JP5418375B2 - 熱風炉制御計算装置、熱風炉制御方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Description
現在では、高炉1基に対して複数基(例えば4基)の熱風炉が並列に接続されており、これら複数基の熱風炉を、スタッガードパラレル方式で操業するのが一般的である。スタッガードパラレル方式とは、少なくとも熱風を供給する順番で前後する2基の送風期間の一部をラップさせる方式である。
このような観点から投入熱量を設定するための技術として特許文献1、2に記載の技術がある。
特許文献1では、熱風炉における蓄熱量を回帰計算等の統計的手法に基づいて求めるようにしている。このため、熱風炉が減風減温の状態になったときには、その状態に応じて回帰式等のチューニングを行わなければならない。熱風炉における減風減温の状態は、一義的に定まるものではなく、その都度異なるため、このようなチューニングを正確に且つ迅速に行うことは困難である。したがって、熱風炉が減風減温の状態のときの投入熱量を適切に求めることが困難であり、その結果、熱風炉の熱効率が低下してしまう虞があるという問題点があった。
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、スタッガードパラレル方式で操業している熱風炉から高炉に供給する熱風の熱量を、急に当初予定よりも減少させる必要があるときでも、当該熱風炉における熱効率を可及的に下げないようにして、熱風炉の操業を柔軟に制御して継続できるようにすることを目的とする。
A=(Qouts/Qouts-0)×(Qins-0/Qins) ・・・(A)
ここで、Qouts[kcal/min]は、前記送風熱量の現在値であり、Qouts-0[kcal/min]は、前記送風熱量の基準値であり、Qins-0[kcal/min]は、前記投入熱量の基準値であり、Qins[kcal/min]は、前記投入熱量の現在値である。
図1は、熱風炉100の概略構成の一例を示す図である。尚、各図では、説明の都合上、必要な部分のみを、必要に応じて簡略化して示す。
図1において、熱風炉100は、不図示の高炉に熱風を供給するための蓄熱式熱交換器であり、高炉への送風に熱を与える蓄熱室101と、蓄熱室101を加熱するための燃焼室102と、熱風の温度調節を行うための混冷室103と、を有している。
ガス供給ダクト112には、ガス遮断弁130、ガスバタフライ弁131、及び燃焼ガス流量計132が設けられており、ガスバタフライ弁131を開閉することにより、燃焼室102に流入する燃焼ガスの流入量を調節することができる。
燃焼空気供給ダクト113には、空気流量計127、空気バタフライ弁128、及び空気遮断弁129が設けられている。燃焼空気供給ダクト113には、燃焼ガスの流量に応じて、燃焼に必要な量の空気が流入されるようにしている。
蓄熱室101の下端部には、ダクト114が設けられており、このダクト114は、N2、CO2等を含む燃焼ガスを排出するためのガス排出ダクト119と、ダクト114を介して蓄熱室101に冷風を供給するための冷風導入ダクト116と、に分岐される。
ガス排出ダクト119には、煙道弁126が設けられている。
また、混冷室103には、高炉用の熱風を排出するための熱風排出ダクト117が接続されている。この熱風排出ダクト117には、熱風弁121が設けられている。
また、冷風導入ダクト116の送風バタフライ弁125より上流側には、混冷室103に繋がるダクト118が設けられている。このダクト118には、冷風弁122と、冷風バタフライ弁123とが設けられている。
図2(a)に示すように、燃焼期間において、蓄熱室101に熱を蓄える場合には、送風弁124、冷風弁122、及び熱風弁121を完全に閉じて、ガス供給ダクト112及び燃焼空気供給ダクト113を介して燃焼室102内に燃焼ガス及び燃焼空気を流入させる。
これらの燃焼ガス及び燃焼空気はバーナ108によって燃焼され、この燃焼ガスは蓄熱室101のハイアルミナ煉瓦109、珪石煉瓦111に形成された開口部を通ってハイアルミナ煉瓦109、珪石煉瓦111を蓄熱する。ハイアルミナ煉瓦109、珪石煉瓦111を通過した燃焼ガスは、ガス排出ダクト119を介して排ガスとして煙道に排出される。
図3では、1基の高炉に対して4基の熱風炉100a〜100dを付帯させた場合を例に挙げて示している。また、これら4基の熱風炉100a〜100dは、スタッガードパラレル方式で操業するものとする。
図4は、スタッガードパラレル方式における操業スケジュールの概略の一例を説明する図である。
図4に示す例では、左から右へ送風から燃焼への切替と、燃焼と、燃焼から送風への切替と、送風とをこの順番で行い、これらの期間を合わせた期間で1サイクルを構成するようにしている(図4に示す「1サイクル=切り替え期間401+燃焼期間402+切り替え期間401+送風期間403」の部分を参照)。そして、熱風を供給する順番で前後(隣接)する2基(例えば熱風炉1と熱風炉2)の送風期間の一部をラップさせるようにする。更に、図4に示す例では、簡単のために送風期間と燃焼期間とを同じ長さにしているので、熱風を供給する順番で隣接しない2基(例えば熱風炉1と熱風炉3)については、一方の熱風炉が送風期間であるときに他方の熱風炉が燃焼期間となり、一方の熱風炉が燃焼期間であるときに他方の熱風炉が送風期間となるようにする。ただし、熱風を供給する順番で前後(隣接)する2基(例えば熱風炉1と熱風炉2)の送風期間の一部をラップさせるようにしていれば必ずしもこのようにする必要はない(送風期間と燃焼期間とを同じ長さでなくてもよい)。
