JPH09302350A - コークス炉の投入熱量制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 操業条件の変動時における乾留不足のコーク
ス製造を防止する。 【解決手段】 装炭量、装入炭水分、炉温、乾留時間か
ら乾留後のコークス温度を推定するモデルを用い、コー
クス排出時に測定するコークス温度実測値によりモデル
補正量を求め、実績装炭量、実績装入炭水分、計画乾留
時間から目標コークス温度を達成するための炉温を求
め、該炉温になるように投入熱量を制御するコークス炉
の投入熱量制御方法において、将来装入される装入炭の
予測装炭量、予想水分、計画乾留時間、実績炉温を基に
前記モデルを用いて将来の適正炉温を求め、将来装炭時
の炉温が前記適正炉温となるようタイムラグを考慮して
投入熱量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、将来装入される
装炭量、装入炭水分、計画乾留時間から将来の適正炉温
を求め、将来装炭時の炉温が前記適正炉温となるようタ
イムラグを考慮して投入熱量を制御することによって、
コークス品質と乾留熱量のバラツキを低減できるコーク
ス炉の投入熱量制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】室炉式コークス炉は、炉体の下部に蓄熱
室があり、その上部に燃焼室と炭化室とが交互に配列さ
れている。燃料ガスおよび空気（富ガスの場合は空気の
み）は、蓄熱室で予熱され、二十余ないし三十余に分割
された燃焼室の燃焼フリューで燃焼して引落としフリュ
ーから隣接する蓄熱室で熱回収されたのち、煙道を経て
大気中に排出される。所定時間（例えば１０〜３０分）
が経過すると、前記引落としフリューが燃焼フリュー、
前記燃焼フリューが引落としフリューにと燃焼切替えが
行われている。

【０００３】コークス炉の窯出し装炭作業は、ブロック
窯出し法が広く採用されている。このブロック窯出し法
は、全炭化室（窯）を５つのブロック、すなわち、１の
通り（１，６，１１，１６…）、２の通り（２，７，１
２，１７…）、３の通り（３，８，１３，１８…）、４
の通り（４，９，１４，１９…）および５の通り（５，
１０，１５，２０…）に分割し、ある通りの窯出し装炭
作業を行ったのち、間断時間を取る方法である。窯出し
順序は、例えば、１の通り、３の通り、５の通り、２の
通り、４の通りの順である。

【０００４】コークス炉における燃焼管理は、コークス
品質の確保、熱量原単位の低減、炉操業の安定化、炉体
の損傷防止の観点から最も重要な作業である。コークス
炉における炭化時間と乾留温度（炉温）は、コークスの
生産目標値が決まれば、炉の稼働率または総炭化時間が
決まり、それに対応して乾留温度（炉温＝フリュー温
度）が設定される。炭化時間は、火落ち時間（ガス発生
終了時間）と置時間（熟成および均熱化時間）とからな
る。置時間は、乾留熱量原単位上からは損失となるが、
熟成均熱化によりコークス品質が向上することから設け
られている。

【０００５】コークス炉の加熱方法には、設定炉温を乾
留過程の全時期を通じて一定とする一定加熱方法と、乾
留過程の各時期に応じて供給熱量を変えて乾留過程にお
ける総消費熱量を低減しようとするプログラム加熱法が
ある。一定加熱方法におけるコークス炉の投入熱量の制
御方法としては、火落ち時間と炉温、装炭量、装入炭水
分および装入炭揮発分との関係式を基に目標火落ち時間
となる目標炉温を算出し、該目標炉温となるよう投入熱
量を制御する方法（特開昭５７−１５９８７７号公
報）、図３に示すとおり、装炭量、装入炭水分、炉温、
乾留時間から乾留後のコークス温度を推定するモデルを
用い、コークス排出時に測定するコークス温度測定値に
よりモデル補正量を求め、装入炭の実績装炭量、実績水
分、計画乾留時間の３つの要素から、目標コークス温度
を達成するための炉温を求め、該炉温になるよう投入熱
量を制御する方法、装炭量、装入炭水分、炉温、乾留時
間から乾留後のコークス温度を推定するモデルを用い、
装炭量、装入炭水分および乾留時間の計画操業条件か
ら、コークス中心温度が目標値となるための窯内のある
位置のコークス温度を求め、該コークス温度となるよう
投入熱量を制御する方法（特公平８−１９４１６号公
報）等が提案されている。

