JPH02120391A - コークス炉の炉温制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はコークス炉の炉温制御方法に係り、詳しくは、
燃料ガス流量変更の許容範囲により燃料ガス流量の変動
を抑制すると共に、この燃料ガス流量変動の抑制による
実炉温追従異常を炉温監視機能により防止し、コークス
炉の燃焼を制御するコークス炉の炉温制御方法に係る。

従　　来　　の　　技　　術 コークス炉の加熱管理では、通常、炭化至内に装入され
る石炭を目標時間（炉の設定稼動率ＷＲより全消費時間
θ−−ｘ１００　［ｈｒ］と求よＷＲ る）内でｒｉ留を終結し焼成コークスを押し出せるよう
に、目標炉温あるいは所要入熱ｍを設定し、これを満足
させるように燃料ガス（冨ガスまたは冨ガスと貧ガスの
混合ガス等）の流量を制御する方法が提案され実施され
ている。

例えば、特開昭５５−１１６７９０号公報には、炉水平
方向の平均温度差に基づいて燃焼室に供給する燃焼ガス
を制御し、また、炉高方向の平均温度差に基づいて燃料
ガス中の発熱量を制御する方法があげられる。

しかし、このような従来の燃焼制御方法において、以下
のような問題点があった。

従来のコークス炉炉温制御方法の多くは、基本的には、
実炉温（炉団代表炉温）と設定炉温の偏差をもとに、燃
料ガス流量を比例動作で制御するものであった。このた
め、比例定数の設定値にもよるが、炉温の安定化を最優
先するあまり、燃料ガス流量の大幅な経時変！Ｉ］（燃
料ガス流量絶対値に対し約１０〜１２％）を起こしてい
た。

一方、コークス炉の多くは自然通風式であり、燃料ガス
流口の設定値が変化しても空気比が一定となるように、
煙道ドラフトをある関係式に従って燃料ガス流量に応じ
て制御するのが一般である。この場合、エアー人気口の
スリット開度および廃気弁のバタ弁開度の変更調整は人
手によるため、炉頂圧（燃焼室内圧力の代表指標で、一
般に炉頂部のフリュー点検孔で測定する。）は主に煙道
ドラフトの機能により律せられている。更に、特に２分
割燃焼式コークス炉におし・では、炉頂圧変化は廃ガス
温度変化をもたらずことが調査の結果明らかになってい
た。

省エネ指向のコークス炉操業の観点から見ると、廃ガス
温度を低位に抑え、安定的に維持することは非常に重要
である。

従って、上記のことから燃料ガス流量の大幅な変動は、
炉頂圧変動から廃ガス温度の不安定化をもたらし、廃ガ
ス顕熱低減の阻害要因となっていた。

この点を少し詳しく説明すると、従来法ではコークス炉
の燃焼室又は炭化室に熱電対を設け、コークス炉の全熱
電灯から検出される炉温の平均温度をもとに実炉温を求
め、以下の制御を行なっている。

すなわら、実炉温と設定炉温の偏差を求め、この偏差に
基づいてコークス炉への投入燃料ガス流ｆｆｉ’Ｅ−υ
１！ＪＯすると共に、燃焼切替サイクル毎に前回設定燃
焼ガス流量を演算し、新規燃料ガス壷金設定するステッ
プ変更方式によって炉温制御する。この方式によると、
目標温度制御幅を±５℃以内に収める口とが可能であり
、コクス炉の温度副面としては、ａ足できるものといえ
る。

しかしながら、この方法により温度側■すると、投入燃
料ガス流量の振れ幅は、例えば燃料ガス流量３万Ｎｎ＋
’／Ｈ級のコークス炉では約３００ＯＮｍ’／Ｈに達す
る。従って、前記の如（，３００ＯＮｍ’／１（の変動
を生じると、ガス流世変化に伴う煙道ドラフトの変化で
炉頂圧が影響を受け、、２ｍ１ｌｌＡＱの変動を生ずる
という問題があった。

要するに、従来法では実炉温と設定炉温の偏差を基に、
燃料ガス濁酒を比例動作で制御する程度の方法が提案さ
れているに過ぎず、特に自然通風式炉においてコークス
炉の燃料ガス流量の制御と共に炉頂圧変動をも併せて制
御する方法については全く提案されていない。

