JP7709033B2 - Processing device, processing method, and program - Google Patents
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Description
本発明は、処理装置、処理方法、およびプログラムに関し、特に、コークス炉における炉温を決定することを含む処理を実行するために用いて好適なものである。 The present invention relates to a processing device, a processing method, and a program, and is particularly suitable for use in performing processing including determining the oven temperature in a coke oven.
室式と呼ばれるコークス炉では、耐火煉瓦等で形成された炉壁を介して、複数の炭化室と複数の燃焼室とが1つずつ交互に配置される。コークス製造プロセスでは、まず、炭化室に石炭を装入する(このように炭化室に石炭を装入することは「装炭」とも称され、炭化室は「窯」とも称される)。その後、石炭が装入された炭化室に対し、燃焼室から炉壁を介して石炭に熱を与え続けて石炭を乾留してコークスケーキを製造する(以下の説明では「コークスケーキ」を単に「コークス」とも称する)。乾留が終了すると、炭化室の両端にある扉を開け、押出ラムと呼ばれる装置でコークスを排出する(このような炭化室からのコークスの押出は「窯出し」とも称される)。 In a coke oven called a chamber type, multiple carbonization chambers and multiple combustion chambers are arranged alternately, with furnace walls made of firebricks or the like in between. In the coke production process, first, coal is charged into the carbonization chamber (charging coal into the carbonization chamber in this manner is also called "charging", and the carbonization chamber is also called a "kiln"). After that, heat is continuously applied from the combustion chamber through the furnace wall to the carbonization chamber with the charged coal, and the coal is carbonized to produce a coke cake (in the following explanation, "coke cake" is also simply called "coke"). When the carbonization is completed, the doors on both ends of the carbonization chamber are opened, and the coke is discharged by a device called a pusher ram (such pushing of coke from the carbonization chamber is also called "unloading from the kiln").
コークス炉の窯出し装炭作業として、所謂ブロック窯出し法が採用されている。窯出し装炭作業とは、押出ラムにより炭化室からコークスを押し出し、引き続きその炭化室に石炭を装入する作業である。ブロック窯出し法では、全炭化室をDa個(Daは2以上の整数)のブロックに分割し、分割したブロックの単位で窯出し装炭作業が実行される。このブロックは「通り」とも称され、炭化室の並び順でDa個置きの複数の炭化室が同一の通りに属するように各炭化室がいずれかの通りに割り当てられる。例えば、炭化室の並び順に「1」から昇順に各炭化室に番号(炭化室No.)が付与されており、通りの数(=Da)を5とすると、1の通り(炭化室No.1、6、11、・・・)、2の通り(炭化室No.2、7、12、・・・)、3の通り(炭化室No.3、8、13、・・・)、4の通り(炭化室No.4、9、14、・・・)、および5の通り(炭化室No.5、10、15、・・・)のように全炭化室を5窯間隔で分割し、通り単位で窯出し装炭作業が実行される。 The so-called block method is used for the loading and unloading of coke ovens. The loading and unloading work involves pushing the coke out of the coke chamber with a pusher ram, followed by loading coal into the coke chamber. In the block method, all the coke chambers are divided into Da blocks (Da is an integer equal to or greater than 2), and the loading and unloading work is carried out in units of the divided blocks. These blocks are also called "streets," and each coke oven is assigned to one of the streets so that multiple coke ovens spaced every Da spaces in the order of the coke ovens belong to the same street. For example, if each carbonization chamber is assigned a number (carbonization chamber No.) in ascending order starting from "1" in the order in which the chambers are arranged, and the number of patterns (=Da) is 5, then all the carbonization chambers are divided into patterns at intervals of 5, such as pattern 1 (carbonization chamber No. 1, 6, 11, ...), pattern 2 (carbonization chamber No. 2, 7, 12, ...), pattern 3 (carbonization chamber No. 3, 8, 13, ...), pattern 4 (carbonization chamber No. 4, 9, 14, ...), and pattern 5 (carbonization chamber No. 5, 10, 15, ...), and the unloading and loading work is carried out on a pattern basis.
特許文献1には、このようなコークス炉に対する投入熱量を制御するための技術として、目標コークス温度を達成するための燃焼室の温度(炉温)を求める技術が開示されている。具体的に、特許文献1には、将来の装入炭の予測装炭量、予測水分、計画乾留時間および実績炉温から、過去から将来までの各通りの目標炉温を演算し、各通りの目標炉温の重み付き平均値を、投入熱量を制御するための目標炉温として算出する技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technology for controlling the amount of heat input to such a coke oven, which determines the temperature of the combustion chamber (furnace temperature) to achieve a target coke temperature. Specifically, Patent Document 1 discloses a technology for calculating each set of target oven temperatures from the past to the future based on the predicted amount of future coal to be charged, predicted moisture, planned carbonization time, and actual oven temperature, and calculating the weighted average of each set of target oven temperatures as the target oven temperature for controlling the amount of heat input.
このようなコークス炉において、定常操業時には、前述した窯出し装炭作業(装炭作業および押出作業)がほぼ一定の周期で繰り返されるが、設備のメンテンナンス等により窯出し装炭作業を一時的に休止する場合、非定常操業になる。 In such coke ovens, during steady-state operation, the aforementioned coal loading and unloading operations (charcoal loading and pushing) are repeated at an approximately constant cycle, but when coal loading and unloading operations are temporarily suspended for equipment maintenance or other reasons, the operation becomes non-steady.
しかしながら、特許文献1に記載の技術は、予測装炭量および予測水分を用いた目標炉温の演算を行うものであり、定常操業時を前提とした技術である。また、特許文献1に記載の技術では、乾留状態の時間変化を考慮せずに、投入熱量を制御するための目標炉温を算出する。従って、特許文献1に記載の技術では、非定常操業時に乾留状態がどのように変化するのかを考慮することができない。よって、特許文献1に記載の技術では、非定常操業における目標炉温を精度よく決定することができない。 However, the technology described in Patent Document 1 calculates the target furnace temperature using the predicted coal loading amount and predicted moisture content, and is a technology that assumes steady operation. Furthermore, the technology described in Patent Document 1 calculates the target furnace temperature for controlling the input heat amount without considering changes in the carbonization state over time. Therefore, the technology described in Patent Document 1 cannot consider how the carbonization state changes during non-steady operation. Therefore, the technology described in Patent Document 1 cannot accurately determine the target furnace temperature during non-steady operation.
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、非定常操業における目標炉温を精度よく決定することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above problems, and aims to accurately determine the target furnace temperature during non-steady operation.
本発明の処理装置は、コークス炉における燃焼室の温度である炉温の非定常操業時における目標値である目標炉温を決定する処理装置であって、前記非定常操業時における前記炉温の予測値に影響を与える因子である第1影響因子に基づいて、前記非定常操業時における前記炉温の予測値を算出し、前記非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量の予測値に影響を与える因子である第2影響因子に基づいて、前記非定常操業時における前記物理量の予測値を算出する予測値算出手段と、前記非定常操業時における前記炉温の予測値と、前記非定常操業時における前記物理量の予測値と、に基づいて、前記目標炉温の時間変化である目標炉温軌道を決定する目標炉温決定手段と、を備える。 The processing device of the present invention is a processing device that determines a target furnace temperature, which is a target value of the furnace temperature, which is the temperature of the combustion chamber in a coke oven, during non-steady operation, and includes a predicted value calculation means that calculates a predicted value of the furnace temperature during non-steady operation based on a first influencing factor, which is a factor that affects the predicted value of the furnace temperature during the non-steady operation, and calculates a predicted value of the physical quantity during the non-steady operation based on a second influencing factor, which is a factor that affects the predicted value of the physical quantity that represents the carbonization state of the coke during the non-steady operation, and a target furnace temperature determination means that determines a target furnace temperature trajectory, which is the time change of the target furnace temperature, based on the predicted value of the furnace temperature during the non-steady operation and the predicted value of the physical quantity during the non-steady operation.
本発明の処理方法は、コークス炉における燃焼室の温度である炉温の非定常操業時における目標値である目標炉温を決定する処理方法であって、前記非定常操業時における前記炉温の予測値に影響を与える因子である第1影響因子に基づいて、前記非定常操業時における前記炉温の予測値を算出し、前記非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量の予測値に影響を与える因子である第2影響因子に基づいて、前記非定常操業時における前記物理量の予測値を算出する予測値算出工程と、前記非定常操業時における前記炉温の予測値と、前記非定常操業時における前記物理量の予測値と、に基づいて、前記目標炉温の時間変化である目標炉温軌道を決定する目標炉温決定工程と、を備える。 The processing method of the present invention is a processing method for determining a target furnace temperature, which is a target value of the furnace temperature, which is the temperature of the combustion chamber in a coke oven, during non-steady operation, and includes a predicted value calculation process for calculating a predicted value of the furnace temperature during non-steady operation based on a first influencing factor, which is a factor that affects the predicted value of the furnace temperature during the non-steady operation, and calculating a predicted value of the physical quantity during the non-steady operation based on a second influencing factor, which is a factor that affects the predicted value of the physical quantity that represents the carbonization state of the coke during the non-steady operation, and a target furnace temperature determination process for determining a target furnace temperature trajectory, which is a time change of the target furnace temperature, based on the predicted value of the furnace temperature during the non-steady operation and the predicted value of the physical quantity during the non-steady operation.
本発明のプログラムは、前記処理装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのものである。 The program of the present invention is intended to cause a computer to function as each of the means of the processing device.
本発明によれば、非定常操業時における炉温の予測値と、非定常操業時おけるコークスの乾留状態を表す物理量の予測値と、を算出し、当該炉温の予測値と、当該物理量の予測値と、に基づいて、目標炉温軌道を決定する。従って、非定常操業時における炉温と、非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量と、の予測結果が反映されるように、非定常操業における目標炉温を決定することができる。よって、非定常操業における目標炉温を精度よく決定することができる。 According to the present invention, a predicted value of the furnace temperature during non-steady operation and a predicted value of a physical quantity representing the carbonization state of the coke during non-steady operation are calculated, and a target furnace temperature trajectory is determined based on the predicted value of the furnace temperature and the predicted value of the physical quantity. Therefore, the target furnace temperature during non-steady operation can be determined so as to reflect the predicted results of the furnace temperature during non-steady operation and the physical quantity representing the carbonization state of the coke during non-steady operation. Therefore, the target furnace temperature during non-steady operation can be determined with high accuracy.
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
<コークス炉およびコークス製造プロセスの概要>
まず、図1、図2A、および図2Bを参照して、コークス炉1の概略構成の一例と、コークス製造プロセスの一例の概要と、を説明する。図1は、コークス炉およびコークス製造プロセスの一例を示す図である。図2Aは、炉団温度の一例を説明する図である。図2Bは、コークスが炭化室から押し出されている様子の一例を示す図である。なお、図2Aおよび図2Bでは、内部を透視した様子を示す。
図1および図2Aに示すように、コークス炉1では、炭化室(窯)2と燃焼室3とが炉壁4を介して交互に配置されている。炭化室2は、装炭された石炭を乾留してコークスを得る。燃焼室3は、燃料ガスを燃焼させることにより、炭化室2を高温に保つ。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Outline of coke ovens and the coke manufacturing process>
First, an example of a schematic configuration of a coke oven 1 and an overview of an example of a coke production process will be described with reference to Figures 1, 2A, and 2B. Figure 1 is a diagram showing an example of a coke oven and a coke production process. Figure 2A is a diagram explaining an example of a furnace temperature. Figure 2B is a diagram showing an example of a state in which coke is pushed out of a carbonization chamber. Note that Figures 2A and 2B show a see-through view of the inside.
1 and 2A, in a coke oven 1, carbonization chambers (furnaces) 2 and combustion chambers 3 are arranged alternately with a furnace wall 4 between them. The carbonization chambers 2 carbonize charged coal to obtain coke. The combustion chambers 3 burn fuel gas to keep the carbonization chambers 2 at a high temperature.
背景技術の欄で説明したように、コークス炉1によるコークス製造プロセスにおいて、窯出し装炭作業には、所謂ブロック窯出し法が採用される。窯出し装炭作業は、図2Bに示すような押出ラム7により炭化室2からコークスを押し出し、引き続きその炭化室2に石炭を供給する作業である。ブロック窯出し法では、全ての炭化室2をDa個(Daは2以上の整数)の通りに分割し、分割した通りの単位で窯出し装炭作業が実行される。炭化室2の並び順でDa個置きの複数の炭化室2が同一の通りに属するように各炭化室2がいずれかの通りに割り当てられる。本実施形態では、Daを5としてブロック窯出し法で窯出し装炭作業が実行される場合を例示する。この場合、例えば、1の通りに炭化室No.1、6、11、16、・・・の炭化室2が割り当てられ、2の通りに炭化室No.2、7、12、17、・・・の炭化室2が割り当てられ、3の通りに炭化室No.3、8、13、18、・・・の炭化室2が割り当てられ、4の通りに炭化室No.4、9、14、19、・・・の炭化室2が割り当てられ、5の通りに炭化室No.5、10、15、20、・・・の炭化室2が割り当てられる。通り単位で、若番の炭化室2から順に窯出し装炭作業が実行される。例えば、1の通りに割り当てられた炭化室2の窯出し装炭作業は、炭化室No.1の炭化室2、炭化室No.6の炭化室2、炭化室No.11の炭化室2、炭化室No.16の炭化室2、・・・の順に実行される。また、窯出し装炭順序は、急激な温度低下を防止するために、例えば1の通り、3の通り、5の通り、2の通り、4の通りの順とする。或る通りで窯出し装炭作業を終了したタイミングから、次の通りで窯出し装炭作業を終了するタイミングまでの時間を通り時間と称する。通り時間は、一般的に3~6時間程度になる。なお、本実施形態は、ブロック窯出し法に限定されない。例えば、以下の説明において、通り(ブロック)を個々の炭化室2として扱えば、1つの炭化室2の単位で窯出し装炭作業を実行する場合についても適用することができる。 As explained in the Background Art section, in the coke production process using the coke oven 1, the so-called block discharge method is adopted for the discharge coal loading work. The discharge coal loading work is the work of pushing coke out of the coke chamber 2 by the pusher ram 7 as shown in FIG. 2B, and then supplying coal to the coke chamber 2. In the block discharge method, all the coke chambers 2 are divided into Da numbers (Da is an integer of 2 or more), and the discharge coal loading work is performed in units of the divided numbers. Each coke chamber 2 is assigned to one of the numbers so that multiple coke chambers 2 that are Da apart in the order of the coke chambers 2 belong to the same number of numbers. In this embodiment, an example is shown in which the discharge coal loading work is performed using the block discharge method with Da set to 5. In this case, for example, the coke chambers 2 of No. 1, 6, 11, 16, ... are assigned to number 1, and the coke chambers No. 2 are assigned to number 2. The carbonization chambers 2 of No. 2, 7, 12, 17, ... are assigned to the street 3, the carbonization chambers 2 of No. 3, 8, 13, 18, ... are assigned to the street 4, the carbonization chambers 2 of No. 4, 9, 14, 19, ... are assigned to the street 5, and the carbonization chambers 2 of No. 5, 10, 15, 20, ... are assigned to the street 6. The loading work is carried out in order from the lowest numbered carbonization chamber 2 in each street. For example, the loading work of the carbonization chambers 2 assigned to the street 1 is carried out in the order of the carbonization chamber 2 of No. 1, the carbonization chamber 2 of No. 6, the carbonization chamber 2 of No. 11, the carbonization chamber 2 of No. 16, .... In addition, the order of loading the coal before unloading is, for example, 1, 3, 5, 2, and 4 to prevent a sudden drop in temperature. The time from the end of loading the coal on one street to the end of loading the coal on the next street is called the running time. The running time is generally about 3 to 6 hours. Note that this embodiment is not limited to the block unloading method. For example, if the following description treats each street (block) as an individual carbonization chamber 2, it can also be applied to cases where loading the coal before unloading is performed in units of one carbonization chamber 2.
また、コークス炉製造プロセスにおいては、全燃焼室3の投入熱量を一括で調整し、各通りの平均的な乾留状態を制御する炉団制御が実行される。すなわち、コークス炉1への投入熱量は、全燃焼室3に対して設置された1個の調整弁5を操作することにより制御される。調整弁5は、燃料ガスおよび燃焼用空気の混合気体の流量を調整するための弁である。また、調整弁5は、後述する処理装置300の制御下で、不図示のアクチュエータを介して操作される。全燃焼室3の温度の代表値は、炉団温度と称される。例えば、図2Aに示すように全燃焼室3のうちの複数の燃焼室3に、燃焼室3の雰囲気温度を測定する温度計6を設置し、温度計6が設置された燃焼室3の平均温度を炉団温度とする。本実施形態では、コークス炉1の燃焼室3における温度である炉温が炉団温度である場合を例示する。なお、本実施形態の手法は、全燃焼室3の投入熱量を一括で調整する場合に限定されない。例えば、1つの炭化室2の単位で窯出し装炭作業を実行する場合、各燃焼室3に調整弁およびアクチュエータを設置し、炭化室2ごとに乾留状態(投入熱量)を制御しても良い。 In addition, in the coke oven manufacturing process, a furnace battery control is performed to adjust the input heat amount of all combustion chambers 3 at once and control the average carbonization state of each way. That is, the input heat amount to the coke oven 1 is controlled by operating one adjustment valve 5 installed for all combustion chambers 3. The adjustment valve 5 is a valve for adjusting the flow rate of the mixed gas of fuel gas and combustion air. The adjustment valve 5 is also operated via an actuator (not shown) under the control of the processing device 300 described later. The representative value of the temperature of all combustion chambers 3 is called the furnace battery temperature. For example, as shown in FIG. 2A, a thermometer 6 for measuring the atmospheric temperature of the combustion chamber 3 is installed in multiple combustion chambers 3 out of all combustion chambers 3, and the average temperature of the combustion chambers 3 in which the thermometer 6 is installed is the furnace battery temperature. In this embodiment, the case where the furnace temperature, which is the temperature in the combustion chamber 3 of the coke oven 1, is the furnace battery temperature is illustrated. Note that the method of this embodiment is not limited to the case where the input heat amount of all combustion chambers 3 is adjusted at once. For example, when performing the unloading and loading work for one carbonization chamber 2, a control valve and actuator can be installed in each combustion chamber 3 to control the carbonization state (amount of heat input) for each carbonization chamber 2.
また、温度計6は、全燃焼室3のそれぞれに設置されていても、一部の燃焼室3にのみ設置されていても良い。そして、例えば、全ての燃焼室3に温度計6を設置し、各燃焼室3の温度を当該燃焼室3の温度(炉温)としても良い。
また、前述したように、コークスは、押出ラム7により炭化室2から押し出される。図2Bに示す例では、押出ラム7により炭化室2から押し出されたコークスは、ガイド車9を経由して、ガイド車9の下方に配置された不図示の消火車に排出され、当該消火車により下工程に運搬される場合を例示する。なお、ガイド車9は、窯出し装炭作業を行う炭化室2の位置に移動する。図2Bでは、図2Bの下に位置する炭化室2で製造されたコークスを、ガイド車9を経由して不図示の消火車に排出して窯出し装炭作業が終了した後、ガイド車9が図2Bの上に位置する炭化室2に移動することを、移動後のガイド車9を二点鎖線で示すことにより表している。また、図2Bでは、ガイド車9の内部に、非接触でコークスの温度を測定する温度計8が設置されている場合を例示する。温度計8は、ガイド車9に設けられている窓部を介してガイド車9の内部のコークスの通過経路を臨むように設置されている。このように本実施形態では、コークスの押出作業の最中(押出時)に炭化室2から出た直後のコークスの温度を測定する場合を例示する。なお、炭化室2から排出されたコークスの温度を測定していれば、コークス温度は、必ずしもこのようにして測定される必要はない。以下の説明では、このような炭化室2から出たコークスの温度をコークス温度とも称する。
The thermometer 6 may be installed in each of all the combustion chambers 3, or may be installed in only some of the combustion chambers 3. For example, the thermometer 6 may be installed in all the combustion chambers 3, and the temperature of each combustion chamber 3 may be regarded as the temperature of that combustion chamber 3 (furnace temperature).
