(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
竪型乾留炉の内部での物質収支、運動量収支、および熱収支を考慮した、前記竪型乾留炉の各羽口のガス流量、ガス吹込み温度、および排出口の切出速度を入力、前記竪型乾留炉の温度分布を出力とする物理モデルに対して、前記竪型乾留炉の各羽口のガス流量、ガス吹込み温度、および排出口の切出速度の現在値を入力することにより、複数の羽口が垂直方向および水平方向に並列化されて設けられた前記竪型乾留炉内の現在の温度分布を推定する推定ステップと、
前記推定ステップにより推定された現在の温度分布を初期値とし、かつ当該現在の温度分布を推定する際の各羽口のガス流量、ガス吹込み温度、および排出口の切出速度が今後も一定のままと仮定して、前記物理モデルを用いて所定時間後の将来温度分布を予測する予測ステップと、
前記複数の羽口について各羽口のガス流量を単位流量だけ操作したときの制御変数の変化量と当該単位流量との比である影響度を計算する影響度計算ステップと、
前記竪型乾留炉の目標温度分布と前記予測ステップにより予測された将来温度分布との偏差が最小となるように羽口のガス流量の操作量を算出するにあたり、前記影響度計算ステップにより計算された比である影響度と前記偏差とを用いて、前記竪型乾留炉の垂直方向で下部から上部へと段階的に前記羽口のガス流量の各操作量を決定する操作量決定ステップと、を含み、
前記羽口は、前記竪型乾留炉の垂直方向で炉頂から炉底側へ順に設けられた、低温羽口、高温羽口、抽出羽口、および冷却羽口を含み、
前記竪型乾留炉の炉底には、成型コークスを切り出す前記排出口が設けられ、
前記制御変数は、目標とする温度分布を実現するために制御を行う変数として、前記竪型乾留炉の炉頂部におけるガス温度である炉頂温度、成型炭が前記高温羽口付近の高温領域に滞在する時間である高温保持時間、および排出固体温度を含み、
前記影響度計算ステップは、前記高温羽口のガス流量については、前記竪型乾留炉の水平方向領域を表す複数の制御ゾーンのそれぞれに前記制御変数への影響度を表す比を計算するステップを含む
ことを特徴とする竪型乾留炉の温度分布制御方法。
【請求項２】
前記影響度計算ステップは、
前記低温羽口のガス流量を操作する際の各制御ゾーンの前記炉頂温度への前記影響度を算出し、
前記複数の制御ゾーンのそれぞれについて前記高温羽口のガス流量を操作する際の前記高温保持時間への前記影響度を算出し、
前記抽出羽口および前記冷却羽口のガス流量を操作する際の各制御ゾーンの前記排出固体温度への前記影響度を算出し、
前記操作量決定ステップは、前記制御変数の制御量の目標値からの偏差を算出し、当該偏差と、前記影響度計算ステップにより算出された比である前記影響度と、を用いて各羽口のガス流量の操作量を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の竪型乾留炉の温度分布制御方法。
【請求項３】
前記操作量決定ステップは、前記推定ステップにより推定された現在の温度分布と実測値との誤差を算出し、その誤差を用いて前記目標温度分布と前記将来温度分布との偏差を算出するステップを含む
ことを特徴とする請求項１または２に記載の竪型乾留炉の温度分布制御方法。
【請求項４】
前記抽出羽口のガス流量と前記冷却羽口のガス流量とを等量に制御する等量制御ステップを、さらに含み、
前記影響度計算ステップは、前記高温羽口のガス流量を操作する際の各制御ゾーンの前記炉頂温度への前記影響度を算出し、
前記操作量決定ステップは、
前記抽出羽口および前記冷却羽口のガス流量の操作量を決定する第１決定ステップと、
前記高温羽口のガス流量の操作量を決定する第２決定ステップと、
前記予測ステップにより予測された前記炉頂温度の予測値と実測値との誤差を算出し、この誤差を前記予測値に加算した値と前記炉頂温度の目標値との偏差を算出し、この偏差から、前記第２決定ステップで決定した操作量に前記高温羽口のガス流量を操作する際の当該ガス流量の変化量に、前記影響度計算ステップで算出した前記高温羽口のガス流量を操作する際の各制御ゾーンの前記炉頂温度への前記影響度を乗算した値を、差し引いて前記低温羽口のガス流量の操作量を算出するとともに、当該偏差が最小となる前記低温羽口のガス流量の操作量を決定する第３決定ステップと、を含む
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の竪型乾留炉の温度分布制御方法。
【請求項５】
竪型乾留炉の内部での物質収支、運動量収支、および熱収支を考慮した、前記竪型乾留炉の各羽口のガス流量、ガス吹込み温度、および排出口の切出速度を入力、前記竪型乾留炉の温度分布を出力とする物理モデルに対して、前記竪型乾留炉の各羽口のガス流量、ガス吹込み温度、および排出口の切出速度の現在値を入力することにより、複数の羽口が垂直方向および水平方向に並列化されて設けられた前記竪型乾留炉内の現在の温度分布を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された現在の温度分布を初期値とし、かつ当該現在の温度分布を推定する際の各羽口のガス流量、ガス吹込み温度、および排出口の切出速度が今後も一定のままと仮定して、前記物理モデルを用いて所定時間後の将来温度分布を予測する予測手段と、
前記複数の羽口について各羽口のガス流量を単位流量だけ操作したときの制御変数の変化量と当該単位流量との比である影響度を計算する影響度計算手段と、
前記竪型乾留炉の目標温度分布と前記予測手段により予測された将来温度分布との偏差が最小となるように羽口のガス流量の操作量を算出するにあたり、前記影響度計算手段により計算された比である影響度と前記偏差とを用いて、前記竪型乾留炉の垂直方向で下部から上部へと段階的に前記羽口のガス流量の各操作量を決定する操作量決定手段と、を備え、
前記羽口は、前記竪型乾留炉の垂直方向で炉頂から炉底側へ順に設けられた、低温羽口、高温羽口、抽出羽口、および冷却羽口を含み、
前記竪型乾留炉の炉底には、成型コークスを切り出す前記排出口が設けられ、
前記制御変数は、目標とする温度分布を実現するために制御を行う変数として、前記竪型乾留炉の炉頂部におけるガス温度である炉頂温度、成型炭が前記高温羽口付近の高温領域に滞在する時間である高温保持時間、および排出固体温度を含み、
前記影響度計算手段は、前記高温羽口のガス流量については、前記竪型乾留炉の水平方向領域を表す複数の制御ゾーンのそれぞれに前記制御変数への影響度を表す比を計算する
ことを特徴とする竪型乾留炉の温度分布制御装置。
【請求項６】
前記影響度計算手段は、
