(57)【要約】【課題】  燃焼室フリュー列の任意のフリューの温度を測定可能として燃焼室フリュー列の温度バランスを把握することができる温度測定装置を提供する。【解決手段】  コークス炉の炭化室に沿って多数配列された燃焼室フリュー列のうち、固定式の熱電対が取り付けられているフリューを除くフリューを測定対象とし挿脱自在に取り付けられる可搬式の熱電対１１ａ〜１１ｅと、可搬式のケース１３内に設けられ、各可搬式熱電対から延設された補償導線１２に個別に接続され可搬式熱電対１１ａ〜１１ｅによって生じた起電力を測温データに変換する変換器１３ｂと、上記ケース１３内に設けられ、変換器１３ｂから出力された測温データを無線で送信するワイヤレスモデム１３ｄと、ワイヤレスモデム１３ｄから送信される測温データを固定局１７で受信するワイヤレスモデム１７ａとを備えてなることを特徴とする。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉の炭化室に沿って配列された燃焼室フリュー列のうち、測定対象となるフリューに対し挿脱自在に取り付けられる可搬式の熱電対と、
可搬式のケース内に設けられ、各可搬式熱電対から延設された補償導線に個別に接続され上記可搬式熱電対によって生じた起電力を温度データに変換する変換器と、
上記ケース内に設けられ、上記変換器から出力された温度データを無線で送信する送信手段と、
上記送信手段から送信される温度データを受信する受信手段とを備えてなることを特徴とするコークス炉燃焼室の温度測定装置。
【請求項２】
上記可搬式熱電対として二重シース構造からなる熱電対が用いられる請求項１記載のコークス炉燃焼室の温度測定装置。
【請求項３】
上記受信手段が、原料炭を貯蔵するコールビン近傍に固定配置されている請求項１または２記載のコークス炉燃焼室の温度測定装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の温度測定装置と、
上記受信手段を介して受信した上記温度データが与えられるコントローラと、
このコントローラに接続される出力装置とを有し、
上記コントローラは、受信した上記温度データとコークス炉操業における操業データとを関連付けて上記出力装置に出力する温度管理手段を備えてなることを特徴とするコークス炉燃焼室の温度管理システム。
【請求項５】
上記コントローラは、コークス炉の燃焼方式における燃焼と排気が切り替えられるタイミングに基づき、受信した上記温度データを燃焼から排気までの１サイクル分について平均し、平均温度データを上記出力装置に出力する平均温度算出手段を備えてなる請求項４記載のコークス炉燃焼室の温度管理システム。
【請求項６】
上記温度管理手段から出力される平均温度データ、および操業データと関連付けられた温度データを記憶する記憶装置を有する請求項４または５記載のコークス炉燃焼室の温度管理システム。
【請求項７】
上記操業データとして原料炭装入時刻，燃焼室における燃焼と排気の切替タイミング、窯出時刻、押出電力、原料炭性状等が上記温度管理手段に与えられる請求項４〜６のいずれか１項に記載のコークス炉燃焼室の温度管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコークス炉燃焼室の温度を測定する温度測定装置およびその温度測定装置を用いた温度管理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、コークス炉燃焼室の温度を測定する方法として光高温計、放射温度計等の光学式温度計を用いた測定方法が知られている。この種の測定方法は、燃焼室頂部のフリュー蓋を外して燃焼室内の炉底温度を測定するというものであるが、ある時点での測定となるため、燃焼室内の温度を連続的に測定するには不向きであり、燃焼室の温度制御に反映させることができないという欠点がある。
【０００３】