As described above, the coke is pushed out of the carbonization chamber 2 by the pusher ram 7. In the example shown in FIG. 2B, the coke pushed out of the carbonization chamber 2 by the pusher ram 7 is discharged via the guide car 9 to a fire extinguishing car (not shown) arranged below the guide car 9, and is transported to a downstream process by the fire extinguishing car. The guide car 9 moves to the position of the carbonization chamber 2 where the coal loading work is performed. In FIG. 2B, the coke produced in the carbonization chamber 2 located at the bottom of FIG. 2B is discharged via the guide car 9 to a fire extinguishing car (not shown) to complete the coal loading work, and the guide car 9 moves to the carbonization chamber 2 located at the top of FIG. 2B. The guide car 9 after the movement is shown by a two-dot chain line. In addition, FIG. 2B illustrates a case where a thermometer 8 for measuring the temperature of the coke without contact is installed inside the guide car 9. The thermometer 8 is installed so as to face the passage path of the coke inside the guide car 9 through a window provided in the guide car 9. In this manner, the present embodiment illustrates a case where the temperature of the coke immediately after it leaves the coke chamber 2 during the coke pushing operation (at the time of pushing) is measured. Note that the coke temperature does not necessarily have to be measured in this manner as long as the temperature of the coke discharged from the coke chamber 2 is measured. In the following description, the temperature of the coke that leaves the coke chamber 2 is also referred to as the coke temperature.
<処理装置300の概要>
図3は、処理装置300の機能的な構成の一例を示す図である。なお、処理装置300のハードウェアは、例えば、中央処理装置、主記憶装置、補助記憶装置、入力装置、および出力装置を備える情報処理装置を用いることにより実現される。また、処理装置300のハードウェアは、PLC(Programmable Logic Controller)により実現されても良いし、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の専用のハードウェアにより実現されても良い。
<Outline of Processing Device 300>
3 is a diagram showing an example of a functional configuration of the processing device 300. The hardware of the processing device 300 is realized, for example, by using an information processing device including a central processing unit, a main storage device, an auxiliary storage device, an input device, and an output device. The hardware of the processing device 300 may be realized by a programmable logic controller (PLC) or dedicated hardware such as an application specific integrated circuit (ASIC).
本実施形態では、処理装置300は、炉温の非定常操業時における目標値である目標炉温を決定する。前述したように本実施形態では、炉温が炉団温度である場合を例示する。定常操業においては、前述した窯出し装炭作業が、通り時間に対応するほぼ一定の周期で繰り返し実行される。これに対し、非定常操業においては、設備のメンテンナンス等により窯出し装炭作業を一時的に休止する。そこで、非定常操業時においては、例えば、炉団温度を一時的に低下させて設備のメンテンナンス等を実施した後、炉団温度を上昇させる。非定常操業は、窯出し装炭作業を一時的に休止している期間と、当該期間に続く少なくとも1回の窯出し装炭作業(装炭および押出)が実行されている期間と、を含む期間における操業である。本実施形態では、非定常操業は、窯出し装炭作業を一時的に休止している期間と、当該期間に続く少なくとも1つの通りにおける窯出し装炭作業が実行されている期間と、を含む期間における操業とする。 In this embodiment, the processing device 300 determines a target furnace temperature, which is a target value of the furnace temperature during non-steady operation. As described above, in this embodiment, the case where the furnace temperature is the furnace battery temperature is exemplified. In steady operation, the above-mentioned kiln discharge coal loading work is repeatedly performed at an approximately constant cycle corresponding to the pass time. In contrast, in non-steady operation, the kiln discharge coal loading work is temporarily suspended due to equipment maintenance, etc. Therefore, during non-steady operation, for example, the furnace battery temperature is temporarily lowered to perform equipment maintenance, etc., and then the furnace battery temperature is raised. Non-steady operation is an operation during a period that includes a period during which the kiln discharge coal loading work is temporarily suspended and a period during which at least one kiln discharge coal loading work (charging and pushing) is performed following that period. In this embodiment, non-steady operation is an operation during a period that includes a period during which the kiln discharge coal loading work is temporarily suspended and a period during which at least one pass of the kiln discharge coal loading work is performed following that period.
また、本実施形態では、非定常操業の開始時および終了時は、窯出し装炭作業(コークスの押出(窯出し)作業)の終了時であるものとする。コークスの押出作業の終了時は、炭化室2内の全てのコークスが当該炭化室2から押し出された(排出された)タイミング以降のタイミングである。コークスの押出作業の終了時は、例えば、炭化室2から全てのコークスが排出されたタイミングであっても良いし、その後、炭化室2の扉を閉めたタイミングであっても良いし、炭化室2から排出されたコークスの温度が測定されるタイミングであっても良いし、炭化室2から押し出されたコークスが下工程に運搬されることを開始したタイミングであっても良い。また、コークス工場の操業マニュアルにおいて、コークスの押出作業が終了するとされているタイミングでも良い。以下の説明では、窯出し装炭作業を一時的に休止している期間を、休止期間とも称する。なお、操業異常が生じた場合には、非定常操業の開始時を、操業異常を検出したタイミングとしても良い。 In this embodiment, the start and end of the non-steady operation are the end of the kiln loading work (coke extrusion (kiln unloading) work). The end of the coke extrusion work is the timing after the timing when all the coke in the carbonization chamber 2 is pushed (discharged) from the carbonization chamber 2. The end of the coke extrusion work may be, for example, the timing when all the coke is discharged from the carbonization chamber 2, the timing when the door of the carbonization chamber 2 is closed thereafter, the timing when the temperature of the coke discharged from the carbonization chamber 2 is measured, or the timing when the coke pushed out from the carbonization chamber 2 starts to be transported to the downstream process. It may also be the timing when the coke extrusion work is said to end in the operation manual of the coke plant. In the following description, the period during which the kiln loading work is temporarily suspended is also referred to as the suspension period. In addition, if an operation abnormality occurs, the start of the non-steady operation may be the timing when the operation abnormality is detected.
図1において、コークス炉1における目標炉温を決定することを含む処理を実行する処理装置300は、取得部310と、予測値算出部320と、目標炉温決定部330と、制御部340と、を備える。
取得部310は、処理装置300で使用する各種のデータを取得する。取得部310が取得するデータには、現在から過去の操業の実績値と、将来の操業のスケジュール値と、操業の目標値と、処理装置300における計算に使用する各種の設定値と、が含まれる。データの取得形態として、オペレータによる入力装置に対する操作、外部装置からの受信、および可搬型記憶媒体からの読み出しのうちの少なくとも1つが例示される。なお、個々のデータは、任意のタイミングで処理装置300に入力され取得部310に取得される。従って、個々のデータは、必ずしも同じタイミングで処理装置300に入力され取得部310で取得される必要はない。
In FIG. 1 , a processing device 300 that executes processes including determining a target oven temperature in a coke oven 1 includes an acquisition unit 310, a predicted value calculation unit 320, a target oven temperature determination unit 330, and a control unit 340.
The acquisition unit 310 acquires various data used in the processing device 300. The data acquired by the acquisition unit 310 includes past and present performance values of operations, future operation schedule values, operation target values, and various setting values used for calculations in the processing device 300. Examples of data acquisition modes include at least one of an operator's operation on an input device, reception from an external device, and reading from a portable storage medium. Note that each piece of data is input to the processing device 300 at any timing and acquired by the acquisition unit 310. Therefore, each piece of data does not necessarily need to be input to the processing device 300 and acquired by the acquisition unit 310 at the same timing.
予測値算出部320は、非定常操業時における炉団温度の予測値に影響を与える因子である第1影響因子に基づいて、非定常操業時における炉団温度の予測値を算出する。また、予測値算出部320は、非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量の予測値に影響を与える因子である第2影響因子に基づいて、コークスの乾留状態を表す物理量の予測値を算出する。 The predicted value calculation unit 320 calculates a predicted value of the furnace battery temperature during non-steady operation based on a first influencing factor, which is a factor that affects the predicted value of the furnace battery temperature during non-steady operation. The predicted value calculation unit 320 also calculates a predicted value of a physical quantity that represents the coke carbonization state based on a second influencing factor, which is a factor that affects the predicted value of a physical quantity that represents the coke carbonization state during non-steady operation.
なお、コークスの乾留状態とは、製造されたコークスにおいて石炭がどの程度乾留(熱分解)された状態であるのかを示し、コークスの品質を表す指標である。また、第1影響因子は、非定常操業時における炉団温度の予測値に影響を与える因子であれば特に限定されない。本実施形態では、第1影響因子に、非定常操業時における燃焼室3に対する投入熱量の予測値と、非定常操業時における炉団温度の予測値の予測時刻よりも前のタイミングにおける炉団温度と、が含まれる場合を例示する。ここで、炉団温度の予測値の予測時刻よりも前のタイミングにおける炉団温度は、予測値であっても実測値であっても良い。 The carbonization state of the coke indicates the degree to which the coal in the produced coke has been carbonized (pyrolyzed), and is an index of the quality of the coke. The first influencing factor is not particularly limited as long as it is a factor that affects the predicted value of the furnace battery temperature during non-steady operation. In this embodiment, an example is shown in which the first influencing factor includes the predicted value of the amount of heat input to the combustion chamber 3 during non-steady operation and the furnace battery temperature at a timing prior to the predicted time of the predicted value of the furnace battery temperature during non-steady operation. Here, the furnace battery temperature at a timing prior to the predicted time of the predicted value of the furnace battery temperature may be a predicted value or an actual measured value.
また、第2影響因子は、非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量(本実施形態では非定常操業の終了時のコークス温度)の予測値に影響を与える因子であれば特に限定されない。本実施形態では、第2影響因子に、炉団温度の予測値と、乾留時間とが含まれる場合を例示する。乾留時間は、Da(=5)個の全ての通りにおける窯出し装炭作業が1回ずつ実行されるのに要する時間に等しい。 The second influencing factor is not particularly limited as long as it is a factor that affects the predicted value of the physical quantity that represents the carbonization state of the coke during non-steady operation (in this embodiment, the coke temperature at the end of the non-steady operation). In this embodiment, an example is shown in which the second influencing factor includes the predicted value of the furnace temperature and the carbonization time. The carbonization time is equal to the time required to perform one coal loading operation for each of the Da (=5) combinations.
コークスの乾留状態を表す物理量としては、例えば、非定常操業時に製造されるコークスの温度、非定常操業時における炉壁4の温度などがある。非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量は、定常状態に復帰したときのコークスの乾留状態を目標の状態に近づけるために用いられる。このような観点から、非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量は、非定常操業から定常状態に復帰するタイミングに近いタイミングにおけるものほど好ましい。そこで、本実施形態では、非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量が、休止期間が終了した後、最初に炭化室2に装炭されている石炭についてのコークス温度である場合を例示する。なお、後述する図4に示すように、本実施形態では、休止期間が終了してから6通り目の通りにおけるコークスの押出作業の終了時刻を、非定常操業の終了時(非定常操業の終了時刻te)としているので、休止期間が終了した後、最初に炭化室2に装炭されている石炭についてのコークス温度は、非定常操業の終了時のコークス温度である。そこで、以下の説明では、休止期間が終了した後、最初に炭化室2に装炭されている石炭についてのコークス温度を非定常操業の終了時のコークス温度とも称する。また、本実施形態では、コークス温度が、通り毎の代表値である通り代表値である場合を例示する。代表値として、例えば、算術平均値、中央値、最頻値、および最小値のいずれかが例示される。なお、前述したように、非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量は、コークス温度に限定されず、例えば、非定常操業時における炉壁4の温度でも良い。 Examples of physical quantities that represent the carbonization state of the coke include the temperature of the coke produced during non-steady operation and the temperature of the furnace wall 4 during non-steady operation. The physical quantity that represents the carbonization state of the coke during non-steady operation is used to bring the carbonization state of the coke closer to the target state when the steady state is restored. From this perspective, the physical quantity that represents the carbonization state of the coke during non-steady operation is preferably the closer to the timing of returning from the non-steady operation to the steady state. Therefore, in this embodiment, a case is illustrated in which the physical quantity that represents the carbonization state of the coke during non-steady operation is the coke temperature of the coal that is first charged in the carbonization chamber 2 after the end of the pause period. As shown in FIG. 4 described later, in this embodiment, the end time of the coke extrusion work in the sixth path after the end of the pause period is set to the end of the non-steady operation (the end time t e of the non-steady operation), so the coke temperature of the coal that is first charged in the carbonization chamber 2 after the end of the pause period is the coke temperature at the end of the non-steady operation. Therefore, in the following description, the coke temperature of the coal that is first loaded into the coke chamber 2 after the end of the pause period is also referred to as the coke temperature at the end of the non-steady operation. In addition, in this embodiment, a case where the coke temperature is a representative value for each run is illustrated. Examples of the representative value include the arithmetic mean value, the median value, the mode value, and the minimum value. As described above, the physical quantity representing the carbonization state of the coke during non-steady operation is not limited to the coke temperature, and may be, for example, the temperature of the furnace wall 4 during non-steady operation.
コークス温度は、炭化室2から排出されたコークスの温度であり、例えば、図2Bに示す温度計8による測定値により算出される。押出ラム7により炭化室2からコークスを押し出しているときに、炭化室2から順次排出されるコークスの温度を、温度計8で測定し、測定した各時刻および各位置における温度の代表値を、当該炭化室2で製造されたコークスの温度とする。代表値として、算術平均値(測定した各時刻および各位置における温度の和を、温度の測定数で割った値)、中央値、最頻値、および最小値のいずれかが例示される。そして、1つの通りに属する炭化室2で製造されたコークスの温度の代表値を、コークス温度(通り代表値)とする。前述したように、通り代表値は、例えば、通り平均値(1つの通りに属する炭化室2で製造されたコークスの温度の和を、当該通りに属する炭化室2の数で割った値)である。なお、コークス温度は、炭化室2から排出された直後のコークスの温度であることが好ましいため、図2Bに示すようにしてコークス温度を定めることを例示するが、コークス温度を測定するための温度計やコークス温度の定め方自体は、例えば、コークス工場で採用されているものを用いればよく、以上のようなものに限定されない。なお、非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量を、非定常操業時における炉壁4の温度とする場合にも、炉壁4の温度を、1つの通りに属する炭化室2でコークスを製造しているときの炉壁4の温度の代表値(通り代表値)とする。炉壁4の温度は、例えば、炉壁4に埋設された不図示の温度計により測定される。 The coke temperature is the temperature of the coke discharged from the carbonization chamber 2, and is calculated, for example, from the measured value of the thermometer 8 shown in FIG. 2B. When the coke is pushed out of the carbonization chamber 2 by the pusher ram 7, the temperature of the coke sequentially discharged from the carbonization chamber 2 is measured by the thermometer 8, and the representative value of the temperature at each measured time and each measured position is the temperature of the coke produced in the carbonization chamber 2. Examples of the representative value include the arithmetic mean value (the sum of the temperatures at each measured time and each measured position divided by the number of measured temperatures), the median, the mode, and the minimum value. The representative value of the temperature of the coke produced in the carbonization chamber 2 belonging to one course is the coke temperature (course representative value). As described above, the course representative value is, for example, the course average value (the sum of the temperatures of the coke produced in the carbonization chambers 2 belonging to one course divided by the number of carbonization chambers 2 belonging to the course). Since the coke temperature is preferably the temperature of the coke immediately after it is discharged from the carbonization chamber 2, the coke temperature is determined as shown in FIG. 2B. However, the thermometer for measuring the coke temperature and the method for determining the coke temperature may be any of those employed in coke plants, and are not limited to the above. Even when the physical quantity representing the carbonization state of the coke during non-steady operation is the temperature of the oven wall 4 during non-steady operation, the temperature of the oven wall 4 is set as the representative value (run representative value) of the temperature of the oven wall 4 when coke is produced in the carbonization chamber 2 belonging to one run. The temperature of the oven wall 4 is measured, for example, by a thermometer (not shown) embedded in the oven wall 4.
なお、第1影響因子および第2影響因子として採用する因子は、例えば、目的変数(非定常操業時における炉団温度の予測値、非定常操業の終了時のコークス温度の予測値)に対する説明変数(第1影響因子、第2影響因子)を選択するための公知の手法(例えば、教師データを用いた目的変数と説明変数との相関係数の算出や、多重共線性を有する説明変数の排除等)を用いて決定される。また、目的変数と説明変数の少なくとも1つとを同じ物理量とし、目的変数である予測値の予測時刻よりも前の時刻の予測値または実績値を説明変数(第1影響因子、第2影響因子)としても良い。説明変数から目的変数を算出する手法自体は、例えば、回帰分析などの公知の機械学習の手法により実現される。 The factors adopted as the first and second influencing factors are determined, for example, by using a known method (e.g., calculating the correlation coefficient between the objective variable and the explanatory variables using training data, eliminating explanatory variables with multicollinearity, etc.) for selecting explanatory variables (first influencing factor, second influencing factor) for the objective variable (predicted value of the furnace temperature during non-steady operation, predicted value of the coke temperature at the end of non-steady operation). In addition, the objective variable and at least one of the explanatory variables may be the same physical quantity, and the predicted value or actual value at a time prior to the predicted time of the predicted value of the objective variable may be used as the explanatory variable (first influencing factor, second influencing factor). The method itself for calculating the objective variable from the explanatory variables is realized, for example, by a known machine learning method such as regression analysis.
図4は、コークス温度、炉団温度、投入熱量、および乾留時間と時間との関係の一例を示す図である。
本実施形態では、コークス温度および乾留時間は、通り毎の代表値であるため、1つの通りにおける窯出し装炭作業が実行されると得られる。すなわち、コークス温度および乾留時間は、通り時間の周期で得られる。図4に示すコークス温度および乾留時間のグラフ(一番上のグラフと一番下のグラフ)において、時間軸方向で隣り合う2個のプロット(●)の、時間軸方向における間隔が通り時間ttになる。図4では、時刻teにおける通り時間tt(te)を例示する。なお、通り時間ttは、概ね一定の時間であるが、異なる時間になる場合もある。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the coke temperature, the furnace temperature, the input heat amount, and the carbonization time and time.
In this embodiment, the coke temperature and the carbonization time are representative values for each run, and are obtained when the unloading coal loading work for one run is performed. That is, the coke temperature and the carbonization time are obtained in a cycle of the run time. In the graphs of the coke temperature and the carbonization time shown in FIG. 4 (the top graph and the bottom graph), the distance in the time axis direction between two plots (●) adjacent to each other in the time axis direction is the run time t t . FIG. 4 illustrates the run time t t (t e ) at time t e . Note that the run time t t is generally a constant time, but may be different.
前述したように乾留時間は、Da(=5)個の全ての通りにおける窯出し装炭作業が1回ずつ実行されるのに要する時間に等しい。従って、図4に示すコークス温度および乾留時間のグラフにおいて、時間軸方向で隣り合う6個のプロット(●)の両端のプロットの、時間軸方向における間隔が乾留時間になる。図4では、時刻teにおける乾留時間tk(te)を例示する。 As described above, the carbonization time is equal to the time required to perform each of the Da (=5) patterns of coal loading operations. Therefore, in the graph of coke temperature and carbonization time shown in Figure 4, the distance between the two ends of the six plots (●) adjacent to each other in the time axis direction is the carbonization time. Figure 4 shows an example of the carbonization time tk (t e ) at time t e .
また、休止期間においては窯出し装炭作業が実行されないため、コークス温度および乾留時間は得られない(図4において、休止期間においてはコークス温度および乾留時間のグラフにプロット(●)が付されていないことを参照)。 In addition, since no coal loading work is performed during the downtime, the coke temperature and carbonization time cannot be obtained (see Figure 4, where there is no plot (●) on the graph of coke temperature and carbonization time during the downtime).
