JP6354071B2

JP6354071B2 - 原料ヤードの発じん防止方法

Info

Publication number: JP6354071B2
Application number: JP2015246396A
Authority: JP
Inventors: 浩秦野; 雄嗣中川
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2018-07-11
Anticipated expiration: 2035-12-17
Also published as: JP2017109851A

Description

本発明は、原料ヤードの堆積物からの発じんを防止する方法に関し、特に、強風の発生を事前に予測し、発じん防止のために、原料ヤードの堆積物へ散水する方法に関する。

製鉄所などの原料ヤードには、鉱石、石炭、コークスあるいは石灰石などのばら物原料を貯蔵しており、ばら物原料の表層部より発生した粉体が、原料ヤード内に堆積する。一般に、原料ヤードは屋外の貯蔵場所であるため、風により原料ヤード内の粉体が飛散する。粉体が飛散すると周辺で弊害が生じることがある。そこで、発じん防止対策として、風が吹く前に原料ヤードに散水する方法が採用されている。

従来、予報天気図、例えば予報気圧配置図、を用いて原料ヤードに風が到達するか否かを予測し、風が到達すると予測した場合には、風が到達する前に原料ヤードに散水を終える方法がある。

また、特許文献１には、風速、大気温度、大気湿度および降雨量を測定し、それらの情報から原料ヤードに堆積したばら物原料の水分乾燥速度を算出し、ばら物原料の表層部水分値が設定された水分値になるように散水を行い、発じんを防止する方法が記載されている。

また、特許文献２には、堆積した粉粒体表層部の含水量を蒸発計と雨量計を用いて必要な散水量を予測し、必要十分な含水量を保持することで飛散を防止する方法が記載されている。

特開2003-171005号公報特開平4-286512号公報

しかしながら、予報天気図、例えば予報気圧配置図、を用いて原料ヤードに風が到達するか否かを予測して散水を行う方法では、数時間前の古いデータを用いて予測するため、予測精度が悪い。すなわち、風が到達すると予測したが、実際には風が到達しなかったり、あるいは、風が到達しないと予測したが、実際には風が到達したり、と予測内容が外れることも少なくない。

また、ばら物原料の表層部水分値が設定された水分値になるように散水し、発じんを防止する方法としては、特許文献１に記載の方法があるが、水分値算出のために必要となる気象観測データの種類が多い。そのため、気象観測データ取得の手間があり、また、システムが複雑になる問題があった。

引用文献２に記載の方法では、ばら物原料によって含水保持能力が異なるので、予め対象となる粉粒体毎に粒度、気孔率等を用いて推定式をつくらないと細かい制御ができない問題があった。

本発明はかかる事情に鑑み、強風発生予測の精度を向上できる原料ヤードの発じん防止方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するため、原料ヤードにおける強風発生の予測精度を向上できる方法について検討した。その結果、気象観測地点で観測された風が原料ヤードに到達するか否かを判断し、風が到達する場合には、原料ヤードに風が到達する前に散水を終えることで発じんを防止し、強風発生予測の精度が向上することを着想するに至った。

本発明は、上記の着想に基づいたものであり、以下の要旨を有する。
［１］気象観測地点：Ｂ地点における風向および風速Ｙ（ｍ／ｓ）の気象観測データを取得し、前記風向が、前記気象観測地点から粉じん発生源：Ｏ地点へ向かって吹く風の場合には、前記風速が、基準風速値Ｚ（ｍ/ｓ）よりも早いか否かの判断を行い、早いと判断された場合には、以下の式（１）で得られる粉じん発生源の風到達時間Ｔ（分）を求め、前記粉じん発生源の風到達時間と所定の散水時間を用いて散水開始時間を求めた後、遅くとも該散水開始時間に基づいて、前記粉じん発生源の原料ヤードに散水を行うことを特徴とする原料ヤードの発じん防止方法。

Ｔ＝Ｘ×1000／Ｙ／60 ・・・（１）
Ｔ：粉じん発生源：Ｏ地点の風到達時間（分）
Ｘ：気象観測地点：Ｂ地点−粉じん発生源：Ｏ地点の距離（ｋｍ）
Ｙ：気象観測地点：Ｂ地点における風速(ｍ/ｓ）
［２］前記散水開始時間を求める際、前記風速に応じて、前記散水開始時間を早めること、所定の散水量を調整すること、所定の散水圧を調整すること、のいずれか一以上を行うことを特徴とする請求項１に記載の原料ヤードの発じん防止方法。
［３］前記気象観測地点−前記粉じん発生源の距離Ｘ（ｋｍ）は、前記気象観測地点が複数存在する場合には、それぞれ任意の距離に設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の原料ヤードの発じん防止方法。

