JPH1180737A - コークス炉の燃焼制御方法及び燃焼制御装置 - Google Patents

コークス炉の燃焼制御方法及び燃焼制御装置

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JPH1180737A
JPH1180737A JP24754297A JP24754297A JPH1180737A JP H1180737 A JPH1180737 A JP H1180737A JP 24754297 A JP24754297 A JP 24754297A JP 24754297 A JP24754297 A JP 24754297A JP H1180737 A JPH1180737 A JP H1180737A
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JP
Japan
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coke oven
control
equation
supplied
furnace temperature
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JP24754297A
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English (en)
Inventor
Shuichi Yamamoto
修一 山本
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】炉体の熱応答特性の変動に応じて適正な炉温制
御を行うとともに燃焼用ガスの種類を切り替える際にも
制御システムのオンライン自動運転を継続して省エネル
ギを図る。 【解決手段】プロセス同定器4はコークス炉1へ供給す
る熱量と実績炉温度を一定周期毎に収集してコークス炉
の動特性の変動を逐次同定し、コークス炉の動特性の変
化に応じて適正なパラメータを決定してコントロールパ
ラメータ算出部5に送る。コントロールパラメータ算出
部5は送られたパラメータで炉温制御のコントロールパ
ラメータである供給熱量演算部3の伝達関数を逐次決定
する。供給熱量演算部3は逐次決定した伝達関数により
コークス炉1の供給熱量を算出し、コークス炉1の熱応
答特性の変化に適応した適切な制御を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はコークス炉の燃焼
制御方法及び燃焼制御装置、特に適正な炉温制御と省エ
ネルギ及びコークス品質の向上に関するものである。
【0002】
【従来の技術】コークス炉の操業においては、目標時刻
に火落ちさせることが過剰な乾留を防止することによる
省エネルギーと、乾留不足の防止によるコークス品質の
向上を図る観点から非常に重要である。この実績火落ち
時間を目標に合わせる燃焼制御方法としては、コークス
炉の炉温と火落ち時間、装炭量との関係式を用いて、目
標火落ち時間と実績火落ち時間に基づき目標炉温を決定
し、この目標炉温となるように投入熱量を制御する方法
が一般的である(特開昭57-159877号、特開昭57-159877
号、特開平3-157483号、特開昭64-45490号)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】コークス炉における実
際の火落ち時間と目標火落ち時間との差は装入炭の揮発
分や水分、粒度等の装入炭性状や炭化室内のカーボン付
着量による伝熱の差により生じる。そこで上記のように
目標炉温を決定する処理において、これらの誤差原因を
考慮することにより目標炉温の精度向上を図っている。
【0004】装入炭性状等の変動は炉温と火落ちの時間
の関係に影響するだけではなく、供給熱量と炉温間の動
特性(以下、熱応答特性という。)についても影響を与
える。実炉試験によると、熱応答の時定数は操業条件に
より異なり、7時間から11時間程度の変動がみられた。
しかしながら従来の燃焼制御においては、熱応答特性の
変動が考慮されていなく、熱応答特性の変動による制御
性の低下を改善することができなかった。
【0005】また、燃焼用ガスの種類すなわち貧ガスと
富ガスを切り替える際、炉内の燃焼位置を変更する構造
を有するコークス炉においては、炉体の温度分布変化に
よっても熱応答特性に変化を生じる。従来の操業では、