熱風炉制御計算機301は、予め設定される入力データをもとに熱風炉100a〜100dの操業を行うための演算を行う。熱風炉制御計算機301に対するデータの入力は、インターフェース部である入出力装置302を介して行われる。入出力装置302に入力されるデータとしては、例えば、以下のようなものがある。まず、熱風炉のオペレータによる入力装置312の操作に基づくデータとして、次回送風条件(次のサイクルの送風条件)のデータがある。また、熱風炉100a〜100dから排出される熱風の温度(送風温度)を測定する熱風温度計310により測定されたデータがある。また、送風機306から送風された冷風の流量(送風流量)を測定する送風流量計307で測定されたデータがある。また、送風機306から送風された冷風の温度を測定する冷風温度計308により測定されたデータがある。また、図示を省略するが、各熱風炉100a〜100dに付帯するその他センサから出力されるその他の操業実績のデータがある。
流量調節計304a〜304dは、熱風炉制御計算機301から指示された流量が指示通りになるように、ガスバタフライ弁131a〜131dの開閉動作を調節する。
送風機306は、送風流量調節計309に設定された風量の冷風を送風する。送風流量調節計309の設定は、送風工場で変更される。
熱風炉制御計算機301は、例えば、CPU、ROM、RAM、HDDを備えたコンピュータを用いることにより実現することができる。前述したプログラムは、例えば、HDDに記憶され、CPUにより実行される。
尚、ここでは、本実施形態の説明に必要な部分のみの構成及び動作を説明し、本実施形態の説明に不要な部分の構成及び動作の説明を省略する。
送風期理論放熱量演算部501a〜501dは、演算対象となる熱風炉100a〜100dが異なるだけであるので、ここでは、送風期理論放熱量演算部501a〜501dの説明を一括して行う。ここでは、送風期理論放熱量演算部501a〜501dは、特許文献2に記載された熱風炉の投入熱量制御方法における「送風期理論放熱量演算1」に相当する演算を実行する例について説明するが、公知の他の演算手順を用いても良い。
送風期理論放熱量演算部501は、今回の1サイクルの送風終了時点において、次回送風条件として高炉操業から要求される次回の予定送風温度BT、予定送風流量BVおよび予定送風湿分BMと、複数炉の繰り返し操業から定まっている該当炉の予定送風時間Twおよび現在の冷風温度CTから、以下で説明するようにして次のサイクルの送風期間における送風期理論放熱量QBVを求める。この送風期理論放熱量QBVは、次のサイクルの送風期間に放熱されるべき理論的な熱量であり、必要蓄熱量のベースとなるものである。
すなわち、次回送風工程において要求される操業条件(設定条件)であるところの、該当する熱風炉100の次回送風条件のデータを、例えばオペレータによる入力により取得する。すなわち、次回送風条件は、次のサイクルの送風期間において満たすべき送風条件を示すものである。図4で「1サイクル」と示している期間が次のサイクルとすると、次のサイクルの送風期間は、送風期間403である。
次回送風条件には、以下の情報が含まれる。
次回の予定送風(冷風)流量BV[Nm3/min]
次回の予定送風(熱風)温度BT[℃]
次回の予定送風(冷風)湿分BM[体積比率]
次回の予定送風時間Tw[min]
また、送風期理論放熱量演算部501は、予めHDD等に記憶されている以下の空気および水の物性値を読み出す。
空気熱間比熱CAh[kcal/Nm3・℃]
空気冷間比熱CAc[kcal/Nm3・℃]
水分熱間比熱CHh[kcal/Nm3・℃]
水分冷間比熱CHc[kcal/Nm3・℃]
QBV(n,i)=Σ[BV(n,i)×[{BT(n,i)×CAh−CT×CAc]+BM(n,i)×[BT(n,i)×CHh−CT×CHc}]×Tj(n,i)] ・・・(1)
尚、(1)式において、Σはjについての積算を表す。ここで、BV(n,i)は、以下のようになる。
前半の2基の送風期間;BV(n,i)=a(n,i)×BV、Tj(n,i)=T1(n,i)
1基の送風期間;BV(n,i)=BV、Tj(n,i)=T2(n,i)
後半の2基の送風期間;BV(n,i)=b(n,i)×BV、Tj(n,i)=T3(n,i)
ここで、a、bは、オペレータが入力装置312を操作して入力しておいた値である。2基の送風期間に2基とも同じ流量を送風する場合には、a=1/2、b=1/2となる。
また、以下の(2)式が成立する。
T1(n,i)+T2(n,i)+T3(n,i)=Tw(n,i) ・・・(2)
ここで、Tw(n,i)は、予定送風期間であり、オペレータが入力装置312を操作して入力しておいた値である。また、T1(n,i)、T2(n,i)、T3(n,i)は、燃焼送風等の開始終了予定時刻信号と予定送風時間Tw(n,i)とをもとに求める。
奪熱効率演算部502a〜502dも、演算対象となる熱風炉100a〜100dが異なるだけであるので、ここでは、奪熱効率演算部502a〜502dの説明を一括して行う。
奪熱効率演算部502は、燃焼ガス流量計132の測定値に基づいて、燃焼ガス流量(の瞬時値)Gv(t)[Nm3/min]を取得しておく。また、奪熱効率演算部502は、燃焼ガスカロリー(の瞬時値)Gcal[kcal/Nm3]を計算しておく。燃焼ガスカロリーは、例えば、ガス供給ダクト112に設けられている燃焼ガスのガスカロリーを計測するガスカロリー計の測定値に基づいて得ることができる。
そして、奪熱効率演算部502は、取得した情報を以下の(3)式に代入して、熱風炉iのサイクルjにおける実績投入熱量Qinm[kcal]を計算する。
