(57)【要約】【課題】  プロセスの状態が変化した場合でも、負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントのライン内部の酸素濃度が変動することを抑制する。【解決手段】  排ガスの酸素濃度の測定値を目標値に近づけるＰＩ制御を行い、そのＰＩ制御の出力である希釈エアの流量をフィードバック制御量として導出する。そして、フィードバック制御量として導出された希釈エアの流量をエア流量調整弁１１８の開度に変換する。このようにして得られた開度になるようにエア流量調整弁１１８を動作させる。この際、放散ガスの流量を用いてプロセスゲインおよび時定数を導出し、ＰＩ制御における比例ゲインおよび積分時間を導出して設定する。【選択図】  図２
2018103065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱風を排ガスとして発生する熱風発生装置と、
原料を粉砕し、粉砕後の原料を、前記排ガスの流れに乗せて外部に放出する粉砕機であって、内部の圧力が負圧に保たれている粉砕機と、
前記粉砕機から前記排ガスの流れに乗って放出された粉砕後の原料を捕集する捕集機であって、内部の圧力が負圧に保たれている捕集機と、
前記熱風発生装置、前記粉砕機、および前記捕集機を経由して前記排ガスが循環する経路と、
前記経路の内部の所定の位置における酸素濃度を測定する測定手段と、
酸素を含むガスである希釈ガスの前記経路への注入量を調整する調整手段と、を有し、
前記粉砕機の内部に原料を投入して原料を粉砕する負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントにおける、前記経路の内部の酸素濃度を制御する粉砕プラント酸素濃度制御装置であって、
前記所定の位置における酸素濃度の測定値を、前記所定の位置における酸素濃度の目標値に近づけるフィードバック制御として、比例動作を含む制御、または、比例動作と積分動作とを含む制御を行うことにより、前記希釈ガスの流量を導出する制御手段と、
前記制御手段により導出された前記希釈ガスの流量に基づいて、前記調整手段を動作させることを指示する指示手段と、
前記経路から大気中に放出される放散ガスの流量に基づいて、前記制御手段により前記比例動作を行う際の比例ゲインおよび前記制御手段により前記積分動作を行う際の積分時間のうち少なくとも何れか一方を導出する制御パラメータ導出手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記制御パラメータ導出手段により導出された前記比例ゲインおよび前記積分時間のうち少なくとも何れか一方を用いて前記制御を行うことを特徴とする粉砕プラント酸素濃度制御装置。
【請求項２】
前記原料の前記粉砕機への供給量と、前記原料の水分量と、外部から前記粉砕機の内部に入る空気の流量と、前記所定の位置における酸素濃度の目標値と、前記粉砕機の出口側の所定の位置における前記経路の内部の温度の目標値と、を変数として有する計算式であって、前記負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントに与える熱量と、前記負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントで消費される熱量とのバランスをとる熱収支の計算と、前記負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントに注入されるガスの流量と、前記負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントで発生するガスの流量との和と、前記負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントから排出されるガスの流量とのバランスをとる物質収支の計算とを行うための複数の計算式の計算を行って、前記所定の位置における酸素濃度の目標値を維持するために必要な前記放散ガスの流量を導出する放散ガス流量導出手段をさらに有し、
前記制御パラメータ導出手段は、前記放散ガスの流量として、前記放散ガス流量導出手段により導出された前記放散ガスの流量を用いることを特徴とする請求項１に記載の粉砕プラント酸素濃度制御装置。
【請求項３】
前記所定の位置における酸素濃度の測定値と、前記放散ガスの流量の測定値と、前記希釈ガスの流量の測定値と、前記熱風を発生させるための燃料ガスの流量の測定値と、前記熱風を発生させるための燃焼空気の流量の測定値とを用いて、前記物質収支の計算を行い、当該計算の結果から得られる前記経路の内部における水蒸気の流量と、前記原料の前記粉砕機への供給量と、粉砕後の前記原料の水分量とに基づいて、前記原料の水分量を導出する原料水分量導出手段をさらに有し、
前記負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントは、前記希釈ガスの流量を測定する手段と、前記熱風を発生させるための燃料ガスの流量を測定する手段と、前記熱風を発生させるための燃焼空気の流量を測定する手段と、前記経路から大気中に放出される放散ガスの流量を測定する手段と、をさらに有し、
前記放散ガス流量導出手段は、前記原料の水分量として、前記原料水分量導出手段により導出された前記原料の水分量を用いることを特徴とする請求項２に記載の粉砕プラント酸素濃度制御装置。
【請求項４】
前記原料水分量導出手段は、前記原料の水分量を導出する際に、前記測定値の少なくとも一部については、所定の時間における代表値を用いることを特徴とする請求項３に記載の粉砕プラント酸素濃度制御装置。
【請求項５】
前記原料水分量導出手段は、前記原料の前記粉砕機への供給が開始されてから所定の時間が経過するまでの期間と、前記原料の前記粉砕機への供給量が変更されている期間においては、前記原料の水分量として、前回導出した値を採用することを特徴とする請求項３または４に記載の粉砕プラント酸素濃度制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記制御としてＰＩ制御を行うことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の粉砕プラント酸素濃度制御装置。
【請求項７】
前記希釈ガスは、空気であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の粉砕プラント酸素濃度制御装置。
【請求項８】
前記所定の位置は、前記捕集機の出側の位置であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の粉砕プラント酸素濃度制御装置。
【請求項９】
前記捕集機は、バグフィルターであることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の粉砕プラント酸素濃度制御装置。
【請求項１０】
熱風を排ガスとして発生する熱風発生装置と、
原料を粉砕し、粉砕後の原料を、前記排ガスの流れに乗せて外部に放出する粉砕機であって、内部の圧力が負圧に保たれている粉砕機と、
前記粉砕機から前記排ガスの流れに乗って放出された粉砕後の原料を捕集する捕集機であって、内部の圧力が負圧に保たれている捕集機と、
前記熱風発生装置、前記粉砕機、および前記捕集機を経由して前記排ガスが循環する経路と、
前記経路の内部の所定の位置における酸素濃度を測定する測定手段と、
酸素を含むガスである希釈ガスの前記経路への注入量を調整する調整手段と、を有し、
前記粉砕機の内部に原料を投入して原料を粉砕する負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントにおける、前記経路の内部の酸素濃度を制御する粉砕プラント酸素濃度制御方法であって、
前記所定の位置における酸素濃度の測定値を、前記所定の位置における酸素濃度の目標値に近づけるフィードバック制御として、比例動作を含む制御、または、比例動作と積分動作とを含む制御を行うことにより、前記希釈ガスの流量を導出する制御工程と、
前記制御工程により導出された前記希釈ガスの流量に基づいて、前記調整手段を動作させる調整工程と、
前記経路から大気中に放出される放散ガスの流量に基づいて、前記制御工程により前記比例動作を行う際の比例ゲインおよび前記制御工程により前記積分動作を行う際の積分時間のうち少なくとも何れか一方を導出する制御パラメータ導出工程と、
を有し、
前記制御工程は、前記制御パラメータ導出工程により導出された前記比例ゲインおよび前記積分時間のうち少なくとも何れか一方を用いて前記制御を行うことを特徴とする粉砕プラント酸素濃度制御方法。
【請求項１１】
請求項１〜９の何れか１項に記載の粉砕プラント酸素濃度制御装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉砕プラント酸素濃度制御装置、粉砕プラント酸素濃度制御方法、およびプログラムに関し、特に、粉砕プラントにおける酸素濃度を制御するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、微粉炭やセメント等を製造するための粉砕プラントとして、以下のようなプラントがある（特許文献１を参照）。
まず、燃料ガス（燃焼ガス）と燃焼エアとを熱ガス発生装置に供給し、熱ガス発生装置において、熱風を排ガスとして発生させる。排ガスは、原料の粉砕を行う粉砕機の内部に供給される。粉砕機で粉砕された原料（粉体）は、排ガスと共にバグフィルター（濾布（繊布や不織布））に供給され、バグフィルターで捕集される。その後、排ガスは、循環ファンで昇圧されて循環ガスとして再び熱ガス発生装置に供給される。このように熱ガス発生装置で発生した熱風（排ガス）は、熱ガス発生装置から、粉砕機、バグフィルターを経由して熱ガス発生装置に循環される。ここで、粉砕機の入側の位置における圧力を負圧（大気圧を下回る圧力）にして、粉砕機の内部とバグフィルターの内部の圧力が負圧に保たれるようにする。以下の説明では、このような「粉砕プラント」を、必要に応じて「負圧式・排ガス循環系の粉砕プラント」と称する。また、「排ガスが循環する経路」を必要に応じて「ライン」と称する。
【０００３】
熱ガス発生装置で発生した熱風（排ガス）や、原料の乾燥の際に原料から発生する水蒸気は、ライン内部の酸素濃度を減少させる。このため、ラインに内部の酸素濃度を計測して、ライン内部に注入する希釈エアの流量をフィードバック制御することが行われる。