一方、炉団温度および投入熱量は、窯出し装炭作業とは無関係に得られる(図4において、休止期間においても炉団温度および投入熱量のグラフにプロット(●)が付されていることを参照)。本実施形態では、コークス炉1の制御周期(後述する制御部340における制御信号の出力周期)で炉団温度および投入熱量の予測値および実績値が得られ、通り時間の周期でコークス温度の予測値および実績値が得られ、通り時間の周期で乾留時間のスケジュール値および実績値が得られる場合を例示する。また、コークス炉1の制御周期は1時間(hr)であるものとする。 On the other hand, the oven temperature and input heat amount are obtained regardless of the coal loading operation (see FIG. 4, where plots (●) are added to the graph of oven temperature and input heat amount even during the idle period). In this embodiment, an example is shown in which predicted and actual values of oven temperature and input heat amount are obtained in the control period of the coke oven 1 (the output period of the control signal in the control unit 340 described later), predicted and actual values of coke temperature are obtained in the pass time period, and scheduled and actual values of carbonization time are obtained in the pass time period. In addition, the control period of the coke oven 1 is assumed to be 1 hour (hr).
図4において、時刻tsは非定常操業の開始時刻の一例であり、時刻teは非定常操業の終了時刻の一例である。
具体的に本実施形態では、窯出し装炭作業(炭化室2への装炭と押出)の休止が開始される時よりもDb通り(Dbは1以上の整数)前の通りにおけるコークスの押出作業の終了時刻を非定常操業の開始時刻tsとする場合を例示する。より具体的に本実施形態では、Dbが2である場合を例示する。従って、図4において、休止期間が開始される時よりも2通り前の通りにおけるコークスの押出作業の終了時刻(休止期間の開始時刻から過去に向かって数えて2つ目のコークス温度のプロットの時刻)が、非定常操業の開始時刻tsである。設備のメンテナンスが実行される場合のように休止期間が事前に把握されている場合には、Dbは1であっても2以上の整数であっても良い。一方、操業異常が生じた場合のように休止期間が事前に把握されないような場合には、Dbは1であるのが好ましい。なお、図4では、表記の都合上、コークス温度および乾留時間のグラフにおいて、休止期間と重なっているプロットがあるが、当該プロットは、休止期間の直前、直後における通り単位での窯出し装炭作業により得られるものである。従って、前述した説明において休止期間が開始される時よりも2通り前の通りとは、休止期間の開始時刻に重なっているプロットを含めて、休止期間の開始時刻から過去に向かって数えて2つ目のコークス温度のプロットの時刻に対応する。
In FIG. 4, time t s is an example of the start time of the unsteady operation, and time t e is an example of the end time of the unsteady operation.
Specifically, in this embodiment, the end time of the coke extrusion work in the way Db (Db is an integer of 1 or more) before the time when the suspension of the kiln discharge coal loading work (charging and extrusion into the coke chamber 2) begins is set as the start time ts of the non-steady operation. More specifically, in this embodiment, the case where Db is 2 is illustrated. Therefore, in FIG. 4, the end time of the coke extrusion work in the way two ways before the time when the suspension period begins (the time of the second coke temperature plot counting backward from the start time of the suspension period) is the start time ts of the non-steady operation. When the suspension period is known in advance, such as when equipment maintenance is performed, Db may be 1 or an integer of 2 or more. On the other hand, when the suspension period is not known in advance, such as when an operational abnormality occurs, Db is preferably 1. In FIG. 4, for convenience of notation, some plots overlap with the suspension period in the graph of the coke temperature and the carbonization time, but the plots are obtained by the kiln discharge coal loading work in the way immediately before and immediately after the suspension period. Therefore, in the above explanation, the second plot before the start of the shutdown period corresponds to the time of the second coke temperature plot counting backward from the start time of the shutdown period, including the plot that overlaps with the start time of the shutdown period.
また、本実施形態では、窯出し装炭作業(炭化室2への装炭と押出)の休止が終了してからDa+1通り目の通りにおけるコークスの押出作業の終了時刻が、非定常操業の終了時刻teである場合を例示する。なお、通りにおけるコークスの押出作業の開始とは、当該通りに属する炭化室2のうち、最初にコークスの押出作業が実行される炭化室2内のコークスの押出作業の開始を指し、通りにおけるコークスの押出作業の終了とは、当該通りに属する炭化室2のうち、最後にコークスの押出作業が実行される炭化室2内のコークスの押出作業の終了を指す。前述したように本実施形態では、Daが5である場合を例示する。従って、図4において、休止期間が終了してから6通り目の通りにおけるコークスの押出作業の終了時刻(休止期間の終了時刻から未来に向かって数えて6つ目のコークス温度のプロットの時刻)が、非定常操業の終了時刻teである。休止期間が終了してから1通り目からDa通り(5通り)目までの通りにおいては、休止期間の間に炭化室2に存在している石炭からコークスが製造される。 In addition, in this embodiment, the end time of the coke extrusion work in the Da+1th run after the end of the suspension of the kiln unloading coal loading work (charging and extrusion into the coke chamber 2) is the end time t e of the non-steady operation. The start of the coke extrusion work in a run refers to the start of the coke extrusion work in the coke chamber 2 in which the coke extrusion work is performed first among the coke chambers 2 belonging to the run, and the end of the coke extrusion work in a run refers to the end of the coke extrusion work in the coke chamber 2 in which the coke extrusion work is performed last among the coke chambers 2 belonging to the run. As described above, in this embodiment, the case where Da is 5 is exemplified. Therefore, in FIG. 4, the end time of the coke extrusion work in the 6th run after the end of the suspension period (the time of the sixth plot of the coke temperature counting from the end time of the suspension period toward the future) is the end time t e of the non-steady operation. In the first through Da (fifth) passes after the end of the pause period, coke is produced from the coal present in the coke chamber 2 during the pause period.
一方、休止期間が終了してからDa+1通り(6通り)目の通りにおいては、休止期間が終了した後に炭化室2に石炭が装入される。休止期間が終了した後に炭化室2に装入されたコークスの乾留状態が可及的に早く定常状態における乾留状態に近づくようにするのが好ましい。そこで、本実施形態では、窯出し装炭作業(炭化室2への装炭と押出)の休止が終了してからDa+1通り(6通り)目の通りにおけるコークスの押出作業の終了時刻を、非定常操業の終了時刻teとする。すなわち、非定常操業の終了時刻teは、休止期間が終了した後に最初に窯出し装炭作業を実行する通りにおけるコークスの押出作業の終了時刻である。ただし、非定常操業の終了時刻は、窯出し装炭作業(炭化室2への装炭と押出)の休止が終了してからDa+1通り目の通りにおけるコークスの押出作業の終了時刻に限定されない。例えば、窯出し装炭作業(炭化室2への装炭と押出)の休止が終了してからDa+x通り目の通りにおけるコークスの押出作業の終了時を、非定常操業の終了時刻とし、xの値を1以上の整数の中から選択しても良い。xやDbの値は、例えば、後述するように、目標炉温軌道に対する炉団温度の実績値の偏差に応じた投入熱量の制御を実際に実行した結果、所望の品質のコークスが得られるように適宜調整すれば良い。
以上のように非定常操業となる期間(非定常操業時)は時刻ts~teの期間になる。
On the other hand, in the Da+1 (6th) way after the end of the pause period, coal is charged into the coke chamber 2 after the pause period ends. It is preferable that the carbonization state of the coke charged into the coke chamber 2 after the pause period ends approaches the carbonization state in the steady state as soon as possible. Therefore, in this embodiment, the end time of the coke extrusion work in the Da+1 (6th) way after the pause of the kiln loading work (charging and extrusion into the coke chamber 2) ends is set as the end time t e of the non-steady operation. That is, the end time t e of the non-steady operation is the end time of the coke extrusion work in the way in which the kiln loading work is first performed after the pause period ends. However, the end time of the non-steady operation is not limited to the end time of the coke extrusion work in the Da+1 way after the pause of the kiln loading work (charging and extrusion into the coke chamber 2) ends. For example, the end time of the non-steady operation may be the end time of the coke extrusion operation on the Da+xth pass after the suspension of the coal loading operation (charging and extrusion into the coke chamber 2) ends, and the value of x may be selected from integers equal to or greater than 1. The values of x and Db may be appropriately adjusted so that coke of the desired quality is obtained as a result of actually executing control of the amount of heat input according to the deviation of the actual value of the oven battery temperature from the target oven temperature trajectory, as described below.
As described above, the period of unsteady operation (unsteady operation time) is the period from time t s to time t e .
図3の説明に戻り、本実施形態では、予測値算出部320は、炉状態算出部321と、投入熱量算出部322と、を有する。
前述したように本実施形態では、第1影響因子は、燃焼室3に対する投入熱量の予測値を含む。そこで、投入熱量算出部322は、非定常操業時の燃焼室3に対する投入熱量の予測値を算出する。炉状態算出部321は、前述した第1影響因子に基づいて、非定常操業時の炉温の予測値を算出することと、前述した第2影響因子に基づいて、非定常操業時のコークスの乾留状態を表す物理量の予測値を算出することと、を実行する。本実施形態では、炉温は炉団温度であり、コークスの乾留状態を表す物理量はコークス温度である。
Returning to the explanation of FIG. 3, in this embodiment, the prediction value calculation unit 320 has a furnace state calculation unit 321 and an input heat amount calculation unit 322.
As described above, in this embodiment, the first influencing factor includes a predicted value of the heat input to the combustion chamber 3. Therefore, the input heat amount calculation unit 322 calculates a predicted value of the heat input to the combustion chamber 3 during unsteady operation. The furnace state calculation unit 321 executes the following: calculating a predicted value of the furnace temperature during unsteady operation based on the above-mentioned first influencing factor; and calculating a predicted value of a physical quantity representing the carbonization state of the coke during unsteady operation based on the above-mentioned second influencing factor. In this embodiment, the furnace temperature is the furnace battery temperature, and the physical quantity representing the carbonization state of the coke is the coke temperature.
目標炉温決定部330は、予測値算出部320で算出された非定常操業時の炉温の予測値と、予測値算出部320で算出された非定常操業時のコークスの乾留状態を表す物理量の予測値と、に基づいて、非定常操業時における炉温の目標値である目標炉温の時間変化である目標炉温軌道を決定する。本実施形態では、目標炉温は、炉団温度の目標値である目標炉団温度である。
制御部340は、燃焼室3に対する投入熱量を、目標炉温決定部330により決定された目標炉温軌道と、炉温の実績値と、の差に応じた熱量にするための制御信号を生成して出力する。
The target furnace temperature determination unit 330 determines a target furnace temperature trajectory, which is a time change of the target furnace temperature, which is a target value of the furnace temperature during non-steady operation, based on the predicted value of the furnace temperature during non-steady operation calculated by the predicted value calculation unit 320 and the predicted value of the physical quantity representing the carbonization state of the coke during non-steady operation calculated by the predicted value calculation unit 320. In this embodiment, the target furnace temperature is a target furnace battery temperature, which is a target value of the furnace battery temperature.
The control unit 340 generates and outputs a control signal to set the amount of heat input to the combustion chamber 3 to an amount of heat corresponding to the difference between the target furnace temperature trajectory determined by the target furnace temperature determination unit 330 and the actual furnace temperature value.
ここで、本実施形態の炉状態算出部321、投入熱量算出部322、目標炉温決定部330、および制御部340における処理の具体例を説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて、燃焼室3に対する投入熱量を、投入熱量と略称し、非定常操業の終了時のコークス温度を、コークス温度と略称し、非定常操業時の炉団温度を、炉団温度と略称する。 Here, specific examples of processing in the furnace state calculation unit 321, input heat amount calculation unit 322, target furnace temperature determination unit 330, and control unit 340 of this embodiment will be described. In the following description, as necessary, the input heat amount to the combustion chamber 3 will be abbreviated as input heat amount, the coke temperature at the end of non-steady operation will be abbreviated as coke temperature, and the furnace battery temperature during non-steady operation will be abbreviated as furnace battery temperature.
<炉状態算出部321>
まず、炉状態算出部321における処理の具体例を説明する。
本実施形態では、炉状態算出部321は、プロセスモデルとして、投入熱量(GJ/hr)を入力とする線形時系列モデルを用いた計算を実行することにより、炉団温度の予測値を算出する。線形時系列モデルは、プロセス状態の予測値を所定時間毎に計算する統計解析モデルの一つである。本実施形態では、線形時系列モデルを二次遅れ系のモデルとして、以下の(1)式~(3)式に示す回帰式を例示する。
<Furnace state calculation unit 321>
First, a specific example of the process in the furnace state calculation unit 321 will be described.
In this embodiment, the furnace state calculation unit 321 calculates the predicted value of the furnace battery temperature by performing calculations using a linear time series model in which the input heat amount (GJ/hr) is input as the process model. The linear time series model is one of the statistical analysis models that calculates the predicted value of the process state at predetermined time intervals. In this embodiment, the linear time series model is a second-order lag system model, and the regression equations shown in the following equations (1) to (3) are exemplified.
ここで、Trは、炉団温度(℃)である。Qは、投入熱量(GJ/hr)である。ΔTr(t+1)、ΔTr(t)、ΔTr(t-1)は、それぞれ、時刻t+1、t、t-1における炉団温度Tr(t+1)、Tr(t)、Tr(t-1)の、時刻t、t-1、t-2における炉団温度Tr(t)、Tr(t-1)、Tr(t-2)に対する変化量(℃)である。すなわち、ΔTr(t+1)=Tr(t+1)-Tr(t)、ΔTr(t)=Tr(t)-Tr(t-1)、ΔTr(t-1)=Tr(t-1)-Tr(t-2)の関係が成り立つ。ΔQ(t+1)は、時刻t+1における投入熱量Q(t+1)の、時刻tにおける投入熱量に対する変化量(GJ/hr)である。すなわち、ΔQ(t+1)=Q(t+1)-Q(t)の関係が成り立つ。なお、前述したように、t+1、t-1、t-2は、それぞれ、時刻tの1時間後、1時間前、2時間前の時刻である。 Here, Tr is the furnace battery temperature (°C). Q is the input heat (GJ/hr). ΔTr(t+1), ΔTr(t), and ΔTr(t-1) are the changes (°C) in the furnace battery temperatures Tr(t+1), Tr(t), and Tr(t-1) at times t+1, t, and t-1, respectively, relative to the furnace battery temperatures Tr(t), Tr(t-1), and Tr(t-2) at times t, t-1, and t-2. That is, the relationships ΔTr(t+1) = Tr(t+1) - Tr(t), ΔTr(t) = Tr(t) - Tr(t-1), and ΔTr(t-1) = Tr(t-1) - Tr(t-2) hold. ΔQ(t+1) is the change (GJ/hr) in the amount of heat input Q(t+1) at time t+1 relative to the amount of heat input at time t. In other words, the relationship ΔQ(t+1) = Q(t+1) - Q(t) holds. As mentioned above, t+1, t-1, and t-2 are the times one hour after, one hour before, and two hours before time t, respectively.
Q(t)は、投入熱量算出部322により算出される投入熱量である。ΔQ(t+1)は、投入熱量算出部322により算出される投入熱量に基づいて算出される。時刻tが非定常操業の開始時刻tsである場合、Tr(t)、Tr(t-1)、Tr(t-2)は、それぞれ、時刻ts、ts-1、ts-2における炉団温度の実績値であり、ΔTr(t)、ΔTr(t-1)は、これらの実績値に基づいて算出される。時刻tが非定常操業の開始時刻tsよりも後の時刻である場合、ΔTr(t)、ΔTr(t-1)は、当該時刻tよりも前の時刻における(1)~(3)式の算出結果(ΔTr(t+1))に基づいて算出される。非定常操業の開始時刻tsよりも後の時刻t(>ts)における炉団温度Tr(t)が炉団温度の予測値になる。 Q(t) is the input heat amount calculated by the input heat amount calculation unit 322. ΔQ(t+1) is calculated based on the input heat amount calculated by the input heat amount calculation unit 322. When time t is the start time t s of unsteady operation, Tr(t), Tr(t-1), and Tr(t-2) are the actual values of the furnace battery temperature at times t s , t s -1, and t s -2, respectively, and ΔTr(t) and ΔTr(t-1) are calculated based on these actual values. When time t is a time later than the start time t s of unsteady operation, ΔTr(t) and ΔTr(t-1) are calculated based on the calculation results (ΔTr(t+1)) of formulas (1) to (3) at a time prior to the time t. The furnace battery temperature Tr(t) at a time t (>t s ) later than the start time t s of unsteady operation becomes the predicted value of the furnace battery temperature.
係数a1、a2、b1は、それぞれ、ΔTr(t)、ΔTr(t-1)、ΔQ(t+1)に対する係数である。係数a1、a2、b1として、コークス炉1の過去の操業結果に(1)式の形が最も合うときの係数が別途求められる。例えば、コークス炉1の過去の操業結果から得られる、一組のΔTr(t+1)、ΔTr(t)、ΔTr(t-1)、およびΔQ(t+1)のデータを1つの教師データとして多数の教師データを作成し、教師データを用いて重回帰分析を実行することにより係数a1、a2、b1を求めれば良い。 The coefficients a1, a2, and b1 are coefficients for ΔTr(t), ΔTr(t-1), and ΔQ(t+1), respectively. The coefficients a1, a2, and b1 that best fit the form of equation (1) to the past operating results of the coke oven 1 are separately determined. For example, a set of data for ΔTr(t+1), ΔTr(t), ΔTr(t-1), and ΔQ(t+1) obtained from the past operating results of the coke oven 1 can be used as training data to create multiple training data, and the training data can be used to perform multiple regression analysis to determine the coefficients a1, a2, and b1.
また、本実施形態では、炉状態算出部321は、プロセスモデル(物理モデル)として、炉団温度(℃)および乾留時間(hr)を入力とする線形モデルを用いた計算を実行することにより、コークス温度の予測値を算出する。線形モデルは、プロセス状態の予測値を計算する統計解析モデルの一つであり、本実施形態では、線形モデルとして、以下の(4)式~(9)式に示す重回帰式を例示する。 In addition, in this embodiment, the furnace state calculation unit 321 calculates the predicted value of the coke temperature by performing a calculation using a linear model that inputs the furnace temperature (°C) and carbonization time (hr) as a process model (physical model). The linear model is one of the statistical analysis models that calculates the predicted value of the process state, and in this embodiment, the multiple regression equations shown in the following equations (4) to (9) are exemplified as the linear model.
ここで、Tcは、コークス温度(℃)であり、tkは、乾留時間(hr)である。Tc(ts)は、非定常操業の開始時刻tsにおけるコークス温度の実績値であり、Tc(te)は、非定常操業の終了時刻teにおけるコークス温度の予測値である。従って、(5)式に示すように、ΔTcは、非定常操業の開始時刻tsから非定常操業の終了時刻teまでの期間におけるコークス温度のコークス温度の変化量になる。Tr(ts)は、非定常操業の開始時刻tsにおける炉団温度の実績値である。Tr(te-Δt1)、Tr(te-Δt2)、Tr(te-Δt3)は、それぞれ、非定常操業の終了時刻teのΔt1時間前、Δt2時間前、Δt3時間前の時刻te-Δt1、te-Δt2、te-Δt3における炉団温度の予測値である。Tr(te-Δt1)、Tr(te-Δt2)、Tr(te-Δt3)は、(1)式~(3)式により算出される。ここで、Δt1、Δt2、およびΔt3は、Δt1≧0、Δt1<Δt2<Δt3、およびte-Δt3>tsの関係が成り立つように設定される。また、tk(ts)は、非定常操業の開始時刻tsにおける乾留時間の実績値であり、tk(te)は、非定常操業の終了時刻teにおける乾留時間のスケジュール値(hr)である。係数c1、c2、c3、d1は、それぞれ、ΔTr1、ΔTr2、ΔTr3、Δtkに対する係数である。係数c1、c2、c3、d1として、コークス炉1の過去の操業結果に(4)式の形が最も合うときの係数が別途求められる。例えば、コークス炉1の過去の操業結果から得られる、一組のΔTr1、ΔTr2、ΔTr3、Δtkのデータを1つの教師データとして多数の教師データを作成し、教師データを用いて重回帰分析を実行することにより係数c1、c2、c3、d1を求めれば良い。 Here, Tc is the coke temperature (°C) and tk is the carbonization time (hr). Tc( ts ) is the actual value of the coke temperature at the start time ts of the non-steady operation, and Tc( te ) is the predicted value of the coke temperature at the end time te of the non-steady operation. Therefore, as shown in formula (5), ΔTc is the amount of change in the coke temperature from the start time ts of the non-steady operation to the end time te of the non-steady operation. Tr( ts ) is the actual value of the furnace battery temperature at the start time ts of the non-steady operation. Tr(t e -Δt 1 ), Tr(t e -Δt 2 ), and Tr(t e -Δt 3 ) are the predicted values of the furnace battery temperature at times t e -Δt 1 , t e -Δt 2 , and t e -Δt 3 , which are Δt 1 hour, Δt 2 hours, and Δt 3 hours before the end time t e of the unsteady operation, respectively. Tr(t e -Δt 1 ), Tr(t e -Δt 2 ), and Tr(t e -Δt 3 ) are calculated by formulas (1) to (3). Here, Δt 1 , Δt 2 , and Δt 3 are set so that the relationships Δt 1 ≧0, Δt 1 < Δt 2 < Δt 3 , and t e -Δt 3 > t s are satisfied. In addition, t k (t s ) is the actual value of the carbonization time at the start time t s of the non-steady operation, and t k (t e ) is the scheduled value (hr) of the carbonization time at the end time t e of the non-steady operation. The coefficients c1, c2, c3, and d1 are coefficients for ΔTr1, ΔTr2, ΔTr3, and Δt k , respectively. The coefficients c1, c2, c3, and d1 are determined separately when the form of the formula (4) is most suitable for the past operation results of the coke oven 1. For example, a set of data of ΔTr1, ΔTr2, ΔTr3, and Δt k obtained from the past operation results of the coke oven 1 is used as one teacher data to create a large number of teacher data, and the teacher data is used to perform multiple regression analysis to determine the coefficients c1, c2, c3, and d1.
