(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉のドライメン圧力を制御するコークス炉ドライメン圧力制御方法であって、
ドライメン圧力と圧力調整弁の２次側圧力の測定値から以下（１）式に示すモデルに基づきドライメンガス発生流量を推定し、推定したガス発生流量に対して、ドライメン圧力変動を０にする弁開度の時間変化である、弁開度理想軌道を求め、求めた弁開度理想軌道の弁開度となるように圧力調整弁を操作し、さらに、ドライメン圧力設定値と圧力実績値との偏差分の補償を、ＰＩ調節計のＰＩＤ制御により行うことを特徴とするコークス炉ドライメン圧力制御方法。
【数１】
0005369498.tif 000007
【請求項２】
コークス炉のドライメン圧力を制御するコークス炉ドライメン圧力制御装置であって、
ドライメン圧力と圧力調整弁の２次側圧力の測定値から以下（１）式に示すモデルに基づきドライメンガス発生流量を推定するドライメンガス発生流量推定手段と、
推定したガス発生流量に対して、ドライメン圧力変動を０にする弁開度の時間変化である、弁開度理想軌道を求める弁開度理想軌道算出手段と、
求めた弁開度理想軌道の弁開度を出力して操作し、さらに、ドライメン圧力設定値と圧力実績値との偏差分の補償を、ＰＩ調節計のＰＩＤ制御により圧力調節弁を操作する圧力調節弁操作手段とを備えたことを特徴とするコークス炉ドライメン圧力制御装置。
【数１】
0005369498.tif 000008
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉のドライメン圧力を制御するコークス炉ドライメン圧力制御方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のコークス炉ドライン圧力制御方法では、石炭装入時にドライメン内における圧力の大きな上昇を抑制しようとする技術が開示されている。例えば、特許文献１には、石炭装入作業に入る前においては、ドライメン内の圧力が急激に大きく上昇するのを押さえるために、ドライメン内の圧力を検知し、これを用いて目標圧力値との差を無くすために、ドライメンとサクションメインとの間の圧力調整弁の開度を修正するフィ−ドバック制御を行ない、そして、石炭装入作業に入ったら、ＰＩＣ制御装置へ送信し、予め設定した開度分加算してＰＩＣの制御ダンパ−（圧力調節弁を指す）に出力させるフィ−ドフォワ−ド制御を行なう（特許文献１の明細書第１欄、特許請求の範囲第１３〜２７行参照）ことを要旨とする技術が開示されている。そして、フィ−ドフォワ−ド制御(以下、ＦＦ制御とも略記する)時の圧力調節弁の開度とフィ−ドフォワ−ド制御の継続時間を予め設定して操業を行っている。
【特許文献１】特開平６−９３２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の従来技術では、フィ−ドフォワ−ド制御(以下、ＦＦ制御とも略記する)時の圧力調節弁の開度とフィ−ドフォワ−ド制御の継続時間を予め設定しているため、装炭量変化等の操業変化および設備劣化等の影響による装炭時のガス流量変化に対応できずドライン圧力が不安定になるという問題がある。
【０００４】
本発明では、これら従来技術の問題点に鑑み、装炭時のガス流量変化に対応しドライメン圧力が不安定にならない、コークス炉ドライメン圧力制御方法および装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題は、以下の手段により解決する。
［１］コークス炉のドライメン圧力を制御するコークス炉ドライメン圧力制御方法であって、
ドライメン圧力と圧力調整弁の２次側圧力の測定値から以下（１）式に示すモデルに基づきドライメンガス発生流量を推定し、推定したガス発生流量に対して、ドライメン圧力変動を０にする弁開度の時間変化である、弁開度理想軌道を求め、求めた弁開度理想軌道の弁開度となるように圧力調整弁を操作し、さらに、ドライメン圧力設定値と圧力実績値との偏差分の補償を、ＰＩ調節計のＰＩＤ制御により行うことを特徴とするコークス炉ドライメン圧力制御方法。
【数１】
0005369498.tif 000002
【０００８】
