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JP5900027B2 - Method and apparatus for estimating furnace temperature distribution - Google Patents
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Description

本発明は、フェロコークスに代表される成形コークスを生産する成形コークス製造設備における炉内温度分布の推定方法および推定装置に関する。   The present invention relates to a method and an apparatus for estimating an in-furnace temperature distribution in a formed coke production facility that produces formed coke typified by ferro-coke.

炭材(石炭)と鉄鉱石とを混合して成形した成形物を乾留することによって製造されるフェロコークスは、還元された鉄鉱石の触媒効果によってフェロコークス中のコークスのCO反応性を高めることができ、それに伴う熱保存帯温度の低下によって還元材比を低下させることができる。このようなフェロコークスを製造する技術として、石炭と鉄鉱石の成形物を竪型の乾留炉にて乾留する方法が知られている。 Ferro-coke produced by dry distillation of a molded product formed by mixing carbonaceous material (coal) and iron ore increases the CO 2 reactivity of coke in ferro-coke by the catalytic effect of reduced iron ore. It is possible to reduce the ratio of the reducing material by the accompanying decrease in the temperature of the heat preservation zone. As a technique for producing such ferro-coke, there is known a method of carbonizing a molded product of coal and iron ore in a vertical carbonization furnace.

上記のような、フェロコークスに代表される成形コークスを生産する成形コークス製造設備は、竪型の乾留炉の炉頂から練成および成形された未乾留の成形炭を装入し、予熱過程、乾留過程、および冷却過程を経て炉底から成形コークスが排出される構成を有する。この成形コークス製造設備の予熱過程、乾留過程、および冷却過程における成形炭の温度履歴は、成形炭の品質に大きな影響を与えるので、炉の高さ方向の温度分布が適正に制御された状態に保たれることが重要である。   Molded coke production equipment that produces molded coke as typified by ferro-coke as described above is charged with uncooked coking coal that has been kneaded and molded from the top of a vertical dry distillation furnace. Formed coke is discharged from the furnace bottom through a dry distillation process and a cooling process. The temperature history of the coking coal during the preheating, dry distillation, and cooling processes of this forming coke production facility has a large effect on the quality of the forming coal, so that the temperature distribution in the furnace height direction is properly controlled. It is important to be kept.

例えば、特許文献1には、冷却過程に用いた冷却ガスを予熱過程に用いる低温ガスとして利用しながら、竪型の乾留炉の炉内温度分布を適正に制御するフェロコークスの製造方法および製造設備が記載されている。   For example, Patent Document 1 discloses a ferro-coke manufacturing method and manufacturing equipment that appropriately controls the temperature distribution in a vertical dry distillation furnace while using the cooling gas used in the cooling process as a low-temperature gas used in the preheating process. Is described.

特開2011−057970号公報JP 2011-057970 A

しかしながら、上述のような成形コークス製造設備では、設置可能な温度センサの数は限られているので、温度センサが設置されていない部分の炉内温度が不明となる。その結果、炉内温度分布を適正に制御する手段があっても、乾留炉の高さ方向の温度分布の制約に正確に適応した制御をすることができなかった。   However, since the number of temperature sensors that can be installed is limited in the molded coke manufacturing facility as described above, the temperature inside the furnace where the temperature sensor is not installed is unknown. As a result, even if there was a means for appropriately controlling the temperature distribution in the furnace, it was not possible to accurately control the temperature distribution in the height direction of the dry distillation furnace.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、限られた個数の温度センサによる温度測定から全体の炉内温度分布を推定する炉内温度分布の推定方法および推定装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an in-furnace temperature distribution estimation method and estimation apparatus for estimating the entire in-furnace temperature distribution from temperature measurement by a limited number of temperature sensors. It is to provide.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の炉内温度分布の推定方法は、成形コークス製造設備の炉内高さ方向の温度分布を物理モデルに基づいて推定する炉内温度分布の推定方法において、温度センサにより前記成形コークス製造設備の炉内高さ方向の特定位置の温度情報を取得する測定ステップと、前記物理モデルにおけるパラメータを変化させて温度分布を算出することにより、該温度分布をメンバとする母集団を作成する母集団作成ステップと、前記母集団作成ステップにより作成された温度分布をメンバとする母集団に対して主成分分析を行い主成分ベクトルを算出する主成分分析ステップと、前記主成分分析ステップにより算出された主成分ベクトルの線形結合により、前記物理モデルに基づいて推定された温度分布と前記測定ステップにより取得した前記特定位置の温度情報との誤差を補正する補正ステップとを含むことを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the method for estimating the temperature distribution in the furnace of the present invention is based on the temperature in the furnace that estimates the temperature distribution in the height direction of the furnace of the formed coke production facility based on a physical model. In the distribution estimation method, a measurement step of acquiring temperature information at a specific position in the furnace height direction of the molded coke production facility by a temperature sensor, and calculating a temperature distribution by changing parameters in the physical model, A population creating step for creating a population having the temperature distribution as a member, and a principal component analysis for calculating a principal component vector by performing principal component analysis on the population having the temperature distribution created by the population creating step as members. A temperature component estimated based on the physical model by a linear combination of a component analysis step and a principal component vector calculated in the principal component analysis step. Characterized in that it comprises a step of correcting an error between the temperature information of the specific position obtained by the measuring step.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の炉内温度分布の推定装置は、成形コークス製造設備の炉内高さ方向の温度分布を物理モデルに基づいて推定する炉内温度分布の推定装置において、温度センサにより前記成形コークス製造設備の炉内高さ方向の特定位置の温度情報を取得する測定手段と、前記物理モデルにおけるパラメータを変化させて温度分布を算出することにより、該温度分布をメンバとする母集団を作成する母集団作成手段と、前記母集団作成手段により作成された温度分布をメンバとする母集団に対して主成分分析を行い主成分ベクトルを算出する主成分分析手段と、前記主成分分析手段により算出された主成分ベクトルの線形結合により、前記物理モデルに基づいて推定された温度分布と前記測定手段により取得した前記特定位置の温度情報との誤差を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the in-furnace temperature distribution estimating apparatus of the present invention estimates the temperature distribution in the height direction of the in-furnace of the formed coke production facility based on a physical model. In the distribution estimation apparatus, by measuring the temperature distribution by changing the parameters in the physical model by measuring means for acquiring temperature information of a specific position in the furnace height direction of the molded coke production facility by a temperature sensor, A population creating means for creating a population having the temperature distribution as a member, and a principal component analysis for calculating a principal component vector by performing principal component analysis on the population having the temperature distribution created by the population creating means as members. The temperature distribution estimated based on the physical model by the linear combination of the component analysis means and the principal component vector calculated by the principal component analysis means and the measurement means Characterized in that it comprises a correcting means for correcting the error between the acquired temperature information of the specific position.

