JP6544271B2 - Temperature distribution control method and control device of vertical dry distillation furnace - Google Patents
Temperature distribution control method and control device of vertical dry distillation furnace Download PDFInfo
- Publication number
- JP6544271B2 JP6544271B2 JP2016042981A JP2016042981A JP6544271B2 JP 6544271 B2 JP6544271 B2 JP 6544271B2 JP 2016042981 A JP2016042981 A JP 2016042981A JP 2016042981 A JP2016042981 A JP 2016042981A JP 6544271 B2 JP6544271 B2 JP 6544271B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tuyere
- temperature
- flow rate
- gas flow
- furnace
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
- Control Of Temperature (AREA)
- Coke Industry (AREA)
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
Description
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。 The present invention relates to a temperature distribution control method and control device for a vertical carbon-distillation furnace.
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。 Coke production equipment that produces molded coke represented by ferrocoke is charged with undried carbon from the top of a vertical carbonization furnace, and the coal is subjected to preheating treatment, carbonization treatment, and cooling treatment. The molded coke is discharged from the lower part of the mold dry distillation furnace (see Patent Document 1). In such a coke production facility, the temperature history of the formed coal in the preheating treatment, the carbonization treatment, and the cooling treatment greatly affects the quality of the formed coke. Therefore, in the coke production facility, it is important to control the temperature distribution in the height direction of the vertical distillation-distillation furnace to an appropriate state.
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。 Specifically, in order to produce high-quality molded coke, it is desirable to hold the formed coal in a high temperature region (for example, 900 ° C. or more) for about 3 hours in order to perform sufficient dry distillation treatment on the formed coal. There are also restrictions on the temperature rise rate in the softening and melting region (for example, 300 to 500 ° C.) and the thermal stress concentration region (for example, around 600 ° C.). Furthermore, it is desirable from the viewpoint of quality variation reduction to make the temperature distribution as uniform as possible in the widthwise direction of the vertical distillation furnace.
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。 In the coke manufacturing facility described above, a plurality of tuyeres called a high temperature tuyere, a low temperature tuyere, an extraction tuyere, and a cooling tuyere are provided in order from the top of the furnace on the side wall of the vertical dry distillation furnace. And as an operation quantity for controlling temperature distribution of a vertical dry distillation furnace to a desired state, there are a flow rate and temperature of tuyere.
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。 However, since a plurality of tuyeres are juxtaposed in the vertical direction of the vertical distillation-distillation furnace, the operation influence of the tuyere flow rate and temperature propagates in the vertical direction, and there is a problem that the operation influence interferes with each other.
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a temperature distribution control method and control device of a vertical dry distillation furnace capable of suppressing interference of operation influence between a plurality of tuyeres in the vertical dry distillation furnace. With the goal.
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。 The temperature distribution control method of the vertical dry distillation furnace according to the present invention is estimated by the estimation step of estimating the current temperature distribution in the vertical dry distillation furnace using a physical model of the countercurrent heat exchange process, and the above estimation step It is assumed that the current temperature distribution is taken as an initial value, and the operating conditions of the vertical distillation-distillation furnace at the time of estimating the current temperature distribution remain constant from then on using the physical model. Predicting the temperature distribution in the future, calculating the degree of influence of the control variable on the respective manipulated variables of the plurality of tuyeres arranged in vertical and horizontal directions of the vertical dry distillation furnace, and calculating the degree of influence In order to calculate the manipulated variable for compensating the deviation between the target temperature distribution and the future temperature distribution predicted by the prediction step using the degree of influence calculated by the degree of influence calculation step, Characterized in that it comprises a manipulated variable determining step of determining a respective operation amount of from bottom to top stepwise the tuyere in the vertical direction.
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。 In the temperature distribution control method of a vertical dry distillation furnace according to the present invention, in the above invention, the operation amount determination step calculates a deviation between the target temperature distribution and the future temperature distribution, and the deviation calculation step It is preferable to include a calculation step of calculating the operation amount that minimizes the deviation using the deviation calculated by the step and the degree of influence calculated by the influence degree calculation step.
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。 In the temperature distribution control method of a vertical dry distillation furnace according to the present invention, in the above-mentioned invention, the deviation calculation step calculates an error between the current temperature distribution estimated in the estimation step and the actual measurement value, and uses the error It is preferable to include the step of calculating the deviation between the target temperature distribution and the future temperature distribution.
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。 In the temperature distribution control method of a vertical dry distillation furnace according to the present invention, in the above invention, a low temperature tuyere, a high temperature feather, provided in order from the furnace top to the furnace bottom in the vertical direction of the vertical dry distillation furnace as the tuyere Among the mouth, the extraction tuyere, and the cooling tuyere, the method further includes an equal amount control step of controlling the gas flow rate of the extraction tuyere and the gas flow rate of the cooling tuyere equally. A first determination step of determining the operation amount of the extraction tuyere and the cooling tuyere, a second determination step of determining the operation amount of the high-temperature tuyere, and the operation amount of the lower part by the second determination step It is preferable to include a third determination step of determining the operation amount of the low temperature tuyere using the determined operation amount of the high temperature tuyere.