本発明によれば、次の効果がもたらされる。気象観測地点における風のデータ、具体的には、風速および風向のデータを用いて、粉じん発生源に風が到達するか否かを予測するものであるため、予想天気図を用いて行う風到達予測よりも予測精度が高い。また、気象観測地点の風向および風速のデータさえあれば、粉じん発生源における風到達の有無や、その到達時刻を精度よく予測できる。

また、気象観測地点−粉じん発生源の距離を適切に選択すれば、気象観測地点で吹いた風が粉じん発生源に到達し、実際に吹き始めるまでの時間を長く確保できる。これにより、確保した時間内に散水を終えられる。

さらに、観測した風速が強風、例えば１０ｍ／ｓ以上の場合には、散水する水が飛散するので、所定の散水量を確保するために、散水開始時間を早めたり、散水量を増やしたり、あるいは散水圧を高めたり等の散水条件を風速に対応させて調整することができる。

図１は本発明の一実施形態に係る気象観測地点：Ｂ地点と粉じん発生源：Ｏ地点の関係を説明する図である。図２は本発明の一実施形態に係る気象観測地点：Ｂ₀地点〜Ｂ₁₅地点と粉じん発生源：Ｏ地点の関係を説明する図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る気象観測地点：Ｂ地点と粉じん発生源：Ｏ地点の関係を説明する図であり、図２は本発明の一実施形態に係る１６方位の気象観測地点：Ｂ₀地点〜Ｂ₁₅地点と粉じん発生源：Ｏ地点の関係を説明する図である。

図１を参照して、ある気象観測地点において、粉じん発生源に向かって風が吹いた場合、すなわち、気象観測地点の風が粉じん発生源を通過する場合、粉じん発生源を通過した風により発じんの影響を受ける可能性のある地点が在る。ここでは、（１）粉じん発生源をＯ地点（以下、単にＯ地点と称する場合もある）、（２）Ｏ地点から数ｋｍ〜数十ｋｍ離間した位置に存在する気象観測地点をＢ地点(以下、単にＢ地点と称する場合もある)、（３）Ｂ地点からＯ地点に向かう風により発じんの影響を受ける可能性がある地点をＡ地点（以下、単にＡ地点と称する場合もある）、と定義する。これらの位置関係は、Ｂ地点−Ｏ地点−Ａ地点の順に、一直線上に配置される。

気象観測地点−粉じん発生源の距離は、気象観測地点の位置情報と粉じん発生源の位置情報を用いて求められ、ここではＸ（ｋｍ）とする。気象観測地点の風速・風向は、一般的な方法を用いて測定され、ここでは風速をＹ（ｍ/ｓ）とする。

気象観測地点の風速Ｙ（ｍ/ｓ）が基準風速値Ｚ（ｍ/ｓ）以上の場合、飛散の可能性があるため、発じん防止対策を必要とする。ここで、基準風速値とは、原料ヤードの粉じんが飛散する可能性があると判断するための基準値である。基準風速値は、ばら物原料の性状やＢ地点−Ｏ地点の距離Ｘ（ｋｍ）により異なり、適宜設定される。例えば、石炭で距離Ｘが３０ｋｍの場合には、基準風速値Ｚは１０ｍ/ｓである。

Ｙ（ｍ/ｓ）が基準風速値以上の場合で、さらに、風向が気象観測地点から粉じん発生源に向かって吹く風、すなわちＢ地点で観測される風がＯ地点を通過する風の場合、以下の式（１）より、風が粉じん発生源を通過するのに要する時間を求められる。

Ｔ＝Ｘ×1000／Ｙ／60 ・・・（１）
Ｔ：風がＯ地点通過に要する時間（分）
Ｘ：Ｂ地点−Ｏ地点の距離（ｋｍ）
Ｙ：Ｂ地点の風速(ｍ/ｓ）
例えば、Ｘが３５ｋｍ、Ｙが最大瞬間風速１０．０ｍ/ｓであった場合、Ｔは約５８分である。Ｂ地点で観測したＯ地点へ向かって吹く風は、約５８分後にＯ地点を通過することが分かる。したがって、風がＯ地点を通過する前に、原料ヤードの散水を終了できれば、Ａ地点では発じんの影響は生じない。

