JPH01278596A - コークス炉の炉温制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はコークス炉の炉温制御方法に関し、とくに炉へ
の石炭装入から押出しまでの乾留工程の各時期毎に予め
定めた燃焼室の炉温パターンに従って供給熱量（燃料ガ
ス流量）を変更する所謂プログラム加熱操業におｉＪる
炉温制御方法に関する。

〔従来の技術］ コークス炉においてその乾留工程の各時期毎の燃焼室の
設定炉温パターンを火落時間、出窯温度および装入炭量
やその水分などの装入諸元にもとづいて決定し、それを
目標値として供給熱量（燃料ガス流量）を制御するプロ
グラム加熱法が提案されている。

特開昭５９−２０３７９号公報に記載のコークス炉の加
熱制御方法および特開昭６１−４７７９１号公報に記載
のコークス炉の火落時間および出窯温度制御方法は前記
プログラム加熱法の１つとして本出願人が先に提案した
方法である。

しかしこのプログラム加熱法においても在来−般法であ
るコークス炉の炉団平均炉温制御法の場合と同様に、燃
焼室の炉温は両側炭化室の乾留状態（石炭装入時刻から
の経過時間）あるいは燃料ガスの燃焼・引落しの差など
によって変化するうえ、燃料ガス流量と燃焼室の炉温と
の間には大きな応答遅れがあり、外乱抑制能力の高いサ
ーボ系を実現する具体的な手法は未だ確立されるに到っ
ていない。

［発明の目的］ 本発明は上記プログラム加熱を行なうにあたり、応答遅
れ時間だけ未来の設定炉温を予見し、有限時間整定観測
器によって得られた炉温プロセスの状態量の推定値をフ
ィードバックして燃料ガス流量制御系の設定値を制御す
ることにより、燃料ガス流量の変動を最小に抑えて、制
御炉温のハンチングを防止し、設定炉温パターンの経時
変化に対する制御炉温の応答遅れ時間を最小にして、制
御炉温を設定炉温に保つような方法を提供するものであ
る。

〔発明の構成・作用〕

すなわち本発明は、コークス炉の操業条件および装入諸
元にもとづいて乾留工程におＬＪる燃焼室の設定炉温パ
ターンを予め定めて操業するコークス炉操業において、
燃料ガス流量と燃焼室の炉温との間の応答遅れ時間、燃
料ガス流量と燃焼室の炉温を用いて炉温プロセスの状態
量を推定する有限時間整定観測器、推定した状態量のフ
ィードバック動作項およびメインループの前向き要素と
しての積分動作項を予め定めて設けておき、燃焼室ヘア
ピン部上部に複数本設置したＰＲ熱電対により燃焼室の
雰囲気温度（炉温）を検出して平均値を求め、その経時
変化を平滑化するデータ処理を行なって制御炉温を求め
、応答遅れ時間だけ未来の設定炉温を予見し、有限時間
整定観測器によって得られた炉温プロセスの状態量の推
定値をフィードハックして燃料ガス流量制御系の設定値
を制御することにより、設定炉温パターンの経時変化に
対する制御炉温の応答遅れ時間を最小にして、制御炉温
を設定炉温に保つことを特徴とするコークス炉の炉温制
御方法である。

上記炉温制御を行なうにあたり、燃料ガス流量制御系の
設定値修正量に不感帯および不感帯出ツＪＧこ上下限リ
ミッタを設け、燃料ガス流量の変動を最小に抑えて、制
御炉温のハンチングを防止し、制御炉温を設定炉温に保
つことを特徴とするコークス炉の炉温制御方法である。

以下本発明の詳細な説明する。第１図は本発明に従った
コークス炉の炉温制御系の制御構成図の１例を示す図で
ある。火落時間、出窯温度および装入炭量やその水分な
どの装入諸元にもとづいて乾留工程の各時間毎の燃焼室
の設定炉温パターンを決定し、それを目標値として本発
明に従った炉温制御法により燃料ガス流量の制御を行な
う。この設定炉温パターンの定め方は前記した特開昭５
９−２０３７９号、特開昭６１−４７７９１号公報記載
の方法を用いることができる。

燃料ガス流量のステップ入力に対する制御炉温（出力）
応答は、第２図に示すような行き過ぎのないＳ字型のス
テップ応答を呈する。第２図に示すように、ステップ応
答ｙ　（ｋ）の１サンプリング周期毎の増加分をｇ＋＋
　ｇｚ＋　・・・＋ｇｎ　１ｇｎ’ｌ＋　ｇｎ。２゜・
・・とすると、システムのパルス伝達関数は、”ｇｎ＋
ｌＺ−””’−１−ｇ、、２Ｚ−（ｎ＋２１＋、、。