また、奪熱効率演算部502は、熱風温度計310の測定値から、送風温度(の瞬時値)Bt(t)[℃]を取得する。また、奪熱効率演算部502は、冷風温度計308の測定値から、冷風温度(の瞬時値)Ct(t)[℃]を取得する。また、奪熱効率演算部502は、冷風導入ダクト116の上流側に配設された湿度計(図示せず)の測定値から、送風湿分(の瞬時値)Bm(t)[体積比率]を取得する。また、奪熱効率演算部502は、送風流量計307の測定値から、送風流量(の瞬時値)Bv(t)[Nm3/min]を取得する。また、奪熱効率演算部502は、予めHDD等に記憶されている以下の物性値を読み出す。
空気熱間比熱CAh[kcal/Nm3・℃]
空気冷間比熱CAc[kcal/Nm3・℃]
水分熱間比熱CHh[kcal/Nm3・℃]
水分冷間比熱CHc[kcal/Nm3・℃]
そして、奪熱効率演算部502は、取得した情報を以下の(4)式に代入して、熱風炉iのサイクルjにおける実績送風熱量Qout[kcal]を計算する。
そして、熱容量の大きな熱風炉では熱効率が急変することがないことから、奪熱効率演算部502は、特許文献2と同様にして、実績熱収支の移動平均により奪熱効率ηを下記(5)式で算出する。すなわち、(3)式で求めた「熱風炉iのサイクルjにおける実績投入熱量Qinm」と(4)式で求めた「熱風炉iのサイクルjにおける実績送風熱量Qout」と、予めHDD等に記憶されている炉別補正係数kiとを以下の(5)式に代入して、熱風炉iの次のサイクルnにおける奪熱効率η(n,i)を計算する。
(必要投入熱量演算部503)
必要投入熱量演算部503a〜503dも、演算対象となる熱風炉100a〜100dが異なるだけであるので、必要投入熱量演算部503a〜503dの説明も一括して行う。
Qin(n,i)=[QBV(n,i)]/η(n,i) ・・・(6)
投入熱量補正係数設定部504は、必要投入熱量演算部503により求められた「熱風炉iの次のサイクルnにおける必要投入熱量Qin(n,i)」に投入熱量補正係数A[−]を掛ける(=Qin(n,i)×A)。投入熱量補正係数A[−]は、通常は「1」である。ただし、4基の熱風炉100a〜100d全体として見た場合に熱風炉100が減風減温の状態となり、且つ、4基の熱風炉100a〜100d全体として見た場合に熱風炉100の熱効率ηが低下している場合には、後述する投入熱量補正係数演算部505により投入熱量補正係数Aが演算される。この場合、投入熱量補正係数設定部504は、オペレータによる指示があるまで、投入熱量補正係数演算部505により演算された投入熱量補正係数Aを使用する。その他の場合、投入熱量補正係数設定部504は、投入熱量補正係数Aとして「1」を使用する。
燃焼ガス流量設定部506a〜506dは、演算対象となる熱風炉100a〜100dが異なるだけであるので、ここでは、燃焼ガス流量設定部506a〜506dの説明を一括して行う。
燃焼ガス流量設定部506は、燃焼ガス流量計132の測定値に基づいて、燃焼ガス流量(の瞬時値)Gv[Nm3/min]を取得(計算)しておく。また、燃焼ガス流量設定部506は、ガスカロリー計の測定値に基づいて、燃焼ガスカロリー(の瞬時値)Gcal[kcal/Nm3]を取得(計算)しておく。
そして、燃焼ガス流量設定部506は、取得した情報を以下の(7)式に代入して、投入済熱量Qina[kcal]を計算する。
そして、燃焼ガス流量設定部506は、投入熱量補正係数設定部504により投入熱量補正係数Aが乗じられた「熱風炉iの次のサイクルnにおける必要投入熱量Qin(n,i)」と、燃焼経過時間tbにおける投入済熱量Qina(tb)と、熱風炉iの次のサイクルnにおける予定燃焼時間Tb(n,i)と、燃焼経過時間tbにおける燃焼ガスカロリーGcal(tb)とを以下の(8)式に代入して、熱風炉iの次のサイクルnにおける燃焼期間中の燃焼ガス流量の設定値GVo[Nm3/min]を計算する。
GVo(tb)=(Qin(n,i)−Qina(tb))/(Tb(n,i)−tb)/Gcal(tb)) ・・・(8)
そして、燃焼ガス流量設定部506は、計算した「熱風炉iの次のサイクルnにおける燃焼期間中の燃焼ガス流量の設定値GVo」を、自身に対応する流量調節計304に対して設定する。
前述したように、投入熱量補正係数演算部505は、4基の熱風炉100a〜100d全体として見た場合に熱風炉100が減風減温の状態となり、且つ、4基の熱風炉100a〜100d全体として見た場合に熱風炉100の熱効率ηが低下している場合に、投入熱量補正係数Aを演算する。
図6は、投入熱量補正係数演算部505の機能的な構成の一例を示すブロック図である。
投入熱量計算部601は、燃焼ガス流量計132の測定値に基づいて、燃焼ガス流量(の瞬時値)Gv[Nm3/min]を、所定時間(ここでは1分とする)が経過する度に取得しておく。また、投入熱量計算部601は、ガスカロリー計の測定値に基づいて、燃焼ガスカロリー(の瞬時値)Gcal[kcal/Nm3]を、所定時間(ここでは1分とする)が経過する度に取得しておく。尚、投入熱量計算部601が取得する測定値は、略同じタイミングで得られた測定値である。
そして、投入熱量計算部601は、取得した情報を以下の(9)式に代入して、4基の熱風炉100a〜100d全体の投入熱量(の瞬時値)Qinp[kcal/min]を計算する。
Qinp=Gcal×Gv ・・・(9)
投入熱量移動平均計算部602は、投入熱量計算部601で計算された投入熱量Qinpの所定時間(ここでは100分とする)における移動平均値Qins[kcal/min]を計算する。
送風熱量計算部603は、送風流量計307の測定値に基づいて、送風流量BV[Nm3/min]を、所定時間(ここでは1分とする)が経過する度に取得しておく。また、送風熱量計算部603は、熱風温度計310の測定値に基づいて、送風温度BT[℃]を、所定時間(ここでは1分とする)が経過する度に取得しておく。また、送風熱量計算部603は、冷風温度計308の測定値に基づいて、冷風温度CT[℃]を、所定時間(ここでは1分とする)が経過する度に取得しておく。尚、送風熱量計算部603が取得する測定値は、略同じタイミングで得られた測定値である。また、送風熱量計算部603は、予めHDD等に記憶されている以下の物性値を読み出す。