【０００６】また、プログラム加熱法におけるコークス
炉の投入熱量の制御方法としては、石炭装入時点から一
定時間間隔毎の石炭の目標焼上温度および該温度を表す
指標を設定し、前記目標焼上温度を基に燃焼室基準炉温
として複数個の炉温を選択し、一方、伝熱モデルを基に
して石炭装入時点から一定時間間隔毎の燃焼室炉温と炭
化室内炭柱温度を表す指標との間の関係式および焼上終
了時点における目標焼上温度に対する実績誤差の自乗和
と焼上終了時点までの目標焼上温度に対する実績誤差の
自乗和の累積と燃焼室基準炉温に対する実績自乗偏差の
累計にそれぞれ対応する値を表す関数式ならびに前記一
定時間間隔毎の燃焼室炉温を燃焼室基準炉温と炭化室内
炭柱温度を含む関数式としてそれぞれ予め求めておき、
前記複数の燃焼室基準炉温をそれぞれ前記関数式に代入
して各式からそれぞれの燃焼室基準炉温を用いたときの
燃焼室炉温パターンを算出し、該炉温パターンにしたが
って加熱をしたときの総消費熱量を算出し、該総消費熱
量が最小となる最適燃焼室基準炉温を定め、該最適燃焼
室基準炉温を前記関数式に代入して各式から燃焼室炉温
パターンを算出し、該炉温パターンを設定炉温パターン
として供給熱量の制御を行う方法（特公平１−４７６８
７号公報）等が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】コークス炉における投
入熱量に対する炉温の応答は、２〜３日近くかかるた
め、炉温変更時の炉温の追従には１日近くを要する。一
方、炭化室に装入された石炭は、稼働率１００％の場合
乾留に１日かかるため、装炭されてから適正炉温を計算
して設定しても、適正炉温となるのはほぼ乾留末期であ
る。このため、上記特開昭５７−１５９８７７号公報、
特公平８−１９４１６号公報ならびに特公平１−４７６
８７号公報に開示の方法では、装炭量や乾留時間や水分
の変化時に、火落ち時間、排出コークス温度、コークス
排出時の炭化室炉壁温度等の被制御量が変動してしまう
という欠点を有している。

【０００８】この発明の目的は、上記従来技術の欠点を
解消し、装炭前に前以て将来の目標炉温を設定し、タイ
ムラグを考慮して装炭時に目標炉温となるよう供給熱量
を制御することによって、乾留不足のコークス製造を防
止できるコークス炉の投入熱量制御方法を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、装入炭量、
装入炭水分、炉温、乾留時間から乾留後のコークス温度
を推定する伝熱モデルを用い、コークス排出時に測定す
るコークス温度実測値により伝熱モデル補正量を求め、
実績装入炭量、実績装入炭水分、計画乾留時間から目標
コークス温度を達成するための炉温を求め、該炉温にな
るように投入熱量を制御するコークス炉の投入熱量制御
方法において、将来装入される装入炭の予想装炭量、予
想水分、計画乾留時間、実績炉温を基に前記モデルを用
いて将来の適正炉温を求め、将来装炭時の炉温が前記適
正炉温となるようタイムラグを考慮して投入熱量を制御
することとしている。このように、将来装入される装入
炭の予想装炭量、装入炭予想水分、計画乾留時間、実績
炉温を基に前記モデルを用いて将来の適正炉温を求め、
将来装炭時の炉温が前記適正炉温となるようタイムラグ
を考慮して投入熱量を制御することによって、装炭時の
炉温を適正炉温に制御することができ、コークス排出時
の乾留不足を未然に防止してコークス温度を目標値に制
御でき、コークス品質の悪化を防止することができ、高
炉の安定操業に寄与することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】この発明においては、コークス炉
の炭化室と燃焼室を炉幅方向に分割し、燃焼室から石炭
およびコークスへの伝熱をシミュレーションするモデル
を用いる。このモデルは、燃焼室から炭化室への一次元
的な熱流れに基づいた炉幅方向一次元モデルであり、煉
瓦内と炭層内を熱伝導とし、煉瓦壁と炭層表面は放射に
よるものとし、炭層については含有水分の気化熱を考慮
している。伝熱計算は、各メッシュ毎の熱バランスをベ
ースとした伝熱差分方程式を用いて行う。

【００１１】伝熱シミュレーションは、関数で表すと下
記の通りとなる。 Ｔｗ＝Ｔｗ （ｗ、ｍ、Ｔｆ、ｔ） ただし、Ｔｗ：排出コークス表面温度（℃）、ｗ：装入
炭量（ｔｏｎ）、ｍ：装入炭水分（％）、ｔ：乾留時間
（ｈｒ）

