(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
間接加熱式乾燥炉の入口前で測定した原料炭の水分値を、原料炭の温度、処理量、該乾燥炉出口での乾燥炭の温度と共に演算器に入力して該原料炭の乾燥目標水分値にするための熱量を演算し、該乾燥炉への投入蒸気圧力を制御するコークス原料炭の水分制御方法において、
上記投入蒸気圧力値を、乾燥炭の付着水分を乾燥炭付着水分目標値と比較し、フィードバック制御で補正すると共に、該フィードバック制御の出力をファジイ制御し、プロセスの状態に応じ補正することを特徴とするコークス原料炭の水分制御方法。
【請求項２】
上記ファジイ制御を、入力信号として前記フィードバック制御の投入蒸気圧力値、乾燥炭実績付着水分の目標付着水分値との偏差、その偏差の変化率、前記蒸気圧力演算値とフィードバック制御の蒸気圧力値との偏差、この偏差の変化率、蒸気圧力演算値、蒸気圧力演算値の変化量、湿炭水分、石炭処理量の変化量及び湿炭水分の加重平均値を用い、
間接加熱式乾燥炉入側の水分変動や処理量変化時には、前記蒸気圧力演算値の変化量の要素をフィードフォアード的要素としてフィードバック制御出力結果に加えて速応性及び制御精度の向上や、水分計不調時に生じるＰＩＤのみでの加熱蒸気圧力の暴走防止を図り、付着水分偏差が水分計の定常変動範囲であれば、該フィードバック制御の出力を小さく補正して、付着水分の定常時の安定性を高めることを特徴とする請求項１記載のコークス原料炭の水分制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス原料炭（以下、原料炭という）の水分を調整する所謂調質炭装置（ＣＭＣ：Ｃｏａｌ  Ｍｏｉｓｔｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ，以下ＣＭＣ設備という）の操業方法に関し、詳しくは、コークス炉へ装入する原料炭を間接加熱方式の乾燥機に装入し、該原料炭の水分を適正値に制御する技術に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
現在実施されているＣＭＣ設備での原料炭の水分制御方法の一例を図２に示す。それは、間接加熱式乾燥機１の入側前に配置した原料炭ホッパ２の出側で該原料炭の水分を赤外線水分計で連続的に測定している。一方、該原料炭の一部を一定の頻度でサンプリングし、その水分（湿炭水分）をＪＩＳ法で測定し、赤外線水分計の測定値との相関分析を行い、赤外線水分計の値を補正することで、連続水分値として使用し、その値を原料炭の温度や処理量、該乾燥機１出側での乾燥済みの原料炭（以下、乾燥炭という）の温度と一緒に演算器に入力し、該乾燥炭水分を目標水分値にするための投入熱量を熱収支に基づき演算し、該乾燥機１への投入蒸気圧力を制御するものである。この方法では、乾燥機１出側で乾燥炭の水分は測定されているが、その測定値は、水分制御にフィードバックして用いられておらず、操業期間を通しての水分変動の傾向を監視するためにのみ利用されている。
【０００３】
一方、特開昭５３−４９３６６号公報は、ＣＭＣ設備ではないが、「コークス原料炭の乾燥粉砕機の入側に原料炭秤量器と水分測定器とを設け、これらの測定値から乾燥粉砕機への入熱量を演算する演算装置を設け、さらに前記乾燥粉砕機出側での水分測定値を該入熱演算装置へフィードバックして前記入熱量の補正を行う方法を開示している。また、石炭の水分測定方法としては、特開昭５４−２１９０号公報に、比較的良好な自動測定技術が開示されている。
【０００４】
しかしながら、上記水分制御方法は、乾燥後の原料炭目標水分値をある程度の精度で達成できるが、技術の発達した今日、操業者が満足するには今一歩の成績であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情を鑑み、コークス原料炭の調質装置における制御精度が非常に高い原料炭の水分制御方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため従来技術を見直し、原料炭の水分含有形態がその制御精度を高めることの障害になっていることに気がついた。つまり、原料炭の水分は、図３に示すように、原料炭４内部の微細気孔５に吸収されている所謂包蔵水分と、石炭表面に付着し、粉体凝集に影響する付着水分６とからなる。発明者が原料炭ホッパ２で従来ＪＩＳ法及び赤外線水分計値との相関補正をしていた原料炭４の水分は、これら両方の水分を含む全水分であった。しかしながら、発明者の研究によれば、図４に示すように、コークス強度に影響を与える原料炭４のコークス炉内での嵩密度には、付着水分管理が重要であり、全水分管理では好ましい結果にならないことがわかった。さらに、水分を赤外線水分計で測定すれば、前記付着水分が得られることも明らかになった。
【０００７】
そこで、発明者は、この付着水分の利用に着眼すると共に、フィードバック制御及びファジイ制御を鋭意導入し、コークス原料炭水分の安定制御を完成させたのである。すなわち、本発明は、間接加熱式乾燥炉の入口前で測定した原料炭の水分値を、原料炭の温度、処理量、該乾燥炉出口での乾燥炭の温度と共に演算器に入力して該原料炭の乾燥目標水分値にするための熱量を演算し、該乾燥炉への投入蒸気圧力を制御するコークス原料炭の水分制御方法において、上記投入蒸気圧力値を、乾燥炭の付着水分を乾燥炭付着水分目標値と比較し、フィードバック制御で補正すると共に、該フィードバック制御の出力をファジイ制御し、プロセスの状態に応じ補正することを特徴とするコークス原料炭の水分制御方法である。また、本発明は、上記ファジイ制御を、入力信号として前記フィードバック制御の投入蒸気圧力値、乾燥炭実績付着水分の目標付着水分値との偏差、その偏差の変化率、前記蒸気圧力演算値とフィードバック制御の蒸気圧力値との偏差、この偏差の変化率、蒸気圧力演算値、蒸気圧力演算値の変化量、湿炭水分、石炭処理量の変化量、及び原料炭包蔵水分の加重平均値を用い、間接加熱式乾燥炉入側の水分変動や処理量変化時には、前記蒸気圧力演算値の変化量の要素をフィードフォアード的要素としてフィードバック制御出力結果に加えて速応性及び制御精度の向上や、水分計不調時に生じるＰＩＤのみでの加熱蒸気圧力の暴走防止を図り、付着水分偏差が水分計の定常変動範囲であれば、該フィードバック制御の出力を小さく補正して、付着水分の定常時の安定性を高めることを特徴とする請求項１記載のコークス原料炭の水分制御方法である。