空気熱間比熱CAh[kcal/Nm3・℃]
空気冷間比熱CAc[kcal/Nm3・℃]
そして、送風熱量計算部603は、取得した情報を以下の(10)式に代入して、4基の熱風炉100a〜100d全体の送風熱量(の瞬時値)Qoutp[kcal/min]を計算する。
Qoutp=BV×(BT×CAh−CT×CAc) ・・・(10)
送風熱量移動平均計算部604は、送風熱量計算部603により計算された送風熱量Qoutpの所定時間(ここでは100分とする)における移動平均値Qouts[kcal/min]を計算する。尚、投入熱量移動平均計算部602と送風熱量移動平均計算部604とが計算を行うタイミングは、略同期している。
熱効率計算部605は、投入熱量移動平均計算部602により計算された、投入熱量Qinpの所定時間における移動平均値Qinsと、送風熱量移動平均計算部604により計算された、送風熱量Qoutpの所定時間における移動平均値Qoutsとを以下の(11)式に代入して、4基の熱風炉100a〜100d全体の熱効率の所定時間(ここでは100分とする)における移動平均値ηs[−]を計算する。
ηs=Qouts/Qins ・・・(11)
減風減温補正開始・終了判定部606は、オペレータによって、入力装置312に含まれる減風減温補正開始ボタンPBS又は減風減温補正終了ボタンPBEのON/OFFが操作されたか否かを判定する。減風減温補正開始ボタンPBSは、後述する基準値設定部607により基準値Qins-0、Qouts-0、ηs-0を設定するタイミングをオペレータが指定するものである。オペレータは、熱風炉100が減風減温の状態になったと判断したときに、減風減温補正開始ボタンPBSを操作するものとする。
基準値設定部607は、減風減温補正開始・終了判定部606によって減風減温補正開始ボタンPBSが操作されたと判定された場合、投入熱量Qinpの所定時間における移動平均値Qinsの最新の値と、送風熱量Qoutpの所定時間における移動平均値Qoutsの最新の値と、熱効率の所定時間における移動平均値ηsの最新の値とを取得し、それらをそれぞれ基準値Qins-0、Qouts-0、ηs-0として設定する(RAM等に記憶する)。
減風減温判定部608は、4基の熱風炉100a〜100d全体として熱風炉100が減風減温の状態であるか否かを判定する。すなわち、減風減温判定部608は、送風熱量移動平均計算部604により計算された、送風熱量Qoutpの所定時間における移動平均値Qoutsの最新の値から、基準値Qouts-0を引いた値が予め設定されている減風減温判定値ε1を下回ったか否かを判定する。すなわち、減風減温判定部608は、以下の(12)式を満足するか否かを判定する。
Qouts−Qouts-0<ε1 ・・・(12)
熱効率低下判定部609は、4基の熱風炉100a〜100d全体として熱風炉100の熱効率が低下しているか否かを判定する。すなわち、熱効率低下判定部609は、熱効率計算部605で計算された、熱効率の所定時間における移動平均値ηsの最新の値から、基準値ηs-0を引いた値が予め設定されている熱効率低下判定値ε2を下回ったか否かを判定する。すなわち、熱効率低下判定部609は、以下の(13)式を満足するか否かを判定する。
ηs−ηs-0<ε2 ・・・(13)
投入熱量補正係数計算部610は、減風減温判定部608により4基の熱風炉100a〜100d全体として熱風炉100が減風減温の状態であると判定され((12)式を満足すると判定され)、且つ、4基の熱風炉100a〜100d全体として熱風炉100の熱効率が低下していると判定され((13)式を満足すると判定され)ると、投入熱量補正係数Aを計算する。
投入熱量補正係数計算部610は、投入熱量Qinpの所定時間における移動平均値Qinsの最新の値と、送風熱量Qoutpの所定時間における移動平均値Qoutsの最新の値とを取得する。また、投入熱量補正係数計算部610は、基準値設定部607により設定された基準値Qins-0、Qouts-0を取得する。そして、投入熱量補正係数計算部610は、取得した情報を、以下の(14)式に代入して投入熱量補正係数A[−]を計算する。
A=(Qouts/Qouts-0)×(Qins-0/Qins) ・・・(14)
投入熱量補正係数設定部504は、減風減温補正開始・終了判定部606によって減風減温補正終了ボタンPBEが操作されたと判定されるまで、投入熱量補正係数Aとして、このようにして投入熱量補正係数計算部610により計算された値を設定する。
図7において、開始時点とは、オペレータによって減風減温補正開始ボタンPBSが操作された時点を指す。この開始時点における、4基の熱風炉100a〜100d全体の熱効率の所定時間における移動平均値ηs-0は、以下の(15)式で表される。
ηs-0=Qouts-0/Qins-0 ・・・(15)
また、現時点における、4基の熱風炉100a〜100d全体の熱効率の所定時間における移動平均値ηsは、以下の(16)式で表される。
ηs=Qouts/Qins ・・・(16)
Qouts/Qins´=Qouts-0/Qins-0 ・・・(17)
(17)式を変形すると、以下の(18)式が得られる。
Qins´=(Qouts/Qouts-0)×Qins-0 ・・・(18)
そして、投入熱量補正係数Aを以下の(19)式のように定義すると、前述した(14)式が得られる。
A=Qins´/Qins ・・・(19)