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。 The temperature distribution control device of the vertical dry distillation furnace according to the present invention uses the physical model of the countercurrent heat exchange process, and is provided in the vertical dry distillation furnace in which a plurality of tuyeres are vertically and horizontally arranged in parallel. The operating condition of the vertical dry distillation furnace at the time of estimating the current temperature distribution with the current temperature distribution estimated by the estimating means as the initial value and estimating the current temperature distribution of the Predicting means for predicting future temperature distribution after a predetermined time using the physical model assuming that it is constant, and influence degree calculating means for calculating the degree of influence of control variables on each operation amount of the plurality of tuyeres And using the degree of influence calculated by the degree of influence calculation means to calculate the manipulated variable for compensating the deviation between the target temperature distribution and the future temperature distribution predicted by the prediction means. Vertically below Characterized in that it comprises a manipulated variable determining means for determining the respective amount of operation of stepwise the tuyeres to the upper, the.
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。 In the temperature distribution control device of a vertical dry distillation furnace according to the present invention, in the above invention, the operation amount determination means calculates a deviation between the target temperature distribution and the future temperature distribution; and the deviation calculation means It is preferable to have a calculation unit that calculates the operation amount that minimizes the deviation using the deviation calculated by the above and the degree of influence calculated by the influence degree calculation unit.
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。 In the temperature distribution control device of a vertical dry distillation furnace according to the present invention, in the above invention, the deviation calculating means calculates an error between the current temperature distribution estimated by the estimating means and the actual measurement value, and uses the error Preferably, the deviation between the target temperature distribution and the future temperature distribution is calculated.
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。 In the temperature distribution control device of a vertical dry distillation furnace according to the present invention, in the above invention, the tuyere is a low temperature tuyere, a high temperature, provided in order from the furnace top to the furnace bottom side in the vertical direction of the vertical dry distillation furnace. The apparatus further comprises equivalent control means including a tuyere, an extraction tuyere, and a cooling tuyere to control the gas flow rate of the extraction tuyere equal to the gas flow rate of the cooling tuyere, the operation amount determining means A first determining means for determining an operation amount of the extraction tuyere and the cooling tuyere, a second determining means for determining an operation amount of the high temperature tuyere, and an operation amount of the lower part by the second determining means It is preferable to have the 3rd determination means which determines the operation amount of the said low temperature tuyere using the operation amount of the said high temperature tuyere determined as these.
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。 According to the present invention, even in the case where a plurality of tuyeres are juxtaposed in the horizontal direction and the vertical direction of the vertical distillation distillation furnace, each operation amount is determined in consideration of the operation influence between the plurality of tuyeres Therefore, interference of the operation influence can be suppressed. Thereby, the temperature distribution of the vertical distillation-distillation furnace can be controlled to a desired state.
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。 Hereinafter, the temperature distribution control method and control device of the vertical dry distillation furnace in the embodiment of the present invention will be specifically described.
[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。
[1. Configuration of Coke Production Facility]
FIG. 1 is a view showing the coke production facility of the embodiment. As shown in FIG. 1, the
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。
The inside of the vertical
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。
The
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。
In addition, at the furnace top of the vertical
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。
Furthermore, a part of the recovered generated gas is recycled to the low temperature gas, the high temperature gas, and the cooling gas blown into the vertical
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。
In the vicinity of the furnace top of the vertical carbon-
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。
FIG. 2 is a view showing the positions of the
[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。
[2. Control device]
FIG. 3 is a block diagram showing the temperature
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。
The
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。
The input device 102 is configured of an input device such as a keyboard, a mouse pointer, and a ten key, and is operated when various information is input to the
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。
In the present embodiment, a temperature distribution control method is executed by the temperature
[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。
[3. Temperature distribution control method]
In the temperature distribution control method of the present embodiment, the target temperature distribution can be obtained by considering the operation influence between a plurality of tuyeres in the vertical direction (height direction) and the horizontal direction (longitudinal direction) of the vertical distillation-
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。
FIG. 4 is a flowchart showing the entire flow of the temperature distribution control method. As shown in FIG. 4, the
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。
Next, the
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。
Thereafter, the
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
The temperature distribution control method of the present embodiment is characterized by the step S2 to step S5 (four steps) of FIG. 4 described above, so in the following description, these will be described as the first step to the fourth step.
First step: Estimation of current temperature distribution by physical model Second step: Prediction of future temperature distribution by physical model Third step: Degree of influence (sensitivity) on control variable when each manipulated variable is manipulated by unit amount Calculation Fourth Step: Action Optimization Calculation
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。
Moreover, in realizing the history of the target temperature distribution, as a variable to be controlled (hereinafter referred to as “control variable”), the gas temperature at the furnace top of the vertical distillation-type distillation furnace 2 (hereinafter referred to as “furnace top temperature”), The time taken for the coal to stay in a high temperature area near the
[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。
[3-1. Estimation of current temperature distribution (first step)]
In the first step, a physical model of the countercurrent heat exchange process in the packed bed is used to estimate the current temperature distribution. Here, specific examples of mathematical formulas constituting the physical model and the physical model calculation will be described.
[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。
[3-1-1. Physical model]
In the physical model (non-stationary model), the gas flow rate of each
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。 The mass balance is a physical model in which a part of the solid is gasified as shown in the following expressions (1) and (2). However, since the amount of gas derived from solid is very small relative to the amount of gas blown, the right side of Formula (1) approximates 0.
