(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形コークス製造設備における竪型乾留炉の炉内高さ方向の温度分布を、固体のガス化に関する物質収支と、ガスと固体間の熱交換、ガスと設備周辺大気の熱交換および反応熱に関する熱収支とからなる物理モデルに基づいて推定する炉内温度分布の推定方法において、
温度センサにより前記成形コークス製造設備の炉内高さ方向の特定位置の温度情報を取得する測定ステップと、
前記物理モデルにおけるパラメータであるガス固体間熱交換係数および固体比熱を変化させて温度分布を算出することにより、該温度分布をメンバとする母集団を作成する母集団作成ステップと、
前記母集団作成ステップにより作成された温度分布をメンバとする母集団に対して主成分分析を行い主成分ベクトルを算出する主成分分析ステップと、
前記主成分分析ステップにより算出された主成分ベクトルの各々に対して係数を定め、該各係数と前記主成分ベクトルとを各々乗じて加算する線形結合により得られる補正項を、前記物理モデルに基づいて推定された温度分布に加算して補正後の温度分布を算出することにより、前記物理モデルに基づいて推定された温度分布における前記特定位置に対応する位置の温度と前記測定ステップにより取得した前記特定位置の温度情報との誤差を補正する補正ステップと
を含むことを特徴とする炉内温度分布の推定方法。
【請求項２】
前記補正ステップは、前記補正項を前記物理モデルに基づいて推定された温度分布に加えた計算補正値を算出し、該計算補正値と前記測定ステップにより取得した前記特定位置の温度情報との誤差が最小となるように、前記各係数を決定することを特徴とする請求項１記載の炉内温度分布の推定方法。
【請求項３】
前記母集団作成ステップは、物理モデルにおけるガス固体間熱交換係数および固体比熱を変化させて温度分布を算出することにより温度分布をメンバとする母集団を作成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の炉内温度分布の推定方法。
【請求項４】
成形コークス製造設備における竪型乾留炉の炉内高さ方向の温度分布を、固体のガス化に関する物質収支と、ガスと固体間の熱交換、ガスと設備周辺大気の熱交換および反応熱に関する熱収支とからなる物理モデルに基づいて推定する炉内温度分布の推定装置において、
温度センサにより前記成形コークス製造設備の炉内高さ方向の特定位置の温度情報を取得する測定手段と、
前記物理モデルにおけるパラメータであるガス固体間熱交換係数および固体比熱を変化させて温度分布を算出することにより、該温度分布をメンバとする母集団を作成する母集団作成手段と、
前記母集団作成手段により作成された温度分布をメンバとする母集団に対して主成分分析を行い主成分ベクトルを算出する主成分分析手段と、
前記主成分分析手段により算出された主成分ベクトルの各々に対して係数を定め、該各係数と前記主成分ベクトルとを各々乗じて加算する線形結合により得られる補正項を、前記物理モデルに基づいて推定された温度分布に加算して補正後の温度分布を算出することにより、前記物理モデルに基づいて推定された温度分布における前記特定位置に対応する位置の温度と前記測定手段により取得した前記特定位置の温度情報との誤差を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする炉内温度分布の推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェロコークスに代表される成形コークスを生産する成形コークス製造設備における炉内温度分布の推定方法および推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭材（石炭）と鉄鉱石とを混合して成形した成形物を乾留することによって製造されるフェロコークスは、還元された鉄鉱石の触媒効果によってフェロコークス中のコークスのＣＯ２反応性を高めることができ、それに伴う熱保存帯温度の低下によって還元材比を低下させることができる。このようなフェロコークスを製造する技術として、石炭と鉄鉱石の成形物を竪型の乾留炉にて乾留する方法が知られている。
【０００３】