以上のように本実施形態では、熱風炉100が減風減温の状態であり、且つ、熱風炉100の熱効率が低下していると、減風減温補正開始ボタンPBSが操作されたときよりも熱効率を下げないように投入熱量を補正するための投入熱量補正係数Aを、熱風炉iの次のサイクルnにおける必要投入熱量Qin(n,i)に掛けるようにしている。
次に、図8のフローチャートを参照しながら、4基の熱風炉100a〜100dのそれぞれに対して、熱風炉iの次のサイクルnにおける燃焼期間中の燃焼ガス流量の設定値GVoを個別に設定する際の動作の一例を説明する。前述したように、各熱風炉100a〜100dにおける前述したサイクルが終了すると、図8のフローチャートの実行が開始される。
まず、ステップS1において、サイクルが終了した熱風炉100に対応する送風期理論放熱量演算部501は、前述した(1)式の計算を行って、当該熱風炉100の次のサイクルnの送風期間における送風期理論放熱量QBV(n,i)を求める。
次に、ステップS2において、サイクルが終了した熱風炉100に対応する奪熱効率演算部502は、前述した(5)式の計算を行って、当該熱風炉100の次のサイクルnにおける奪熱効率η(n,i)を計算する。
次に、ステップS4において、投入熱量補正係数設定部504は、ステップS3で計算された必要投入熱量Qin(n,i)に、投入熱量補正係数Aを掛ける。
次に、ステップS5において、サイクルが終了した熱風炉100に対応する燃焼ガス流量設定部506は、前述した(7)式、(8)式の計算を行って、当該熱風炉100の次のサイクルnにおける燃焼期間中の燃焼ガス流量の設定値GVoを計算し、計算した設定値GVoを、当該熱風炉100に対応する流量調節計304に設定する。
まず、ステップS11において、投入熱量計算部601は、前述した(9)式により投入熱量(の瞬時値)Qinpを計算するタイミングになるまで待機する。前述したように、本実施形態では、1分おきに投入熱量Qinpを計算するようにしている。
そして、投入熱量Qinpを計算するタイミングになると、ステップS12に進む。ステップS12に進むと、投入熱量計算部601は、燃焼ガス流量計132の測定値に基づいて、燃焼ガス流量(の瞬時値)Gvを求める。
次に、ステップS13において、投入熱量計算部601は、ガスカロリー計の測定値に基づいて、燃焼ガスカロリー(の瞬時値)Gcalを求める。
尚、ステップS12、S13の処理は逆であってもよい。
次に、ステップS15において、投入熱量移動平均計算部602は、4基の熱風炉100a〜100d全体の投入熱量Qinpの移動平均値Qinsを計算するタイミングであるか否かを判定する。前述したように本実施形態では、100分おきに投入熱量Qinpの移動平均値Qinsを計算するようにしている。
ステップS16に進むと、投入熱量移動平均計算部602は、ステップS14で計算された投入熱量Qinpの所定時間(100分間)における移動平均値Qinsを計算してRAM等に記憶する。
まず、ステップS21において、送風熱量計算部603は、前述した(10)式により送風熱量(の瞬時値)Qoutpを計算するタイミングになるまで待機する。前述したように、本実施形態では、1分おきに送風熱量Qoutpを計算するようにしている。
そして、送風熱量Qoutpを計算するタイミングになると、ステップS22に進む。ステップS22に進むと、送風熱量計算部603は、送風流量計307の測定値に基づいて、送風流量BVを取得する。
次に、ステップS24において、送風熱量計算部603は、冷風温度計308の測定値に基づいて、冷風温度CTを取得する。
次に、ステップS25において、送風熱量計算部603は、HDD等から、空気熱間比熱CAhと、空気冷間比熱CAcとを読み出す。
尚、ステップS22〜S25の順番は、どのような順番であってもよい。
次に、ステップS27において、送風熱量移動平均計算部604は、4基の熱風炉100a〜100d全体の送風熱量Qoutpの移動平均値Qoutsを計算するタイミングであるか否かを判定する。前述したように本実施形態では、100分おきに送風熱量Qoutpの移動平均値Qoutsを計算するようにしている。
ステップS28に進むと、送風熱量移動平均計算部604は、ステップS26で計算された送風熱量Qoutpの所定時間(100分間)における移動平均値Qoutsを計算してRAM等に記憶する。
尚、前述したように、図9のステップS16で、投入熱量Qinpの所定時間における移動平均値Qinsが算出され、図10のステップS28で、送風熱量Qoutpの所定時間における移動平均値Qoutsが算出されると、熱効率計算部605は、前述した(11)式の計算を行って、4基の熱風炉100a〜100d全体の熱効率の所定時間(100分間)における移動平均値ηsを計算してRAM等に記憶する。
まず、ステップS31において、減風減温補正開始・終了判定部606は、オペレータによって、入力装置312に含まれる減風減温補正開始ボタンPBSが操作されたか否かを判定する。この判定の結果、減風減温補正開始ボタンPBSが操作されていない場合には、図11のフローチャートによる処理を終了する。
一方、減風減温補正開始ボタンPBSが操作された場合には、ステップS32に進む。ステップS32に進むと、基準値設定部607は、投入熱量Qinpの所定時間における移動平均値Qinsの最新の値と、送風熱量Qoutpの所定時間における移動平均値Qoutsの最新の値と、熱効率の所定時間における移動平均値ηsの最新の値とを、それぞれ基準値Qins-0、Qouts-0、ηs-0として設定する。
尚、ステップS33、S34の処理の順番は逆であってもよい。
ステップS35に進むと、投入熱量補正係数計算部610は、前述した(14)式の計算を行って、投入熱量補正係数Aを計算する。
