(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却室内のコークスの下層から上層に向けて循環ガスを上昇させて前記コークスを冷却し、前記コークスの下層側を切出し且つ上層側に冷却前のコークスを補充するとともに、前記冷却室から排出した前記循環ガスを冷却して前記冷却室内に循環させるコークス乾式消火設備の制御装置において、
前記コークスを切出す際に前記コークスに発生する現象であって、前記コークスの切出量に対応して複数のコークスモデル層に分割され、実際の前記コークスの切出しおよび補充に追随して、最下層のコークスモデル層が除外されるとともに各コークスモデル層が一段下がり、ついで、上層側に新規のコークスモデル層が最上層のコークスモデル層として補充されるコークスモデルＭ１と、
前記コークスを冷却する際に前記循環ガスに発生する現象であって、前記循環ガスが前記コークスモデルＭ１の下層側から上層側に向けて上昇しつつ順次前記コークスモデル層を通過して、前記各コークスモデル層と接触し、前記循環ガスが前記コークスとの間で熱交換および燃焼するという循環ガスモデルＭ２と、
を含む前記冷却室内の現象をモデル化した冷却室モデルを記憶する記憶部と、
前記冷却室モデルをもとに前記循環ガスの予測温度を算出し、前記予測温度が前記コークス乾式消火設備の制約上限以下で且つ前記コークスの切出速度を最大化するように前記切出速度を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とするコークス乾式消火設備の制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記冷却室内の現象に追随して、前記コークスの現象をモデル化した前記コークスモデルＭ１と、前記循環ガスの現象をモデル化した前記循環ガスモデルＭ２とを更新するモデル処理部と、
前記コークスモデルＭ１と前記循環ガスモデルＭ２とを含む前記冷却室モデルをもとに算出した前記予測温度と、前記コークス乾式消火設備の制約上限とを比較し、前記予測温度が前記制約上限以下であるか否かを判定する判定処理部と、
前記判定処理部による判定結果をもとに前記切出速度を設定する切出速度設定部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のコークス乾式消火設備の制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記予測温度と前記循環ガスの実測温度との誤差を算出し、前記誤差をもとに前記冷却室モデルを補正することを特徴とする請求項１または２に記載のコークス乾式消火設備の制御装置。
【請求項４】
冷却室内のコークスの下層から上層に向けて循環ガスを上昇させて前記コークスを冷却し、前記コークスの下層側を切出し且つ上層側に冷却前のコークスを補充するとともに、前記冷却室から排出した前記循環ガスを冷却して前記冷却室内に循環させるコークス乾式消火設備の制御方法において、
前記コークスを切出す際に前記コークスに発生する現象であって、前記コークスの切出量に対応して複数のコークスモデル層に分割され、実際の前記コークスの切出しおよび補充に追随して、最下層のコークスモデル層が除外されるとともに各コークスモデル層が一段下がり、ついで、上層側に新規のコークスモデル層が最上層のコークスモデル層として補充されるコークスモデルＭ１と、
前記コークスを冷却する際に前記循環ガスに発生する現象であって、前記循環ガスが前記コークスモデルＭ１の下層側から上層側に向けて上昇しつつ順次前記コークスモデル層を通過して、前記各コークスモデル層と接触し、前記循環ガスが前記コークスとの間で熱交換および燃焼するという循環ガスモデルＭ２と、
を含む前記冷却室内の現象をモデル化し、前記冷却室内の現象のモデルである冷却室モデルをもとに、前記循環ガスの予測温度を算出し、前記予測温度が前記コークス乾式消火設備の制約上限以下で且つ前記コークスの切出速度を最大化するように前記切出速度を制御することを特徴とするコークス乾式消火設備の制御方法。
【請求項５】
前記コークスの現象と前記循環ガスの現象とをモデル化し、前記冷却室内の現象に追随して、前記コークスモデルＭ１および前記循環ガスモデルＭ２の各モデルを更新し、更新後の前記コークスモデルＭ１および前記循環ガスモデルＭ２の各モデルを含む前記冷却室モデルをもとに、前記循環ガスの予測温度を算出することを特徴とする請求項４に記載のコークス乾式消火設備の制御方法。
【請求項６】
前記予測温度と前記循環ガスの実測温度との誤差を算出し、前記誤差をもとに前記冷却室モデルを補正することを特徴とする請求項４または５に記載のコークス乾式消火設備の制御方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス乾式消火設備の制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コークス炉によって製造された赤熱コークスを冷却して切出すコークス乾式消火設備が、コークス製造分野において採用されている。例えば図９に示すように、コークス乾式消火設備１００は、循環ガスによって高熱のコークス１０を冷却しつつ、冷却後のコークス１０を所望量ずつ順次排出する。
【０００３】
具体的には、コークス炉（図示せず）が製造した赤熱コークスは、ガイドカー１０１内を通って、コークバケット１０２内に投入される。このコークバケット１０２は、コークカー１０３およびターンテーブル１０４によってクレーンタワー１０５内に搬送され、ついで、クレーンタワー１０５を通してクレーン１０６によって引き上げられてチャージ装置１０７内に搬送される。その後、このコークバケット１０２内の赤熱コークスは、チャージ装置１０７内に投入され、ついで、チャージ装置１０７によって冷却装置１０８内に充填される。
【０００４】
冷却装置１０８内に充填された高熱のコークス１０は、プレチャンバ１０８ａから冷却室１０８ｂに向けて降下しつつ、循環ガスによって冷却される。その後、コークス１０は、排出装置１０９によって所望量ずつ順次切出される。
【０００５】
一方、上述した循環ガスは、ガスクーラー１１０によって冷却され、その後、配管を通して冷却装置１０８内に流入し、冷却室１０８ｂ内の高熱なコークス１０と接触しつつ上昇して、このコークス１０を冷却する。この際、循環ガスは、このコークス１０との熱交換等によって高熱化する。この高熱な循環ガスは、配管を通して冷却装置１０８からダストキャッチャー１１１に排出される。
【０００６】
その後、この高熱な循環ガスは、ダストキャッチャー１１１によって徐塵され、ボイラ１１２内に流入する。ボイラ１１２は、流入してきた高熱な循環ガスと熱交換を行うとともに蒸気を生成して、この循環ガスを冷却する。なお、ボイラ１１２によって生成された高温、高圧の蒸気は、タービン発電機等（図示せず）に利用される。
【０００７】
ボイラ１１２から排出された循環ガスは、配管を通してサイクロン装置１１３からガス循環ファン１１４へ送られ、ガス循環ファン１１４によって再度ガスクーラー１１０へ送られる。この際、循環ガスは、サイクロン装置１１３によって徐塵され、その後、ガスクーラー１１０によって、コークス１０を冷却可能な温度に冷却される。
【０００８】
なお、上述したようなコークス乾式消火設備に関し、少なくともコークス切出量、燃焼エアー量、プレチャンバ注水量をフィードフォワード制御して、ボイラから回収する蒸気の量を最大にするコークス乾式消火設備の操業方法がある（特許文献１参照）。また、安定時の運転実績から得られた最適運転計画データをもとに自動運転するコークス乾式消火設備の運転方法もある（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−２６４０６２号公報