上記のような、フェロコークスに代表される成形コークスを生産する成形コークス製造設備は、竪型の乾留炉の炉頂から練成および成形された未乾留の成形炭を装入し、予熱過程、乾留過程、および冷却過程を経て炉底から成形コークスが排出される構成を有する。この成形コークス製造設備の予熱過程、乾留過程、および冷却過程における成形炭の温度履歴は、成形炭の品質に大きな影響を与えるので、炉の高さ方向の温度分布が適正に制御された状態に保たれることが重要である。
【０００４】
例えば、特許文献１には、冷却過程に用いた冷却ガスを予熱過程に用いる低温ガスとして利用しながら、竪型の乾留炉の炉内温度分布を適正に制御するフェロコークスの製造方法および製造設備が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０５７９７０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、上述のような成形コークス製造設備では、設置可能な温度センサの数は限られているので、温度センサが設置されていない部分の炉内温度が不明となる。その結果、炉内温度分布を適正に制御する手段があっても、乾留炉の高さ方向の温度分布の制約に正確に適応した制御をすることができなかった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、限られた個数の温度センサによる温度測定から全体の炉内温度分布を推定する炉内温度分布の推定方法および推定装置を提供することにある。
【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に、本発明の炉内温度分布の推定方法は、成形コークス製造設備の炉内高さ方向の温度分布を物理モデルに基づいて推定する炉内温度分布の推定方法において、温度センサにより前記成形コークス製造設備の炉内高さ方向の特定位置の温度情報を取得する測定ステップと、前記物理モデルにおけるパラメータを変化させて温度分布を算出することにより、該温度分布をメンバとする母集団を作成する母集団作成ステップと、前記母集団作成ステップにより作成された温度分布をメンバとする母集団に対して主成分分析を行い主成分ベクトルを算出する主成分分析ステップと、前記主成分分析ステップにより算出された主成分ベクトルの線形結合により、前記物理モデルに基づいて推定された温度分布と前記測定ステップにより取得した前記特定位置の温度情報との誤差を補正する補正ステップとを含むことを特徴とする。
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の炉内温度分布の推定装置は、成形コークス製造設備の炉内高さ方向の温度分布を物理モデルに基づいて推定する炉内温度分布の推定装置において、温度センサにより前記成形コークス製造設備の炉内高さ方向の特定位置の温度情報を取得する測定手段と、前記物理モデルにおけるパラメータを変化させて温度分布を算出することにより、該温度分布をメンバとする母集団を作成する母集団作成手段と、前記母集団作成手段により作成された温度分布をメンバとする母集団に対して主成分分析を行い主成分ベクトルを算出する主成分分析手段と、前記主成分分析手段により算出された主成分ベクトルの線形結合により、前記物理モデルに基づいて推定された温度分布と前記測定手段により取得した前記特定位置の温度情報との誤差を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る炉内温度分布の推定方法および推定装置は、限られた個数の温度センサによる温度測定から全体の炉内温度分布を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法を適用する成形コークス製造設備の構成を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法における基礎とした物理モデルによる温度分布の補正の方法を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化の説明に用いる竪型乾留炉の羽口と温度分布の関係を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化の説明に用いる温度センサの設置位置の例を示すグラフである。