次に、ステップS37において、減風減温補正開始・終了判定部606は、オペレータによって、入力装置312に含まれる減風減温補正終了ボタンPBEが操作されたか否かを判定する。この判定の結果、減風減温補正終了ボタンPBEが操作されていない場合には、ステップS33に戻る。このように本実施形態では、熱風炉100の操業状態に関わらず、減風減温補正終了ボタンPBEが操作されるまでは、投入熱量補正係数AとしてステップS35で計算された値が使用される。これは、減風減温状態が回避されたか否かは、オペレータが決定するという思想に立脚するものである。ただし、必ずしもこのようにする必要はなく、減風減温状態が回避されたと見なせる所定の操業条件が成立したか否かをこのステップS37で判定するようにしてもよい。
一方、減風減温補正終了ボタンPBEが操作されると、ステップS38に進む。ステップS38に進むと、投入熱量補正係数設定部504は、投入熱量補正係数Aとして「1」を設定する。
ここでは、時間Tで、送風流量をステップ的に5[%]下げた場合についてシミュレーションした。シミュレーションの条件は、以下の通りである。
送風温度;1200[℃]
送風流量;8000[Nm3/min]
送風時間;90[min]
冷風温度;200[℃]
空気熱間比熱;0.35[kcal/Nm3・℃]
空気冷間比熱;0.30[kcal/Nm3・℃]
燃焼時間;90[min]
燃焼ガスカロリー;1000[kcal/Nm3]
減風減温判定値ε1;25[MJ/min]
熱効率低下判定値ε2;0.1[%]
投入熱量の基準値Qins-0;15[GJ/min]
送風熱量の基準値Qouts-0;13[GJ/min]
熱効率の基準値ηs-0:87[%]
また、(12)式の代わりに、Qouts-0−Qouts>ε1を、(13)式の代わりに、ηs-0−ηs>ε2を、それぞれ用いるようにしてもよい。すなわち、基準値(Qouts-0、ηs-0)に対する現在値(Qouts、ηs)の減少分が、所定値(減風減温判定値ε1、熱効率低下判定値ε2)を超えているか否かを判定するようにしていればよい。
また、例えば、投入熱量計算部601、及び投入熱量移動平均計算部602を用いることにより、投入熱量現在値計算手段の一例が実現される。ここで、投入熱量現在値計算手段が入力する燃焼ガスの操業実績値は、例えば、投入熱量計算部601が入力する燃焼ガス流量計132の測定値とガスカロリー計の測定値とを用いることにより実現される。
また、例えば、送風熱量計算部603、及び送風熱量移動平均計算部604を用いることにより、送風熱量現在値計算手段の一例が実現される。ここで、送風熱量現在値計算手段が入力する熱風の操業実績値は、例えば、送風熱量計算部603が入力する送風流量計307の測定値と熱風温度計310の測定値とを用いることにより実現される。また、送風熱量現在値計算手段が入力する冷風の操業実績値は、例えば、送風熱量計算部603が入力する冷風温度計308の測定値を用いることにより実現される。
また、例えば、熱効率計算部605を用いることにより、熱効率現在値計算手段の一例が実現される。
また、例えば、基準値設定部607を用いることにより、基準値設定手段の一例が実現される。ここで、例えば、減風減温補正開始ボタンPBSのON操作により、必要投入熱量の補正を行うことを指示するための操作の一例が実現される。
また、例えば、減風減温判定部608を用いることにより、減風減温判定手段の一例が実現される。また、例えば、熱効率低下判定部609を用いることにより、熱効率低下判定手段(工程)の一例が実現される。
また、例えば、投入熱量補正係数計算部610を用いることにより、投入熱量補正係数計算手段の一例が実現される。
また、例えば、減風減温補正終了ボタンPBEのON操作により、必要投入熱量の補正を終了すること指示するための操作の一例が実現される。
また、例えば、燃焼ガス流量設定部506、流量調節計304、及び調節弁131を用いることにより、流量調節工程の一例が実現される。
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。
127 空気流量計
132 燃焼ガス流量計
300 制御装置
301 熱風炉制御計算機
302 入出力装置
303 表示装置
304 流量調節計
307 送風流量計
308 冷風温度計
310 熱風温度計
312 入力装置
Claims (9)
- スタッガードパラレル方式で操業される複数の熱風炉の燃焼および送風を制御するために、該熱風炉のそれぞれに投入する投入熱量を計算する熱風炉制御計算装置であって、
前記複数の熱風炉のそれぞれについて、当該熱風炉の操業の次の1サイクルにおける必要投入熱量を、当該次の1サイクルにおける燃焼期間になる前に、当該熱風炉の熱効率に関する熱収支の実績値を用いて計算する必要投入熱量計算手段と、
前記燃焼を行うための燃焼ガスの操業実績値を入力して、前記複数の熱風炉全体の投入熱量の現在値を計算する投入熱量現在値計算手段と、
前記熱風炉から高炉に供給された熱風の操業実績値と、前記熱風炉に供給された冷風の操業実績値とを入力して、前記複数の熱風炉全体の送風熱量の現在値を計算する送風熱量現在値計算手段と、
前記投入熱量の現在値と、前記送風熱量の現在値とから、前記複数の熱風炉全体の熱効率の現在値を計算する熱効率現在値計算手段と、
オペレータによって入力装置に対して、前記必要投入熱量の補正を行うことを指示するための操作が行われると、前記投入熱量現在値計算手段により計算された投入熱量の現在値と、前記送風熱量現在値計算手段により計算された送風熱量の現在値と、前記熱効率現在値計算手段により計算された熱効率の現在値とをそれぞれ基準値として設定する基準値設定手段と、
前記基準値設定手段により設定された送風熱量の基準値に対する、前記送風熱量現在値計算手段により計算された送風熱量の現在値の減少分が、減風減温判定値を超えているか否かを判定する減風減温判定手段と、