負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントでは、プロセスの状態変化（原料の水分量や原料の供給量等の変化）によってライン内部の酸素濃度の動特性が変化する。特に、ライン内部の酸素濃度を一定に維持するために、ライン内部の酸素濃度をフィードバック制御する際の制御ゲインを上げ過ぎると、プロセスの状態の変化によって、ライン内部の酸素濃度が逆にハンチングし、場合によっては発散する虞がある。
【０００４】
ライン内部の酸素濃度が高くなると、粉塵爆発が起こる虞があるため、ライン内部の酸素濃度が予め定められている上限値を上回る場合には、ラインを緊急停止させる。そのため、ライン内部の酸素濃度をフィードバック制御する際の制御ゲインを上げきることができず、結果としてライン内部の酸素濃度の変動を十分に小さくすることができない。ライン内部の酸素濃度の変動量が大きい場合には、ライン内部の酸素濃度の目標値を下げることになる。
【０００５】
負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントにおいては、バグフィルターの出口の酸素濃度を監視して、ライン内部の酸素濃度が高くなり過ぎたり低くなり過ぎたりしないように、ライン内部に注入する空気（希釈エア）の流量を自動制御する。ライン内部の酸素濃度が低くなり過ぎると、ライン内部の水蒸気の量が過大となり、ラインを構成する配管の表面からの冷却により配管の内側に結露が生じる。これは、ラインを構成する配管内を漂っている粉砕後の原料（微粉炭等）を水滴が補足し、粉砕後の原料が配管の内側へ付着することを促す。このような粉砕後の原料の付着は、配管の腐食の原因になることから、ライン内部の酸素濃度を監視することでライン内部の水蒸気の量を適正化することが装置の長期安定運用の観点から必須である。
【０００６】
一方、負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントにおいては、放散ガスの量を抑制する観点から排ガスを循環させる点に特徴があるが、これは同時に水蒸気を含む排ガスが延々とライン内を循環し続けることを意味する。前述したような結露を防止する観点から、１パス方式（排ガスを循環させずに全てバグフィルターの出口で放散する方式）の粉砕プラントに比較して、負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントでは、粉砕機の出口温度を高めに設定せざるを得ない。このことは、負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントが１パス方式の粉砕プラントに比較して、粉塵爆発のリスクが格段に高いことに直結しており、ライン内部の酸素濃度の上限値に対しても格段の注意を払うべきことを意味する。
【０００７】
ライン内部の酸素濃度を変動させる主な外乱として、以下の４つのものがある。
第１に、熱ガス発生装置からの排ガスおよび乾燥によって原料（石炭）から発生する水蒸気がある。第２に、熱ガス発生装置から発生する排ガスがある。第３に、粉砕機の内部とバグフィルターの圧力が負圧に保たれていることによりバンカー等から粉砕機に進入する空気（進入エア）がある。第４に、粉砕機の内部（粉砕テーブルの軸受部）の隙間から外部に放出されようとする微粉炭を、熱ガス発生装置１０１から供給された排ガスの流れに押し戻すために粉砕テーブルの下部から吹きこまれる空気（シールエア）がある。
【０００８】
前述したように、負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントにおいては、ライン内部に希釈エアを注入することで、ライン内部の酸素濃度が目標値（一定）になるように、ライン内部の酸素濃度を制御する手法がとられている。
しかしながら、例えば、水蒸気の流量や排ガスの流量は、原料の水分により大きく変化する。また、進入エアやシールエアは、熱ガス発生装置の負荷（バーナー負荷）に影響を与え、熱ガス発生装置の負荷は、排ガスの流量に影響を与える。このため、ライン内部の酸素濃度を事前に予測することは容易ではない。
【０００９】
このように、ライン内部の酸素濃度を事前に予測することが容易でないことから、前述したように従来は、ライン内部の酸素濃度を測定し、その測定値が目標値になるようにフィードバック制御を行って、ライン内部に注入する希釈エアの流量を導出する。ライン内部の酸素濃度のフィードバック制御により、ライン内部に注入する希釈エアの流量を調節する技術として、特許文献２に記載の技術がある。特許文献２では、ヒートアップ時には、排ガスの酸素濃度の測定値の目標値に対する偏差が０（ゼロ）に近づくようにライン内部に注入する窒素ガスの流量を調整し、ヒートアップが終了すると、排ガスの酸素濃度の測定値が当該目標値を下回る所定値未満になってから、排ガスの酸素濃度の測定値の目標値に対する偏差が０（ゼロ）に近づくようにライン内部に注入する希釈エアの流量を調整するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−７９３５２号公報
【特許文献２】特開２０１４−７４５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の技術では、前述したように、ライン内部の酸素濃度をフィードバック制御する際の制御ゲインを十分に上げきれない結果、ライン内部の酸素濃度の目標値を下げることになる。このことは、長期的にはラインを構成する配管の腐食を促進することになり、負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントの設備の寿命を減ずることになる。
【００１２】
前述したように、ライン内部の酸素濃度をフィードバック制御する際の制御ゲインを上げ過ぎることによりライン内部の酸素濃度がハンチングすると、ライン内部の酸素濃度がその上限値を上回り、ラインを緊急停止させることになる。従来は、ライン内部の酸素濃度の制御をどのように調整すればよいのかの指針が明確でないことから、このようなラインの緊急停止となる事態を避けるために、ライン内部の酸素濃度をフィードバック制御する際の制御ゲインを小さくすることになる。このように、ライン内部の酸素濃度と、ライン内部の酸素濃度をフィードバック制御する際の制御ゲインはトレードオフの関係になる。
【００１３】
また、ライン内部の酸素濃度をフィードバック制御する際の制御ゲインを上げ過ぎることによりライン内部の酸素濃度がハンチングすると、外乱に対する抑制能力が不足する。このため、ライン内部の酸素濃度の目標値への追従性を十分に確保することができない虞がある。
【００１４】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、プロセスの状態が変化した場合でも、負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントのライン内部の酸素濃度が変動することを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の粉砕プラント酸素濃度制御装置は、熱風を排ガスとして発生する熱風発生装置と、原料を粉砕し、粉砕後の原料を、前記排ガスの流れに乗せて外部に放出する粉砕機であって、内部の圧力が負圧に保たれている粉砕機と、前記粉砕機から前記排ガスの流れに乗って放出された粉砕後の原料を捕集する捕集機であって、内部の圧力が負圧に保たれている捕集機と、前記熱風発生装置、前記粉砕機、および前記捕集機を経由して前記排ガスが循環する経路と、前記経路の内部の所定の位置における酸素濃度を測定する測定手段と、酸素を含むガスである希釈ガスの前記経路への注入量を調整する調整手段と、を有し、前記粉砕機の内部に原料を投入して原料を粉砕する負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントにおける、前記経路の内部の酸素濃度を制御する粉砕プラント酸素濃度制御装置であって、前記所定の位置における酸素濃度の測定値を、前記所定の位置における酸素濃度の目標値に近づけるフィードバック制御として、比例動作を含む制御、または、比例動作と積分動作とを含む制御を行うことにより、前記希釈ガスの流量を導出する制御手段と、前記制御手段により導出された前記希釈ガスの流量に基づいて、前記調整手段を動作させることを指示する指示手段と、前記経路から大気中に放出される放散ガスの流量に基づいて、前記制御手段により前記比例動作を行う際の比例ゲインおよび前記制御手段により前記積分動作を行う際の積分時間のうち少なくとも何れか一方を導出する制御パラメータ導出手段と、を有し、前記制御手段は、前記制御パラメータ導出手段により導出された前記比例ゲインおよび前記積分時間のうち少なくとも何れか一方を用いて前記制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
本発明の粉砕プラント酸素濃度制御方法は、熱風を排ガスとして発生する熱風発生装置と、原料を粉砕し、粉砕後の原料を、前記排ガスの流れに乗せて外部に放出する粉砕機であって、内部の圧力が負圧に保たれている粉砕機と、前記粉砕機から前記排ガスの流れに乗って放出された粉砕後の原料を捕集する捕集機であって、内部の圧力が負圧に保たれている捕集機と、前記熱風発生装置、前記粉砕機、および前記捕集機を経由して前記排ガスが循環する経路と、前記経路の内部の所定の位置における酸素濃度を測定する測定手段と、酸素を含むガスである希釈ガスの前記経路への注入量を調整する調整手段と、を有し、前記粉砕機の内部に原料を投入して原料を粉砕する負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントにおける、前記経路の内部の酸素濃度を制御する粉砕プラント酸素濃度制御方法であって、前記所定の位置における酸素濃度の測定値を、前記所定の位置における酸素濃度の目標値に近づけるフィードバック制御として、比例動作を含む制御、または、比例動作と積分動作とを含む制御を行うことにより、前記希釈ガスの流量を導出する制御工程と、前記制御工程により導出された前記希釈ガスの流量に基づいて、前記調整手段を動作させる調整工程と、前記経路から大気中に放出される放散ガスの流量に基づいて、前記制御工程により前記比例動作を行う際の比例ゲインおよび前記制御工程により前記積分動作を行う際の積分時間のうち少なくとも何れか一方を導出する制御パラメータ導出工程と、を有し、前記制御工程は、前記制御パラメータ導出工程により導出された前記比例ゲインおよび前記積分時間のうち少なくとも何れか一方を用いて前記制御を行うことを特徴とする。
【００１７】