【特許文献２】特開平３−１５７４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、図９に示したコークス乾式消火設備１００において、冷却装置１０８から排出された循環ガスの温度（以下、ボイラ入口ガス温度と称する）は、コークスの切出速度の上昇に伴って一層高くなる。このため、ボイラ入口ガス温度を考慮せずに切出速度を上げてコークスの切出量を増加させた場合、ボイラ入口ガス温度がコークス乾式消火設備１００の耐熱上限を超える可能性がある。したがって、ボイラ入口ガス温度が常にコークス乾式消火設備１００の設備制約の上限以下になるように、コークスの切出速度を制御しなければならない。
【００１１】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の従来技術では、コークスの切出量を制御してボイラから最大の回収蒸気量を得ることは可能であるが、ボイラ入口ガス温度の変化に対応してコークスの切出速度を制御することは困難である。このため、ボイラ入口ガス温度を設備制約の上限以下に維持しつつ、コークスの切出速度を最大化することは困難であるという問題があった。
【００１２】
また、上述した特許文献２に記載の従来技術では、温度および密度等の物性値が一定な赤熱コークスを連続的に投入する操業状態（以下、定常操業状態と称する）において安定した自動運転が可能である。しかし、赤熱コークスの投入量が断続的に変化する等の状況変化によって、装置内の赤熱コークスの残量が一定になり難く、この赤熱コークスの残量変化に対応してコークスの切出速度を変更する必要がある操業状態（以下、変動操業状態と称する）に追随し難い。このため、変動操業状態の場合に、ボイラ入口ガス温度を設備制約の上限以下に維持しつつ、コークスの切出速度を最大化することは困難であるという問題があった。
【００１３】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、操業状態が定常操業状態のみならず変動操業状態であっても、ボイラ入口ガス温度を設備制約の上限以下に維持しつつ、コークスの切出速度を最大化できるコークス乾式消火設備の制御装置および制御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】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるコークス乾式消火設備の制御装置は、冷却室内のコークスの下層から上層に向けて循環ガスを上昇させて前記コークスを冷却し、前記コークスの下層側を切出し且つ上層側に冷却前のコークスを補充するとともに、前記冷却室から排出した前記循環ガスを冷却して前記冷却室内に循環させるコークス乾式消火設備の制御装置において、前記コークスを切出す際に前記コークスに発生する現象と前記コークスを冷却する際に前記循環ガスに発生する現象とを含む前記冷却室内の現象をモデル化した冷却室モデルを記憶する記憶部と、前記冷却室モデルをもとに前記循環ガスの予測温度を算出し、前記予測温度が前記コークス乾式消火設備の制約上限以下で且つ前記コークスの切出速度を最大化するように前記切出速度を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかるコークス乾式消火設備の制御装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記冷却室内の現象に追随して、前記コークスの現象をモデル化したコークスモデルと、前記循環ガスの現象をモデル化した循環ガスモデルとを更新するモデル処理部と、前記コークスモデルと前記循環ガスモデルとを含む前記冷却室モデルをもとに算出した前記予測温度と、前記コークス乾式消火設備の制約上限とを比較し、前記予測温度が前記制約上限以下であるか否かを判定する判定処理部と、前記判定処理部による判定結果をもとに前記切出速度を設定する切出速度設定部と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかるコークス乾式消火設備の制御装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記予測温度と前記循環ガスの実測温度との誤差を算出し、前記誤差をもとに前記冷却室モデルを補正することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明にかかるコークス乾式消火設備の制御方法は、冷却室内のコークスの下層から上層に向けて循環ガスを上昇させて前記コークスを冷却し、前記コークスの下層側を切出し且つ上層側に冷却前のコークスを補充するとともに、前記冷却室から排出した前記循環ガスを冷却して前記冷却室内に循環させるコークス乾式消火設備の制御方法において、前記コークスを切出す際に前記コークスに発生する現象と前記コークスを冷却する際に前記循環ガスに発生する現象とを含む前記冷却室内の現象をモデル化し、前記冷却室内の現象のモデルである冷却室モデルをもとに、前記循環ガスの予測温度を算出し、前記予測温度が前記コークス乾式消火設備の制約上限以下で且つ前記コークスの切出速度を最大化するように前記切出速度を制御することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明にかかるコークス乾式消火設備の制御方法は、上記の発明において、前記コークスの現象と前記循環ガスの現象とをモデル化し、前記冷却室内の現象に追随して、前記コークスおよび前記循環ガスの各モデルを更新し、更新後の前記各モデルを含む前記冷却室モデルをもとに、前記循環ガスの予測温度を算出することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明にかかるコークス乾式消火設備の制御方法は、上記の発明において、前記予測温度と前記循環ガスの実測温度との誤差を算出し、前記誤差をもとに前記冷却室モデルを補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、冷却室内において発生するコークスおよび循環ガスの各現象をモデル化して冷却室内の発生現象をモデル化しているため、コークスの現切出速度に追随する将来のボイラ入口ガス温度を高精度に予測でき、この結果、コークス乾式消火設備の操業状態が定常操業状態のみならず変動操業状態であっても、ボイラ入口ガス温度を設備制約の上限以下に維持しつつ、コークスの切出速度を最大化できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかるコークス乾式消火設備の制御装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、コークスモデルの一例を示す模式図である。
【図３】図３は、循環ガスモデルの一例を示す模式図である。
【図４】図４は、冷却室モデルを用いてコークスモデルの層温度およびボイラ入口ガス温度を予測するための処理フローを示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施の形態にかかるコークス乾式消火設備の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、コークスの切出速度の変更に対応して変化するボイラ入口ガス温度の実測値と予測値との比較結果を示す模式図である。
【図７】図７は、コークス乾式消火設備の制約上限以下にボイラ入口ガス温度を維持しつつ切出速度を最大化するシミュレーション結果の一例を示す模式図である。
