特許 6249920 高炉の炉頂圧発電設備におけるバイパス弁の操作方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6249920

(24)【登録日】2017年12月1日

(45)【発行日】2017年12月20日

(54)【発明の名称】高炉の炉頂圧発電設備におけるバイパス弁の操作方法

(51)【国際特許分類】

   C21B 7/00 20060101AFI20171211BHJP

   F27D 17/00 20060101ALI20171211BHJP

   F02C 6/00 20060101ALI20171211BHJP

   F01D 17/00 20060101ALI20171211BHJP

   F01D 21/00 20060101ALI20171211BHJP

【ＦＩ】

   C21B7/00 306

   F27D17/00 104K

   F02C6/00 A

   F01D17/00 F

   F01D17/00 J

   F01D17/00 Q

   F01D21/00 G

【請求項の数】5

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2014-205694(P2014-205694)

(22)【出願日】2014年10月6日

(65)【公開番号】特開2016-74941(P2016-74941A)

(43)【公開日】2016年5月12日

【審査請求日】2016年9月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100061745

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100120341

【弁理士】

【氏名又は名称】安田 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】村上 晃

(72)【発明者】

【氏名】西野 都

(72)【発明者】

【氏名】渡部 哲也

(72)【発明者】

【氏名】松浦 徹

(72)【発明者】

【氏名】早田 大希

(72)【発明者】

【氏名】坂口 健斗

【審査官】 池ノ谷 秀行

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６０−０６２６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０９６６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２１３９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−１４４３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２３４７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５３−１３５８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−０３４８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−０３２９４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｂ ７／００−７／２４

Ｆ２７Ｄ １７／００

Ｆ０２Ｃ ６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高炉の炉頂から排出される高炉ガスにより発電を行う発電部と、前記発電部のガス入側とガス出側とを結ぶバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられた２以上のバイパス弁とを備えた高炉の炉頂圧発電設備の制御方法であって、
前記発電部を緊急停止するに際し、緊急停止前にバイパス流路を流れる高炉ガス流量が０の場合において、
前記発電部を緊急停止する前の前記発電部内を流れる高炉ガスの流量を計算し、
前記バイパス弁の、仮決め及び算出したフィードフォワード補償による流量が、計算して得られた前記発電部内を流れる高炉ガスの流量と等しくなるように算出するものであって、前記バイパス弁の、少なくとも弁機構の開度と、入側の圧力と、当該弁機構を流れる流体の流量との関係を示し、前記開度から前記流量を求めることができ、あるいは、前記流量から前記開度を求めることができる値であるＣｖ値を用いて、前記バイパス弁のうち、フィードバック補償を行う前記バイパス弁の開度のフィードフォワード補償量を仮決めし、その後、フィードバック補償を行わない前記バイパス弁の開度のフィードフォワード補償量を算出し、
仮決め及び算出したフィードフォワード補償量を前記バイパス弁に適用するものとし、
２以上の前記バイパス弁のうち、少なくとも一つの前記バイパス弁についてはフィードバック補償を行い、少なくとも一つの前記バイパス弁についてはフィードバック補償を行わないものとし、
前記仮決めしたフィードフォワード補償量を、フィードバック補償を行う前記バイパス弁に適用するものとし、
前記算出したフィードフォワード補償量を、フィードバック補償を行わない前記バイパス弁に適用するものとし、
前記フィードバック補償は、前記発電部前圧の実績値を当該発電部前圧の目標値に一致させるように制御するものである、
ことを特徴とする高炉の炉頂圧発電設備におけるバイパス弁の操作方法。