このように燃焼用ガスの種類を切り替える際に制御シス
テムのオンライン自動運転を停止し、燃焼用ガスの切り
替え後に炉体の特性が安定してから自動制御を再開する
という方法をとっており、燃焼用ガスを切り替えて炉体
の特性が安定するまでに供給する熱量が多くなってしま
った。
【0006】この発明はかかる短所を改善するためにな
されたものであり、炉体の熱応答特性の変動に応じて適
正な炉温制御を行うとともに、燃焼用ガスの種類を切り
替える際にも制御システムのオンライン自動運転を継続
して省エネルギを図ることができるコークス炉の燃焼制
御方法及び燃焼制御装置を得ることを目的とするもので
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係るコークス
炉の燃焼制御方法は、コークス炉へ供給する熱量と炉温
に関するデータを基に炉体の動特性の変動を逐次同定
し、炉体の熱応答特性の変化に応じた熱量を供給するこ
とを特徴とする。
【0008】また、この発明に係るコークス炉の燃焼制
御装置は、プロセス同定器とコントロールパラメータ算
出部及び供給熱量演算部とを有し、プロセス同定器はコ
ークス炉へ供給する熱量と炉温に関するデータを基に炉
体の動特性の変動を逐次同定し、炉体の動特性の変化に
応じて適正なパラメータを決定し、コントロールパラメ
ータ算出部はプロセス同定器で決定したパラメータによ
り炉温制御のコントロールパラメータを決定し、供給熱
量演算部はコントロールパラメータ算出部で算出したコ
ントロールパラメータと目標炉温及び実績炉温から供給
熱量を算出することを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】この発明のコークス炉の燃焼制御
装置は供給熱量演算部とプロセス同定器及びコントロー
ルパラメータ算出部を有し、供給熱量演算部とコークス
炉とで単一ループ線形制御系を構成している。プロセス
同定器はコークス炉へ供給する熱量と実績炉温度を一定
周期毎に収集し、収集したデータを基にコークス炉の動
特性の変動を逐次同定し、コークス炉の動特性の変化に
応じて適正なパラメータを決定してコントロールパラメ
ータ算出部に送る。コントロールパラメータ算出部はプ
ロセス同定器から送られたパラメータにより炉温制御の
コントロールパラメータである供給熱量演算部の伝達関
数を逐次決定する。供給熱量演算部はコントロールパラ
メータ算出部で逐次決定した伝達関数によりコークス炉
の供給熱量を算出し、コークス炉の熱応答特性の変化に
適応した適切な制御を実現する。
【0010】
【実施例】図1はこの発明の一実施例のコークス炉の制
御部の構成を示すブロック図である。図に示すように、
コークス炉1の制御部は目標炉温度算出部2と供給熱量
演算部3とプロセス同定器4及びコントロールパラメー
タ算出部5を有し、供給熱量演算部3とコークス炉1と
減算器6で単一ループ線形制御系を構成している。目標
炉温度算出部2は目標火落ち時間を入力して目標炉温度
を算出する。プロセス同定器4はコークス炉1へ供給す
る熱量と実績炉温度を一定周期毎に収集し、収集したデ
ータを基にコークス炉1の動特性の変動を逐次同定し、
コークス炉1の動特性の変化に応じて適正なパラメータ
を決定する。コントロールパラメータ算出部5はプロセ
ス同定器4で決定したパラメータにより炉温制御のコン
トロールパラメータを決定する。供給熱量演算部3はコ
ントロールパラメータ算出部5で算出したコントロール
パラメータと目標炉温度算出手段2で算出した目標炉温
度及びコークス炉1の実績炉温度からコークス炉1に供
給する熱量を算出する。
【0011】コークス炉1の熱応答特性を、図2のブロ
ック線図に示すように、むだ時間を含む1次遅れ系と近
似した場合、サンプラーS1,S2を含めた離散形式の
伝達関数で表現すれば、コークス炉の伝達関数G(z
~1)は、プラント時定数の逆数をcとし、プラントゲイ
ンをKとしてサンプリング周期をTとすると(1)式に
示すようになる。
【0012】
【数1】
【0013】供給熱量演算部3とコークス炉1で構成す
るPID制御系の閉ループの伝達関数W(z~1)は、供
給熱量演算部3の伝達関数をD(z~1)とすると(2)
式で表せる。
【0014】
【数2】
【0015】(2)式において閉ループの伝達関数W
(z~1)の制御仕様をあらかじめ定めておき、この条件
を満足するように供給熱量演算部3の伝達関数をD(z
~1)を決定すれば、コークス炉1の熱応答特性の変化に