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。
Here, the horizontal direction of the vertical distillation-
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。 As momentum balance, as shown in the following equation (3), Ergun's equation generally used for fluid flow in the packed bed was solved for momentum balance of gas. In addition, about the momentum balance of a solid, it was assumed that only the above equation (2) was used because it was assumed that the solid only dropped vertically.
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。 Here, P in equation (3) represents pressure [Pa], ε represents porosity [−], d p represents particle diameter [m], and μ g represents gas viscosity [Pa · s]. Further, u g is the gas velocity [m / s], u g = (u g, v g, w g) represented by a vector as.
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。 As the temperature balance, as shown in the following formulas (4) and (5), the heat exchange between the gas and the solid, the heat exchange between the gas and the atmosphere around the facility, and the heat of reaction are considered.
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。
Here, C g in equation (4) is the gas specific heat [kJ / kg · K], T g is the gas temperature [K], and α is the heat exchange coefficient between gas and solid [kJ / m 3 · s · K], T s is the solid temperature [K], h is the heat exchange coefficient between the gas and the atmosphere [kJ / m 3 · s · K], T out facilities ambient temperature [K], ΔH R reaction Heat [kJ / kg], η 1 represents the reaction heat distribution coefficient. Formula C s is the solid specific heat in (5) [kJ / kg · K],
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。 The result of discretizing the equations (1) to (5) by an appropriate method (for example, heat transfer and computer simulation) can be expressed by the following equation (6). In addition, when calculating Formula (6), the discretization by perfect implicit solution was performed.
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。 Here, T g (k) in equation (6) is a vector quantity representing the temperature distribution of the gas at time step k, and T s (k) is a vector quantity representing the temperature part distribution of the solid at time step k is there. The number of elements of the vector corresponds to the number of meshes of discretization. The number of meshes in the present embodiment is 40 in the vertical direction, 16 in the horizontal direction, and 8 in the depth direction. Moreover, u (k) in Formula (6) represents the gas flow rate and gas temperature from each tuyere which are operation amount.
[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。
[3-1-2. Calculation flowchart]
FIG. 5 is a flowchart showing an example of the physical model calculation flow. The
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)。
As shown in FIG. 5, the
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。
Specifically, in the reaction calculation in step S2b, reaction rates R in the equations (1) and (2) are calculated. The reaction calculation is performed by the known method described in the steel manual 3rd edition (steel making, steel making). Formula (2) is calculated in the raw material descent rate calculation of step S2c. Equations (1) and (3) are calculated in the gas flow calculation in step S2d. In addition, calculation of physical property values such as solid specific heat in step S2e and heat exchange coefficient calculation in step S2f are described in the Japan Society for the Promotion of Science, Japan Iron and Steel Institute ed .: “Numbers for steel heat calculation” (1966.4.10) Newspaper company] according to the well-known method described. In the heat of reaction calculation in step S2g, the heat of reaction ΔH R in formulas (4) and (5) is calculated. In the calculation of the influence coefficient from the adjacent cell in each cell in step S2h, the coefficient representing the thermal effect in each cell (mesh) obtained by dividing the vertical
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。
Thereafter, the
[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。
[3-2. Prediction of Future Temperature Distribution (Second Step)]
In the second step, using the above-described physical model, the temperature distribution after the next eight hours when the current input conditions (the tuyere flow rate, the tuyere temperature, the production amount, etc.) are maintained is predicted and calculated. Note that eight hours is an example. That is, how many hours to predict in the future can be determined as appropriate based on the characteristics of the process and the operating conditions.
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。
In the future prediction, T g (k) and T s (k), which are the current temperature distributions of the first step, are set as initial temperature distributions (initial values). Then, assuming that the current product cutting speed, flow rate of each tuyere, and temperature will remain constant, the temperature distribution after 8 hours is predicted. That is, the
[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。
[3-3. Calculation of degree of influence from each operation variable to control variable (third step)]
In the third step, the degree of influence on the predicted temperature in the future when the action of changing each tuyere flow rate by the unit flow rate is taken is calculated. That is, the response calculation (sensitivity analysis) of the control variable with respect to each operation amount of the plurality of
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。
In the following description, MV represents an operation variable, MV 1 represents a low temperature tuyere flow, MV 2 represents a high temperature tuyere flow, and MV 3 represents a flow rate of the extraction tuyere and the cooling tuyere. Further, CV represents a control variable, CV 1 represents a furnace top temperature, CV 2 represents a high temperature holding time, and CV 3 represents a discharge temperature. The subscript i (i = 1, 2, 3) means a zone. This zone is a control zone that represents the horizontal area of the vertical distillation-
[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。
[3-3-1. Sensitivity analysis of low temperature tuyere flow (MV 1 )]
The sensitivity analysis of the low temperature tuyere flow MV 1 will be described. Here, the control variables CV 1 , CV 2 and CV 3 when the low temperature tuyere flow MV 1 is raised by 100 Nm 3 / hr are predicted and calculated. In the second step free response calculation, calculation was performed under the assumption that the current tuyere flow rate and temperature remain constant in the future, but in this calculation of the degree of influence, the low temperature tuyere flow rate MV 1 The predicted transition of each control variable CV 1 , CV 2 , CV 3 is calculated by fixing it to the present value +100 Nm 3 / hr. Then, the free response is subtracted from the predicted transition of each control variable. Thus, it is possible to separate the influence of the control variables by manipulating the cold tuyere flow MV 1 by a unit flow rate. The degree of influence (sensitivity) on each control variable after 8 hours obtained by this calculation method is shown in FIG. The unit flow rate of 100 Nm 3 / hr is an example, and the unit flow rate is not limited to this and may be set to an appropriate value.