【請求項2】

高炉の炉頂から排出される高炉ガスにより発電を行う発電部と、前記発電部のガス入側とガス出側とを結ぶバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられた２以上のバイパス弁とを備えた高炉の炉頂圧発電設備の制御方法であって、
前記発電部を緊急停止するに際し、緊急停止前にバイパス流路を流れる高炉ガス流量が０でない場合において、
前記発電部を緊急停止する前の前記発電部内及び前記バイパス流路を流れる高炉ガスの流量それぞれを計算し、
前記バイパス弁の、仮決め及び算出したフィードフォワード補償による流量が、計算して得られた前記発電部内を流れる高炉ガスの流量と等しくなるように算出するものであって、前記バイパス弁の、少なくとも弁機構の開度と、入側の圧力と、当該弁機構を流れる流体の流量との関係を示し、前記開度から前記流量を求めることができ、あるいは、前記流量から前記開度を求めることができる値であるＣｖ値を用いて、前記バイパス弁のうち、フィードバック補償を行う前記バイパス弁の開度のフィードフォワード補償量を仮決めし、その後、フィードバック補償を行わない前記バイパス弁の開度のフィードフォワード補償量を算出し、
仮決め及び算出したフィードフォワード補償量を前記バイパス弁に適用するものとし、
２以上の前記バイパス弁のうち、少なくとも一つの前記バイパス弁については前記フィードバック補償を行い、少なくとも一つの前記バイパス弁については前記フィードバック補償を行わないものとし、
前記仮決めしたフィードフォワード補償量を、フィードバック補償を行う前記バイパス弁に適用するものとし、
前記算出したフィードフォワード補償量を、前記フィードバック補償を行わない前記バイパス弁に適用するものとし、
前記フィードバック補償は、前記発電部前圧の実績値を当該発電部前圧の目標値に一致させるように制御するものである、
ことを特徴とする高炉の炉頂圧発電設備におけるバイパス弁の操作方法。

【請求項3】

前記発電部が、当該発電部内を流れる高炉ガスの流量を調整可能とする弁機構を備えており、
前記発電部の弁機構の開度とＣｖ値とを基に、前記発電部を緊急停止する前の前記発電部内の高炉ガスの流量、又は、発電部内及び前記バイパス流路を流れる高炉ガスの流量それぞれを計算することを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉の炉頂圧発電設備におけるバイパス弁の操作方法。

【請求項4】

高炉の炉頂と前記発電部との間の流路に、前記高炉ガスに含まれる粉塵を除去するためのリングスリットエレメントが設けられ、前記リングスリットエレメントは、当該リングスリットエレメント内を流れる高炉ガスの流量を調整可能とする弁機構を備えており、
前記リングスリットエレメントの弁機構の開度とＣｖ値とを基に、前記発電部を緊急停止する前の前記発電部内の高炉ガスの流量、又は、発電部内及び前記バイパス流路を流れる高炉ガスの流量それぞれを計算することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高炉の炉頂圧発電設備におけるバイパス弁の操作方法。

【請求項5】

前記発電部が、当該発電部内を流れる高炉ガスの流量を調整可能とする弁機構を備えている場合、
前記発電部の弁機構の開度とＣｖ値とを基に、前記発電部を緊急停止する前の前記発電部内の高炉ガスの流量を計算するものとし、
高炉の炉頂と前記発電部との間の流路に、前記高炉ガスに含まれる粉塵を除去するためのリングスリットエレメントが設けられ、前記リングスリットエレメントは、当該リングスリットエレメント内を流れる高炉ガスの流量を調整可能とする弁機構を備えている場合、
前記リングスリットエレメントの弁機構の開度とＣｖ値とを基に、前記発電部を緊急停止する前の前記発電部内の高炉ガスの流量を計算するものとし、
緊急停止前にバイパス流路を流れる高炉ガス流量が０の場合に、緊急停止前における発電部の弁機構の開度の実績値と発電部の弁機構のＣｖ値とから計算される流量又は緊急停止前におけるリングスリットエレメントの弁機構の開度の実績値とリングスリットエレメントのＣｖ値とから計算される流量と、緊急停止後におけるバイパス弁の開度とバイパス弁のＣｖ値とから計算される流量が等しくなるように、前記バイパス弁のＣｖ値を補正しておき、次回以降の緊急停止時に、当該補正済みのＣｖ値を用いることを特徴とする請求項１に記載の高炉の炉頂圧発電設備におけるバイパス弁の操作方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高炉に設けられた炉頂圧発電設備に関し、特に、炉頂圧発電設備の緊急停止時におけるバイパス弁の操作方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、高炉では、その上部から鉄鉱石、コークス、石灰石などの炉内装入物を層状に装入し、下部から熱風を吹込んで、鉄鉱石の還元、溶解等の一連の反応を行わせ、銑鉄を製造している。炉内装入物に関しては、高炉内で半径方向に適正なガス流速分布が得られるように投入量や粒度を調整する。また、吹き込む熱風に関しては、高炉下部の側壁に形成された羽口からの送風条件（送風温度や送風湿度など）を適切に制御する。かかる制御を適切に行い、鉄鉱石の還元、溶解等の一連の反応を効率よく進行させ、所望とする銑鉄の温度（出銑温度）が確保できるように操業を行っている。

