(57)【要約】【課題】発生ガス温度の測定環境の変化を考慮して精度よく火落を判定し、火落判定の正確性を維持すること。【解決手段】火落判定装置３において、処理部３７は、発生ガス温度計２によって測定される乾留中の炭化室内の発生ガス温度の測定値を取得する。温度安定域設定部３７１は、発生ガス温度の温度安定域を設定する。発生ガス温度補正項算出部３７３は、温度安定域における測定値の平均発生ガス温度と、事前に設定される温度安定域における基準発生ガス温度とをもとに発生ガス温度補正項を算出し、該発生ガス温度補正項をもとに火落判定式を補正する。火落判定部３７５は、補正した火落判定式に従って乾留終了タイミングを判定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉中の石炭の乾留終了タイミングを火落判定式に従って判定するコークス炉における火落判定方法であって、
前記乾留中の炭化室内の発生ガス温度の測定値を取得する取得ステップと、
前記発生ガス温度の温度安定域を設定する設定ステップと、
前記温度安定域における前記測定値の平均発生ガス温度と、事前に設定される前記温度安定域における基準発生ガス温度とをもとに発生ガス温度補正項を算出し、該発生ガス温度補正項をもとに前記火落判定式を補正する補正ステップと、
前記補正した火落判定式に従って前記乾留終了タイミングを判定する判定ステップと、
を含むことを特徴とするコークス炉における火落判定方法。
【請求項２】
前記設定ステップは、前記発生ガス温度の時間推移が略平坦となる時間範囲内で前記温度安定域を設定することを特徴とする請求項１に記載のコークス炉における火落判定方法。
【請求項３】
前記設定ステップは、前記測定値をもとに、前記乾留の後期において前記発生ガス温度が上昇し始める直前の所定の時間範囲を前記温度安定域として設定することを特徴とする請求項１または２に記載のコークス炉における火落判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉中の石炭の乾留終了タイミングを判定するコークス炉における火落判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉では、複数の炭化室に石炭を順次装入して１１００℃前後の高温で乾留を行い、石炭乾留が終了すると、生成されたコークスを押出機で窯出しするという操業を行っている。その際、品質のよいコークス、例えば強度の高いコークスを製造するためには、窯出し前に石炭乾留が完全に終了しているか否かを正確に判定する必要がある。一般的に、この石炭乾留の終了を火落といい、そのタイミングを判定することを火落判定という。
【０００３】
従来、火落判定は、火見と呼ばれる熟練者がコークス炉の上昇管に設けられたトップカバーを開放し、そこから出るガスの色を見て判断することにより行われていた。しかしながら、この方法では、炭化室毎また火落のタイミング毎に頻繁に熟練者の判断が必要となるばかりか、トップカバーを開放する時期によっては問題を生じる。すなわち、乾留終了付近でトップカバーを開放するときは問題は生じないが、乾留終了までにまだ時間がかかるタイミングでトップカバーを開放してしまうと、黒煙が発生したり、コークス品位が劣化する場合がある。このため、熟練者がトップカバーを開放して行う作業を必要としない火落判定法の開発が望まれていた。
【０００４】
この種の問題点を解決するための技術としては、例えば、発生ガスの最高温度と火落時のガス温度との間に成立する関係式を利用して火落判定する方法（特許文献１を参照）や、石炭装入から火落までの経過時間とガス温度との間に成立する関係式を利用して火落判定する方法（特許文献２を参照）が知られている。また、ガス温度の経時変化における実質水平域の平均温度と火落時のガス温度との間に成立する関係式を利用して火落判定する方法も知られている（特許文献３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭４６−０６４９７号公報
【特許文献２】特開昭４９−１０３９０２号公報