適応した適切な制御を実現できる。例えば1制御周期で
制定するように設計する場合には、伝達関数D(z~1
は下記(3)式となる。
【0016】
【数3】
【0017】コークス炉1は、図2に示すように、1入
力1出力のフィードバックを含まないシステムとする
と、コークス炉1の供給熱量u(k)の入力データ列
{u(k)}とその結果変化する炉温y(k)の出力デー
タ列{y(k)}は下記(4)式に示す離散時間形の差分
形式で与えられる。
【0018】
【数4】
【0019】(4)式においてa1,a2,・・・an,b0,b
1・・・bnはパラメータ、nは次数を示す。
【0020】そこでプロセス同定器4はコークス炉1の
供給熱量u(k)とその結果変化する炉温y(k)を一
定周期で収集し、収集したデータを用いて(4)式をパ
ラメータa1,a2,・・・an,b0,b1・・・bnを決定し、コ
ークス炉1の入出力関係を決定する。そこで下記(5)
式に示すようにベクトルyとベクトルa及び行列Ωを定
義する
【0021】
【数5】
【0022】このとき(4)式に供給熱量u(k)の入
力データ列{u(k)}とその結果変化する炉温y(k)
の出力データ列{y(k)}を代入した式は(6)式のよ
うに表せる。
【0023】
【数6】
【0024】上記(6)式から下記(7)式を最小にす
るようにベクトルaを決定する。
【0025】
【数7】
【0026】すなわち(7)式をベクトルaで微分する
と次の(8)式となる。
【0027】
【数8】
【0028】上記(8)式からベクトルaの最小2乗推
定値T(a)を算出し、N時点までの観測値に基づいて
つくられた行列、ベクトルであることを明らかにするた
めに添字Nを付けると下記(9)式で表せる。
【0029】
【数9】
【0030】また、添字Nを付けたベクトルaNとベク
トルZNを次の(10)式と(11)式とおく。
【0031】
【数10】
【0032】以上の記号を用いるとPNとbNは(12)
式で表せる。この(12)式から(13)式を得ること
ができる。
【0033】
【数11】
【0034】この(13)式を変形して(14)式を得
る。
【0035】
【数12】
【0036】この(14)式から時点Nにおけるベクト
ルaの最小2乗推定値T(a)は(15)式になる。
【0037】
【数13】
【0038】以上を整理すると次の(16)式の逐次形
推定式を得ることができる。(16)式においてym
モデル出力を示す。
【0039】
【数14】
【0040】ここで、初期値T(a0)とP0を与えれ
ば、(16)式を繰り返し計算することにより、コーク
ス炉1の動特性の変化に応じた適正なパラメータc,K
をプロセス同定器4で逐次決定することができる。コン
トロールパラメータ算出部5はプロセス同定器4で逐次
決定したパラメータc,Kにより(3)式に示す供給熱
量演算部3の伝達関数D(z~1)を決定する。供給熱量
演算部3は決定した伝達関数D(z~1)によりコークス
炉1の供給熱量u(k)を算出する。
【0041】また、コントロールパラメータ算出は、前
述の手法以外に次の手順で行ってもも良い。
【0042】コークス炉温度制御のPID制御系のブロ
ック線図を図3に示す。ここではコークス炉のモデルと
して、uをコークス炉供給熱量、yを炉温度、ξを雑
音、a1,q2,b0をプラントパラメータとして下記
(17)式に示すような2次系のモデルを用いる。
【0043】
【数15】
【0044】このモデルは(16)式において、モデル
次数n=2として対角行列P0の3行3列と5行5列に
「0」を設定することで同定できる。
【0045】また、供給熱量演算部は、uをコークス炉
供給熱量、wを目標炉温度、yを実績炉温度、KPを比
例ゲイン、KIを積分ゲイン、KDを微分ゲイン、k0,
k1,k2をコントロールパラメータとすると、下記
(18)式の離散時間PID制御系を構成するものとす
る。
【0046】
【数16】
【0047】目標炉温度w(k)から実績炉温度y(k)
までのPID制御系の閉ループ伝達関数W(z~1)は下記
(19)式となる。
【0048】
【数17】
【0049】また、次に示す(20)式を特性多項式と
みなすことができる。
【0050】
【数18】
【0051】図3の制御系が安定であるため、すなわち
特性多項式の根がz平面上の単位円内に入るためには、
シェル・コーンの判別法より下記(21)式を満足する
パラメータt1,t2を選べば良い。
【0052】
【数19】
