(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に与える燃料ガスの燃焼室毎の流量バランスを、機側に設置されたガスコックの開度で調整するコークス炉燃焼室のガス量調整方法であって、
過去の燃焼室毎の開度調整実績および開度調整前後の炭化室毎の火落時間平均に基づいて、
前記開度調整実績から開度調整前後の各炭化室の火落時間平均の変化量への影響係数を、
ｉ番目の燃焼室に隣接するｉ−１番目及びｉ番目の炭化室の火落時間平均の変化量への影響係数ａと、ｉ−１番目及びｉ番目の炭化室以外の炭化室の火落時間平均の変化量への影響係数ｂを、異なる変数として最小二乗法により逐次同定し、
その逐次同定結果より、前回のガスコック開度調整で得られた、各炭化室毎の火落ち時間平均を、火落ち時間炉団平均に一致させるための次回ガスコック開度の調整量を算出することを特徴とするコークス炉燃焼室のガス量調整方法。
【請求項２】
端部の炭化室の火落時間平均の変化量への影響係数を、前記影響係数ａ及びｂとは異なる値に設定することを特徴とする請求項１記載のコークス炉燃焼室のガス量調整方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガス量調整方法を用いて燃焼室のガス量を調整する工程を含むことを特徴とするコークスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室に与える燃料ガスの燃焼室毎の流量バランスを、機側に設置されたガスコックの開度で調整するコークス炉燃焼室のガス量調整方法およびコークスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃焼ガスコック調整方法は、例えば、特許文献１に開示されたような方法が行われている。すなわち、目標火落時間と実績火落時間との偏差に応じた最適な燃料ガス流量や空気流量を各々の燃焼室に供給して、炭化室間で火落時間と置き時間をほぼ同一時間にするために、火落時間の標準偏差を用いて予め定めた目標火落時間と実績火落時間との偏差の大きさを制約して窯毎燃料ガス設定流量を計算し、窯毎燃料ガス設定流量より燃料ガスコック間流量のばらつきを最小にして乾留サイクル内の炉団に供給する燃料ガス流量を一定にするような燃料ガスコック設定流量を求め、炉団に供給する燃料ガス流量や、燃料ガスコックの開度を修正している。
【特許文献１】特開平１１−３５９４６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、特許文献１に開示された従来の燃焼ガスコック調整方法では、ガスコック開度とガス流量の関係が固定されており、ガス配管内の汚れ付着等による流量変化等の影響を直接受けてしまい、長期に渡り炭化室間の火落時間ばらつきを低減するための調整を持続することは困難であった。
【０００４】
本発明は、このような問題を鑑みなされたものであり、ガス配管の管路抵抗等の経年変化に依らず、次回のガスコック開度調整時の開度最適値を導出する、コークス炉燃焼室のガス量調整方法及びこの方法によって燃焼室のガス量を調整する工程を含むコークスの製造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】
【０００５】
本発明の請求項１に係る発明は、燃焼室に与える燃料ガスの燃焼室毎の流量バランスを、機側に設置されたガスコックの開度で調整するコークス炉燃焼室のガス量調整方法であって、過去の燃焼室毎の開度調整実績および開度調整後の炭化室毎の火落時間平均に基づいて、次回の開度調整最適値を与えることを特徴とするコークス炉燃焼室のガス量調整方法である。
【０００６】
また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のコークス炉燃焼室のガス量調整方法において、前記開度調整実績から開度調整前後の各炭化室の火落時間平均の変化量への影響係数を逐次同定し、その逐次同定結果より、次回調整後の炭化室間の火落時間平均のばらつきを抑制する各ガスコック開度の最適値を算出することを特徴とするコークス炉燃焼室のガス量調整方法である。
【０００７】