【特許文献３】特開昭５８−１４１２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、稼動年数が長くなると、個々の炭化室の特性変化、上昇管の内壁や発生ガス温度を測定するための温度計（発生ガス温度計）に対するカーボン付着、発生ガス温度計の劣化等に起因して発生ガス温度の測定環境が変化し、測定される発生ガス温度と火落との関係性が炭化室毎に変動する場合があった。このため、炭化室毎に火落判定の正確性に差が生じたり、長期に亘って火落判定の正確性を維持することが難しいという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発生ガス温度の測定環境の変化を考慮して精度よく火落を判定し、火落判定の正確性を維持することができるコークス炉における火落判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかるコークス炉における火落判定方法は、コークス炉中の石炭の乾留終了タイミングを火落判定式に従って判定するコークス炉における火落判定方法であって、前記乾留中の炭化室内の発生ガス温度の測定値を取得する取得ステップと、前記発生ガス温度の温度安定域を設定する設定ステップと、前記温度安定域における前記測定値の平均発生ガス温度と、事前に設定される前記温度安定域における基準発生ガス温度とをもとに発生ガス温度補正項を算出し、該発生ガス温度補正項をもとに前記火落判定式を補正する補正ステップと、前記補正した火落判定式に従って前記乾留終了タイミングを判定する判定ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発生ガス温度の測定環境の変化を考慮して精度よく火落を判定し、火落判定の正確性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、炭化室の上部を示す模式図である。
【図２】図２は、火落判定装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、火落判定処理を説明する図である。
【図４】図４は、火落判定処理を説明する他の図である。
【図５】図５は、火落判定処理の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明のコークス炉における火落判定方法を実施するための形態について説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
【００１２】
図１は、本実施の形態の火落判定装置３（図２を参照）が適用されるコークス炉を構成する１つの炭化室１の上部を切り欠いて内部を示した模式図である。ここで、コークス炉は、複数の炭化室１が図示しない燃焼室と交互に連接配置されて構成され、石炭を各炭化室１に装入・充填するとともに各燃焼室に燃料ガスを供給し、各炭化室１を両側の燃焼室が発する熱によって加熱することで、各炭化室１内に装入・充填された石炭（装入炭）を乾留してコークスＣを生産する。
【００１３】
このようなコークス炉において、各炭化室１の上部には、図１に示すように、上壁を貫通して炭化室１の上部空間１１を外部と連通する貫通孔１３が形成されており、上昇管１５が連結されている。上昇管１５は、炭化室１の内部で発生したガスを収集してドライメン１７へと導くものであり、頂部がトップカバー１９によって開放可能に構成されている。そして、この上昇管１５の内部に発生ガス温度計２が設置されており、発生ガス温度を測定する。
【００１４】
ここで、炭化室１は、経年変化によって内壁面に局所的に凹凸が形成されたり、あるいは内壁面が全体的に磨耗等するため、その特性が個別に経時変化する。その他にも、稼動年数が長くなると、ガスが充満する上昇管１５の内壁や発生ガス温度計２に対してカーボンが付着したり、発生ガス温度計２自体が劣化する等の事態が生じ、これらは発生ガス温度計２による発生ガス温度の測定環境の変化を招く。
【００１５】
図２は、本実施の形態の火落判定装置３の構成例を示すブロック図である。この火落判定装置３は、例えば、プロセスコンピュータ、あるいはワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータを用いて実現され、炭化室１毎に火落判定時間を判定する処理（火落判定処理）を行う。図２に示すように、火落判定装置３は、主な機能部として、入力部３１と、出力部３３と、記録部３５と、処理部３７とを含む。この火落判定装置３は、上記した各炭化室１に対応する上昇管１５内の発生ガス温度計２の各々と接続され、この発生ガス温度計２から発生ガス温度の測定値が入力される。