【図５】図５は、第一主成分から第三主成分に対応するガスの温度分布の変化量およびガスの温度分布の変化量の例を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の実施形態である炉内温度分布の推定方法を実現する炉内温度分布の推定装置の構成例を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態である炉内温度分布の推定方法を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化を適用した場合のガスおよび固体の温度分布の推定状況を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化を適用した場合としない場合とで、真の温度分布からの乖離度を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法および推定装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
〔成形コークス製造設備〕
図１は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法を適用する成形コークス製造設備の構成を示す概略図である。図１に示されるように、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法を適用する成形コークス製造設備１は、成形炭を乾留して成形コークスを生産する竪型乾留炉２を主要構成要素として備え、さらにこの竪型乾留炉２に付随するその他の構成要素を備える。
【００１４】
竪型乾留炉２は、竪型乾留炉２の炉頂から順に低温乾留ゾーンと高温乾留ゾーンと冷却ゾーンとに分離され、低温乾留ゾーンと高温乾留ゾーンとにより成形炭を乾留し、冷却ゾーンで乾留された成形コークスの冷却を行なう。低温乾留ゾーンと高温乾留ゾーンとの間には、低温ガス吹き込み羽口３ａが設けられ、低温ガス吹き込み羽口３ａから低温ガスを吹き込むことにより、低温乾留ゾーンと高温乾留ゾーンとが分離される。高温乾留ゾーンと冷却ゾーンとの間には、高温ガス吹き込み羽口３ｂ、３ｄが設けられ、高温ガス吹き込み羽口３ｂ、３ｄから高温ガスを吹き込むことにより、高温乾留ゾーンと冷却ゾーンとが分離される。
【００１５】
冷却ゾーンには、冷却ガス吹き込み羽口３ｃが設けられ、冷却ガス吹き込み羽口３ｃから吹き込まれた冷却ガスにより、竪型乾留炉２に冷却ゾーンが作られる。
【００１６】
竪型乾留炉２の炉頂には、炉内ガスを排出するための炉内ガス排出口４が設けられている。炉内ガス排出口４に接続される排出ガス配管には、第１ガス冷却装置としてのスプレータワー５と第２ガス冷却装置としてのガスクーラー６と炉内ガス中の塵（主にタールミスト）を除去する電気集塵機７が接続されている。これらスプレータワー５、ガスクーラー６、および電気集塵機７を経由した炉内ガスは、発生ガスとして回収され、精製および脱硫後に燃料として使用される。さらに、回収された発生ガスの一部は、竪型乾留炉２に吹き込まれる低温ガス、高温ガス、および冷却ガスに再利用される。なお、炉内ガス中の液体成分は、スプレータワー５およびガスクーラー６にて回収され、安水とタールに分離されて安水用タンク８ａおよびタール用タンク８ｂに保管される。
【００１７】
上述のように回収された発生ガスの一部は、竪型乾留炉２に吹き込まれる低温ガス、高温ガス、および冷却ガスに再利用される。高温ガス加熱炉９により加熱された発生ガスは、高温ガス吹き込み羽口３ｂ、３ｄに導かれ、高温ガス吹き込み羽口３ｂ、３ｄから竪型乾留炉２に吹き込まれる。また、低温ガス加熱炉１０により加熱された発生ガスは、低温ガス吹き込み羽口３ａに導かれ、低温ガス吹き込み羽口３ａから竪型乾留炉２に吹き込まれる。さらに、回収された発生ガスの一部は、加熱することなく冷却ガス吹き込み羽口３ｃに導かれ、冷却ガス吹き込み羽口３ｃから竪型乾留炉２に吹き込まれる。
【００１８】
さらに、竪型乾留炉２の炉頂付近には、成型炭の装入口１２が設けられ、竪型乾留炉２の炉底には、成形コークスを切り出す排出口１３が設けられている。竪型乾留炉２にて乾留される成型炭は、装入口１２から装入されて竪型乾留炉２の内部に充填され、排出口１３から乾留された成形コークスが一定の速度で切り出されることにより、成型炭が竪型乾留炉２に所定時間の在炉をする。
【００１９】
〔炉内温度分布の物理モデル〕