そこで、図７に示すように、燃焼室５０の点検孔５１から熱電対５２を挿入し、ヘアピントップ５３の下端から所定距離下方の高さにその熱電対５２の先端を配置し、燃焼室５０内の温度を測定する方法が提案されている。この熱電対５２を用いた測定方法によれば、燃焼室５０内の温度を連続して測定することができるため、燃焼室の温度制御に反映させることができコークス炉の乾留状況を管理することができるようになる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
なお、図中５４は燃焼室５０と交互に配置されている炭化室である。
【特許文献１】特開昭５５−１２９４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的にコークス炉は多数の炭化室を有していて、コークス製造は窯出しスケジュールに従い、数窯置きに石炭装入、乾留、コークス窯出しというサイクルを繰り返している。炭化室の温度は炭化室の両側にある燃焼室の温度を調整することによって管理されている。
【０００６】
通常、燃焼室は炉団単位で燃焼制御されるので、炉幅方向に並んだ燃焼室は各燃焼室間で燃焼にばらつきがないことが望ましい。また、一つの燃焼室は炉長方向に並んだ複数のフリュー列からなり、効率良く乾留、窯出しができるよう炉長方向に向かって緩やかな温度勾配をつけるように調整している。炉長方向の燃焼もばらつきがないことが望ましい。
【０００７】
燃焼室の炉長方向のフリュー温度分布にばらつきがあると、適性な温度勾配を保つことができずに、乾留不良による品質低下や、押詰まりによる操業トラブルを引き起こす可能性がある。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載の炉温測定方法では、燃焼室フリュー列の一部のフリューを測定して燃焼室の温度として代表させるものであり、また、熱電対の測定位置は固定されているため、任意の燃焼室フリューの温度を測定することができず燃焼室における炉長方向の温度バランスを把握することもできない。
【０００９】
また、窯を補修して実操業に入る前には低くなった炉温を徐々に上げていく必要があるが、炉長方向の温度バランスは通常状態で最適になるように調整しているので、全体のガス量を絞った状態では炉長方向の温度バランスを崩すことがある。適性なタイミングで昇温時の温度を管理していかないと品質低下や操業トラブルを引き起こすことになる。
【００１０】
本発明は以上のような従来のコークス炉燃焼室の温度測定方法における課題を考慮してなされたものであり、燃焼室フリュー列の任意のフリュー温度を測定可能として燃焼室炉長方向の温度バランスを把握することができる温度測定装置を提供し、また、燃焼室の温度推移を操業条件と関連付けて把握することができる温度管理システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のコークス炉燃焼室の温度測定装置は、コークス炉の炭化室に沿って配列された燃焼室フリュー列のうち、測定対象となるフリューに対し挿脱自在に取り付けられる可搬式の熱電対と、可搬式のケース内に設けられ、各可搬式熱電対から延設された補償導線に個別に接続され可搬式熱電対によって生じた起電力を温度データに変換する変換器と、上記ケース内に設けられ、変換器から出力された温度データを無線で送信する送信手段と、送信手段から送信される温度データを受信する受信手段とを備えてなることを要旨とするものである。
【００１２】
本発明の温度測定装置に従えば、燃焼室フリュー列のうち測定を所望するフリューに可搬式熱電対が取り付けられ、燃焼室の燃焼が開始されると、可搬式熱電対によってフリュー内の温度が検出され、発生した起電力は補償導線を通じて変換器に与えられる。変換器では上記起電力を温度データに変換して送信手段に与え、送信手段から無線送信された温度データは受信手段によって受信される。上記可搬式熱電対および上記ケースはセットとして炉幅方向にも炉長方向にも移動させることができ、それにより、任意の燃焼室のフリュー温度を測定することができるようになる。
【００１３】
上記可搬式熱電対としては、二重シース構造からなる熱電対を用いることが好ましい。
【００１４】