【００１６】
入力部３１は、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等の入力装置によって実現されるものであり、操作入力に応じた入力信号を処理部３７に出力する。出力部３３は、ＬＣＤやＥＬディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ等の表示装置によって実現されるものであり、処理部３７から入力される表示信号をもとに各種画面を表示する。なお、出力部３３は、適宜プリンタやスピーカ等の出力装置を含む構成としてよい。
【００１７】
記録部３５は、更新記録可能なフラッシュメモリ、内蔵あるいはデータ通信端子で接続されたハードディスク、メモリカード等の情報記録媒体およびその読み書き装置等によって実現され、用途に応じた記録装置を適宜採用して用いることができる。この記録部３５には、火落判定装置３を動作させ、この火落判定装置３が備える種々の機能を実現するためのプログラムや、このプログラムの実行中に使用されるデータ等が事前に保存され、あるいは処理の都度一時的に保存される。
【００１８】
処理部３７は、ＣＰＵ等で実現され、入力部３１から入力される入力信号、記録部３５に保存されるプログラムやデータ等をもとに、火落判定装置３を構成する各部への指示やデータの転送等を行って火落判定装置３の動作を制御する。この処理部３７は、温度安定域設定部３７１と、発生ガス温度補正項算出部３７３と、火落判定部３７５とを含む。
【００１９】
以下、１つの炭化室１に注目して火落判定処理を説明する。図３は、注目対象の炭化室１に関する火落判定処理を説明する図であり、縦軸を発生ガス温度Ｔとし、横軸を石炭装入からの装入後経過時間ｔとして、注目対象の炭化室１における発生ガス温度（発生ガス温度計２の測定値）の時間推移を示している。詳細には、正常時における発生ガス温度の時間推移を実線の変化曲線Ｌ１１で示し、異常時における発生ガス温度の時間推移を一点鎖線の変化曲線Ｌ１３で示している。詳細は後述するが、本実施の形態では、上記した発生ガス温度の測定環境に変化が生じる前の初期状態で得た発生ガス温度を基準に火落判定式を補正しており、この初期状態での操業で得られた発生ガス温度の時間推移を「正常」、発生ガス温度の測定環境が初期状態から変化した後の操業で得られた発生ガス温度の時間推移を適宜「異常」と呼んでいる。いずれの場合も、炭化室１内の発生ガス温度は、乾留開始とともに急上昇する。そして、発生ガス温度は、発生ガス温度の時間推移がほぼ平坦となる装入後経過時間ｔa1から装入後経過時間ｔa2までの温度安定域Ｒ１を経て乾留終了が近づくと（乾留後期）、再度上昇した後に徐々に降下していく。ただし、変化曲線Ｌ１１と変化曲線Ｌ１３とを比べて明らかなように、発生ガス温度の測定環境が変化した場合の発生ガス温度の時間推移は、前述の傾向を保持しつつ全体として初期状態の場合よりも低温度化する。なお、図示しないが、逆に高温度化する場合もあり得る。
【００２０】
ここで、火落判定処理では、火落判定時間を判定するための火落判定式を用い、変化曲線Ｌ１１，Ｌ１３との交点における装入後経過時間ｔを火落判定時間と判定する。例えば、正常時の変化曲線Ｌ１１に対して適用される火落判定式が図３中の判定直線Ｌ２１で表されるとする。この場合、正常な変化曲線Ｌ１１が得られる操業においては、変化曲線Ｌ１１と判定直線Ｌ２１との交点Ｐ１１に対応する装入後経過時間ｔb1が火落判定時間となる。これに対し、異常な変化曲線Ｌ１３が得られる操業において同じ火落判定式を用いると、変化曲線Ｌ１３と判定直線Ｌ２１との交点Ｐ１３に対応する装入後経過時間ｔb2が火落判定時間となる。このように、発生ガス温度の測定環境が変化して発生ガス温度が低温度化あるいは高温度化すると、火落判定を適正に行えない事態が生じる。
【００２１】