<投入熱量算出部322>
投入熱量算出部322は、目標炉温軌道の候補と、炉状態算出部321により算出された炉団温度の予測値と、に基づいて、非定常操業時における投入熱量の予測値を算出する。なお、本実施形態では、目標炉温軌道の候補は、目標炉温決定部330から出力される場合を例示する。投入熱量算出部322は、目標炉温軌道の候補と、炉状態算出部321により算出された炉団温度の予測値と、の差が小さくなる(好ましくは0(零)になる)投入熱量の予測値として、時刻tの1時間後の予測値Q(t+1)を算出する。このような投入熱量の予測値の算出方法自体は、公知の技術で実現される。投入熱量算出部322は、例えば、PID制御をコンピュータシミュレーションする制御シミュレータを用いて、目標炉温軌道の候補に対する、炉状態算出部321により算出された炉団温度の予測値の偏差に応じた投入熱量の予想値をPID制御により算出する。また、PID制御に代えてPI制御等の他の制御を用いても良い。
<Input heat amount calculation unit 322>
The input heat amount calculation unit 322 calculates a predicted value of the input heat amount during non-steady operation based on the candidate of the target furnace temperature trajectory and the predicted value of the furnace battery temperature calculated by the furnace state calculation unit 321. In this embodiment, the candidate of the target furnace temperature trajectory is output from the target furnace temperature determination unit 330. The input heat amount calculation unit 322 calculates a predicted value Q(t+1) one hour after the time t as a predicted value of the input heat amount that reduces the difference between the candidate of the target furnace temperature trajectory and the predicted value of the furnace battery temperature calculated by the furnace state calculation unit 321 (preferably becomes 0 (zero)). The calculation method of such a predicted value of the input heat amount itself is realized by a known technology. For example, the input heat amount calculation unit 322 uses a control simulator that computer-simulates PID control to calculate a predicted value of the input heat amount according to the deviation of the predicted value of the furnace battery temperature calculated by the furnace state calculation unit 321 from the candidate of the target furnace temperature trajectory by PID control. Moreover, other control such as PI control may be used instead of PID control.
この他、投入熱量算出部322は、以下の(10)式および(11)式を用いて、投入熱量の予測値Q(t+1)を算出しても良い。 In addition, the heat input calculation unit 322 may calculate the predicted value Q(t+1) of the heat input using the following equations (10) and (11).
ここで、Tr_ref(t+m)は、時刻t+mにおける目標炉温軌道(炉団温度の目標値)の候補であり、本実施形態では、目標炉温決定部330から与えられる場合を例示する(図3の目標炉温決定部330から予測値算出部320に向かう矢印線を参照)。Tr(t+m)は、時刻t+mにおける炉団温度の予測値であり、本実施形態では、炉状態算出部321により算出される。従って、Tr_ref(t+m)からTr(t+m)を減算した値であるTr_errは、時刻t+mにおける炉団温度の予測誤差である。Q(t+1)_oldは、更新前の時刻t+1における投入熱量であり、Q(t+1)_newは、更新後の時刻t+1における投入熱量である。また、(11)式に示すGは、Tr_errに乗算される所定のゲインである。mは、2以上の正の整数であり、時刻tよりもどの程度先の時刻における炉団温度の予測誤差を算出対象とするのかに応じて適宜設定される。 Here, Tr_ref(t+m) is a candidate for the target furnace temperature trajectory (target value of furnace battery temperature) at time t+m, and in this embodiment, the case where it is given from the target furnace temperature determination unit 330 is illustrated (see the arrow line from the target furnace temperature determination unit 330 to the predicted value calculation unit 320 in FIG. 3). Tr(t+m) is the predicted value of the furnace battery temperature at time t+m, and in this embodiment, it is calculated by the furnace state calculation unit 321. Therefore, Tr_err, which is the value obtained by subtracting Tr(t+m) from Tr_ref(t+m), is the prediction error of the furnace battery temperature at time t+m. Q(t+1)_old is the input heat amount at time t+1 before the update, and Q(t+1)_new is the input heat amount at time t+1 after the update. In addition, G shown in equation (11) is a predetermined gain multiplied by Tr_err. m is a positive integer equal to or greater than 2, and is set appropriately depending on how far into the future (before time t) the furnace temperature prediction error is to be calculated.
(10)式および(11)式の計算を実行する場合、投入熱量算出部322は、時刻t+1における投入熱量Q(t+1)の候補の初期値を、炉状態算出部321に出力する。時刻t+1における投入熱量Q(t+1)の候補の初期値は、どのようにして定めても良い。例えば、投入熱量算出部322は、時刻t+1における投入熱量Q(t+1)の候補の初期値を、乱数を用いて定めても、予め設定された値に定めても良い。炉状態算出部321は、時刻t+1における投入熱量Q(t+1)の候補の初期値を用いて、<炉状態算出部321>の項で説明したようにして炉団温度の予測値を算出する。このとき、炉状態算出部321は、少なくとも、時刻t~t+mにおける1時間ごとの炉団温度の予測値を算出する。投入熱量算出部322は、炉状態算出部321により算出された時刻t+mにおける炉団温度の予測値と、時刻t+mにおける目標炉温軌道(炉団温度の目標値)の候補と、に基づいて、(10)式により、時刻t+mにおける炉団温度の予測誤差Tr_errを算出する。 When performing the calculations of equations (10) and (11), the input heat amount calculation unit 322 outputs the initial value of the candidate for the input heat amount Q(t+1) at time t+1 to the furnace state calculation unit 321. The initial value of the candidate for the input heat amount Q(t+1) at time t+1 may be determined in any manner. For example, the input heat amount calculation unit 322 may determine the initial value of the candidate for the input heat amount Q(t+1) at time t+1 using a random number or a preset value. The furnace state calculation unit 321 uses the initial value of the candidate for the input heat amount Q(t+1) at time t+1 to calculate the predicted value of the furnace battery temperature as described in the section <Furnace state calculation unit 321>. At this time, the furnace state calculation unit 321 calculates at least the predicted value of the furnace battery temperature for each hour from time t to t+m. The input heat calculation unit 322 calculates the prediction error Tr_err of the furnace temperature at time t+m using equation (10) based on the predicted value of the furnace temperature at time t+m calculated by the furnace state calculation unit 321 and a candidate for the target furnace temperature trajectory (target value of the furnace temperature) at time t+m.
そして、投入熱量算出部322は、時刻t+mにおける炉団温度の予測誤差Tr_errが所定値以下であるか否かを判定する。時刻t+mにおける炉団温度の予測誤差Tr_errは小さいほど好ましい。従って、所定値として、例えば、0(零)または0に近い値が設定される。投入熱量算出部322は、時刻t+mにおける炉団温度の予測誤差Tr_errが所定値以下でない場合、時刻t+1における投入熱量Q(t+1)の候補の初期値を(11)式の右辺第1項(Q(t+1)_old)に与えると共に、時刻t+mにおける炉団温度の予測誤差Tr_errを(11)式の右辺第2項に与えて、(11)式により、更新後の時刻t+1における投入熱量Q(t+1)_newを算出する。投入熱量算出部322は、このようにして算出した更新後の時刻t+1における投入熱量Q(t+1)_newを、時刻t+1における投入熱量Q(t+1)の新たな候補とする。そして、時刻t+1における投入熱量Q(t+1)の新たな候補を用いて、時刻t+1における投入熱量Q(t+1)の候補の炉状態算出部321への出力と、炉状態算出部321による炉団温度の予測値の算出と、時刻t+mにおける炉団温度の予測誤差Tr_errを算出と、更新後の時刻t+1における投入熱量Q(t+1)_newの算出とを、時刻t+mにおける炉団温度の予測誤差Tr_errが所定値以下になるまで繰り返し実行する。 Then, the input heat amount calculation unit 322 determines whether the prediction error Tr_err of the furnace temperature at time t+m is equal to or less than a predetermined value. The smaller the prediction error Tr_err of the furnace temperature at time t+m, the more preferable. Therefore, for example, 0 (zero) or a value close to 0 is set as the predetermined value. If the prediction error Tr_err of the furnace temperature at time t+m is not equal to or less than the predetermined value, the input heat amount calculation unit 322 assigns the initial value of the candidate for the input heat amount Q(t+1) at time t+1 to the first term (Q(t+1)_old) on the right side of equation (11), and assigns the prediction error Tr_err of the furnace temperature at time t+m to the second term on the right side of equation (11), and calculates the input heat amount Q(t+1)_new at time t+1 after updating using equation (11). The input heat amount calculation unit 322 sets the input heat amount Q(t+1)_new at time t+1 after the update calculated in this manner as a new candidate for the input heat amount Q(t+1) at time t+1. Then, using the new candidate for the input heat amount Q(t+1) at time t+1, the following steps are repeatedly performed: output of the candidate for the input heat amount Q(t+1) at time t+1 to the furnace state calculation unit 321; calculation of the predicted value of the furnace battery temperature by the furnace state calculation unit 321; calculation of the prediction error Tr_err of the furnace battery temperature at time t+m; and calculation of the input heat amount Q(t+1)_new at time t+1 after the update, until the prediction error Tr_err of the furnace battery temperature at time t+m becomes equal to or less than a predetermined value.
投入熱量算出部322は、時刻t+mにおける炉団温度の予測誤差Tr_errが所定値以下である場合、当該時刻t+mにおける炉団温度の予測誤差Tr_errを算出する際に用いた更新後の時刻t+1における投入熱量Q(t+1)_newを、時刻t+1における投入熱量Q(t+1)の予測値として確定する。炉状態算出部321は、投入熱量算出部322により確定された時刻t+1における投入熱量Q(t+1)の予測値を用いて時刻t+1における炉団温度Tr(t+1)の予測値を算出し、算出した予測値を、時刻t+1における炉団温度Tr(t+1)の予測値として確定する。 When the prediction error Tr_err of the furnace temperature at time t+m is equal to or less than a predetermined value, the input heat amount calculation unit 322 determines the input heat amount Q(t+1)_new at time t+1 after the update used when calculating the prediction error Tr_err of the furnace temperature at time t+m as the predicted value of the input heat amount Q(t+1) at time t+1. The furnace state calculation unit 321 calculates the predicted value of the furnace temperature Tr(t+1) at time t+1 using the predicted value of the input heat amount Q(t+1) at time t+1 determined by the input heat amount calculation unit 322, and determines the calculated predicted value as the predicted value of the furnace temperature Tr(t+1) at time t+1.
予測値算出部320は、以上のようにして確定した、投入熱量Q(t+1)および炉団温度Tr(t+1)の予測値を、目標炉温決定部330に出力する(図3の予測値算出部320から目標炉温決定部330に向かう矢印線(炉団温度、投入熱量)を参照)。
そして、時刻tを時刻ts+1~te-1まで1時間ごとに後ろにずらして前述したようにして投入熱量Q(t+1)および炉団温度Tr(t+1)の予測値を確定することを繰り返す。これにより、時刻ts+1~teまで1時間ごとの各時刻における、投入熱量Q(t+1)および炉団温度Tr(t+1)の予測値が確定する。非定常操業の終了時刻teにおける炉団温度Tr(te)の予測値が確定すると、炉状態算出部321は、(4)式~(9)式により、非定常操業の終了時のコークス温度Tc(te)の予測値を算出して確定する。予測値算出部320は、以上のようにして確定された、コークス温度Tc(te)の予測値を、目標炉温決定部330に出力する(図3の予測値算出部320から目標炉温決定部330に向かう矢印線(コークス温度)を参照)。
The predicted value calculation unit 320 outputs the predicted values of the input heat amount Q(t+1) and the furnace battery temperature Tr(t+1) determined as described above to the target furnace temperature determination unit 330 (see the arrow line (furnace battery temperature, input heat amount) from the predicted value calculation unit 320 to the target furnace temperature determination unit 330 in Figure 3).
Then, the time t is shifted back by one hour from time ts +1 to time te -1, and the predicted values of the input heat quantity Q(t+1) and the furnace battery temperature Tr(t+1) are determined as described above. This determines the predicted values of the input heat quantity Q(t+1) and the furnace battery temperature Tr(t+1) for each hour from time ts +1 to time te . Once the predicted value of the furnace battery temperature Tr( te ) at the end time te of the unsteady operation is determined, the furnace state calculation unit 321 calculates and determines the predicted value of the coke temperature Tc( te ) at the end of the unsteady operation using equations (4) to (9). The predicted value calculation unit 320 outputs the predicted value of the coke temperature Tc (t e ) determined as described above to the target furnace temperature determination unit 330 (see the arrow line (coke temperature) from the predicted value calculation unit 320 to the target furnace temperature determination unit 330 in Figure 3).
時刻t+mにおける目標炉温軌道の候補Tr_ref(t+m)の候補の数は1つであっても複数であっても良いが、後述する<目標炉温決定部330>の項では、時刻t+mにおける目標炉温軌道の候補Tr_ref(t+m)の候補の数が複数である場合を例示する。時刻t+mにおける目標炉温軌道の候補Tr_ref(t+m)の候補の数が複数である場合、予測値算出部320は、複数の候補のそれぞれについて、時刻ts+1~teの1時間ごとの各時刻における、投入熱量Q(t+1)および炉団温度Tr(t+1)の予測値を、以上のようにして確定する。 The number of candidates for the target furnace temperature trajectory Tr_ref(t+m) at time t+m may be one or more, but in the section <Target furnace temperature determination unit 330> described later, a case where there are multiple candidates for the target furnace temperature trajectory Tr_ref(t+m) at time t+m will be exemplified. When there are multiple candidates for the target furnace temperature trajectory Tr_ref(t+m) at time t+m, the prediction value calculation unit 320 determines the prediction values of the input heat amount Q(t+ 1 ) and the furnace battery temperature Tr(t+1) at each hour from time ts+1 to t for each of the multiple candidates in the above manner.
<目標炉温決定部330>
目標炉温決定部330は、予測値算出部320により算出(確定)された、投入熱量の予測値、炉団温度の予測値、およびコークス温度の予測値に基づいて、目標炉温軌道を決定する。
<Target Furnace Temperature Determination Unit 330>
The target furnace temperature determination unit 330 determines the target furnace temperature trajectory based on the predicted values of the input heat amount, the predicted value of the furnace battery temperature, and the predicted value of the coke temperature calculated (confirmed) by the predicted value calculation unit 320.
図5は、目標炉温軌道の一例を説明する図である。図5の上に示すグラフは、コークス温度の時間変化の一例を示し、下に示すグラフは、炉団温度の時間変化の一例を示す。図5において、白丸の時間軸上の位置(時刻)が、コークス温度、炉団温度が得られる時刻である。図5では、表記の都合上、非定常操業の開始時刻tsから終了時刻teまでの期間にのみ白丸を示すが、コークス温度および炉団温度は、当該期間外においても得られる。 Fig. 5 is a diagram illustrating an example of a target furnace temperature trajectory. The graph shown at the top of Fig. 5 shows an example of a change in coke temperature over time, and the graph shown at the bottom shows an example of a change in furnace battery temperature over time. In Fig. 5, the positions (times) of the white circles on the time axis are the times at which the coke temperature and furnace battery temperature are obtained. For convenience of notation, Fig. 5 shows white circles only in the period from the start time ts to the end time te of unsteady operation, but the coke temperature and furnace battery temperature can be obtained outside this period as well.
図5の上に示すグラフにおいて、Tc(te)は、予測値算出部320により算出(確定)されたコークス温度Tc(te)の予測値である。Tc_svは、非定常操業の終了時のコークス温度の目標値であり、コークスに要求される品質等に応じて設定される。以下の説明では、この目標値Tc_svを、目標コークス温度とも称する。 In the graph shown at the top of Fig. 5, Tc(t e ) is a predicted value of the coke temperature Tc(t e ) calculated (confirmed) by the predicted value calculation unit 320. Tc_sv is a target value of the coke temperature at the end of the non-steady operation, and is set according to the quality required for the coke, etc. In the following description, this target value Tc_sv is also referred to as the target coke temperature.
図5の下に示すグラフにおいて、Tr(ts)は、非定常操業の開始時の炉団温度Tr(ts)の実績値である。ΔTr1は、非定常操業の開始直前の定常状態における炉団温度(=非定常操業の開始時の炉団温度)から、非定常操業時における最低炉団温度までの炉団温度の変化量(℃)である。以下の説明では、ΔTr1を、非定常開始時炉温変化量とも称する。ΔTr2は、非定常操業時における最低炉団温度から、非定常操業の終了直後の定常状態における炉団温度(=非定常操業の終了時の炉団温度)までの炉団温度の変化量(℃)である。以下の説明では、ΔTr2を、非定常終了時炉温変化量とも称する。time1は、炉団温度が、非定常操業の開始直前の定常状態における炉団温度から、非定常操業時における最低炉団温度まで変化するのに要する時間(hr)である。以下の説明では、この時間time1を、最低炉温到達時間time1とも称する。time2は、炉団温度が、非定常操業時における最低炉団温度から、非定常操業の終了直後の定常状態における炉団温度まで変化するのに要する時間(hr)である。以下の説明では、この時間time2を、最低炉温維持時間time2とも称する。time0は、非定常操業の期間(hr)である。そして、非定常操業の開始時刻tsから終了時刻teまでの実線で示すグラフが、目標炉温軌道Tr_refである。 In the graph shown at the bottom of FIG. 5, Tr( ts ) is the actual value of the furnace battery temperature Tr( ts ) at the start of non-steady operation. ΔTr1 is the change in furnace battery temperature (°C) from the furnace battery temperature in the steady state immediately before the start of non-steady operation (= furnace battery temperature at the start of non-steady operation) to the lowest furnace battery temperature during non-steady operation. In the following explanation, ΔTr1 is also referred to as the furnace battery temperature change at the start of non-steady operation. ΔTr2 is the change in furnace battery temperature (°C) from the lowest furnace battery temperature during non-steady operation to the furnace battery temperature in the steady state immediately after the end of non-steady operation (= furnace battery temperature at the end of non-steady operation). In the following explanation, ΔTr2 is also referred to as the furnace battery temperature change at the end of non-steady operation. Time1 is the time (hr) required for the furnace battery temperature to change from the furnace battery temperature in the steady state immediately before the start of non-steady operation to the lowest furnace battery temperature during non-steady operation. In the following description, this time time1 is also referred to as the minimum furnace temperature arrival time time1. Time2 is the time (hr) required for the furnace battery temperature to change from the minimum furnace battery temperature during unsteady operation to the furnace battery temperature in the steady state immediately after the end of unsteady operation. In the following description, this time time2 is also referred to as the minimum furnace temperature maintenance time time2. Time0 is the period (hr) of unsteady operation. The graph shown by the solid line from the start time ts to the end time te of unsteady operation is the target furnace temperature trajectory Tr_ref.