本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法を適用する成形コークス製造設備１の竪型乾留炉２における炉内温度分布の物理モデルの例の一つとして、物質収支および熱収支から成る物理モデルを用いて本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法を説明する。
【００２０】
本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法に用いる物質収支は、下記式（１）（２）にあるように、固体の一部がガス化するという物理モデルである。
【数１】
0005900027.tif 000002
【００２１】
一方、熱収支については、下記式（３）（４）にあるように、ガスと固体間の熱交換、ガスと設備周辺大気の熱交換、および反応熱から構成される。
【数２】
0005900027.tif 000003
【００２２】
これを適当な方法（たとえば、スハス  Ｖ．パタンカー著「コンピュータによる熱移動と流れの数値解析」（森北出版））で離散化したものが下記式（５）である。なお、下記式（５）を求めるに際し、完全陰解法による離散化を行っている。
【数３】
0005900027.tif 000004
【００２３】
Ｔs(ｋ)、Ｔg(ｋ)は、それぞれ、タイムステップｋにおける竪型乾留炉２の高さ方向における固体およびガスの温度分布を表すベクトル量である。要素数は離散化のメッシュ数に対応する。なお以下で用いる実施例では、このメッシュ数を１２０個とした。また、ｕ（ｋ）は、操作量を意味し、本モデルでは各羽口から竪型乾留炉２に吹き込まれるガスの温度である。なお、上記式（１）〜（５）において使用した記号は以下を意味する。
【数４】
0005900027.tif 000005
【００２４】
〔モデルの同化〕
本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法は、例えば上記炉内温度分布の物理モデルを基礎として、この物理モデルとは異なる条件にて仮想の真値シミュレーションを行う。そして、この仮想の真値シミュレーションの部分的な情報を用いて、基礎とした物理モデルによる温度分布を補正する。図２は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法における基礎とした物理モデルによる温度分布の補正の方法を示すブロック図である。また、以下の説明では、この基礎とした物理モデルによる温度分布を補正することを、データとモデルとを同化させるという意味で「データ同化」と呼ぶ。
【００２５】
以下、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化の説明では、竪型乾留炉２を４つに区分けし、この竪型乾留炉２に６箇所の温度センサが設けられている例が用いられる。図３は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化の説明に用いる竪型乾留炉２の４つ区分を示す図である。ここで云う４つの区分とは、図３（または図１）に示した各羽口間（低温ガス吹き込み羽口３ａ、高温ガス吹き込み羽口３ｂ、３ｄ、冷却ガス吹き込み羽口３ｃ）のゾーンのことであり、下からゾーン１〜４と名付ける。そして、この各ゾーン１〜４におけるガス固体間熱交換係数をα１、α２、α３、α４とし、固体比熱をＣｓ１、Ｃｓ２、Ｃｓ３、Ｃｓ４とする。なお、各ゾーン１〜４を区別せず、竪型乾留炉２の全体のガス固体間熱交換係数はαであり、固体比熱はＣｓである。
【００２６】
図４は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化の説明に用いる温度センサの設置位置の例を示すグラフである。すなわち、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化の説明では、６箇所の温度センサが、図４における丸印の位置に設けられているものとする。つまり、以下の説明では、図４における丸印の位置の温度のみが測定可能であると仮定において、データ同化を行う。
【００２７】