発明が解決しようとする課題 本発明は上記問題の解決を目的とするもので、具体的に
は、従来法の炉温制御方法が炉温の安定性を最優先とし
、燃料ガス流量の変動をがなりの程度許容したものであ
ったのに対し、炉温の安定性を従来制御とほぼ同程度に
保持させた上、更に、燃料ガス流量変動の抑制をも実現
させることにより、人手を介する定期的（１〜２回７月
）な炉団燃焼調整時の目標炉頂圧などの燃焼状態を、そ
の後の操業において安定的に継続させることが可能とな
り、結果的には廃ガス温度の低位維持および燃焼室内フ
リュー間のガス配分状態の適正維持化を達成し、コーク
ス炉の乾留熱量の低減することができるコークス炉の炉
温制御方法を提案する。

課題を解決するための 手段ならびにその作用 すなわら、本発明は、コークス炉々温を測定し、設定炉
温との偏差に基づいて燃焼制御を行なうに際し、炉頂圧
変動が２閣Ａｑ以下の範囲となる燃料ガス流量の上・下
限値を設定し、実炉温と設定炉温の偏差をもとに上・下
限値内の燃料ガス流量を決定し、この決定された燃料ガ
ス流量を用いて燃焼制御を行なうと共に、実炉温と設定
炉温の偏差に曇づき求められたガス流憔値と予め設定し
た上・下限値との範囲外の継続Ｖｒ間を監視し、この継
続時間が設定時間を越えた段階で、燃料ガス流間の上・
下限値を段階的に変更し、この変更された燃料ガス流量
を用いて燃焼制御を行なうことを特徴とする。

更に本発明の手段たる構成ならびにその作用について更
に詳しく説明すると、次の通りである。

一股に、コークス炉操業において、炉頂圧は従来より、
炉体レンガ目地などを通っての炉内への侵入空気を規制
する管理指標としＣ扱われている。また、炉頂圧の正圧
化管理については、銑と鋼、７２（１９８６）１２．５
８４５に記載された如く、「炉端部温度の降下防止」や
川崎製鉄技報、１９（１９８７）３．１４９に記載され
た如（、「蓄熱至出口以降における燃焼廃ガス温度の低
減」に有効であることが記載されている。

これを更に具体的に図面に従って説明すると、次の通り
である。

第５図は炉頂圧が温度分布に与える影響を小すもので、
横軸にフリューＮ１、縦軸に炉温をとり、コークサイド
における炉長方向温度分布をグラフ化したものである。

なお、左図及び右図はそれぞれ下部及び上部の温度を示
す。第５図によると、炉頂圧が上昇すると下部温度及び
上部温度とも炉端部；温度が上昇する傾向が示されてい
る。従って、炉頂圧を制御すると炉端部温度を制御する
ことができることが明らかである。

また、第６図は炉頂圧と廃ガス温度との関係を示すグラ
フであって、横軸が炉頂圧、縦軸が廃ガス温度を示す。

第６図によると、炉頂圧を高めると廃ガス温度が低下す
る傾向が示されている。従って、第５図及び第６図とを
併せて見ると、炉頂圧は炉端部温度及び廃ガス温度の両
面に重要な意味を持っていることが明らかである。

また、第７図はガス流量と炉頂圧との関係を示すグラフ
であって、横軸がガス流量、縦軸が炉頂圧を示す。第７
図を見ると、炉頂圧はガス流量変化に伴う煙道ドラフト
変化の影響を受け、変化しており、燃料ガス流量１１０
０ＯＮ’／）Ｉの変化に対し、０．５ｍｍＡｑ程度の影
響を与えることがわかる。