［２］コークス炉のドライメン圧力を制御するコークス炉ドライメン圧力制御装置であって、
ドライメン圧力と圧力調整弁の２次側圧力の測定値から以下（１）式に示すモデルに基づきドライメンガス発生流量を推定するドライメンガス発生流量推定手段と、
推定したガス発生流量に対して、ドライメン圧力変動を０にする弁開度の時間変化である、弁開度理想軌道を求める弁開度理想軌道算出手段と、
求めた弁開度理想軌道の弁開度を出力して操作し、さらに、ドライメン圧力設定値と圧力実績値との偏差分の補償を、ＰＩ調節計のＰＩＤ制御により圧力調節弁を操作する圧力調節弁操作手段とを備えたことを特徴とするコークス炉ドライメン圧力制御装置。
【数１】
0005369498.tif 000003
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、ドライメン圧力測定値からモデルに基づきドライメンガス発生流量を推定し、推定したガス発生流量に基づき弁開度理想軌道を求め、求めた弁開度理想軌道に基づき圧力調節弁を操作するようにしたので、圧力変動が大きい装炭時でも安定して圧力制御が可能となり、コークス炉操業の安定化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
装炭のタイミングは予め分かっているので、このタイミングで発生ガス流量を測定し、測定した発生ガス流量による外乱影響を打ち消すようにFF制御すればよいが、ガスが発生し続けるため流量計の設置の困難性やガス中のタール付着による故障などの理由から、各炉団のガス流量測定は困難である。
【００１１】
そこで、本発明者らは、モデル式からガス発生流量を推定し、この推定したガス発生流量に基づき圧力変動を０にするための弁開度理想軌道を求め、この弁開度理想軌道に基づき圧力調節弁を操作するとともに、更に圧力の偏差分をPID制御で補償するという本発明に至った。
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態について、図と数式を参照して以下に説明を行う。図７は、本発明のドライメン圧力制御システムを説明する図である。図中、１はコークス炉、２はドライメン(集合管)、３は放散管、４は導圧管、５は圧力発信器、６は圧力調節弁、７は油圧装置、８は輸送管、９はＰＩ調節計、１０は制御装置、１１は圧力発信器（２次側）、および１２は弁開度理想軌道算出部をそれぞれ示す。
【００１３】
コークス炉１に複数ある炭化室（図示せず）から発生したＣガスはドライメン(集合管)２に集まり、圧力発信器５および輸送管８を経由して、ガス精製設備（図示せず）へ送られる。ドライメン２内のＣガス圧力を導圧管４で導いて圧力発信器５で測定するとともに、２次側の輸送管８に設置された圧力発信器（２次側）１１により、２次側圧力を測定する。そして、測定した現在の圧力値を制御装置１０に送信し、測定した圧力値にもとづいて、ＰＩ調節計９と弁開度理想軌道算出部１２により制御信号を演算して、その制御信号を油圧装置７(例えば油圧シリンダ)に送り圧力調節弁の開閉を調節することによってドライメン圧力を制御する。
図２は、本発明におけるガス発生流量を求めるためのモデル化を説明する図である。図２(ａ)は、プロセスを模式的に示す図であり、図２(ｂ)は、以下に示す（１）式によるモデル式を伝達関数の形で示すブロック線図である。
【００１４】
【数１】
0005369498.tif 000004
【００１５】
なお、（１）式におけるαおよびＣｖなどのパラメータは、同定および弁製作特性より入手などにより求めるようにすればよい。なお、後述の実施例にて求め方の一例を説明する。
【００１６】
本発明は以上説明したプロセスのモデル式を用いて、圧力変動からガス発生流量を推定し、この発生量を基に弁開度理想軌道を求め、弁を操作する。