本データ同化の例では、主成分分析を用いる。したがって、主成分分析を行うための母集団となるデータを用意する。このデータを用意するために、標準的な操業条件下で、物理モデルをガス固体間熱交換係数αおよび固体比熱Ｃｓ４を変化させた場合の温度分布の経時変化のデータを作成する。本データ同化の例に用いるデータの母集団では、ガス固体間熱交換係数αを元の数値の０．７倍から１．３倍に変化させ、固体比熱Ｃｓ４を元の数値の０．８倍から１．２倍に変化させた。なお、本データ同化の例に用いる温度分布のデータをメンバとする母集団では、最下部のゾーンにおける固体比熱Ｃｓ４のみを変化させている。その理由は、最下部のゾーンにおける固体とは、乾留後のコークスであり、その比熱は、乾留度によってばらつきが大きいことが予想されるからである。
【００２８】
上記パラメータのガス固体間熱交換係数αおよび固体比熱Ｃｓ４を異なる周期で正弦波的に経時変化させた場合において、シミュレーションを１０００ステップ行い、それぞれの位置でのガスおよび固体の温度分布を記録したデータ行列Ｘを生成する。このデータ行列Ｘの行数はタイムステップ数（つまり１０００）であり、列数は、ガスおよび固体の温度分布を含むので、シミュレーションのメッシュ数Ｎの２倍である。
【００２９】
上記のように作成したデータ行列Ｘに対して主成分分析を施す。具体的に本データ同化の例では、このデータ行列の共分散行列Ｘ’＊Ｘの固有値ベクトルを大きな固有値から順番に３つ選択する。この選択された固有ベクトルは、上記のように物理パラメータを変動させた際の、ガスおよび固体の温度分布の変化を説明する因子として適しているので、この選択された３つの固有ベクトルをａ１、ａ２、ａ３と定義する。なお、このベクトルａ１、ａ２、ａ３の要素数は、ガスの温度分布の変化量および固体の温度分布の変化量に対応する要素を縦に並べたベクトルとなるので、物理モデルにおけるメッシュ数Ｎの２倍に等しくなる。図５は、第一主成分から第三主成分に対応するガスの温度分布の変化量およびガスの温度分布の変化量の例を示すグラフである。
【００３０】
次に、上記のように定義されたａ１、ａ２、ａ３の線形結合によって、観測値とシミュレーションの値との誤差を補正することを考える。
【００３１】
推定の対象である、竪型乾留炉２内の真のガスおよび固体の温度分布を、上記と同様にメッシュ数の２倍の要素数の縦ベクトルとしてｘｔｒとする。一方、物理モデルによるシミュレーションの結果のガスおよび固体の温度分布を、同様にメッシュ数の２倍の要素数の縦ベクトルとしてｘｓｉｍとする。また、ガスおよび固体の温度分布の中で、どこの温度を観察できるかを表す行列をＣとする。すなわち、行列Ｃは、温度センサの個数を行数とし、メッシュ数の２倍である２Ｎを列数とする行列であり、行列Ｃの要素のうち、ｉ番目の温度センサが位置ｊの温度を測定するときＣ［ｉ］［ｊ］＝１とし、それ以外の要素をゼロとする。
【００３２】
上記のように定義した場合、温度センサにより測定された温度分布をｙｏｂｓとし、この温度センサの位置における物理モデルによるシミュレーションの結果のガスおよび固体の温度分布をｙｓｉｍとすると、下式が成り立つ。
【数５】
0005900027.tif 000006
【００３３】
以下、このｙｏｂｓとｙｓｉｍとの誤差を、ａ１、ａ２、ａ３の線形結合によって補正する方法を説明する。
【００３４】
ａ１、ａ２、ａ３の線形結合における各項の係数をｗ１、ｗ２、ｗ３とし、物理モデルによるシミュレーションの結果のガスおよび固体の温度分布ｘｓｉｍに補正項として加え、行列Ｃを掛けたものを計算補正値とｙａする。すると、この計算補正値とｙａは、下式で表される。ただし、下式においてＡは、ａ１、ａ２、ａ３を横に並べて行列表記したものであり、ｗは、ｗ１、ｗ２、ｗ３を縦に並べてベクトル表記したものである。
【数６】
0005900027.tif 000007
【００３５】
上記計算補正値ｙａと温度センサにより測定された温度分布ｙｏｂｓとの差が最小になるような係数ｗ１、ｗ２、ｗ３を、最小二乗法で求める。そして物理モデルによるシミュレーションの結果のガスおよび固体の温度分布ｘｓｉｍに補正項として加えることにより、データ同化後の温度分布ｘａを算出する。下式は、この計算を数式で表現したものである。
【数７】
0005900027.tif 000008
【００３６】
上記計算から解るように、データ同化後の温度分布ｘａは、物理モデルによるシミュレーションの結果のガスおよび固体の温度分布ｘｓｉｍと、３つの固有ベクトルａ１、ａ２、ａ３と、ガスおよび固体の温度分布の中で、どこの温度を観察できるかを表す行列Ｃと、温度センサにより測定された温度分布ｙｏｂｓとを用いて計算される。すなわち、上記計算に基づけば、限られた温度センサによる温度測定から、物理モデルによる全体の炉内温度分布の補正をすることができることが示された。