本発明のプログラムは、前記粉砕プラント酸素濃度制御装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、排ガスが循環する経路の内部の所定の位置における酸素濃度の測定値を目標値に近づけるフィードバック制御として、比例動作を含む動作、または、比例動作および積分動作を含む動作を行うことにより、希釈ガスの流量を導出する。その際、経路から大気中に放出される放散ガスの流量に基づいて、比例動作を行う際の比例ゲインおよび積分時間のうち少なくとも何れか一方を導出し、当該導出した比例ゲインおよび積分時間のうち少なくとも何れか一方を用いて前記フィードバック制御を行う。したがって、放散ガスの流量に応じて、フィードバック制御のゲインを調節することができる。よって、プロセスの状態が変化した場合でも、負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントのライン内部の酸素濃度が変動することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントの構成の一例を示す図である。
【図２】粉砕プラント酸素濃度制御装置の機能的な構成の一例を示す図である。
【図３】変換部の構成の一例を示す図である。
【図４】ライン内部の酸素濃度を制御する際の粉砕プラント酸素濃度制御装置の動作の一例を説明するフローチャートである。
【図５】ＰＩ制御器の比例ゲインおよび積分時間を設定する際の粉砕プラント酸素濃度制御装置の動作の一例を説明するフローチャートである。
【図６】実施例における給炭量と時間との関係を示す図である。
【図７】比較例１の結果を示す図である。
【図８】比較例２の結果を示す図である。
【図９】発明例の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。本実施形態では、負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントが、高炉への微粉炭の吹込み（ＰＣＩ；Pulverized Coal Injection）を行うために石炭を粉砕する、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントである場合を例に挙げて説明する。
【００２１】
（負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントの構成）
図１は、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントの構成の一例を示す図である。図１において、各構成要素を繋ぐ実線は配管を示し、破線は信号の伝達経路を示す。また、矢印線は、配管内のガスや石炭の進行方向を示す。尚、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントの構成は、例えば、特許文献１に記載の技術等の公知の技術で実現できるので、ここでは、各構成について簡単に説明し、詳細な説明を省略する。
【００２２】
図１において、熱ガス発生装置（ＨＧＧ）１０１は、バーナーを有し、燃料ガスおよび燃焼エア（空気）をバーナーへの入力として、バーナーの空燃比を制御し、排ガス（熱風）を発生させる。排ガスの酸素濃度は略０（ゼロ）％である。本実施形態では、燃料ガスとしてＢＦＧ（Blast Furnace Gas）を利用する。尚、燃焼エアは、燃焼エアファン１０２により熱ガス発生装置１０１に送り込まれる。オリフィス流量計１２０は、燃料ガスの流量を測定し、オリフィス流量計１２１は、燃焼エアの流量を測定する。
【００２３】
バンカー１０３は、原料である石炭を貯蔵する。
給炭機１０４は、チェーンコンベアを有し、バンカー１０３内に貯蔵されている石炭をチェーンコンベアにより切り出してミル１０５に投入する。
ミル１０５は、給炭機１０４から投入された石炭を粉砕する粉砕機である。ミル１０５の入側の位置における圧力が負圧に保たれるようにすることにより、ミル１０５の内部の圧力は負圧に保たれる。ミル１０５は、例えば、ロールミル１０５ａと粉砕テーブル１０５ｂとを有する。ミル１０５の上部から投入された石炭をロールミル１０５ａと粉砕テーブル１０５ｂとの間に供給する。回転している粉砕テーブル１０５ｂに対してロールミル１０５ａを押し付けながら回転させることにより、石炭は押し潰されて粉砕される。粉砕された石炭は、熱ガス発生装置１０１から供給された排ガスの流れにのって、ミル１０５の上部に供給され、分級機で分級された後、外部に放出される。
【００２４】
この際、シールエアファン１０６からミル１０５の内部（粉砕テーブル１０５ｂの軸受部）の隙間にシールエアを供給することにより、その隙間から外部に放出されようとする微粉炭を、熱ガス発生装置１０１から供給された排ガスの流れに押し戻す。ミル１０５の内部の圧力がシールエアの圧力未満になるように、シールエアの流速が定められる。このように、シールエアは、粉砕テーブル１０５ｂの軸受部に微粉炭が進入し、その結果として、粉砕テーブル１０５ｂの軸受部の潤滑不良が起こることと、粉砕テーブル１０５ｂの軸受部から外部に放出されることとを防止するためのものである。
以下の説明では、「ミル１０５から外部に放出された粉砕後の石炭」を必要に応じて「微粉炭」と称する。
【００２５】
バグフィルター１０７は、ミル１０５から放出された微粉炭を、濾布を用いて捕集する濾過式の捕集機である。ミル１０５と同様に、バグフィルター１０７の内部の圧力も負圧に保たれている。微粉炭以外の異物がバグフィルター１０７で捕集されることがある。異物除去装置１０８は、この異物を除去するためのものである。このように異物除去装置１０８で異物が除去された後、リザーバタンク１０９に微粉炭が貯蔵される。リザーバタンク１０９に貯蔵された微粉炭は、高炉の羽口から高炉の内部に吹き込まれる（微粉炭吹き込みが行われる）。
【００２６】
バグ出口Ｏ2濃度計１１０は、バグフィルター１０７の出側の位置における配管内の排ガスの酸素濃度を測定する。本実施形態では、この配管内の排ガスの酸素濃度の測定値がライン内部の酸素濃度の測定値になる。
ベンチュリ管１１１は、バグフィルター１０７を通過した排ガスの流量を測定する。
ダンパー１１２は、バグフィルター１０７を通過した排ガスの流量を調整する。
循環ファン１１３は、ダンパー１１２を通過した排ガスを熱ガス発生装置１０１に循環させることができるように、排ガスを昇圧する。
循環ファン１１３により昇圧された排ガスの一部は、煙突１１４を介して大気中に放出される。放散系圧力調整弁１１５は、このようにして大気中に放出される排ガスの圧力を調整するためのものである。また、オリフィス流量計１２２は、このようにして大気中に放出される排ガスの流量を測定する。尚、以下の説明では、煙突１１４を介して大気中に放出される排ガスを必要に応じて「放散ガス」と称する。
【００２７】
循環系圧力調整弁１１６は、循環ファン１１３により昇圧された排ガスのうち、煙突１１４を介して大気中に放出されずに熱ガス発生装置１０１に循環させる排ガスの圧力を調整するためのものである。このようにして、熱ガス発生装置１０１で発生した排ガスは、循環ガスとして再び熱ガス発生装置１０１に供給され、熱ガス発生装置１０１、ミル１０５、バグフィルター１０７、ベンチュリ管１１１、ダンパー１１２、循環ファン１１３、循環系圧力調整弁１１６、熱ガス発生装置１０１の経路を循環する。
【００２８】
本実施形態では、以上の負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントにおける循環ガスの酸素濃度を調整する。まず、循環ガスの酸素濃度を調整するためのハードウェアの構成の一例について説明する。
本実施形態では、大気中の空気（エア）を、希釈エアとして、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントに供給する。オリフィス流量計１１７は、この希釈エアの流量を測定する。エア流量調整弁１１８は、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントに供給される希釈エアの流量を調整するためのものである。希釈エアファン１１９は、エア流量調整弁１１８で流量が調整された希釈エアを昇圧し、希釈エアを熱ガス発生装置１０１の入側の配管に押し込む。これにより、循環ガスの酸素濃度を調整することができる。
粉砕プラント酸素濃度制御装置２００は、バグ出口Ｏ2濃度計１１０で測定された排ガスの酸素濃度を入力し、当該酸素濃度の測定値の目標値に対する偏差が０（ゼロ）に近づくようなエア流量調整弁１１８の弁開度を設定し、循環ガスの酸素濃度を調整する。
【００２９】
（粉砕プラント酸素濃度制御装置２００の機能構成）
図２は、粉砕プラント酸素濃度制御装置２００の機能的な構成の一例を示す図である。前述したように、図２に示す各部は、例えば、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、または、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤおよび各種のインターフェースを備えるコンピュータ装置を用いることにより実現することができる。
【００３０】
＜Ｏ2濃度目標値記憶部２０１＞
Ｏ2濃度目標値記憶部２０１は、バグ出口Ｏ2濃度計１１０で排ガスの酸素濃度が測定される位置での排ガスの酸素濃度の目標値を記憶する。この排ガスの酸素濃度の目標値は、オペレータにより設定されるものである。本実施形態の負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントでは、粉塵爆発を防止する観点から、バグ出口Ｏ2濃度計１１０で測定される排ガスの酸素濃度を１２［％］未満にする必要がある。このため、本実施形態では、バグ出口Ｏ2濃度計１１０で排ガスの酸素濃度が測定される位置での排ガスの酸素濃度の目標値を１０［％］としている。このように、本実施形態では、排ガスの酸素濃度の単位は［％］であるとする。
【００３１】
＜Ｏ2濃度偏差導出部２０２＞
Ｏ2濃度偏差導出部２０２は、Ｏ2濃度目標値記憶部２０１に記憶されている排ガスの酸素濃度の目標値から、バグ出口Ｏ2濃度計１１０で測定された排ガスの酸素濃度の測定値を減算して、排ガスの酸素濃度の測定値の目標値に対する偏差ｅを導出する。
【００３２】
＜ＰＩ制御部２０３＞