前記基準値設定手段により設定された熱効率の基準値に対する、前記熱効率現在値計算手段により計算された熱効率の現在値の減少分が、熱効率低下判定値を超えているか否かを判定する熱効率低下判定手段と、
前記減風減温判定手段により、送風熱量の基準値に対する現在値の減少分が減風減温判定値を超えたと判定され、且つ、前記熱効率低下判定手段により、熱効率の基準値に対する現在値の減少分が熱効率低下判定値を超えたと判定されると、投入熱量補正係数を計算する投入熱量補正係数計算手段と、
前記必要投入熱量計算手段により計算された必要投入熱量に、前記投入熱量補正係数計算手段により計算された投入熱量補正係数を乗じて、前記複数の熱風炉のそれぞれの次の1サイクルにおける投入熱量を計算する投入熱量計算手段と、を有し、
前記投入熱量補正係数計算手段は、以下の(A)式により、前記投入熱量補正係数A[−]を計算することを特徴とする熱風炉制御計算装置。
A=(Qouts/Qouts-0)×(Qins-0/Qins) ・・・(A)
ここで、Qouts[kcal/min]は、前記送風熱量の現在値、Qouts-0[kcal/min]は、前記送風熱量の基準値、Qins-0[kcal/min]は、前記投入熱量の基準値、Qins[kcal/min]は、前記投入熱量の現在値である。 - 前記必要投入熱量計算手段は、次の1サイクルの送風条件と、冷風の操業実績値とを入力して、次の1サイクルにおける必要蓄熱量を計算することを、前記複数の熱風炉のそれぞれについて行う手段と、
前記燃焼ガスの操業実績値を入力して、実績投入熱量を計算すると共に、熱風の操業実績値と、冷風の操業実績値とを入力して、実績送風熱量を計算し、これら実績投入熱量と実績送風熱量とを用いて、次の1サイクルの奪熱効率を計算することを、前記複数の熱風炉のそれぞれについて行う手段と、
前記次の1サイクルにおける必要蓄熱量と、前記次の1サイクルの奪熱効率とを用いて、次の1サイクルにおける必要投入熱量を計算することを、前記複数の熱風炉のそれぞれについて行う手段と、をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の熱風炉制御計算装置。 - 前記投入熱量補正係数計算手段は、オペレータによって入力装置に対して、前記必要投入熱量の補正を終了すること指示するための操作が行われるまで、前記投入熱量補正係数の計算を行い、
前記投入熱量計算手段は、オペレータによって入力装置に対して、前記必要投入熱量の補正を終了すること指示するための操作が行われるまで、前記必要投入熱量計算手段により計算された必要投入熱量に、投入熱量補正係数計算手段により前記(A)式で計算された投入熱量補正係数Aを乗じて、前記複数の熱風炉のそれぞれの次のサイクルにおける投入熱量を計算することを特徴とする請求項1又は2に記載の熱風炉制御計算装置。 - 前記投入熱量現在値計算手段は、前記複数の熱風炉全体の投入熱量の所定時間における移動平均値を、前記複数の熱風炉全体の投入熱量の現在値として計算し、
前記送風熱量現在値計算手段は、前記複数の熱風炉全体の送風熱量の所定時間における移動平均値を、前記複数の熱風炉全体の送風熱量の現在値として計算し、
前記熱効率現在値計算手段は、前記複数の熱風炉全体の熱効率の所定時間における移動平均値を、前記複数の熱風炉全体の熱効率の現在値として計算することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の熱風炉制御計算装置。 - スタッガードパラレル方式で操業される複数の熱風炉のそれぞれに投入する投入熱量を制御する熱風炉制御方法であって、
前記複数の熱風炉のそれぞれについて、当該熱風炉の操業の次の1サイクルにおける必要投入熱量を、当該次の1サイクルにおける燃焼期間になる前に、当該熱風炉の熱効率に関する熱収支の実績値を用いて計算する必要投入熱量計算工程と、
前記燃焼を行うための燃焼ガスの操業実績値を入力して、前記複数の熱風炉全体の投入熱量の現在値を計算する投入熱量現在値計算工程と、
前記熱風炉から高炉に供給された熱風の操業実績値と、前記熱風炉に供給された冷風の操業実績値とを入力して、前記複数の熱風炉全体の送風熱量の現在値を計算する送風熱量現在値計算工程と、
前記投入熱量の現在値と、前記送風熱量の現在値とから、前記複数の熱風炉全体の熱効率の現在値を計算する熱効率現在値計算工程と、
オペレータによって入力装置に対して、前記必要投入熱量の補正を行うことを指示するための操作が行われると、前記投入熱量現在値計算工程により計算された投入熱量の現在値と、前記送風熱量現在値計算工程により計算された送風熱量の現在値と、前記熱効率現在値計算工程により計算された熱効率の現在値とをそれぞれ基準値として設定する基準値設定工程と、
前記基準値設定工程により設定された送風熱量の基準値に対する、前記送風熱量現在値計算工程により計算された送風熱量の現在値の減少分が、減風減温判定値を超えているか否かを判定する減風減温判定工程と、
前記基準値設定工程により設定された熱効率の基準値に対する、前記熱効率現在値計算工程により計算された熱効率の現在値の減少分が、熱効率低下判定値を超えているか否かを判定する熱効率低下判定工程と、
前記減風減温判定工程により、送風熱量の基準値に対する現在値の減少分が減風減温判定値を超えたと判定され、且つ、前記熱効率低下判定工程により、熱効率の基準値に対する現在値の減少分が熱効率低下判定値を超えたと判定されると、投入熱量補正係数を計算する投入熱量補正係数計算工程と、
前記必要投入熱量計算工程により計算された必要投入熱量に、前記投入熱量補正係数計算工程により計算された投入熱量補正係数を乗じて、前記複数の熱風炉のそれぞれの次のサイクルにおける投入熱量を計算する投入熱量計算工程と、