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。 As shown in FIG. 7, when the low temperature tuyere flow MV 1 is operated, only the furnace top temperature CV 1 appears to be affected, and the other control variables, ie, the high temperature holding time CV 2 and the discharge temperature CV 3 are small Because I ignore it. The sensitivity analysis results for the low temperature tuyere flow MV 1 can be expressed as the following equation (7).
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。 Here, ΔCV 1, i (i = 1,2,3) represents the variation of the furnace top temperature CV 1 in each zone i. In the equation (7), t 1 , t 2 and t 3 are degrees of influence on the furnace top temperature CV 1 of each zone i when operating the low temperature tuyere flow MV 1 . Furthermore, T is a sensitivity analysis matrix that represents the degree of influence on the furnace top temperature CV 1 during operation of the low temperature tuyere flow MV 1 .
[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。
[3-3-2. Sensitivity analysis of high temperature tuyere flow (MV 2 )]
The sensitivity analysis of the high temperature tuyere flow MV 2 will be described. Here, the degree of influence on each control variable CV 1 , CV 2 and CV 3 when the high temperature tuyere flow MV 2 is raised by 100 Nm 3 / hr is predicted and calculated.
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。
In the
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。
As a representative example, the degree of influence when only the
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。 Here, ΔCV 2, i (i = 1 , 2, 3) represents the amount of change of the high-temperature holding time CV 2 in each zone i. K i, j (j = 1,2,3) in the equation (8) is the effect on the high temperature holding time CV 2 of the j th zone when the high temperature tuyere flow MV 2 of the i th zone is manipulated Represents a degree. G i, j in equation (9) represents the degree of influence of the j-th zone on the furnace top temperature CV 1 when the high-temperature tuyere flow MV 2 in the i-th zone is manipulated.
[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。
3-3-3. Sensitivity Analysis of Flow Rate (MV 3 ) of Cooling Tuyere and Extraction Tuyere]
The sensitivity analysis of the flow rate of the extraction tuyere and the cooling tuyere (hereinafter referred to as “extraction tuyere / cooling tuyere flow”) MV 3 will be described. The results when the extraction tuyere / cooling tuyere flow MV 3 is manipulated in equal amounts are shown in FIG. FIG. 9 is a diagram showing the cooling tuyere flow rate and the influence on each control variable at the time of the extraction tuyere flow rate operation. As shown in FIG. 9, by its equal volume operation, the result that only the discharge temperature CV 3 is reduced is obtained. Here, it is important to operate both the extraction tuyere flow rate and the cooling tuyere flow rate with equal amounts. By keeping the flow rate of the cooling gas flowing above the extraction nozzle 3c in the vertical direction of the vertical
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。 Here, ΔCV 3, i represents the amount of change of the discharge temperature CV 3 in each zone i. R 1 , r 2 and r 3 in the equation (10) are degrees of influence on the discharge temperature CV 3 of each zone i when the extraction tuyere / cooling tuyere flow MV 3 is operated. Furthermore, R is a sensitivity analysis matrix that represents the degree of influence on the discharge temperature CV 3 at the time of operation of the extraction tuyere / cooling tuyere flow MV 3 .
[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
[3-4. Action optimization calculation (4th step)]
In the fourth step, an action optimization calculation is performed using the prediction calculation result (free response) in the second step and the sensitivity analysis result in the third step. In the calculation flow of the action optimization, in consideration of the operation influence of each
Step 1: Determination of the manipulated variable ΔMV 3 of the extraction tuyere / cooling tuyere flow Step 2: Determination of the manipulated variable ΔMV 2 of the high temperature tuyere flow Step 3: Determination of the manipulated variable ΔMV 1 of the low temperature tuyere flow
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。
FIG. 10 is a diagram for explaining the calculation flow of action optimization. First, for the discharge temperature CV 3 , the control variable (high temperature holding time CV 2 , furnace top temperature CV) of the upper part is provided by feeding back the discharge temperature CV 3 to the extraction tuyere / cooling tuyere flow MV 3 (step 1) 1 ) It can be controlled independently. Sonouede, for high-temperature holding time CV 2, the high-temperature holding time CV 2 is fed back to the high temperature tuyere flow MV 2 for each zone (Step 2). And, for the furnace top temperature CV 1, while canceling the influence of the furnace top temperature CV 1 by manipulating the lower portion of the hot tuyere flow MV 2, cold tuyere so as to keep the furnace top temperature CV 1 constant The flow rate MV 1 is operated (step 3). Thus, the control logic can be constructed in consideration of the interference of the operation influence of each tuyere flow rate. In the present embodiment, since the plurality of
[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。
[3-4-1. Determination of the manipulated variable (ΔMV 3 ) of the extraction tuyere / cooling tuyere flow rate (step 1)]
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。
First, the deviation based on the predicted value of the discharge temperature CV 3 in each zone i is determined. The predicted value of the discharge temperature CV 3 is a predictive calculation result in the second step (the free response). The actual measurement value of the discharge temperature CV 3 can be obtained. Therefore, when calculating the deviation of the discharge temperature CV 3 , first, as shown in the following equation (11), the current measurement value of the discharge temperature CV 3 , An error d from the calculated value by the physical model in the first step is calculated. The
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。 Then, the deviation of the exhaust temperature CV 3 can be obtained by the following equation (12). As shown in Equation (12), by adding the error d minutes to a prediction calculation result is free response at the second step, a deviation of the exhaust temperature CV 3.