ＰＩ制御部２０３は、Ｏ2濃度偏差導出部２０２により導出された「排ガスの酸素濃度の測定値の目標値に対する偏差ｅ」を入力として、比例動作および積分動作を行い、操作量として排ガスの酸素濃度を導出することを繰り返して、排ガスの酸素濃度を目標値に近づける制御（ＰＩ制御）を行う制御器である。そして、ＰＩ制御部２０３は、操作量として導出した排ガスの酸素濃度になるような希釈エアの流量をフィードバック制御量（フィードバック制御の出力）として導出する。
【００３３】
＜ミル出口温度目標値記憶部２０４＞
ミル１０５の出口側の所定の位置における配管内の（微粉炭の）温度であるミル出口温度の目標値を記憶する。このミル出口温度の目標値は、オペレータにより設定されるものである。
【００３４】
＜放散ガス流量導出部２０５＞
放散ガス流量導出部２０５は、放散ガスの流量を導出する。
本実施形態では、放散ガス流量導出部２０５は、原料である石炭の水分量、石炭を粉砕および乾燥することにより得られる製品（微粉炭）の水分量、シールエアの流量、進入エアの流量、ミル出口温度の目標値、排ガスの酸素濃度の目標値、および給炭量等を入力として、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントにおける物質収支・熱収支に基づく計算式である物質・熱収支モデルの計算を行うことによって、配管内の酸素濃度を目標値に維持するのに必要な希釈エアの流量を導出し、導出した希釈エアの流量を用いて、放散ガスの流量を導出する（すなわち、配管内の酸素濃度を目標値に維持するのに必要な放散ガスの流量を導出する）。
【００３５】
ここで、物質・熱収支モデルについて説明する。
［物質・熱収支モデル］
物質・熱収支モデルは、配管内の酸素濃度を目標値に維持するのに必要な希釈エアの流量を、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントにおける熱の収支のバランスとガスの収支のバランスとをとる計算を行うことにより導出するものである。
【００３６】
[[物質・熱収支モデルを構築する際の仮定]]
本実施形態では、以下の条件の下で、物質・熱収支モデルを構築した。
（ａ）  熱の収支のバランスとガスの収支のバランスとの双方について、非定常的なバランスを無視し、定常的なバランスのみを表現する。
（ｂ）  原料である石炭に含まれる水分の相変化に必要な熱量を、石炭から発生する水蒸気量を生成するのに必要な潜熱により計算する。
（ｃ）  燃料ガス（ＢＦＧ）の燃焼により発生する排ガスの流量を、簡単のため、燃料ガス（ＢＦＧ）の流量と燃焼エアの流量との和とする。
（ｄ）  循環ファン１１３による昇温効果は、循環ガスにのみ寄与すると単純化し、放散ガスの温度は、ミル出口温度と同じであると仮定する。
（ｅ）  負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントの系内の温度は、ミル出口温度と同じになると仮定する。
（ｆ）  燃料ガス（ＢＦＧ）は完全燃焼するものとし、過剰な燃焼エアはそのまま残るものとする。
（ｇ）  バグ出口酸素濃度（バグフィルター１０７の出口側の位置における配管内の酸素ガスの濃度）は、希釈エアの流量の制御により、一定値に維持されるものとする。
（ｈ）  バグ出口排ガス流量（バグフィルター１０７の出口側の位置における配管内の排ガスの流量）は、流量制御により、一定量に維持されるものとする。
【００３７】
[[物質・熱収支モデルに入力するモデルパラメータ]]
本実施形態の物質・熱収支モデルでは、モデルパラメータとして、以下の操業条件（の目標値）を入力値として与える。
・給炭量
・製品である微粉炭の温度（ミル出口温度）の目標値
・バグ出口排ガス流量（ミル１０５の出口側の所定の位置における配管内の排ガスの流量）
・配管内の酸素濃度の目標値
これらのモデルパラメータ（操業条件）は、操業に応じて任意の値に変更される。
【００３８】
また、モデルパラメータとして、以下の環境条件を入力値として与える。
・微粉炭に含まれる水分量（製品の水分量）
・温度（希釈エア・石炭・注入ガス）
・比熱（水・ガス・石炭）
・水の潜熱
・燃料のガスカロリー
・バーナーの理論空気量
・バーナーの過剰空気量
・循環ファン１１３における断熱圧縮に起因する循環ガスの温度上昇分
【００３９】
本実施形態では、これらのモデルパラメータ（環境条件）は、半固定値であり、必要に応じて変更される。環境条件としては、物質・熱収支モデルが適用される負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントにおける平均的な値を採用するのが好ましい。尚、水分量や温度については、例えば、サンプリングを行って予め求めておくことができる。また、バーナーの理論空気量は、燃料ガスの組成により変化するので、燃料ガスの組成に基づき設定される。バーナーの過剰空気量の値を大きくすると、燃焼不良を防止することができるので、バーナーの過剰空気量は、この観点から適宜設定される。
【００４０】
また、以下の情報については、原料水分量導出部２０６で導出された値を用いる。ただし、本実施形態では、進入エアの流量とシールエアの流量との和を不可観測エアの流量とし、シールエアの流量と進入エアの流量を一括りの流量として取り扱う。尚、原料水分量導出部２０６の詳細については後述する。
・石炭に含まれる水分量（石炭の水分量）
・進入エアの流量
・シールエアの流量
【００４１】
[[熱収支モデル]]
本実施形態では、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントに与えられる熱量と消費される熱量とが等しくなることを定式化したものを熱収支モデルとして表現する。負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントに与えられる熱量と消費される熱量について説明する。
（１）石炭の加熱に必要な熱量の式
石炭を製品の温度まで加熱するのに必要な熱量ΔＱCOAL［ｋｃａｌ］を、以下の（１）式で表す。
ΔＱCOAL＝原料の比熱×給炭量×１０００×（製品の温度−原料の温度）  ・・・（１）
前述したように、給炭量［ｔｏｎ／ｈｒ］と製品の温度は、操業条件として与えられるものであり、原料の比熱［ｋｃａｌ／ｋｇ・℃］と原料の温度［℃］は、環境条件として与えられるものである。
【００４２】
（２）水の加熱に必要な熱量の式
石炭に含まれる水を製品の温度まで加熱するのに必要な熱量ΔＱ（顕熱）［ｋｃａｌ］を、以下の（２）式で表す。
ΔＱ（顕熱）＝水の比熱×ＷＭ×（製品の温度−原料の温度）  ・・・（２）
前述したように、水の比熱［ｋｃａｌ／ｋｇ・℃］は、環境条件として与えられるものである。
また、（２）式において、ＷＭは、石炭に含まれる水の単位時間当たりの重量［ｋｇ／ｈｒ］であり、以下の（２ａ）式で表される。
ＷＭ＝給炭量×１０００×石炭の水分量／（１００−石炭の水分量）  ・・・（２ａ）
前述したように、給炭量［ｔｏｎ／ｈｒ］は、操業条件として与えられるものである。一方、石炭の水分量［質量％］は、原料水分量導出部２０６で導出されるものである。
【００４３】
（３）水の蒸発に必要な熱量の式
石炭に含まれる水が蒸発するために必要な熱量ΔＱ（潜熱）［ｋｃａｌ］を、以下の（３）式で表す。
ΔＱ（潜熱）＝水の潜熱×ＷＶ  ・・・（３）
前述したように、水の潜熱［ｋｃａｌ／ｋｇ］は、環境条件である。
また、（３）式において、ＷＶは、水蒸気として存在する水の単位時間当たりの重量［ｋｇ／ｈｒ］であり、以下の（３ａ）式で表される。
ＷＶ＝給炭量×１０００×｛石炭の水分量／（１００−石炭の水分量）−製品の水分量／（１００−製品の水分量）｝  ・・・（３ａ）
前述したように、給炭量［ｔｏｎ／ｈｒ］は、操業条件として与えられるものである。また、製品の水分量［質量％］も、環境条件として与えられるものである。一方、石炭の水分量［質量％］は、原料水分量導出部２０６で導出されるものである。
【００４４】
（４）バーナー燃焼により得られる熱量の式
燃料ガスによる燃焼により発生する熱量ΔＱHGG［ｋｃａｌ］を、以下の（４）式で表す。
ΔＱHGG＝燃料のガスカロリー×燃料ガスの流量  ・・・（４）
前述したように、燃料のガスカロリー［ｋｃａｌ／Ｎｍ3］は、環境条件として与えられるものである。燃料ガスの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］は、決定変数である。
【００４５】
（５）バーナー燃焼により消費される燃焼エアの流量の式
燃焼により消費される燃焼エアの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］を、以下の（５）式で表す。
燃焼エアの流量＝燃料ガスの流量×理論空気量×過剰空気量  ・・・（５）
前述したように、理論空気量［−］と過剰空気量［−］は環境条件として与えられるものである。燃焼エアの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］と燃料ガスの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］は、決定変数である。
【００４６】
（６）バーナー燃焼により発生する排ガスの流量の式
燃料ガスの燃焼により発生する排ガスの流量（バーナー燃焼排ガス流量）［Ｎｍ3／ｈｒ］を、以下の（６）式で表す。
バーナー燃焼排ガス流量＝燃料ガスの流量＋燃焼エアの流量  ・・・（６）
実際には、バーナー燃焼排ガス流量は、燃料ガスの流量と燃焼エアの流量との和よりも小さいが、これらの和としてバーナー燃焼排ガス流量を表現しても、大きな誤差は生じない。そこで、本実施形態では、バーナー燃焼排ガス流量を、燃料ガスの流量と燃焼エアの流量との和で近似する。尚、燃焼エアの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］と燃料ガスの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］は、決定変数として与えられるものである。
【００４７】
（７）循環ファンにおける断熱圧縮による温度上昇の式
循環ファン１１３における断熱圧縮に起因して発生する熱量ΔＱFAN［ｋｃａｌ］を、以下の（７）式で表す。
ΔＱFAN＝循環ガスの流量×ΔＴ×ガスの比熱  ・・・（７）
前述したように、ガスの比熱［ｋｃａｌ／ｋｇ・℃］は、環境条件として与えられるものである。ΔＴは、循環ファン１１３における断熱圧縮に起因する循環ガスの温度上昇分［℃］であり、前述したように、環境条件として与えられるものである。循環ガスの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］は、以下の（７ａ）式で表される。
【００４８】