【００３７】
〔炉内温度分布の推定装置〕
図６は、上記説明したデータ同化による炉内温度分布の推定方法を実現する炉内温度分布の推定装置の構成例を示すブロック図である。ただし、本発明の実施は以下に説明する構成の推定装置限るものではない。
【００３８】
図６に示すように、本発明の実施形態である炉内温度分布の推定方法を実現する炉内温度分布の推定装置１００は、情報処理装置１０１、入力装置１０２、および出力装置１０３を主な構成要素として備え、成形コークス製造設備１から取得される炉内高さ方向の特定位置の温度情報を用いて、炉内高さ方向の全体の炉内温度分布の推定する。
【００３９】
情報処理装置１０１は、パーソナルコンピュータやワークステーション等の汎用の情報処理装置によって構成されることができ、ＲＡＭ１１１、ＲＯＭ１１２、およびＣＰＵ１１３を備える。ＲＡＭ１１１は、ＣＰＵ１１３が実行する処理に関する制御プログラムや制御データを一時的に記憶し、ＣＰＵ１１３のワーキングエリアとして機能する。ＲＯＭ１１２は、本発明の実施形態である炉内温度分布の推定方法を実現する推定プログラム１１２ａと情報処理装置１０１全体の動作を制御する制御プログラムと制御データとを記憶している。ＣＰＵ１１３は、ＲＯＭ１１２内に記憶されている推定プログラム１１２ａおよび制御プログラムに従って情報処理装置１０１全体の動作を制御する。入力装置１０２は、キーボード、マウスポインタ、テンキー等の入力装置によって構成され、情報処理装置１０１に対して各種情報を入力する際に操作される。出力装置１０３は、表示装置や印刷装置等の出力装置によって構成され、情報処理装置１０１の各種処理情報を出力する。
【００４０】
ＲＯＭ１１２内に記憶されている推定プログラム１１２ａは、上述の本発明の実施形態である炉内温度分布の推定方法を情報処理装置１０１に実行させるよう構成された一連の指令であり、推定プログラム１１２ａによる指令に従った炉内温度分布の推定装置１００は、成形コークス製造設備１から取得される炉内高さ方向の特定位置の温度情報を用いて、炉内高さ方向の全体の炉内温度分布の推定する。
【００４１】
〔炉内温度分布の推定方法〕
図７は、本発明の実施形態である炉内温度分布の推定方法を示すフローチャートである。以下では、上記説明した炉内温度分布の推定方法を実現する炉内温度分布の推定装置の構成例を示すブロック図を参照しながら本発明の実施形態である炉内温度分布の推定方法を説明するが、本発明の炉内温度分布の推定方法の実施が、この炉内温度分布の推定装置により限定されるものではない。
図７は、本発明の実施形態である炉内温度分布の推定方法を示すフローチャートである。図７に示されるように、本発明の実施形態である炉内温度分布の推定方法は、情報処理装置１０１が、成形コークス製造設備１に設けられた温度センサより成形コークス製造設備１の炉内高さ方向の特定位置の温度情報を取得することから始まる（ステップＳ１）。
【００４２】
次に、情報処理装置１０１が、物理モデルにおけるパラメータを変化させて温度分布を算出することによりデータの母集団を作成する（ステップＳ２）。例えば、情報処理装置１０１は、上記式（１）〜（４）に記載の物理モデルのパラメータであるガス固体間熱交換係数および固体比熱を変化させて温度分布を算出することによりデータの母集団を作成することができる。
【００４３】
一方、情報処理装置１０１は、ステップＳ２により作成されたデータの母集団に対して主成分分析が行う（ステップＳ３）。例えばこの主成分分析では、第一主成分から第三主成分に対応するガスの温度分布の変化量およびガスの温度分布の変化量を示す３つのベクトルを選択される。
【００４４】
最終的に、情報処理装置１０１は、ステップＳ３により算出された主成分ベクトルの線形結合により、物理モデルに基づいて推定された温度分布とステップＳ１により取得した特定位置の温度情報との誤差が補正する（ステップＳ４）。この補正の方法は、上記式（６）のように、ステップＳ３により算出した主成分ベクトルの線型結合により、推定された温度分布と特定位置の温度情報との誤差に対する補正項を表現し、上記式（７）に記載の計算により、データ同化後の温度分布ｘａを算出することにより行う。
【００４５】
〔シミュレーション〕