前記低温羽口のガス流量を操作する際の各制御ゾーンの前記炉頂温度への前記影響度を算出し、
前記複数の制御ゾーンのそれぞれについて前記高温羽口のガス流量を操作する際の前記高温保持時間への前記影響度を算出し、
前記抽出羽口および前記冷却羽口のガス流量を操作する際の各制御ゾーンの前記排出固体温度への前記影響度を算出し、
前記操作量決定手段は、前記制御変数の制御量の目標値からの偏差を算出し、当該偏差と、前記影響度計算手段により算出された比である前記影響度と、を用いて各羽口のガス流量の操作量を決定する
ことを特徴とする請求項５に記載の竪型乾留炉の温度分布制御装置。
【請求項７】
前記操作量決定手段は、前記推定手段により推定された現在の温度分布と実測値との誤差を算出し、その誤差を用いて前記目標温度分布と前記将来温度分布との偏差を算出する
ことを特徴とする請求項５または６に記載の竪型乾留炉の温度分布制御装置。
【請求項８】
前記抽出羽口のガス流量と前記冷却羽口のガス流量とを等量に制御する等量制御手段を、さらに備え、
前記影響度計算手段は、前記高温羽口のガス流量を操作する際の各制御ゾーンの前記炉頂温度への前記影響度を算出し、
前記操作量決定手段は、
前記抽出羽口および前記冷却羽口のガス流量の操作量を決定する第１決定手段と、
前記高温羽口のガス流量の操作量を決定する第２決定手段と、
前記予測手段により予測された前記炉頂温度の予測値と実測値との誤差を算出し、この誤差を前記予測値に加算した値と前記炉頂温度の目標値との偏差を算出し、この偏差から、前記第２決定手段で決定した操作量に前記高温羽口のガス流量を操作する際の当該ガス流量の変化量に、前記影響度計算手段で算出した前記高温羽口のガス流量を操作する際の各制御ゾーンの前記炉頂温度への前記影響度を乗算した値を、差し引いて前記低温羽口のガス流量の操作量を算出するとともに、当該偏差が最小となる前記低温羽口のガス流量の操作量を決定する第３決定手段と、を有する
ことを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の竪型乾留炉の温度分布制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、竪型乾留炉の温度分布制御方法および制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェロコークスに代表される成型コークスを生産するコークス製造設備は、竪型乾留炉の上部から未乾留の成型炭を装入し、成型炭に対し予熱処理、乾留処理、および冷却処理を施して竪型乾留炉の下部から成型コークスを排出する構成を有している（特許文献１参照）。このようなコークス製造設備では、予熱処理、乾留処理、および冷却処理における成型炭の温度履歴が成型コークスの品質に大きな影響を与える。そのため、コークス製造設備では、竪型乾留炉の高さ方向の温度分布を適正な状態に制御することが重要である。
【０００３】
具体的には、高品質の成型コークスを生産するためには、成型炭に対して十分な乾留処理を施すために高温領域（例えば９００℃以上）に成型炭を３時間程度保持することが望ましく、軟化溶融領域（例えば３００〜５００℃）や熱応力集中領域（例えば６００℃付近）での昇温速度にも制約がある。さらに、竪型乾留炉の炉幅方向については可能な限り均一な温度分布をすることが品質のばらつき低減の観点から望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１７８０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したコークス製造設備において、竪型乾留炉の側壁には炉頂から順に、高温羽口、低温羽口、抽出羽口、冷却羽口と呼ばれる、複数の羽口が設けられている。そして、竪型乾留炉の温度分布を所望の状態に制御するための操作量としては、羽口の流量、温度がある。
【０００６】
しかしながら、羽口は竪型乾留炉の垂直方向に複数並列化されているため、羽口流量や温度の操作影響が垂直方向に伝播し、互いに操作影響が干渉するという課題がある。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、竪型乾留炉における複数羽口間の操作影響の干渉を抑制できる竪型乾留炉の温度分布制御方法および制御装置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】
【０００８】
本発明に係る竪型乾留炉の温度分布制御方法は、向流熱交換プロセスの物理モデルを用いて、竪型乾留炉内の現在の温度分布を推定する推定ステップと、前記推定ステップにより推定された現在の温度分布を初期値とし、かつ当該現在の温度分布を推定する際の前記竪型乾留炉の操業条件が今後も一定のままと仮定して、前記物理モデルを用いて所定時間後の将来温度分布を予測する予測ステップと、前記竪型乾留炉の垂直方向および水平方向に並べて設けられた複数の羽口の各操作量に対する制御変数の影響度を計算する影響度計算ステップと、前記影響度計算ステップにより計算された影響度を用いて目標温度分布と前記予測ステップにより予測された将来温度分布との偏差を補償するための操作量を算出するにあたり、前記竪型乾留炉の垂直方向で下部から上部へと段階的に前記羽口の各操作量を決定する操作量決定ステップと、を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る竪型乾留炉の温度分布制御方法は、上記発明において、前記操作量決定ステップは、前記目標温度分布と前記将来温度分布との偏差を算出する偏差算出ステップと、前記偏差算出ステップにより算出された偏差と、前記影響度計算ステップにより計算された影響度とを用いて、当該偏差が最小となる前記操作量を算出する算出ステップと、を含むことが好ましい。
【００１０】
本発明に係る竪型乾留炉の温度分布制御方法は、上記発明において、前記偏差算出ステップは、前記推定ステップにより推定された現在の温度分布と実測値との誤差を算出し、その誤差を用いて前記目標温度分布と前記将来温度分布との偏差を算出するステップを含むことが好ましい。
【００１１】
本発明に係る竪型乾留炉の温度分布制御方法は、上記発明において、前記羽口として前記竪型乾留炉の垂直方向で炉頂から炉底側へ順に設けられた、低温羽口、高温羽口、抽出羽口、および冷却羽口のうち、前記抽出羽口のガス流量と前記冷却羽口のガス流量とを等量に制御する等量制御ステップを、さらに含み、前記操作量決定ステップは、前記抽出羽口および前記冷却羽口の操作量を決定する第１決定ステップと、前記高温羽口の操作量を決定する第２決定ステップと、前記第２決定ステップにより前記下部の操作量として決定された前記高温羽口の操作量を用いて前記低温羽口の操作量を決定する第３決定ステップと、を含むことが好ましい。