本実施形態では、目標炉温決定部330が、組合せ最適化問題等の最適化問題を解くことにより、図5の下に示すような目標炉温軌道Tr_refの最適解を算出して、目標炉温軌道Tr_refを決定する場合を例示する。この場合、非定常開始時炉温変化量ΔTr1、非定常終了時炉温変化量ΔTr2、最低炉温到達時間time1、および最低炉温維持時間time2が、設計変数(求解対象の変数)になる。 In this embodiment, the target furnace temperature determination unit 330 calculates an optimal solution for the target furnace temperature trajectory Tr_ref as shown in the bottom of Figure 5 by solving an optimization problem such as a combinatorial optimization problem, and determines the target furnace temperature trajectory Tr_ref. In this case, the furnace temperature change amount ΔTr1 at the start of the unsteady state, the furnace temperature change amount ΔTr2 at the end of the unsteady state, the time to reach the minimum furnace temperature time1, and the time to maintain the minimum furnace temperature time2 are design variables (variables to be solved).
まず、目標炉温決定部330は、目標炉温軌道Tr_refの候補群(複数の候補)を生成して予測値算出部320に出力する。本実施形態では、遺伝的アルゴリズム等のメタヒューリスティクス手法を用いて目標炉温軌道Tr_refの最適解を算出する場合を例示する。従って、目標炉温軌道Tr_refの候補群に含まれる個々の候補は、遺伝的アルゴリズム等のメタヒューリスティクス手法で用いられる手法に従って生成される。遺伝的アルゴリズム等のメタヒューリスティクス手法自体は公知の技術で実現されるので、その詳細な説明を省略する。 First, the target reactor temperature determination unit 330 generates a group of candidates (multiple candidates) for the target reactor temperature trajectory Tr_ref and outputs them to the prediction value calculation unit 320. In this embodiment, an example is shown in which an optimal solution for the target reactor temperature trajectory Tr_ref is calculated using a metaheuristics method such as a genetic algorithm. Therefore, each candidate included in the group of candidates for the target reactor temperature trajectory Tr_ref is generated according to a method used in a metaheuristics method such as a genetic algorithm. Since the metaheuristics method such as a genetic algorithm itself is realized by a known technology, a detailed explanation thereof is omitted.
予測値算出部320は、<炉状態算出部321>の項および<投入熱量算出部322>の項で説明したようにして、投入熱量Q(t)の予測値、炉団温度Tr(t)の予測値、およびコークス温度Tc(te)の予測値を算出(確定)する。投入熱量Q(t)の予測値および炉団温度Tr(t)の予測値は、非定常操業の開始時刻tsから非定常操業の終了時刻teまでの1時間ごとの値である。コークス温度Tc(te)の予測値は、非定常操業の終了時の値である。 The predicted value calculation unit 320 calculates (determines) the predicted value of the input heat quantity Q(t), the predicted value of the furnace battery temperature Tr(t), and the predicted value of the coke temperature Tc(t e ) as explained in the sections <Furnace state calculation unit 321> and <Input heat quantity calculation unit 322>. The predicted value of the input heat quantity Q(t) and the predicted value of the furnace battery temperature Tr(t) are values for each hour from the start time t s of the unsteady operation to the end time t e of the unsteady operation. The predicted value of the coke temperature Tc(t e ) is the value at the end of the unsteady operation.
目標炉温決定部330は、予測値算出部320に出力した目標炉温軌道Tr_refの候補と、当該目標炉温軌道Tr_refの候補に対して予測値算出部320により算出(確定)された、投入熱量Q(t)の予測値、炉団温度Tr(t)の予測値、およびコークス温度Tc(te)の予測値と、を用いて、以下の(13)式の制約式を満足する場合の以下の(12)式の評価関数J(適合度関数)の値を算出する。 The target furnace temperature determination unit 330 uses the candidate for the target furnace temperature trajectory Tr_ref output to the prediction value calculation unit 320, and the predicted value of the input heat amount Q(t), the predicted value of the furnace battery temperature Tr(t), and the predicted value of the coke temperature Tc(t e ) calculated (confirmed) by the prediction value calculation unit 320 for the candidate for the target furnace temperature trajectory Tr_ref, to calculate the value of the evaluation function J (fitness function) of the following equation (12) when the constraint equation of the following equation (13) is satisfied.
(12)式の右辺第1項および第3項のtの積算の範囲は、tsからteまでの範囲である(ts≦t≦te)。(12)式の右辺第1項は、目標炉温軌道Tr_refの候補と、炉団温度Tr(t)の予測値と、の差を評価する第1評価指標の一例である。(12)式の右辺第2項は、目標物理量の一例である目標コークス温度Tc_svと、コークスの乾留状態を表す物理量の予測値の一例であるコークス温度Tc(te)の予測値と、の差を評価する第2評価指標の一例である。(12)式の右辺第3項は、投入熱量Q(t)を評価する第3評価指標の一例である。w1、w2、w3は、それぞれの評価指標(評価項目)をどの程度重視するかによって設定されるものであり、各評価指標間の評価のバランスを表す重み係数である(なお、重み係数はコスト係数等とも称される)。本実施形態では、重み係数w1、w2、w3は、正の値とする。この場合、重要な評価指標に対する重み係数を相対的に大きい値とする。また、(12)式に示す例では、(12)式の右辺の各項の値が小さいほど、それぞれの評価指標による評価が高いことを示す。従って、評価関数Jの値は0に近ければ近いほど好ましい。すなわち、目標炉温決定部330は、(13)式の制約式を満足する範囲で評価関数Jの値が(0以上の範囲で)最小になる設計変数を最適解として探索する。前述したように本実施形態では、設計変数は、非定常開始時炉温変化量ΔTr1、非定常終了時炉温変化量ΔTr2、最低炉温到達時間time1、および最低炉温維持時間time2である(図5を参照)。なお、評価関数の値が最大となるような設計変数を最適解として探索しても良い。このようにする場合、例えば、(12)式の右辺の各項に(-1)を乗算したものを評価関数として用いる。目標炉温決定部330は、(13)式の制約式を満足する範囲で、当該評価関数の値が最大となる設計変数を最適解として探索する。 The range of integration of t in the first and third terms on the right side of the formula (12) is from ts to te ( ts ≦t≦ te ). The first term on the right side of the formula (12) is an example of a first evaluation index that evaluates the difference between a candidate for the target furnace temperature trajectory Tr_ref and the predicted value of the furnace battery temperature Tr(t). The second term on the right side of the formula (12) is an example of a second evaluation index that evaluates the difference between the target coke temperature Tc_sv, which is an example of a target physical quantity, and the predicted value of the coke temperature Tc( te ), which is an example of a predicted value of a physical quantity representing the carbonization state of the coke. The third term on the right side of the formula (12) is an example of a third evaluation index that evaluates the input heat amount Q(t). w1, w2, and w3 are weighting coefficients that are set depending on how much importance is attached to each evaluation index (evaluation item) and represent the balance of evaluation between each evaluation index (note that the weighting coefficient is also called a cost coefficient, etc.). In this embodiment, the weighting coefficients w1, w2, and w3 are positive values. In this case, the weighting coefficients for important evaluation indexes are relatively large values. In the example shown in formula (12), the smaller the value of each term on the right side of formula (12), the higher the evaluation by each evaluation index. Therefore, the closer the value of the evaluation function J is to 0, the better. That is, the target furnace temperature determination unit 330 searches for a design variable that minimizes the value of the evaluation function J (within a range of 0 or more) within a range that satisfies the constraint equation of formula (13) as an optimal solution. As described above, in this embodiment, the design variables are the furnace temperature change amount ΔTr1 at the start of the unsteady state, the furnace temperature change amount ΔTr2 at the end of the unsteady state, the minimum furnace temperature arrival time time1, and the minimum furnace temperature maintenance time time2 (see FIG. 5). It is also possible to search for a design variable that maximizes the value of the evaluation function as an optimal solution. In this case, for example, the evaluation function is obtained by multiplying each term on the right side of formula (12) by (-1). The target furnace temperature determination unit 330 searches for a design variable that maximizes the value of the evaluation function within a range that satisfies the constraint equation (13), as an optimal solution.
なお、目標炉温決定部330は、生成した目標炉温軌道Tr_refの候補が(13)式の制約式を満足しない場合、当該目標炉温軌道Tr_refの候補を予測値算出部320に出力せずに破棄する。 If the generated candidate for the target reactor temperature trajectory Tr_ref does not satisfy the constraint equation (13), the target reactor temperature determination unit 330 discards the candidate for the target reactor temperature trajectory Tr_ref without outputting it to the prediction value calculation unit 320.
目標炉温決定部330は、目標炉温軌道Tr_refの候補群に含まれる個々の候補についての評価関数Jの値の算出結果に基づいて、収束条件を満足するか否かを判定する。収束条件は、遺伝的アルゴリズム等のメタヒューリスティクス手法で用いられる収束条件であれば、どのような条件であっても良い。収束条件は、例えば、目標炉温軌道Tr_refの候補群に含まれる個々の候補について算出した評価関数Jの値のうちの最小値が所定値以下であるという条件であっても、評価関数Jの値の算出回数(繰り返し処理の回数)が所定値であるという条件であっても良い。 The target reactor temperature determination unit 330 judges whether or not the convergence condition is satisfied based on the calculation result of the value of the evaluation function J for each candidate included in the candidate group of the target reactor temperature trajectory Tr_ref. The convergence condition may be any condition that is a convergence condition used in a metaheuristic method such as a genetic algorithm. For example, the convergence condition may be a condition that the minimum value of the values of the evaluation function J calculated for each candidate included in the candidate group of the target reactor temperature trajectory Tr_ref is equal to or less than a predetermined value, or a condition that the number of calculations of the value of the evaluation function J (number of iterations) is a predetermined value.
目標炉温決定部330は、収束条件を満足しない場合、目標炉温軌道Tr_refの候補群を再生成して更新する。そして、目標炉温決定部330は、収束条件を満足まで、前述したようにして評価関数Jの値の算出と、収束条件を満足するか否かの判定と、目標炉温軌道Tr_refの候補群の再生成と、を繰り返し実行する。 If the convergence conditions are not satisfied, the target reactor temperature determination unit 330 regenerates and updates the group of candidates for the target reactor temperature trajectory Tr_ref. The target reactor temperature determination unit 330 then repeatedly calculates the value of the evaluation function J, determines whether the convergence conditions are satisfied, and regenerates the group of candidates for the target reactor temperature trajectory Tr_ref as described above until the convergence conditions are satisfied.
目標炉温決定部330は、収束条件を満足したときに算出した複数の目標炉温軌道Tr_refの候補に対する評価関数Jの値のうち、評価関数Jの値が最小値となるときの設計変数(非定常開始時炉温変化量ΔTr1、非定常終了時炉温変化量ΔTr2、最低炉温到達時間time1、および最低炉温維持時間time2)により定まる目標炉温軌道Tr_refを、目標炉温軌道Tr_refの最適解として決定する。 The target furnace temperature determination unit 330 determines the target furnace temperature trajectory Tr_ref, which is determined by the design variables (furnace temperature change amount ΔTr1 at the start of the non-steady state, furnace temperature change amount ΔTr2 at the end of the non-steady state, time time1 to reach the minimum furnace temperature, and time time2 to maintain the minimum furnace temperature) when the value of the evaluation function J is the smallest among the values of the evaluation function J for multiple candidate target furnace temperature trajectories Tr_ref calculated when the convergence conditions are satisfied, as the optimal solution for the target furnace temperature trajectory Tr_ref.
<制御部340>
制御部340は、投入熱量算出部322が投入熱量の予測値を算出する方法と同じ方法で現在時刻の1時間後の時刻における燃焼室3に対する投入熱量を算出する。例えば、投入熱量算出部322が、PID制御をコンピュータシミュレーションする制御シミュレータを用いて現在時刻の1時間後の時刻における投入熱量の予測値を算出する場合、制御部340は、PID制御器を有する。制御部340は、PID制御器を用いて、目標炉温決定部330により決定された目標炉温軌道Tr_refの現在時刻の1時間後の時刻における値を算出する。そして、制御部340は、燃焼室3に対する投入熱量を、算出した現在時刻の1時間後の時刻における燃焼室3に対する投入熱量と、目標炉温決定部330により決定された目標炉温軌道Tr_refの現在時刻の1時間後の時刻における値と、の差に応じた熱量にするための制御信号を生成して出力する。制御信号の出力先として、調整弁5を操作するアクチュエータの制御装置が例示される。当該制御装置は、制御信号に従う開度になるように調整弁5を操作することをアクチュエータに指示する。
<Control Unit 340>
The control unit 340 calculates the input heat amount to the combustion chamber 3 at a time one hour after the current time in the same manner as the input heat amount calculation unit 322 calculates the predicted value of the input heat amount. For example, when the input heat amount calculation unit 322 calculates the predicted value of the input heat amount at a time one hour after the current time using a control simulator that computer-simulates PID control, the control unit 340 has a PID controller. The control unit 340 calculates the value of the target furnace temperature trajectory Tr_ref determined by the target furnace temperature determination unit 330 at a time one hour after the current time using the PID controller. Then, the control unit 340 generates and outputs a control signal for making the input heat amount to the combustion chamber 3 a heat amount corresponding to the difference between the calculated input heat amount to the combustion chamber 3 at a time one hour after the current time and the value of the target furnace temperature trajectory Tr_ref determined by the target furnace temperature determination unit 330 at a time one hour after the current time. An example of an output destination of the control signal is a control device of an actuator that operates the adjustment valve 5. The control device instructs the actuator to operate the regulating valve 5 so as to open to an opening degree in accordance with the control signal.
また、例えば、投入熱量算出部322が、(10)式および(11)式を用いて、投入熱量の予測値Q(t+1)を算出する場合、制御部340は、(10)式および(11)式を用いて、投入熱量の予測値Q(t+1)を算出し、燃焼室3に対する投入熱量を当該投入熱量の予測値Q(t+1)にするための制御信号を生成して出力しても良い。なお、このようにする場合には、現在時刻の1時間後の時刻までの投入熱量の予測値Q(t+1)が算出されれば良い。すなわち、このようにする場合、<投入熱量算出部322>の項における説明において、時刻tを時刻ts+1~te-1まで1時間ごとに後の時刻にずらして繰り返し実行する処理は不要である。 Also, for example, when the input heat amount calculation unit 322 calculates the predicted value Q(t+1) of the input heat amount using the formulas (10) and (11), the control unit 340 may calculate the predicted value Q(t+1) of the input heat amount using the formulas (10) and (11) and generate and output a control signal for setting the input heat amount to the combustion chamber 3 to the predicted value Q(t+1) of the input heat amount. In this case, it is sufficient to calculate the predicted value Q(t+1) of the input heat amount up to the time one hour after the current time. That is, in this case, in the description in the section <Input heat amount calculation unit 322>, the process of shifting the time t to a later time every hour from time t s +1 to time t e -1 and repeatedly executing the process is not necessary.
<非定常操業中に操業条件が変更される場合>
以上の炉状態算出部321、投入熱量算出部322、および目標炉温決定部330における処理は、非定常操業の開始時刻tsになると実行され、目標炉温軌道が決定される。その後、非定常操業の途中で、目標炉温軌道の決定に影響する操業条件が変更される場合がある。このような場合には、当該操業条件が変更されたタイミング以降の目標炉温軌道を決定し直すのが好ましい。このような操業条件として、乾留時間のスケジュール値が例示される。乾留時間のスケジュール値が変更されると、非定常操業の終了時刻teが変更される。そこで、以下では、乾留時間のスケジュール値が非定常操業の開始時刻tsにおける値よりも長くなった場合を例示して、非定常操業中に操業条件が変更された場合の目標炉温軌道の再決定方法の一例を説明する。なお、或る通りに属する炭化室2におけるコークスの乾留時間のスケジュール値の変更は、例えば、当該通りよりも先に窯出し装炭作業が実行される通りに属する炭化室2における窯出し装炭作業が予定よりも遅れたり早まったりすることにより発生する。
<When operating conditions are changed during non-steady operation>
The above-mentioned processes in the furnace state calculation unit 321, input heat amount calculation unit 322, and target furnace temperature determination unit 330 are executed at the start time ts of the non-steady operation, and the target furnace temperature trajectory is determined. Thereafter, during the non-steady operation, the operating conditions that affect the determination of the target furnace temperature trajectory may be changed. In such a case, it is preferable to re-determine the target furnace temperature trajectory after the timing at which the operating conditions are changed. An example of such an operating condition is the schedule value of the carbonization time. When the schedule value of the carbonization time is changed, the end time t e of the non-steady operation is changed. Therefore, hereinafter, an example of a method for re-determining the target furnace temperature trajectory when the operating conditions are changed during the non-steady operation will be described by exemplifying a case in which the schedule value of the carbonization time is longer than the value at the start time ts of the non-steady operation. Note that the change in the schedule value of the carbonization time of the coke in the carbonization chamber 2 belonging to a certain street occurs, for example, when the kiln unloading coal loading work in the carbonization chamber 2 belonging to a street where the kiln unloading coal loading work is performed earlier than the street is delayed or advanced.
図6Aは、非定常操業の開始時刻tsに決定される目標炉温軌道の一例を説明する図であり、図6Bは、操業条件が変更されたタイミングで決定される目標炉温軌道の一例を説明する図である。
図6Aおよび図6Bにおいて、Tr_ref_oldは、非定常操業の開始時刻tsに決定された目標炉温軌道を示す。図6Aおよび図6Bにおいて、Tr_mesは、炉団温度Tr(t)の実績値である実績炉温軌道を示す。図6Aでは、非定常操業の開始時刻tsまで炉団温度Tr(t)の実績値が得られていることを示す。図6Aでは、目標炉温軌道Tr_ref_oldに対応する設計変数(非定常開始時炉温変化量ΔTr1、非定常終了時炉温変化量ΔTr2、最低炉温到達時間time1、および最低炉温維持時間time2)を、ΔTr1_old、ΔTr2_old、time1_old、time2_oldと表記している。
FIG. 6A is a diagram illustrating an example of a target furnace temperature trajectory determined at the start time ts of unsteady operation, and FIG. 6B is a diagram illustrating an example of a target furnace temperature trajectory determined at the timing when the operating conditions are changed.
In Figures 6A and 6B, Tr_ref_old indicates the target furnace temperature trajectory determined at the start time ts of unsteady operation. In Figures 6A and 6B, Tr_mes indicates the actual furnace temperature trajectory, which is the actual value of the furnace battery temperature Tr(t). Figure 6A shows that the actual value of the furnace battery temperature Tr(t) is obtained up to the start time ts of unsteady operation. In Figure 6A, the design variables corresponding to the target furnace temperature trajectory Tr_ref_old (furnace temperature change amount ΔTr1 at the start of unsteady operation, furnace temperature change amount ΔTr2 at the end of unsteady operation, minimum furnace temperature arrival time time1, and minimum furnace temperature maintenance time time2) are denoted as ΔTr1_old, ΔTr2_old, time1_old, and time2_old.