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。 Here, in the equation (12), δCV means the deviation of the control amount from the target value. Also, the subscript ref means a target value, and free means a free response (predicted value).
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。 Next, the feedback to the deviation δCV 3, i (i = 1,2,3 ) , and extracted tuyere and cooling tuyeres flow of an operation amount .DELTA.MV 3 obtained by equation (12). Then, the operation amount ΔMV 3 of the extraction tuyere / cooling tuyere flow rate at which the deviation δCV 3, i is minimized is calculated. For example, a method by least squares as shown in the following equation (13) can be considered. R in Equation (13) is a sensitivity analysis matrix obtained by Equation (10). RT in Equation (13) represents the transpose of the matrix R.
[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。
[3-4-2. Determination of manipulated variable (ΔMV 2 ) of high temperature tuyere flow rate (step 2)]
In
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。 First, a deviation based on the predicted value of the high-temperature holding time CV 2 for each zone i. The predicted value of the high-temperature holding time CV 2, i is the predicted calculation result (free response) in the second step. Then, the deviation can be obtained by the following equation (14). Incidentally, because it can not obtain the actual values for the high-temperature holding time CV 2, measured as described above in Equation (11) - based on the error between the estimate, the correction of the control deviation is not performed.
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。 Next, the deviation δCV 2, i (i = 1,2,3) obtained by the equation (14) is fed back to the manipulated value of high temperature tuyere flow ΔMV 2,1 , ΔMV 2,2 , ΔMV 2,3 . Then, the operation amounts ΔMV 2,1 , ΔMV 2,2 , ΔMV 2,3 of the high temperature tuyerge flow rate at which the deviation δCV 2, i is minimized are calculated. For example, a method of least squares as shown in the following equation (15) can be considered. K in Equation (15) is a sensitivity analysis matrix obtained by Equation (8). K T in equation (15) represents the transpose of the matrix K.
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。
As shown in the equation (15), it is possible to determine the operation amount ΔMV 2, i (i = 1,2,3) of the high temperature tuyere flow rate such that the deviation δCV 2, i is minimized. In addition, since the operation amount ΔMV 3 of the extraction tuyere / cooling tuyere flow determined in
[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。
[3-4-3. Determination of manipulated variable (ΔMV 1 ) of low temperature tuyere flow (step 3)]
In
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。
First, a deviation based on the predicted value of the furnace top temperature CV 1 in each zone i. The predicted value of the furnace top temperature CV 1, i is the predicted calculation result (free response) in the second step. Since the furnace top temperature CV 1 is a measured value can be obtained, in calculating the deviation of the furnace top temperature CV 1, as shown in Equation (16) below, the current measured value of the furnace top temperature CV 1 And the error d between the value calculated by the physical model in the first step. In
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。 Then, the deviation of the furnace top temperature CV 1 can be obtained by the following equation (17). As shown in equation (17), by adding the error d minute free response is predictive calculation result in the second step, a deviation of the furnace top temperature CV 1.
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。 Then, the deviation δCV 1, i (i = 1,2,3 ) obtained by equation (17), is fed back to the low-temperature tuyere operation amount .DELTA.MV 1. Then, the low temperature tuyere manipulation amount ΔMV 1 that minimizes the deviation δ CV 1, i is calculated. For example, a method of least squares as shown in the following equation (18) can be considered.
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。
Here It should be noted that, after subtracting the effect of the furnace top temperature CV 1 by the operation of the high-temperature tuyere flow MV 2 of
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。
In this
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。
By the action optimization calculation including the calculation of
[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。
[4. simulation]
Next, assuming the disturbance in the actual
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。
FIG. 11A shows a simulation result of the control amount ΔCV at the time of occurrence of a disturbance related to solid specific heat. FIG. 11 (b) is a diagram showing a simulation result of the manipulated variable ΔMV at the time of occurrence of a disturbance related to solid specific heat. FIGS. 11 (a) and 11 (b) show the simulation results of
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。 When the control was turned on at T = 50, as shown in FIG. 11A, the furnace top temperature CV 1 , the high temperature holding time CV 2 , and the discharge temperature CV 3 all converged to the target values. In this case, as shown in FIG. 11B, each operation amount ΔMV starts to change so that each control variable becomes a target value from time T = 50.
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。 Also, when the specific heat rises at T = 120 (disturbance), as shown in FIG. 11 (b), the low temperature tuyere flow MV 1 , the high temperature tuyere flow MV 2 , and the extraction tuyere · The cooling tuyere flow MV 3 has all risen, and changes the manipulated variables ΔMV 1 , ΔMV 2 , 1 , ΔMV 2 , 2 , ΔMV 2 , 3 , ΔMV 3 according to the increase (UP) in the heat capacity of the raw material doing. As can be seen from the simulation results, according to the temperature distribution control method and apparatus of the present embodiment, each control amount ΔCV 1 , ΔCV 2 , ΔCV 3 can also be controlled to the target value. Thus, the validity of this control logic has been confirmed on the simulation.
