JP6319594B2

JP6319594B2 - 石炭粉砕ミルへの給炭量制御方法およびその装置

Info

Publication number: JP6319594B2
Application number: JP2016040798A
Authority: JP
Inventors: 拓哉木山
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2016-03-03
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2036-03-03
Also published as: JP2016168590A

Description

本発明は、石炭粉砕ミルへ投入する石炭量を制御する方法および給炭量制御装置に関する。

高炉は、その内部に主として鉄鉱石や焼結鉱などと共にコークスを装入し、羽口から熱風を吹き込んで、鉄鉱石等の還元と溶解を行うことで、溶銑を製造している。近年、前記高炉内に石炭を粉砕した微粉炭を羽口通じて高炉内へ吹き込む技術が開発されている。微粉炭は、コークスと比べて安価でかつ燃焼性がよいことから、多数の高炉で採用され、溶銑製造における合理化に大きく寄与している。また、高炉への微粉炭吹込み量を増やすことで、コークス炉の負荷軽減も図ることができ、且つ、高炉への微粉炭吹込みは、コークス炉の延命にも寄与することから、より多量の吹込み操業へと向っている。

しかし、高炉への微粉炭の多量吹込み操業では、高炉内の熱バランスを安定させることが重要であり、それは微粉炭吹込み量の安定化が条件である。その理由は、微粉炭吹込み量が不安定だと、高炉内の熱バランスが悪化し、炉況不調や、微粉炭吹込み配管の詰まりといった問題を発生させる原因となるためである。なお、高炉への微粉炭吹込み設備は、石炭を粉砕するとともに熱風で乾燥させて微粉炭とする石炭粉砕ミルと、石炭ホッパ中の石炭を前記石炭粉砕ミルへ供給する給炭機と、で構成されている。

従来、前記微粉炭吹込み方法およびその設備として、次のような技術が知られている。即ち、石炭ホッパ中の石炭量の増減を測定し、その増減量と石炭粉砕ミルへの給炭量の実績値とを演算し、その演算結果に基づき石炭ホッパ中へ投入する石炭量を制御する方法がある。

また、特許文献１では、石炭粉砕ミルに燃焼排ガス温度計を設け、この温度計で測定した燃焼排ガス温度と予め設定した熱風発生炉の設備管理基準温度と比較してその比率を求め、さらに粉砕ミルに供給する目標給炭量に応じた基準燃焼排ガス量を求める燃焼排ガス量演算機能を有する高炉吹込み用微粉炭の加熱・乾燥制御装置を開示している。

さらに、特許文献２では、石炭粉砕ミルへの給炭量の顕熱を補償するのに必要な石炭ミル入口温度変化幅を推定し、推定値に係数を乗じてダンパー開度指令を求め、石炭粉砕ミル出口の温度を制御する方法を開示している。

実開平４−６９４３９号公報特開昭５６−８４６４８号公報

しかしながら、前述した従来技術のうち、ホッパ重量の増減量を石炭粉砕ミルへの給炭量の実績値と演算する方法は、ホッパ重量を計測するロードセルの応答性が遅く、かつ、急激な変動を抑えるため移動平均処理が行われていることから、タイムラグが発生して、実際の給炭量と演算値のとのずれが発生するという問題があった。

また、特許文献１に記載の方法では、石炭粉砕ミルへの給炭量の変動については検討されておらず、給炭量が変動するとガス量だけの調整では応答が遅く、石炭粉砕ミル出口での乾燥状態が不均一になる問題があった。

さらに、特許文献２に記載の方法では、石炭粉砕ミル出口の温度がある温度以下に下がらないように調整するのみの技術であり、給炭量が変動した場合、ダンパーの開度コントロールだけでは石炭粉砕ミル出口での温度を一定に保つことは難しいという問題があった。

そのため、上記従来技術は、いずれも、石炭粉砕ミルへ投入される石炭の量が変動し、高温の循環ガスで乾燥させる際十分な乾燥ができず、石炭粉砕ミル出口での温度変動が大きくなるという問題が残る。その結果、石炭粉砕ミル出口での温度変動は、高炉へ吹込まれる微粉炭量の変動となり、高炉内での熱バランス悪化へとつながっていた。

本発明は、従来技術が抱えている前述した事情に鑑み、石炭粉砕ミルへ投入する石炭の給炭量を安定化させることができる石炭粉砕ミルへの給炭量制御方法およびそのための装置を提案することを目的とする。

発明者らは、従来技術の前述した問題点を解消できる石炭ミルへの給炭量制御方法およびそのための装置を開発すべく、種々の検討を行った。その結果、石炭ホッパと石炭フィーダとを使用して、石炭を石炭粉砕ミルへ投入するにあたり、石炭ホッパの重量と石炭フィーダの速度に基づいて制御することにより、石炭粉砕ミルへ石炭を安定的に供給できることを見出して、本発明を開発するに至った。