【0003】

上記した高炉には、炉頂から排出される高温のガス（高炉ガス）を利用した発電設備（炉頂圧発電設備）が設けられている。
炉頂圧発電設備においては、高炉ガスは、炉頂から配管を通してダストキャッチャーに導かれ、粗いダストが除去される。続いて、集塵設備により、細かなダストが取り除かれる。集塵設備は、乾式と湿式の２種類があるが、例えば、湿式では、リングスリットウォッシャー（ＲＳＷ：Ｒｉｎｇ Ｓｌｉｔ Ｗａｓｈｅｒ）と呼ばれる設備が挙げられる。ここで、ＲＳＷには、リングスリットエレメント（ＲＳＥ：Ｒｉｎｇ Ｓｌｉｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ）と呼ばれる機器が設けられており、高炉ガスを除塵するとともに、炉頂圧の圧力制御を行っている。

【0004】

集塵設備にて除塵が完了した高炉ガスは、２つのルートを通りうる。
１つ目のルートは、炉頂ガスの圧力を利用してタービンを回し発電を行う炉頂圧発電機（ＴＲＴ：Ｔｏｐ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｔｕｒｂｉｎｅ）である。２つ目のルートは、ＴＲＴが動作しない場合のバイパスのルートである。
まず、１つ目のＴＲＴのルートでは、高炉ガスによりタービンを駆動し、直結された発電機により発電を行う。この際に、タービンの最前段に設けられた静翼の翼形加減弁（翼弁）により、ＴＲＴの前圧を制御している。なお、タービンの前に調速弁が設けられることもある。

【0005】

次に、２つ目のバイパスのルートは、ＴＲＴが異常等により動作しない場合のルートである。この２つ目のルートには、バイパス弁が設けられている。バイパス弁は、複数のバタフライ弁で構成されている場合が多い。バイパス弁の上流側にＲＳＥ等の炉頂圧の制御系がある場合には、バイパス弁が前圧（ＴＲＴの前圧でもあり、バイパス弁の前圧でもある）の制御を行う。バイパス弁の上流側にＲＳＥ等の炉頂圧の制御系がない場合には、炉頂圧の制御を行う。バイパス弁の後には、消音のためのサイレンサが設けられている場合が多い。なお、セプタム弁と呼ばれる弁もあるが、ＴＲＴを流れる高炉ガスをバイパスするための弁である場合は、バイパス弁に含めるものとする。また、バイパス弁の上流側にＲＳＥ等の炉頂圧の制御系がない場合には、以下の説明で、前圧を炉頂圧と読み替えるものとする。

【0006】

ところで、希にではあるが、炉頂圧発電設備においてＴＲＴを緊急停止する場合がある。ＴＲＴの緊急停止とは、設備故障等によりＴＲＴを短時間のうちに停止させることであり、ＴＲＴを流れていた高炉ガスが、危急遮断弁（図示せず）等により瞬時（通常０．５秒程度）に遮断される場合をいう。
危急遮断弁は、ＴＲＴの上流側に設けられており、ＴＲＴの緊急停止信号により、弁が高速に動作し、ＴＲＴへの高炉ガスの流入を遮断する（なお、ＴＲＴのタービン自体は、急停止できないため、時間をかけて停止される。）。

【0007】

緊急遮断時は、ＴＲＴへの高炉ガス流量を短時間で０とするため、１つめのルートであるＴＲＴを流れていた高炉ガスを、可及的速やかに２つめのルートであるバイパス弁に流す必要がある。
しかし、バイパス弁の応答が遅い場合、ＴＲＴを流れていた高炉ガスの流量がバイパス弁のルートの流量より大きいこととなり、ＴＲＴまたはバイパス弁の前圧が一時的に上昇する。さらに、前圧が上昇することにより、ＲＳＥを通過する高炉ガス量が減少し、炉頂圧も一時的に上昇することとなる。炉頂圧の変動は、高炉の安定操業の妨げとなるため、ＴＲＴ緊急停止時のバイパス弁の適切な制御は、重要な課題となっている。