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。
As described above, in the temperature distribution control method and control device of the present embodiment, not only the influence of the operation of the tuyere flow rate and temperature is propagated in the vertical direction of the vertical distillation-
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。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, It can change suitably in the range which does not deviate from the objective of this invention.
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。
For example, in the embodiment described above, an example in which six
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。
The present invention is also applicable to the entire process involving countercurrent heat exchange in the packed bed including the vertical distillation-
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
DESCRIPTION OF
Claims (8)
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。 Input the gas flow rate of each tuyere of the vertical dry distillation furnace, the gas injection temperature, and the speed at which the outlet is cut out , taking into consideration the mass balance, momentum balance, and heat balance inside the vertical dry distillation furnace. the physical model to output the temperature distribution in the vertical carbonization furnace, the gas flow rate of each tuyere of the vertical dry distillation furnace, by inputting a current value of cutting speed of the gas blowing temperature, and an outlet an estimation step in which a plurality of tuyeres to estimate the current temperature distribution of the parallelized by the vertical carbonization furnace provided in the vertical and horizontal directions,
The current temperature distribution estimated by the estimation step is used as an initial value, and the gas flow rate of each tuyere, the gas injection temperature, and the extraction speed of the outlet are constant from now on when the current temperature distribution is estimated. Predicting the future temperature distribution after a predetermined time using the physical model, assuming that
Calculating a degree of influence which is a ratio of a change amount of a control variable to a unit flow rate when the gas flow rate of each tuyere is operated by a unit flow rate for the plurality of tuyeres;
In calculating the manipulated value of the gas flow rate at the tuyere so that the deviation between the target temperature distribution of the vertical dry distillation furnace and the future temperature distribution predicted by the prediction step is minimized, An operation amount determining step of determining each operation amount of the gas flow rate of the tuyere step by step from the lower part to the upper part in the vertical direction of the vertical dry distillation furnace using the influence and the deviation which are the ratio ; Including
The tuyere includes a low temperature tuyere, a high temperature tuyere, an extraction tuyere, and a cooling tuyere provided in order from the top of the furnace to the bottom of the vertical direction of the vertical dry distillation furnace,
The bottom of the vertical carbon-distillation furnace is provided with the discharge port for cutting out shaped coke,
The control variable is a variable that performs control to achieve a target temperature distribution, such as a furnace top temperature which is a gas temperature at the furnace top of the vertical distillation-type distillation furnace, and a high temperature area in which the formed coal is near the high temperature tuyere Including the high temperature holding time which is the time to stay, and the discharge solid temperature,
The step of calculating the degree of influence calculates the ratio indicating the degree of influence on the control variable in each of a plurality of control zones representing the horizontal direction area of the vertical distillation-distillation furnace with respect to the gas flow rate of the high temperature tuyere A temperature distribution control method of a vertical distillation-type distillation furnace characterized by including.
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。 The influence calculation step is
Calculates the furnace the influence of the temperature at the top of the control zone at the time of operating the gas flow rate of said cold tuyere,
It calculates the degree of influence on the high-temperature retention time for operating the gas flow rate of the hot tuyere for each of the plurality of control zones,
Calculating the degree of influence on the discharged solid temperature of each control zone when operating the gas flow rate of the extraction tuyere and the cooling tuyere;
It said manipulated variable determining step calculates the deviation from the target value of the control amount of the control variable, the deviation and the influence and, each tuyere with which is a ratio calculated by the influence degree calculation step The temperature distribution control method of the vertical distillation-type distillation furnace according to claim 1, wherein the operation amount of the gas flow rate is determined.
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。 The operation amount determination step calculates an error between the current temperature distribution estimated by the estimation step and the actual measurement value, and calculates a deviation between the target temperature distribution and the future temperature distribution using the error. The temperature distribution control method of the vertical dry distillation furnace according to claim 1 or 2 characterized by including.
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。 The method further includes an equal amount control step of controlling the gas flow rate of the extraction tuyere and the gas flow rate of the cooling tuyere to be equal.