そこで、本実施の形態の火落判定処理では、初期状態での操業で得た発生ガス温度を基準として用い、操業の都度、炭化室毎に火落判定式を補正する。例えば、変化曲線Ｌ１３が得られた操業時に該当する炭化室１に適用される補正した火落判定式が図３中の判定直線Ｌ２３で表されるとする。これによれば、変化曲線Ｌ１３と判定直線Ｌ２３との交点Ｐ１５に対応する装入後経過時間ｔb1を火落判定時間と判定することができ、火落判定の正確性を維持することが可能となる。
【００２２】
火落判定式は、次式（１）によって表される。次式（１）において、ｙは判定温度であり、ｔは装入後経過時間であり、ａは装入後経過時間ｔの補正係数であり、Ｘは任意の操業諸元（例えば装入した石炭量や装入した石炭中の水分量等）であり、ｆは任意の関数である。
ｙ＝ａ×ｔ＋ｆ（Ｘ）＋発生ガス温度補正項  ・・・（１）
【００２３】
発生ガス温度補正項は、石炭が炭化室１に装入された後であって火落を迎える前の温度安定域における平均発生ガス温度をもとに算出される。具体的には、発生ガス温度補正項は、次式（２）によって表され、平均発生ガス温度は、次式（３）によって表される。次式（２）において、αは発生ガス温度の補正係数である。
【数１】
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【００２４】
すなわち、平均発生ガス温度は、温度安定域内の測定周期毎の発生ガス温度計２の測定値を合計し、これを測定周期数で除算することで算出する。基準発生ガス温度は、上記した初期状態の操業で得た発生ガス温度から事前に求めた平均発生ガス温度である。すなわち、図３に示す温度安定域Ｒ１内の測定周期毎の発生ガス温度計２の測定値（図３の変化曲線Ｌ１１上の各測定周期における発生ガス温度Ｔの値）を合計し、これを測定周期数で除算して求めた値である。αについては、平均発生ガス温度と基準発生ガス温度との偏差に応じて生じる火落判定時間のずれ量を過去の操業実績等から想定することで事前に設定される。
【００２５】
また、温度安定域は、任意の時間とすることができるが、乾留中に発生ガス温度の時間推移が安定するおおよその装入後経過時間ｔの範囲は、過去の操業実績等から事前に想定できる。したがって、温度安定域は、乾留中の発生ガス温度計２の測定値を監視しつつ、前述の想定される装入後経過時間ｔの範囲を目処にその時間範囲の全域またはその時間範囲内で温度安定域を設定する。例えば、乾留開始とともに急上昇した後の発生ガス温度の時間推移が図３の変化曲線Ｌ１１，Ｌ１３のように平坦（ほぼ一定）の場合は、装入後経過時間ｔが２時間〜１２時間の時間範囲内で温度安定域を設定する。すなわち、２時間〜１２時間の全域を温度安定域としてもよいし、その一部を選んで温度安定域を設定してもよい。
【００２６】
なお、乾留後期においてそれまでの発生ガス温度計２の測定値から発生ガス温度の時間推移が平坦となる装入後経過時間ｔの範囲を特定するようにしてもよい。そして、特定した範囲の全域または一部を温度安定域として設定するようにしてもよい。
【００２７】
ただし、発生ガス温度の測定環境が変化すると、乾留開始とともに急上昇した発生ガス温度が乾留後期に再度上昇し始めるまでの発生ガス温度の時間推移は必ずしも平坦とは限らない。図４は、別の乾留中における発生ガス温度の時間推移を示す図である。図４の例では、前述の乾留後期までの間の発生ガス温度の時間推移は降下傾向にある。このような場合は、乾留後期において発生ガス温度が再度上昇し始める直前の装入後経過時間ｔの所定の時間範囲ｔc1〜ｔc2を温度安定域Ｒ２として設定するのがよい。例えば、発生ガス温度が再度上昇し始める前の例えば１時間〜４時間の装入後経過時間ｔの範囲を温度安定域として設定する。
【００２８】
なお、上記したように、発生ガス温度補正項はｆ（Ｘ）のＸの種類や関数形ｆに依存しない形で算出される。したがって、Ｘの種類や関数形ｆは特に限定されるものではないが、例えばｆ（Ｘ）は、次式（４）に示すように、石炭の装入時刻から所定時間が経過した時点での発生ガス温度、装入した石炭量、装入した石炭中の水分量等の操業諸元を用いて設定することが考えられる。
ｆ（Ｘ）＝定数１×（装入時刻後所定時間における発生ガス温度）
＋定数２×（装入した石炭量）
＋定数３×（装入した石炭中の水分量％）
＋定数４  ・・・（４）
【００２９】