【0008】

また、ＲＳＥの前後（上下流）における差圧は、除塵能力から下限が定められているが、ＴＲＴ前圧の変動を抑制することにより、ＲＳＥの差圧設定を限界まで小さくすることができる。このことは、ＴＲＴ前圧を増加させることとなるため、結果としてＴＲＴの発電量を増加させることができる。
このように、炉頂圧発電設備における弁の制御、それに伴う圧力の制御を行う技術としては、以下に示すものがある。

【0009】

例えば、特許文献１には、高炉排ガスエネルギー回収プラントの制御方法が開示されており、ＴＲＴが緊急停止したときの制御技術として、圧力調節計の利得（ゲイン）を高くして、炉頂圧が平常時よりもわずかに上昇した時に、レンジ調節弁を制御する方法が記載されている。
特許文献２には、高炉の炉頂圧制御方法が開示されており、調整弁の容量を表すＣｖ値を利用して、レンジ弁の弁開度を制御する方法が記載されている。

【0010】

特許文献３には、炉頂圧制御方法が開示されており、調速弁とタービンの可変翼弁の合成近似Ｃｖ値を用いて、調速弁の開度を補正制御する方法が記載されている。
特許文献４には、炉頂圧回収タービン設備の制御装置が開示されており、セプタム弁又はバイパス弁の最大のＣｖ値と炉頂圧回収タービンの最大Ｃｖ値合わせを行わせて、圧力指示、定格出力制御、バンプレスバックアップを行う方法が記載されている。特に、特許文献３の３頁においては、「タービンの実際のＣｖ値は静翼角度発信機により検出された静翼角度で計算される」旨が記載されている。

【0011】

特許文献５には、高炉の炉頂ガス圧力制御方法が開示されており、原料装入時の炉頂圧変動を抑制するために、セプタム弁、炉頂ブリーダ弁、リングスリットワッシャまたは炉頂圧タービンで、フィードフォワード補償制御を行う手法が記載されている。
特許文献６には、高炉炉頂圧制御方法が開示されており、発電機緊急停止時に、弁を開放し、発電機で吸収していたガスを逃がすフィードフォワード制御を介在させると共に、差圧式除塵機でのフィードバック制御を一時停止させる方法が記載されている。

【0012】

特許文献７には、セプタム弁の操作方法に関する技術が開示されており、セプタム弁の緊急開放弁の振動加速度が所定値以下となるような開度上限値を把握しておき、炉頂圧発電設備の計画停止時に、緊急開放弁を、把握した開度上限値に、把握した開度上限値に達する時間で、開放制御を行うこと方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特開昭５４−１０３９１６公報

【特許文献2】特開平８−１３０１２号公報

【特許文献3】特開昭５８−２０００３９号公報

【特許文献4】特開昭５８−２２０９２９号公報

【特許文献5】特開２０１３−１２４４１４号公報

【特許文献6】特開２００６−２１３９５２号公報

【特許文献7】特開２０１３−１３３５４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

炉頂圧発電設備におけるＴＲＴの緊急停止時には、非常に短時間にＴＲＴに流れていた高炉ガスの流路が断たれるため、ＴＲＴに流れていた流量と同量のガスを可及的速やかにバイパス弁側の流路に流す必要がある。これにより、ＴＲＴ前圧の変動が抑制され、さらに、炉頂圧の変動が抑制される。
例えば、特許文献１では、圧力調節計の利得（ゲイン）を高くしてレンジ調整弁の開度を増大させており、フィードバック補償により制御を行っている。このため、フィードバックループが安定している場合には、応答を早くすることができるものの、フィードフォワード補償でないため、応答の遅れが生じる虞がある。

【0015】

特許文献２では、Ｃｖ値を用いてレンジ弁を操作する炉頂圧制御方法であるが、炉頂圧制御時にハンチングを生じないための制御方法であり、ＴＲＴ緊急停止時の制御方法ではない。また、特許文献３では、調速弁と静翼開度の合成近似Ｃｖ値を用いて、ＴＲＴ側の調速弁の開度を補正制御する方法であるものの、特許文献２と同様に、ＴＲＴ緊急停止時のバイパス弁の制御方法ではない。