非定常操業の途中で、目標炉温軌道の決定に影響する操業条件が変更された場合には、非定常操業の開始時刻tsから、非定常操業の終了時刻teまでではなく、操業条件が変更された時刻から、非定常操業の終了時刻teまでの期間において、予測値算出部320(炉状態算出部321および投入熱量算出部322)による、投入熱量Q(t)の予測値、炉団温度Tr(t)の予測値、およびコークス温度Tc(te)の予測値の算出(確定)と、目標炉温決定部330による目標炉温軌道Tr_refの決定と、が実行される。この場合、設計変数のうち、操業条件が変更された時刻において変更できない設計変数については、目標炉温決定部330により既に決定されている(最新の)目標炉温軌道Tr_refにおける値にする。従って、目標炉温決定部330による評価関数Jの算出に際して、(13)式に示す制約式に加えて、操業条件が変更された時刻において変更できない設計変数が、目標炉温決定部330により既に決定されている(最新の)目標炉温軌道Tr_refにおける値であるという制約条件を示す制約式が追加される。 When the operating conditions that affect the determination of the target furnace temperature trajectory are changed during the unsteady operation, the calculation (confirmation) of the predicted value of the input heat amount Q(t ) , the predicted value of the furnace battery temperature Tr(t ) , and the predicted value of the coke temperature Tc(t e ) is performed by the predicted value calculation unit 320 (furnace state calculation unit 321 and input heat amount calculation unit 322) and the determination of the target furnace temperature trajectory Tr_ref is performed by the target furnace temperature determination unit 330 during the period from the time when the operating conditions are changed to the time when the unsteady operation is ended, not from the start time t s of the unsteady operation to the end time t e of the unsteady operation. In this case, the design variables that cannot be changed at the time when the operating conditions are changed are set to the values in the (latest) target furnace temperature trajectory Tr_ref already determined by the target furnace temperature determination unit 330. Therefore, when the target reactor temperature determination unit 330 calculates the evaluation function J, in addition to the constraint equation shown in equation (13), a constraint equation is added indicating the constraint condition that the design variables that cannot be changed at the time when the operating conditions are changed are values on the (latest) target reactor temperature trajectory Tr_ref that has already been determined by the target reactor temperature determination unit 330.
また、非定常操業の開始時刻tsから、操業条件が変更された時刻までの期間における、投入熱量および炉団温度については、予想値ではなく実測値を用いる。従って、目標炉温決定部330による評価関数Jの算出に際して、(13)式に示す制約式に加えて、非定常操業の開始時刻tsから、操業条件が変更された時刻までの期間における、投入熱量Q(t)、炉団温度Tr(t)の値は、(予想値ではなく)実測値であるという制約条件を示す制約式が追加される。 Furthermore, for the input heat quantity and furnace battery temperature during the period from the start time ts of unsteady operation to the time when the operating conditions are changed, actual measured values are used instead of predicted values. Therefore, when the target furnace temperature determination unit 330 calculates the evaluation function J, in addition to the constraint equation shown in equation (13), a constraint equation is added indicating the constraint condition that the input heat quantity Q(t) and furnace battery temperature Tr(t) during the period from the start time ts of unsteady operation to the time when the operating conditions are changed are actual measured values (not predicted values).
また、炉状態算出部321、投入熱量算出部322、および目標炉温決定部330における処理において、変更後の操業条件が用いられる。非定常操業の終了時刻teにおける乾留時間tk(te)のスケジュール値が変更される場合、(9)式におけるtk(te)の値が変更される。また、非定常操業の期間time0が変更される。 The changed operating conditions are used in the processes of the furnace state calculation unit 321, the input heat amount calculation unit 322, and the target furnace temperature determination unit 330. When the schedule value of the carbonization time tk (t e ) at the end time t e of the unsteady operation is changed, the value of tk (t e ) in the formula (9) is changed. Also, the period time0 of the unsteady operation is changed.
図6Bでは、時刻tmにおいて操業条件が変更された場合を例示する。この場合、操業条件が変更された時刻tmまで炉団温度Tr(t)の実績値(実績炉温軌道Tr_mes)が得られていることになる。操業条件が変更された時刻tmにおいて、設計変数のうち、操業条件が変更された時刻tmにおいて変更できない設計変数は、非定常開始時炉温変化量ΔTr1および最低炉温到達時間time1である。従って、目標炉温決定部330による評価関数Jの算出に際して、(13)式に示す制約式に加えて、非定常開始時炉温変化量ΔTr1および最低炉温到達時間time1を、非定常操業の開始時刻tsに決定された目標炉温軌道Tr_ref_oldにおける非定常開始時炉温変化量ΔTr1_oldおよび最低炉温到達時間time1_oldとする制約式(ΔTr1=ΔTr1_old、time1=time1_old)が追加される。また、(13)式の非定常操業の期間time0は、図6Aに示す変更前の期間time0_oldから図6Bに示す変更後の期間time0_newに変更される。なお、乾留時間のスケジュール値が変更されることは、例えば、窯出し装炭作業(コークスの押出作業)の際に把握される。 6B illustrates an example in which the operating conditions are changed at time tm . In this case, the actual value of the furnace battery temperature Tr(t) (actual furnace temperature trajectory Tr_mes) is obtained up to time tm when the operating conditions are changed. At time tm when the operating conditions are changed, among the design variables, the design variables that cannot be changed at time tm when the operating conditions are changed are the furnace temperature change amount ΔTr1 at the start of the unsteady operation and the minimum furnace temperature arrival time time1. Therefore, when the target furnace temperature determination unit 330 calculates the evaluation function J, in addition to the constraint equation shown in equation (13), a constraint equation (ΔTr1=ΔTr1_old, time1=time1_old) is added in which the furnace temperature change amount ΔTr1 at the start of the non-steady state and the minimum furnace temperature arrival time time1 are set to the non-steady state start furnace temperature change amount ΔTr1_old and the minimum furnace temperature arrival time time1_old in the target furnace temperature trajectory Tr_ref_old determined at the start time ts of the non-steady state operation. In addition, the period time0 of the non-steady state operation in equation (13) is changed from the period time0_old before the change shown in FIG. 6A to the period time0_new after the change shown in FIG. 6B. The change in the schedule value of the carbonization time is grasped, for example, during the coal loading work (coke extrusion work).
以上の変更を行った上で前述した炉状態算出部321、投入熱量算出部322、および目標炉温決定部330における処理を実行することにより、操業条件が変更された時刻tmにおいて変更可能な設計変数が決定される。図6Bでは、操業条件が変更された時刻tmにおいて変更可能な設計変数(非定常終了時炉温変化量ΔTr2、最低炉温維持時間time2)を、ΔTr2_new、time2_newと表記している。また、図6Bでは、図6Aに示す目標炉温軌道Tr_ref_oldのうち、操業条件が変更された時刻tm以降の時刻における部分が、非定常終了時炉温変化量ΔTr2_new、最低炉温維持時間time2_newにより定まる目標炉温軌道Tr_ref_newに変更されることを示す。なお、図6Bでは、目標炉温軌道Tr_ref_newとの比較のために、図6Aに示す目標炉温軌道Tr_ref_oldのうち、操業条件が変更された時刻tm以降の時刻における部分も示す。 After the above changes are made, the furnace state calculation unit 321, the input heat amount calculation unit 322, and the target furnace temperature determination unit 330 execute the processes described above to determine the design variables that can be changed at the time t m when the operating conditions are changed. In Fig. 6B, the design variables that can be changed at the time t m when the operating conditions are changed (furnace temperature change amount ΔTr2 at the end of the non-steady state, and the minimum furnace temperature maintenance time time2) are denoted as ΔTr2_new and time2_new. Fig. 6B also shows that the part of the target furnace temperature trajectory Tr_ref_old shown in Fig. 6A at the time after the time t m when the operating conditions are changed is changed to the target furnace temperature trajectory Tr_ref_new determined by the furnace temperature change amount ΔTr2_new at the end of the non-steady state and the minimum furnace temperature maintenance time time2_new. In addition, for comparison with the target furnace temperature trajectory Tr_ref_new, FIG. 6B also shows the portion of the target furnace temperature trajectory Tr_ref_old shown in FIG. 6A from the time tm when the operating conditions were changed onward.
<フローチャート>
次に、図7のフローチャートを参照しながら、処理装置300を用いた処理方法の一例を説明する。
<Flowchart>
Next, an example of a processing method using the processing device 300 will be described with reference to the flow chart of FIG.
まず、ステップS701において、取得部310は、処理装置300で使用するデータを取得する。
本実施形態では、取得部310は、非定常操業の終了時のコークス温度の目標値である目標コークス温度Tc_sv(℃)を取得する(図5を参照)。
また、取得部310は、通り時間ttと、通り数Da(個)とを取得する。通り時間ttは、スケジュール値または実績値である。
また、取得部310は、非定常操業の開始時刻tsにおける乾留時間tk(ts)の実績値(hr)と、非定常操業の終了時刻teにおける乾留時間tk(te)のスケジュール値(hr)と、を取得する。
First, in step S 701 , the acquisition unit 310 acquires data to be used in the processing device 300 .
In this embodiment, the acquisition unit 310 acquires a target coke temperature Tc_sv (° C.), which is a target value of the coke temperature at the end of the unsteady operation (see FIG. 5 ).
The acquisition unit 310 also acquires a pass time t t and a pass number Da (items). The pass time t t is a schedule value or a performance value.
The acquisition unit 310 also acquires the actual value (hr) of the carbonization time t k (t s ) at the start time t s of the non-steady operation and the scheduled value (hr) of the carbonization time t k (t e ) at the end time t e of the non-steady operation.
また、取得部310は、非定常操業の開始時刻tsと、非定常操業の終了時刻teとを取得する(図5を参照)。非定常操業の開始時刻tsは実績値である。非定常操業の終了時刻teは、予定時刻である。取得部310は、非定常操業の開始時刻tsに、非定常操業の開始時刻teにおける乾留時間(te)のスケジュール値を加算した値を非定常操業の終了時刻teとして算出する。このようにすることに代えて、取得部310は、非定常操業の開始時刻tsと、各通りにおける通り時間ttの加算値と、を加算した値を、非定常操業の終了時刻teとして算出しても良い。そして、取得部310は、非定常操業の開始時刻tsと、非定常操業の終了時刻teと、に基づいて、非定常操業の期間time0(hr)を算出する(図5を参照)。 The acquisition unit 310 also acquires the start time t s of the non-steady operation and the end time t e of the non-steady operation (see FIG. 5). The start time t s of the non-steady operation is an actual value. The end time t e of the non-steady operation is a scheduled time. The acquisition unit 310 calculates the end time t e of the non-steady operation by adding the schedule value of the carbonization time (t e ) at the start time t e of the non-steady operation to the start time t s of the non-steady operation. Instead of doing so, the acquisition unit 310 may calculate the end time t e of the non-steady operation by adding the start time t s of the non-steady operation and the sum of the run times t t in each run. Then, the acquisition unit 310 calculates the period time0 (hr) of the non-steady operation based on the start time t s of the non-steady operation and the end time t e of the non-steady operation (see FIG. 5).
また、取得部310は、非定常操業の開始時刻tsにおける炉団温度Tr(ts)の実績値(℃)を取得する(図5を参照)。
取得部310は、前述した実績値の他に、炉団温度Tr(t)、コークスの押出作業の終了時のコークス温度Tc(t)、および燃焼室3に対する投入熱量Q(t)等、コークス炉1における各種の実績値(操業実績データ)を取得する。図4を参照しながら前述したように、炉団温度Trおよび燃焼室3に対する投入熱量Qは、コークス炉1の制御周期で取得される。また、コークスの押出作業の終了時のコークス温度Tcは、通り時間の周期で取得される。
The acquisition unit 310 also acquires the actual value (° C.) of the furnace battery temperature Tr(t s ) at the start time t s of the unsteady operation (see FIG. 5 ).
The acquisition unit 310 acquires various actual values (operational performance data) of the coke oven 1, such as the oven battery temperature Tr(t), the coke temperature Tc(t) at the end of the coke pushing operation, and the amount of heat Q(t) input to the combustion chamber 3, in addition to the aforementioned actual values. As described above with reference to Fig. 4, the oven battery temperature Tr and the amount of heat Q input to the combustion chamber 3 are acquired at the control period of the coke oven 1. In addition, the coke temperature Tc at the end of the coke pushing operation is acquired at the pass time period.
また、取得部310は、予測値算出部320および目標炉温決定部330における処理で使用される定数として、重み係数w1、w2、w3、係数a1~a2、b1、c1~c3、d1、時間Δt1、Δt2、Δt3、ゲインG、および非定常操業の終了時のコークス温度の目標値Tc_sv等を取得する。また、取得部310は、コークス炉1における操業条件として前述した操業条件(目標コークス温度Tc_svや乾留時間(te)のスケジュール値等)以外の操業条件を取得しても良い。
なお、取得部310におけるデータの取得のタイミングは、図7に例示するタイミングに限定されず、図7のいずれのタイミングであっても良い。
The acquisition unit 310 also acquires weighting coefficients w1, w2, w3, coefficients a1 to a2, b1, c1 to c3, d1, times Δt 1 , Δt 2 , Δt 3 , gain G, and a target value Tc_sv of the coke temperature at the end of unsteady operation as constants used in the processing in the prediction value calculation unit 320 and the target furnace temperature determination unit 330. The acquisition unit 310 may also acquire operation conditions other than the above-mentioned operation conditions (such as the target coke temperature Tc_sv and the scheduled value of the carbonization time (t e )) as the operation conditions in the coke oven 1.
The timing of data acquisition by the acquisition unit 310 is not limited to the timing exemplified in FIG. 7, and may be any timing in FIG.
次に、ステップS702において、取得部310は、目標炉温軌道Tr_refを決定するタイミングであるか否かを判定する。本実施形態では、取得部310は、非定常操業が開始したタイミングと、操業条件が変更されたタイミングで、目標炉温軌道Tr_refを決定するタイミングであると判定する。取得部310は、例えば、ステップS701において、非定常操業の開始時刻tsを取得している場合に、非定常操業が開始したと判定する。また、取得部310は、例えば、ステップS701において、非定常操業の終了時刻teにおける乾留時間tk(te)のスケジュール値として、既に取得しているスケジュール値と異なるスケジュール値を取得している場合に、操業条件が変更されたと判定する。 Next, in step S702, the acquisition unit 310 determines whether it is time to determine the target furnace temperature trajectory Tr_ref. In this embodiment, the acquisition unit 310 determines that it is time to determine the target furnace temperature trajectory Tr_ref at the timing when the non-steady operation starts and the timing when the operating conditions are changed. For example, in step S701, the acquisition unit 310 determines that the non-steady operation has started when the start time t s of the non-steady operation is acquired. In addition, in step S701, the acquisition unit 310 determines that the operating conditions have been changed when, for example, in step S701, the acquisition unit 310 acquires a schedule value of the carbonization time t k (t e ) at the end time t e of the non-steady operation that is different from the schedule value already acquired.
ステップS702の判定の結果、目標炉温軌道Tr_refを決定するタイミングでない場合(ステップS702でNOの場合)、ステップS701の処理が再び実行される。そして、ステップS702の判定の結果、目標炉温軌道Tr_refを決定するタイミングであると判定されると(ステップS702でYESの場合)、ステップS703の処理が実行される。 If the result of the judgment in step S702 is that it is not time to determine the target reactor temperature trajectory Tr_ref (NO in step S702), the processing in step S701 is executed again. Then, if the result of the judgment in step S702 is that it is time to determine the target reactor temperature trajectory Tr_ref (YES in step S702), the processing in step S703 is executed.
ステップS703において、目標炉温決定部330は、目標炉温軌道Tr_refの候補群の初期値を生成する。
次に、ステップS704において、処理装置300は、現在処理時刻tを、目標炉温軌道Tr_refを決定する時刻tcに設定する。本実施形態では、目標炉温軌道Tr_refを決定する時刻tcは、非定常操業の開始時刻tsまたは操業条件が変更された時刻tmである。なお、現在処理時刻tは、現実の時刻ではなく、コンピュータシミュレーションにおけるシミュレーション時刻である。
In step S703, the target reactor temperature determination unit 330 generates an initial value of a group of candidates for the target reactor temperature trajectory Tr_ref.
Next, in step S704, the processing device 300 sets the current processing time t to the time tc at which the target furnace temperature trajectory Tr_ref is determined. In this embodiment, the time tc at which the target furnace temperature trajectory Tr_ref is determined is the start time ts of the unsteady operation or the time tm at which the operating conditions are changed. Note that the current processing time t is not an actual time but a simulation time in a computer simulation.
次に、ステップS705において、投入熱量算出部322は、目標炉温軌道Tr_refの候補と、炉状態算出部321により算出された炉団温度の予測値と、に基づいて、時刻t+1における投入熱量Q(t+1)の予測値を、目標炉温軌道Tr_refの候補群に含まれる複数の候補のそれぞれについて算出する。前述したように時刻t+1における投入熱量Q(t+1)の予測値の算出は、例えば、PID制御をコンピュータシミュレーションする制御シミュレータや、(10)式および(11)式を用いた計算等により実現される。 Next, in step S705, the input heat amount calculation unit 322 calculates the predicted value of the input heat amount Q(t+1) at time t+1 for each of the multiple candidates included in the candidate group of target furnace temperature trajectory Tr_ref based on the candidates for the target furnace temperature trajectory Tr_ref and the predicted value of the furnace battery temperature calculated by the furnace state calculation unit 321. As described above, the calculation of the predicted value of the input heat amount Q(t+1) at time t+1 is realized, for example, by a control simulator that computer-simulates PID control, or by calculation using equations (10) and (11).
次に、ステップS706において、炉状態算出部321は、ステップS705で算出された時刻t+1における投入熱量Q(t+1)の予測値と、時刻t+1よりも前の時刻t、t-1、t-2における炉団温度Tr(t)、Tr(t-1)、Tr(t-2)の予測値および/または実測値と、を用いて、炉団温度の予測値Tr(t+1)を算出する((1)式~(3)式を参照)。なお、時刻t+1が時刻ts+1である場合、炉団温度Tr(t)、Tr(t-1)、Tr(t-2)の実測値が用いられる。時刻t+1が時刻ts+4以降においては、炉団温度Tr(t)、Tr(t-1)、Tr(t-2)の予測値が用いられる。時刻t+1が、これらの間の時刻である場合、炉団温度Tr(t)、Tr(t-1)、Tr(t-2)の予測値と実測値との双方が用いられる。 Next, in step S706, the furnace state calculation unit 321 calculates the predicted value of the furnace battery temperature Tr(t+1) using the predicted value of the input heat quantity Q(t+1) at time t+1 calculated in step S705 and the predicted values and/or measured values of the furnace battery temperatures Tr(t), Tr(t-1), Tr(t-2) at times t, t-1, t-2 prior to time t+1 (see formulas (1) to (3)). Note that when time t+1 is time t s +1, the measured values of the furnace battery temperatures Tr(t), Tr(t-1), Tr(t-2) are used. When time t+1 is time t s +4 or later, the predicted values of the furnace battery temperatures Tr(t), Tr(t-1), Tr(t-2) are used. If time t+1 is an intermediate time, then both the predicted and measured values of the furnace battery temperatures Tr(t), Tr(t-1), and Tr(t-2) are used.
次に、ステップS707において、処理装置300は、現在処理時刻tが時刻te-1であるか否かを判定する。この判定の結果、現在処理時刻tが時刻te-1でない場合(ステップS707でNOの場合)、ステップS708の処理が実行される。 Next, in step S707, the processing device 300 judges whether the current processing time t is time t e - 1. If the result of this judgment is that the current processing time t is not time t e - 1 (NO in step S707), the processing proceeds to step S708.
ステップS708において、処理装置300は、現在処理時刻tに1時間を加算して現在処理時刻tを更新する。そして、ステップS705~S706において、更新後の現在処理時刻tの1時間後の時刻t+1における、投入熱量Q(t+1)の予測値および炉団温度Tr(t+1)の予測値が、目標炉温軌道Tr_refの候補群に含まれる複数の候補のそれぞれについて算出される。以上のように、ステップS707において、現在処理時刻tが時刻te-1になると判定されるまで、ステップS705~S708の処理は繰り返し実行される。 In step S708, the processing device 300 adds one hour to the current processing time t to update the current processing time t. Then, in steps S705 to S706, the predicted value of the input heat quantity Q(t+1) and the predicted value of the furnace battery temperature Tr(t+1) at time t+1, which is one hour after the updated current processing time t, are calculated for each of the multiple candidates included in the candidate group of the target furnace temperature trajectory Tr_ref. As described above, the processing in steps S705 to S708 is repeatedly executed until it is determined in step S707 that the current processing time t becomes time t e -1.