なお、Ｂ地点−Ｏ地点の距離Ｘ（ｋｍ）は、風がＯ地点を通過する前に、風到達の有無を予測し、さらに散水が終えられるように設定する。例えば、風がＯ地点通過に要する時間Ｔ（分）は、１時間前後が理想的であり、そうなるようにＢ地点−Ｏ地点の距離Ｘ（ｋｍ）を設定するとよい。その理由は、Ｂ地点−Ｏ地点の距離が近すぎる場合には、Ｏ地点に風が通過することを予測できても、散水終了前に風が通過する可能性があるからである。一方、Ｂ地点−Ｏ地点の距離が遠すぎる場合には、比較的新しい気象データを用いて行う予測でないため、予測精度の低下につながるからである。よって、好適には、Ｂ地点−Ｏ地点の距離Ｘは１８ｋｍ〜３６ｋｍである。また、風がＯ地点通過に要する時間Ｔは、好適には６０分であるが、Ｔは最低でも３０分以上あればよい。

また、粉じん発生源：Ｏ地点から見て同じ方位に、Ｏ地点から約Ｘ（ｋｍ）の距離にある気象観測地点：Ｂ地点が複数存在する場合は、その中より最適な１地点を選択する。例えば、最もＯ地点に近いＢ地点を選択する。なお、後述の図２のようにＢ地点を複数設定する場合には、それぞれのＢ地点−Ｏ地点の距離Ｘ（ｋｍ）を任意の距離にしてもよい、すなわち、等距離にしなくてもよい。

次に、粉じん発生源を中心に、例えば１６方位の気象観測地点を用いて、粉じん発生源における風の予測を行う場合を説明する。なお、気象観測地点の数は適宜選択でき、気象観測範囲に応じて調整される。

図２を参照して、１６方位の気象観測地点において、粉じん発生源に向かう風が吹いた場合、粉じん発生源を通過した風により発じんの影響を受ける可能性のある地点がそれぞれ在る。ここでは、（I）粉じん発生源をＯ地点（以下、単にＯ地点と称する場合もある）、（II）Ｏ地点から数ｋｍ〜数十ｋｍ離間した位置に存在する、１６箇所の気象観測地点をＢ_０〜Ｂ_１５地点(以下、単にＢ_０〜Ｂ_１５地点と称する場合もある)、（III）Ｂ_０〜Ｂ_１５地点のそれぞれからＯ地点に向かう風により発じんの影響を受ける可能性がある地点をＡ_０〜Ａ_１５地点（以下、単にＡ_０〜Ａ_１５地点と称する場合もある）、と定義する。これらの位置関係は、Ｂ_ｉ地点−Ｏ地点−Ａ_ｉ地点の順に、一直線上にそれぞれ配置される（ｉ＝０〜１５とする）。なお、各Ｂ_ｉ地点−Ｏ地点の距離は、全てをＯ地点から等距離にしなくてもよい。

本発明によれば、気象観測地点における風向および風速の気象観測データを取得し、前記風向が、前記気象観測地点から粉じん発生源へ向かって吹く風の場合には、前記風速が基準風速値よりも早いか否かの判断を行う。早いと判断された場合には、粉じん発生源の風到達時間Ｔ（分）を求め、続いて、前記粉じん発生源の風到達時間と所定の散水時間を用いて散水開始時間を求めた後、遅くとも前記散水開始時間に基づいて前記粉じん発生源の原料ヤードに散水を行うことを特徴とする。

まず、少なくとも、気象観測地点、粉じん発生源、基準風速値、散水時間、散水量、散水圧、気象観測データ取得間隔が設定される。
ここでは、気象観測地点として、例えば１６方位の気象観測地点：Ｂ_０〜Ｂ_１５地点を選択する。気象観測地点は、気象観測データ、具体的には、風向および風速の風データを取得できる地点であればよい。風データは、例えば、公知の方法で測定したり、あるいは気象庁が提供するデータを利用してもよく、風向・風速を観測する気象庁の観測所は、全国に約９３０か所も存在する。また、基準風速値Ｚ（ｍ/ｓ）とは、原料ヤードの粉じんが飛散する可能性があると判断するための基準値であり、基準風速値以上の風が吹く場合には発じん防止対策を必要とする。基準風速値は、ばら物原料の性状やＢ地点−Ｏ地点の距離Ｘ（ｋｍ）により異なり、適宜設定される。また、散水時間とは散水に必要な所要時間であり、散水量とは発じん防止対策に必要な原料ヤードへの散水量であり、散水圧とは風で飛散されずに散水できる水圧である。また、気象観測データ取得間隔とは、気象観測地点の風データを更新する間隔である。