即ち、本発明は、石炭ホッパから切り出した石炭を石炭フィーダにより石炭粉砕ミルに供給して粉砕するにあたり、該石炭粉砕ミルへ供給する石炭量を、石炭ホッパの重量と石炭フィーダの速度とから補正演算し、その演算結果に基づいて給炭量の制御を行うことを特徴とする石炭粉砕ミルへの給炭量制御方法にある。

また、本発明は、石炭ホッパと、該石炭ホッパから供給される石炭を搬送する石炭フィーダと、該石炭フィーダにて搬送される石炭を乾燥粉砕する石炭粉砕ミルと、からなるものにおいて、該石炭粉砕ミルへ供給する石炭量を、石炭ホッパの重量と石炭フィーダの速度とから補正演算し、その演算結果に基づいて給炭量の制御を行う制御装置と、から構成されていることを特徴とする石炭粉砕ミルへの給炭量制御装置にある。

なお、本発明に係る石炭粉砕ミルへの給炭量制御方法およびその装置においては、
（１）前記石炭フィーダの回転数を基に給炭量基値を算出し；前記石炭ホッパの重量の単位時間当たりの変化量をサンプリングタイム毎に算出して石炭重量変化量を求め；前記給炭量基値を基にサンプリングタイム毎に算出して給炭量基値積分値を求め；前記石炭重量変化量および前記給炭量基値積分値より給炭量の補正係数を算出し；前記給炭量基値および前記補正係数から給炭量制御の実績値を算出し；前記実績値に基づき給炭量を制御する；こと、
（２）前記給炭量制御の実績値を算出するために用いる補正係数として、前記給炭量の補正係数に供給される石炭の水分実績に基づく補正係数を掛けた値を用いること、
が好ましい解決手段となるものと考えられる。

本発明によれば、石炭粉砕ミルへ投入する石炭の給炭量を安定化させることができ、ひいては、高炉内への微粉炭吹込み量の安定化を図ることにつながると共に、高炉内の熱バランスを安定化させることができるので、コークス使用量の削減が可能となる。

本発明における石炭粉砕ミル設備の一例を示す図である。本発明のシステム構成の一例を示すブロック図である。

図１は、石炭粉砕ミルを中心とする高炉微粉炭吹込み設備の一例を示す図である。この図において、石炭７は、石炭ホッパ１から石炭フィーダ２に供給される。その石炭フィーダ２は、モータ３により駆動され、その駆動により石炭フィーダ２上の石炭７は石炭粉砕ミル４内に入口４ａから供給される。石炭粉砕ミル４内に投入された石炭７は、ここで粉砕されるとともにランス５から導入される熱風によって乾燥され、出口４ｂから微粉炭８として排出される。その後、排出された微粉炭８は高炉６に供給される。

本発明は、図２に示すように、前記石炭粉砕ミル４内に供給する石炭量を好適化するための制御方法と制御装置を提案するものである。即ち、本発明の特徴は、図２に示すような構成を採用して、石炭ホッパ１の重量および石炭フィーダ２の速度から、石炭粉砕ミル４は供給する石炭の量を演算し、その演算結果により石炭フィーダ２の給炭量を制御する点にある。

本発明においては、このような制御を行うことで、石炭粉砕ミル４への石炭７の給炭量の変動幅を減少させることができる。それにより、石炭粉砕ミル４の出口４ｂでの温度変動を小さくすることができ、微粉炭８の高炉６への吹込み量を安定させることができる。その結果、高炉６内の熱バランスが安定し、高炉６でのコークス使用量の削減が可能となる。

以下、本発明に係る石炭粉砕ミルへの給炭量制御方法の具体的な一例を説明する。以下の例では、前記制御装置にて、石炭ホッパ１の重量と石炭フィーダ２の速度から、以下の（１）式〜（５）式を用いて、石炭フィーダ２から石炭粉砕ミル４に供給する給炭量の補正演算を行う。

まず、制御装置にて、石炭ホッパ下部にある石炭フィーダの回転数をもとに（１）式で給炭量の基値を算出して、給炭量基値を求める。

である。

次に、石炭ホッパの重量の単位時間当たりの変化量を（２）式に従いサンプリングタイム毎に算出して、石炭重量変化量を求める。

である。

次に、（１）式の給炭量基値をもとにサンプリングタイム毎の積分値を算出して、給炭量基値積分値を求める。

である。

次に、（２）式で求めた石炭重量変化量および（３）式で求めた給炭量基値積分値をもとに以下の（４）式を算出して、給炭量の補正係数を求める。

ここで、（４）式のＤは、給炭量基値のある時間の積分値で、ある時間の石炭重量変化量を割った値の移動平均値（ｎサンプリング数）であり、本演算結果を補正係数とする。

上記補正計算により求められた補正係数Ｄにより、給炭量制御に用いる実績値（ＰＶ値）は（５）式により求められる。

ここで、（５）式で求めた値を給炭量制御のＰＶ値とすることで、給炭量が安定化し、石炭粉砕ミル出口での温度ばらつきが低下する効果が得られる。

なお、更なる好適例においては、補正係数として、補正係数Ｄに供給される石炭の水分実績により求めた補正係数Ｅをかけた値Ｅ・Ｄを用いる。その場合、給炭量制御に用いる実績値（ＰＶ値）は（６）式により求められる。なお、補正係数Ｅは、過去の実績より求めたテーブルより算出する。