さらに本発明の請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のガス量調整方法を用いて燃焼室のガス量を調整する工程を含むことを特徴とするコークスの製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
上記課題を解決するための手段を講じた結果、本発明は、各燃焼ガス配管の管路抵抗等の個別の経年変化に容易に対応しながら、各ガスコック開度と各炭化室の火落時間の関係を同定することが出来るようになった。また、得られた関係式から、炭化室間の火落時間偏差（ばらつき）を抑制する各燃焼ガスコック開度の最適値を演算により導くことができるようになったので、結果として炭化室毎のバラツキを抑制でき、コークス炉でコークスを製造するにあたり、平均値としての乾留熱量を大幅に低減できるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施形態１．
図２は、コークス炉の燃焼室と炭化室、およびガスコックの関係を示す図である。本発明に関わる構成要素に限定して簡略化して表したものである。コークス炉では、原料炭をＮ個の炭化室（図２中のＤ１、Ｄ２、…、Ｄｉ、…、ＤＮ）の天井部から装炭し、炭化室両側に位置するＮ＋１個の燃焼室（図２中のＦ１、Ｆ２、…、Ｆｉ、…、ＦＮ＋１）の熱により乾留することにより、コークスを製造する。
【００１０】
乾留時間は、発生ガス温度が最高温度に到達した後に、揮発分が全て揮発するまでの火落時間と、その後の置時間に分けられる。置時間は、出来たコークスを安定して押し出すために必要な時間であり、通常数時間を必要とする。操業上は、乾留時間の大部分を占める火落時間を目標通りに制御することが重要である。このコークスの火落時間の調整は、コークス炉の操業を管理するためのプロセスコンピュータを用いて、炭化室や燃焼室の状態を監視し、５０前後ある（上述のＮ＋１個、Ｎ個）燃焼室・炭化室単位（炉団）での自動制御が行われる。
【００１１】
即ち、プロセスコンピュータを用いて、炉団全体の火落時間平均が管理され、これが目標火落時間になるように、炉団全体に供給するガス量が制御される。しかしながら、コークス炉操業を安定に維持し、乾留熱量を低減するためには、炉団平均の管理だけでなく、各燃焼室の火落時間のばらつきを極力低減することが必要である。
【００１２】
何故なら、未乾留のコークスを作らない操業を行うためには、火落時間の最も遅い炭化室を基準にして、他の炭化室の火落時間をそれに合わさなければならないからである。この結果、火落時間の早い炭化室には余計な熱量が費やされ、最終的に乾留熱量の増大、つまりエネルギーのロスを招くこととなる。
【００１３】
したがって、それを防ぐために、各燃焼室には、燃焼ガス流量を調整するガスコック（図２中のＣ１、Ｃ２、…、Ｃｉ、…、ＣＮ＋１）が設置されており、これにより各燃焼室の温度を調整し、間接的に炭化室毎の乾留時間差、つまり炭化室間のばらつきを調整している。
【００１４】
しかしながら、従来のコック調整は運転員の試行錯誤レベルで行われているか、前述した特許文献１に示された方法で調整されているため、上述した課題は残ったままである。
本発明では、この課題を解決するために、各ガスコックの開度調整時の開度変更量と、その後の火落時間変化を炭化室・燃焼室毎に管理し、開度変更量から火落時間変化への影響係数を逐次同定し、得られた各ガスコック開度と各乾留室の火落時間平均偏差の関係から、次回調整後の各乾留室の火落時間平均偏差を抑制（例えば、偏差を０）するような、各ガスコック開度の調整推奨値を算出する。
【００１５】
以下に、本発明の処理の流れについて図を用いて説明する。図１は、その処理フローの一例を示したものである。
押出し作業毎に、発生ガス温度が最高温度に到達し、揮発分が全て揮発して火落ちと判定（ステップＳ１）されるまでの火落時間の実績値を記憶装置（例えば、図２に示す操業実績データ記憶装置）に保存しておく（ステップＳ２）。
【００１６】