【００１２】将来装入される装入炭の予想水分は、降雨
量から下記（１）式により予測することができる。ま
た、予測装炭量は、成型炭配合比と予想水分から下記
（２）式により予測することができる。

【００１３】

【数１】

【００１４】

【数２】

【００１５】伝熱シミュレータについては、下記（３）
式に示すフィードバック計算を基にシミュレータ補正量
を求めて修正する。

【００１６】

【数３】

【００１７】ついで、目標炉温の演算は、目標排出コー
クス温度、予測装炭量、装入炭予想水分、計画乾留時
間、実績炉温に基づいて下記（４）式により求める。

【００１８】

【数４】

【００１９】目標炉団温度の演算は、ｊ 番目の通りの
目標炉温から下記（５）式により求める。

【００２０】

【数５】

【００２１】上記（５）式により目標炉団温度が求まる
と、下記（６）式に基づいて投入熱量を算出し、この投
入熱量になるよう炉団の燃料バルブ開度調整装置により
炉団の燃料バルブ開度を調整するのである。

【００２２】

【数６】

【００２３】なお、窯毎に投入熱量を制御できる場合
は、勿論上述の目標炉団温度を用いて制御する必要はな
い。

【００２４】

【実施例】炉高６０００ｍｍ、炉幅４５０ｍｍ、炉長１
５５６０ｍｍのコークス炉１０６門を対象に、図４に示
すとおり、既装入炭の実績装炭量、実績水分、計画乾留
時間および実績炉温から各通りの目標炉温を演算し、重
み付け平均して目標炉団温度を求め、該目標炉団温度と
なるよう投入熱量を算出し、この投入熱量となるよう燃
料バルブ開度を調整する従来制御法と、図１に示すとお
り、将来の装入炭の予測装炭量、予想水分、計画乾留時
間および実績炉温から各通りの目標炉温を演算し、重み
付け平均して目標炉団温度を求め、該目標炉団温度とな
るよう投入熱量を算出し、この投入熱量となるよう燃料
バルブ開度を調整するこの発明方法のそれぞれについ
て、装入炭の水分が降雨により２％急増した場合の制御
性を比較した。その結果を図２に示す。

【００２５】図２（ａ）に示すとおり、従来制御法で
は、既装入炭の通りしか考慮していないため、目標炉団
温度を変更しても、実績炉温の追従が遅れてしまい排出
コークス温度が大きく目標値より低く、乾留不足のコー
クスを製造してしまうこととなる。一方、図２（ｂ）に
示すとおり、この発明方法では、装入炭水分の実績が急
増する前に、装入炭水分の急増を予測し、事前に目標炉
団温度を上昇させるため、一部過乾留のコークスが生産
されてしまうが、乾留不足のコークスを製造することが
防止できる。

【００２６】なお、各通り目標炉温から目標炉団温度を
計算するときの重み付けは、従来制御法では最新の装炭
通りについては１とし、その他は０とした。また、この
発明方法では、２通り将来に装炭される通りの重み付け
を１とし、その他は０とした。これ以外には、通り目標
炉温の最大値となる通りの重み付けを１とし、その他を
０とする方法もある。

【００２７】

【発明の効果】この発明は、将来装入予定の装入炭の予
測装炭量、予想水分、計画乾留時間を先取りし、目標炉
温に反映させることによって操業変動に実績炉温を追従
させることができ、その結果乾留不足を未然に防止する
ことができ、コークス品質の悪化を防止して高炉の安定
操業に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の目標炉団温度計算フローを示すブロ
ック図である。

【図２】実施例における経過時間と装入炭水分、乾留炉
温、排出コークス温度との関係を示すもので、（ａ）図
は従来制御法の場合、（ｂ）図はこの発明方法の場合を
示す。

【図３】従来のコークス炉燃焼制御システムの全体構成
の概略模式図である。

【図４】従来の目標炉団温度計算フローを示すブロック
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装炭量、装入炭水分、炉温、乾留時間か
   ら乾留後のコークス温度を推定するモデルを用い、コー
   クス排出時に測定するコークス温度実測値によりモデル
   補正量を求め、実績装炭量、実績装入炭水分、計画乾留
   時間から目標コークス温度を達成するための炉温を求
   め、該炉温になるように投入熱量を制御するコークス炉
   の投入熱量制御方法において、将来装入される装入炭の
   予測装炭量、予想水分、計画乾留時間、実績炉温を基に
   前記モデルを用いて将来の適正炉温を求め、将来装炭時
   の炉温が前記適正炉温となるようタイムラグを考慮して
   投入熱量を制御することを特徴とするコークス炉の投入
   熱量制御方法。