【図８】図８は、従来の方法によってコークス乾式消火設備を操業した場合の切出速度とボイラ入口ガス温度との変動実績の一例を示す模式図である。
【図９】図９は、コークス乾式消火設備の一構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、添付図面を参照して、この発明にかかるコークス乾式消火設備（以下、ＣＤＱ設備と称する）の制御装置および制御方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。
【００２３】
(実施の形態)
まず、本発明の実施の形態にかかるＣＤＱ設備の制御装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかるＣＤＱ設備の制御装置の一構成例を示すブロック図である。図１に示すように、この制御装置１は、各種情報を入力する入力部２と、ＣＤＱ設備１００の操業情報Ｊ１を検出する検出部３と、各種情報を表示する表示部４と、記憶部５と、ＣＤＱ設備１００等を制御する制御部６とを備える。
【００２４】
入力部２は、キーボードおよびマウス等の入力デバイスを用いて実現され、操作者の入力操作に対応して各種情報を制御部６に入力する。例えば、入力部２は、図９に示したＣＤＱ設備１００の冷却室１０８ｂ内の現象をモデル化した冷却室モデルＭ３の初期設定値等を入力する。
【００２５】
なお、上述した初期設定値として、例えば、冷却室１０８ｂ内のコークス１０に発生する現象をモデル化したコークスモデルＭ１の層温度、このコークス１０を冷却する循環ガスに発生する現象をモデル化した循環ガスモデルＭ２の演算係数等が挙げられる。
【００２６】
検出部３は、温度センサおよび圧力センサ等を用いて実現され、ＣＤＱ設備１００から操業情報Ｊ１を検出する。具体的には、検出部３は、図９に示したＣＤＱ設備１００の冷却装置１０８、ガスクーラー１１０およびボイラ１１２等と接続され、コークスの切出量、切出速度、循環ガスの温度、圧力等の操業情報Ｊ１を時系列順に順次検出する。その後、検出部３は、得られた操業情報Ｊ１を制御部６に順次入力する。
【００２７】
表示部４は、制御部６によって表示指示された各種情報を表示する。具体的には、表示部４は、入力部２によって入力された情報、検出部３によって検出されたＣＤＱ設備１００の操業情報Ｊ１、ＣＤＱ設備１００のボイラ入口ガス温度の予測値、コークスの切出速度等、ＣＤＱ設備の制御に必要な各種情報を表示する。
【００２８】
記憶部５は、制御部６によって記憶指示された情報を記憶し、読み出し指示された記憶情報を制御部６に送信する。具体的には、記憶部５は、ＣＤＱ設備１００の操業情報Ｊ１、コークスモデルＭ１および循環ガスモデルＭ２を含む冷却室モデルＭ３、入力部２による入力情報等を記憶する。
【００２９】
制御部６は、モデル処理部６ａ、判定処理部６ｂおよび切出速度設定部６ｃを有し、ＣＤＱ設備１００、表示部４および記憶部５を制御する。具体的には、制御部６は、ボイル入口ガス温度がＣＤＱ設備１００の制約上限を超えない範囲でコークスの切出速度を最大化するように、ＣＤＱ設備１００を制御する。
【００３０】
また、制御部６は、検出部３からＣＤＱ設備の操業情報Ｊ１を順次取得し、取得する都度、現時刻の最新情報に操業情報Ｊ１を更新するよう記憶部５を制御する。一方、制御部６は、現時刻におけるＣＤＱ設備１００の操業情報Ｊ１、コークスの切出速度等のＣＤＱ設備１００の制御に必要な情報を表示するよう表示部４を制御する。
【００３１】
モデル処理部６ａは、入力部２による入力情報および操業情報Ｊ１を用いて、ＣＤＱ設備１００内で発生するコークスの現象をモデル化したコークスモデルＭ１と、このコークスを冷却する際に発生する循環ガスの現象をモデル化した循環ガスモデルＭ２とを初期設定し、その後、各モデルを更新する。また、モデル処理部６ａは、コークスモデルＭ１と循環ガスモデルＭ２とを含む冷却室モデルＭ３を初期設定し、コークスモデルＭ１および循環ガスモデルＭ２の更新によって冷却室モデルＭ３を更新する。
【００３２】
判定処理部６ｂは、ＣＤＱ設備１００のボイル入口ガス温度の予測値を算出し、この算出した予測値がＣＤＱ設備１００の制約上限以下であるか否かを判定する。ここで、このボイル入口ガス温度の予測値は、ＣＤＱ設備１００による現時刻のコークスの切出速度に基づいて予測される将来のボイル入口ガス温度である。
【００３３】
切出速度設定部６ｃは、ボイル入口ガス温度がＣＤＱ設備１００の制約上限以下の範囲内においてコークスの切出速度を最大値に設定する。具体的には、切出速度設定部６ｃは、現時刻の操業情報Ｊ１に含まれるコークスの切出速度をもとに、次回のコークス切出動作の際に予定する切出速度（以下、予定切出速度と称する）を設定する。ついで、切出速度設定部６ｃは、判定処理部６ｂによるボイル入口ガス温度の予測値の判定結果をもとに、予定切出速度を適宜調整し、調整後の予定切出速度を次回の切出速度として設定する。
【００３４】
つぎに、上述したコークスモデルＭ１について詳細に説明する。図２は、コークスモデルの一例を示す模式図である。コークスモデルＭ１は、図９に示したＣＤＱ設備１００の冷却室１０８ｂ内のコークス１０に発生する現象をモデル化したものである。
【００３５】
具体的には、コークスモデルＭ１がモデル化する現象は、図９に示した冷却室１０８ｂ内で循環ガスによって冷却されつつ、排出装置１０９によってコークス１０の下層側から切出されるとともに、この切出量分のコークス１０がプレチャンバ１０８ａから新たに補充されるという現象である。
【００３６】
この現象をモデル化するために、コークスモデルＭ１は、図２に示すように、コークス１０の切出量に対応して複数のコークスモデル層に分割され、下層側から上層側に向けて順番に層番号（１，２，３，…，Ｉ−１，Ｉ）が付される。また、コークスモデルＭ１において、一つのコークスモデル層に含まれるコークス量は、１回のコークス切出量と同等とし、温度、密度および比熱等のコークス物性値は、コークスモデル層毎に一定とする。
【００３７】
このコークスモデルＭ１は、実際のコークス１０の切出しおよび補充に追随して、図２に示すように、最下層（層番号１）のコークスモデル層が除外されるとともに各コークスモデル層が一段下がり、ついで、上層側に新規のコークスモデル層が層番号Ｉのコークスモデル層として補充される。このようにして、コークスモデルＭ１の各コークスモデル層は、常に層総数＝Ｉを維持しつつ、層毎に更新する。
【００３８】
つぎに、上述した循環ガスモデルＭ２について詳細に説明する。図３は、循環ガスモデルの一例を示す模式図である。循環ガスモデルＭ２は、配管等を通してＣＤＱ設備１００内を循環する循環ガスに発生する現象をモデル化したものである。
【００３９】
具体的には、循環ガスモデルＭ２がモデル化する現象は、ＣＤＱ設備１００内を循環しつつ図９に示した冷却室１０８ｂ内のコークス１０を冷却する際に、冷却室１０８ｂ内において循環ガスに発生する現象である。ここで、この循環ガスの現象は、循環ガスが冷却室１０８ｂ内をコークス１０の下層側から上層側に向けて上昇しつつ、この循環ガスがコークス１０との間で熱交換および燃焼するという現象である。
【００４０】
この現象をモデル化するために、循環ガスモデルＭ２は、図３に示すように、コークスモデルＭ１の下層側から上層側に向けて上昇しつつ順次コークスモデル層を通過して、各コークスモデル層と接触する現象をモデル化している。
【００４１】
具体的には、循環ガスモデルＭ２では、まず、コークスモデルＭ１の層番号１のコークスモデル層と循環ガスとが接触し、続いて、層番号２のコークスモデル層と循環ガスとが接触し、最終的に、コークスモデルＭ１の層番号Ｉのコークスモデル層と循環ガスとが接触する。このように、循環ガスモデルＭ２において、モデル化した循環ガスは、冷却室１０８ｂ内における実際の循環ガスの上昇に追随して、コークスモデルＭ１を層毎に順次通過しつつ上昇し、各コークスモデル層と接触した後に層番号Ｉのコークスモデル層の上層に向けて上昇する。
【００４２】
一方、循環ガスモデルＭ２では、上述したように循環ガスがコークス１０と接触しつつ上昇するとともに、コークス１０と循環ガスとが熱交換し且つ循環ガスが燃焼する現象を演算式によってモデル化している。
【００４３】
具体的には、モデル化した循環ガスは、冷却室１０８ｂ内における実際の循環ガスの上昇に追随して、コークスモデルＭ１の層毎に熱交換および燃焼する。以下に、循環ガスモデルＭ２においてモデル化した循環ガスの熱交換および燃焼の演算式を示す。
【００４４】
循環ガスモデルＭ２における循環ガス比熱Ｃg［ｋｃａｌ／ｋｇ℃］は、循環ガス中の一酸化炭素濃度Ｘ［ｍｏｌ％／Ｎｍ3］、循環ガス中の二酸化炭素濃度Ｙ［ｍｏｌ％／Ｎｍ3］、循環ガス中の水素濃度Ｈ［ｍｏｌ％／Ｎｍ3］、循環ガス中の水分濃度Ｗ［ｍｏｌ％／Ｎｍ3］、循環ガス中の窒素濃度Ｚ［ｍｏｌ％／Ｎｍ3］、一酸化炭素ガス比熱Ｃgx［ｋｃａｌ／ｋｇ℃］、二酸化炭素ガス比熱Ｃgy［ｋｃａｌ／ｋｇ℃］、水素ガス比熱Ｃgh［ｋｃａｌ／ｋｇ℃］、水分ガス比熱Ｃgw［ｋｃａｌ／ｋｇ℃］、窒素ガス比熱Ｃgz［ｋｃａｌ／ｋｇ℃］を用いて、次式（１）によって表される。なお、一酸化炭素濃度Ｘ、二酸化炭素濃度Ｙ、水素濃度Ｈ、水分濃度Ｗおよび窒素濃度Ｚは、操業情報Ｊ１の一部である。
Ｃg＝Ｃgx×Ｘ＋Ｃgy×Ｙ＋Ｃgh×Ｈ＋Ｃgw×Ｗ＋Ｃgz×Ｚ            ・・・（１）
【００４５】
なお、式（１）内の一酸化炭素ガス比熱Ｃgx［ｋｃａｌ／ｋｇ℃］、二酸化炭素ガス比熱Ｃgy［ｋｃａｌ／ｋｇ℃］、水素ガス比熱Ｃgh［ｋｃａｌ／ｋｇ℃］、水分ガス比熱Ｃgw［ｋｃａｌ／ｋｇ℃］および窒素ガス比熱Ｃgz［ｋｃａｌ／ｋｇ℃］は、熱交換する前の循環ガス温度Ｔg1［℃］を用いて、次式（２）〜（６）によって表される。なお、循環ガス温度Ｔg1は、操業情報Ｊ１の一部である。
Ｃgx＝ａgx×Ｔg13＋ｂgx×Ｔg12＋ｃgx×Ｔg1＋ｄgx                  ・・・（２）
Ｃgy＝ａgy×Ｔg13＋ｂgy×Ｔg12＋ｃgy×Ｔg1＋ｄgy                  ・・・（３）
Ｃgh＝ａgh×Ｔg13＋ｂgh×Ｔg12＋ｃgh×Ｔg1＋ｄgh                  ・・・（４）
Ｃgw＝ａgw×Ｔg13＋ｂgw×Ｔg12＋ｃgw×Ｔg1＋ｄgw                  ・・・（５）
Ｃgz＝ａgz×Ｔg13＋ｂgz×Ｔg12＋ｃgz×Ｔg1＋ｄgz                  ・・・（６）
【００４６】
循環ガスモデルＭ２における循環ガスのガス熱伝導度Ｋg［ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃］は、一酸化炭素ガス熱伝導度Ｋgx［ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃］、二酸化炭素ガス熱伝導度Ｋgy［ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃］、水素ガス熱伝導度Ｋgh［ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃］、水分ガス熱伝導度Ｋgw［ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃］、窒素ガス熱伝導度Ｋgz［ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃］、一酸化炭素濃度Ｘ［ｍｏｌ％／Ｎｍ3］、二酸化炭素濃度Ｙ［ｍｏｌ％／Ｎｍ3］、水素濃度Ｈ［ｍｏｌ％／Ｎｍ3］、水分濃度Ｗ［ｍｏｌ％／Ｎｍ3］、窒素濃度Ｚ［ｍｏｌ％／Ｎｍ3］を用いて、次式（７）によって表される。
Ｋg＝Ｋgx×Ｘ＋Ｋgy×Ｙ＋Ｋgh×Ｈ＋Ｋgw×Ｗ＋Ｋgz×Ｚ            ・・・（７）
【００４７】
なお、式（７）内の一酸化炭素ガス熱伝導度Ｋgx［ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃］、二酸化炭素ガス熱伝導度Ｋgy［ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃］、水素ガス熱伝導度Ｋgh［ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃］、水分ガス熱伝導度Ｋgw［ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃］および窒素ガス熱伝導度Ｋgz［ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃］は、循環ガス温度Ｔg1［℃］を用いて、次式（８）〜（１２）によって表される。
Ｋgx＝ｅgx×(ｆgx×Ｔg12＋ｇgx×Ｔg1＋ｈgx)                      ・・・（８）
Ｋgy＝ｅgy×(ｆgy×Ｔg12＋ｇgy×Ｔg1＋ｈgy)                      ・・・（９）
Ｋgh＝ｅgh×(ｆgh×Ｔg12＋ｇgh×Ｔg1＋ｈgh)                      ・・・（１０）
Ｋgw＝ｅgw×(ｆgw×Ｔg12＋ｇgw×Ｔg1＋ｈgw)                      ・・・（１１）
Ｋgz＝ｅgz×(ｆgz×Ｔg12＋ｇgz×Ｔg1＋ｈgz)                      ・・・（１２）
【００４８】
また、循環ガスモデルＭ２における循環ガスのガス粘度Ｍg［ｋｇ／ｍｈｒ］およびガス密度Ｄg［ｋｇ／Ｎｍ3］は、一酸化炭素濃度Ｘ［ｍｏｌ％／Ｎｍ3］、二酸化炭素濃度Ｙ［ｍｏｌ％／Ｎｍ3］、水素濃度Ｈ［ｍｏｌ％／Ｎｍ3］、水分濃度Ｗ［ｍｏｌ％／Ｎｍ3］、窒素濃度Ｚ［ｍｏｌ％／Ｎｍ3］、循環ガス温度Ｔg1［℃］を用いて、次式（１３）、（１４）によって各々表される。
Ｍg＝ａg1×((Ｔg1＋ａg2)0.6774)                                  ・・・（１３）
Ｄg＝ｂg1×Ｘ＋ｂg2×Ｙ＋ｂg3×Ｈ＋ｂg4×Ｗ＋ｂg5×Ｚ            ・・・（１４）
【００４９】
一方、循環ガスモデルＭ２におけるコークス比熱Ｃs［ｋｃａｌ／ｋｇ℃］は、熱交換する前のコークス温度Ｔs1［℃］を用いて、次式（１５）によって表される。
Ｃs＝ａs1×Ｔs12＋ａs2×Ｔs1＋ａs3                               ・・・（１５）
【００５０】
なお、上述した式（２）〜（１５）に示したように、一酸化炭素ガス比熱Ｃgx、二酸化炭素ガス比熱Ｃgy、水素ガス比熱Ｃgh、水分ガス比熱Ｃgw、窒素ガス比熱Ｃgz、一酸化炭素ガス熱伝導度Ｋgx、二酸化炭素ガス熱伝導度Ｋgy、水素ガス熱伝導度Ｋgh、水分ガス熱伝導度Ｋgw、窒素ガス熱伝導度Ｋgz、ガス粘度Ｍg、ガス密度Ｄgおよびコークス比熱Ｃsは、所定の係数を含む多項式によって表される。
【００５１】
また、上述した式（２）〜（１５）に含まれるａgx、ｂgx、ｃgx、ｄgx、ａgy、ｂgy、ｃgy、ｄgy、ａgh、ｂgh、ｃgh、ｄgh、ａgw、ｂgw、ｃgw、ｄgw、ａgz、ｂgz、ｃgz、ｄgz、ｅgx、ｆgx、ｇgx、ｈgx、ｅgy、ｆgy、ｇgy、ｈgy、ｅgh、ｆgh、ｇgh、ｈgh、ｅgw、ｆgw、ｇgw、ｈgw、ｅgz、ｆgz、ｇgz、ｈgz、ａg1、ａg2、ｂg1、ｂg2、ｂg3、ｂg4、ｂg5、ａs1、ａs2およびａs3は、各多項式の係数である。これらの係数および式（２）〜（１５）に示される多項式は、例えば「設計者のための物性定数推算法」（日刊工業新聞社）、「物性推算法」（データブック出版社）、「化学工学Ｉ」（岩波全書）、「化学工学II」（岩波全書）、「化学工学III」（岩波全書）等の文献を参照して決定すればよい。
【００５２】
また、コークス・ガス間伝熱係数Ｈsg［単位なし］は、循環ガス熱伝導度Ｋg［ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃］、プラントル数Ｐr［単位なし］、粒子レイノルズ数Ｒs［単位なし］、コークス球形度Ｓf［単位なし］、コークス粒度Ｄp［単位なし］、冷却室空間率Ｅ［単位なし］を用いて、次式（１６）によって表される。なお、コークス球形度Ｓf、コークス粒度Ｄpおよび冷却室空間率Ｅは、操業情報Ｊ１の一部または入力部２による入力情報である。
Ｈsg＝Ｋg×(２＋０．７５×(Ｐr0.3333)×(Ｒs0.5))／(Ｓf×Ｄp×Ｅ)  ・・・（１６）
【００５３】
なお、式（１６）内の粒子レイノルズ数Ｒs［単位なし］およびプラントル数Ｐr［単位なし］は、循環ガス比熱Ｃg［ｋｃａｌ／ｋｇ℃］、ガス粘度Ｍg［ｋｇ／ｍｈｒ］、循環ガス熱伝導度Ｋg［ｋｃａｌ／ｍｈｒ℃］、コークス球形度Ｓf［単位なし］、コークス粒度Ｄp［単位なし］、循環ガスのガス線速度ｕg［Ｎｍ／ｈｒ］、ガス密度Ｄg［ｋｇ／Ｎｍ3］を用いて、次式（１７）、（１８）によって各々表される。なお、ガス線速度ｕg、ガス密度Ｄgおよびガス粘度Ｍgは、操業情報Ｊ１の一部である。
Ｐr＝Ｃg×Ｍg／Ｋg×２２．４／１２                          ・・・（１７）
Ｒs＝Ｓf×Ｄp×ｕg×Ｄg／Ｍg                                ・・・（１８）
【００５４】
ここで、循環ガスモデルＭ２によってモデル化した循環ガスとコークスモデル層との熱交換量Ｖ１は、上述したコークス・ガス間伝熱係数Ｈsg［単位なし］、コークス温度Ｔs1［℃］および循環ガス温度Ｔg1［℃］と、コークスモデル層の体積Ｖd［ｍ3］および比表面積Ｓa［ｍ2］とを用いて、次式（１９）によって表される。なお、体積Ｖd［ｍ3］および比表面積Ｓa［ｍ2］は、コークスモデルＭ１をもとに算出される。
Ｖ１＝Ｖd×Ｓa×Ｈsg×(Ｔs1−Ｔg1)                          ・・・（１９）
【００５５】
この循環ガスモデルＭ２における熱交換後の循環ガス温度Ｔg2［℃］およびコークス温度Ｔs2［℃］は、上述した熱交換量Ｖ１［ｋｃａｌ・ｍ3／ｋｇ］、循環ガス比熱Ｃg［ｋｃａｌ／ｋｇ℃］、循環ガス体積Ｆg［ｍ3］、コークス温度Ｔs1［℃］、コークスモデル層の体積Ｖd［ｍ3］、コークス比熱Ｃs［ｋｃａｌ／ｋｇ℃］、コークス密度Ｄs［ｋｇ／Ｎｍ3］および循環ガス冷却室通過時間ｄｔを用いて、次式（２０）、（２１）によって各々表される。なお、循環ガス体積Ｆg［ｍ3］は、冷却室１０８ｂの体積Ｖc［ｍ3］と冷却室空間率Ｅ［単位なし］との積(Ｖc×Ｅ)によって算出される。
Ｔg2＝Ｔg1＋Ｖ１／(Ｆg×Ｃg)                                   ・・・（２０）
Ｔs2＝Ｔs1＋(−Ｖ１)×ｄｔ／(Ｖd×Ｃs×Ｄs)                    ・・・（２１）
【００５６】
一方、循環ガスモデルＭ２における循環ガスの燃焼熱量Ｑ１［ｋｃａｌ］は、冷却室１０８ｂ内のコークス１０と循環ガスとの接触によって、この循環ガス内の可燃ガスが燃焼して発生する熱量である。この燃焼熱量Ｑ１は、以下のようにして算出する。
【００５７】
まず、循環ガス内の可燃ガスおよびコークス１０等の反応物質Ａ、Ｂが、反応速度ｖ［ｍｏｌ／ｍ3・秒］で反応し、これによって、生成物質α、βが生成され、反応熱量Ｑ［ｋｃａｌ］が発生すると仮定する。この場合、可燃ガス燃焼に関する反応は、Ａ＋Ｂ→α＋β＋Ｑによって表され、反応速度ｖは、反応物質Ａ、Ｂの各モル濃度［Ａ］、［Ｂ］［ｍｏｌ／ｍ3］および反応速度定数ｋを用いて、ｖ＝ｋ[Ａ][Ｂ]によって算出される。なお、反応速度定数ｋは温度の関数であり、ここでは循環ガス温度を用いる。
【００５８】
つぎに、冷却室１０８ｂ内の可燃ガス燃焼に関する反応式毎に反応速度ｖを求め、循環ガスがコークスモデル層を一層通過する時間分だけ反応が起こると仮定して、この一層の層厚と反応速度ｖとをもとに、循環ガスがコークスモデル層の一層を通過するために要する時間ｔg［秒］を算出する。なお、この可燃ガス燃焼に関する反応式として、具体的には以下の反応式が挙げられる。
Ｃ＋ＣＯ2＝２ＣＯ−４１［ｋｃａｌ］
Ｃ＋Ｈ2Ｏ＝ＣＯ＋Ｈ2−３１［ｋｃａｌ］
Ｃ＋２Ｈ2Ｏ＝ＣＯ2＋２Ｈ2−２１［ｋｃａｌ］
Ｈ2＋（１／２）Ｏ＝Ｈ2Ｏ＋６８［ｋｃａｌ］
ＣＯ＋（１／２）Ｏ2＝ＣＯ2＋６８［ｋｃａｌ］
【００５９】
上述した演算過程に基づいて、循環ガスの燃焼熱量Ｑ１［ｋｃａｌ］は、反応式毎の反応熱量Ｑ［ｋｃａｌ］、循環ガス体積Ｆg［ｍ3］および反応式毎の時間ｔg［秒］を用い、次式（２２）によって算出される。
Ｑ１＝Ｑ×Ｆg×ｔg                                          ・・・（２２）
【００６０】
式（２２）によって算出した燃焼熱量Ｑ１［ｋｃａｌ］は、次のように定数ｌ、ｍの割合でコークス１０の発生熱量Ｑc［ｋｃａｌ］と循環ガスの発生熱量Ｑg［ｋｃａｌ］とに各々割り振られる。
Ｑc＝（ｌ／（ｌ＋ｍ））×Ｑ１
Ｑg＝（ｍ／（ｌ＋ｍ））×Ｑ１
【００６１】
ここで、可燃ガス燃焼による循環ガスの増加温度△Ｔ１［℃］およびコークス１０の増加温度△Ｔ２［℃］は、算出した発生熱量Ｑg、Ｑc［ｋｃａｌ］を用い、次式によって各々算出される。
△Ｔ１＝Ｑg÷（Ｃg×コークスモデル層体積）
△Ｔ２＝Ｑc÷（Ｃs×コークスモデル層体積）
【００６２】
上述したように算出した増加温度△Ｔ１、△Ｔ２［℃］は、循環ガスの燃焼によって増加した温度である。したがって、循環ガスの熱交換および燃焼後の循環ガス温度Ｔg3［℃］およびコークス温度Ｔs3［℃］は、上式（２０）、（２１）に基づく熱交換後の循環ガス温度Ｔg2［℃］およびコークス温度Ｔs2［℃］に増加温度△Ｔ１、△Ｔ２［℃］を各々加算して算出される。すなわち、循環ガス温度Ｔg3［℃］およびコークス温度Ｔs3［℃］は、次式（２３）、（２４）によって算出される。
Ｔg3＝Ｔg2＋△Ｔ１                                          ・・・（２３）
Ｔs3＝Ｔs2＋△Ｔ２                                          ・・・（２４）
【００６３】
ここで、上式（２３）による循環ガス温度Ｔg3は、コークスモデルＭ１と層毎に熱交換および燃焼した後の循環ガスの温度である。すなわち、図３において、モデル化した循環ガスＧ1〜ＧI+1の各温度のうち、循環ガスＧ1の温度は、熱交換前の循環ガス温度Ｔg1であり、循環ガスＧ2の温度は、層番号１のコークスモデル層と循環ガスとの熱交換および燃焼後の循環ガス温度Ｔg3である。
【００６４】
また、循環ガスＧ2の温度は、層番号２の時点における熱交換前の循環ガス温度Ｔg1であり、循環ガスＧ3の温度は、層番号２のコークスモデル層と循環ガスとの熱交換および燃焼後の循環ガス温度Ｔg3である。さらに、循環ガスＧIの温度は、層番号Ｉの時点における熱交換前の循環ガス温度Ｔg1であり、循環ガスＧI+1の温度は、層番号Ｉのコークスモデル層と循環ガスとの熱交換および燃焼後の循環ガス温度Ｔg3である。
【００６５】
ここで、この循環ガスＧI+1の温度は、コークスモデルＭ１の全層との間で熱交換および燃焼した後の循環ガスの温度であり、冷却室１０８ｂから排出される循環ガスの温度、すなわちＣＤＱ設備１００のボイラ入口ガス温度の予測値である。
【００６６】
一方、上式（２４）によるコークス温度Ｔs3は、コークスモデルＭ１が循環ガスと層毎に熱交換およびガス燃焼した後の各コークスモデル層（層番号＝１，２，３，…，Ｉ）の予測温度である。この循環ガスモデルＭ２によって算出された各コークスモデル層の予測温度は、現時刻においてコークス１０の層毎に予測したコークス温度予測値であり、冷却室モデルＭ３において次回の各コークスモデル層の設定温度として用いられる。
【００６７】
つぎに、冷却室モデルＭ３について詳細に説明する。図４は、冷却室モデルを用いてコークスモデルの層温度およびボイラ入口ガス温度を予測するための処理フローを示すフローチャートである。冷却室モデルＭ３は、図９に示した冷却室１０８ｂ内において発生する現象をモデル化したプログラムモデルであって、上述したコークスモデルＭ１と循環ガスモデルＭ２とを組み合わせたモデルである。すなわち、この冷却室モデルＭ３によってモデル化された現象には、コークスモデルＭ１によってモデル化されたコークス１０の現象と、循環ガスモデルＭ２によってモデル化された循環ガスの熱交換および燃焼の各現象とを含む。
【００６８】
制御部６は、この冷却室モデルＭ３をもとに、ＣＤＱ設備１００のボイラ入口ガス温度とコークス１０の層温度とを予測する。具体的には、制御部６は、図４に示す冷却室モデルＭ３のフローチャートに従って処理を実行し、これによって、コークスモデルＭ１の各層温度およびボイラ入口ガス温度の各予測値を算出する。
【００６９】
すなわち、制御部６は、まず、コークスモデルＭ１の層温度を初期設定する（ステップＳ１０１）。この場合、モデル処理部６ａは、入力部２によってコークスモデルＭ１の層毎に入力された各温度情報をもとに、コークスモデルＭ１の各層温度を初期設定する。
【００７０】
つぎに、制御部６は、現時刻のＣＤＱ設備１００の操業情報Ｊ１を取得する（ステップＳ１０２）。この場合、現時刻の操業情報Ｊ１は、検出部３によってＣＤＱ設備１００から検出され、制御部６に入力される。ついで、この操業情報Ｊ１は、記憶部５に記憶される。
【００７１】
続いて、制御部６は、現時刻におけるコークスモデルＭ１および循環ガスモデルＭ２を設定する（ステップＳ１０３）。この場合、モデル処理部６ａは、層温度が設定されていないコークスモデルＭ１を記憶部５から読み出し、ステップＳ１０１において初期設定した各層温度をコークスモデルＭ１の各層温度に設定してコークスモデルＭ１を初期設定する。一方、モデル処理部６ａは、後述するステップＳ１１６の処理を実行後であれば、ステップＳ１１０においてコークスモデル層毎に算出した層温度またはステップＳ１１７において補正した層温度をコークスモデルＭ１の各層温度に設定してコークスモデルＭ１を更新する。
【００７２】
また、モデル処理部６ａは、現時刻の操業情報Ｊ１およびコークスモデルＭ１の層温度をもとに、上式（１）〜（２４）に基づく循環ガスモデルＭ２を初期設定する。一方、モデル処理部６ａは、後述するステップＳ１１６の処理を実行後であれば、ステップＳ１１０において算出したコークスおよび循環ガスの各物性値を循環ガスモデルＭ２の式（１）〜（２４）に適用して、循環ガスモデルＭ２を更新する。
【００７３】
その後、制御部６は、処理対象のコークスモデルＭ１の層番号Ｎを初期化する（ステップＳ１０４）。これによって、処理対象の層番号Ｎは、コークスモデルＭ１の最下層の層番号（＝１）に設定される。つぎに、制御部６は、冷却室１０８ｂ内の循環ガス通過時間ｄｔを算出し（ステップＳ１０５）、ついで、次回のコークス１０の切出時刻ｔNを算出する（ステップＳ１０６）。
【００７４】
なお、循環ガス通過時間ｄｔは、循環ガスが冷却室１０８ｂを通過するために要する時間であり、例えば操業情報Ｊ１に含まれるガス線速度ｕgと冷却室１０８ｂの塔長さ（ガス通過距離）との除算処理によって算出される。また、切出時刻ｔNは、例えば操業情報Ｊ１に含まれるコークス１０の現在の切出速度とコークス１０の切出層厚との除算処理によって、コークス１０の一層を切り出すために必要な時間を求め、得られた時間と現時刻との加算処理によって算出される。
【００７５】
つぎに、制御部６は、現時刻がコークス１０の切出時刻ｔNに到達したか否かを判断する（ステップＳ１０７）。制御部６は、このステップＳ１０７において到達していないと判断した場合（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、現コークスモデル層と循環ガスとの間の熱交換量および燃焼熱量を算出する（ステップＳ１０９）。
【００７６】
このステップＳ１０９において、制御部６は、上述した式（１）〜（２４）に基づく循環ガスモデルＭ２をもとに、現層番号Ｎのコークスモデル層と循環ガスとの間における熱交換量Ｖ１および燃焼熱量Ｑ１とを算出する。
【００７７】
ついで、制御部６は、現コークスモデル層および循環ガスの物性値を更新する（ステップＳ１１０）。この場合、制御部６は、コークスモデルＭ１および循環ガスモデルＭ２をもとに、層番号Ｎにおける循環ガス温度Ｔg3およびコークス温度Ｔs3等のコークスおよび循環ガスの物性値を算出する。ついで、制御部６は、コークスモデルＭ１および循環ガスモデルＭ２の温度等の値として、得られた物性値を記憶部５に記憶し、これによって、層番号Ｎにおけるコークスモデル層および循環ガスの物性値を更新する。
【００７８】
つぎに、制御部６は、処理対象のコークスモデルＭ１の層番号Ｎを更新し（ステップＳ１１１）、続いて、コークスモデルＭ１一層分だけ時刻を進行する（ステップＳ１１２）。この場合、制御部６は、層番号Ｎに対してインクリメント処理する。さらに、制御部６は、循環ガス通過時間ｄｔとコークスモデルＭ１の全層数Ｉとの除算処理によって、この一層分の時間ｄｔ／Ｉを算出し、得られた時間ｄｔ／Ｉを現時刻に加算する。
【００７９】
その後、制御部６は、更新後の層番号Ｎ＋１がコークスモデル層の総数（＝Ｉ）を超えたか否かを判断し（ステップＳ１１３）、超えていない場合（ステップＳ１１３，Ｎｏ）、上述したステップＳ１０７に戻り、このステップＳ１０７以降の処理手順を繰り返す。
【００８０】
ここで、制御部６は、このステップＳ１０７において進行後の時刻が切出時刻ｔNに到達したか否かを判断し、到達した場合（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、図２に示したようにコークスモデル層を更新して（ステップＳ１０８）、上述したステップＳ１０６に戻り、このステップＳ１０６以降の処理手順を繰り返す。
【００８１】
一方、制御部６は、上述したステップＳ１１３において超えたと判断した場合（ステップＳ１１３，Ｙｅｓ）、ボイラ入口ガス温度を設定する（ステップＳ１１４）。この場合、制御部６は、図３に示した循環ガスＧI+1の温度、すなわち、層番号Ｉのコークスモデル層と循環ガスとの熱交換および燃焼後の循環ガス温度Ｔg3をボイラ入口ガス温度の予測値として設定する。
【００８２】
つぎに、制御部６は、ボイラ入口ガス温度の誤差を算出し（ステップＳ１１５）、得られた誤差が予め設定した閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１６）。詳細には、判定処理部６ｂが、ステップＳ１１４において設定したボイラ入口ガス温度の予測値と、操業情報Ｊ１に含まれるボイラ入口ガス温度の実測値との減算処理を行い、この減算処理による算出値の絶対値をボイラ入口ガス温度の誤差とする。その後、判定処理部６ｂは、この誤差が閾値以下であるかを判定する。
【００８３】
制御部６は、ステップＳ１１６において誤差が閾値以下ではない場合（ステップＳ１１６，Ｎｏ）、コークスモデルＭ１の層温度を補正する（ステップＳ１１７）。この場合、モデル処理部６ａは、この誤差を零にするようにコークス温度Ｔs3を調整して、コークスモデルＭ１の各層温度を補正する。その後、制御部６は、上述したステップＳ１０２の処理に戻り、このステップＳ１０２以降の処理手順を繰り返す。
【００８４】
一方、制御部６は、ステップＳ１１６において誤差が閾値以下である場合（ステップＳ１１６，Ｙｅｓ）、ステップＳ１１７を実行せずに上述したステップＳ１０２の処理に戻り、このステップＳ１０２以降の処理手順を繰り返す。
【００８５】
つぎに、本発明の実施の形態にかかるＣＤＱ設備１００の制御方法について詳細に説明する。図５は、本発明の実施の形態にかかるＣＤＱ設備の制御方法の一例を示すフローチャートである。制御部６は、図５に示す処理手順を行って、ＣＤＱ設備１００の制約上限を超えないようにコークス１０の切出速度を制御する。
【００８６】
具体的には、制御部６は、まず、現時刻の操業情報Ｊ１をもとに、コークス１０の予定切出速度を設定する（ステップＳ２０１）。この場合、切出速度設定部６ｃは、操業情報Ｊ１に含まれる現時刻の切出速度をコークス１０の予定切出速度として設定する。
【００８７】
つぎに、制御部６は、この設定した予定切出速度でのボイラ入口ガス温度の予測値を算出する（ステップＳ２０２）。ここで、このボイラ入口ガス温度の予測値は、上述したように、全コークスモデル層と循環ガスとの熱交換および燃焼後の循環ガス温度Ｔg3である。制御部６は、図４に示したステップＳ１０１〜Ｓ１１７の処理手順を適宜実行することによって、この予測値を算出する。
【００８８】
ついで、制御部６は、この算出した予測値がＣＤＱ設備１００の制約上限以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。この場合、判定処理部６ｂは、予め設定されたＣＤＱ設備１００の制約上限と、ステップＳ２０２において算出されたボイラ入口ガス温度の予測値とを比較処理する。
【００８９】
ステップＳ２０３の比較処理の結果、この予測値がＣＤＱ設備１００の制約上限を超える場合（ステップＳ２０３，Ｎｏ）、切出速度設定部６ｃは、予め設定された所定値を予定切出速度から減算し、これによって得られた値を次回の切出速度に設定する（ステップＳ２０５）。
【００９０】
一方、上述したボイラ入口ガス温度の予測値がＣＤＱ設備１００の制約上限以下である場合（ステップＳ２０３，Ｙｅｓ）、判定処理部６ｂは、この予測値が予め設定された閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。なお、この閾値は、ＣＤＱ設備１００の制約上限未満のボイラ入口ガス温度であり、切出速度を下げ過ぎないように設定される。
【００９１】
ステップＳ２０４の判定処理の結果、この予測値が閾値未満である場合（ステップＳ２０４，Ｙｅｓ）、切出速度設定部６ｃは、予め設定された所定値を予定切出速度に加算し、これによって得られた値を次回の切出速度に設定する（ステップＳ２０６）。
【００９２】
一方、ステップＳ２０４の判定処理の結果、上述したボイラ入口ガス温度の予測値が閾値以上である場合（ステップＳ２０４，Ｎｏ）、切出速度設定部６ｃは、予定切出速度を次回の切出速度に設定する（ステップＳ２０７）。
【００９３】
その後、制御部６は、上述したように設定した切出速度でコークス１０を切出すようにＣＤＱ設備１００を制御し（ステップＳ２０８）、ついで、上述したステップＳ２０１に戻り、このステップＳ２０１以降の処理手順を繰り返す。
【００９４】
すなわち、制御部６は、上述した予定切出速度から予測されるボイラ入口ガス温度がＣＤＱ設備１００の制約上限を超える場合、現状の切出速度を下げる。一方、制御部６は、このボイラ入口ガス温度の予測値がＣＤＱ設備１００の制約上限以下であり且つ閾値以下である場合、現状の切出速度を上げ、このボイラ入口ガス温度の予測値がＣＤＱ設備１００の制約上限以下であり且つ閾値以上である場合、現状の切出速度を維持する。このようにして、制御部６は、ボイラ入口ガス温度がＣＤＱ設備１００の制約上限以下で且つコークス１０の切出速度を最大化するように、この切出速度を制御する。
【００９５】
（実施例）
つぎに、本発明の実施の形態にかかる制御装置１の実施例を示して、この実施の形態による作用効果を具体的に説明する。図６は、コークスの切出速度の変更に対応して変化するボイラ入口ガス温度の実測値と予測値との比較結果を示す模式図である。図７は、ＣＤＱ設備の制約上限以下にボイラ入口ガス温度を維持しつつコークスの切出速度を最大化するシミュレーション結果の一例を示す模式図である。図８は、従来の方法によってＣＤＱ設備を操業した場合の切出速度とボイラ入口ガス温度との変動実績の一例を示す模式図である。
【００９６】
なお、この実施例において、ＣＤＱ設備１００によるコークス１０の１回の切出量は、１．６［ｔ］に固定し、コークス１０を１．６［ｔ］毎に切出す際の切出速度を変動させた。一方、コークスモデルＭ１の層数は８７層に設定した。すなわち、コークスモデルＭ１の最上層の層番号Ｉ＝８７である。また、コークスモデルＭ１の１層に含まれるコークス量は、この１回の切出量に合わせて１．６［ｔ］に設定した。さらに、各モデルパラメータの補正周期および操業情報Ｊ１の更新周期は、ともに１８０秒に設定した。
【００９７】
この設定条件の下、ＣＤＱ設備１００を操作してコークス１０の切出速度をランダムに変更するとともに、ＣＤＱ設備１００のボイラ入口ガス温度の実測値と冷却室モデルＭ３を用いた予測値とを調査した。これによって、図６に示すようなボイラ入口ガス温度の実測値と予測値との比較結果が得られた。
【００９８】
図６において、ラインＬ１は、ボイラ入口ガス温度の実績値の変化を示し、ラインＬ２は、ボイラ入口ガス温度の補正予測値の変化を示し、ラインＬ３は、ボイラ入口ガス温度の単純予測値の変化を示し、ラインＬ４は、コークス１０の切出速度の変更実績を示す。
【００９９】
なお、ここでいう補正予測値とは、図４に示したステップＳ１１５〜Ｓ１１７に例示されるように、操業情報Ｊ１の実績値と冷却室モデルＭ３による予測値との誤差を用いて補正処理を実行する場合の予測値である。また、単純予測値とは、この補正処理を実行しない場合の予測値である。
【０１００】
図６のラインＬ１、Ｌ４に示されるように、ボイラ入口ガス温度の実績値は、切出速度の変更に対応して上下に変化する。ここで、図６のラインＬ３に示されるように、ボイラ入口ガス温度の単純予測値は、上述した実績値と同様に切出速度の変更に追随して上下に変化する。且つ、この単純予測値は、実績値との誤差が小さいため、将来の切出速度を設定する際にＣＤＱ設備１００の制約上限と比較するボイラ入口ガス温度の予測値として、用いることができる。
【０１０１】
さらに、図６のラインＬ２に示されるように、ボイラ入口ガス温度の補正予測値は、上述した実績値と同様に切出速度の変更に追随して上下に変化するとともに、上述した単純予測値の場合に比して実績値との誤差が一層小さい。したがって、この補正予測値は、将来の切出速度を設定する際にＣＤＱ設備１００の制約上限と比較するボイラ入口ガス温度の予測値として最適である。この補正予測値を用いれば、切出速度に対応して将来のボイラ入口ガス温度を高精度に予測することができる。
【０１０２】
つぎに、このボイラ入口ガス温度の補正予測値がＣＤＱ設備１００の制約上限以下になる範囲において、コークス１０の切出速度を最大化するシミュレーションを行った。なお、このシミュレーションにおいて、ＣＤＱ設備１００の制約上限は、ボイラ入口ガス温度≦８６０℃とした。
【０１０３】
このシミュレーションの結果、図７のラインＬ５、Ｌ６に示すように、ボイラ入口ガス温度の補正予測値がＣＤＱ設備１００の制約上限以下である状態を維持しつつ、切出速度が変更されていることがわかる。
【０１０４】
具体的には、ボイラ入口ガス温度が上限８６０℃近傍に上昇するまで、切出速度は６０［ｔ／ｈ］を維持し、ボイラ入口ガス温度が上限近傍に上昇した時点（２０〜４０分）において、制約上限を超えないように切出速度が減速している。ついで、ボイラ入口ガス温度が低下し始めた時点に切出速度が上昇し、その後、ボイラ入口ガス温度が上限以下を維持するように切出速度が上下に変化している。
【０１０５】
ここで、図８に示すような従来のＣＤＱ設備１００の操業による切出速度とボイラ入口ガス温度との変動実績と、図７に示したシミュレーション結果とを比較する。従来のＣＤＱ設備１００の操業では、図８のラインＬ７、Ｌ８に示すように、ボイラ入口ガス温度が制約上限まで上昇するか否かを実測値から確認しつつ、切出速度が調整されている。
【０１０６】
具体的には、ボイラ入口ガス温度が上限８６０℃近傍に上昇するまで、切出速度は６０［ｔ／ｈ］以上に調整されているが、その後、ボイラ入口ガス温度が８６０℃を超えないように、切出速度がオペレータの経験等に基づいて急激に減速されている。ついで、ボイラ入口ガス温度が上限以下であることを確認しつつ、切出速度が上げられ、ボイラ入口ガス温度が再度上限近傍まで上昇した際に、切出速度が急激に減速されている。また、切出速度の最大化を図って急激に切出速度を６０［ｔ／ｈ］まで上昇させているが、その結果、ボイラ入口ガス温度がＣＱＤ設備１００の制約上限８６０℃を超えてしまっている。その後、ボイラ入口ガス温度を下げるため、切出速度は、急激に下げられている。このように、従来のＣＤＱ設備１００の操業技術では、ボイラ入口ガス温度を制約上限８６０℃以下に維持しつつ、切出速度を安定的に制御することは困難である。
【０１０７】
また、図７、８を比較して判るように、本発明のシミュレーションに基づく切出速度は、ボイラ入口ガス温度を制約上限８６０℃以下に維持しつつ、２０分程度まで６０［ｔ／ｈ］に調整でき、その後、急激に低下する必要なく、約４０［ｔ／ｈ］以上に安定的に調整できる。特に１２〜６８分の時間帯において、図８に示す切出速度の実績値は無駄に低く、これに対し、図７に示すシミュレーション結果に基づく切出速度は、制約上限８６０℃以下を維持しつつ、従来の操業実績に比して常に高く設定可能である。これは、本発明のシミュレーションによって、切出速度が制約上限８６０℃以下を維持しつつ最大化できたことを意味する。
【０１０８】
一方、図８に示すように、従来のＣＤＱ設備１００の操業実績では、切出速度を無理に上昇させたため、８０分前後の時間帯において制約上限８６０℃を超えてしまっている。これに対し、図７に示すシミュレーション結果では、ボイラ入口ガス温度が制約上限８６０℃を超えることなく、切出速度は、制約上限８６０℃以下の範囲内で安定的に最大な速度に調整されている。
【０１０９】
以上、説明したように、本発明の実施の形態では、ＣＤＱ設備１００の冷却室１０８ｂ内に装填されたコークス１０の下層側を切出して上層側を補充するという現象と、冷却室１０８ｂ内でのコークス１０と循環ガスとの接触によって、このコークス１０と循環ガスとが熱交換し且つガス燃焼するという現象とをコークスモデルＭ１および循環ガスモデルＭ２に各々モデル化し、コークスモデルＭ１および循環ガスモデルＭ２を用いて冷却室１０８ｂ内の現象をモデル化した冷却室モデルＭ３を作成し、この冷却室モデルＭ３をもとに、ボイラ入口ガス温度を予測している。また、この予測したボイラ入口ガス温度がＣＤＱ設備１００の制約上限以下になるようにコークス１０の切出速度を制御している。
【０１１０】
このため、ＣＤＱ設備１００の操業状態が定常操業状態または変動操業状態の何れであっても、実際の操業時に視認が困難な冷却室１０８ｂ内の現象を高精度にモデル化して、現時刻に予定する切出速度から想定される将来のボイラ入口ガス温度を正確に予測できる。これによって、切出速度に追随する将来のボイラ入口ガス温度の変化を高精度に把握でき、この結果、ＣＤＱ設備１００の操業状態が定常操業状態のみならず変動操業状態であっても、実際のボイラ入口ガス温度をＣＤＱ設備１００の制約上限以下に維持しつつ、コークス１０の切出速度を最大化できる。
【０１１１】
また、予定の切出速度に応じた将来のボイラ入口ガス温度を正確に予測できるため、ボイラ入口ガス温度の予測値がＣＤＱ設備１００の制約上限を超えた際に切出速度を下げることができる。この結果、実際のボイラ入口ガス温度が制約上限を超えることを防止できることから、ＣＤＱ設備１００の安全性を一層高めることができる。
【０１１２】
なお、上述した実施の形態では、ＣＤＱ設備１００によるコークス１０の切出速度が制御部６によってオンラインで制御されていたが、これに限らず、オンライン制御でなくてもよい。すなわち、制御部６がＣＤＱ設備１００を制御する代わりに、表示部４に表示された将来のボイラ入口ガス温度および切出速度の予測結果をオペレータが参照し、この予測結果に従ってオペレータがＣＤＱ設備１００の操業を調整してもよい。
【０１１３】
また、上述した実施の形態では、予定の切出速度に応じた将来のボイラ入口ガス温度の予測値を表示部４に表示していたが、これに限らず、この切出速度およびボイラ入口ガス温度の予測結果は、紙媒体等にプリンタによって印刷されてもよいし、スピーカ等によって音声出力されてもよい。すなわち、この切出速度およびボイラ入口ガス温度の予測結果は、外部に認知できる態様で出力してもよい。
【０１１４】
さらに、上述した実施の形態では、ボイラ入口ガス温度の実測値と予測値との誤差をもとにコークスモデルＭ１の層温度を補正し、この補正後の層温度を反映したコークスモデルＭ１を用いて、コークス１０の切出速度に追随する将来のボイラ入口ガス温度を予測していたが、これに限らず、コークスモデルＭ１の層温度を補正しなくてもよい。この場合、図４に示したステップＳ１１５〜Ｓ１１７を省略し、ステップＳ１１４の実行後にステップＳ１０２に戻り、このステップＳ１０２以降の処理手順を繰り返してもよい。
【０１１５】
また、上述した実施の形態では、式（２）〜（１５）を多項式としていたが、これに限らず、式の形態は、単項式など、適宜必要な形態であればよい。この場合、式（２）〜（１５）の形態は、例えば「設計者のための物性定数推算法」（日刊工業新聞社）、「物性推算法」（データブック出版社）、「化学工学Ｉ」（岩波全書）、「化学工学II」（岩波全書）、「化学工学III」（岩波全書）等の文献を参照して決定すればよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１  制御装置
２  入力部
３  検出部
４  表示部
５  記憶部
６  制御部
６ａ  モデル処理部
６ｂ  判定処理部
６ｃ  切出速度設定部
１０  コークス
１００  ＣＤＱ設備
１０１  ガイドカー
１０２  コークバケット
１０３  コークカー
１０４  ターンテーブル
１０５  クレーンタワー
１０６  クレーン
１０７  チャージ装置
１０８  冷却装置
１０８ａ  プレチャンバ
１０８ｂ  冷却室
１０９  排出装置
１１０  ガスクーラー
１１１  ダストキャッチャー
１１２  ボイラ
１１３  サイクロン装置
１１４  ガス循環ファン
Ｊ１  操業情報
Ｍ１  コークスモデル
Ｍ２  循環ガスモデル
Ｍ３  冷却室モデル
【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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