そして、記憶装置に記憶された火落ち時間の実績値データを読み込み、各炭化室について、すなわち、i番目（ｉ：炭化室番号、ｉ＝１〜Ｎ）の炭化室について、前回のガスコック開度を調整する前後での火落時間の平均値の変化量を算出する（ステップＳ３）。具体的には、炭化室毎に、ガスコック開度を調整する前の火落時間を、押出し作業回数（１回または複数回分）で平均した調整前の火落時間平均ＮＣＴ[調整前]ｉと、ガスコック開度を調整した後の火落時間を、押出し作業回数（１回または複数回分）で平均した調整後の火落時間平均ＮＣＴ[調整後]ｉを算出する。そして、ガスコック開度調整後の火落時間平均ＮＣＴ[調整後]ｉの、ガスコック開度調整前の火落時間平均ＮＣＴ[調整前]ｉに対する変化量ΔＮＣＴi（＝ＮＣＴ[調整後]ｉ-ＮＣＴ[調整前]ｉ）を求める。
【００１７】
次に、記憶装置や操業管理用計算機などから、過去に調整された各燃焼室のガスコック開度の変更量実績値Δｆｉ（＝ｉ番目の燃焼室の調整後開度−ｉ番目の燃焼室の調整前開度、ｉ：燃焼室番号、ｉ＝１〜Ｎ＋１）を入力する（ステップＳ４）。
【００１８】
そして、ステップＳ３で求めた火落時間の変化量ΔＮＣＴi（＝ＮＣＴ[調整後]ｉ-ＮＣＴ[調整前]ｉ）と、ステップＳ４で入力したi番目の燃焼室のガスコック開度変更量Δｆｉとから、、次の(1)式で示される関係により、影響係数(a,b)を逐次同定する（ステップＳ５）。
【００１９】
【数１】
0005176422.tif 000002
【００２０】
図２に示したように、i番目（ｉ＝１〜Ｎ＋１）のガスコックＣｉを閉方向に変更した場合には、i番目の燃焼室に流入するガスは減少するので、燃焼室温度が下降する。この結果、図３のように、ｉ−１番目，ｉ番目の炭化室Ｄｉ−１、Ｄｉの火落時間が長くなる方向にシフトすることが予測される。その影響係数を、(1)式では a  としている。一方、炉団全体のガス流量は一定のため、i番目の燃焼室Ｆiに流入するガスが減少することにより、他の燃焼室へのガス流量は増加する。この結果、ｉ−１番目，ｉ番目以外の炭化室の火落時間は若干短くなる方向にシフトする。(1)式ではその係数を b としている。
【００２１】
さて、(1)式は未知パラメータが (a,b)の２個、式数がN個あることより、(a,b)を決定するためには通常の最小二乗法を適用する。数式的には、(1)式を a,b について括り直した以下の(2)式の係数行列の一般化逆行列を左から掛けることにより、解が得られる。
【００２２】
【数２】
0005176422.tif 000003
【００２３】
次に、ステップＳ５で求めた、影響係数ａ，ｂに基いて、次回のガスコック開度調整時に、炭化室間での火落時間のばらつきを抑制するためのガスコック開度の調整量（変更量）を算出する（ステップＳ６）。ここでは、前回のガスコック調整で得られた、各炭化室毎の火落時間平均ＮＣＴ[調整後]ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を、炉団全ての炭化室（ｉ＝１〜Ｎ）で平均した火落時間炉団平均ＮＣＴ´、
ＮＣＴ´＝（ＮＣＴ[調整後]1＋ＮＣＴ[調整後]２＋・・・＋ＮＣＴ[調整後]N）／Ｎ）
に一致させるための、次回のガスコック開度の調整量を算出する。
【００２４】
具体的には、各炭化室の火落時間平均ＮＣＴ[調整後]ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の、炉団火落時間平均ＮＣＴ´に対する偏差ΔＮＣＴ´i（＝ＮＣＴi−ＮＣＴ、偏差０は炉団平均値を意味）をそれぞれ、
［ΔＮＣＴ´１  ΔＮＣＴ´２  ΔＮＣＴ´３・・・ΔＮＣＴ´ｉ・・・ΔＮＣＴ´Ｎ］
とすると、次回のガスコック調整の結果による各炭化室の火落時間平均の変化量ΔＮＣＴｉ（ｉ＝１〜Ｎ）がそれぞれ、
［-ΔＮＣＴ´１  -ΔＮＣＴ´２  -ΔＮＣＴ´３・・・-ΔＮＣＴ´ｉ・・・-ΔＮＣＴ´Ｎ］
となるようにガスコックを調整する。これにより、各炭化室とも火落時間平均ＮＣＴ[調整後]ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の炉団火落時間平均ＮＣＴ´との偏差が０となると予測される。
【００２５】
従って、前述の（２）式により求めた影響係数(a,b)を、次に示す(3)式に代入して、次回の最適開度変更量Δｇi（ｉ＝１〜Ｎ）について解くことにより、次回の操業で各炭化室の火落時間のばらつきをなくすための最適調整開度（変更量）が得られる。なお、ここでは、偏差が０になるようにしたが、０以外の値や所定範囲内になるようにしても構わない。その場合は、-ΔＮＣＴ´ｉに所定の値をバイアスとして加えればよい。
【００２６】