図１は、本発明に係るコークス炉ドライメン圧力制御装置のブロック線図を示す図である。図中の破線で囲んだ部分が、測定圧力からガス発生流量を推定し、この発生量を基に弁開度理想軌道を求める、本発明の特徴部分である。ドライメン圧力と２次側圧力を測定し、モデル式に基づいて、推定ガス流量を算出する。そして、その推定ガス流量をフィードフォワード制御モデルに入力して、外乱影響を打ち消すような弁開度理想軌道を求めて、その弁開度を出力し、操作する。本発明における弁開度理想軌道とは、推定したガス発生流量に対して、ドライメン圧力変動を０にする弁開度の時間変化をいう。なお、この部分の演算は、前述した図７の制御装置１０内部または別途設けた外部演算装置のいずれかで行えばよい。これに加えて、さらに、発生ガス流量の急上昇に起因する圧力の偏差分の補償、つまり、ドライメン圧力設定値と圧力実績値（圧力発信器５の測定値）との偏差分の補償を、ＰＩ調節計のＰＩＤ制御により行う構成としている。
【００１７】
また、図中の外乱伝達関数Gd(s)、制御対象伝達関数Gp(s)、およびＦＦ制御伝達関数Gf(s)は、以下の（２）式で表される。
【００１８】
【数２】
0005369498.tif 000005
【実施例】
【００１９】
本発明を適用した実施例について以下に説明する。先ず、（１）式におけるαのパラメータ決定方法を記す。装炭10分後のガス発生量が安定した状態でステップ応答（弁開度 46% → 45%）での圧力（P0(実炉)）を測定し、以下の（３）式に示すP0(実炉)とP0(モデル)との２乗偏差の所定時間の和を表す、評価値Ｈが最小になるようなαを探索することによってαを決定した。
【００２０】
【数３】
0005369498.tif 000006
【００２１】
なお、発生ガス流量F0については、コークス炉全炉のガス発生流量に、全炉装炭量に対する対象とした炉団の装炭量の割合を乗じて求めた(6.43 Nm3/s)。さらに、2次側圧力P１は、測定値(-144mmH2O)を用いた。決定したαの値は0.00002であり、図３は、実炉と決定したモデルとのステップ応答における比較を示す図である。
【００２２】
次に、図４は、装炭時の圧力変動から装炭時のガス流量を推定した結果の一例を示す図である。図４(ａ)は、装炭時の圧力変動（実測値）を示す図であり、図４(ｂ)は、実測した圧力変動から装炭時のガス流量を推定した結果を示す図である。
【００２３】
現象的には、装炭時に発生ガス流量の増加によって圧力が急上昇となるが、測定したい発生ガス流量は前述の理由で測定が困難であるので、逆に、装炭時の圧力変動を測定し、測定した圧力変動から装炭時のガス流量変動を推定したものである。
【００２４】
さらに、図５は、従来の装炭時圧力制御性を検証した結果の一例を示す図である。ガス発生量が図４(ｂ)のパターンで変化した場合の現状の装炭時圧力制御性をシミュレートした結果であり、圧力変動巾がSV±6.2mmH2Oと同様な結果を示している。
【００２５】
そして図６は、本発明と従来の圧力制御との比較結果の一例を示す図である。従来では圧力変動巾がSV±6.2mmH2Oであったのが、本発明を適用することにより圧力変動巾がSV±0.5mmH2Oと圧力変動を大きく減少できていることが分る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るコークス炉ドライメン圧力制御装置のブロック線図を示す図である。
【図２】本発明におけるモデル化を説明する図である。
【図３】実炉と決定したモデルとのステップ応答における比較を示す図である。
【図４】装炭時の圧力変動から装炭時のガス流量を推定した結果の一例を示す図である。
【図５】従来の装炭時圧力制御性を検証した結果の一例を示す図である。
【図６】本発明と従来の圧力制御との比較結果の一例を示す図である。
【図７】本発明のドライメン圧力制御システムを説明する図である。
【符号の説明】
【００２７】
１      コークス炉
２      ドライメン(集合管)
３      放散管
４      導圧管
５      圧力発信器
６      圧力調節弁
７      油圧装置
８      輸送管
９      ＰＩ調節計
１０      制御装置
１１      圧力発信器（２次側）
１２      弁開度理想軌道算出部
【図１】
0005369498.tif 000009
【図２】
0005369498.tif 000010
【図３】
0005369498.tif 000011
【図４】
0005369498.tif 000012
【図５】
0005369498.tif 000013
【図６】
0005369498.tif 000014
【図７】
0005369498.tif 000015