【0053】したがって、下記(22)式を満足するよ
うにパラメータt1,t2を調整すれば良い。
【0054】
【数20】
【0055】上記(17),(18),(21)式より
下記(23)式が得られる。
【0056】
【数21】
【0057】(23)式の両辺の係数を比較すると下記
(24)式となる。この(22)式のa1,a2,b0
前述のプロセス同定器4を用いて逐次決定される。
【0058】
【数22】
【0059】このようにコークス炉1への供給熱量u
(k)と炉温y(k)を一定周期で収集し、収集したデ
ータを用いてコークス炉1の動特性の変動を逐次同定
し、コークス炉1の動特性の変化に応じて適正なパラメ
ータを決定して炉温制御のコントロールパラメータを決
定するから、図4の時間に対する炉温と供給熱量の変化
特性図の(A)に示すように、コークス炉1の熱応答特
性の変化に適応した適切な制御を実現することができ
る。なお、図4において(B)は従来の制御による変化
特性を示す。また、コークス炉1の熱応答特性の変化に
適応した制御をするから、図4に示すように、最適な熱
量を供給することができる。
【0060】
【発明の効果】この発明は以上説明したように、コーク
ス炉への供給熱量と炉温を一定周期で収集し、収集した
データを用いてコークス炉の動特性の変動を逐次同定
し、コークス炉の動特性の変化に応じて適正なパラメー
タを決定して炉温制御のコントロールパラメータを決定
するから、コークス炉の熱応答特性の変化に応じた熱量
を供給することができる。したがって省エネルギを図る
ことができるとともにコークスの品質を向上することが
できる。
【0061】また、コークス炉の熱応答特性の変化に適
応した適切な制御をするから、燃焼用ガスの種類を切り
替える際にも制御システムのオンライン自動運転を継続
することができ、燃焼用ガスの種類を切り替える際に余
分な熱量を供給しないですみ、省エネルギーを図ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例のコークス炉の制御部の構成
を示すブロック図である。
【図2】コークス炉の熱応答特性を示すブロック線図で
ある。
【図3】コークス炉温度制御のPID制御系のブロック
線図である。
【図4】時間に対する炉温と供給熱量の変化特性図であ
る。
【符号の説明】
1 コークス炉 2 目標炉温度算出部 3 供給熱量演算部 4 プロセス同定器 5 コントロールパラメータ算出部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コークス炉へ供給する熱量と炉温に関す
    るデータを基に炉体の動特性の変動を逐次同定し、炉体
    の熱応答特性の変化に応じた熱量を供給することを特徴
    とするコークス炉の燃焼制御方法。
  2. 【請求項2】 プロセス同定器とコントロールパラメー
    タ算出部及び供給熱量演算部とを有し、 プロセス同定器はコークス炉へ供給する熱量と炉温に関
    するデータを基に炉体の動特性の変動を逐次同定し、炉
    体の動特性の変化に応じて適正なパラメータを決定し、
    コントロールパラメータ算出部はプロセス同定器で決定
    したパラメータにより炉温制御のコントロールパラメー
    タを決定し、供給熱量演算部はコントロールパラメータ
    算出部で算出したコントロールパラメータと目標炉温及
    び実績炉温から供給熱量を算出することを特徴とするコ
    ークス炉の燃焼制御装置。
JP24754297A 1997-08-29 1997-08-29 コークス炉の燃焼制御方法及び燃焼制御装置 Pending JPH1180737A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100995598B1 (ko) 2003-12-31 2010-11-22 주식회사 포스코 코크스 제조공정에서의 연소실 온도 제어장치 및 그제어방법
JP2012153882A (ja) * 2011-01-04 2012-08-16 Jfe Steel Corp ガスコック開度算出方法、コークス炉の操業方法及びコークスの製造方法
JP2013133462A (ja) * 2011-12-27 2013-07-08 Jfe Steel Corp コークス炉の炭化室壁状態判定方法およびその装置

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