・・・・・・（１） の無限級数で表わされる。ここで、ｎサンプル以降は一
定比率で増加分ｇ、、ｔ＝ｎ＋１．ｎ＋２゜・・・が減
少すると近似し、その減衰比をＰとすると、パルス伝達
関数は、 Ｇ（Ｚ）＝ｇ＋Ｚ−’±ｇｚＺ−２＋・・・＋ｇｎ−＋
Ｚ哨ｎ−１１となる。ここで、プロセスの定常ケインを
Ｇ（１）とすると、Ｐが（２）式の解として次のＰ、で
与えられる。

またＰとして次のＰ２を与える。

Ｐ、；Ｐ２の程度をｅ−ｌ（ＰＩ　Ｐ２）ｌ／ＰＩで表
わす。このときｎはｅが所定の限界（たとえばｅ−Ｏ，
０５）る達することから決め、そのときのＰ。

（またはＰ２）をＰにとる。

したがって、システムの状態方程式は、ｙ（ｋ＋１）　
　−Ａ　　・　ｙ（ｋ）　　＋　　ｈ　　−ｕ（ｋ）　
　　　　　　−−（５）ただし、 また、出力方程式は、 ｙ　（ｋ）　−ｃ−ｘ（ｋ）　　　　　　　　　　　・
・・・・・（７）ただし、 ｃ＝（１０００・・・・・００］　　　　　　・・・・
・・（８）となる。ここで、ｙ　（ｋ）はｘｔ（ｋ）　
、　　ｘｚ（ｋ）　、　−ｘ、、（ｋ）からなる（５）
式のモデル内部の状態変数ヘクＩ・ル、ｕ　（ｋ）は操
作量としての燃料ガス流量制御系の設定値、ｙ　（ｋ）
は出力としての制御炉温である。

制御対象（５）、　（７）弐について、次の目的関数Ｊ
−Σ（ｙｒ−ｙ（ｋ））２＋　ω・（ｕ（ｋ）−ｕ　（
ｋ−１））２）・・・・・・（９） ｙｒ：設定炉温、　　０１重み係数 を最小にする最適操作量を求める。新しい状態変数とし
て、 を導入して、 ｙ（ｋ＋１）　　−Ｐ　−ｙ（ｋ）　　＋　ｔＢ　　Δ
ｕ（ｋ）・・・・・・（１１）ただし、 のように変換すると、（９）弐の目的関数は、Ｊ　＝’
Ｗ　　に’（ｋ）　・Ｗ　−”；（ｋ）＋ω（Δｕ（ｋ
））２１・・・・・・０３） ｗ＝ｃ”　・　Ｃ となる。これを最小にするフィードハックゲイン■は、
リカソチ方程式 ％式％ で与えられる。したがって、燃料ガス流量制御系の設定
値の最適修正量Δｕ　（ｋ）を応答遅れ時間りを導入し
て次式で与える。

Δｕ　（ｋ）福（ｙｒ（ｋ→Ｌ）−ｙ　（ｋ））−綽−
＋（ｘ７（ｋ）　ｘ、（ｋ４）　１・・・・・・θω 状態変数ヘクトルｘ　（ｋ）は人工的に導入した状態変
数であるから、プロセスから直接に検出することは不可
能である。そこで、制御アルゴリズムの中にプロセスモ
デルを組み、状態変数ヘクトルｙ　（ｋ）の推定値９（
ｋ）を求める。そのために次の式をたてる。

Ｑ（ｋ＋１）−ン（ｋ＋１）　＋１　（ｙ　（ｋ＋１）
　−ｃ−ｒ（ｋ＋１）　１・・・・・・θ力 ただし、ｙ’（ｋ４４）はつぎのように算定される９　
（ｋ＋１）の事前推定値である。

９°（ｋ＋１）−八・Ｑ（ｋ）＋ｌ　−（△ｕ　（ｋ）
　十ｕ　（ｋ−１））・・・・・・０８） （＋７）弐の係数ヘクトルｆは、制御炉温ｙ　（ｋ＋１
）を得て９°（ｋ＋１）を修正する観測器ゲインであり
、有限時間整定観測器を与える係数ヘクトルはつぎのよ
うに求まる。

ｆＴ＝［ｌＰＰ２・・・Ｐ″刊〕　　　　　　・・・・
・・０９）燃料ガス流量と制御炉温との間の応答遅れ時
間は、第２図に示したステップ応答を（むだ時間十−次
遅れ要素）で近似し、そのむだ時間り、を応答遅れ時間
の初期値として設定し、制御結果より設定炉温と制御炉
温の相互相関関数を求め、相関関数がピークになる遅れ
時間τ。を用いて、次式で応答遅れ時間を修正し、決定
する。