【数３】
0005176422.tif 000004
【００２７】
ここで、(3)式は未知数N+1個、式数N個の連立方程式であるので、解が一意に決まらない。そこで、Δｇiについての以下の一次式(4) を加えて式数をN+1個とする。
【００２８】
【数４】
0005176422.tif 000005
【００２９】
(4)式は、N+1個あるガスコックの開度の変更総量を０とするという制約条件である。個別のコック開度調整で実現したいのは、各燃焼室に流れるガス流量の比であることから、(4)式は自然な制約条件であると言える。結局、(3),(4)式をまとめて記述した(5)式を解けば良く、(5)式の解、［Δｇ１  Δｇ２  Δｇ３  ・・・Δｇｉ・・・  ΔｇＮ＋１  ］が次回調整時の最適調整値となる。
【００３０】
【数５】
0005176422.tif 000006
【００３１】
実施形態２．
実施形態１．では、端部の炭化室や燃焼室を同様の特性として扱ったが、端部の炭化室や燃焼室の特性を他の炭化室や燃焼室とは別に考えてもよい。その場合は、(1)式の影響係数式を、次の(6)式のようにすればよい。ここでは、Δｆ１、ΔｆＮ＋１からの影響係数に別の符号を付して、端の炭化室・燃焼室窯の影響を別扱いにしている。
【００３２】
【数６】
0005176422.tif 000007
【００３３】
また、この場合の上述の(2)式は、次の(7)式のようになる。
【００３４】
【数７】
0005176422.tif 000008
【００３５】
この(7)式の場合、式数はN、未知数の数は４であり、Nが４以上なら影響係数を求められる可能性がある。その条件は、数学的には左辺行列のランク（階数）が未知数以上であれば良い。同様にして、階数の条件さえ満たせば、未知数、つまり異なる影響係数の数を増やすことができるので、燃焼室や炭化室の相互の位置関係を考慮した影響係数を扱うことが可能となり、よりコック開度と火落時間の関係を詳細に表すことができるようになる。
【００３６】
本発明では、特に、実施形態１．及び実施形態２．で説明した(1),(6)式等の具体形に限定されるものではない。基本的な考え方が同じで、行列のランク条件さえ満たせば、どのようなモデル式の構造を仮定しても構わない。
【実施例】
【００３７】
本発明の実施例を以下に示す。本発明の実施例では、(2)式を解くことにより求めた影響係数を用い、(5)式より求まるコック開度の次回調整時最適値を設定した。従来法として、オペレータが従来の試行錯誤ベースで行った場合も実施した。図４は、従来法と本発明による火落時間分布の比較例を示す図である。
【００３８】
本実施例においては、各燃焼ガス配管の管路抵抗等の個別の経年変化に容易に対応しながら、各ガスコック開度と各炭化室の火落時間の関係を同定することが出来るようになる。また、得られた関係式から、各炭化室の火落時間偏差を０とするような各燃焼ガスコック開度の最適値を演算により導くことができるようになるので、結果として窯毎のバラツキを抑制できる。
【００３９】
図４の比較例における、本実施例（ａ）と従来法（ｂ）とでは、明らかに本実施例のばらつきは従来法のそれとは少なくなっており、燃料ガスコック調整の精度が上がっていることが分かる。 なお、本発明による方法は、プロセスコンピュータ等の計算機によって、自動的にガスコックの開度を制御することはもちろん、ガイダンスシステム等によりオペレータを介して燃料ガスのコック開度を変えるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の処理フローの一例を示す図である。
【図２】コークス炉の燃焼室と炭化室、およびガスコックの関係を示す図である
【図３】ガスコックiを調整したときの、各炭化室の火落時間分布変化を示す図である。
【図４】従来法と本発明による火落時間分布の比較例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ｃ１〜ＣＮ+１  ガスコック
Ｆ１〜ＦＮ+１  燃焼室
Ｄ１〜ＤＮ     炭化室
【図１】
0005176422.tif 000009
【図２】
0005176422.tif 000010
【図３】
0005176422.tif 000011
【図４】
0005176422.tif 000012