また、上記受信手段は、原料炭を貯蔵するコールビン近傍に設けることが好ましい。コールビンは通常、炉幅方向の略中央に配置されているため、受信手段をそのコールビン近傍に配置すれば、可搬式の熱電対およびケースの移動範囲の略中央に受信手段が位置することになり送信手段の出力は比較的小さいもので足りるようになる。
【００１５】
本発明のコークス炉燃焼室の温度管理システムは、上記構成を有する温度測定装置と、受信手段を介して受信した温度データが与えられるコントローラと、このコントローラに接続される出力装置とを有し、上記コントローラは、受信した温度データとコークス炉操業における操業データとを関連付けて出力装置に出力する温度管理手段を備えてなることを要旨とするものである。
【００１６】
本発明の温度管理システムに従えば、可搬式熱電対によって測定された燃焼室の温度が測温データとしてコントローラに与えられ、コントローラの温度管理手段は温度データを出力装置としての例えばパソコン端末の画面上に表示するため、可搬式熱電対が設置された燃焼室の温度をリアルタイムで監視することができる。また、温度データは操業データと関連付けられるため、例えば装入時の燃焼室温度、窯出し時の燃焼室温度等を容易に確認することができる。
【００１７】
上記コントローラは、コークス炉の燃焼方式における燃焼と排気が切り替えられるタイミングに基づき、受信した温度データを燃焼から排気までの１サイクル分について平均し、平均温度データを出力装置に出力する平均温度算出手段を備えることができる。それにより、燃焼と排気を繰り返す燃焼方式により燃焼室フリュー内の温度が変動しても温度データが１サイクル分の平均温度として出力装置に出力されるため、燃焼室フリュー内の温度傾向を正確に把握することができるようになる。
【００１８】
また、上記温度管理手段から出力される平均温度データ、および操業データと関連付けられた温度データを記憶する記憶装置を備えれば、この記憶装置をコークス炉操業の温度制御を行うためのデータベースとして使用することができるようになる。
【００１９】
また、上記温度管理手段に与える操業データとしては、原料炭装入時刻，燃焼室における燃焼と排気の切替タイミング、窯出時刻、押出電力、原料炭性状等が示される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るコークス炉燃焼室の温度測定装置および温度管理システムによれば、燃焼室フリュー列の任意のフリュー温度を測定できるため、燃焼室フリュー列について温度バランスを把握することができる。
【００２１】
また、記憶装置を備えた温度管理システムによれば、平均温度データ、および操業データと関連付けられた温度データがその記憶装置に蓄積されデータベースとして機能するため、燃焼室の温度傾向を把握することができ、燃焼室フリュー列の温度制御に反映させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面に示した一実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る温度測定装置および温度管理システムが適用されるコークス炉の全体構成を示したものである。
【００２４】
コークス炉１は、石炭が装入される炭化室２とその炭化室２を加熱する燃焼室３とが炉幅方向に交互に配置されて１つの炉が形成されている。
【００２５】
燃焼室３の下方には蓄熱室４が設けられており、この蓄熱室４を介して燃料ガスと空気が燃焼室３に導入されるとともに、燃焼によって発生した排ガスをコークス側煙道５、押出側煙道６に案内するようになっている。
【００２６】
炭化室２に装入された石炭は乾留終了後、押出側（Ｐ／Ｓ）から押出機によって反対側のコークス側（Ｃ／Ｓ）からコークス炉外に押し出される。
【００２７】
各炭化室２の上部には上昇管７がそれぞれ配設され、各上昇管７はコレクチングメイン管８に接続されて集合するようになっており、乾留中に発生するＣＯＧを回収している。
【００２８】
