））＞積分偏差しきい値 （式３）
ここで、ｘの範囲は設定下限から設定上限の間である。

上述した異常判定ロジック１および異常判定ロジック２において、実績負荷電流トレンドの負荷電流値と理想負荷電流トレンドの負荷電流との差分は、押出位置ｘに関して異常検知範囲を設定し、その範囲間で差分をとる。例えば、図２に示した例では、１２０＜ｘ＜５００である。それぞれの異常判定に対して、複数の炭化室での差分の最大値または積分値が、それぞれのしきい値を超過する場合、その異常判定項目の値が大きいものほど異常度合いが大きく、補修の優先度が高い炭化室であると判断される。

図３は、実際の炭化室（Ｗ４５０ｍｍ×Ｈ７５５０ｍｍ×Ｄ１７０９０ｍｍ）において、実際に測定したコークスの押し詰り発生前の負荷電流トレンドの一例を示すグラフである。図３において、実線がコークスの押し詰まりが発生する前の最新の負荷電流トレンドとなっており、押出位置ｘが２００〜３００の範囲で、それ以前の他の負荷電流トレンドの負荷電流値よりも負荷電流値が大きくなっていることが確認できる。異常判定ロジック１の最大偏差しきい値を５０（Ａ）程度、異常判定ロジック２の積分偏差しきい値を２０００（Ａ）程度（検査範囲ｘ：２００〜３００）にして各炭化室の負荷電流トレンドをチェックすると、このような異常電流波形が１月（３０日×２４０炭化室／日）に１炭化室程度発見される。この異常電流を検知しオペレータに連絡することができれば、コークスの押し詰まり発生前に該当の炭化室を補修してコークスの押し詰まり回避し、コークス減産を抑止することができる。

本発明のコークス炉の炭化室におけるコークス押出性悪化を検知する方法は、コークス炉の炭化室からコークスを押し出す際に、押出ラムを駆動する押出ラム駆動モータの負荷電流トレンドから、コークスの押出性の悪化を正確に検知することができるため、コークスの押出性悪化が問題となる種々のコークス炉に好適に用いることができる。

１ 押出ラム駆動モータ
２ 押出機
３ 押出ラム
４ 変流器
５ 負荷電流伝送装置
６ コークスプロコン
７ 位置検出器
８ 炭化室
９ 温度計
１０ コークス
１１ 入力装置

Claims (4)

1. コークス炉の炭化室毎に、生成したコークスを押出機の押出ラムで押し出す際、押出ラムの炭化室内での押出位置に対する押出ラムを駆動するモータの負荷電流を計測した負荷電流トレンドから、コークス炉の操業状態を考慮して理想負荷電流トレンドを予め求めておき、測定対象となる炭化室におけるコークス押出完了後の実績負荷電流トレンドと前記理想負荷電流トレンドとの押出位置毎の負荷電流の偏差を求め、求めた偏差から当該炭化室の異常を判定することを特徴とするコークス炉の炭化室におけるコークス押出性悪化を検知する方法。
2. 前記予め求める理想負荷電流トレンドは、前記負荷電流トレンドの所定回数の平均値に、当該炭化室内へのコークスの装炭量、発生ガス温度、コークス品種を考慮した補正係数を掛けて求めることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の炭化室におけるコークス押出性悪化を検知する方法。
3. 押出初期の負荷電流のピーク後の押出において、前記実績負荷電流トレンドと理想負荷電流トレンドとの負荷電流の偏差の最大偏差が、所定の最大偏差しきい値を超えたとき、当該炭化室が異常と判定することを特徴とする請求項１または２に記載のコークス炉の炭化室におけるコークス押出性悪化を検知する方法。
4. 押出初期の負荷電流のピーク後の押出において、前記実績負荷電流トレンドと理想負荷電流トレンドとの負荷電流の偏差の積分値が、所定の積分偏差しきい値を超えたとき、当該炭化室が異常と判定することを特徴とする請求項１または２に記載のコークス炉の炭化室におけるコークス押出性悪化を検知する方法。

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