JPS62109887A - コ−クス炉の火落時間制御方法 - 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、コークス炉における石炭の乾留完３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、シーケンシャ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−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１他の窯と同一ペースでしか窯出しができない。従っ
て燃料が各窯共當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。又遅日に乾留が終了
した場合は置時間の不足となって、コークスの品質劣化
や押出し不良をもたらす。又その窯がネックとなって炉
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（っかなされており、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
びで行っており、その１単位を通称「通り」と呼んでい
る。その為、各文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、各文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Ｔｍａにとし、各文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　ｍａｘを実測して動
特性を求め、該特性に基づき前記Ｔ　ｍａｘの偏差が最
小になるようフリュ一温度を；ｔＩＩ］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（小フリュー）に分割されている複雑な集合体であり
、各文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、従来提唱されている大乱１１、冒１１
１の制御方法では計ヨリ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
時間変更時の連応性及び外乱に対する押割特性に劣る難
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。よって、目標火落時間変更時の連応性に劣り
かつオーバーシュ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（１１
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。

代表炉団温度　Ｈ，＋に：装入炭水分率Ｔ１＋に：装入
炭量　企１　：未知要囚准定項　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
１＝（■ｔ、Ｈｉ、Ｔｉ、１）Ｔ：独立変数ベクトル △ ａｌ　＝（α、β＋　　７＋　　δｉ−＋）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）式に従って推定の火落時間ＴＨｉを
求める。

△ ＴＨｉ−α■ｉ＋βＨｉ＋γＴｔ＋δ１−１　　・・・
（３）次に下記（４）式に従っ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　　（ＴＨｉ　−ＴＨｉ）　／　（１＋、Ｔ
　ｐｉｘｉ）・・・・・・（４） そして、下記（５）式に従って適応ゲイン行列Ｐｉを計
算する。

ｐｔ　＝　（１／λ）　（Ｐ＋−＋−Ｐ＋−＋　ｘ＋　
（１＋ｘｉ　Ｐ＋−１ｘ＋　）　−”ＸＩ　ＰＨ−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（１１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。面、（
３）〜（５）式は一連の逐次型パラメータ更新式となっ
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ィルタ等によりモデ
ル式のパラメータα、β。

Ｔ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、Ｔ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、構造的に言っ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。

光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。Ｊなわら、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って変動し
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、連
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
因のはっ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、連応性が良好で、未知な外乱が発生して実績火
落時間が時間的傾向をもっ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
落ちになった時点で「通り」単位に平均実績火落時間（
ＴＨｉ）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（ＴＨｉ）を（３）式の予
測式より算出し、実績火落時間（ＴＨｉ）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）式に従って適応ゲイン行
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（ｅｉ）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（仝Ｈ，＋ｋ）ｆ
を行なった。

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、炉温制御り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１―正による炉温設定の変更が行
なわれるのは「通り」が、欠落ちになるタイミングで行
なわれるため、通宝は目標炉温ｇに対して炉温か、一定
になるように炉温制御りが繰り返し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、欠
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
濃度による自動欠落判定装置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
。プロセスコンピューター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、制御弁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
行っ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、稼動率変動時の連応性は、従来が約１５分／日で
あったのに対し、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％
／５ｈｉｆｔに対し、本発明では１．０％／５ｈｉｆｔ
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
となっている。

（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・操業変動時の連応性・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図および第２図は実施例の説明図で、第１図は制御
フロー図、第２図は制御装置図である。 １・・・上昇管、　２・・・欠落判定装置、　３・・・
熱電対、　４・・・装入炭諸元計測装置、　５・・・プ
ロセスコンピューター、　６・・・流量計、　７・・・
制御弁。 出　願　人　　新日本製鐵株式会社 代理人弁理士　　青　柳　　　　稔 第１図 第２図 手続補正書（自発） 昭和６１年　３月１３日 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 １、事件の表示 昭和６０年特許願第２５０３９７号 ２、発明の名称 コークス炉の火落時間制御方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　東京都千代田区大手町二丁目６番３号名称（６６
５）新日本ＪＲｍ株式会社 代表者　武　１）　　豊 ４、代理人　〒１０１ ５、補正命令の日付　　な　し ６、補正により増加する発明の数　　な　し７、補正の
対象　明細書の発明の詳細な説明の欄、図面の簡単な説
明の欄および図面 ８、補正の内容 （１）明細書第２頁１１行の「乾留光３」を「乾留完了
」に補正する。 （２）同第７頁９行、１０行、第１０頁１９行のｒＴＨ
ｌＪをｒＴＨｉＪに補正する。 （３）同第７頁１３行の記載を次の様に補正する。 「λ＝１　　ｇ（ＴＨｉ　　ＴＨｉ　）／（１＋ｘｌ”
Ｐｉｚｉ　）　Ｊ（４）同第１３頁１４行〜１５行の記
載を次の様に補正する。 「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。」（５）図面第２図を別
紙のとおシ補正し、第３図を追加する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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。 ■Ｈ＿ｉ＿＋＿ｋ＝α■＿ｉ＿＋＿ｋ＋βＨ＿ｉ＿＋＿
   ｋ＋γＴ＿ｉ＿＋＿ｋ＋■＿ｉ……（１）■＿ｉ＝■＿
   ｉ＿−＿１＋Ｐ＿ｉｘ＿ｉ（ＴＨｉ−ａ＿ｉ＾Ｔｘ＿ｉ
   ）……（２）但し、■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 ■＿ｉ：未知要因推定項 Ｐ＿ｉ：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、■＿ｉ＿−＿１）＾Ｔ：パラメ
   ーターベクトル ｉ：通り ｋ：未来の通り