ステップS707において、現在処理時刻tが時刻te-1であると判定されると(ステップS707でYESの場合)、目標炉温軌道Tr_refを決定する時刻tc(非定常操業の開始時刻tsまたは操業条件が変更された時刻tm)から、非定常操業の終了時刻teまでの1時間ごとの各時刻t+1における投入熱量Q(t+1)の予測値および炉団温度Tr(t+1)の予測値が、目標炉温軌道Tr_refの候補群に含まれる複数の候補のそれぞれについて算出される。この場合、ステップS709の処理が実行される。 In step S707, when it is determined that the current processing time t is time t e -1 (YES in step S707), the predicted value of the input heat quantity Q (t+1) and the predicted value of the furnace battery temperature Tr(t+1) at each time t+1 for each hour from the time t c at which the target furnace temperature trajectory Tr_ref is determined (the start time t s of the non-steady operation or the time t m at which the operating conditions are changed) to the end time t e of the non-steady operation are calculated for each of the multiple candidates included in the candidate group for the target furnace temperature trajectory Tr_ref. In this case, the processing of step S709 is executed.
ステップS709において、炉状態算出部321は、非定常操業の開始時刻tsにおける炉団温度Tr(ts)の実績値、非定常操業の終了時刻teにおける炉団温度Tr(te)の予測値、非定常操業の開始時刻tsにおける乾留時間tk(ts)の実績値、および非定常操業の終了時刻teにおける乾留時間tk(te)のスケジュール値に基づいて、非定常操業の終了時刻teにおけるコークス温度Tc(te)の予測値を、目標炉温軌道Tr_refの候補群に含まれる複数の候補のそれぞれについて算出する((4)式~(9)式を参照)。なお、非定常操業の終了時刻teにおけるコークス温度Tc(te)の予測値を算出する際には、(6)~(8)式により計算される非定常操業中の炉団温度の予測値Tr(te-Δt1)、Tr(te-Δt2)、Tr(te-Δt3)も用いられる。 In step S709, the furnace state calculation unit 321 calculates the predicted value of the coke temperature Tc(t e ) at the end time t e of non-steady operation for each of multiple candidates included in the candidate group of target furnace temperature trajectory Tr_ref based on the actual value of the furnace battery temperature Tr (t s ) at the start time t s of non-steady operation, the predicted value of the furnace battery temperature Tr (t e ) at the end time t e of non-steady operation, the actual value of the carbonization time t k (t s ) at the start time t s of non-steady operation, and the scheduled value of the carbonization time t k (t e ) at the end time t e of non-steady operation (see equations (4) to (9)). In addition, when calculating the predicted value of the coke temperature Tc(t e ) at the end time t e of unsteady operation, the predicted values Tr(t e -Δt 1 ), Tr(t e -Δt 2 ), Tr(t e -Δt 3 ) of the furnace battery temperatures during unsteady operation calculated by equations (6) to (8) are also used.
次に、ステップS710において、目標炉温決定部330は、(13)式を含む制約式を満足する場合の(12)式の評価関数Jの値を、目標炉温軌道Tr_refの候補群に含まれる複数の候補のそれぞれについて算出する。
次に、ステップS711において、目標炉温決定部330は、収束条件を満足するか否かを判定する。この判定の結果、収束条件を満足しない場合(ステップS711でNOの場合)、ステップS712の処理が実行される。ステップS712において、目標炉温決定部330は、目標炉温軌道Tr_refの候補群を更新する。そして、更新後の目標炉温軌道Tr_refの候補を用いて、ステップS704~S711の処理が実行される。このようにステップS704~S712の処理は、収束条件を満足するまで繰り返し実行される。
Next, in step S710, the target reactor temperature determination unit 330 calculates the value of the evaluation function J of equation (12) when the constraint equations including equation (13) are satisfied, for each of a plurality of candidates included in the candidate group of the target reactor temperature trajectory Tr_ref.
Next, in step S711, the target reactor temperature determination unit 330 judges whether or not the convergence condition is satisfied. If the result of this judgment is that the convergence condition is not satisfied (NO in step S711), the process of step S712 is executed. In step S712, the target reactor temperature determination unit 330 updates the group of candidates for the target reactor temperature trajectory Tr_ref. Then, the processes of steps S704 to S711 are executed using the candidates for the updated target reactor temperature trajectory Tr_ref. In this manner, the processes of steps S704 to S712 are repeatedly executed until the convergence condition is satisfied.
そして、ステップS711において、収束条件を満足すると判定されると(ステップS711でYESの場合)、ステップS713の処理が実行される。ステップS713において、目標炉温決定部330は、収束条件を満足したときに算出した複数の目標炉温軌道Tr_refの候補に対する評価関数Jの値のうち、評価関数Jの値が最小値となるときの設計変数(非定常開始時炉温変化量ΔTr1、非定常終了時炉温変化量ΔTr2、最低炉温到達時間time1、および最低炉温維持時間time2)により定まる目標炉温軌道Tr_refを、目標炉温軌道Tr_refとして決定する。
次に、ステップS714において、制御部340は、ステップS705で投入熱量算出部322により投入熱量Q(t+1)の予測値を算出するのと同じ方法で現在時刻の1時間後の時刻における燃焼室3に対する投入熱量を算出する。そして、制御部340は、燃焼室3に対する投入熱量を、算出した現在時刻の1時間後の時刻における燃焼室3に対する投入熱量と、目標炉温決定部330により決定された目標炉温軌道Tr_refの現在時刻の1時間後の時刻における値と、の差に応じた熱量にするための制御信号を生成して出力する。なお、現在時刻は、当該ステップS714を実行するときの現実の時刻である。ステップS714の処理が終了すると、図7のフローチャートによる処理は終了する。
Then, in step S711, when it is determined that the convergence condition is satisfied (YES in step S711), the process of step S713 is executed. In step S713, the target furnace temperature determination unit 330 determines, as the target furnace temperature trajectory Tr_ref, the target furnace temperature trajectory Tr_ref determined by the design variables (furnace temperature change amount ΔTr1 at the start of unsteady state, furnace temperature change amount ΔTr2 at the end of unsteady state, minimum furnace temperature reaching time time1, and minimum furnace temperature maintaining time time2) when the value of the evaluation function J is the minimum value among the values of the evaluation function J for the candidates of the target furnace temperature trajectory Tr_ref calculated when the convergence condition is satisfied.
Next, in step S714, the control unit 340 calculates the input heat amount to the combustion chamber 3 at a time one hour after the current time in the same manner as the input heat amount calculation unit 322 calculates the predicted value of the input heat amount Q(t+1) in step S705. Then, the control unit 340 generates and outputs a control signal for making the input heat amount to the combustion chamber 3 a heat amount corresponding to the difference between the calculated input heat amount to the combustion chamber 3 at a time one hour after the current time and the value of the target furnace temperature trajectory Tr_ref at a time one hour after the current time determined by the target furnace temperature determination unit 330. Note that the current time is the actual time when the step S714 is executed. When the processing of step S714 is completed, the processing according to the flowchart of FIG. 7 is completed.
<計算例>
図8は、目標炉温軌道Tr_refおよび実績炉温軌道Tr_mesの一例を示す図である。図8に示す実績炉温軌道Tr_mesは、過去の操業の結果から所望の品質を満足するコークスが製造されたときの炉団温度である。目標炉温軌道Tr_refは、当該過去の操業において、目標炉温軌道Tr_refを決定する時刻tc(非定常操業の開始時刻tsまたは操業条件が変更された時刻tm)よりも後の時刻の実績値を用いずに目標炉温軌道Tr_refを決定する時刻tcまでの実績値を用いて本実施形態の手法で決定した炉団温度である。
<Calculation example>
Fig. 8 is a diagram showing an example of the target furnace temperature trajectory Tr_ref and the actual furnace temperature trajectory Tr_mes. The actual furnace temperature trajectory Tr_mes shown in Fig. 8 is the furnace battery temperature when coke satisfying the desired quality is produced from the results of past operation. The target furnace temperature trajectory Tr_ref is the furnace battery temperature determined by the method of this embodiment using the actual values up to the time tc when the target furnace temperature trajectory Tr_ref is determined in the past operation, without using the actual values at times after the time tc when the target furnace temperature trajectory Tr_ref is determined (the start time ts of unsteady operation or the time tm when the operating conditions are changed).
図8(a)は、非定常操業の間、操業条件が変更されなかった場合の計算結果を示す。図8(a)に示すように、目標炉温軌道Tr_refを実績炉温軌道Tr_mesに高精度に追従させることができることが分かる。 Figure 8 (a) shows the calculation results when the operating conditions are not changed during unsteady operation. As shown in Figure 8 (a), it can be seen that the target furnace temperature trajectory Tr_ref can be made to follow the actual furnace temperature trajectory Tr_mes with high accuracy.
図8(b)は、非定常操業の途中で、操業条件(乾留時間)が変更された場合の計算結果を示す。図8(b)では、図6Bと同様に、比較のため、操業条件が変更された時刻tm以降においても、非定常操業の開始時刻tsにおいて決定された目標炉温軌道Tr_ref_oldを示す。図8(b)において、非定常操業の開始時刻tsから操業条件が変更された時刻tmまでは、非定常操業の開始時刻tsにおいて決定された目標炉温軌道Tr_ref_oldが目標炉温軌道として用いられる。そして、操業条件が変更された時刻tmから非定常操業の終了時刻teまでは、操業条件が変更された時刻tmにおいて決定された目標炉温軌道Tr_ref_newが用いられる。 FIG. 8(b) shows the calculation result when the operation conditions (carbonization time) are changed during the non-steady operation. In FIG. 8(b), as in FIG. 6B, for comparison, the target furnace temperature trajectory Tr_ref_old determined at the start time ts of the non-steady operation is shown even after the time tm when the operation conditions are changed. In FIG. 8(b), from the start time ts of the non-steady operation to the time tm when the operation conditions are changed, the target furnace temperature trajectory Tr_ref_old determined at the start time ts of the non-steady operation is used as the target furnace temperature trajectory. Then, from the time tm when the operation conditions are changed to the end time te of the non-steady operation, the target furnace temperature trajectory Tr_ref_new determined at the time tm when the operation conditions are changed is used.
図8(b)に示すように、操業条件が変更された時刻tmにおいて目標炉温軌道Tr_ref_newを決定し直すと、目標炉温軌道Tr_refを実績炉温軌道Tr_mesにより一層高精度に追従させることができることが分かる。 As shown in Figure 8 (b), if the target furnace temperature trajectory Tr_ref_new is re-determined at the time tm when the operating conditions are changed, it can be seen that the target furnace temperature trajectory Tr_ref can be made to follow the actual furnace temperature trajectory Tr_mes with even greater accuracy.
<まとめ>
以上のように本実施形態では、処理装置300は、非定常操業時における炉温の予測値に影響を与える因子である第1影響因子に基づいて、非定常操業時における炉温の予測値を算出し、非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量の予測値に影響を与える因子である第2影響因子に基づいて、当該物理量の予測値を算出する。そして、処理装置300は、当該炉温の予測値と、当該物理量の予測値と、に基づいて、目標炉温軌道Tr_refを決定する。従って、非定常操業時における炉温と、非定常操業時におけるコークスの乾留状態と、がどのようになるのかを予測し、予測した結果が反映されるように、目標炉温軌道を動的に決定することができる。非定常操業における目標炉温を精度よく決定することができる。
<Summary>
As described above, in this embodiment, the processing device 300 calculates the predicted value of the furnace temperature during non-steady operation based on the first influencing factor, which is a factor that affects the predicted value of the furnace temperature during non-steady operation, and calculates the predicted value of the physical quantity representing the carbonization state of the coke during non-steady operation based on the second influencing factor, which is a factor that affects the predicted value of the physical quantity. Then, the processing device 300 determines the target furnace temperature trajectory Tr_ref based on the predicted value of the furnace temperature and the predicted value of the physical quantity. Therefore, it is possible to predict what the furnace temperature during non-steady operation and the carbonization state of the coke during non-steady operation will be, and dynamically determine the target furnace temperature trajectory so that the predicted result is reflected. The target furnace temperature during non-steady operation can be determined with high accuracy.
また、本実施形態では、処理装置300は、非定常操業時における炉温の予測値に影響を与える因子である第1影響因子として、非定常操業時における燃焼室3に対する投入熱量と、当該予測値の予測時刻(炉温の予測値が得られた時刻)よりも前のタイミングにおける炉温と、を含む影響因子を用いる。また、処理装置300は、非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量に影響を与える因子である第2影響因子として、非定常操業時における炉温の予測値を含む影響因子を用いる。そして、処理装置300は、第1影響因子に基づいて、既に算出している炉温の予測値の予測時刻よりも後の予測時刻における炉温の予測値を算出する(具体例として(1)式~(3)式を参照)。また、処理装置300は、このようにして算出した非定常操業時における炉温の予測値を含む第2影響因子に基づいて、非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量の予測値を算出する(具体例として(4)式~(8)式を参照)。従って、非定常操業時における炉温の予測値およびコークスの乾留状態を表す物理量の予測値に与える影響が大きい影響因子を用いて、炉温の予測値およびコークスの乾留状態を表す物理量の予測値を算出することができる。 In addition, in this embodiment, the processing device 300 uses an influence factor including the amount of heat input to the combustion chamber 3 during non-steady operation and the furnace temperature at a timing prior to the predicted time of the predicted value (the time when the predicted value of the furnace temperature was obtained) as a first influence factor, which is a factor that affects the predicted value of the furnace temperature during non-steady operation. In addition, the processing device 300 uses an influence factor including the predicted value of the furnace temperature during non-steady operation as a second influence factor, which is a factor that affects the physical quantity representing the carbonization state of the coke during non-steady operation. Then, based on the first influence factor, the processing device 300 calculates a predicted value of the furnace temperature at a predicted time later than the predicted time of the predicted value of the furnace temperature already calculated (see formulas (1) to (3) as a specific example). In addition, the processing device 300 calculates a predicted value of the physical quantity representing the carbonization state of the coke during non-steady operation based on the second influence factor including the predicted value of the furnace temperature during non-steady operation calculated in this way (see formulas (4) to (8) as a specific example). Therefore, the predicted values of the furnace temperature and the physical quantities representing the coke distillation state can be calculated using influencing factors that have a large effect on the predicted values of the furnace temperature and the physical quantities representing the coke distillation state during non-steady operation.
また、本実施形態では、処理装置300は、炉温の予測値として、燃焼室3に対する制御周期に基づいて定められる所定の時間ごとの変化量を算出する。従って、燃焼室3に対する制御周期と同期したタイミングで、炉温の予測値の変化量を算出することができる。よって、例えば、炉温の予測値の時刻を、燃焼室3に対する制御周期に合う時刻に調整するための計算が不要になると共に、炉温の変化量の予測値を累積加算することにより炉温を予測することができる。 In addition, in this embodiment, the processing device 300 calculates the amount of change for each predetermined time period determined based on the control period for the combustion chamber 3 as the predicted value of the furnace temperature. Therefore, the amount of change in the predicted value of the furnace temperature can be calculated at a timing synchronized with the control period for the combustion chamber 3. Therefore, for example, calculations for adjusting the time of the predicted value of the furnace temperature to a time that matches the control period for the combustion chamber 3 are not required, and the furnace temperature can be predicted by cumulatively adding up the predicted values of the amount of change in the furnace temperature.
また、本実施形態では、処理装置300は、第2影響因子として、乾留時間を更に含む影響因子を用いる。従って、非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量の予測値の予測精度をより向上させることができる。 In addition, in this embodiment, the processing device 300 uses an influence factor that further includes the carbonization time as the second influence factor. Therefore, the prediction accuracy of the predicted value of the physical quantity representing the carbonization state of the coke during non-steady operation can be further improved.
また、本実施形態では、処理装置300は、非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量の予測値として、非定常操業の開始時から非定常操業の終了時までの変化量を算出する。従って、非定常操業の開始時と非定常操業の終了時とのそれぞれにおけるコークスの乾留状態を表す物理量を予測することにより、コークスの乾留状態を表す物理量を予測することができる。 In addition, in this embodiment, the processing device 300 calculates the amount of change from the start of non-steady operation to the end of non-steady operation as a predicted value of the physical quantity representing the carbonization state of the coke during non-steady operation. Therefore, by predicting the physical quantity representing the carbonization state of the coke at both the start and end of non-steady operation, it is possible to predict the physical quantity representing the carbonization state of the coke.
また、本実施形態では、処理装置300は、非定常操業の終了時を、炭化室2への装炭と押出との休止が終了してからDa+1通り目の通りにおけるコークスの押出作業の終了時として処理を実行する。従って、コークス炉におけるバッチ式の操業の区切りとなるタイミングで、非定常操業の終了時を定めることができる。また、例えば、コークス温度が測定されるタイミングに合わせて非定常操業の終了時を定めることができる。 In addition, in this embodiment, the processing device 300 performs processing by determining the end of the non-steady operation as the end of the coke extrusion work in the Da+1th pass after the suspension of loading and extrusion into the carbonization chamber 2 ends. Therefore, the end of the non-steady operation can be determined at the timing that marks the end of batch-type operation in the coke oven. Also, for example, the end of the non-steady operation can be determined to coincide with the timing at which the coke temperature is measured.
また、本実施形態では、処理装置300は、非定常操業の開始時を、炭化室2への装炭と押出との休止が開始される時よりもDb通り前の通りにおけるコークスの押出作業の終了時として処理を実行する。従って、コークス炉におけるバッチ式の操業の区切りとなるタイミングで、非定常操業の終了時を定めることができる。また、例えば、コークス温度が測定されるタイミングに合わせて非定常操業の開始時を定めることができる。 In addition, in this embodiment, the processing device 300 performs processing by setting the start of non-steady operation as the end of the coke extrusion work Db times before the start of the pause in loading and extrusion into the carbonization chamber 2. Therefore, the end of non-steady operation can be determined at the timing that marks the end of batch-type operation in the coke oven. Also, for example, the start of non-steady operation can be determined to coincide with the timing at which the coke temperature is measured.
また、本実施形態では、処理装置300は、目標炉温軌道が決定された後に操業条件が変更された場合、第1影響因子および第2影響因子のうち、操業条件の変更により変更される影響因子を操業条件に応じて変更した上で、操業条件が変更された時刻tm以降の時刻での、非定常操業時における炉温の予測値およびコークスの乾留状態を表す物理量の予測値を算出し直し、目標炉温軌道を決定し直す。従って、目標炉温軌道が決定された後に操業条件が変更された場合であっても、非定常操業における目標炉温を精度よく決定することができる。 In addition, in this embodiment, when the operating conditions are changed after the target furnace temperature trajectory is determined, the processing device 300 changes the influencing factors, among the first and second influencing factors, that are changed due to the change in the operating conditions according to the operating conditions, and then recalculates the predicted value of the furnace temperature during non-steady operation and the predicted value of the physical quantity representing the carbonization state of the coke at the time after the time tm when the operating conditions are changed, and re-determines the target furnace temperature trajectory. Therefore, even if the operating conditions are changed after the target furnace temperature trajectory is determined, the target furnace temperature during non-steady operation can be accurately determined.
また、本実施形態では、処理装置300は、目標炉温軌道の候補と炉温の予測値との差(具体例として(12)式の右辺第1項を参照)と、コークスの乾留状態を表す物理量の目標値である目標物理量とコークスの乾留状態を表す物理量の予測値との差(具体例として(12)式の右辺第2項を参照)と、を算出することを含む計算の結果に基づいて、目標炉温軌道を決定する。従って、炉温の予測値の定量的な評価と、コークスの乾留状態を表す物理量の予測値の定量的な評価と、の双方を実現することができる。よって、非定常操業における目標炉温を、これらの定量的な評価に基づいて精度よく決定することができる。 In addition, in this embodiment, the processing device 300 determines the target furnace temperature trajectory based on the results of a calculation that includes calculating the difference between the candidate target furnace temperature trajectory and the predicted furnace temperature (see the first term on the right side of equation (12) as a specific example), and the difference between the target physical quantity, which is the target value of the physical quantity representing the coke carbonization state, and the predicted value of the physical quantity representing the coke carbonization state (see the second term on the right side of equation (12) as a specific example). Therefore, it is possible to realize both a quantitative evaluation of the predicted furnace temperature and a quantitative evaluation of the predicted physical quantity representing the coke carbonization state. Therefore, the target furnace temperature in non-steady operation can be accurately determined based on these quantitative evaluations.