前記投入熱量計算工程で計算された投入熱量に基づいて、次の1サイクルにおける燃焼期間に前記熱風炉に供給する燃焼ガスの流量を調節する流量調節工程と、有し、
前記投入熱量補正係数計算工程は、以下の(A)式により、前記投入熱量補正係数A[−]を計算することを特徴とする熱風炉制御方法。
A=(Qouts/Qouts-0)×(Qins-0/Qins) ・・・(A)
ここで、Qouts[kcal/min]は、前記送風熱量の現在値であり、Qouts-0[kcal/min]は、前記送風熱量の基準値であり、Qins-0[kcal/min]は、前記投入熱量の基準値であり、Qins[kcal/min]は、前記投入熱量の現在値である。 - 前記必要投入熱量計算工程は、次の1サイクルの送風条件と、冷風の操業実績値とを入力して、次の1サイクルにおける必要蓄熱量を計算することを、前記複数の熱風炉のそれぞれについて行う工程と、
前記燃焼ガスの操業実績値を入力して、実績投入熱量を計算すると共に、熱風の操業実績値と、冷風の操業実績値とを入力して、実績送風熱量を計算し、これら実績投入熱量と実績送風熱量とを用いて、次の1サイクルの奪熱効率を計算することを、前記複数の熱風炉のそれぞれについて行う工程と、
前記次の1サイクルにおける必要蓄熱量と、前記次の1サイクルの奪熱効率とを用いて、次の1サイクルにおける必要投入熱量を計算することを、前記複数の熱風炉のそれぞれについて行う工程と、をさらに有することを特徴とする請求項5に記載の熱風炉制御方法。 - 前記投入熱量補正係数計算工程は、オペレータによって入力装置に対して、前記必要投入熱量の補正を終了すること指示するための操作が行われるまで、前記投入熱量補正係数の計算を行い、
前記投入熱量計算工程は、オペレータによって入力装置に対して、前記必要投入熱量の補正を終了すること指示するための操作が行われるまで、前記必要投入熱量計算工程により計算された必要投入熱量に、投入熱量補正係数計算工程により前記(A)式で計算された投入熱量補正係数Aを乗じて、前記複数の熱風炉のそれぞれの次のサイクルにおける投入熱量を計算することを特徴とする請求項5又は6に記載の熱風炉制御方法。 - 前記投入熱量現在値計算工程は、前記複数の熱風炉全体の投入熱量の所定時間における移動平均値を、前記複数の熱風炉全体の投入熱量の現在値として計算し、
前記送風熱量現在値計算工程は、前記複数の熱風炉全体の送風熱量の所定時間における移動平均値を、前記複数の熱風炉全体の送風熱量の現在値として計算し、
前記熱効率現在値計算工程は、前記複数の熱風炉全体の熱効率の所定時間における移動平均値を、前記複数の熱風炉全体の熱効率の現在値として計算することを特徴とする請求項5〜7の何れか1項に記載の熱風炉制御方法。 - スタッガードパラレル方式で操業される複数の熱風炉の燃焼および送風を制御するために、該熱風炉のそれぞれに投入する投入熱量を計算することをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
前記複数の熱風炉のそれぞれについて、当該熱風炉の操業の次の1サイクルにおける必要投入熱量を、当該次の1サイクルにおける燃焼期間になる前に、当該熱風炉の熱効率に関する熱収支の実績値を用いて計算する必要投入熱量計算工程と、
前記燃焼を行うための燃焼ガスの操業実績値を入力して、前記複数の熱風炉全体の投入熱量の現在値を計算する投入熱量現在値計算工程と、
前記熱風炉から高炉に供給された熱風の操業実績値と、前記熱風炉に供給された冷風の操業実績値とを入力して、前記複数の熱風炉全体の送風熱量の現在値を計算する送風熱量現在値計算工程と、
前記投入熱量の現在値と、前記送風熱量の現在値とから、前記複数の熱風炉全体の熱効率の現在値を計算する熱効率現在値計算工程と、
オペレータによって入力装置に対して、前記必要投入熱量の補正を行うことを指示するための操作が行われると、前記投入熱量現在値計算工程により計算された投入熱量の現在値と、前記送風熱量現在値計算工程により計算された送風熱量の現在値と、前記熱効率現在値計算工程により計算された熱効率の現在値とをそれぞれ基準値として設定する基準値設定工程と、
前記基準値設定工程により設定された送風熱量の基準値に対する、前記送風熱量現在値計算工程により計算された送風熱量の現在値の減少分が、減風減温判定値を超えているか否かを判定する減風減温判定工程と、
前記基準値設定工程により設定された熱効率の基準値に対する、前記熱効率現在値計算工程により取得された熱効率の現在値の減少分が、熱効率低下判定値を超えているか否かを判定する熱効率低下判定工程と、
前記減風減温判定工程により、送風熱量の基準値に対する現在値の減少分が減風減温判定値を超えたと判定され、且つ、前記熱効率低下判定工程により、熱効率の基準値に対する現在値の減少分が熱効率低下判定値を超えたと判定されると、投入熱量補正係数を計算する投入熱量補正係数計算工程と、
前記必要投入熱量計算工程により計算された必要投入熱量に、前記投入熱量補正係数計算工程により計算された投入熱量補正係数を乗じて、前記複数の熱風炉のそれぞれの次の1サイクルにおける投入熱量を計算する投入熱量計算工程と、をコンピュータに実行させ、
前記投入熱量補正係数計算工程は、以下の(A)式により、前記投入熱量補正係数A[−]を計算することを特徴とするコンピュータプログラム。
A=(Qouts/Qouts-0)×(Qins-0/Qins) ・・・(A)
ここで、Qouts[kcal/min]は、前記送風熱量の現在値であり、Qouts-0[kcal/min]は、前記送風熱量の基準値であり、Qins-0[kcal/min]は、前記投入熱量の基準値であり、Qins[kcal/min]は、前記投入熱量の現在値である。
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