【００１２】
本発明に係る竪型乾留炉の温度分布制御装置は、向流熱交換プロセスの物理モデルを用いて、複数の羽口が垂直方向および水平方向に並列化されて設けられた竪型乾留炉内の現在の温度分布を推定する推定手段と、前記推定手段により推定された現在の温度分布を初期値とし、かつ当該現在の温度分布を推定する際の前記竪型乾留炉の操業条件が今後も一定のままと仮定して、前記物理モデルを用いて所定時間後の将来温度分布を予測する予測手段と、前記複数の羽口の各操作量に対する制御変数の影響度を計算する影響度計算手段と、前記影響度計算手段により計算された影響度を用いて目標温度分布と前記予測手段により予測された将来温度分布との偏差を補償するための操作量を算出するにあたり、前記竪型乾留炉の垂直方向で下部から上部へと段階的に前記羽口の各操作量を決定する操作量決定手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る竪型乾留炉の温度分布制御装置は、上記発明において、前記操作量決定手段は、前記目標温度分布と前記将来温度分布との偏差を算出する偏差算出手段と、前記偏差算出手段により算出された偏差と、前記影響度計算手段により計算された影響度とを用いて、当該偏差が最小となる前記操作量を算出する算出手段と、を有することが好ましい。
【００１４】
本発明に係る竪型乾留炉の温度分布制御装置は、上記発明において、前記偏差算出手段は、前記推定手段により推定された現在の温度分布と実測値との誤差を算出し、その誤差を用いて前記目標温度分布と前記将来温度分布との偏差を算出することが好ましい。
【００１５】
本発明に係る竪型乾留炉の温度分布制御装置は、上記発明において、前記羽口は、前記竪型乾留炉の垂直方向で炉頂から炉底側へ順に設けられた、低温羽口、高温羽口、抽出羽口、および冷却羽口を含み、前記抽出羽口のガス流量と前記冷却羽口のガス流量とを等量に制御する等量制御手段を、さらに備え、前記操作量決定手段は、前記抽出羽口および前記冷却羽口の操作量を決定する第１決定手段と、前記高温羽口の操作量を決定する第２決定手段と、前記第２決定手段により前記下部の操作量として決定された前記高温羽口の操作量を用いて、前記低温羽口の操作量を決定する第３決定手段と、を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、竪型乾留炉の水平方向および垂直方向に羽口が複数並列化されている場合であっても、複数羽口間の操作影響を考慮して各操作量を決定しているので、その操作影響の干渉を抑制できる。これにより、竪型乾留炉の温度分布を所望の状態に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施形態のコークス製造設備を示す図である。
【図２】図２は、竪型乾留炉の各羽口の位置を示す図である。
【図３】図３は、実施形態の温度分布制御装置を示すブロック図である。
【図４】図４は、温度分布制御方法の全体フローを示すフローチャートである。
【図５】図５は、物理モデル計算フローの一例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、竪型乾留炉の制御ゾーンを示す図である。
【図７】図７は、低温羽口流量操作時の各制御変数への影響度を示す図である。
【図８】図８は、高温羽口流量操作時の各制御変数への影響度を示す図である。
【図９】図９は、冷却羽口流量と抽出羽口流量操作時の各制御変数への影響度を示す図である。
【図１０】図１０は、アクション最適化の計算フローを説明するための図である。
【図１１】図１１（ａ）は、固体比熱に関する外乱発生時における制御量のシミュレーション結果を示す図である。図１１（ｂ）は、固体比熱に関する外乱発生時における操作量のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態における竪型乾留炉の温度分布制御方法および制御装置について具体的に説明する。
【００１９】
［１．コークス製造設備の構成］
図１は、実施形態のコークス製造設備を示す図である。図１に示すように、本実施形態のコークス製造設備１は、成型炭を乾留して成型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ている。
【００２０】
竪型乾留炉２の内部は、高さ方向で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型炭を乾留し、冷却ゾーンで乾留された成型コークスの冷却を行う。竪型乾留炉２の側壁には、炉頂から炉底側へ順に、低温羽口３ａ、高温羽口３ｂ、抽出羽口３ｃ、冷却羽口３ｄが設けられている。
【００２１】
低温羽口３ａは、低温乾留ゾーンと高温乾留ゾーンとの間に設けられている。低温羽口３ａから竪型乾留炉２内に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。高温羽口３ｂは、高温乾留ゾーンと冷却ゾーンとの間に設けられている。高温羽口３ｂ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。抽出羽口３ｃは、冷却ゾーンに設けられている。冷却羽口３ｄは、竪型乾留炉２の炉底側に設けられている。冷却羽口３ｄから竪型乾留炉２内に吹き込まれた冷却ガスにより竪型乾留炉２内に冷却ゾーンが作られ、その冷却ゾーン内のガスの一部は、抽出羽口３ｃから竪型乾留炉２の外部に抽出される。
【００２２】
また、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、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。
【００２３】
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。高温ガス加熱炉９により加熱された発生ガス（高温ガス）は、高温羽口３ｂに導かれ、高温羽口３ｂ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、エジェクター１１を介して低温羽口３ａに導かれ、低温羽口３ａから竪型乾留炉２に吹き込まれる。その際、低温ガス加熱炉１０から低温羽口３ａに流動するガスによってエジェクター１１が駆動して、冷却ゾーン内でコークス冷却に用いたガスを吸引する。つまり、低温ガス加熱炉１０により加熱された発生ガスとともに、エジェクター１１によって冷却ゾーンから吸引されたガスが、低温ガスとして低温羽口３ａから竪型乾留炉２に吹き込まれる。加えて、炉頂から回収された発生ガスの一部は、加熱することなく冷却羽口３ｄに導かれ、冷却ガスとして冷却羽口３ｄから竪型乾留炉２に吹き込まれる。