本発明に係る炉内温度分布の推定方法および推定装置は、限られた個数の温度センサによる温度測定から全体の炉内温度分布を推定することができる。   The in-furnace temperature distribution estimation method and estimation apparatus according to the present invention can estimate the entire in-furnace temperature distribution from temperature measurements by a limited number of temperature sensors.

図1は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法を適用する成形コークス製造設備の構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a formed coke manufacturing facility to which a method for estimating a furnace temperature distribution according to an embodiment of the present invention is applied. 図2は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法における基礎とした物理モデルによる温度分布の補正の方法を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a temperature distribution correction method using a physical model as a basis in the in-furnace temperature distribution estimation method according to the embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化の説明に用いる竪型乾留炉の羽口と温度分布の関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the tuyere and temperature distribution of a vertical dry distillation furnace used for explaining data assimilation in the method for estimating the temperature distribution in the furnace according to the embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化の説明に用いる温度センサの設置位置の例を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing an example of an installation position of a temperature sensor used for explaining data assimilation in the method for estimating the temperature distribution in the furnace according to the embodiment of the present invention. 図5は、第一主成分から第三主成分に対応するガスの温度分布の変化量およびガスの温度分布の変化量の例を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing an example of the change amount of the gas temperature distribution and the change amount of the gas temperature distribution corresponding to the first principal component to the third principal component. 図6は、本発明の実施形態である炉内温度分布の推定方法を実現する炉内温度分布の推定装置の構成例を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of an in-furnace temperature distribution estimation apparatus that realizes the in-furnace temperature distribution estimation method according to the embodiment of the present invention. 図7は、本発明の実施形態である炉内温度分布の推定方法を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing a method of estimating the furnace temperature distribution according to the embodiment of the present invention. 図8は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化を適用した場合のガスおよび固体の温度分布の推定状況を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing an estimation state of gas and solid temperature distributions when data assimilation is applied in the method for estimating the temperature distribution in the furnace according to the embodiment of the present invention. 図9は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化を適用した場合としない場合とで、真の温度分布からの乖離度を比較したグラフである。FIG. 9 is a graph comparing the degree of divergence from the true temperature distribution with and without applying data assimilation in the method for estimating the temperature distribution in the furnace according to the embodiment of the present invention.

以下に、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法および推定装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, an in-furnace temperature distribution estimation method and estimation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

〔成形コークス製造設備〕
図1は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法を適用する成形コークス製造設備の構成を示す概略図である。図1に示されるように、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法を適用する成形コークス製造設備1は、成形炭を乾留して成形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、さらにこの竪型乾留炉2に付随するその他の構成要素を備える。
[Molded coke production equipment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a formed coke manufacturing facility to which a method for estimating a furnace temperature distribution according to an embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG. 1, a formed coke production facility 1 to which a method for estimating an in-furnace temperature distribution according to an embodiment of the present invention is mainly used as a vertical dry distillation furnace 2 that produces dry coke by carbonizing formed coal. It is provided as a component, and further includes other components attached to the vertical distillation furnace 2.

竪型乾留炉2は、竪型乾留炉2の炉頂から順に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形炭を乾留し、冷却ゾーンで乾留された成形コークスの冷却を行なう。低温乾留ゾーンと高温乾留ゾーンとの間には、低温ガス吹き込み羽口3aが設けられ、低温ガス吹き込み羽口3aから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。高温乾留ゾーンと冷却ゾーンとの間には、高温ガス吹き込み羽口3b、3dが設けられ、高温ガス吹き込み羽口3b、3d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。   The vertical carbonization furnace 2 is separated into a low temperature carbonization zone, a high temperature carbonization zone, and a cooling zone in order from the top of the vertical carbonization furnace 2, and carbonized coal is carbonized by the low temperature carbonization zone and the high temperature carbonization zone. Cool the dry-formed coke. A low temperature gas blowing tuyere 3a is provided between the low temperature carbonization zone and the high temperature carbonizing zone, and the low temperature gas distillation zone and the high temperature carbonization zone are separated by blowing low temperature gas from the low temperature gas blowing tuyere 3a. High temperature gas blowing tuyere 3b and 3d are provided between the high temperature carbonization zone and the cooling zone. By blowing high temperature gas from the high temperature gas blowing tuyere 3b and 3d, the high temperature carbonization zone and the cooling zone are separated. The

冷却ゾーンには、冷却ガス吹き込み羽口3cが設けられ、冷却ガス吹き込み羽口3cから吹き込まれた冷却ガスにより、竪型乾留炉2に冷却ゾーンが作られる。   A cooling gas blowing tuyere 3c is provided in the cooling zone, and a cooling zone is formed in the vertical dry distillation furnace 2 by the cooling gas blown from the cooling gas blowing tuyere 3c.

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、精製および脱硫後に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。   An in-furnace gas discharge port 4 for discharging the in-furnace gas is provided at the top of the vertical carbonization furnace 2. The exhaust gas pipe connected to the furnace gas discharge port 4 includes a spray tower 5 as a first gas cooling device, a gas cooler 6 as a second gas cooling device, and dust in the furnace gas (mainly tar mist). An electrostatic precipitator 7 is connected to remove the. The in-furnace gas that has passed through the spray tower 5, the gas cooler 6, and the electric dust collector 7 is recovered as generated gas and used as fuel after purification and desulfurization. Furthermore, a part of the recovered generated gas is reused as a low temperature gas, a high temperature gas, and a cooling gas blown into the vertical dry distillation furnace 2. The liquid component in the furnace gas is recovered by the spray tower 5 and the gas cooler 6, separated into safety water and tar, and stored in the safety water tank 8 a and the tar tank 8 b.