また、各炭化室２の上部には炉長方向に石炭を装入するための複数の装入孔９が配列され、各燃焼室３の上部には炉長方向に、各フリューの燃焼状態を確認するための複数のフリュー孔１０が配列されている。
【００２９】
図２は燃焼室フリュー列３Ａを炉幅方向から見た側面図であり、プッシャ側の二つの燃焼室３に熱電対１１ａ，１１ｂが挿入され、中央部に一つの熱電対１１ｃが挿入され、コークス側の二つの燃焼室３に熱電対１１ｄ，１１ｅがそれぞれ挿入されている。これらの熱電対１１ａ〜１１ｅは測定時に取り付けられる可搬式のものである。
【００３０】
上記各熱電対１１ａ〜１１ｅは補償導線１２に接続され、この補償導線１２は炉長方向に配索されて測定ボックス１３に接続されている。
【００３１】
図３は図２に示した熱電対１１ａ〜１１ｅの配置を平面から見たものである。
【００３２】
炭化室２を挟んでその両側に配置されている燃焼室フリュー列３Ａの温度を測定するため、一方の燃焼室フリュー列３Ａには熱電対１１ａ〜１１ｅが取り付けられ、他方の燃焼室フリュー列３Ａ′にはその熱電対１１ａ〜１１ｅと対向して熱電対１１ａ′〜１１ｅ′が設けられている。なお、図３では熱電対１１ａ〜１１ｅの配置が明瞭になるように燃焼室フリュー列３Ａおよび３Ａ′は炉幅方向の次列で示している。
【００３３】
熱電対１１ａ〜１１ｅは補償導線１２を介し、１１ａ′〜１１ｅ′は別の補償導線１２′を介し、それぞれ上記測定ボックス１３に接続されている。なお、図中、１１ｆ，１１ｆ′は従来から燃焼室３に設置されている固定式の熱電対である。本実施形態では１０本の可搬式熱電対１１ａ〜１１ｅおよび１１ａ′〜１１ｅ′と、２本の固定式熱電対１１ｆ，１１ｆ′を使用して燃焼室３の温度を測定する。
【００３４】
図４は熱電対１１ａを代表してその構成を拡大して示したものであり、同図(ａ)はフリュー孔１０の開口部に設けられるフリュー蓋を平面から示し、同図(ｂ)は燃焼室３内に挿入された熱電対１１ａを示している。
【００３５】
図４(ａ)において、フリュー孔１０には通常、穴の空いていないフリュー蓋が取り付けられているが、本実施形態では、燃焼室温度を測定する際に上記フリュー蓋を、観察用孔１４ａと熱電対挿入孔１４ｂが形成されているフリュー蓋１４に交換する。
【００３６】
図４(ｂ)において、燃焼室３の上端部には上部水平煙道３ａが連続しており、この上部水平煙道３ａの上側から炉体上面１５に点検孔３ｂが通じている。
【００３７】
３ｃは点検孔３ｂの下端に相当するフリュートップであり、このフリュートップ３ｃに熱電対１１ａの先端が位置するように熱電対１１ａが設置される。
【００３８】
本実施形態に使用する熱電対１１ａは、例えば岡崎製作所製の二重シース構造の高温用熱電対を使用することが好ましい。二重シース構造では熱電対線を収納した絶縁軸が内側シースと外側シースとによって二重に被覆されており、例えばφ６．４ｍｍの熱電対線を二重シースしたものは一重シース構造のものに比べ寿命を約３倍延長させることができることが耐久試験で確認されている。
【００３９】
また、従来の磁性管を保護管とする構造の固定式熱電対では略２ｍ長さのものを燃焼室内に挿入しようとすると、燃焼室温度に慣らすのに２０分程度の時間を費やす必要があったが、本実施形態の二重シース構造ではその慣らしを必要とせず即座に挿入することができるという利点がある。
【００４０】
また、この熱電対１１ａは耐熱型の補償導線１２に接続されるが、炉体上方を作業車が走行するため、その作業車と干渉しないように配索する必要がある。
【００４１】
そこで、本実施形態では熱電対１１ａと補償導線１２との間にカプラ１６を介設するとともに、そのカプラ１６の熱電対１１ａ接続側のチューブ１６ａをＬ字状に湾曲させている。このように補償導線１２を垂直に立ち上げず炉体上面に沿うようにして配索することにより、作業車との干渉を避けることができるようになっている。
【００４２】
図２に戻って説明する。
【００４３】
上記補償導線１２が接続される測定ボックス（可搬式のケース）１３は、持ち運びに容易なようにアルミ製のケースを有し、このケースは雰囲気温度が高くしかも粉塵の多い環境に耐えるように防塵、防滴構造となっている。また、ケース外壁には炉幅方向に延設されている手摺１６に掛けることができるようにフック１３ａが備えられ、ケース内には各種機器を冷却するためのサーモクーラが内蔵されている。