【0016】

特許文献４に記載の発明は、ＴＲＴ側と、セプタム弁又はバイパス弁側との、２台の圧力指示調節計の相互に、外部帰還によりその相手側の出力に追従させるようにしている。しかし、フィードバック補償であり、フィードフォワード補償ではないため、ＴＲＴ緊急停止後、セプタム弁又はバイパス弁側のフィードバック補償の遅れが存在し、炉頂圧が変動する現象を避けることができない。また、タービンのＣｖ値を計算により求める手法が示唆されているものの、フィードフォワード補償に利用されていない。

【0017】

特許文献５に記載の発明は、バイパス用の弁であるセプタム弁のフィードフォワード補償であるものの、ＴＲＴ緊急停止時のバイパス弁のフィードフォワード補償ではない。
特許文献６に記載の発明は、フィードフォワード補償であるものの、差圧式除塵機のフィードバック補償を一時停止する処理が必要である。また、フィードフォワード補償量は、「ガス量の減少分をセプタム弁に流し込むための、該セプタム弁を開く度合いに対応したもの」と記載されているが、具体的な量や導出法は開示されていない。

【0018】

特許文献７に記載の発明は、配管に生じる振動を防止するために、開度上限値を定めている。しかし、代表的な弁であるバタフライ弁を圧力制御に用いる場合、弁の上流側の圧力を維持するためには開度上限値が存在するが、この開度上限値については、考慮されていない。また、ＴＲＴの計画停止時のセプタム弁を開放する開度は、前圧を維持する場合、ＴＲＴを流れていた高炉ガスの流量と同量であることが望ましいが、セプタム弁を開放する開度について、上限は開示されているものの、具体的な量や導出法は記載されていない。

【0019】

そこで、本発明は上記問題点を鑑み、炉頂圧発電設備におけるＴＲＴ緊急停止時の炉頂ガス圧力の変動を小さく保つことにより、炉頂圧発電設備の安定操業に寄与し、ＴＲＴの前圧増加により発電量を増加させる制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0020】

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る高炉の炉頂圧発電設備におけるバイパス弁の操作方法は、高炉の炉頂から排出される高炉ガスにより発電を行う発電部と、前記発電部のガス入側とガス出側とを結ぶバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられた２以上のバイパス弁とを備えた高炉の炉頂圧発電設備の制御方法であって、前記発電部を緊急停止するに際し、緊急停止前にバイパス流路を流れる高炉ガス流量が０の場合において、前記発電部を緊急停止する前の前記発電部内を流れる高炉ガスの流量を計算し、前記バイパス弁の、仮決め及び算出したフィードフォワード補償による流量が、計算して得られた前記発電部内を流れる高炉ガスの流量と等しくなるように算出するものであって、前記バイパス弁の、少なくとも弁機構の開度と、入側の圧力と、当該弁機構を流れる流体の流量との関係を示し、前記開度から前記流量を求めることができ、あるいは、前記流量から前記開度を求めることができる値であるＣｖ値を用いて、前記バイパス弁のうち、フィードバック補償を行う前記バイパス弁の開度のフィードフォワード補償量を仮決めし、その後、フィードバック補償を行わない前記バイパス弁の開度のフィードフォワード補償量を算出し、仮決め及び算出したフィードフォワード補償量を前記バイパス弁に適用するものとし、２以上の前記バイパス弁のうち、少なくとも一つの前記バイパス弁についてはフィードバック補償を行い、少なくとも一つの前記バイパス弁についてはフィードバック補償を行わないものとし、前記仮決めしたフィードフォワード補償量を、フィードバック補償を行う前記バイパス弁に適用するものとし、前記算出したフィードフォワード補償量を、フィードバック補償を行わない前記バイパス弁に適用するものとし、前記フィードバック補償は、前記発電部前圧の実績値を当該発電部前圧の目標値に一致させるように制御するものである、ことを特徴とする。

【0021】

本発明に係る高炉の炉頂圧発電設備におけるバイパス弁の操作方法は、高炉の炉頂から排出される高炉ガスにより発電を行う発電部と、前記発電部のガス入側とガス出側とを結ぶバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられた２以上のバイパス弁とを備えた高炉の炉頂圧発電設備の制御方法であって、前記発電部を緊急停止するに際し、緊急停止前にバイパス流路を流れる高炉ガス流量が０でない場合において、前記発電部を緊急停止する前の前記発電部内及び前記バイパス流路を流れる高炉ガスの流量それぞれを計算し、前記バイパス弁の、仮決め及び算出したフィードフォワード補償による流量が、計算して得られた前記発電部内を流れる高炉ガスの流量と等しくなるように算出するものであって、前記バイパス弁の、少なくとも弁機構の開度と、入側の圧力と、当該弁機構を流れる流体の流量との関係を示し、前記開度から前記流量を求めることができ、あるいは、前記流量から前記開度を求めることができる値であるＣｖ値を用いて、前記バイパス弁のうち、フィードバック補償を行う前記バイパス弁の開度のフィードフォワード補償量を仮決めし、その後、フィードバック補償を行わない前記バイパス弁の開度のフィードフォワード補償量を算出し、仮決め及び算出したフィードフォワード補償量を前記バイパス弁に適用するものとし、２以上の前記バイパス弁のうち、少なくとも一つの前記バイパス弁については前記フィードバック補償を行い、少なくとも一つの前記バイパス弁については前記フィードバック補償を行わないものとし、前記仮決めしたフィードフォワード補償量を、フィードバック補償を行う前記バイパス弁に適用するものとし、前記算出したフィードフォワード補償量を、前記フィードバック補償を行わない前記バイパス弁に適用するものとし、前記フィードバック補償は、前記発電部前圧の実績値を当該発電部前圧の目標値に一致させるように制御するものである、ことを特徴とする。

【0022】

前記発電部が、当該発電部内を流れる高炉ガスの流量を調整可能とする弁機構を備えており、前記発電部の弁機構の開度とＣｖ値とを基に、前記発電部を緊急停止する前の前記発電部内の高炉ガスの流量、又は、発電部内及び前記バイパス流路を流れる高炉ガスの流量それぞれを計算することを特徴とする。
高炉の炉頂と前記発電部との間の流路に、前記高炉ガスに含まれる粉塵を除去するためのリングスリットエレメントが設けられ、前記リングスリットエレメントは、当該リングスリットエレメント内を流れる高炉ガスの流量を調整可能とする弁機構を備えており、前記リングスリットエレメントの弁機構の開度とＣｖ値とを基に、前記発電部を緊急停止する前の前記発電部内の高炉ガスの流量、又は、発電部内及び前記バイパス流路を流れる高炉ガスの流量それぞれを計算することを特徴とする。

【0023】

前記発電部が、当該発電部内を流れる高炉ガスの流量を調整可能とする弁機構を備えている場合、前記発電部の弁機構の開度とＣｖ値とを基に、前記発電部を緊急停止する前の前記発電部内の高炉ガスの流量を計算するものとし、高炉の炉頂と前記発電部との間の流路に、前記高炉ガスに含まれる粉塵を除去するためのリングスリットエレメントが設けられ、前記リングスリットエレメントは、当該リングスリットエレメント内を流れる高炉ガスの流量を調整可能とする弁機構を備えている場合、前記リングスリットエレメントの弁機構の開度とＣｖ値とを基に、前記発電部を緊急停止する前の前記発電部内の高炉ガスの流量を計算するものとし、緊急停止前にバイパス流路を流れる高炉ガス流量が０の場合に、緊急停止前における発電部の弁機構の開度の実績値と発電部の弁機構のＣｖ値とから計算される流量又は緊急停止前におけるリングスリットエレメントの弁機構の開度の実績値とリングスリットエレメントのＣｖ値とから計算される流量と、緊急停止後におけるバイパス弁の開度とバイパス弁のＣｖ値とから計算される流量が等しくなるように、前記バイパス弁のＣｖ値を補正しておき、次回以降の緊急停止時に、当該補正済みのＣｖ値を用いることを特徴とする。

【発明の効果】

【0024】

本発明に係る炉頂圧発電設備の制御方法によれば、炉頂圧発電設備におけるＴＲＴ緊急停止時の炉頂ガス圧力の変動を小さく保つことにより、炉頂圧発電設備の安定操業に寄与し、ＴＲＴの前圧増加により発電量を増加させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】高炉の炉頂圧発電設備の概略を示した図である。