上述のよう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は、高温ガス吹き込み羽口3b、3dに導かれ、高温ガス吹き込み羽口3b、3d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、低温ガス吹き込み羽口3aに導かれ、低温ガス吹き込み羽口3aから竪型乾留炉2に吹き込まれる。さらに、回収された発生ガスの一部は、加熱することなく冷却ガス吹き込み羽口3cに導かれ、冷却ガス吹き込み羽口3cから竪型乾留炉2に吹き込まれる。   Part of the generated gas recovered as described above is reused for the low temperature gas, the high temperature gas, and the cooling gas blown into the vertical distillation furnace 2. The generated gas heated by the high-temperature gas heating furnace 9 is guided to the high-temperature gas blowing tuyere 3b, 3d and blown into the vertical dry distillation furnace 2 from the high-temperature gas blowing tuyere 3b, 3d. The generated gas heated by the low temperature gas heating furnace 10 is guided to the low temperature gas blowing tuyere 3a and blown into the vertical dry distillation furnace 2 from the low temperature gas blowing tuyere 3a. Furthermore, a part of the recovered generated gas is led to the cooling gas blowing tuyere 3c without being heated, and is blown into the vertical dry distillation furnace 2 from the cooling gas blowing tuyere 3c.

さらに、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、成形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から乾留された成形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。   Furthermore, a coal charcoal inlet 12 is provided near the top of the vertical carbonization furnace 2, and a discharge port 13 for cutting out the formed coke is provided at the bottom of the vertical carbonization furnace 2. The coking coal carbonized in the vertical carbonization furnace 2 is charged from the inlet 12 and filled into the vertical carbonization furnace 2, and the molded coke that has been carbonized from the discharge port 13 is cut out at a constant speed. As a result, the coal is left in the vertical distillation furnace 2 for a predetermined time.

〔炉内温度分布の物理モデル〕
本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法を適用する成形コークス製造設備1の竪型乾留炉2における炉内温度分布の物理モデルの例の一つとして、物質収支および熱収支から成る物理モデルを用いて本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法を説明する。
[Physical model of furnace temperature distribution]
As one example of a physical model of the temperature distribution in the vertical distillation furnace 2 of the forming coke production facility 1 to which the method for estimating the temperature distribution in the furnace according to the embodiment of the present invention is applied, the physical model includes a material balance and a heat balance. A method for estimating the furnace temperature distribution according to the embodiment of the present invention will be described using a physical model.

本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法に用いる物質収支は、下記式(1)(2)にあるように、固体の一部がガス化するという物理モデルである。

Figure 0005900027
The mass balance used in the method for estimating the temperature distribution in the furnace according to the embodiment of the present invention is a physical model in which a part of the solid is gasified as in the following formulas (1) and (2).
Figure 0005900027

一方、熱収支については、下記式(3)(4)にあるように、ガスと固体間の熱交換、ガスと設備周辺大気の熱交換、および反応熱から構成される。

Figure 0005900027
On the other hand, as shown in the following formulas (3) and (4), the heat balance is composed of heat exchange between the gas and the solid, heat exchange between the gas and the atmosphere around the facility, and reaction heat.
Figure 0005900027

これを適当な方法(たとえば、スハス V.パタンカー著「コンピュータによる熱移動と流れの数値解析」(森北出版))で離散化したものが下記式(5)である。なお、下記式(5)を求めるに際し、完全陰解法による離散化を行っている。

Figure 0005900027
The following formula (5) is obtained by discretizing this by an appropriate method (for example, “Numerical analysis of heat transfer and flow by computer” by Suhas V. Patanker) (Morikita Publishing). In addition, when calculating | requiring following formula (5), the discretization by the complete implicit method is performed.
Figure 0005900027

s(k)、Tg(k)は、それぞれ、タイムステップkにおける竪型乾留炉2の高さ方向における固体およびガスの温度分布を表すベクトル量である。要素数は離散化のメッシュ数に対応する。なお以下で用いる実施例では、このメッシュ数を120個とした。また、u(k)は、操作量を意味し、本モデルでは各羽口から竪型乾留炉2に吹き込まれるガスの温度である。なお、上記式(1)〜(5)において使用した記号は以下を意味する。

Figure 0005900027
T s (k) and T g (k) are vector quantities representing the temperature distributions of the solid and gas in the vertical direction of the vertical distillation furnace 2 at time step k, respectively. The number of elements corresponds to the number of meshes for discretization. In the examples used below, the number of meshes was 120. U (k) means the manipulated variable, and in this model, is the temperature of the gas blown into the vertical dry distillation furnace 2 from each tuyere. In addition, the symbol used in said Formula (1)-(5) means the following.
Figure 0005900027

〔モデルの同化〕
本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法は、例えば上記炉内温度分布の物理モデルを基礎として、この物理モデルとは異なる条件にて仮想の真値シミュレーションを行う。そして、この仮想の真値シミュレーションの部分的な情報を用いて、基礎とした物理モデルによる温度分布を補正する。図2は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法における基礎とした物理モデルによる温度分布の補正の方法を示すブロック図である。また、以下の説明では、この基礎とした物理モデルによる温度分布を補正することを、データとモデルとを同化させるという意味で「データ同化」と呼ぶ。
[Model assimilation]
The method for estimating the in-furnace temperature distribution according to the embodiment of the present invention performs, for example, a virtual true value simulation under a condition different from the physical model based on the physical model of the in-furnace temperature distribution. And the temperature distribution by the basic physical model is correct | amended using the partial information of this virtual true value simulation. FIG. 2 is a block diagram showing a temperature distribution correction method using a physical model as a basis in the in-furnace temperature distribution estimation method according to the embodiment of the present invention. In the following description, correction of the temperature distribution based on this basic physical model is referred to as “data assimilation” in the sense of assimilating data and the model.