例えば前記したように燃料ガス流量が約３０００８ｍ’
／Ｈの変動を生じる場合、炉頂圧は約２ｍｍＡｑ程度の
変動を生ずる。

更に、燃料ガス流量の変動抑制による効果の仕組につい
て図面で示すと第８図（ａ）、（ｂ）及び（Ｃ）のグラ
フのようになる。

なお、第８図（ａ）は燃料ガス流量と煙道ドラフト圧と
の関係、（ｂ）は炉頂圧と煙道ドラフト圧との関係、（
Ｃ／）は炉頂圧と廃ガス温度との関係をボす。

これらから燃料ガス流量が煙道ドラフト圧、炉頂圧及び
廃ガス温度に影響を与えることは明らかである。

以上説明したように、炉頂圧の正圧化は、炉長方向温度
分布の適正化および廃ガス顕然低減の両面において有効
であり、その結果、炭化至内乾留状聾分布（２コ一クス
品質分布）の適正化および乾留酒費熱量原単位の低減の
達成に寄与することができる。従って、燃料ガス流量の
変動抑制は、炉温の安定化に劣らず重要である。

そごで、本発明者等は上記の問題を解決するために検討
を重ねた結果、■従来法の炉温ろＩＩＩＩ］方法にガス
流量変更の許容範囲を設定し、■このガス流量変更の許
容範囲設定による実炉温の追従異常を防止するために、
炉温の監視機能を付加するようにすればよいということ
がわかった。なお、炉温の監視機能は実炉温と設定炉温
の偏差が許容範囲を超える状態が一定時間以上継続する
場合に燃料ガス温間変更許容範囲（上・下限ｇ１）を修
正する機能を有するものが・必要である。

更に進んで研究を行ない、この研究結果に基づいて本発
明法は成立したものである。

以下、図面によって本発明の詳細な説明する。

なお、第１図は本発明を実施する際に用いられる制御フ
ロー図であり、第２図、第３図及び第４図はそれぞれ本
発明の実施例の実炉温およびガス流量の変化を示すグラ
フであり、第５図は炉頂圧が温度分布に与える影響を示
すグラフであり、第６図は炉頂圧と廃ガス温度との関係
を示すグラフであり、第１図はガス流量と炉頂圧との関
係を示すグラフであり、第８図（ａ）、（ｂｌ及び（Ｃ
）はそれぞれ燃料ガス流量と煙道ドラフト圧との関係を
示すグラフ、炉頂圧と煙道ドラフト圧との関係を示すグ
ラフ、炉頂圧と廃ガス温度との関係を示すグラフであり
、第９図は従来例の実炉温およびガス流山の変化を示す
グラフである。

まず、第１図の制御フロー図に示すように本発明に用い
られる装胃は燃料ガス濁酒リミター部と燃料ガス濁世リ
ミタ−の制■部とを従来の制御系に付加したものである
。燃料ガス流澁すミタ一部は比較的小ざな流量変更許容
幅である燃料ガス流量上・下限値を付与する機能を有す
るものであり、また、燃料ガス流量リミタ−制御部は例
えば設定炉温に対し、±５℃程度の目標炉温範囲を設け
、実炉温がその範囲内に収まっているかどうかを判定の
上、燃料ガス′ａ量上・下限を修正する機能をもつもの
から成っている。

従来例の炉温制御方法では、投入燃料ガス流量は実炉温
ＴＰＶと設定炉温■ｓＰの偏差△■を算出し、これをも
とに投入燃料ガス流１ｖの増減変更量ΔＶを下記（１）
式で比例動作的に演算して求められた燃料ガス流量結果
（設定値）の新規燃料ガス流ｍＶｎを直接炉に投入する
方法を採用している。

△Ｖ＝Ｋｊ　　　Δ■・・・・・・（１）式％式％］ ： ここで、に、はΔ■に応じて数段階 の樟類を有するものとする。

しがし、この方法では投入燃料ガス流山の撮れ幅が大き
く、燃料ガス流量に伴う煙道ドラフト圧の変化で炉頂圧
が影響を受けるため、本発明法では燃料ガス流量リミタ
一部の燃料ガス流量の上限値のｖＨ１下限値のｖしに対
し、範囲内であれば投入燃料ガス流ｆｆ１Ｖｎをそのま
ま、範囲外であればその上・下限値を炉に投入するよう
にすることにより炉頂圧の安定を計るようにしたもので
ある。

また、このような燃料ガス流量変更範囲の縮少による実
炉温の追２ｉ異常を防止するため、燃料ガス流蟻すミタ
一部で燃料ガス流邑上・下限値を設けて燃焼制御し、実
炉温が設定炉温に対して一定の幅をもつ目標炉温範囲内
にあるかどうかをチェヅクし、範囲内であれば、燃料ガ
ス流口の上・下限値をそのままとし、範囲外であれば範
囲外の継続時間θをチエツクし、所定時間θｄ以下であ
れば、燃料ガス流量を上・下限値はそのまま、また、一
定時間を越える場合はガスａＦｌｉの上・下限値を変更
することができるようにしたものである。

次に、１）燃料ガス流量変更許容範囲の設定及び２）炉
温の監視機能について更に詳しく説明する。

１）炉料ガス流崖変更許容範囲の設定・・・・・・燃料
ガス流量は基本的には前記（１）式に示す方法で演算す
るが、燃料ガス流量の変動を抑制するために、更に、燃
料ガス流量変更許容範囲、すなわち、燃料ガス流世上・
下限値［ＶＬ　、　ＶＨ］を設定する。ここで、燃料ガ
ス流量変更許容範囲は燃料ガス流量絶対値の約５％以下
のごくせまい範囲が好適である。これをα［Ｎｍ’／）
ｌ］とすると、燃料ガス流・世上限値ｖＨと下限値ｖＬ
の関係は下記（２）式のように表わされる。

α＝ＶＨ−ＶＬ・・・・・・（２）底 本発明法において、燃料ガス流量上・下限値は次のよう
に整理される。

ＶＨＨ・・・・・・燃料ガス流量絶対上限値ＩＮｉ＋３
／）Ｉ］ｖＨ・・・・・・燃料ガス流邑制御用上限値［
Ｎｍ３／８３ＶＬ・・・・・・燃料ガス流量制御用下限
値［Ｎｌ１１３／ＨｌＶＬＬ・・・・・・燃料ガス流量
絶対下限値［Ｎｍ’／Ｈ］ここで、ＶＨＨおよびＶＬＬ
は、炉体保護あるいは蓄熱室内でのガス爆発防止等の理
由で設定したものである。

そして、第１図の制御フローに示すように、（１）式に
よって演算された新規燃料ガス流量値Ｖが燃料ガス流Ｉ
ｌ許容範囲の上・下限１ａ［ｖＬ、ｖＨ］内にある場合
は新規燃料ガス流！設定値により燃焼制御し、また、外
れる場合は、新規燃料ガス流量設定値Ｖ′を強制的に下
限値ｖＬまたは上限値ｖＨを選択する。

２）炉温の監視機能・・・・・・設定（目標）炉温に対
し、温度絶対値の約１％以下の幅の目標炉温（許容）範
囲（ＴＩ　、　ＴＬ　）を設定する。これは前記１）の
燃料ガス流量変更範囲の縮少による実炉温の追従異常を
防止するためである。実炉温（ＴＰＶ）と設定炉温（Ｔ
ｓｐ）の偏差が許容範囲を超える状態の継続時間（θ）
がある一定時間以上継続する場合には、燃料ガス流間の
変更許容範囲（燃料ガス流量上・下限値Ｖ＋　、　ＶＬ
　）を修正（更新）する。

なお、本発明法において実炉温検出方法は次のようにし
て行なった。

コークス炉は通常３０〜５０の燃焼至を有するが、実炉
温（炉団代表炉温）は、燃焼室内上部あるいは蓄熱室内
上部に設置した熱電対により検出する。その設置数は全
燃焼至あるいは押出サイクルを考慮した特定の燃焼至の
いずれでもよい。

実施例 以下、実施例及び比較例をあげて更に説明する。

実施例１゜ 第１図に示すフロー図に従って炉温制御を行なった。な
お、燃料ガス流量許容幅を１０１００ＯＮ／Ｈ１目標炉
温範囲を設定炉温に対して±５℃の条件下で行なった。

その結果を第２図に示した。

この場合、炉温は上昇傾向にあり、燃料ガス流量が下限
にはりついた状態であったが、炉温の変動許容範囲（Ｔ
、　、Ｔ、　）内にあるため、変化せずに行なった。し
かし、炉温は次第に低下傾向となり、燃料ガス流量は次
第に増加した。比較のため、従来法で炉温制御を寅施し
た場合の炉温およびガス流量変化を第９図に示す。これ
らの炉温変動及び燃料ガス流量変動の範囲（Ｒ）及びそ
のａ！準幅偏差σ）を第１表に示した。

第　　１　　表 本発明による制御方法により、炉温変動を従来制御と同
レベルを保った上で、ガス流量変動す１／２以下に抑制
することが達成された。

実施例２゜ 実施例１の方法において、炉温監視機能が働いた場合の
′結果を第３図に示した。実炉温か目標範囲（ＴＩ−１
、ＴＬ）から外れた時間の継続時間（θ）が１時間以上
の場合、燃料ガス流量の上限値を一律に５００１３／）
ｌ上昇させると、その後実炉温は目標範囲内に収まるこ
とが示されている。

実施例３゜ 設定炉温を１０℃に変更した以外は実施例１と同様に行
なった結果を第４図に示した。設定炉温を１０℃変更す
ると上・下限値（Ｖ＋　、　ＶＬ　）は１１００ＯＮ’
／）Ｉずれるが、変更後燃料ガス流量は上限値付近を流
れ、それに伴って炉温も速やかに上昇する。

〈発明の効果〉 以上詳しく説明したように、本発明は、コークス炉々温
を測定し、設定炉温との偏差に基づいて燃焼制御を行な
うに際し、炉頂圧変動が２ｍｍＡｑ以下の範囲となる燃
料ガス流量の上・下限値を設定し、実炉温と設定炉温の
偏差をもとに上・下限値内の燃料ガス流量を決定し、こ
の決定された燃料ガス流量を用いて燃焼制御を行なうと
共に、実炉温と設定炉温の偏差に基づき求められたガス
流量値と予め設定した上・下限値との範囲外の継続時間
を監視し、この継続時間が設定時間を越えた段階で、燃
料ガス流量の上・下限値を段階的に変更し、この変更さ
れた燃料ガス流間を用いて燃焼制御を行なうことを特徴
とする。

従って、燃料ガス流量変更範囲を設け、燃料ガス′ｉＡ
ｍを制御すると共に、炉温変動範囲を設け、実炉温と設
定炉温との偏差が許容範囲を追える状態が一定時間以上
継続する場合には、燃料ガス流量の変更許容範囲を修正
するようにしたため、炉頂圧、廃ガス温度等の炉の燃焼
状態を安定的に継続させることができ、更に、燃焼７内
フリュー間のガス配分状態の適正維持化及び乾留消費熱
型原単位の低減に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する際に用いられる制御フロー図
、第２図、第３図及び第４図はそれぞれ本発明の実施例
の実炉温およびガス流量の変化を示すグラフ、第５図は
炉頂圧が温度分布に与える影響を示すグラフ、第６図は
炉頂圧と廃ガス温度との関係を示すグラフ、第７図はガ
ス流量と炉頂圧との関係を示すグラフ、第８図（ａ）、
（ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ燃料ガス流量と煙道ドラフ
ト圧との関係を示すグラフ、炉頂圧と煙道ドラフト圧と
の関係を示すグラフ、炉頂圧と廃ガス温度との関係を示
すグラフ、第９図は従来例の実炉温およびガス流量の変
化を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）コークス炉々温を測定し、設定炉温との偏差に基づ
   いて燃焼制御を行なうに際し、炉頂圧変動が２ｍｍＡｑ
   以下の範囲となる燃料ガス流量の上・下限値を設定し、
   前記実炉温と設定炉温の偏差をもとに前記上・下限値内
   の燃料ガス流量を決定し、この決定された燃料ガス流量
   を用いて燃焼制御を行なうと共に、前記実炉温と設定炉
   温の偏差に基づき求められたガス流量値と予め設定した
   前記上・下限値との範囲外の継続時間を監視し、この継
   続時間が設定時間を越えた段階で、前記燃料ガス流量の
   上・下限値を段階的に変更し、この変更された燃料ガス
   流量を用いて燃焼制御を行なうことを特徴とするコーク
   ス炉の炉温制御方法。 ２）前記燃料ガス流量の上・下限値が燃料ガス流量絶対
   値の５％以下に上・下限値を設定する請求項１記載のコ
   ークス炉の炉温制御方法。 ３）前記設定炉温の１％内の炉温変動を許容した範囲内
   で燃料ガス流量を決定する請求項１記載のコークス炉の
   炉温制御方法。