続いて、気象観測地点：Ｂ地点における、風向および風速Ｙ（ｍ／ｓ）の気象観測データを取得する。
ここでは、Ｂ_０〜Ｂ_１５地点における風向および風速のデータ、すなわち気象観測データを取得する。気象観測された各地点の風向および風速のデータは、例えば、気象観測値データベースに保存させてもよい。また、気象観測は、気象観測データ取得間隔、例えば、１０分間隔で気象観測データの取得を行う場合、気象観測値データベースは最新の風向および風速のデータに更新される。よって、最新の気象観測データに基づいて予測できる。

続いて、前記風向が、前記気象観測地点から粉じん発生源：Ｏ地点へ向かって吹く風の場合には、前記風速が、基準風速値Ｚ（ｍ/ｓ）以上か否かを判断する。
ここでは、最初に、Ｂ_０〜Ｂ_１５地点のそれぞれからＯ地点へ向かって吹く風が有るか否かを判断する。例えば、判断は、Ｂ_０〜Ｂ_１５地点のそれぞれで観測した風向が、Ｏ地点に向かうものか否かで行う。続いて、Ｏ地点へ向かって吹く風がある場合には、Ｂ_０〜Ｂ_１５地点のそれぞれで観測した風速が基準風速値以上か否かを判断する。例えば、基準風速値は１０ｍ／ｓとするが、基準風速値は、原料ヤードのばら物原料の性状により異なる。

なお、以下、Ｂ_７地点で観測した風向、風速が当該条件に当てはまる場合を例に、説明していく。

続いて、基準風速値以上と判断された場合には、以下の式（２）で得られる粉じん発生源の風到達時間Ｔ（分）を求める
Ｔ＝Ｘ_ｉ×1000／Ｙ_ｉ／60 ・・・（２）
Ｔ:風がＯ地点通過に要する時間（分）、Ｘ_ｉ:Ｂ地点−Ｏ地点の距離（ｋｍ）、
Ｙ_ｉ:Ｂ地点の風速(ｍ/ｓ）、
ｉ＝０〜ｎ−１、ｎ:Ｂ地点の数で、ここではｎ＝１６
ここでは、基準風速値以上と判断された場合のみ、以下の処理を行う。その理由は、Ｂ_０〜Ｂ_１５地点のそれぞれで観測した風速が基準風速値より小さい場合には、Ａ_０〜Ａ_１５地点のそれぞれにおいて発じんの影響が生じないからである。従って、該当する気象観測地点−粉じん発生源の距離：Ｘｋｍを用いて、粉じん発生源の風到達時間：Ｔ分を求める。なお、気象観測地点−粉じん発生源の距離Ｘ（ｋｍ）は、気象観測地点の位置情報および粉じん発生源の位置情報を用いて求められ、例えば、Ｂ地点を設定する際に求めておく。

例えば、Ｂ_７地点で観測した風速が基準風速値以上と判別された場合、Ｂ_７地点の位置情報およびＯ地点の位置情報を用いて求めたＢ_７地点−Ｏ地点の距離は、Ｘ＝３５ｋｍであり、また、観測されたＢ_７地点の風速は、Ｙ＝１０ｍ／ｓである。よって、上述の式（２）を用いて求めた、風がＯ地点通過に要する時間は、Ｔ＝５８分となる。

続いて、前記粉じん発生源の風到達時間と所定の散水時間を用いて散水開始時間を求めた後、遅くとも該散水開始時間に基づいて、前記粉じん発生源の原料ヤードに散水を行う。
ここでは、Ｔの値と所定の散水時間を用いて散水開始時間を求めた後、遅くとも散水開始時間までに原料ヤードに散水を行う。例えば、Ｂ_７地点で気象観測をした時刻：１４時、Ｔ：５８分、散水時間：３０分、の場合には、遅くとも、Ｂ_７地点の気象観測後２８分経過した時刻が散水開始時間となる。この場合の散水条件は、散水開始時間：１４時２８分、散水量：０．７ｍ³／時間・ｍ²、散水圧：０．５ＭＰａである。そして、原料ヤードに散水が終了した後にＯ地点を風が通過するので、Ａ_７地点における発じんの影響は生じない。

なお、散水開始時間を求める際に、さらに、次の処理が可能となるようにしてもよい。
気象観測した風速Ｙ（ｍ／ｓ）が基準風速値、例えば、１０ｍ／ｓよりも強い風、例えば風速１１ｍ／ｓ以上の場合、上述の式（２）で求められる、風がＯ地点通過に要する時間Ｔ（分）は短くなる。この場合、基準風速値での飛散防止を前提とした条件で散水開始時間を求めると、散水終了前に、Ｏ地点を風が通過する恐れがあるため、散水開始時間を早めるようにすればよい。また、気象観測した風速Ｙ（ｍ／ｓ）が基準風速値よりも強い風の場合、散水する水が飛散する。この場合、基準風速値での飛散防止を前提とした散水量、散水圧では、発じん防止目的の散水量の確保は難しいため、散水量を増やしたり、散水圧を高くすればよい。これらの処理により、強い風が原料ヤードを通過する前に、散水を終了できるので発じん防止の効果を得られる。

なお、本発明は演算装置および記憶装置により実行される。具体的には、気象観測データは一定間隔で取得して更新され、その都度、Ｏ地点の風到達予測が行われる。演算装置は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力装置などで構成されるコンピュータシステムである。記憶装置は、本発明の実施に必要な各種データを記憶しており、例えば、風向・風速の実測値を記憶する風データ、位置情報を記憶する位置データ、基準風速値データ、散水開始時刻、散水時間、散水量、散水圧を記憶する散水条件データなどである。

表１には、本発明の予測結果と従来の予測結果の的中率を比較した結果を表す。ここでは、石炭の原料ヤードを観測対象とした。また、以下に示す具体的な条件で、粉じん発生源の風到達予測を行い、実際に風が到達したか否かを判断し、次の３つに分類した。（１）予測発令後、±３０分以内に実際に風が吹いた場合を「的中」、（２）予測発令後、±３０分以内に実際に風が吹かなかった場合を「空振」、（３）予測できなかったが、実際には風が吹いた場合を「見逃し」と分類した。

なお、従来の予測方法とは、予想天気図（気圧配置図）を用いて予測を行う方法である。従来の方法では、予想天気図は３時間毎に更新されるものを用い、一方、本発明では、１０分毎に更新される気象観測データを用いた。

表１より、本発明では、的中率は８０％と高く、見逃し率は６％と低い。一方、従来の方法では、的中率は４８％で、見逃し率は３８％である。すなわち、本発明によれば、従来よりも、的中率が約２倍も向上し、見逃し率は約１／６に減少した。よって、本発明は、風の到達予測精度の向上を実現した。すなわち、本発明によれば、より確実に粉じん発生源における風到達予測精度を高め、発じんを防止できる。

＜具体的な条件＞
Ｏ地点を中心に１６方位に位置する気象観測地点（Ｂ_０〜Ｂ_１５）を選択し、Ｂ_７地点における気象観測データに基づいて発じん発生の予測を行い、実際にＯ地点に風が到達するか否かについて試験した。
・気象観測地点の数：１６（Ｂ_０〜Ｂ_１５）
・基準風速値Ｚ（ｍ/ｓ）：１０ｍ／ｓ
・Ｂ_７地点−Ｏ地点の距離Ｘ（ｋｍ）：３５ｋｍ
・Ｂ_７地点における風速Ｙ（ｍ/ｓ）：１０ｍ/ｓ以上
・観測期間：１日
・観測対象の原料ヤード：石炭

Claims

気象観測地点：Ｂ地点における風向および風速Ｙ（ｍ／ｓ）の気象観測データを取得し、
前記風向が、前記気象観測地点から粉じん発生源：Ｏ地点へ向かって吹く風の場合には、前記風速が、基準風速値Ｚ（ｍ/ｓ）よりも早いか否かの判断を行い、
早いと判断された場合には、以下の式（１）で得られる粉じん発生源の風到達時間Ｔ（分）を求め、
前記粉じん発生源の風到達時間と所定の散水時間を用いて散水開始時間を求めた後、遅くとも該散水開始時間に基づいて、前記粉じん発生源の原料ヤードに散水を行うことを特徴とする原料ヤードの発じん防止方法。
Ｔ＝Ｘ×1000／Ｙ／60 ・・・（１）
Ｔ：粉じん発生源：Ｏ地点の風到達時間（分）
Ｘ：気象観測地点：Ｂ地点−粉じん発生源：Ｏ地点の距離（ｋｍ）
Ｙ：気象観測地点：Ｂ地点における風速(ｍ/ｓ）
前記散水開始時間を求める際、前記風速に応じて、前記散水開始時間を早めること、所定の散水量を調整すること、所定の散水圧を調整すること、のいずれか一以上を行うことを特徴とする請求項１に記載の原料ヤードの発じん防止方法。
前記気象観測地点−前記粉じん発生源の距離Ｘ（ｋｍ）は、前記気象観測地点が複数存在する場合には、それぞれ任意の距離に設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の原料ヤードの発じん防止方法。