以下、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化の説明では、竪型乾留炉2を4つに区分けし、この竪型乾留炉2に6箇所の温度センサが設けられている例が用いられる。図3は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化の説明に用いる竪型乾留炉2の4つ区分を示す図である。ここで云う4つの区分とは、図3(または図1)に示した各羽口間(低温ガス吹き込み羽口3a、高温ガス吹き込み羽口3b、3d、冷却ガス吹き込み羽口3c)のゾーンのことであり、下からゾーン1〜4と名付ける。そして、この各ゾーン1〜4におけるガス固体間熱交換係数をα、α、α、αとし、固体比熱をCs1、Cs2、Cs3、Cs4とする。なお、各ゾーン1〜4を区別せず、竪型乾留炉2の全体のガス固体間熱交換係数はαであり、固体比熱はCである。 Hereinafter, in the explanation of data assimilation in the method for estimating the temperature distribution in the furnace according to the embodiment of the present invention, the vertical dry distillation furnace 2 is divided into four, and the vertical dry distillation furnace 2 is provided with six temperature sensors. Examples are used. FIG. 3 is a diagram showing four sections of the vertical dry distillation furnace 2 used for explaining data assimilation in the method for estimating the temperature distribution in the furnace according to the embodiment of the present invention. The four sections referred to here are the zones of the tuyere shown in FIG. 3 (or FIG. 1) (low temperature gas blowing tuyere 3a, high temperature gas blowing tuyere 3b, 3d, cooling gas blowing tuyere 3c). That is, the zones 1 to 4 are named from the bottom. The heat exchange coefficients between the gas solids in the zones 1 to 4 are α 1 , α 2 , α 3 , and α 4 , and the solid specific heat is C s1 , C s2 , C s3 , and C s4 . Incidentally, without distinguishing between each zone 1-4, overall gas solid thermal exchange coefficient of the vertical carbonization furnace 2 is alpha, the solid specific heat is C s.

図4は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化の説明に用いる温度センサの設置位置の例を示すグラフである。すなわち、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化の説明では、6箇所の温度センサが、図4における丸印の位置に設けられているものとする。つまり、以下の説明では、図4における丸印の位置の温度のみが測定可能であると仮定において、データ同化を行う。   FIG. 4 is a graph showing an example of an installation position of a temperature sensor used for explaining data assimilation in the method for estimating the temperature distribution in the furnace according to the embodiment of the present invention. That is, in the explanation of data assimilation in the method for estimating the temperature distribution in the furnace according to the embodiment of the present invention, it is assumed that six temperature sensors are provided at the positions indicated by circles in FIG. That is, in the following description, data assimilation is performed on the assumption that only the temperature at the position of the circle in FIG. 4 can be measured.

本データ同化の例では、主成分分析を用いる。したがって、主成分分析を行うための母集団となるデータを用意する。このデータを用意するために、標準的な操業条件下で、物理モデルをガス固体間熱交換係数αおよび固体比熱Cs4を変化させた場合の温度分布の経時変化のデータを作成する。本データ同化の例に用いるデータの母集団では、ガス固体間熱交換係数αを元の数値の0.7倍から1.3倍に変化させ、固体比熱Cs4を元の数値の0.8倍から1.2倍に変化させた。なお、本データ同化の例に用いる温度分布のデータをメンバとする母集団では、最下部のゾーンにおける固体比熱Cs4のみを変化させている。その理由は、最下部のゾーンにおける固体とは、乾留後のコークスであり、その比熱は、乾留度によってばらつきが大きいことが予想されるからである。 In this example of data assimilation, principal component analysis is used. Therefore, data serving as a population for performing principal component analysis is prepared. In order to prepare this data, data on the temporal change of the temperature distribution when the heat exchange coefficient α between the gas and solid and the solid specific heat C s4 are changed as a physical model under standard operating conditions is created. In the data population used in this data assimilation example, the gas-solid heat exchange coefficient α is changed from 0.7 times to 1.3 times the original numerical value, and the solid specific heat C s4 is changed to 0.8 from the original numerical value. It was changed from double to 1.2 times. In the population whose members are the temperature distribution data used in this data assimilation example, only the solid specific heat C s4 in the lowest zone is changed. The reason is that the solid in the lowermost zone is coke after carbonization, and the specific heat is expected to vary greatly depending on the degree of carbonization.

上記パラメータのガス固体間熱交換係数αおよび固体比熱Cs4を異なる周期で正弦波的に経時変化させた場合において、シミュレーションを1000ステップ行い、それぞれの位置でのガスおよび固体の温度分布を記録したデータ行列Xを生成する。このデータ行列Xの行数はタイムステップ数(つまり1000)であり、列数は、ガスおよび固体の温度分布を含むので、シミュレーションのメッシュ数Nの2倍である。 In the case where the gas-solid heat exchange coefficient α and the solid specific heat C s4 of the above parameters were changed with time in a sinusoidal manner with different periods, the simulation was performed for 1000 steps, and the temperature distribution of the gas and solid at each position was recorded. A data matrix X is generated. The number of rows of the data matrix X is the number of time steps (that is, 1000), and the number of columns is twice the number of meshes N in the simulation because it includes the temperature distribution of gas and solid.

上記のように作成したデータ行列Xに対して主成分分析を施す。具体的に本データ同化の例では、このデータ行列の共分散行列X’*Xの固有値ベクトルを大きな固有値から順番に3つ選択する。この選択された固有ベクトルは、上記のように物理パラメータを変動させた際の、ガスおよび固体の温度分布の変化を説明する因子として適しているので、この選択された3つの固有ベクトルをa、a、aと定義する。なお、このベクトルa、a、aの要素数は、ガスの温度分布の変化量および固体の温度分布の変化量に対応する要素を縦に並べたベクトルとなるので、物理モデルにおけるメッシュ数Nの2倍に等しくなる。図5は、第一主成分から第三主成分に対応するガスの温度分布の変化量およびガスの温度分布の変化量の例を示すグラフである。 A principal component analysis is performed on the data matrix X created as described above. Specifically, in this data assimilation example, three eigenvalue vectors of the covariance matrix X ′ * X of this data matrix are selected in order from the large eigenvalue. Since the selected eigenvector is suitable as a factor for explaining the change in the temperature distribution of the gas and the solid when the physical parameter is changed as described above, the three selected eigenvectors are a 1 , a 2, is defined as a 3. Note that the number of elements of the vectors a 1 , a 2 , and a 3 is a vector in which elements corresponding to the change amount of the gas temperature distribution and the change amount of the solid temperature distribution are vertically arranged. It is equal to twice the number N. FIG. 5 is a graph showing an example of the change amount of the gas temperature distribution and the change amount of the gas temperature distribution corresponding to the first principal component to the third principal component.

次に、上記のように定義されたa、a、aの線形結合によって、観測値とシミュレーションの値との誤差を補正することを考える。 Next, let us consider correcting the error between the observed value and the simulation value by the linear combination of a 1 , a 2 , and a 3 defined as described above.

推定の対象である、竪型乾留炉2内の真のガスおよび固体の温度分布を、上記と同様にメッシュ数の2倍の要素数の縦ベクトルとしてxtrとする。一方、物理モデルによるシミュレーションの結果のガスおよび固体の温度分布を、同様にメッシュ数の2倍の要素数の縦ベクトルとしてxsimとする。また、ガスおよび固体の温度分布の中で、どこの温度を観察できるかを表す行列をCとする。すなわち、行列Cは、温度センサの個数を行数とし、メッシュ数の2倍である2Nを列数とする行列であり、行列Cの要素のうち、i番目の温度センサが位置jの温度を測定するときC[i][j]=1とし、それ以外の要素をゼロとする。 Which are estimates of the target, the temperature distribution of the true gas and solid vertical carbonization furnace 2, and x tr as the vertical vector of twice as many elements in the same manner as described above the number of meshes. On the other hand, the temperature distribution of the gas and the solid as a result of the simulation by the physical model is similarly set to x sim as a vertical vector having the number of elements twice the number of meshes. Also, let C be a matrix that represents which temperature can be observed in the temperature distribution of gas and solid. That is, the matrix C is a matrix in which the number of temperature sensors is the number of rows and 2N, which is twice the number of meshes, is the number of columns. Among the elements of the matrix C, the i-th temperature sensor indicates the temperature at the position j. When measuring, C [i] [j] = 1, and other elements are set to zero.

上記のように定義した場合、温度センサにより測定された温度分布をyobsとし、この温度センサの位置における物理モデルによるシミュレーションの結果のガスおよび固体の温度分布をysimとすると、下式が成り立つ。

Figure 0005900027
When defined as above, if the temperature distribution measured by the temperature sensor is y obs and the temperature distribution of the gas and solid as a result of the simulation by the physical model at the position of this temperature sensor is y sim , the following equation holds: .
Figure 0005900027

以下、このyobsとysimとの誤差を、a、a、aの線形結合によって補正する方法を説明する。 Hereinafter, a method of correcting the error between y obs and y sim by a linear combination of a 1 , a 2 , and a 3 will be described.

、a、aの線形結合における各項の係数をw、w、wとし、物理モデルによるシミュレーションの結果のガスおよび固体の温度分布xsimに補正項として加え、行列Cを掛けたものを計算補正値とyする。すると、この計算補正値とyは、下式で表される。ただし、下式においてAは、a、a、aを横に並べて行列表記したものであり、wは、w、w、wを縦に並べてベクトル表記したものである。

Figure 0005900027
The coefficients of the terms in the linear combination of a 1 , a 2 , and a 3 are w 1 , w 2 , and w 3 , added to the gas and solid temperature distribution x sim as a result of the simulation by the physical model as a correction term, and the matrix C A value obtained by multiplying by y is a calculation correction value. Then, the calculated correction value and y a is represented by the following expression. However, in the following formula, A is a matrix notation in which a 1 , a 2 , and a 3 are arranged horizontally, and w is a vector notation in which w 1 , w 2 , and w 3 are arranged vertically.
Figure 0005900027

上記計算補正値yと温度センサにより測定された温度分布yobsとの差が最小になるような係数w、w、wを、最小二乗法で求める。そして物理モデルによるシミュレーションの結果のガスおよび固体の温度分布xsimに補正項として加えることにより、データ同化後の温度分布xを算出する。下式は、この計算を数式で表現したものである。

Figure 0005900027
The coefficients w 1, w 2, w 3, such as the difference between the measured temperature distribution y obs by the calculated correction value y a temperature sensor is minimized, obtained by the least squares method. Then, the temperature distribution x a after data assimilation is calculated by adding it as a correction term to the gas and solid temperature distribution x sim as a result of the simulation by the physical model. The following formula expresses this calculation by a mathematical formula.
Figure 0005900027

上記計算から解るように、データ同化後の温度分布xは、物理モデルによるシミュレーションの結果のガスおよび固体の温度分布xsimと、3つの固有ベクトルa、a、aと、ガスおよび固体の温度分布の中で、どこの温度を観察できるかを表す行列Cと、温度センサにより測定された温度分布yobsとを用いて計算される。すなわち、上記計算に基づけば、限られた温度センサによる温度測定から、物理モデルによる全体の炉内温度分布の補正をすることができることが示された。 As can be seen from the above calculation, the temperature distribution x a after data assimilation is the gas and solid temperature distribution x sim as a result of the simulation by the physical model, the three eigenvectors a 1 , a 2 and a 3, and the gas and solid. Is calculated using a matrix C representing which temperature can be observed in the temperature distribution and temperature distribution yobs measured by the temperature sensor. That is, based on the above calculation, it was shown that the temperature distribution by the physical model can be corrected by the physical model from the temperature measurement by a limited temperature sensor.

〔炉内温度分布の推定装置〕
図6は、上記説明したデータ同化による炉内温度分布の推定方法を実現する炉内温度分布の推定装置の構成例を示すブロック図である。ただし、本発明の実施は以下に説明する構成の推定装置限るものではない。
[Estimation device for furnace temperature distribution]
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of an in-furnace temperature distribution estimation apparatus that realizes the in-furnace temperature distribution estimation method based on the data assimilation described above. However, the implementation of the present invention is not limited to the estimation apparatus having the configuration described below.

図6に示すように、本発明の実施形態である炉内温度分布の推定方法を実現する炉内温度分布の推定装置100は、情報処理装置101、入力装置102、および出力装置103を主な構成要素として備え、成形コークス製造設備1から取得される炉内高さ方向の特定位置の温度情報を用いて、炉内高さ方向の全体の炉内温度分布の推定する。   As shown in FIG. 6, an in-furnace temperature distribution estimation device 100 that realizes the in-furnace temperature distribution estimation method according to the embodiment of the present invention mainly includes an information processing device 101, an input device 102, and an output device 103. Using the temperature information at a specific position in the furnace height direction obtained from the molded coke manufacturing facility 1 as a component, the entire furnace temperature distribution in the furnace height direction is estimated.

情報処理装置101は、パーソナルコンピュータやワークステーション等の汎用の情報処理装置によって構成されることができ、RAM111、ROM112、およびCPU113を備える。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。ROM112は、本発明の実施形態である炉内温度分布の推定方法を実現する推定プログラム112aと情報処理装置101全体の動作を制御する制御プログラムと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に従って情報処理装置101全体の動作を制御する。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、表示装置や印刷装置等の出力装置によって構成され、情報処理装置101の各種処理情報を出力する。   The information processing apparatus 101 can be configured by a general-purpose information processing apparatus such as a personal computer or a workstation, and includes a RAM 111, a ROM 112, and a CPU 113. The RAM 111 temporarily stores control programs and control data related to processing executed by the CPU 113 and functions as a working area for the CPU 113. The ROM 112 stores an estimation program 112a that realizes the method for estimating the furnace temperature distribution according to the embodiment of the present invention, a control program that controls the operation of the entire information processing apparatus 101, and control data. The CPU 113 controls the overall operation of the information processing apparatus 101 according to the estimation program 112a and the control program stored in the ROM 112. The input device 102 includes input devices such as a keyboard, a mouse pointer, and a numeric keypad, and is operated when inputting various types of information to the information processing device 101. The output device 103 is configured by an output device such as a display device or a printing device, and outputs various processing information of the information processing device 101.

ROM112内に記憶されている推定プログラム112aは、上述の本発明の実施形態である炉内温度分布の推定方法を情報処理装置101に実行させるよう構成された一連の指令であり、推定プログラム112aによる指令に従った炉内温度分布の推定装置100は、成形コークス製造設備1から取得される炉内高さ方向の特定位置の温度情報を用いて、炉内高さ方向の全体の炉内温度分布の推定する。   The estimation program 112a stored in the ROM 112 is a series of commands configured to cause the information processing apparatus 101 to execute the method for estimating the furnace temperature distribution according to the above-described embodiment of the present invention. The estimation apparatus 100 for the in-furnace temperature distribution according to the command uses the temperature information of the specific position in the height direction of the furnace acquired from the molded coke manufacturing facility 1, and the entire in-furnace temperature distribution in the height direction of the furnace. To estimate.

〔炉内温度分布の推定方法〕
図7は、本発明の実施形態である炉内温度分布の推定方法を示すフローチャートである。以下では、上記説明した炉内温度分布の推定方法を実現する炉内温度分布の推定装置の構成例を示すブロック図を参照しながら本発明の実施形態である炉内温度分布の推定方法を説明するが、本発明の炉内温度分布の推定方法の実施が、この炉内温度分布の推定装置により限定されるものではない。
図7は、本発明の実施形態である炉内温度分布の推定方法を示すフローチャートである。図7に示されるように、本発明の実施形態である炉内温度分布の推定方法は、情報処理装置101が、成形コークス製造設備1に設けられた温度センサより成形コークス製造設備1の炉内高さ方向の特定位置の温度情報を取得することから始まる(ステップS1)。
[Method for estimating furnace temperature distribution]
FIG. 7 is a flowchart showing a method of estimating the furnace temperature distribution according to the embodiment of the present invention. Hereinafter, the method for estimating the temperature distribution in the furnace according to the embodiment of the present invention will be described with reference to a block diagram showing a configuration example of the apparatus for estimating the temperature distribution in the furnace that realizes the method for estimating the temperature distribution in the furnace described above. However, the implementation of the in-furnace temperature distribution estimation method of the present invention is not limited by the in-furnace temperature distribution estimation apparatus.
FIG. 7 is a flowchart showing a method of estimating the furnace temperature distribution according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, in the method for estimating the temperature distribution in the furnace according to the embodiment of the present invention, the information processing apparatus 101 uses the temperature sensor provided in the molded coke manufacturing facility 1 to increase the temperature inside the furnace of the molded coke manufacturing facility 1. The process starts from acquiring temperature information at a specific position in the height direction (step S1).

次に、情報処理装置101が、物理モデルにおけるパラメータを変化させて温度分布を算出することによりデータの母集団を作成する(ステップS2)。例えば、情報処理装置101は、上記式(1)〜(4)に記載の物理モデルのパラメータであるガス固体間熱交換係数および固体比熱を変化させて温度分布を算出することによりデータの母集団を作成することができる。   Next, the information processing apparatus 101 creates a data population by changing the parameters in the physical model and calculating the temperature distribution (step S2). For example, the information processing apparatus 101 calculates the temperature distribution by changing the heat exchange coefficient between the gas solids and the solid specific heat, which are parameters of the physical model described in the above formulas (1) to (4), thereby calculating the data population. Can be created.

一方、情報処理装置101は、ステップS2により作成されたデータの母集団に対して主成分分析が行う(ステップS3)。例えばこの主成分分析では、第一主成分から第三主成分に対応するガスの温度分布の変化量およびガスの温度分布の変化量を示す3つのベクトルを選択される。   On the other hand, the information processing apparatus 101 performs principal component analysis on the population of data created in step S2 (step S3). For example, in this principal component analysis, three vectors indicating the change amount of the gas temperature distribution and the change amount of the gas temperature distribution corresponding to the first principal component to the third principal component are selected.

最終的に、情報処理装置101は、ステップS3により算出された主成分ベクトルの線形結合により、物理モデルに基づいて推定された温度分布とステップS1により取得した特定位置の温度情報との誤差が補正する(ステップS4)。この補正の方法は、上記式(6)のように、ステップS3により算出した主成分ベクトルの線型結合により、推定された温度分布と特定位置の温度情報との誤差に対する補正項を表現し、上記式(7)に記載の計算により、データ同化後の温度分布xを算出することにより行う。 Finally, the information processing apparatus 101 corrects the error between the temperature distribution estimated based on the physical model and the temperature information at the specific position acquired in step S1 by the linear combination of the principal component vectors calculated in step S3. (Step S4). This correction method expresses a correction term for an error between the estimated temperature distribution and the temperature information at the specific position by linear combination of the principal component vectors calculated in step S3 as in the above equation (6). by calculation according to equation (7) is carried out by calculating the temperature distribution x a later data assimilation.

〔シミュレーション〕
次に、本発明の本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化の効果を検証するためのシミュレーションについて述べる。以下で説明するシミュレーションでは、真値シミュレーションとして、t=100においてガス大気間熱交換係数を0.7倍し、t=200において固体比熱を0.8倍する例を想定した(時刻tはタイムステップ数であり、本シミュレーションでは1ステップ20分としている)。一方、物理モデルについては元の値のままである。当然、このシミュレーション条件では、補正をしなければ真値の温度分布と物理モデルによる温度分布との間には乖離が生じる。
〔simulation〕
Next, a simulation for verifying the effect of data assimilation in the method for estimating the furnace temperature distribution according to the embodiment of the present invention will be described. In the simulation described below, an example in which the gas-to-atmosphere heat exchange coefficient is multiplied by 0.7 at t = 100 and the solid specific heat is multiplied by 0.8 at t = 200 is assumed as a true value simulation (time t is time). This is the number of steps. In this simulation, one step is 20 minutes). On the other hand, the physical model remains the original value. Naturally, under this simulation condition, there is a discrepancy between the true temperature distribution and the temperature distribution based on the physical model unless correction is made.

図8は、上記説明した本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化を適用した場合のガスおよび固体の温度分布の推定状況を示すグラフである。図8において、点線は本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化を適用した場合のガスおよび固体の温度分布を示し、破線はデータ同化を適用しない場合のガスおよび固体の温度分布を示し、実線は真値シミュレーションによるガスおよび固体の温度分布を示している。図8により、データ同化を適用しない場合よりも、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化を適用した場合の方が、真値に近い温度分布になっていることが解る。   FIG. 8 is a graph showing the estimation status of the temperature distribution of gas and solid when data assimilation is applied in the method for estimating the temperature distribution in the furnace according to the embodiment of the present invention described above. In FIG. 8, the dotted line shows the temperature distribution of the gas and solid when the data assimilation is applied in the method for estimating the temperature distribution in the furnace according to the embodiment of the present invention, and the broken line shows the gas and solid when the data assimilation is not applied. The temperature distribution is shown, and the solid line shows the temperature distribution of gas and solid by true value simulation. According to FIG. 8, the case where the data assimilation in the method for estimating the temperature distribution in the furnace according to the embodiment of the present invention is applied is closer to the true value than the case where the data assimilation is not applied. I understand.

また、図9は、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化を適用した場合としない場合とで、真の温度分布からの乖離度(ガスおよび固体温度の平均推定誤差)を比較したグラフである。図9に示されるように、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法におけるデータ同化を適用した場合の方が、適用しない場合に比較して、真値の温度分布の経時的変化に対してより正確に追従した推定を行えることが解る。   Further, FIG. 9 shows the degree of deviation from the true temperature distribution (average estimation error of gas and solid temperature) with and without data assimilation in the method for estimating the furnace temperature distribution according to the embodiment of the present invention. ). As shown in FIG. 9, when the data assimilation in the method for estimating the in-furnace temperature distribution according to the embodiment of the present invention is applied, the temporal change in the true temperature distribution is not as compared with the case where the data assimilation is not applied. It can be understood that estimation can be performed more accurately with respect to.

以上より、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法は、温度センサにより前記成形コークス製造設備1の炉内高さ方向の特定位置の温度情報を取得する測定ステップと、物理モデルにおけるパラメータを変化させて温度分布を算出することにより、これらの温度分布をメンバとする母集団を作成する母集団作成ステップと、母集団作成ステップにより作成された温度分布をメンバとする母集団に対して主成分分析を行い主成分ベクトルを算出する主成分分析ステップと、主成分分析ステップにより算出された主成分ベクトルの線形結合により、物理モデルに基づいて推定された温度分布と測定ステップにより取得した特定位置の温度情報との誤差を補正する補正ステップとを含むので、限られた個数の温度センサによる温度測定から全体の炉内温度分布を推定することができることが示された。   As mentioned above, the estimation method of the temperature distribution in the furnace which concerns on embodiment of this invention is the measurement step which acquires the temperature information of the specific position of the height direction in the furnace of the said shaping | molding coke manufacturing equipment 1 with a temperature sensor, and a physical model. By calculating the temperature distribution by changing parameters, a population creation step for creating a population having these temperature distributions as members, and a population having the temperature distribution created by the population creation step as members The principal component analysis step for calculating the principal component vector by performing principal component analysis and the temperature distribution estimated based on the physical model and the measurement step are obtained by linear combination of the principal component vector calculated by the principal component analysis step. It includes a correction step that corrects errors from temperature information at a specific position. It has been shown that it is possible to estimate the furnace temperature distribution of the body.

さらに、本発明の実施形態に係る炉内温度分布の推定方法は、物理モデルにおけるガス固体間熱交換係数および固体比熱を変化させて温度分布を算出することによりデータの母集団を作成することが好ましい。   Furthermore, the method for estimating the temperature distribution in the furnace according to the embodiment of the present invention can create a population of data by calculating the temperature distribution by changing the heat exchange coefficient between the gas solid and the solid specific heat in the physical model. preferable.

1 成形コークス製造設備
2 竪型乾留炉
3a 低温ガス吹き込み羽口
3b 高温ガス吹き込み羽口
3c 冷却ガス吹き込み羽口
3d 高温ガス吹き込み羽口
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
12 装入口
13 排出口
100 炉内温度分布の推定装置
101 情報処理装置
102 入力装置
103 出力装置
111 RAM
112 ROM
112a 推定プログラム
113 CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Molded coke manufacturing equipment 2 Vertical-type carbonization furnace 3a Low temperature gas blowing tuyere 3b High temperature gas blowing tuyere 3c Cooling gas blowing tuyere 3d High temperature gas blowing tuyere 4 Furnace gas discharge 5 Spray tower 6 Gas cooler 7 Electric dust collector 8a Aqueous tank 8b Tar tank 9 High-temperature gas heating furnace 10 Low-temperature gas heating furnace 12 Loading port 13 Discharge port 100 Estimating device for furnace temperature distribution 101 Information processing device 102 Input device 103 Output device 111 RAM
112 ROM
112a estimation program 113 CPU

Claims (4)

成形コークス製造設備における竪型乾留炉の炉内高さ方向の温度分布を、固体のガス化に関する物質収支と、ガスと固体間の熱交換、ガスと設備周辺大気の熱交換および反応熱に関する熱収支とからなる物理モデルに基づいて推定する炉内温度分布の推定方法において、
温度センサにより前記成形コークス製造設備の炉内高さ方向の特定位置の温度情報を取得する測定ステップと、
前記物理モデルにおけるパラメータであるガス固体間熱交換係数および固体比熱を変化させて温度分布を算出することにより、該温度分布をメンバとする母集団を作成する母集団作成ステップと、
前記母集団作成ステップにより作成された温度分布をメンバとする母集団に対して主成分分析を行い主成分ベクトルを算出する主成分分析ステップと、
前記主成分分析ステップにより算出された主成分ベクトルの各々に対して係数を定め、該各係数と前記主成分ベクトルとを各々乗じて加算する線形結合により得られる補正項を、前記物理モデルに基づいて推定された温度分布に加算して補正後の温度分布を算出することにより、前記物理モデルに基づいて推定された温度分布における前記特定位置に対応する位置の温度と前記測定ステップにより取得した前記特定位置の温度情報との誤差を補正する補正ステップと
を含むことを特徴とする炉内温度分布の推定方法。
The temperature distribution in the vertical direction of a vertical carbonization furnace in a molded coke production facility is shown in terms of the material balance related to gasification of solids, heat exchange between gas and solids, heat exchange between gas and air around the equipment, and heat related to reaction heat. In the estimation method of the furnace temperature distribution estimated based on the physical model consisting of the balance ,
A measurement step of acquiring temperature information of a specific position in the furnace height direction of the molded coke manufacturing facility by a temperature sensor;
A population creation step of creating a population having the temperature distribution as a member by calculating a temperature distribution by changing a heat exchange coefficient between the gas solid and the solid specific heat, which are parameters in the physical model,
A principal component analysis step of calculating a principal component vector by performing principal component analysis on the population having the temperature distribution created by the population creation step as a member;
Based on the physical model, a correction term obtained by linear combination that determines a coefficient for each principal component vector calculated by the principal component analysis step and multiplies each coefficient and the principal component vector and adds them. By calculating the corrected temperature distribution by adding to the estimated temperature distribution, the temperature at the position corresponding to the specific position in the temperature distribution estimated based on the physical model and the measurement step acquired And a correction step of correcting an error from temperature information at a specific position.
前記補正ステップは、前記補正項を前記物理モデルに基づいて推定された温度分布に加えた計算補正値を算出し、該計算補正値と前記測定ステップにより取得した前記特定位置の温度情報との誤差が最小となるように、前記各係数を決定することを特徴とする請求項1記載の炉内温度分布の推定方法。The correction step calculates a calculation correction value obtained by adding the correction term to the temperature distribution estimated based on the physical model, and an error between the calculation correction value and the temperature information at the specific position acquired by the measurement step. 2. The method for estimating an in-furnace temperature distribution according to claim 1, wherein each of the coefficients is determined so as to minimize. 前記母集団作成ステップは、物理モデルにおけるガス固体間熱交換係数および固体比熱を変化させて温度分布を算出することにより温度分布をメンバとする母集団を作成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の炉内温度分布の推定方法。 The population creation step, claim 1, characterized in that to create a population of the temperature distribution as a member by calculating the temperature distribution by changing the heat exchange coefficient and solid specific heat between the gas solids in the physical model or The method for estimating a furnace temperature distribution according to claim 2 . 成形コークス製造設備における竪型乾留炉の炉内高さ方向の温度分布を、固体のガス化に関する物質収支と、ガスと固体間の熱交換、ガスと設備周辺大気の熱交換および反応熱に関する熱収支とからなる物理モデルに基づいて推定する炉内温度分布の推定装置において、
温度センサにより前記成形コークス製造設備の炉内高さ方向の特定位置の温度情報を取得する測定手段と、
前記物理モデルにおけるパラメータであるガス固体間熱交換係数および固体比熱を変化させて温度分布を算出することにより、該温度分布をメンバとする母集団を作成する母集団作成手段と、
前記母集団作成手段により作成された温度分布をメンバとする母集団に対して主成分分析を行い主成分ベクトルを算出する主成分分析手段と、
前記主成分分析手段により算出された主成分ベクトルの各々に対して係数を定め、該各係数と前記主成分ベクトルとを各々乗じて加算する線形結合により得られる補正項を、前記物理モデルに基づいて推定された温度分布に加算して補正後の温度分布を算出することにより、前記物理モデルに基づいて推定された温度分布における前記特定位置に対応する位置の温度と前記測定手段により取得した前記特定位置の温度情報との誤差を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする炉内温度分布の推定装置。
The temperature distribution in the vertical direction of a vertical carbonization furnace in a molded coke production facility is shown in terms of the material balance related to gasification of solids, heat exchange between gas and solids, heat exchange between gas and air around the equipment, and heat related to reaction heat. In the furnace temperature distribution estimation device that estimates based on the physical model consisting of the balance ,
Measuring means for acquiring temperature information of a specific position in the furnace height direction of the molded coke production facility by a temperature sensor;
A population creating means for creating a population having the temperature distribution as a member by calculating a temperature distribution by changing a heat exchange coefficient between the gas solids and a solid specific heat which are parameters in the physical model;
Principal component analysis means for calculating principal component vectors by performing principal component analysis on a population whose members are the temperature distribution created by the population creation means;
Based on the physical model, a correction term obtained by linear combination that determines a coefficient for each principal component vector calculated by the principal component analysis means and multiplies each coefficient and the principal component vector for addition. By calculating the corrected temperature distribution by adding to the estimated temperature distribution, the temperature at the position corresponding to the specific position in the temperature distribution estimated based on the physical model and the measurement unit Correction means for correcting an error from temperature information at a specific position;
A furnace temperature distribution estimation apparatus comprising:
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