ｒ−＝　Ｌ　Ｏ＋　Ｔ　Ｏ−−Ｑ（１１以上で炉温制御
系のフィードハックループ構造と制御則とを決定する。

つぎに、炉体保護という観点から燃料ガス流量の変動を
最小に抑えて、制御炉温のハンチングを防止し、炉温制
御精度を確保するために、燃料ガス流量制御系の設定値
の修正量に不感帯、不感帯出力に上下限リミッタを設け
る。不感帯は、燃料ガス流量制御系の設定値の修正量が
小さく不感帯幅以内になる場合は、炉温の制御偏差も小
さく安定している場合と一致するように決定する。

また、上下限リミッタによる設定値修正間の制限は、在
来一般法である伝統的な燃料ガス流量−量制御におりる
設定値修正量と同程度に決定する。

第３図は以上述べた炉温制御方法の手順を図式％式％ まず燃焼室ヘアピン部上部に複数本設置したＰＲ熱電対
によって検出された燃焼室の雰囲気温度（炉温）の平均
値を求め、かつ過去−燃焼ザイクル時間の移動平均値を
制御炉温とする。

有限時間整定観測器（（１７）、　０９）弐）により、
状態の事前推定値を制御炉温を用いて補正し、補正後の
推定値を炉温プロセスの状態量の推定値とする。

予め設定した応答遅れ時間たり未来の設定炉温を予見し
、今回と前回の状態量の推定値および制御炉温を用いて
００式より燃料ガス流量制御系の設定ガス量の修正量を
算出し、不感帯と上下限リミッタによって修正量を制限
する。

燃料ガス流量制御系より設定ガス量を入力し、前述した
修正量を用いて設定ガス量を決定し、燃料ガス流量制御
系へ出力する。この設定ガス量が加わったときの状態の
時点に＋１における事前推定値をプロセスモデル（０８
）式）を用いて推定する。

設定ガス量と実測値との偏差にもとづいて燃料ガス流量
を制御してコークス炉の炉温制御を行なうものである。

［発明の効果］ 以」二のごとき本発明に従って行なった操業結果の１例
を第４図（ａ）および（ｂ）に示す。

第４図（ａ）は時間的に一定な設定炉温パターンに対す
る制御結果を示すものである。

コークス炉の連続装入（１→２→３→・・・装入）条件
で燃料ガス流量が一定な場合、乾留サイクル内で制御炉
温か約１８０　’Ｃ変動するのに比べて、木炉温制御法
を実施した場合、制御偏差は約±８゛Ｃで非常に安定し
ており、消費熱量を約６％低減することができた。

第４図（ｂ）は時間的に変化する設定炉温パターンに対
する制御結果を示すものである。

設定炉温パターンの経時変化に対する制御炉温の応答遅
れは極めて小さく、かつ制御炉温は設定炉温に保たれて
安定しており、消費熱量を約１０％低減することができ
た。

以上述べたように本発明に従った炉温制御を実施するこ
とにより、第４図に示したような極めて安定度の高いコ
ークス炉操業が得られるというず（れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は炉温制御系の制御構成図、第２図は燃料ガス流
量に対する制御炉温のステップ応答を示す図、第３図は
炉温制御方法の手順を示すフローチャート、第４図は炉
温制御を行なった操業結果を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コークス炉の操業条件および装入諸元にもとづいて
   乾留工程における燃焼室の設定炉温パターンを予め定め
   て操業するコークス炉操業において、 燃料ガス流量と燃焼室の炉温との間の応答遅れ時間、燃
   料ガス流量と燃焼室の炉温を用いて炉温プロセスの状態
   量を推定する有限時間整定観測器、推定した状態量のフ
   ィードバック動作項およびメインループの前向き要素と
   しての積分動作項を予め定めて設けておき、 燃焼室ヘアピン部上部に複数本設置したＰＲ熱電対によ
   り燃焼室の雰囲気温度（炉温）を検出して平均値を求め
   、その経時変化を平滑化するデータ処理を行なって制御
   炉温を求め、応答遅れ時間だけ未来の設定炉温を予見し
   、有限時間整定観測器によって得られた炉温プロセスの
   状態量の推定値をフィードバックして燃料ガス流量制御
   系の設定値を制御することにより、設定炉温パターンの
   経時変化に対する制御炉温の応答遅れ時間を最小にして
   、制御炉温を設定炉温に保つことを特徴とするコークス
   炉の炉温制御方法。 ２、上記炉温制御を行なうにあたり、燃料ガス流量制御
   系の設定値修正量に不感帯および不感帯出力に上下限リ
   ミッタを設け、燃料ガス流量の変動を最小に抑えて、制
   御炉温のハンチングを防止し、制御炉温を設定炉温に保
   つことを特徴とするコークス炉の炉温制御方法。