ここで、Ｅ：供給石炭水分補正係数
である。

本発明の石炭粉砕ミルの給炭量制御方法およびその装置は、補正係数として補正係数Ｄを用いて、（５）式で求めた値を給炭量制御のＰＶ値とすることで、十分に給炭量が安定化し、十分な石炭粉砕ミル出口での温度ばらつきが低下する効果を得ることができる。ここで、補正係数として、補正係数Ｄに供給される石炭の水分実績より求めた補正係数Ｅを掛けた値Ｅ・Ｄを用いて、（６）式で求めた値を給炭量制御のＰＶ値とすることで、さらに給炭量が安定化し、さらに十分な石炭粉砕ミル出口での温度ばらつきが低下する効果を得ることができる。

以下に、本発明の実施形態を実施例によって説明する。
図１に示すように、石炭ホッパ１、石炭フィーダ２、石炭粉砕ミル４からなる高炉用微粉炭吹込み装置（ＰＣＩ）を用いて、上述した（１）式〜（５）式に従い補正係数Ｄを用いてＰＶ値を求めて、石炭粉砕ミル４への給炭量をＰＶ値により制御した本発明例（設備１〜３）と、上述した（１）式〜（６）式に従い補正係数Ｅ・Ｄを用いてＰＶ値を求めて、石炭粉砕ミル４への給炭量をＰＶ値により制御した本発明例（設備４〜６）と、補正係数を用いず従来のように石炭ホッパ１の重量変化に応じて石炭ホッパ１への石炭の投入量を制御した比較例（設備７〜８）と、で実際に微粉炭吹込みを行い、石炭粉砕ミル４の出口４ｂの温度のはらつきを設備毎に求めて比較した。ミル出口温度のばらつきは、操業中において、目標温度に対してずれ温度の最大および最小との間の差として求めた。結果を以下の表１に示す。

表１の結果から、補正係数により給炭量を制御した本発明例は、ホッパ重量変化により給炭量を制御した比較例と比べて、石炭粉砕ミルの出口温度のばらつきが大幅に少なく、石炭粉砕ミルへ投入する石炭の給炭量を安定化できたことがわかった。また、補正係数Ｄを用いた設備１〜３と補正係数Ｅ・Ｄを用いた設備４〜６とを比較すると、補正係数Ｅ・Ｄを用いた設備４〜６の方が、補正係数Ｄを用いた設備１〜３と比べて、より十分に出口温度のばらつきを低減できることがわかった。その結果、高炉内への微粉炭吹込み量の安定化が可能となり、高炉内の熱バランスが安定することで、コークス使用量の削減が可能となることがわかる。

本発明の石炭ミルへ給炭量制御方法およびその装置によれば、石炭粉砕ミルへ投入する石炭の給炭量を安定化させることで、高炉内への微粉炭吹込み量の安定化が可能となり、高炉内の熱バランスが安定することで、コークス使用量の削減が可能となる。その結果、これを例えば高炉への微粉炭吹込み設備として用いることで、炉寿命を向上させることができ、その工業的価値は大きい。

１石炭ホッパ
２石炭フィーダ
３モータ
４石炭粉砕ミル
４ａ入り口
４ｂ出口
５ランス
６高炉
７石炭
８微粉炭

Claims

石炭ホッパから切り出した石炭を石炭フィーダにより石炭粉砕ミルに供給して粉砕するにあたり、
前記石炭フィーダの回転数を基に給炭量基値を算出し；
前記石炭ホッパの重量の単位時間当たりの変化量をサンプリングタイム毎に算出して石炭重量変化量を求め；
前記給炭量基値を基にサンプリングタイム毎に算出して給炭量基値積分値を求め；
前記石炭重量変化量および前記給炭量基値積分値より給炭量の補正係数を算出し；
前記給炭量基値および前記給炭量の補正係数に供給される石炭の水分実績に基づく補正係数を掛けた値から給炭量制御の実績値を算出し；
前記実績値に基づき給炭量を制御する；
ことを特徴とする石炭粉砕ミルへの給炭量制御方法。
石炭ホッパと、該石炭ホッパから供給される石炭を搬送する石炭フィーダと、該石炭フィーダにて搬送される石炭を乾燥粉砕する石炭粉砕ミルと、からなるものにおいて、
前記石炭フィーダの回転数を基に給炭量基値を算出し；前記石炭ホッパの重量の単位時間当たりの変化量をサンプリングタイム毎に算出して石炭重量変化量を求め；前記給炭量基値を基にサンプリングタイム毎に算出して給炭量基値積分値を求め；前記石炭重量変化量および前記給炭量基値積分値より給炭量の補正係数を算出し；前記給炭量基値および前記給炭量の補正係数に供給される石炭の水分実績に基づく補正係数を掛けた値から給炭量制御の実績値を算出し；前記実績値に基づき給炭量を制御する；給炭量制御装置を備えることを特徴とする石炭粉砕ミルへの給炭量制御装置。