次に、本発明の本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化の効果を検証するためのシミュレーションについて述べる。以下で説明するシミュレーションでは、真値シミュレーションとして、ｔ＝１００においてガス大気間熱交換係数を０．７倍し、ｔ＝２００において固体比熱を０．８倍する例を想定した（時刻ｔはタイムステップ数であり、本シミュレーションでは１ステップ２０分としている）。一方、物理モデルについては元の値のままである。当然、このシミュレーション条件では、補正をしなければ真値の温度分布と物理モデルによる温度分布との間には乖離が生じる。
【００４６】
図８は、上記説明した本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化を適用した場合のガスおよび固体の温度分布の推定状況を示すグラフである。図８において、点線は本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化を適用した場合のガスおよび固体の温度分布を示し、破線はデータ同化を適用しない場合のガスおよび固体の温度分布を示し、実線は真値シミュレーションによるガスおよび固体の温度分布を示している。図８により、データ同化を適用しない場合よりも、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化を適用した場合の方が、真値に近い温度分布になっていることが解る。
【００４７】
また、図９は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化を適用した場合としない場合とで、真の温度分布からの乖離度（ガスおよび固体温度の平均推定誤差）を比較したグラフである。図９に示されるように、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化を適用した場合の方が、適用しない場合に比較して、真値の温度分布の経時的変化に対してより正確に追従した推定を行えることが解る。
【００４８】
以上より、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法は、温度センサにより前記成形コークス製造設備１の炉内高さ方向の特定位置の温度情報を取得する測定ステップと、物理モデルにおけるパラメータを変化させて温度分布を算出することにより、これらの温度分布をメンバとする母集団を作成する母集団作成ステップと、母集団作成ステップにより作成された温度分布をメンバとする母集団に対して主成分分析を行い主成分ベクトルを算出する主成分分析ステップと、主成分分析ステップにより算出された主成分ベクトルの線形結合により、物理モデルに基づいて推定された温度分布と測定ステップにより取得した特定位置の温度情報との誤差を補正する補正ステップとを含むので、限られた個数の温度センサによる温度測定から全体の炉内温度分布を推定することができることが示された。
【００４９】
さらに、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法は、物理モデルにおけるガス固体間熱交換係数および固体比熱を変化させて温度分布を算出することによりデータの母集団を作成することが好ましい。
【符号の説明】
【００５０】
１  成形コークス製造設備
２  竪型乾留炉
３ａ  低温ガス吹き込み羽口
３ｂ  高温ガス吹き込み羽口
３ｃ  冷却ガス吹き込み羽口
３ｄ  高温ガス吹き込み羽口
４  炉内ガス排出口
５  スプレータワー
６  ガスクーラー
７  電気集塵機
８ａ  安水用タンク
８ｂ  タール用タンク
９  高温ガス加熱炉
１０  低温ガス加熱炉
１２  装入口
１３  排出口
１００  炉内温度分布の推定装置
１０１  情報処理装置
１０２  入力装置
１０３  出力装置
１１１  ＲＡＭ
１１２  ＲＯＭ
１１２ａ  推定プログラム
１１３  ＣＰＵ
【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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【図８】
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【図９】
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