また、本実施形態では、処理装置300は、目標炉温軌道の候補と炉温の予測値との差を評価する第1評価指標(具体例として(12)式の右辺第1項を参照)と、コークスの乾留状態を表す物理量の目標値である目標物理量とコークスの乾留状態を表す物理量の予測値との差を評価する第2評価指標(具体例として(12)式の右辺第2項を参照)と、を含む評価関数の値に基づいて、目標炉温軌道を決定する。従って、炉温の予測値の定量的な評価とコークスの乾留状態を表す物理量の予測値の定量的な評価とを、最適化問題を解くことにより実行することができる。 In addition, in this embodiment, the processing device 300 determines the target furnace temperature trajectory based on the value of an evaluation function including a first evaluation index (see the first term on the right side of equation (12) as a specific example) that evaluates the difference between a candidate target furnace temperature trajectory and the predicted value of the furnace temperature, and a second evaluation index (see the second term on the right side of equation (12) as a specific example) that evaluates the difference between a target physical quantity, which is a target value of the physical quantity representing the coke carbonization state, and the predicted value of the physical quantity representing the coke carbonization state. Therefore, a quantitative evaluation of the predicted value of the furnace temperature and a quantitative evaluation of the predicted value of the physical quantity representing the coke carbonization state can be performed by solving an optimization problem.
また、本実施形態では、処理装置300は、投入熱量を評価する第3評価指標(具体例として(12)式の右辺第3項を参照)を更に含む評価関数の値に基づいて、目標炉温軌道を決定する。従って、非定常操業における目標炉温を決定するための最適化問題を、より高精度な最適解が得られる最適化問題とすることができる。 In addition, in this embodiment, the processing device 300 determines the target furnace temperature trajectory based on the value of an evaluation function that further includes a third evaluation index that evaluates the amount of heat input (see the third term on the right side of equation (12) as a specific example). Therefore, the optimization problem for determining the target furnace temperature in non-steady operation can be an optimization problem that can obtain an optimal solution with higher accuracy.
また、本実施形態では、処理装置300は、目標炉温軌道の候補を異ならせて評価関数の値を算出し、算出した評価関数の値に基づいて、目標炉温軌道を決定する。従って、物理現象を記述する微分方程式等を用いなくても、メタヒューリスティクス手法により目標炉温軌道を決定することができる。 In addition, in this embodiment, the processing device 300 calculates the value of the evaluation function by varying candidates for the target reactor temperature trajectory, and determines the target reactor temperature trajectory based on the calculated value of the evaluation function. Therefore, the target reactor temperature trajectory can be determined by a metaheuristics method without using differential equations that describe physical phenomena.
また、本実施形態では、処理装置300は、目標炉温軌道の候補と炉温の予測値とに基づいて、投入熱量の予測値を算出する。従って、第1影響因子として投入熱量の予測値を定量的に求めることができる。 In addition, in this embodiment, the processing device 300 calculates a predicted value of the input heat amount based on the candidate target furnace temperature trajectory and the predicted value of the furnace temperature. Therefore, the predicted value of the input heat amount can be quantitatively obtained as the first influencing factor.
また、本実施形態では、処理装置300は、非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量として、非定常操業時に製造されるコークスの温度、または、非定常操業時における炉壁4の温度を用いる。従って、非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量として、非定常操業時に測定可能な物理量を用いることができる。よって、例えば、コークスの乾留状態を表す物理量の予測値の検証が可能になる。なお、図2Bを参照しながら説明したように、非定常操業時に製造されるコークスの温度は、例えば、コークスの押出作業の最中に測定される。非定常操業時における炉壁4の温度についても同様に、例えば、コークスの押出作業の最中に測定される。 In addition, in this embodiment, the processing device 300 uses the temperature of the coke produced during non-steady operation or the temperature of the oven wall 4 during non-steady operation as a physical quantity representing the carbonization state of the coke during non-steady operation. Therefore, a physical quantity that can be measured during non-steady operation can be used as a physical quantity representing the carbonization state of the coke during non-steady operation. Therefore, for example, it becomes possible to verify the predicted value of the physical quantity representing the carbonization state of the coke. As described with reference to FIG. 2B, the temperature of the coke produced during non-steady operation is measured, for example, during the coke extrusion operation. Similarly, the temperature of the oven wall 4 during non-steady operation is measured, for example, during the coke extrusion operation.
また、本実施形態では、処理装置300は、炉温として、複数の燃焼室3における温度の代表値である炉団温度を用いる。従って、炉温に関する変数を少なくすることができる。よって、例えば、計算負荷をより軽減することができる。 In addition, in this embodiment, the processing device 300 uses the furnace battery temperature, which is a representative value of the temperatures in multiple combustion chambers 3, as the furnace temperature. Therefore, the number of variables related to the furnace temperature can be reduced. Therefore, for example, the calculation load can be further reduced.
また、本実施形態では、処理装置300は、燃焼室3に対する投入熱量を、目標炉温軌道と炉温の実績値との差に応じた熱量にするための制御信号を生成して出力する。従って、処理装置300において、目標炉温軌道を実現するための制御を実行することができる。 In addition, in this embodiment, the processing device 300 generates and outputs a control signal to adjust the amount of heat input to the combustion chamber 3 to an amount of heat corresponding to the difference between the target furnace temperature trajectory and the actual furnace temperature. Therefore, the processing device 300 can execute control to achieve the target furnace temperature trajectory.
なお、本実施形態では、炉温が炉団温度である場合を例示した。しかしながら、炉温は炉団温度に限定されない。例えば、前述したように全ての燃焼室3に調整弁およびアクチュエータを設置すると共に全ての燃焼室3に温度計6を設置している場合、通り(ブロック)を個々の炭化室2として扱うように各式を変更し、コークス炉1の燃焼室3における温度である炉温を、炉団温度ではなく、個々の燃焼室3の温度としても良い。このようにする場合、例えば、(1)式~(3)式、(10)式~(11)式を燃焼室3ごとの式に変更しても良い。また、非定常操業の開始時刻tsおよび終了時刻teにおけるコークス温度がどの炭化室2におけるコークス温度であるかに応じて、当該炭化室2に近い1つまたは複数の燃焼室3の燃焼室の温度を、(4)式の説明変数であるΔTr1~ΔTr3を定める温度にしても良い。また、(12)式の右辺第1項および第3項について、Σ|Tr(t)-Tr_ref|およびΣ|Q(t)|を、燃焼室3ごとに算出し、燃焼室3ごとのΣ|Tr(t)-Tr_ref|およびΣ|Q(t)|の和を、それぞれ重み係数w1、w3に乗算される評価指標としても良い。 In this embodiment, the case where the furnace temperature is the furnace core temperature is exemplified. However, the furnace temperature is not limited to the furnace core temperature. For example, when the control valve and the actuator are installed in all the combustion chambers 3 as described above and the thermometer 6 is installed in all the combustion chambers 3, each formula may be changed to treat the passage (block) as an individual coke chamber 2, and the furnace temperature, which is the temperature in the combustion chamber 3 of the coke oven 1, may be the temperature of each combustion chamber 3 instead of the furnace core temperature. In this case, for example, the formulas (1) to (3) and the formulas (10) to (11) may be changed to formulas for each combustion chamber 3. In addition, depending on which coke chamber 2 the coke temperature at the start time t s and the end time t e of the unsteady operation is, the temperature of one or more combustion chambers 3 close to the coke chamber 2 may be set to the temperature that determines the explanatory variables ΔTr1 to ΔTr3 of the formula (4). In addition, for the first and third terms on the right-hand side of equation (12), Σ|Tr(t)-Tr_ref| and Σ|Q(t)| can be calculated for each combustion chamber 3, and the sums of Σ|Tr(t)-Tr_ref| and Σ|Q(t)| for each combustion chamber 3 can be used as evaluation indexes to be multiplied by weighting coefficients w1 and w3, respectively.
なお、以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
The above-described embodiment of the present invention can be realized by a computer executing a program. A computer-readable recording medium on which the program is recorded and a computer program product such as the program can also be applied as an embodiment of the present invention. Examples of the recording medium that can be used include a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic tape, a non-volatile memory card, and a ROM.
Furthermore, the above-described embodiments of the present invention are merely examples of the implementation of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be interpreted as being limited by these. In other words, the present invention can be implemented in various forms without departing from its technical concept or main features.
1 コークス炉
2 炭化室
3 燃焼室
4 炉壁
5 調整弁
6 温度計
7 押出ラム
8 温度計
9 ガイド車
300 処理装置
310 取得部
320 予測値算出部
321 炉状態算出部
322 投入熱量算出部
330 目標炉温決定部
340 制御部
tk 乾留時間
tt 通り時間
ts 非定常操業の開始時刻
te 非定常操業の終了時刻
tm 操業条件が変更された時刻
Tc コークス温度
Tr 炉団温度
Tr_ref 目標炉温軌道
Tr_mes 実績炉温軌道
time0 非定常操業の期間
time1 最低炉温到達時間
time2 最低炉温維持時間
ΔTr1 非定常開始時炉温変化量
ΔTr2 非定常終了時炉温変化量
REFERENCE SIGNS LIST 1 Coke oven 2 Carbonization chamber 3 Combustion chamber 4 Oven wall 5 Adjusting valve 6 Thermometer 7 Pusher ram 8 Thermometer 9 Guide car 300 Processing device 310 Acquisition unit 320 Prediction value calculation unit 321 Oven state calculation unit 322 Input heat amount calculation unit 330 Target oven temperature determination unit 340 Control unit t k Carbonization time t t Pass time t s Start time of non-steady operation t e End time of non-steady operation t m Time when operation conditions were changed T c Coke temperature T r Oven battery temperature Tr_ref Target oven temperature trajectory Tr_mes Actual oven temperature trajectory time0 Period of non-steady operation time1 Time to reach minimum oven temperature time2 Time to maintain minimum oven temperature ΔTr1 Amount of change in oven temperature at start of non-steady operation ΔTr2 Amount of change in oven temperature at end of non-steady operation
Claims (18)
前記非定常操業時における前記炉温の予測値に影響を与える因子である第1影響因子に基づいて、前記非定常操業時における前記炉温の予測値を算出し、前記非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量の予測値に影響を与える因子である第2影響因子に基づいて、前記非定常操業時における前記物理量の予測値を算出する予測値算出手段と、
前記非定常操業時における前記炉温の予測値と、前記非定常操業時における前記物理量の予測値と、に基づいて、前記目標炉温の時間変化である目標炉温軌道を決定する目標炉温決定手段と、
を備える、処理装置。 A processing device for determining a target furnace temperature, which is a target value of a furnace temperature, which is a temperature of a combustion chamber in a coke oven, during non-steady operation, comprising:
a prediction value calculation means for calculating a prediction value of the furnace temperature during the non-steady operation based on a first influencing factor which is a factor that influences the prediction value of the furnace temperature during the non-steady operation, and for calculating a prediction value of a physical quantity during the non-steady operation based on a second influencing factor which is a factor that influences the prediction value of the physical quantity that represents the carbonization state of the coke during the non-steady operation;
a target furnace temperature determination means for determining a target furnace temperature trajectory, which is a time change of the target furnace temperature, based on a predicted value of the furnace temperature during the unsteady operation and a predicted value of the physical quantity during the unsteady operation;
A processing device comprising:
前記非定常操業時における前記燃焼室に対する投入熱量と、
前記非定常操業時における前記炉温の予測値の予測時刻よりも前のタイミングにおける前記炉温と、を含み、
前記第2影響因子は、
前記非定常操業時における前記炉温を含む、請求項1に記載の処理装置。 The first influencing factor is:
The amount of heat input to the combustion chamber during the non-steady operation; and
The furnace temperature at a timing prior to a prediction time of the predicted value of the furnace temperature during the unsteady operation,
The second influencing factor is:
The processing apparatus of claim 1 , further comprising the furnace temperature during the non-steady operation.
前記炉温の予測値として、前記燃焼室に対する制御周期に基づいて定められる所定の時間ごとの変化量を算出する、請求項1または2に記載の処理装置。 The predicted value calculation means
3 . The processing apparatus according to claim 1 , further comprising: a processing unit configured to calculate, as the predicted value of the furnace temperature, an amount of change per predetermined time period determined based on a control period for the combustion chamber.
乾留時間を更に含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の処理装置。 The second influencing factor is:
The processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a dry distillation period.
前記非定常操業時における前記物理量の予測値として、前記非定常操業の開始時から前記非定常操業の終了時までの変化量を算出する、請求項1~4のいずれか1項に記載の処理装置。 The predicted value calculation means
The treatment device according to any one of claims 1 to 4, further comprising: calculating an amount of change from a start of the unsteady operation to an end of the unsteady operation as the predicted value of the physical quantity during the unsteady operation.
Daを2以上の整数として、前記コークス炉の複数の炭化室に対しDa通りの通り単位で窯出し装炭作業が実行されるコークス炉であり、
前記非定常操業の終了時は、
前記炭化室への装炭と押出との休止が終了してからDa+1通り目の通りにおけるコークスの押出作業の終了時である、請求項1~5のいずれか1項に記載の処理装置。 The coke oven is
A coke oven in which unloading and loading work is performed on a Da number of coke chambers, where Da is an integer of 2 or more,
At the end of the non-steady operation,
The treatment apparatus according to any one of claims 1 to 5, which is performed at the end of the coke pushing operation in the Da+1th pass after the end of the pause in loading and pushing of the coke into the coke chamber.
Dbを1以上の整数として、前記炭化室への装炭と押出との休止が開始される時よりもDb通り前の通りにおけるコークスの押出作業の終了時である、請求項6に記載の処理装置。 At the start of the non-steady operation,
The treatment apparatus according to claim 6, wherein the suspension of the charging and pushing of the coke into the coke chamber is started at a time when the pushing operation of the coke in a run that is Db before the time when the suspension of the charging and pushing of the coke into the coke chamber is started is ended.
前記予測値算出手段は、前記第1影響因子および前記第2影響因子のうち、前記操業条件の変更により変更される影響因子を前記操業条件に応じて変更した上で、前記操業条件が変更されたタイミング以降のタイミングでの、前記非定常操業時における前記炉温の予測値および前記物理量の予測値を算出し直し、
前記目標炉温決定手段は、前記操業条件が変更されたタイミング以降のタイミングでの前記目標炉温軌道を決定し直す、請求項1~7のいずれか1項に記載の処理装置。 When the operating conditions are changed after the target furnace temperature trajectory is determined by the target furnace temperature determination means,
the prediction value calculation means changes an influence factor, among the first influence factor and the second influence factor, that is changed due to a change in the operation conditions in accordance with the operation conditions, and then recalculates the prediction value of the furnace temperature and the prediction value of the physical quantity during the unsteady operation at a timing after the timing at which the operation conditions are changed;
The processing apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the target furnace temperature determining means re-determines the target furnace temperature trajectory at a timing after the timing at which the operating conditions are changed.
前記目標炉温軌道の候補と、前記炉温の予測値と、の差と、前記物理量の目標値である目標物理量と、前記物理量の予測値と、の差と、を算出することを含む計算の結果に基づいて、前記目標炉温軌道を決定する、請求項1~8のいずれか1項に記載の処理装置。 The target furnace temperature determination means
The processing device according to any one of claims 1 to 8, wherein the target furnace temperature trajectory is determined based on a result of a calculation including calculating a difference between the candidate for the target furnace temperature trajectory and a predicted value of the furnace temperature, and a difference between a target physical quantity that is a target value of the physical quantity and the predicted value of the physical quantity.
前記目標炉温軌道の候補と、前記炉温の予測値と、の差を評価する第1評価指標と、前記物理量の目標値である目標物理量と、前記物理量の予測値と、の差を評価する第2評価指標と、を含む評価関数の値に基づいて、前記目標炉温軌道を決定する、請求項1~9のいずれか1項に記載の処理装置。 The target furnace temperature determination means
The processing device according to any one of claims 1 to 9, wherein the target furnace temperature trajectory is determined based on a value of an evaluation function including a first evaluation index that evaluates a difference between the candidate for the target furnace temperature trajectory and a predicted value of the furnace temperature, and a second evaluation index that evaluates a difference between a target physical quantity that is a target value of the physical quantity and the predicted value of the physical quantity.
前記非定常操業時における前記燃焼室に対する投入熱量を含み、
前記評価関数は、
前記投入熱量を評価する第3評価指標を更に含む、請求項10に記載の処理装置。 The first influencing factor is:
The amount of heat input to the combustion chamber during the non-steady operation is included,
The evaluation function is
The processing apparatus according to claim 10 , further comprising a third evaluation index for evaluating the amount of input heat.
前記目標炉温軌道の候補を異ならせて前記評価関数の値を算出し、算出した前記評価関数の値に基づいて、前記目標炉温軌道を決定する、請求項10または11に記載の処理装置。 The target furnace temperature determination means
The processing apparatus according to claim 10 or 11, further comprising: calculating a value of the evaluation function by varying candidates for the target furnace temperature trajectory; and determining the target furnace temperature trajectory based on the calculated value of the evaluation function.
前記目標炉温軌道の候補と、前記炉温の予測値と、に基づいて、前記非定常操業時における前記燃焼室に対する投入熱量の予測値を算出し、
前記第1影響因子として、
前記投入熱量の予測値が含まれる、請求項1~12のいずれか1項に記載の処理装置。 The predicted value calculation means
Calculating a predicted value of an input heat amount to the combustion chamber during the unsteady operation based on the candidate for the target furnace temperature trajectory and the predicted value of the furnace temperature;
As the first influencing factor,
The processing apparatus according to any one of claims 1 to 12, further comprising a predicted value of the input heat quantity.
前記非定常操業時に製造されるコークスの温度、または、前記非定常操業時における前記コークス炉の炉壁の温度である、請求項1~13のいずれか1項に記載の処理装置。 The physical quantity during the non-steady operation is
The treatment device according to any one of claims 1 to 13, wherein the temperature is the temperature of the coke produced during the unsteady operation, or the temperature of the wall of the coke oven during the unsteady operation.
前記コークス炉の複数の燃焼室における温度の代表値である炉団温度である、請求項1~14のいずれか1項に記載の処理装置。 The furnace temperature is
The treatment device according to any one of claims 1 to 14, wherein the temperature is a furnace battery temperature that is a representative value of temperatures in a plurality of combustion chambers of the coke oven.
前記非定常操業時における前記炉温の予測値に影響を与える因子である第1影響因子に基づいて、前記非定常操業時における前記炉温の予測値を算出し、前記非定常操業時におけるコークスの乾留状態を表す物理量の予測値に影響を与える因子である第2影響因子に基づいて、前記非定常操業時における前記物理量の予測値を算出する予測値算出工程と、
前記非定常操業時における前記炉温の予測値と、前記非定常操業時における前記物理量の予測値と、に基づいて、前記目標炉温の時間変化である目標炉温軌道を決定する目標炉温決定工程と、
を備える、処理方法。 A processing method for determining a target furnace temperature, which is a target value of a furnace temperature, which is a temperature of a combustion chamber in a coke oven, during non-steady operation, comprising:
a prediction value calculation step of calculating a prediction value of the furnace temperature during the non-steady operation based on a first influencing factor which is a factor that influences the prediction value of the furnace temperature during the non-steady operation, and calculating a prediction value of the physical quantity during the non-steady operation based on a second influencing factor which is a factor that influences the prediction value of the physical quantity that represents the carbonization state of the coke during the non-steady operation;
a target furnace temperature determination step of determining a target furnace temperature trajectory, which is a time change of the target furnace temperature, based on a predicted value of the furnace temperature during the unsteady operation and a predicted value of the physical quantity during the unsteady operation;
A processing method comprising:
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