【００２４】
また、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、成型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から乾留された成型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。
【００２５】
図２は、竪型乾留炉２の各羽口３ａ〜３ｄの位置を示す図である。竪型乾留炉２は、所定高さを有する略直方体状の構造を有し、長手方向が水平方向となるように配置し、かつ炉幅方向が奥行方向となる。各羽口３ａ〜３ｄは、竪型乾留炉２の高さ方向で異なる位置に設けられ、長手方向に複数並べて設けられている。図２に示す例では、各羽口３ａ〜３ｄはそれぞれ長手方向に６つ並べられている。
【００２６】
［２．制御装置］
図３は、実施形態の温度分布制御装置１００を示すブロック図である。温度分布制御装置１００は、情報処理装置１０１、入力装置１０２、および出力装置１０３を備えている。情報処理装置１０１は、パーソナルコンピュータ等の周知の情報処理装置によって構成され、ＲＡＭ１１１、ＲＯＭ１１２、およびＣＰＵ１１３を備えている。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。
【００２７】
ＲＯＭ１１２は、本実施形態の温度分布制御方法を実現する推定プログラム１１２ａおよび制御プログラム１１２ｂと各種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１１２ｂに従って情報処理装置１０１全体の動作を制御する。例えば、情報処理装置１０１は、コークス製造設備１から供給された竪型乾留炉２の特定位置での温度情報（実測値）を利用して竪型乾留炉２の内部全体の温度分布を推定する。また、その推定された温度分布を用いてコークス製造設備１の各羽口流量を決定する。なお、竪型乾留炉２の特定位置での温度情報（実測値）は、竪型乾留炉２に設けられた温度センサによって検出される。
【００２８】
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、表示装置等によって構成され、情報処理装置１０１の各種処理情報を出力する。
【００２９】
本実施形態では、温度分布制御装置１００によって温度分布制御方法を実行し、竪型乾留炉２の目標温度分布を実現するように構成されている。
【００３０】
［３．温度分布制御方法］
本実施形態の温度分布制御方法では、竪型乾留炉２の垂直方向（高さ方向）および水平方向（長手方向）における複数羽口間の操作影響を考慮することにより、目標とする温度分布の履歴を実現する。
【００３１】
図４は、温度分布制御方法の全体フローを示すフローチャートである。図４に示すように、情報処理装置１０１は、まず、操業実績データを取り込む（ステップＳ１）。操業実績データとしては、各羽口３ａ〜３ｄのガス流量、ガス吹込み温度、排出口１３の切出速度などが挙げられる。
【００３２】
次に、情報処理装置１０１は、竪型乾留炉２の内部での乾留反応やガス固体間の熱交換を考慮した物理モデルを計算して現在の温度分布を求め（ステップＳ２）、その物理モデルを用いて将来温度分布の予測を行い（ステップＳ３）、各操作量を単位量操作した際の制御変数の変化量を計算し（ステップＳ４）、そして、ステップＳ４での計算結果を用いて、目標温度分布（目標値）と将来予測温度（予測値）との偏差を補償するように各操作量の最適化計算を行う（ステップＳ５）。補償とは、偏差が最小となるように計算することであり、そのステップＳ５では、目標とする温度分布の履歴に近づくための最適アクション（最適操作量）の計算を行う。また、ステップＳ２は、情報処理装置１０１の推定プログラム１１２ａにより実行される。ステップＳ４〜ステップＳ５は、情報処理装置１０１の制御プログラム１１２ｂにより実行される。
【００３３】
その後、情報処理装置１０１は、ステップＳ５の計算結果を推奨操作量として出力する（ステップＳ６）。情報処理装置１０１は、この一連の計算を制御周期ごとに行い、竪型乾留炉２における目標温度分布を達成し、かつ維持する。
【００３４】
本実施形態の温度分布制御方法は、上述した図４のステップＳ２〜ステップＳ５（４つのステップ）を特徴とするため、以下の説明では、それらを第１ステップ〜第４ステップとして説明する。
第１ステップ：物理モデルによる現在の温度分布の推定
第２ステップ：物理モデルによる将来温度分布の予測
第３ステップ：各操作量を単位量だけ操作した際の制御変数への影響度（感度）の計算
第４ステップ：アクション最適化計算
【００３５】
また、目標とする温度分布の履歴を実現するにあたり、制御を行う変数（以下「制御変数」という）としては、竪型乾留炉２の炉頂部におけるガス温度（以下「炉頂温度」という）、成型炭が高温羽口３ｂ付近の高温領域に滞在する時間（以下「高温保持時間」という）、および排出固体温度（以下「排出温度」という）の３つとする。さらに、その制御を行うにあたり積極的に操作する変数（以下「操作変数」という）としては、低温羽口流量、高温羽口流量、抽出羽口流量、および冷却羽口流量の４つとする。ただし、後述するように、抽出羽口流量と冷却羽口流量は等量だけ操作することが望ましいため、実質的な操作変数は３つのみである。なお、制御変数と操作変数については、第３ステップおよび第４ステップの説明において詳述する。
【００３６】
［３−１．現在の温度分布の推定（第１ステップ）］
第１ステップでは、充填層内における向流熱交換プロセスの物理モデルを用いて、現在の温度分布を推定する。ここでは、物理モデルを構成する数式と、その物理モデル計算の具体例を説明する。
【００３７】
［３−１−１．物理モデル］
物理モデル（非定常モデル）では、温度分布を左右する操業条件として、各羽口３ａ〜３ｄのガス流量、ガス吹込み温度、排出口１３の切出速度を考慮している。また、物理モデルとしては、物質収支、運動量収支、熱収支を考慮に入れたモデルとなっている。
【００３８】
物質収支としては、下記の数式（１），（２）に示すように、固体の一部がガス化するという物理モデルである。ただし、吹き込みのガス量に対して固体由来のガス量は微量なため数式（１）の右辺は０と近似した。
【００３９】
【数１】
0006544271.tif 000002
【数２】
0006544271.tif 000003
【００４０】
ここで、竪型乾留炉２の水平方向をｘ方向、垂直方向をｙ方向、奥行方向をｚ方向と定義している。数式（１）中のρｇはガス密度［ｋｇ／ｍ３］、ｕｇはガス速度の水平方向成分［ｍ／ｓ］、ｖｇはガス速度の垂直方向成分［ｍ／ｓ］、ｗｇはガス速度の奥行方向成分［ｍ／ｓ］、Ｒは反応速度［ｋｇ／ｍ３・ｓ］を表す。数式（２）中のρｓは固体密度［ｋｇ／ｍ３］、ｖｓは固体速度の垂直方向成分［ｍ／ｓ］を表す。
【００４１】
運動量収支としては、下記の数式（３）に示すように、ガスの運動量収支については充填層における流体の流れに一般的に用いられるＥｒｇｕｎの式を解いた。なお、固体の運動量収支については、固体は垂直降下するのみと仮定したため、上記の数式（２）を用いるのみで十分であるとした。
【００４２】
【数３】
0006544271.tif 000004
【００４３】
ここで、数式（３）中のＰは圧力［Ｐａ］、εは空隙率［−］、ｄｐは粒子径［ｍ］、μｇはガス粘度［Ｐａ・ｓ］を表す。さらに、ｕｇは、ガス速度［ｍ／ｓ］であり、ｕｇ＝（ｕｇ，ｖｇ，ｗｇ）のようにベクトルで表せる。
【００４４】
温度収支としては、下記の数式（４），（５）に示すように、ガスと固体間の熱交換、ガスと設備周辺大気の熱交換、反応熱を考慮した計算式から構成させる。
【００４５】
【数４】
0006544271.tif 000005
【数５】
0006544271.tif 000006
【００４６】
ここで、数式（４）中のＣｇはガス比熱［ｋＪ／ｋｇ・Ｋ］、Ｔｇはガス温度［Ｋ］、αはガスと固体との間の熱交換係数［ｋＪ／ｍ３・ｓ・Ｋ］、Ｔｓは固体温度［Ｋ］、ｈはガスと大気との間の熱交換係数［ｋＪ／ｍ３・ｓ・Ｋ］、Ｔｏｕｔは設備周辺温度［Ｋ］、ΔＨＲは反応熱［ｋＪ／ｋｇ］、η１は反応熱分配係数を表す。数式（５）中のＣｓは固体比熱［ｋＪ／ｋｇ・Ｋ］、η２は反応熱分配係数を表す。さらに、ｕｓは、固体速度［ｍ／ｓ］であり、ｕｓ＝（０，ｖｓ，０）のようにベクトルで表せる。
【００４７】
それら数式（１）〜（５）を適当な方法（例えば、パタンカー著：熱移動とコンピュータシミュレーション）で離散化した結果が、下記の数式（６）で表せる。なお、数式（６）を求めるに際し、完全陰解法による離散化を行った。
【００４８】
【数６】
0006544271.tif 000007
【００４９】
ここで、数式（６）中のＴｇ（ｋ）はタイムステップｋにおけるガスの温度分布を表すベクトル量であり、Ｔｓ（ｋ）はタイムステップｋにおける固体の温度部分布を表すベクトル量である。ベクトルの要素数は離散化のメッシュの数に対応する。本実施形態のメッシュ数は、垂直方向に４０個、水平方向に１６個、奥行方向に８個とした。また、数式（６）中のｕ（ｋ）は、操作量である各羽口からのガス流量やガス温度を表す。
【００５０】
［３−１−２．計算フローチャート］
図５は、物理モデル計算フローの一例を示すフローチャートである。情報処理装置１０１は、物理モデルの数式（１）〜（６）を解くために、図５に示す計算フローを実行する。情報処理装置１０１は、その物理モデル計算を用いて現在の温度分布を制御周期ごとに更新する。
【００５１】
図５に示すように、情報処理装置１０１は、時刻ｋの温度分布などの必要な情報の入力により、温度分布の更新を開始する（ステップＳ２ａ）。その後、情報処理装置１０１は、反応計算を行い（ステップＳ２ｂ）、原料降下速度計算を行い（ステップＳ２ｃ）、ガスの流れ計算を行い（ステップＳ２ｄ）、固体比熱等の物性値計算を行い（ステップＳ２ｅ）、熱交換係数計算を行い（ステップＳ２ｆ）、反応熱計算を行い（ステップＳ２ｇ）、各セルにおける隣接セルからの影響係数の計算を行い（ステップＳ２ｈ）、そして、時刻ｋ＋１の温度分布を計算する（ステップＳ２ｉ）。
【００５２】
具体的には、ステップＳ２ｂの反応計算では、数式（１），（２）中の反応速度Ｒを計算する。その反応計算は、鉄鋼便覧第３版（製銑、製鋼）に記載された周知の方法により行う。ステップＳ２ｃの原料降下速度計算では、数式（２）を計算する。ステップＳ２ｄのガスの流れ計算では、数式（１），（３）を計算する。また、ステップＳ２ｅの固体比熱等の物性値計算やステップＳ２ｆの熱交換係数計算は、日本学術振興会、日本鉄鋼協会編：「鉄鋼熱計算用数値」（１９６６．４．１０）、[日刊工業新聞社]に記載された周知の方法により行う。ステップＳ２ｇの反応熱計算では、数式（４），（５）中の反応熱ΔＨＲを計算する。ステップＳ２ｈの各セルにおける隣接セルからの影響係数計算では、竪型乾留炉２内部を分割した各セル（メッシュ）における熱影響を表す係数を計算する。
【００５３】
その後、情報処理装置１０１は、ステップＳ２ｂ〜ステップＳ２ｉの処理を１０回繰り返したか否かを判定する（ステップＳ２ｊ）。ステップＳ２ｂ〜ステップＳ２ｉの処理を１０回繰り返していない場合（ステップＳ２ｊ：Ｎｏ）には、ステップＳ２ｂにリターンし、上述した処理をループする。すなわち、情報処理装置１０１は、数式（１）〜（６）を収束計算で解くことにより、時刻ｋ＋１の温度分布を計算する。ステップＳ２ｂ〜ステップＳ２ｉの処理を１０回繰り返した場合（ステップＳ２ｊ：Ｙｅｓ）、情報処理装置１０１は、時刻ｋ＋１の温度分布を出力し（ステップＳ２ｋ）、温度分布の更新のサブフローが終了する。なお、ステップＳ２ｂ〜ステップＳ２ｉの処理を１０回繰り返すのは一例であり、その回数は特に限定されない。また、陰解法の繰り返し回数は多いほどよいが、例えば収束時間との関係でその回数を決めることができる。あるいは、適当な収束条件を定めて、その収束条件を満たす場合には、上述したステップＳ２ｂ〜ステップＳ２ｉの処理について、繰り返し計算をやめるように構成してもよい。
【００５４】
［３−２．将来の温度分布の予測（第２ステップ）］
第２ステップでは、上述した物理モデルを用いて、現状の入力条件（羽口流量、羽口温度、生産量等）を維持した場合の将来８時間後の温度分布を予測計算する。なお、予測時間が８時間というのは一例である。つまり、将来何時間を予測するのかは、プロセスの特性や操業条件に基づき、適宜に決められる。
【００５５】
将来予測では、第１ステップの現在の温度分布であるＴｇ（ｋ），Ｔｓ（ｋ）を初期温度分布（初期値）とする。そのうえで、現在の製品切出し速度や各羽口流量、温度を今後も一定値のまま推移すると仮定して、将来８時間後の温度分布を予測する。つまり、情報処理装置１０１は、現在の温度分布を推定する際の竪型乾留炉２の操業条件が今後も一定のままと仮定して、上記の物理モデルを用いて将来所定時間後の温度分布を予測する予測部を備えている。例えば、物理モデルのタイムステップが３０分である場合の物理モデル計算を１６回行い、温度分布を更新する。なお、以下の説明では、このように将来も操作量を現在値に保持したと仮定して予測した温度分布（将来温度分布）を「自由応答」ということにする。
【００５６】
［３−３．各操作変数から制御変数への影響度の計算（第３ステップ）］
第３ステップでは、各羽口流量を単位流量だけ変化させるアクションをとった際の将来予測温度への影響度を計算する。すなわち、竪型乾留炉２の垂直方向および水平方向に並べられた複数の羽口３ａ〜３ｄの各操作量に対する制御変数の応答計算（感度解析）を行う。
【００５７】
以下の説明において、ＭＶは操作変数を表し、ＭＶ１は低温羽口流量、ＭＶ２は高温羽口流量、ＭＶ３は抽出羽口と冷却羽口の流量を意味する。また、ＣＶは制御変数を表し、ＣＶ１は炉頂温度、ＣＶ２は高温保持時間、ＣＶ３は排出温度を意味する。添え字のｉ（ｉ＝１，２，３）は、ゾーンを意味する。このゾーンは、図６に示すように竪型乾留炉２の水平方向領域を表す制御ゾーンである。加えて、ΔＣＶは制御変数の変化量（制御量）を表し、ΔＭＶは操作変数の変化量（操作量）を表す。なお、図６の説明は後述する。
【００５８】
［３−３−１．低温羽口流量（ＭＶ１）の感度解析］
低温羽口流量ＭＶ１の感度解析について説明する。ここでは、低温羽口流量ＭＶ１を１００Ｎｍ３／ｈｒだけ上昇させたときの各制御変数ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３を予測計算する。第２ステップの自由応答計算においては、現状の羽口流量、温度は将来も一定であるという仮定のもとで計算を行ったが、この影響度の計算では、低温羽口流量ＭＶ１を「現在値＋１００Ｎｍ３／ｈｒ」に固定して各制御変数ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３の予測推移を計算する。そして、各制御変数の予測推移から自由応答を差し引く。これにより、低温羽口流量ＭＶ１を単位流量だけ操作することによる制御変数への影響度を分離することができる。この計算方法で求めた８時間後の各制御変数への影響度（感度）を図７に示す。なお、単位流量の１００Ｎｍ３／ｈｒは一例であり、その単位流量は、これに限定されず適当な値に設定してもよい。
【００５９】
図７に示すように、低温羽口流量ＭＶ１の操作時には、炉頂温度ＣＶ１のみに影響が現れ、その他の制御変数である、高温保持時間ＣＶ２と排出温度ＣＶ３への影響は小さいため無視する。低温羽口流量ＭＶ１についての感度解析結果をまとめると、下記の数式（７）のように表せる。
【００６０】
【数７】
0006544271.tif 000008
【００６１】
ここで、ΔＣＶ１，ｉ（ｉ＝１，２，３）は、各ゾーンｉにおける炉頂温度ＣＶ１の変化量を表す。数式（７）中のｔ１，ｔ２，ｔ３は、低温羽口流量ＭＶ１を操作する際の各ゾーンｉの炉頂温度ＣＶ１への影響度である。さらに、Ｔは、低温羽口流量ＭＶ１の操作時の炉頂温度ＣＶ１への影響度を表す感度解析行列である。
【００６２】
［３−３−２．高温羽口流量（ＭＶ２）の感度解析］
高温羽口流量ＭＶ２の感度解析について説明する。ここでは、高温羽口流量ＭＶ２を１００Ｎｍ３／ｈｒだけ上昇させたときの各制御変数ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３への影響度を予測計算する。
【００６３】
本実施形態のコークス製造設備１では、水平方向に並んだ複数の高温羽口３ｂは、図６に示す通り３つの制御ゾーンで独立して調整することが可能となっている。図６は、竪型乾留炉２の制御ゾーンを示す図である。高温羽口流量ＭＶ２については、３つの制御ゾーンそれぞれについての制御変数への影響度を計算する。以下の説明においても「ゾーン」とは、高温羽口３ｂの独立操作が可能な制御ブロック（水平方向領域としての制御ゾーン）を表す。
【００６４】
代表例として、中央のゾーン（ゾーン２）の高温羽口３ｂのみを操作した場合の影響度を図８に示す。図８に示すように、炉頂温度ＣＶ１については水平方向全領域に同程度の影響が現れた。これは、高温羽口３ｂのガス量が竪型乾留炉２の炉頂部では平滑化されるためである。また、高温保持時間ＣＶ２に関しては、高温羽口流量ＭＶ２を操作した羽口の直下の垂直方向領域のみ増加する傾向がみられた。これは、高温ガスにより熱せられた固体が竪型乾留炉２内を垂直降下するためである。排出温度ＣＶ３については影響が小さいため無視する。そして、他のゾーン（ゾーン１，ゾーン３）についても同様の感度解析を行う。高温羽口流量ＭＶ２についての感度解析結果をまとめると、下記の数式（８）および数式（９）のように表せる。
【００６５】
【数８】
0006544271.tif 000009
【数９】
0006544271.tif 000010
【００６６】
ここで、ΔＣＶ２，ｉ（ｉ＝１，２，３）は、各ゾーンｉにおける高温保持時間ＣＶ２の変化量を表す。数式（８）中のｋｉ，ｊ（ｊ＝１，２，３）は、ｉ番目のゾーンの高温羽口流量ＭＶ２を操作した際のｊ番目のゾーンの高温保持時間ＣＶ２への影響度を表す。数式（９）中のｇｉ，ｊは、ｉ番目のゾーンの高温羽口流量ＭＶ２を操作した際のｊ番目のゾーンの炉頂温度ＣＶ１への影響度を表す。
【００６７】
［３−３−３．冷却羽口と抽出羽口の流量（ＭＶ３）の感度解析］
抽出羽口と冷却羽口の流量（以下「抽出羽口・冷却羽口流量」という）ＭＶ３の感度解析について説明する。抽出羽口・冷却羽口流量ＭＶ３を等量操作した際の結果を図９に示す。図９は、冷却羽口流量と抽出羽口流量操作時の各制御変数への影響度を示す図である。図９に示すように、その等量操作により、排出温度ＣＶ３のみが低下するという結果が得られた。ここで、抽出羽口流量と冷却羽口流量の両者を等量で操作するという点が重要である。竪型乾留炉２の垂直方向で抽出羽口３ｃよりも上部へ流入する冷却ガス流量を一定に保つことにより、高温保持時間ＣＶ２、炉頂温度ＣＶ１に影響を与えることなく、排出温度ＣＶ３を制御可能となるからである。そのため、情報処理装置１０１は、抽出羽口３ｃおよび冷却羽口３ｄの流量を等量に制御する制御部を備えている。これを考慮して抽出羽口・冷却羽口流量ＭＶ３についての感度解析結果をまとめると、下記の数式（１０）のように表せる。
【００６８】
【数１０】
0006544271.tif 000011
【００６９】
ここで、ΔＣＶ３，ｉは、各ゾーンｉにおける排出温度ＣＶ３の変化量を表す。数式（１０）中のｒ１，ｒ２，ｒ３は、抽出羽口・冷却羽口流量ＭＶ３を操作した際の各ゾーンｉの排出温度ＣＶ３への影響度である。さらに、Ｒは、抽出羽口・冷却羽口流量ＭＶ３の操作時の排出温度ＣＶ３への影響度を表す感度解析行列である。
【００７０】
［３−４．アクション最適化計算（第４ステップ）］
第４ステップでは、第２ステップでの予測計算結果（自由応答）と第３ステップでの感度解析結果を用いて、アクション最適化計算を行う。アクション最適化の計算フローでは、各羽口３ａ〜３ｄの操作影響を考慮して、竪型乾留炉２の垂直方向で下部から上部へと段階的に操作量ΔＭＶを決定する。その操作影響を考慮する際、各羽口３ａ〜３ｄは、竪型乾留炉２の垂直方向および水平方向に並列化されているため、水平方向の操作影響を考慮している。第４ステップは、下記のステップ１〜３の順にアクション最適化計算を行うことになる。
ステップ１：抽出羽口・冷却羽口流量の操作量ΔＭＶ３の決定
ステップ２：高温羽口流量の操作量ΔＭＶ２の決定
ステップ３：低温羽口流量の操作量ΔＭＶ１の決定
【００７１】
図１０は、アクション最適化の計算フローを説明するための図である。まず、排出温度ＣＶ３については、排出温度ＣＶ３を抽出羽口・冷却羽口流量ＭＶ３にフィードバックをすることにより（ステップ１）、上部の制御変数（高温保持時間ＣＶ２、炉頂温度ＣＶ１）とは独立に制御できる。そのうえで、高温保持時間ＣＶ２については、ゾーンごとに高温保持時間ＣＶ２を高温羽口流量ＭＶ２にフィードバックする（ステップ２）。そして、炉頂温度ＣＶ１については、下部の高温羽口流量ＭＶ２を操作することによる炉頂温度ＣＶ１への影響をキャンセルしつつ、炉頂温度ＣＶ１を一定に保つように低温羽口流量ＭＶ１を操作する（ステップ３）。このように、各羽口流量の操作影響の干渉を考慮した制御ロジックを構築できる。本実施形態では、各羽口３ａ〜３ｄが垂直方向だけでなく水平方向にも複数並列化されているため、上述した制御ロジックは、垂直方向のみでなく水平方向における各羽口流量の操作影響の干渉を考慮している。以下、アクション最適化計算の各ステップについて詳細に説明する。
【００７２】
［３−４−１．抽出羽口・冷却羽口流量の操作量（ΔＭＶ３）の決定（ステップ１）］
ステップ１は、排出温度ＣＶ３をフィードバックし、抽出羽口・冷却羽口流量の操作量ΔＭＶ３を決定する。
【００７３】
まず、各ゾーンｉでの排出温度ＣＶ３の予測値に基づく偏差を求める。その排出温度ＣＶ３の予測値は、第２ステップでの予測計算結果（自由応答）である。排出温度ＣＶ３については実測値が取得可能であるため、排出温度ＣＶ３についての偏差を算出するにあたり、まずは下記の数式（１１）に示すように、排出温度ＣＶ３の現在の実測値と、第１ステップでの物理モデルによる計算値との間の誤差ｄを算出する。コークス製造設備１では、竪型乾留炉２に設けられた温度センサによって現在の排出温度ＣＶ３を検出できるように構成されている。
【００７４】
【数１１】
0006544271.tif 000012
【００７５】
そして、排出温度ＣＶ３についての偏差は、下記の数式（１２）により求めることができる。数式（１２）に示すように、誤差ｄ分を第２ステップでの予測計算結果である自由応答に加算して、排出温度ＣＶ３についての偏差を求める。
【００７６】
【数１２】
0006544271.tif 000013
【００７７】
ここで、数式（１２）について、δＣＶは制御量の目標値からの偏差を意味する。また、添え字のｒｅｆは目標値、ｆｒｅｅは自由応答（予測値）を意味する。
【００７８】
次に、数式（１２）により求めた偏差δＣＶ３，ｉ（ｉ＝１，２，３）を、抽出羽口・冷却羽口流量の操作量ΔＭＶ３にフィードバックする。そのうえで、偏差δＣＶ３，ｉが最小となる抽出羽口・冷却羽口流量の操作量ΔＭＶ３を計算する。例えば、下記の数式（１３）に示すような最小自乗法による方法が考えられる。なお、数式（１３）中のＲは、数式（１０）で求めた感度解析行列である。数式（１３）中のＲＴは、行列Ｒの転置を表す。
【００７９】
【数１３】
0006544271.tif 000014
【００８０】
［３−４−２．高温羽口流量の操作量（ΔＭＶ２）の決定（ステップ２）］
ステップ２では、ゾーンごとに高温保持時間ＣＶ２をフィードバックし、各ゾーンｉの高温羽口流量の操作量ΔＭＶ２，ｉを決定する。
【００８１】
まず、各ゾーンｉでの高温保持時間ＣＶ２の予測値に基づく偏差を求める。その高温保持時間ＣＶ２，ｉの予測値は、第２ステップでの予測計算結果（自由応答）である。そして、偏差は、下記の数式（１４）により求めることができる。なお、高温保持時間ＣＶ２については実測値を取得できないため、上記の数式（１１）のような実測−推定間の誤差に基づく、制御偏差の補正は行わない。
【００８２】
【数１４】
0006544271.tif 000015
【００８３】
次に、数式（１４）により求めた偏差δＣＶ２，ｉ（ｉ＝１，２，３）を、高温羽口流量の操作量ΔＭＶ２，１、ΔＭＶ２，２、ΔＭＶ２，３にフィードバックする。そのうえで、偏差δＣＶ２，ｉが最小となる高温羽口流量の操作量ΔＭＶ２，１、ΔＭＶ２，２、ΔＭＶ２，３を算出する。例えば、下記の数式（１５）に示すような最小自乗法による方法が考えられる。なお、数式（１５）中のＫは、数式（８）で求めた感度解析行列である。数式（１５）中のＫＴは、行列Ｋの転置を表す。
【００８４】
【数１５】
0006544271.tif 000016
【００８５】
数式（１５）に示す通り、偏差δＣＶ２，ｉが最小となるような高温羽口流量の操作量ΔＭＶ２，ｉ（ｉ＝１，２，３）を決定することができる。なお、ステップ１で決定された抽出羽口・冷却羽口流量の操作量ΔＭＶ３は、竪型乾留炉２の抽出羽口３ｃよりも上部とは独立制御されるため、高温羽口流量の操作量ΔＭＶ２，ｉについては、抽出羽口・冷却羽口流量の操作量ΔＭＶ３を考慮しない。
【００８６】
［３−４−３．低温羽口流量の操作量（ΔＭＶ１）の決定（ステップ３）］
ステップ３では、炉頂温度ＣＶ１をフィードバックし、かつ高温羽口流量ＭＶ２を操作することによる炉頂温度ＣＶ１への影響を考慮し、低温羽口流量の操作量ΔＭＶ１を決定する。
【００８７】
まず、各ゾーンｉにおける炉頂温度ＣＶ１の予測値に基づく偏差を求める。その炉頂温度ＣＶ１，ｉの予測値は、第２ステップでの予測計算結果（自由応答）である。炉頂温度ＣＶ１については実測値が取得可能であるため、炉頂温度ＣＶ１についての偏差を算出するにあたり、下記の数式（１６）に示すように、炉頂温度ＣＶ１の現在の実測値と、第１ステップでの物理モデルによる計算値との間の誤差ｄを算出する。コークス製造設備１では、竪型乾留炉２に設けられた温度センサによって現在の炉頂温度ＣＶ１を検出できるように構成されている。
【００８８】
【数１６】
0006544271.tif 000017
【００８９】
そして、炉頂温度ＣＶ１についての偏差は、下記の数式（１７）により求めることができる。数式（１７）に示すように、誤差ｄ分を第２ステップでの予測計算結果である自由応答に加算して、炉頂温度ＣＶ１についての偏差を求める。
【００９０】
【数１７】
0006544271.tif 000018
【００９１】
次に、数式（１７）により求めた偏差δＣＶ１，ｉ（ｉ＝１，２，３）を、低温羽口操作量ΔＭＶ１にフィードバックする。そのうえで、偏差δＣＶ１，ｉが最小となる低温羽口操作量ΔＭＶ１を算出する。例えば、下記の数式（１８）に示すような最小自乗法による方法が考えられる。
【００９２】
ここで注意すべきなのは、上述したステップ２の高温羽口流量ＭＶ２の操作による炉頂温度ＣＶ１への影響を差し引いたうえで、低温羽口流量ＭＶ１を操作することである。つまり、低温羽口操作量ΔＭＶ１については、高温羽口流量の操作量ΔＭＶ２，ｉの影響を考慮しないと操作量の過不足が発生することになる。これを考慮して数式で表すと、下記の数式（１８）の通りである。なお、数式（１８）中のＴは、数式（７）で求めた感度解析行列である。数式（１８）中のＴＴは、行列Ｔの転置を表す。また、数式（１８）中のＧは、数式（９）で求めた感度解析行列である。
【００９３】
【数１８】
0006544271.tif 000019
【００９４】
このステップ３では、数式（１８）の右辺に示す通り、ステップ２で決定した高温羽口流量の操作量ΔＭＶ２，ｉ（ｉ＝１，２，３）による影響を考慮して、低温羽口操作量ΔＭＶ１を決定することが分かる。
【００９５】
以上のようなステップ１〜ステップ３の計算を含むアクション最適化計算により、各羽口３ａ〜３ｄの最適操作量である、ΔＭＶ１、ΔＭＶ２，ｉ、ΔＭＶ３を決定できる。その最適な操作量ΔＭＶ１、ΔＭＶ２，ｉ、ΔＭＶ３を演算する際に、竪型乾留炉２の垂直方向および水平方向に複数並列化された羽口による操作影響の干渉を抑制できるように計算していることになる。なお、情報処理装置１０１は、上述したステップ１〜３を含む一連のアクション最適化計算を制御周期ごとに行う。
【００９６】
［４．シミュレーション］
次に、実際のコークス製造設備１における外乱を想定して、上述した実施形態の制御ロジックにより外乱によって生じる温度分布の変化を打ち消す操作量ΔＭＶが出力され、その結果、各制御量ΔＣＶが目標値に維持されることをシミュレーション上で確認する。ここでは、外乱として、装入口１２から竪型乾留炉２内に装入される成型炭が変更され、原料の比熱が上昇する際を想定して、制御系の応答をシミュレーションした。そのシミュレーション結果を図１１に示す。
【００９７】
図１１（ａ）は、固体比熱に関する外乱発生時における制御量ΔＣＶのシミュレーション結果を示す図である。図１１（ｂ）は、固体比熱に関する外乱発生時における操作量ΔＭＶのシミュレーション結果を示す図である。なお、図１１（ａ），（ｂ）は、ゾーン２のみのシミュレーション結果であり、１タイムステップは２０分である。また、図１１（ａ）には、上段に炉頂温度ＣＶ１、中段に高温保持時間ＣＶ２、下段に排出温度ＣＶ３を示す。図１１（ｂ）には、上段に低温羽口流量ＭＶ１、中段に高温羽口流量ＭＶ２、下段に冷却羽口流量ＭＶ３を示す。
【００９８】
Ｔ＝５０の時点で制御をＯＮにすると、図１１（ａ）に示すように、炉頂温度ＣＶ１、高温保持時間ＣＶ２、排出温度ＣＶ３は、全て目標値に収束した。この場合、図１１（ｂ）に示すように、各操作量ΔＭＶは、Ｔ＝５０の時点から、各制御変数が目標値となるように変化し始める。
【００９９】
また、Ｔ＝１２０の時点で比熱が上昇する事態（外乱）が発生した場合、図１１（ｂ）に示すように、低温羽口流量ＭＶ１、高温羽口流量ＭＶ２、および抽出羽口・冷却羽口流量ＭＶ３は全て上昇しており、原料の熱容量の増大（ＵＰ）に対応して各操作量ΔＭＶ１、ΔＭＶ２，１、ΔＭＶ２，２、ΔＭＶ２，３、ΔＭＶ３を変更している。このシミュレーション結果から分かるように、本実施形態の温度分布制御方法および装置によれば、各制御量ΔＣＶ１，ΔＣＶ２，ΔＣＶ３も目標値に制御できている。このようにしてシミュレーション上で本制御ロジックの妥当性を確認できた。
【０１００】
以上説明した通り、本実施形態の温度分布制御方法および制御装置では、羽口流量や温度の操作影響が、竪型乾留炉２の垂直方向に伝播することを考慮しているのみではなく、竪型乾留炉２の水平方向に伝播することを考慮している。これにより、竪型乾留炉２の水平方向および垂直方向に羽口が複数並列化されている場合、複数羽口間の操作影響を考慮して、各操作量ΔＭＶ１、ΔＭＶ２，ｉ、ΔＭＶ３を決定しているので、その操作影響の干渉を最小に留めることができる。よって、竪型乾留炉２の温度分布を所望の状態に制御することができる。
【０１０１】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【０１０２】
例えば、上述した実施形態では、図２に示すように各羽口３ａ〜３ｄが水平方向に６つ並べて設けられた例について説明したが、本発明において、各羽口３ａ〜３ｄは水平方向に複数設けられていればよく、その個数は特に限定されない。つまり、竪型乾留炉２の水平方向領域を表すゾーン数は３つに限定されず、各羽口３ａ〜３ｄの個数に応じて適宜ゾーン数を設定することができる。
【０１０３】
また、本発明は、竪型乾留炉２を含む充填層内における向流熱交換を伴うプロセス全般についても適用可能な技術である。
【符号の説明】
【０１０４】
１  コークス製造設備
２  竪型乾留炉
３ａ  低温羽口
３ｂ  高温羽口
３ｃ  抽出羽口
３ｄ  冷却羽口
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
１１  エジェクター
１２  装入口
１３  排出口
１００  温度分布制御装置
１０１  情報処理装置
１１２  ＲＯＭ
１１２ａ  推定プログラム
１１２ｂ  制御プログラム
１１３  ＣＰＵ
【図１】
0006544271.tif 000020
【図２】
0006544271.tif 000021
【図３】
0006544271.tif 000022
【図４】
0006544271.tif 000023
【図５】
0006544271.tif 000024
【図６】
0006544271.tif 000025
【図７】
0006544271.tif 000026
【図８】
0006544271.tif 000027
【図９】
0006544271.tif 000028
【図１０】
0006544271.tif 000029
【図１１】
0006544271.tif 000030