循環ガスの流量＝バグ出口排ガス流量−放散ガスの流量  ・・・（７ａ）
前述したように、バス出口排ガス流量［Ｎｍ3／ｈｒ］は、操業条件として与えられるものである。放散ガスの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］は、以下の（７ｂ）式で表される。
放散ガスの流量＝Σガス流量（ｉ）＋ＷＶ×２２．４／１８  ・・・（７ｂ）
（７ｂ）式において、Σガスの流量（ｉ）は、以下の（７ｃ）式で表される。
Σガス流量（ｉ）＝燃料ガスの流量＋燃焼エアの流量＋希釈エアの流量＋進入エアの流量＋シールエアの流量  ・・・（７ｃ）
前述したように、燃料ガスの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］と燃焼エアの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］は、決定変数として与えられるものである。進入エアの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］とシールエアの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］は、原料水分量導出部２０６で導出されるものである。本実施形態では、進入エアの流量とシールエアの流量との和が不可観測エアの流量として導出される（進入エアの流量とシールエアの流量とを区別しない）。ＷＶは、水蒸気として存在する水の単位時間当たりの重量［ｋｇ／ｈｒ］であり、（３ａ）式で表される。希釈エアの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］は、決定変数である。尚、（７ｂ）式の「２２．４」は、標準体積（モル体積）［リットル／ｍｏｌ］であり、「１８」は、水の分子量［グラム／ｍｏｌ］である。したがって、（７ｂ）式の「２２．４／１８」は、重量を体積に変換する係数となる。
【００４９】
負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントに与えられる熱量と消費される熱量とが等しくなると、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントにおける熱収支のバランスがとれるので、以上の（１）式〜（７）式により、以下の（８）式が、熱収支モデルとして得られる。
ΣΔＱGAS（ｉ）＋ΔＱCOAL＋ΔＱ（顕熱）＋ΔＱ（潜熱）＝ΔＱHGG＋ΔＱFAN  ・・・（８）
（８）式において、左辺は、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントで消費する熱量の合計であり、右辺は、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントに与えられる熱量の合計である。
【００５０】
また、ΣΔＱGAS（ｉ）は、以下の（８ａ）式で表される。
ΣΔＱGAS（ｉ）＝Σ[ガス（ｉ）の比熱×ガス（ｉ）の流量×（製品の温度−ガス（ｉ）の注入温度）]  ・・・（８ａ）
ガス（ｉ）は、燃料ガス、燃焼エア、希釈エア、進入エア、およびシールエアであり、これらのガスについての（８ａ）式の[]内の値の積算値を（８ａ）式で導出する。前述したように、本実施形態では、進入エアの流量およびシールエアの流量を不可観測エアの流量として一括りの流量としているので、これらは同一のガス（ｉ）であるとして（８ａ）式の計算が行われる。
【００５１】
尚、前述したように、製品の温度は、操業条件として与えられるものであり、ガスの比熱と注入温度は、環境条件として与えられるものである。また、燃料ガスの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］、燃焼エアの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］、および希釈エアの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］は、決定変数である。燃料ガスの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］と燃焼エアの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］は、（５）式、（６）式により表現される。さらに、進入エアの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］とシールエアの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］は、原料水分量導出部２０６で不可観測エアの流量として導出されるものである。
【００５２】
[[物質収支モデル]]
負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントに注入されたガスと、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントで発生したガスは十分に混合し、これらのガスの注入量と発生量の和と同じ量のガスが煙突１１４を介して大気中に放出されることを定式化したものを物質収支モデルとして表現する。具体的には、以下の（９）式により物質収支モデルを表現する。
配管内の酸素濃度＝[（シールエアの流量＋進入エアの流量＋希釈エアの流量＋燃焼エアの流量×０．１）／放散ガスの流量]×２１  ・・・（９）
前述したように、希釈エアの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］と燃焼エアの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］は、決定変数である。また、配管内の酸素濃度［体積％］は、操業条件として与えられるものである。進入エアの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］とシールエアの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］は、原料水分量導出部２０６で不可観測エアの流量として導出されるものである。さらに、放散ガスの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］は、（７ｂ）式および（７ｃ）式により表される。尚、（９）式の右辺において、「燃焼エアの流量×０．１」は、燃焼反応で余ったエアの流量である。
【００５３】
放散ガス流量導出部２０５は、以上の（１）式〜（９）式の全てを満足する計算を行って、決定変数（燃料ガスの流量、燃焼エアの流量、および希釈エアの流量）を導出する。具体的に、これらの決定変数の導出は、例えば、（８）式および（９）式の反復計算を所定の収束条件を満足するまで行うことにより実現できる。すなわち、（１）式〜（８）式で導出された燃料ガスの流量・燃焼エアの流量を（９）式に与えて希釈エアの流量を導出し、導出した希釈エアの流量を（７ｃ）式に与えて（１）式〜（８）式により燃料ガスの流量・燃焼エアの流量を導出することを、各決定変数の解が収束するまで行う。放散ガス流量導出部２０５は、このようにして決定変数の１つである希釈エアの流量を導出する。希釈エアの流量を、このようにした導出した値で一定に維持すれば、理想的には、配管内の酸素濃度は目標値に収束することになる。
【００５４】
ここで、（９）式を変形すると、希釈エアの流量は、以下の（１０）式のように表される。
希釈エアの流量＝［配管内の酸素濃度の目標値×（シールエアの流量＋進入エアの流量＋燃料ガスの流量＋燃焼エアの流量＋水蒸気の流量）−２１×（シールエアの流量＋進入エアの流量＋０．１×燃焼エアの流量）］／（２１−配管内の酸素濃度の目標値）  ・・・（１０）
尚、水蒸気の流量は、ＷＶ×２２．４／１８で表される。（１０）式により、希釈エアの流量が導出される。
【００５５】
放散ガス流量導出部２０５は、原料水分量導出部２０６により導出された「石炭の水分量」と、環境条件として与えられる「製品の水分量」とを（３ａ）式に代入して、水蒸気として存在する水の単位時間当たりの重量ＷＶ［ｋｇ／ｈｒ］を導出する。そして、放散ガス流量導出部２０５は、このようにして導出した「水蒸気として存在する水の単位時間当たりの重量」と、原料水分量導出部２０６により導出された「（進入エアの流量とシールエアの流量との和である）不可観測エアの流量」と、決定変数として導出した「燃料ガスの流量・燃焼エアの流量・希釈エアの流量」とを（７ｂ）式に代入することにより、放散ガスの流量を導出する。
【００５６】
＜原料水分量導出部２０６＞
原料水分量導出部２０６は、石炭の水分量の導出と、進入エアの流量とシールエアの流量との和である不可観測エアの流量の導出とを行う。
本実施形態では、原料水分量導出部２０６は、前述した物質収支モデルの計算を行うことにより、石炭の水分量と不可観測エアの流量とを導出する。
【００５７】
（９）式において、シールエアの流量および進入エアの流量以外は全て測定できるものである。そこで、本実施形態では、シールエアの流量と進入エアの流量との和を不可観測エアの流量として一括りで取り扱う。
そうすると、（９）式は、以下の（１１）式のようになる。
配管内の酸素濃度＝｛（不可観測エアの流量＋希釈エアの流量＋燃焼エアの流量×０．１）／放散ガスの流量｝×２１  ・・・（１１）
（１１）式により、不可観測エアの流量が導出される。
【００５８】
次に、（７ｂ）式および（７ｃ）式を、不可観測エアの流量を用いて書き換えると、放散ガスの流量は、以下の（１２）式のように表される。
放散ガスの流量＝燃料ガスの流量＋燃焼エアの流量＋希釈エアの流量＋不可観測エアの流量＋ＷＶ×２２．４／１８  ・・・（１２）
尚、前述したように、（１２）式におけるＷＶ×２２．４／１８は、水蒸気の流量である。（１２）式により、この水蒸気の流量（ＷＶ：水蒸気として存在する水の単位時間当たりの重量）が導出される。
【００５９】
ここで、製品の水分量は経験的に求められる（例えば１．５［％］）。したがって、このようにして水蒸気の流量（ＷＶ×２２．４／１８）が導出されると、（３ａ）式より、石炭の水分量が導出される。
【００６０】
したがって、本実施形態では、例えば、配管内の酸素濃度をバグ出口Ｏ2濃度計１１０で測定し、希釈エアの流量をオリフィス流量計１１７で測定し、熱ガス発生装置１０１に送り込まれる燃料ガスの流量をオリフィス流量計１２０で測定し、熱ガス発生装置１０１に送り込まれる燃焼エアの流量をオリフィス流量計１２１で測定し、放散ガスの流量を煙突１１４から大気中に向かう放散ガスの流量をオリフィス流量計１２２で測定する。
【００６１】
原料水分量導出部２０６は、これらの測定値を入力して、（１１）式の計算を行うことにより、不可観測エアの流量を導出する。そして、原料水分量導出部２０６は、これらの測定値と、導出した不可観測エアの流量とを用いて、（１２式）および（３ａ）式の計算を行うことにより、石炭の水分量を導出する。
【００６２】
以上のようにして石炭の水分量を導出するに際し、測定値の時間的なばらつきによる影響を低減するため、本実施形態では、以下のようにする。
まず、希釈エアの流量、燃料ガスの流量、燃焼エアの流量、および放散ガスの流量については、所定の時間（例えば３０分）の代表値を用いる。代表値としては、例えば、平均値または移動平均値を用いることができる。また、これらに加えて、配管内の酸素濃度についても、所定の時間（例えば３０分）の代表値を用いてもよい。したがって、原料水分量導出部２０６は、これらの代表値を計算し、計算した代表値を用いて、（１１）式、（１２）式、および（３ａ）式の計算を行うことにより、石炭の水分量を導出する。
【００６３】
また、前述したように、物質・熱収支モデルでは、熱の収支のバランスとガスの収支のバランスとの双方について、非定常的なバランスを無視し、定常的なバランスのみを表現している。したがって、原料水分量導出部２０６は、給炭が開始されてから所定の時間が経過するまでの期間と、給炭量が変更されている期間においては、石炭の水分量の導出をせずに、前回導出した石炭の水分量の値を採用する。また、前述した代表値の導出に際し、給炭開始時から所定の時間が経過するまでの期間と、給炭量が変更されている期間における前述した測定値を使用しないようにしてもよい。
前述したように、放散ガス流量導出部２０５は、以上のようにして原料水分量導出部２０６により導出された「石炭の水分量および不可観測エアの流量」を用いて放散ガスの流量を導出する。
【００６４】
＜制御パラメータ導出部２０７＞
制御パラメータ導出部２０７は、放散ガス流量導出部２０５により導出された放散ガスの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］を用いて、プロセスゲインＫ［−］および時定数τ［ｈｒ］を導出する。そして、制御パラメータ導出部２０７は、導出したプロセスゲインＫおよび時定数τから、ＰＩ制御部２０３における比例ゲインおよび積分時間を導出し、導出した比例ゲインおよび積分時間を、ＰＩ制御部２０３の比例ゲインおよび積分時間としてそれぞれ設定する。
【００６５】
本実施形態では、ライン内部の酸素濃度の動特性モデルを、ライン内部の酸素濃度の時間変化が、単位時間にライン内部に注入された酸素濃度および単位時間にライン内部で発生した酸素濃度と、単位時間に煙突１１４を介して大気中に放出される排ガス中の酸素濃度との差で表される計算式とする。
本実施形態では、以下の条件の下で、ライン内部の酸素濃度の動特性モデルを構築した。
（ｉ）  ライン内部に注入されるガスは、バグフィルター１０７の出口に到達するまでに十分に混合され、バグ出口Ｏ2濃度計１１０で測定される酸素濃度でライン内部の酸素濃度が代表できるものとする。
（ｊ）  煙突１１４から大気中に排出されるガス（放散ガス）の量は、ライン内部に注入されたガスの量と、ライン内部で発生したガスの量との合計量に等しいものとする。
（ｋ）  煙突１１４から大気中に排出されるガス（放散ガス）の酸素濃度は、ライン内部の酸素濃度と等しいものとする。
【００６６】
以上のことから本実施形態では、ライン内部の酸素濃度の動特性モデルを（１３）式、（１４）式で表す。
Ｖ×（ｄｘ／ｄｔ）＝ΣＦ´in（ｉ）×ｘin（ｉ）−Ｆ´out×ｘ  ・・・（１３）
Ｆ´out＝ΣＦ´in（ｉ）  ・・・（１４）
【００６７】
ここで、Ｖは、ライン（熱ガス発生装置１０１、ミル１０５、バグフィルター１０７、および配管等）の容積の合計量［ｍ3］である。ｘは、ライン内部の酸素濃度［％］である。Ｆ´in（ｉ）は、ライン内部に注入されたガスとライン内部で発生したガスの流量の合計値［ｍ3／ｈｒ］である。尚、（７ｃ）と同様に、ガス（ｉ）としては、燃料ガス、燃焼エア、希釈エア、進入エア、およびシールエアの流量がある。ｘin（ｉ）は、ライン内部に注入されたガスとライン内部で発生したガスの酸素濃度［％］である。Ｆ´outは、煙突１１４から大気中に排出されるガス（放散ガス）の流量［ｍ3／ｈｒ］である。
【００６８】
Ｆ´out、Ｆ´in（ｉ）の単位は共に［ｍ3／ｈｒ］である。温度・圧力補正により、これらを［Ｎｍ3／ｈｒ］から換算する。
ライン内部の圧力は−０．５［ｋＰａ］に維持されており、且つ、ライン内部の温度は、ミル出口温度の目標値に維持されているとする。この場合、煙突１１４から大気中に排出されるガス（放散ガス）の流量Ｆ´outと、ライン内部に注入されたガスおよびライン内部で発生したガスの流量の合計値Ｆ´in（ｉ）は、それぞれ、以下の（１５）式、（１６）式で表される。
【００６９】
Ｆ´out＝Ｆout×｛（２７３．１５＋ミル出口温度の目標値）／２７３．１５｝×（１０１．３２５／１００．８２５）  ・・・（１５）
Ｆ´in（ｉ）＝Ｆin（ｉ）×｛（２７３．１５＋ミル出口温度の目標値）／２７３．１５｝×（１０１．３２５／１００．８２５）  ・・・（１６）
ここで、Ｆoutは、煙突１１４から大気中に排出されるガス（放散ガス）の流量［Ｎｍ3／ｈｒ］である（Ｆout´と単位が異なる）。また、Ｆin（ｉ）は、ライン内部に注入されたガスとライン内部で発生したガスの流量の合計値［Ｎｍ3／ｈｒ］である（Ｆin（ｉ）と単位が異なる）。
【００７０】
（１４）式〜（１６）式をまとめと、希釈エアの流量Ｆpairを入力とし、ライン内部の酸素濃度ｘを出力とする方程式は、以下の（１７）式のようになる。
Ｖ×（ｄｘ／ｄｔ）＝（Ｆ´bair＋Ｆ´sair＋Ｆ´pair）×２１−Ｆ´out×ｘ  ・・・（１７）
ここで、Ｆ´bairは、進入エアの流量［ｍ3／ｈｒ］である。また、Ｆ´sairは、シールエアの流量［ｍ3／ｈｒ］である。また、Ｆ´pairは、希釈エアの流量［ｍ3／ｈｒ］である。
【００７１】
（１７）式に対してラプラス（Laplace）変換を施すと、以下の（１８）式、（１９）式が得られる。
ｓＶＸ＝（Ｆ´bair＋Ｆ´sair＋Ｆ´pair）×２１−Ｆ´outＸ  ・・・（１８）
（Ｆ´out＋ｓＶ）Ｘ＝（Ｆ´bair＋Ｆ´sair＋Ｆ´pair）×２１  ・・・（１９）
ここで、ｓは、ラプラス演算子である。
よって、以下の（２０）式が得られる。
【００７２】
【数１】
2018103065.tif 000003
【００７３】
（２０）式より、プロセスゲインＫ［−］と時定数τ［ｈｒ］は、それぞれ、以下の（２１）式、（２２）式のようになる。
【００７４】
【数２】
2018103065.tif 000004
【００７５】
（２１）式および（２２）式に示すように、プロセス特性は、放散ガスの流量に大きく依存する。
制御パラメータ導出部２０７は、放散ガス流量導出部２０５により導出された放散ガスの流量［Ｎｍ3／ｈｒ］と、ミル出口温度目標値記憶部２０４に記憶されているミル出口温度の目標値とを用いて（１５）式の計算を行って、煙突１１４から大気中に排出されるガス（放散ガス）の流量Ｆ´outを導出する。そして、制御パラメータ導出部２０７は、導出した煙突１１４から大気中に排出されるガス（放散ガス）の流量Ｆ´outと、ラインの容積の合計量Ｖを用いて（２１）式および（２２）式の計算を行って、プロセスゲインＫと時定数τを導出する。尚、ラインの容積の合計量Ｖは固定値であり、オペレータにより予め設定される。
【００７６】
制御パラメータ導出部２０７は、プロセスゲインＫに基づいて、ＰＩ制御部２０３における比例ゲインを導出する。
例えば、制御パラメータ導出部２０７は、プロセスゲインＫと比例ゲインとの関係を示す情報に基づいて、導出したプロセスゲインＫに対応する比例ゲインを導出する。プロセスゲインＫと比例ゲインとの関係を示す情報は、これらの関係式を示す情報であっても、これらを相互に関連付けて記憶するテーブルであってもよい。プロセスゲインＫと比例ゲインとの関係として、プロセスゲインＫの大きさが大きいほど、比例ゲインの大きさが小さくなる関係を採用することができる。
【００７７】
例えば、ＰＩ制御部２０３における比例ゲインのノミナル値をＫＰ０とし、ＰＩ制御部２０３における比例ゲインをＫＰとし、プロセスゲインをＫとし、プロセスゲインのノミナル値をＫ０とすれば、以下の（２３）式により比例ゲインを適応させることができる。
ＫＰ＝ＫＰ０×Ｋ０／Ｋ  ・・・（２３）
【００７８】
例えば、ノミナル値ＫＰ０としては、給炭量の最小値の場合として制御がハンチングしない程度の適切な値を選んでおけば良い。また、給炭量が小さいほど、放散ガスの流量が小さいため、プロセスゲインＫは大きくなる。また、時定数τも大きくなり、フィードバック制御は安定しにくい傾向にある。そのため、最も制御が安定しにくい給炭量が最小の状態でＰＩ制御を適切に調整しておくのが望ましい。
【００７９】
また、制御パラメータ導出部２０７は、時定数τに基づいて、ＰＩ制御部２０３における積分時間を導出する。
例えば、制御パラメータ導出部２０７は、時定数τと積分時間との関係を示す情報に基づいて、導出した時定数τに対応する積分時間を導出する。時定数τと積分時間との関係を示す情報は、これらの関係式を示す情報であっても、これらを相互に関連付けて記憶するテーブルであってもよい。時定数τと積分時間との関係として、時定数τが大きいほど、積分時間が大きくなる関係を採用することができる。
【００８０】
例えば、ＰＩ制御部２０３における積分時間のノミナル値をＴＩ０とし、ＰＩ制御部２０３における積分時間をＴＩとし、時定数をτとし、時定数のノミナル値をτ０とすれば、以下の（２４）式により積分時間を適応させることができる。
ＴＩ＝ＴＩ０×τ／τ０  ・・・（２４）  制御パラメータ導出部２０７は、以上のようにして導出した比例ゲインおよび積分時間を、ＰＩ制御部２０３がＰＩ制御を行う際の比例ゲインおよび積分時間として設定する。  ただし、ＰＩ制御部２０３における積分時間については、時定数τに対して適応させずとも十分に良い制御結果が得られる場合がある。この場合、制御パラメータ導出部２０７は、時定数τに基づいて、ＰＩ制御部２０３における積分時間を導出しなくてもよい。
【００８１】
ＰＩ制御部２０３は、制御パラメータ導出部２０７により設定された比例ゲインおよび積分時間を用いて前述したＰＩ制御を行い、希釈エアの流量を導出する。
＜変換部２０８＞
変換部２０８は、ＰＩ制御部２０３により導出された希釈エアの流量を、エア流量調整弁１１８の開度に変換する。
図３は、変換部２０８の構成の一例を示す図である。図３（ａ）は、変換部２０８の構成の第１の例を示す図であり、図３（ｂ）は、変換部２０８の構成の第２の例を示す図である。本実施形態では、図３（ａ）および図３（ｂ）の何れの変換部２０８を採用してもよい。
【００８２】
図３（ａ）に示す例では、変換部２０８は、流量−開度関係記憶部２０８ａと、流量−開度変換部２０８ｂと、指示部２０８ｃとを有する。
流量−開度関係記憶部２０８ａは、希釈エアの流量と、エア流量調整弁１１８の開度との関係を示す情報を記憶する。希釈エアの流量とエア流量調整弁１１８の開度との関係を示す情報は、これらの関係式を示す情報であっても、これらを相互に関連付けて記憶するテーブルであってもよい。希釈エアの流量とエア流量調整弁１１８の開度との関係は、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントの操業結果等を予め調査することにより得られる。
【００８３】
流量−開度変換部２０８ｂは、ＰＩ制御部２０３で導出された希釈エアの流量に対応するエア流量調整弁１１８の開度を、流量−開度関係記憶部２０８ａに記憶されている、希釈エアの流量と、エア流量調整弁１１８の開度との関係から導出する。
指示部２０８ｃは、エア流量調整弁１１８の開度が、流量−開度変換部２０８ｂにより導出された値になるようにエア流量調整弁１１８を動作させることを、エア流量調整弁１１８またはエア流量調整弁１１８の駆動装置に指示する。
【００８４】
一方、図３（ｂ）に示す例では、変換部２０８は、希釈エア流量偏差導出部２０８ｄと、ＰＩＤ制御部２０８ｅと、指示部２０８ｆを有する。
希釈エア流量偏差導出部２０８ｄは、ＰＩ制御部２０３で導出された希釈エアの流量から、オリフィス流量計１１７で測定された希釈エアの流量を減算して、希釈エアの流量の測定値の予測値（ＰＩ制御部２０３で導出された希釈エアの流量）に対する偏差ｅを導出する。
【００８５】
ＰＩＤ制御部２０８ｅは、希釈エア流量偏差導出部２０８ｄにより導出された「希釈エアの流量の測定値の予測値に対する偏差ｅ」を入力として、比例動作、積分動作、および微分動作を行い、操作量として希釈エアの流量を導出することを繰り返して、希釈エアの流量を予測値に近づける制御（ＰＩＤ制御）を行う。そして、ＰＩＤ制御部２０８ｅは、操作量として導出した希釈エアの流量になるようなエア流量調整弁１１８の開度を導出する。
【００８６】
指示部２０８ｆは、エア流量調整弁１１８の開度が、ＰＩＤ制御部２０８ｅにより導出された値になるようにエア流量調整弁１１８を動作させることを、エア流量調整弁１１８またはエア流量調整弁１１８の駆動装置に指示する。
【００８７】
（フローチャート）
次に、図４のフローチャートを参照しながら、ライン内部の酸素濃度を制御する際の粉砕プラント酸素濃度制御装置２００の動作の一例を説明する。
まず、ステップＳ４０１において、Ｏ2濃度偏差導出部２０２は、排ガスの酸素濃度の測定値の目標値に対する偏差ｅを導出する。
次に、ステップＳ４０２において、ＰＩ制御部２０３は、排ガスの酸素濃度の測定値の目標値に対する偏差ｅを入力として、ＰＩ制御を行い、操作量として排ガスの酸素濃度を導出し、導出した排ガスの酸素濃度になるような希釈エアの流量をフィードバック制御量として導出する。
【００８８】
次に、ステップＳ４０３において、変換部２０８は、ステップＳ４０２で導出された希釈エアの流量をエア流量調整弁１１８の開度に変換する。
次に、ステップＳ４０４において、変換部２０８は、エア流量調整弁１１８の開度が、ステップＳ４０３で導出した値になるようにエア流量調整弁１１８を動作させることを、エア流量調整弁１１８またはエア流量調整弁１１８の駆動装置に指示する。
次に、ステップＳ４０５において、粉砕プラント酸素濃度制御装置２００は、粉砕を終了するか否かを判定する。この判定は、例えば、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントの操業を管理する上位のコンピュータから送信される情報に基づいて行うことができる。
【００８９】
この判定の結果、粉砕を終了する場合には、図４のフローチャートによる処理を終了する。一方、粉砕を終了しない場合には、ステップＳ４０１に戻り、粉砕を終了すると判定するまで、ステップＳ４０１〜Ｓ４０５を繰り返し行う。
【００９０】
次に、図５のフローチャートを参照しながら、ＰＩ制御部２０３の比例ゲインおよび積分時間を設定する際の粉砕プラント酸素濃度制御装置２００の動作の一例を説明する。
まず、ステップＳ５０１において、原料水分量導出部２０６は、物質収支モデルの計算を行うことにより、石炭の水分量と、不可観測エアの流量とを導出する。
【００９１】
次に、ステップＳ５０２において、放散ガス流量導出部２０５は、ステップＳ５０１で導出された石炭水分量および不可観測エアの流量を用いて物質・熱収支モデルの計算を行うことにより、放散ガスの流量を導出する。
次に、ステップＳ５０３において、制御パラメータ導出部２０７は、ステップＳ５０２で導出された放散ガスの流量を用いて、（１５）式、（２１）式、および（２２）式の計算を行うことにより、プロセスゲインＫと時定数τを導出する。
【００９２】
次に、ステップＳ５０４において、制御パラメータ導出部２０７は、ステップＳ５０３で導出したプロセスゲインＫから比例ゲインを導出すると共に、同じくステップＳ５０３で導出した時定数τから積分時間を導出する。そして、制御パラメータ導出部２０７は、導出した比例ゲインおよび成分時間をＰＩ制御部２０３に設定する。
そして、図５のフローチャートによる処理を終了する。
【００９３】
（まとめ）
以上のように本実施形態では、排ガスの酸素濃度の測定値を目標値に近づけるＰＩ制御を行い、そのＰＩ制御の出力である希釈エアの流量をフィードバック制御量として導出する。そして、フィードバック制御量として導出された希釈エアの流量をエア流量調整弁１１８の開度に変換する。このようにして得られた開度になるようにエア流量調整弁１１８を動作させる。この際、放散ガスの流量を用いてプロセスゲインＫおよび時定数τを導出し、ＰＩ制御における比例ゲインおよび積分時間を導出して設定する。
【００９４】
したがって、放散ガスの流量に応じてＰＩ制御における比例ゲインおよび積分時間を調節することができるので、従来のフィードバック制御に比べ、フィードバック制御ゲインを最適化することができる。具体的にＰＩ制御を行う場合、プロセスゲインが大きければ比例ゲインを小さくし、時定数が大きくなれば積分時間を大きくすることができる。したがって、プロセスの状態が変化した場合でも、負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントのライン内部の酸素濃度が変動することを抑制することができる。
【００９５】
また、本実施形態では、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントに与える熱量と、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントで消費される熱量とのバランスをとる熱収支の計算と、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントに注入されるガスの流量と、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントで発生するガスの流量との和と、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントから排出されるガスの流量とのバランスをとる物質収支の計算と、を行って（物質・熱収支モデルの計算を行って）、排ガスの酸素濃度の目標値を維持するために必要な放散ガスの流量を導出する。
したがって、ライン内部の酸素濃度の測定値の目標値、ミル出口温度の目標値、給炭量の変化に対するプロセス特性の変化を予測することができる。よって、ライン内部の酸素濃度のフィードバック制御器としてより高精度の制御器を提供することができる。
【００９６】
また、本実施形態では、測定値を用いて物質収支モデルの計算を行うことにより、石炭の水分量を導出（推定）する。したがって、物質・熱収支モデルの計算精度を向上させることができる。よって、天候や石炭の銘柄により変化する石炭の水分量に応じた希釈エアの流量としてより正確な流量をフィードバック制御量として導出することができる。これにより、よりロバストなフィードバック制御を実現することができる。
【００９７】
（変形例）
本実施形態では、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントに粉砕プラント酸素濃度制御装置２００を適用する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラント以外の負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントにも粉砕プラント酸素濃度制御装置２００を適用することができる。例えば、セメントを製造するための負圧式・排ガス循環系の粉砕プラントにも粉砕プラント酸素濃度制御装置２００を適用することができる。
【００９８】
また、本実施形態では、排ガスの酸素濃度の測定値を目標値に近づけるフィードバック制御としてＰＩ制御を行う場合を例に挙げて説明した。しかしながら、排ガスの酸素濃度の測定値を目標値に近づけるフィードバック制御として、例えば、比例動作、積分動作、および微分動作のうち、比例動作を含む少なくとも１つの動作を行う制御を行っていれば、どのような制御を行ってもよい。例えば、ＰＩ制御に代えて、Ｐ制御またはＰＩＤ制御を行うようにしてもよい。例えば、Ｐ制御を行う場合、制御パラメータ導出部２０７は、積分ゲインを導出せずに、比例ゲインのみを導出してもよい。また、ＰＩ制御を行う場合、制御パラメータ導出部２０７は、導出した比例ゲインおよび積分時間のうち、何れか一方のみをＰＩ制御部２０３に設定してもよい。
【００９９】
また、本実施形態のように石炭の水分量を導出すれば、よりロバストなフィードバック制御を実現することができるので好ましい。しかしながら、石炭の水分量は、サンプリングにより得ることができる。よって、石炭の水分量を環境条件として半固定値にしてもよい。
また、本実施形態のように物質・熱収支モデルの計算を行って放散ガスの流量を導出すれば、プロセス特性の変化を予測することができるので好ましい。しかしながら、放散ガスの流量は、オリフィス流量計１２２で測定することができる。よって、放散ガスの流量として、オリフィス流量計１２２の測定値を用いて、（１５）式、（２１）式、および（２２）式の計算を行うことにより、プロセスゲインＫと時定数τを導出してもよい。
【０１００】
（実施例）
次に、実施例を説明する。
本実施例では、図１に示す負圧式・排ガス循環系のＰＣＩプラントにおいて、以下の操業条件で石炭を粉砕する際の希釈エアの流量を導出する。そして、導出した希釈エアの流量となるようにエア流量調整弁１１８を動作させながら、バグ出口Ｏ2濃度計１１０でライン内部の酸素濃度を測定することを、コンピュータシミュレーションにより模擬した。
【０１０１】
ここでは、本実施形態で説明した粉砕プラント酸素濃度制御装置２００を用いて希釈エアの流量を導出した場合を発明例とした。また、本実施形態で説明した粉砕プラント酸素濃度制御装置２００から、放散ガス流量導出部２０５、原料水分量導出部２０６、および制御パラメータ導出部２０７を除いた粉砕プラント酸素濃度制御装置を用いて希釈エアの流量を導出した場合を比較例とした。このように比較例では、ＰＩ制御部２０３における比例ゲインおよび積分時間は固定値であり、これらの調整は行われない。
【０１０２】
操業条件は、以下の通りである。
石炭の水分量：８．０［％］
製品の水分量：１．５［％］
ミル出口温度の目標値：９０［℃］
外気温：５［℃］
ライン内部の酸素濃度の目標値：１０［％］
燃料ガス：ＢＦＧ
給炭量の最小値：３０［ｔｏｎ／ｈｒ］
給炭量の最大値：６０［ｔｏｎ／ｈｒ］
図６は、給炭量と時間との関係を示す図である。図６に示すように、給炭量を３０［ｔｏｎ／ｈｒ］→６０［ｔｏｎ／ｈｒ］→３０［ｔｏｎ／ｈｒ］に変更したときのライン内部の酸素濃度および希釈エアの流量の時間変化を評価した。
【０１０３】
図７は、比較例１の結果を示す図である。具体的に図７（ａ）は、ライン内部の酸素濃度と時間との関係を示す図であり、図７（ｂ）は、希釈エアの流量と時間との関係を示す図である。図８は、比較例２の結果を示す図である。具体的に図８（ａ）は、ライン内部の酸素濃度と時間との関係を示す図であり、図８（ｂ）は、希釈エアの流量と時間との関係を示す図である。（プロセスゲインＫの逆数に比例する）比例帯のノミナル値を比較例１では６０［％］とし、比較例２では１５［％］とした。また、積分時間を比較例１、２共に１５［ｓｅｃ］とした。その他については、比較例１、２の条件は同じである。
【０１０４】
一方、図９は、発明例の結果を示す図である。具体的に図９（ａ）は、ライン内部の酸素濃度と時間との関係を示す図であり、図９（ｂ）は、希釈エアの流量と時間との関係を示す図である。発明例では、比例帯のノミナル値を３０［％］とし、積分時間を１５［ｓｅｃ］とした。フィードバック制御のゲインを比較例１の場合と同じ状態を初期状態としたうえで、フィードバック制御のゲイン（比例ゲインおよび積分時間）を可変とした。
【０１０５】
ライン内部の酸素濃度は、給炭量の変化により変動する。これは、ミル出口温度を９０［℃］に維持するために熱ガス発生装置１０１の負荷（バーナー負荷）が増減して、結果として熱ガス発生装置１０１（バーナー）から発生する排ガスの流量と、石炭から発生する水蒸気の流量とが増減することに対応する。
【０１０６】
ライン内部の酸素濃度の変動の要因のうち、給炭量の変化以外の要因としては、バンカー１０３からの進入エアの流量やシールエアの流量等の外乱が時間変化することが挙げられる。
フィードバック制御のゲインが小さい場合であって、給炭量が小さい場合には（給炭量が３０［ｔｏｎ／ｈｒ］の場合には）、プロセスゲインおよび時定数が両方ともに大きくなる。このため、外乱の影響を十分に抑制できない。図７（ａ）に示すように、バンカー１０３からの進入エアの流量、シールエアの流量等の外乱によるライン内部の酸素濃度の変動が目立つ。
【０１０７】
一方、フィードバック制御のゲインが小さい場合であって、給炭量が大きい場合には（給炭量が６０［ｔｏｎ／ｈｒ］の場合には）、プロセスゲインおよび時定数が両方ともに小さくなる。このため、制御として安定しやすい。事実、図７（ａ）に示すように、給炭量が６０［ｔｏｎ／ｈｒ］のときのライン内部の酸素濃度の変動は、給炭量が３０［ｔｏｎ／ｈｒ］のときのライン内部の酸素濃度の変動に比べて小さい。
【０１０８】
しかし、比較例１では、給炭量の変化によってライン内部の酸素濃度が１２［％］を超えてしまい、粉塵爆発を防止する観点から粉砕設備は非常停止となる。このことは、フィードバック制御のゲインを小さくし過ぎると、外乱に対するフィードバック制御器の抑制能力が総合的に低くなり、粉砕設備が非常停止となるリスクを抱えることを表すものである。
【０１０９】
次に、フィードバック制御のゲインが大きい場合であって、給炭量が小さい場合には（給炭量が３０［ｔｏｎ／ｈｒ］の場合には）、プロセスゲインおよび時定数が両方ともに大きくなる。このため、制御は安定化しにくい。図８（ａ）に示すように、ライン内部の酸素濃度がハンチングして大きく変動する。
【０１１０】
一方、フィードバック制御のゲインが大きい場合であって、給炭量が大きい場合には（給炭量が６０［ｔｏｎ／ｈｒ］の場合には）、プロセスゲインおよび時定数が両方ともに小さくなる。このため、制御は安定化しやすい。図８（ａ）に示すように、ライン内部の酸素濃度は安定する。図７（ａ）に示す比較例１の結果と比較すると、図８（ａ）に示す比較例２の結果では、給炭量の変化に伴うライン内部の酸素濃度の変動量は小さい。
【０１１１】
しかし、比較例２では、ライン内部の酸素濃度の変動がハンチングにより大きくなる。このことは、粉砕設備が非常停止となるリスクを抱えることを表すものである。
原料である石炭の水分量が８．０［％］よりも小さくなり、放散ガスの流量が比較例２のケースよりも小さい場合を想定する。このような場合に比較例２のケースよりも給炭量が小さいと（給炭量が３０［ｔｏｎ／ｈｒ］であると）、プロセスゲインおよび時定数は、より大きくなる。このことは、制御がより不安定になることを意味しており、最悪の場合には制御が発散する虞がある。
【０１１２】
一方、比較例１、２のように、フィードバック制御のゲインを固定している場合と異なり、発明例では、放散ガスの流量に応じて、フィードバック制御のゲインを最適なゲインに維持する。したがって、比例ゲインを大きく（比例帯を小さく）し過ぎる必要がなくなり、図９（ａ）に示すように、給炭量が小さい場合（給炭量が３０［ｔｏｎ／ｈｒ］である場合）における比例ゲインを適切に調整することができ、ライン内部の酸素濃度のハンチングが効果的に抑制される。また、図９（ａ）に示すように、給炭量が大きい場合（給炭量が６０［ｔｏｎ／ｈｒ］の場合）のライン内部の酸素濃度の変動量は、図８（ａ）に示した比較例２の結果と同程度に抑制できている。
【０１１３】
このことは、フィードバック制御のゲインの最適化の適用によって、放散ガスの流量が大きく変化する場合においても、常に安定的な制御を実現できることを意味する。また、図７（ａ）に示す比較例１の結果と比較すると、図９（ａ）に示す発明例の結果では、給炭量が変化したときのライン内部の酸素濃度の変動量は小さい。
以上のように、発明例では、給炭量が小さい場合、給炭量が大きい場合、および給炭量が変化する場合のそれぞれにおいて、ライン内部の酸素濃度の変動を抑制することができる。
【０１１４】
尚、以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体および前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
また、以上説明した本発明の実施形態および実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【０１１５】
（請求項との対応）
＜請求項１＞
熱風発生装置は、例えば、熱ガス発生装置１０１により実現される。
粉砕機は、例えば、ミル１０５により実現される。
捕集機は、例えば、バグフィルター１０７により実現される。
経路は、例えば、図１において、熱ガス発生装置１０１とミル１０５、ミル１０５とバグフィルター１０７、バグフィルター１０７とダンパー１１２、ダンパー１１２と循環ファン１１３、循環ファン１１３と循環系圧力調整弁１１６、循環系圧力調整弁１１６と熱ガス発生装置１０１をそれぞれ繋ぐ配管により実現される。
測定手段は、例えば、バグ出口Ｏ2濃度計１１０により実現される。
調整手段は、例えば、エア流量調整弁１１８により実現される。
制御手段は、例えば、ＰＩ制御部２０３を用いることにより実現される。
指示手段は、例えば、変換部２０８を用いることにより実現される。
制御パラメータ導出手段は、例えば、制御パラメータ導出部２０７を用いることにより実現される。
＜請求項２＞
放散ガス流量導出手段は、例えば、放散ガス流量導出部２０５を用いることにより実現される。
複数の計算式は、例えば、（１）式〜（９）式を用いることにより実現される。
＜請求項３＞
希釈ガスの流量を測定する手段は、例えば、オリフィス流量計１１７により実現される。
熱風を発生させるための燃料ガスの流量を測定する手段は、例えば、オリフィス流量計１２０により実現される。
熱風を発生させるための燃焼空気の流量を測定する手段は、例えば、オリフィス流量計１２１により実現される。
経路から大気中に放出される放散ガスの流量を測定する手段は、例えば、オリフィス流量計１２２により実現される。
物質収支の計算は、例えば、（１１）式、（１２）式を用いた計算により実現される。
経路の内部における水蒸気の流量は、例えば、（３ａ）式に示すＷＶに係数（２２．４／１８）を掛けた値により実現される。
原料の粉砕機への供給量は、例えば、（３ａ）式に示す給炭量により実現される。
粉砕後の原料の水分量は、例えば、（３ａ）式に示す製品の水分量により実現される。
【符号の説明】
【０１１６】
１０１：熱ガス発生装置、１０３：バンカー、１０４：給炭機、１０５：ミル、１０７：バグフィルター、１１０：バグ出口Ｏ2濃度計、１１７・１２０・１２１・１２２：オリフィス流量計、１１８：エア流量調整弁、２００：粉砕プラント酸素濃度制御装置、２０１：Ｏ2濃度目標値記憶部、２０２：Ｏ2濃度偏差導出部、２０３：ＰＩ制御部、２０４：ミル出口温度目標値記憶部、２０５：放散ガス流量導出部、２０６：原料水分量導出部、２０７：制御パラメータ導出部、２０８：変換部
【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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