【００４４】
それにより、測定対象となる燃焼室を変更する場合には、熱電対１１ａ〜１１ｅ、熱電対１１ａ′〜１１ｅ′、補償導線１２および１２′および測定ボックス１３をワンセットとして移動させることができるようになっている。
【００４５】
なお、手摺１６の近傍には炉幅方向に所定の間隔でコンセントが設けられているため、測定ボックス１３の電源はそれらのコンセントのいずれかに接続することによって供給を受けることができる。
【００４６】
図５は上記測定ボックス１３を用いた燃焼室温度管理システムの構成を示したものである。
【００４７】
測定ボックス１３には熱電対１１ａ〜１１ｅが変換器１３ｂを介して接続されており、各変換器１３ｂから出力される測定データはＰＬＣ（Programmable Logic Controller）１３ｃに与えられる。
【００４８】
なお、説明を簡単にするため、熱電対１１ａ〜１１ｅと構成が同じ熱電対１１ａ′〜１１ｆ′および補償導線１２′については説明を省略する。
【００４９】
ＰＬＣ１３ｃはＣＰＵ（Central processing Unit）を備えており、予めプログラムされた処理内容に従って測定データを処理することが可能であるが、ここでは単に熱電対１１ａ〜１１ｅからの測定データを、ワイヤレスモデム（送信手段）１３ｄに転送するだけである。ワイヤレスモデム１３ｄは転送された測定データをアンテナ１３ｅから送信するようになっている。
【００５０】
送信された測定データはコールビン近傍（固定位置）に設置されている固定局１７のワイヤレスモデム（受信手段）１７ａによって受信され、この受信された測定データはケーブル１７ｂを通じ、炉に付帯する計算機室に配置されたコントローラ１８に与えられる。
【００５１】
原料炭を蓄え、装入車に供給するためのコールビンは、通常、コークス炉の炉幅方向略中央に位置しているため、固定局１７をそのコールビン近傍に配置すれば、可搬式の熱電対をコークス炉の炉幅方向一方側の燃焼室に取り付けても、また、他方側の燃焼室に取り付けても測定ボックス１３までの距離は略同じになるため、ワイヤレスモデム１３ｄを比較的出力の低いもので構成することができるという利点がある。
【００５２】
測定データはそのコントローラ１８で処理され（後述する）、イーサーネット１９に接続されているデータベース（記憶装置）２０およびパソコン端末（出力装置）２１に送られる。また、コントローラ１８はＤＣＳ（Distributed Control System）２２にも接続されているため、そのＤＣＳ２２を通じて操業条件等のデータを取り込むことが可能である。
【００５３】
次に、上記燃焼室温度管理システムの動作について図５を参照しつつ図６に従って説明する。
【００５４】
なお、燃焼室の温度測定を行う前提として、パソコン端末２１のキーボードから測定しようとする燃焼室番号、フリュー番号がそれぞれ入力され、測定対象の燃焼室フリューが特定されているものとする。
【００５５】
図６において、熱電対１１ａ〜１１ｆから出力される起電力は各変換器１３ｂによって燃焼室温度を表す温度データに変換され、ワイヤレスモデム１３ｄから送信される。
【００５６】
送信された温度データは固定局１７のワイヤレスモデム１７ａによって受信され、ケーブル１７ｂを通じてコントローラ１８に与えられる。
【００５７】
このコントローラ１８には温度補正部１８ａが設けられ、まず温度データの補正が行われる。詳しくは、熱電対１１ａ〜１１ｆによって測定された燃焼室温度は炉底を測定したものではないため、温度データに補正係数を乗算する。
【００５８】
上記補正係数は、炉底を測定することのできる放射温度計によって測定された実測測温データと、先に熱電対１１ａ〜１１ｆによって測定された測温データとの相関から求められたものであり予め内部メモリ１８ｂに記憶されている。
【００５９】