図５は、火落判定処理の具体的な処理手順を示すフローチャートである。火落判定装置３は、図５に示す処理手順に従って処理を行うことでコークス炉における火落判定方法を実施する。なお、ここで説明する処理は、火落判定処理を実現するためのプログラムを記録部３５に保存しておき、処理部３７がこのプログラムを読み出して実行することで実現できる。
【００３０】
図５に示すように、火落判定処理では、処理部３７は、乾留開始とともに、発生ガス温度計２の測定値によって炭化室１内の発生ガス温度の監視を開始する（ステップＳ１；取得ステップ）。この発生ガス温度の監視は、乾留終了までの間、例えば、事前に設定される所定の測定周期毎に行う。
【００３１】
その後は、上記したように、発生ガス温度が乾留後期に再度上昇し始めるまで発生ガス温度計２の測定値の監視を続ける。そして、発生ガス温度が上昇し始めたならば、温度安定域設定部３７１が、乾留開始から現時点までの測定周期毎の発生ガス温度計２の測定値をもとに、上記した要領で温度安定域を設定する（ステップＳ３；設定ステップ）。
【００３２】
続いて、発生ガス温度補正項算出部３７３が、発生ガス温度補正項を算出して火落判定式を補正する（ステップＳ５；補正ステップ）。すなわち、発生ガス温度補正項算出部３７３は先ず、ステップＳ３で設定した温度安定域内の各制御周期における発生ガス温度計２の測定値をもとに、上記式（３）に従って平均発生ガス温度を算出する。続いて、発生ガス温度補正項算出部３７３は、上記式（２）に従い、算出した平均発生ガス温度と事前に求められる基準発生ガス温度との差をもとに発生ガス温度補正項を算出する。そして、発生ガス温度補正項算出部３７３は、上記式（１）に従って火落判定式を補正する。
【００３３】
その後は、火落判定部３７５が、ステップＳ５で補正した火落判定式に従い、引き続き測定周期毎に監視される発生ガス温度から火落判定時間に到達したか否かを判定する（判定ステップ）。そして、火落判定部３７５は、火落判定時間に到達した時点で（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、火落と判定する（ステップＳ９）。
【００３４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、発生ガス温度の測定環境が変化する前の初期状態において測定した発生ガス温度の時間推移をもとにその温度安定域の平均発生ガス温度を基準発生ガス温度として事前に求めておく。そして、乾留中の発生ガス温度計２の測定値を監視しながら温度安定域を設定して平均発生ガス温度を算出し、基準発生ガス温度との差をもとに火落判定式を補正することができる。したがって、個々の炭化室の特性変化、上昇管の内壁や発生ガス温度計２に対するカーボン付着、発生ガス温度計２の劣化等に起因して発生ガス温度の測定環境が変化した場合であっても、これに起因する温度安定域の発生ガス温度のばらつきを考慮して火落判定式を補正することができる。これによれば、発生ガス温度の測定環境の変化を考慮して精度よく火落を判定し、火落判定の正確性を維持することができる。また、この結果、乾留熱量の無駄な消費を低減できる。
【００３５】
なお、上記した実施の形態で説明した初期状態とは、建設当初のコークス炉の状態のみを意味するものではない。すなわち、一旦発生ガス温度の測定環境に変化が生じた場合であっても、その状態で基準発生ガス温度を改めて求めて更新した場合には、その状態が初期状態となる。すなわち、初期状態とは、発生ガス温度補正項を算出するのに用いる基準発生ガス温度を求めたときのコークス炉内の状態をいう。
【符号の説明】
【００３６】
１      炭化室
１５      上昇管
２      発生ガス温度計
３      火落判定装置
３１      入力部
３３      出力部
３５      記録部
３７      処理部
３７１      温度安定域設定部
３７３      発生ガス温度補正項算出部
３７５      火落判定部
Ｃ      コークス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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