The influence degree calculation step calculates the influence degree to the furnace top temperature of each control zone when operating the gas flow rate of the high temperature tuyere,
The operation amount determining step is
A first determination step of determining an operation amount of a gas flow rate of the extraction tuyere and the cooling tuyere;
A second determining step of determining an operation amount of the gas flow rate of the high temperature tuyere;
An error between the predicted value of the furnace top temperature predicted by the prediction step and the actual value is calculated, and a deviation between a value obtained by adding this error to the prediction value and a target value of the furnace top temperature is calculated. Based on the deviation, the gas flow rate of the high temperature tuyere calculated in the influence degree calculation step is calculated as the change amount of the gas flow rate when operating the gas flow rate of the high temperature tuyere to the operation amount determined in the second determination step. The value obtained by multiplying the degree of influence on the furnace top temperature of each control zone when operating is subtracted to calculate the operation amount of the gas flow rate of the low temperature tuyere, and the low temperature tuyere where the deviation is minimized The temperature distribution control method of the vertical dry distillation furnace according to any one of claims 1 to 3, comprising: a third determination step of determining an operation amount of the gas flow rate of
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。 Input the gas flow rate of each tuyere of the vertical dry distillation furnace, the gas injection temperature, and the speed at which the outlet is cut out , taking into consideration the mass balance, momentum balance, and heat balance inside the vertical dry distillation furnace. the physical model to output the temperature distribution in the vertical carbonization furnace, the gas flow rate of each tuyere of the vertical dry distillation furnace, by inputting a current value of cutting speed of the gas blowing temperature, and an outlet , an estimation unit in which a plurality of tuyeres to estimate the current temperature distribution of the parallelized by the vertical carbonization furnace provided in the vertical and horizontal directions,
The current temperature distribution estimated by the estimation means is used as an initial value, and the gas flow rate of each tuyere, the gas injection temperature, and the extraction speed of the outlet are constant from now on when estimating the current temperature distribution A prediction means for predicting a future temperature distribution after a predetermined time using the physical model, assuming that
An influence degree calculation means for calculating an influence degree which is a ratio of a change amount of a control variable when the gas flow rate of each tuyere is operated by a unit flow rate for the plurality of tuyeres and the unit flow rate ;
In calculating the manipulated value of the gas flow rate of the tuyere so that the deviation between the target temperature distribution of the vertical dry distillation furnace and the future temperature distribution predicted by the prediction means becomes minimum, Operation amount determining means for determining each operation amount of the gas flow rate of the tuyere step by step from the lower part to the upper part in the vertical direction of the vertical distillation-distillation furnace using the influence and the deviation which are the ratio ; Equipped with
The tuyere includes a low temperature tuyere, a high temperature tuyere, an extraction tuyere, and a cooling tuyere provided in order from the top of the furnace to the bottom of the vertical direction of the vertical dry distillation furnace,
The bottom of the vertical carbon-distillation furnace is provided with the discharge port for cutting out shaped coke,
The control variable is a variable that performs control to achieve a target temperature distribution, such as a furnace top temperature which is a gas temperature at the furnace top of the vertical distillation-type distillation furnace, and a high temperature area in which the formed coal is near the high temperature tuyere Including the high temperature holding time which is the time to stay, and the discharge solid temperature,
The influence degree calculation means calculates, for the gas flow rate of the high temperature tuyere, a ratio representing the degree of influence on the control variable in each of a plurality of control zones representing a horizontal direction area of the vertical distillation-type distillation furnace. Temperature distribution control device for vertical carbonization-type distillation furnace characterized by
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。 The influence degree calculation means
Calculates the furnace the influence of the temperature at the top of the control zone at the time of operating the gas flow rate of said cold tuyere,
It calculates the degree of influence on the high-temperature retention time for operating the gas flow rate of the hot tuyere for each of the plurality of control zones,
Calculating the degree of influence on the discharged solid temperature of each control zone when operating the gas flow rate of the extraction tuyere and the cooling tuyere;
It said manipulated variable determining means calculates a deviation from the target value of the control amount of the control variable, the deviation and the influence and, each tuyere with which is a ratio calculated by the influence degree calculation means The temperature distribution control device of the vertical distillation-type distillation furnace according to claim 5, characterized in that the operation amount of the gas flow rate of is determined.
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。 The operation amount determining means calculates an error between the current temperature distribution estimated by the estimating means and the actual measurement value, and calculates an error between the target temperature distribution and the future temperature distribution using the error. The temperature distribution control device of the vertical carbon-distillation furnace according to claim 5 or 6 characterized by the above-mentioned.
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。 The system further comprises equivalent control means for controlling the gas flow rate of the extraction tuyere and the gas flow rate of the cooling tuyere equally.