温度補正部１８ａは受信した温度データを補正した後、補正温度データをパソコン端末２１の画面上にリアルタイムで表示する。それにより、燃焼室３内の現在の温度を画面上で監視することができる。
【００６０】
一方、ＤＣＳ２２は固定式熱電対１１ｆによって測定された燃焼室フリュー列中央部分の温度データおよび操業データを収集しており、これらの温度データ、操業データをコントローラ１８の温度管理部１８ｃに与えるようになっている。上記操業データとは、具体的には装入時刻、燃焼と排気の切替タイミング、窯出し時刻、押出電力、原料炭性状等である。なお、操業データはそのままパソコン端末２１にも与えられ画面上に表示されるようになっている。
【００６１】
また、窯出完了時には測定開始からの温度履歴と関連データを記載した帳票を出力するようになっている。
【００６２】
上記操業データを受けることによって温度管理部（温度管理手段）１８ｃは燃焼と排気の切替タイミングを知ることができ、そのタイミングを基準として測定データの平均処理を行うよう平均温度算出部（平均温度算出手段）１８ｄに指令する。
【００６３】
コークス炉の燃焼方式では２０分置きに燃焼と排気を繰り返すという特徴があるため、各時点での測定データに基づいて燃焼室温度の傾向を監視するよりも燃焼／排気の１サイクル分（４０分間）の平均値で燃焼室温度の傾向を監視した方が正確になる。
【００６４】
そこで、平均温度算出部１８ｄは熱電対１１ａ〜１１ｆによって刻々測定され、補正温度データについて４０分の平均値を求め、その平均測温データをパソコン端末２１の画面上に表示する。
【００６５】
また、温度管理部１８ｃは、ＤＣＳ２２によって収集された操業データと熱電対１１ａ〜１１ｆによって測定された測定データとを関連付け、データベース２０に格納する。
【００６６】
したがってデータベース２０には温度測定開始から窯出しまでの燃焼室温度の履歴が蓄積されることになる。この履歴はパソコン端末２１からアクセスしてパソコン端末２１の画面上に表示させることができるようになっている。
【００６７】
なお、上記実施形態では測定点を増やすために従来から設けられている固定式熱電対も利用したが、可搬式熱電対だけで燃焼室温度を測定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明が適用されるコークス炉の構成を示す一部切欠きを有する斜視図である。
【図２】燃焼室に対する可搬式熱電対の配置を示した側面断面図である。
【図３】燃焼室に対する可搬式熱電対の配置を平面から示した説明図である。
【図４】(ａ)はフリュー孔に取り付けられるフリュー蓋の平面図、(ｂ)は可搬式熱電対の拡大側面図である。
【図５】本発明に係る燃焼室温度管理システムの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明に係る燃焼室温度管理システムの動作を説明するフロー図である。
【図７】従来の燃焼室温度測定方法を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６９】
１    コークス炉
２    炭化室
３    燃焼室
３ａ  上部水平煙道
３ｂ  点検孔
３ｃ  フリュートップ
４    蓄熱室
５    コークス側煙道
６    押出側煙道
７    上昇管
８    コレクチングメイン管
９    装入孔
１０    フリュー孔
１１ａ〜１１ｅ，１１ａ′〜１１ｅ′  可搬式熱電対
１１ｆ，１１ｆ′  固定式熱電対
１２，１２′  補償導線
１３    測定ボックス
１３ｂ  変換器
１３ｃ  ＰＬＣ
１３ｄ  ワイヤレスモデム
１４    フリュー蓋
１５    炉体上面
１６    カプラ
１７    固定局
１７ａ  ワイヤレスモデム
１８    コントローラ
１９    イーサーネット
２０    データベース
２１  パソコン端末
２２  ＤＣＳ
【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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