【０００８】
本発明では、コークス原料炭の所謂ＣＭＣ設備での調質を、上記のように行ったので、乾燥炭としての目標水分が従来に比べ精度良く達成されるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
従来、コークス原料炭のＣＭＣ設備での水分制御は、図５に示すように、「むだ時間」や「時定数」が大きく、そのままでは、乾燥炭の実績水分値を投入熱量の算出にフィードバックさせても、制御系のゲインを短くできず、良い水分制御ができないと考えられる。そこで、１つ目の本発明としては、前記した従来から行っている制御系に、乾燥炭の付着水分値をフィードバックさせると共に、「むだ時間」の解消を公知の所謂サンプリングＰＩＤ法、あるいはスミス補償等の方法で行うようにした。本発明で用いたサンプリングＰＩＤ法は、ある操作を行ってから、その結果が現われるまで待って次の操作を行うものであり、ＰＩＤ調節計のゲインが適切であれば、１回のサンプリングで旨くいく。
【００１０】
しかしながら、該サンプリングＰＩＤ法は、実際のプロセスにおいて処理量特性が変化する場合には、１回のサンプリングでは駄目でパラメータによっては、水分値が振動する又は数回のサンプリングを繰返して施すなど、制御性に悪影響を与えることもある。そこで、２つ目の本発明として、その影響を除くため、前記ＰＩＤ調節計の出側にファジイ制御機能を付加して、該フィードバック制御の出力を補正し、制御の精度向上と速応性の確保を図るようにした。
【００１１】
従って、上記本発明に係る制御系は、図１に示すように構成される。図１では、記号Ａで示す部分が従来からある制御系であり、記号Ｂで示す部分が新に付与したものである。
次に、本発明でのファジイ制御は、以下に述べる考え方に基づいて形成した。すなわち、ファジイ制御部への入力信号は、図６示した各値を用いる。そして、それらの値は、以下のようなＰＩＤ制御の加熱蒸気圧力値に補正量をファジイ制御の演算で加えるように処理したものである。
（１）加熱蒸気ＳＶ演算結果のフィードフォアード的要素のＰＩＤ出力値への付加
・入側水分変動、処理量変化時におけるＳＶ演算結果変化量をフィードフォアード的要素としてフィードバック制御結果に加える。
【００１２】
⇒外乱発生時の早期整定
（２）ギャップゲインＰＩＤ的な機能の付加（偏差が小さい範囲では制御を効かさない）
・水分計の定常的な変動範囲では、ゲインを小さくする。
（３）水分計不調時等に生じるＰＩＤのみでの加熱蒸気圧力の暴走防止を次の信号から判断させる。
【００１３】
・加熱蒸気圧力演算値とＰＩＤ制御の加熱蒸気圧力値との偏差
・ＰＩＤ制御の加熱蒸気圧力値と処理条件（処理量、入側水分等）
・サンプリング制御周期毎の圧力変化量に対する水分変化量の判断
なお、かかる処理を具体的に行うためには、従来からの経験を所謂メンバシップ関数として利用すれば良い。ただし、該メンバシップ関数は、ファジイ制御のロジック内容によって異なるし、当業者であれば容易に作成可能なので、ここでは省略する。
【００１４】
本発明を、赤外線水分計を設けた実際のＣＭＣ設備に適用し、その水分制御状況を図７に示す。従来法による前記図５の結果と比較すれば、本発明の適用によりコークス原料炭の水分制御が精度良く行われることが明らかである。また、従来は目標水分値への収束に３０分要していたが、本発明によれば約１０分に短縮され、「むだ時間」の解消も達成された。水分ばらつきの低減程度を標準偏差σで示すと、従来０．２〜０．３％であったものが、０．１％になった。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、コーク原料炭のＣＭＣ設備での水分制御性及び速応性が大幅に改良された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコークス原料炭の水分制御方法の概要を示す図である。
【図２】従来から存在するコークス原料炭の水分制御方法の概要を示す図である。
【図３】原料炭の水分含有形態を示す図である。
【図４】原料炭層の嵩密度と水分との関係を示す図であり、（ａ）は全水分、（ｂ）は付着水分との関係である。
【図５】従来法による水分制御の状況を示す図である。
【図６】ファジイ制御部への入力信号と出力とを説明する図である。
【図７】本発明による水分制御の状況を示す図である。
【符号の説明】
１    間接加熱式乾燥機
２    原料炭ホッパ
３    ベルト・コンベア
４    コークス原料炭（原料炭）
５    微細気孔
６    付着水分
７    赤外線水分計
【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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【図６】
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【図７】
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