The influence degree calculation means calculates the influence degree on the furnace top temperature of each control zone when operating the gas flow rate of the high temperature tuyere;
The operation amount determining means is
First determining means for determining an operation amount of a gas flow rate of the extraction tuyere and the cooling tuyere;
Second determining means for determining an operation amount of the gas flow rate of the high temperature tuyere;
The error between the predicted value of the furnace top temperature predicted by the prediction means and the actual measurement value is calculated, and the deviation between the value obtained by adding this error to the prediction value and the target value of the furnace top temperature is calculated From the deviation, the gas flow rate of the high temperature tuyere calculated by the influence degree calculation means to the variation of the gas flow rate when operating the gas flow rate of the high temperature tuyere to the operation amount determined by the second determination means The value obtained by multiplying the degree of influence on the furnace top temperature of each control zone when operating is subtracted to calculate the operation amount of the gas flow rate of the low temperature tuyere, and the low temperature tuyere where the deviation is minimized The temperature distribution control device of the vertical distillation-type distillation furnace according to any one of claims 5 to 7, further comprising: third determination means for determining an operation amount of the gas flow rate .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016042981A JP6544271B2 (en) | 2016-03-07 | 2016-03-07 | Temperature distribution control method and control device of vertical dry distillation furnace |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016042981A JP6544271B2 (en) | 2016-03-07 | 2016-03-07 | Temperature distribution control method and control device of vertical dry distillation furnace |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017160283A JP2017160283A (en) | 2017-09-14 |
| JP6544271B2 true JP6544271B2 (en) | 2019-07-17 |
Family
ID=59856662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016042981A Active JP6544271B2 (en) | 2016-03-07 | 2016-03-07 | Temperature distribution control method and control device of vertical dry distillation furnace |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6544271B2 (en) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7495338B2 (en) * | 2020-12-07 | 2024-06-04 | アズビル株式会社 | Adjustment device and adjustment method |
| JP7769202B2 (en) * | 2021-12-09 | 2025-11-13 | 株式会社不二越 | Heat calculation program and heat treatment device |
| WO2024018821A1 (en) * | 2022-07-21 | 2024-01-25 | Jfeスチール株式会社 | Operation method of vertical dry distillation furnace, production method of ferrocoke and vertical dry distillation furnace equipment |
| EP4524218A4 (en) * | 2022-07-21 | 2025-09-03 | Jfe Steel Corp | Operating method for a vertical dry distillation furnace, production method for ferrocoke, and vertical dry distillation furnace equipment |
| CN119024907B (en) * | 2024-10-31 | 2025-01-24 | 凉山彝族自治州农业科学研究院 | Edible fungus drying chamber temperature control system and method |
| CN119468683A (en) * | 2024-11-20 | 2025-02-18 | 南通罡丰科技有限公司 | A method for optimizing silicon carbide vacuum sintering furnace based on computational heat transfer simulation |
| CN121326000B (en) * | 2025-12-15 | 2026-04-14 | 宁波奇亚电控科技有限公司 | A thermal management controller control method and system based on dynamic thermal inertia prediction |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5900027B2 (en) * | 2012-03-02 | 2016-04-06 | Jfeスチール株式会社 | Method and apparatus for estimating furnace temperature distribution |
| JP5900026B2 (en) * | 2012-03-02 | 2016-04-06 | Jfeスチール株式会社 | Method and apparatus for estimating furnace temperature distribution |
| JP5900025B2 (en) * | 2012-03-02 | 2016-04-06 | Jfeスチール株式会社 | Method and apparatus for estimating furnace temperature distribution |
| JP6094127B2 (en) * | 2012-10-02 | 2017-03-15 | Jfeスチール株式会社 | Temperature distribution estimation method and temperature distribution estimation apparatus |
| JP6119625B2 (en) * | 2014-02-03 | 2017-04-26 | Jfeスチール株式会社 | Method and apparatus for estimating forming coke strength |
| JP6065854B2 (en) * | 2014-02-03 | 2017-01-25 | Jfeスチール株式会社 | Method for operating vertical dry distillation furnace and method for producing coke |
-
2016
- 2016-03-07 JP JP2016042981A patent/JP6544271B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2017160283A (en) | 2017-09-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6544271B2 (en) | Temperature distribution control method and control device of vertical dry distillation furnace | |
| JP5900386B2 (en) | Control method and control device for dry distillation furnace | |
| JP6531782B2 (en) | Hot metal temperature prediction method, hot metal temperature prediction device, blast furnace operation method, operation guidance device, hot metal temperature control method, and hot metal temperature control device | |
| JP5803810B2 (en) | Process control system, process control method, and computer program | |
| CN107922846A (en) | Integrated coker automation and optimization using advanced control and optimization techniques | |
| BRPI1015989B1 (en) | online optimization of wet iron ore pellet hardening in a moving grid | |
| JP5900026B2 (en) | Method and apparatus for estimating furnace temperature distribution | |
| Tunckaya et al. | Comparative performance evaluation of blast furnace flame temperature prediction using artificial intelligence and statistical methods | |
| JP6094127B2 (en) | Temperature distribution estimation method and temperature distribution estimation apparatus | |
| CN110106301A (en) | A kind of distributing method promoting blast fumance index | |
| JP5900025B2 (en) | Method and apparatus for estimating furnace temperature distribution | |
| JP7384476B2 (en) | Optimization method and system for ventilation structure for boiler combustion | |
| JP6119625B2 (en) | Method and apparatus for estimating forming coke strength | |
| JP5900027B2 (en) | Method and apparatus for estimating furnace temperature distribution | |
| CN106191411B (en) | A kind of time inside furnace control method for steel plate heat treatment | |
| JP6065854B2 (en) | Method for operating vertical dry distillation furnace and method for producing coke | |
| CN107256317B (en) | A kind of hot rolling scheduling method for the production of the close-coupled torrid zone | |
| CN112831325A (en) | A CDQ material level control method based on coke loading schedule | |
| KR101388342B1 (en) | Method for predicting of cokes reactivity index | |
| JP5803299B2 (en) | Coke dry fire extinguishing equipment control device and control method | |
| JP6825609B2 (en) | Coke furnace blockage identification method and coke oven | |
| CN120145632B (en) | A hierarchical strategy approach for enhancing molten iron quality-related modeling and fault detection. | |
| Kocaefe et al. | Different mathematical modelling approaches to predict the horizontal anode baking furnace performance | |
| JP6256312B2 (en) | Tubular structure of vertical furnace, vertical furnace and method for producing dry distillation product | |
| CN111679584B (en) | Regulating and controlling method and device for blast furnace smelting |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171024 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181113 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181116 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181226 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20190122 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190416 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20190423 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190521 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190603 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6544271 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |