JPH0248196B2 - Kookusuronohiotoshijikanseigyohoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、コークス炉における石炭の乾留完了
時間すなわち火落時間を制御する方法に関するも
のである。

（従来の技術） 一般に工業用大型コークス炉は多数の炭化室
（窯）と加熱の為の燃焼室とから構成され、各窯
毎に逐次原料装入及び生成コークスの押出しの作
業が繰り返されている。窯に装入された石炭は10
数時間で乾留が終了し、一定の置時間を経て、シ
ーケンシヤルに規則正しく作業が繰り返されるこ
とが、燃料消費、品質の向上と均一化等の面で好
ましい。

もしある窯だけが早目に乾留終了しても、窯出
し順一定の為他の窯と同一ペースでしか窯出しが
できない。従つて燃料が各窯共常時供給されてい
るので、早目に乾留終了した分だけは燃料の損失
となる。又遅目に乾留が終了した場合は置時間の
不足となつて、コークスの品質劣化や押出し不良
をもたらす。又その窯がネツクとなつて炉団全体
の生産性を阻害させることになる。

以上の様な理由からコークス炉操業において火
落時間を一定にする試みが過去いくつかなされて
おり、例えば以下に述べる様な方法がある。通常
コークス炉の操業においては、石炭の装入、乾留
終了後の押出しを通常５窯飛びで行つており、そ
の１単位を通称「通り」と呼んでいる。その為、
各窯の乾留進行状況は通り毎に概略規定される
為、通り毎の平均予測火落時間を装入からの代表
炉団温度履歴及び装入炭諸元を独立変数として重
回帰式により概略算出し、重回帰式と実績火落時
間とのずれに対しては、過去のずれを移動平均法
により平均化して前記予測火落時間に加え、最終
的に補正した通り平均予測火落時間を求め、該予
測火落時間と目標火落時間との偏差に比例した代
表炉団温度を演算設定し、火落時間を制御する方
法がある。この様な類似の公知技術として例えば
特開昭56−72076号公報に示すように、生産計画、
稼働率等のコークス炉操業計画、および装入炭性
状等の操業条件に応じて、各窯から発生するコー
クスガス温度が原料装入から最高に達するまでの
目標時間を設定してこれをT_naxとし、各窯の実
際の発生ガス温度が装入後、最高に達するまでの
時間T_naxを実測して動特性を求め、該特性に基
づき前記T_naxの偏差が最小になるようフリユー
温度を制御する方法がある。

（本発明が解決しようとする問題点） コークス炉は炉団当り炭化室及び燃焼室がそれ
ぞれ50門程度交互に隣接されかつ各燃焼室が約30
個の小燃焼室（小フリユー）に分割されている複
雑な集合体であり、各窯の乾留進行状況も様々な
要因により左右され、現在もなおその乾留機構が
完全には解明されていない状況にある。その為、
従来提案されている火落時間の制御方法では計測
可能な因子を基にモデル式により概略の火落時間
を推定し、未知な要因についてはモデル式と実績
火落時間のずれを何らかの時間的平滑手法を用い
て補正している。例えば、前記「従来の技術」に
述べている様な方法があげられるが、同方法では
目標火落時間変更時の速応性及び外乱に対する抑
制特性に劣る難点がある。即ち、重回帰式では説
明のできない実績火落時間の変動を移動平均法に
より補正するわけであるが、同方法では変動の
量、速さなどに無関係に一定の重みづけで過去の
ずれを基に補正するのみであり、過渡状態つまり
急激な火落時間の変動時にはその補正が一般的に
緩慢である。よつて、目標火落時間変更時の速応
性に劣りかつオーバーシユートが大きくなる傾向
があり、又、未知な外乱により実績火落時間が変
動した場合には制御精度が悪化し、回復に長時間
を要するなどの難点を有するものである。

本発明はこのような難点を有利に解決した精度
の高いコークス炉の火落時間制御方法を提供する
ものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の構成は、コークス炉団において、代表
炉団の温度、装入炭量、装入炭水分を独立変数と
して下記(1)式の重回帰式により、概略の通り平均
の火落時間を予測し、加えて実績火落時間と(1)式
の重回帰式とのづれに対して下記(2)式の未知要因
推定アルゴリズムにより火落時間予測の補正を行
い、最終的に得られた予測火落時間と目標火落時
間の偏差に比例した代表炉団温度を演算設定し、
炉温度をコントロールして火落時間を制御するも
のである。

T^H_i+k＝α_i+k＋βH_i+k＋γT_i+k＋δ^_i…(1) δ^_i＝δ^_i-1＋P_ix_i（TH_i−a_i ^Tx_i） …(2) 但し、T^H_i+k：火落時間予測値 _i+k：代表炉
団温度 H_i+k：装入炭水分率 T_i+k：装入炭量
δ^_i：未知要因推定項 Pi：適応ゲイン行列
THi：実績火落時間 ｉ：通り ｋ：未来の通
り x_i＝（ｉ，Hi，Ti，１）^T：独立変数ベクトル a_i＝（α，β，γ，δ^_i-1）^T：パラメーターベクト
ル 未知要因推定アルゴリズムについて詳しく説明
すると、まず当該通りの代表炉団温度、装入炭水
分および装入炭量を基に下記(3)式に従つて推定の
火落時間T^Hiを求める。

T^Hi＝αｉ＋βHi＋γTi＋δ^_i-1 …(3) 次に下記(4)式に従つて推定と実績火落時間のず
れの大きさに応じて忘却係数λを求める。

λ＝１−ｇ（T^Hi−T^i）／（１＋x_i ^TPixi） …(4) そして、下記(5)式に従つて適応ゲイン行列Piを
計算する。

P_i＝（１／λ）｛P_i-1−P_i-1x_i（１＋x_i ^TP_i-1x_i）^-1x
_i ^TP_i-1｝…(5) 最終的に前記(2)式により未知要因推定項を算出
し、前記(1)式に反映させ未火落通りの火落時間を
予測するものである。尚、(3)〜(5)式は一連の逐次
型パラメータ更新式となつている。

次に本発明の考え方について説明すると、コー
クス炉の場合、モデル式の精度を向上させるため
には一般的に広く行なわれているようにカルマン
フイルタ等によりモデル式のパラメータα，β，
γを適応修正する方法では良好な結果が得られな
い。すなわち、コークス炉はプロセス特性要因が
充分に把握できていない為、一般的な形でパラメ
ータα，β，γを適応修正すると、未知の要因に
よる火落時間の変動を見掛上既知要因によるもの
と捉えてしまい、制御が不安定になるものであ
る。そこで、本法では既知要因項すなわち重回帰
式のパラメータα，β，γは定常状態で最も良く
説明できる値に固定し、これとは別に未知要因項
を設け、すべてのモデル誤差をこの未知要因項に
集約化して適応修正するものであり、構造的に言
つて制御が不安定になることもなく、乏しい情報
を最大限に活用した制御方式と言える。

当制御方法においては、(3)式を見れば明らかな
様に推定値と実績値のずれが大きい程忘却係数λ
は小さくなり、最終的には直近のずれの補正重み
が増大する効果がある。すなわち、推定値と実績
値のずれの大きさに応じて自動的に補正ゲインを
調節する為、過渡状態においても火落時間の予測
が実績に追従可能で、かつ、未知な外乱が発生し
て実績火落時間が時間的傾向をもつて変動した場
合にも火落時間予測精度が良好である。その結
果、適切な目標炉温の演算・設定が可能となり制
御精度、速応性、外乱抑制能力が良好となるもの
である。なお、火落時間予測式において代表炉団
温度、装入炭水分率、装入炭量以外の要因が火落
時間に寄与し、それが計測可能である場合には、
それらの要因も既知要因としてモデル式に取込め
ば良い。

本法の様に既知要因項のパラメータは適切な値
に固定し、未知要因項に全てのモデル誤差を集約
化して適応修正する制御方法は、コークス炉に限
らず、プロセス特性要因のはつきりわからないプ
ラント及び制御情報が充分に計測できないプラン
トに広く適用可能であると考えられる。

（作用） 本発明の未知要因推定アルゴリズム付火落時間
予測を特徴とする火落時間制御方法は、乏しい情
報を最大限に活用した制御方式であり、制御タイ
ミング毎に適切なゲインで火落時間予測の補正を
行う為、過渡状態における制御精度、速応性が良
好で、未知な外乱が発生して実績火落時間が時間
的傾向をもつて変動した場合にもその回復が早い
という利点があり、火落時間バラツキの低減が可
能となる作用効果がある。

（実施例） 本発明の実施例について説明すると、第１図の
制御フローに示すように、コークス炉稼動率に応
じて目標火落時間ａを設定した。５窯飛びの「通
り」のすべての窯が火落ちになつた時点で「通
り」単位に平均実績火落時間（T^i）ｂ、装入炭
諸元（Hi，Ti）ｃ、代表炉団温度（_i）ｄを計
算した。この３つの条件を用い現在火落の「通
り」の推定火落時間（T^Hi）を(3)式の予測式よ
り算出し、実績火落時間（T^i）とのずれを計算
した。このずれの大きさに応じて忘却係数（λ）
を(4)式で求めた。そして(5)式に従つて適応ゲイン
行列（Pi）を計算し、最終的には(2)式により逐次
未知要因推定項（δ^_i）ｅで適応修正し、(1)式に反
映させて未来の「通り」の火落時間予測
（T^H_i+k）ｆを行なつた。

この火落時間予測ｆと目標火落時間ａとの差に
応じて適宜目標炉温ｇが決定し、炉温制御ｈで燃
料ガスを調整しコークス炉団ｉのコークス炉代表
炉温ｄをコントロールした。この場合、適応修正
による炉温設定の変更が行なわれるのは「通り」
が、火落ちになるタイミングで行なわれるため、
通常は目標炉温ｇに対して炉温が、一定になるよ
うに炉温制御ｈが繰り返しを作動するものであ
る。

本実施例における制御装置は第２図に示したよ
うに、火落の判定は各コークス炉の上昇管１に設
置した発生ガス濃度による自動火落判定装置２に
より検出されており、代表炉団温度は燃焼室上部
に設置された熱電対３にて連続測定している。ま
た、装入炭の水分および装入量は石炭バンカーに
設けられた計測装置４より出力されている。プロ
セスコンピユーター５ではこれら実績火落時間、
代表炉団温度、および装入炭諸元の情報により本
発明の各演算を行うと共に、炉団温度を演算設定
し、炉温をコントロールするため炉団用主管燃料
ガス流量計６からの信号を入力し、制御片７に制
御信号を出力するものである。

以上のようにして制御した結果を第３図に示
す。

該第３図において、縦軸は、装入炭水分、火落
時間及び代表炉温を示し、横軸は、経過日数を示
している。比較例として点線は、従来の移動平均
法による、制御方式で行つたときの火落時間と炉
温を示しており、実施例は実線で示した。

この図から明らかなように、一点さ線の目標炭
化時間に対し、稼動率移動時の速応性は、従来が
約15分／日であつたのに対し、本発明では、30
分／日と改善されている。又、水分変動による追
従性能は、従来が0.2％／shiftに対し、本発明で
は1.0％／shiftと大幅に改善されている。加えて、
定常時制御性も、バラツキ10分が従来の1/2程度
となり、操業の変動時・安定時共に高精度な制御
となつている。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、操業安
定時の制御精度・操業変動時の速応性・外乱抑制
能力が良好となり、コークス化時間が常に一定と
なるため、作業が円滑になると同時に、オペレー
ター介入による、作業負荷の軽減も図ることが出
きる。さらに、コークス炉を常に最高の状態で維
持することができるため、コークス品質の安定と
ともに、エネルギーの節減にも役立つなど、工業
上有益な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は実施例の説明図で、第１図は
制御フロー図、第２図は制御装置図、第３図は制
御した結果を比較例と共に示した図である。 １……上昇管、２……火落判定装置、３……熱
電対、４……装入炭諸元計測装置、５……プロセ
スコンピユーター、６……流量計、７……制御
弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コークス炉団において、代表炉団温度と装入
   炭諸元を独立変数として下記(1)式の重回帰式によ
   り火落時間を予測し、該予測火落時間と実績火落
   時間とのずれに対して下記(2)式の未知要因推定項
   により火落時間予測の補正を行ない、最終的に得
   られた予測火落時間と設定火落時間の偏差に比例
   した代表炉団温度を演算設定して炉温度をコント
   ロールすることを特徴とするコークス炉の火落時
   間制御方法。 T^H_i+k＝α_i+k＋βH_i+k＋γT_i+k＋δ^_i…(1) δ^_i＝δ^_i-1＋P_ix_i（T_Hi−a_i ^Tx_i） …(2) 但し、T^H_i+k：火落時間予測値 _i+k：代表炉団温度 H_i+k：装入炭水分率 T_i+k：装入炭量 δ^_i：未知要因推定項 Pi：適応ゲイン行列 THi：実績火落時間 x_i＝（ｉ，Hi，Ti，１）^T：独立変数ベ
   クトル a_i＝（α，β，γ，δ^_i-1）^T：パラメーター
   ベクトル ｉ：通り ｋ：未来の通り