【図2】ＲＳＥの内部を示した断面模式図である。

【図3】ＴＲＴの内部を示した断面模式図である。

【図4】バイパス弁の内部を示した断面模式図である。

【図5】ＴＲＴのＣｖ値を示したグラフである。

【図6】バイパス弁のＣｖ値を示したグラフである。

【図7】ＲＳＥの流量特性（Ｃｖ値相当）を示したグラフである。

【図8】ＴＲＴ緊急停止時の圧力変化と開度変化との関係を示した図である。

【図9】バイパス弁の制御ブロック図である。

【図10】ＴＲＴに備えられた翼弁の開度を用いてフィードフォワード補償を行う手順を示したフローチャートである。

【図11】ＲＳＥ開度を用いてフィードフォワード補償を行う手順を示したフローチャートである。

【図12】バイパス弁のＣｖ値を補正する手順を示したフローチャートである。

【図13】ＴＲＴ停止前のバイパス弁の流量が０の場合の本発明適用時のＴＲＴ緊急停止時の圧力変化と開度変化との関係を示した図である。

【図14】ＴＲＴ停止前のバイパス弁の流量が０でない場合のＴＲＴに備えられた翼弁の開度を用いてフィードフォワード補償を行う手順を示したフローチャートである。

【図15】ＴＲＴ停止前のバイパス弁の流量が０でない場合のＴＲＴに備えられた翼弁の開度を用いてフィードフォワード補償を行う手順を示したフローチャートである。

【図16】ＴＲＴ停止前のバイパス弁の流量が０でない場合の本発明適用時のＴＲＴ緊急停止時の圧力変化と開度変化との関係を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明に係る高炉の炉頂圧発電設備におけるバイパス弁の操作方法の実施形態を、図を基に説明する。
まず、高炉の炉頂圧発電設備の概略について説明する。
図１に示すように、高炉の炉頂圧発電設備１は、高炉の炉頂で排出されたガス（高炉ガス）を回収し、回収した高炉ガスを用いて発電を行うもので、高炉ガスを回収する高炉ガス流路２を備えている。

【0027】

高炉ガス流路２には、高炉ガスに含まれるダスト等を除去する集塵設備が接続されている。この集塵設備は、ダストキャッチャー（図示省略）やリングスリットウォッシャー（ＲＳＷ）であり、これらの内部に高炉ガスを通すことにより、ダスト等を除去することができる。このうち、リングスリットウォッシャー（ＲＳＷ）は、複数（例えば、３つ）のリングスリットエレメント（ＲＳＥ）を並列に接続することにより構成されている。

【0028】

また、ＲＳＥの下流側の高炉ガス流路２には、ミストセパレータ（図示省略）が設けられ、少なくとも２つの流路に枝分かれしている。１つ目の流路は、高炉ガスにより発電を行う発電部（ＴＲＴ）を通過するメイン流路であり、２つ目の流路は、ＴＲＴのガス入側とガス出側との間をメイン流路とは別に結ぶバイパス流路４である。このバイバス流路４には、並列して、２つのバイパス弁５ａ、５ｂが設けられている。バイパス流路４であって、バイパス弁５を設置した下流側には、高炉ガスの消音のためのサイレンサが設けられている。

【0029】

次に、上述した個別の装置（ＲＳＥ、ＴＲＴ、バイバス弁）について、詳しく説明する。
図２に示すように、ＲＳＥは、高炉ガスが流れる円錐管１０と、この円錐管１０に挿入された移動自在なコーン状（円錐状）の可動部１１とを備えている。可動部１１は、図１に示す炉頂圧コントローラ１２により制御される。具体的には、炉頂圧コントローラ１２は、炉頂圧の実績値と、炉頂圧の目標値とに基づき、可動部１１の操作量を求め、この操作量に基づいて可動部１１を移動させる。即ち、炉頂圧コントローラ１２は、円錐管１０と可動部１１との間隔を操作し、炉頂圧が目標値になるように、通過する高炉ガス流量を調整する。

【0030】

つまり、ＲＳＥでは、可動部１１と円錐管（ケース）１０とで構成された弁機構によって、両者間の間隙が変化することで、高炉ガスの流量や圧力を調整する。なお、流入ガスには細かな水滴が含まれており、間隙を通過する際に、流速が増えることにより、細かなダストと水滴が付着して、除塵することができる。
図３に示すように、ＴＲＴ（発電部）は、発電機１４に直結するタービンの軸（ロータ）１５に設けられた動翼１６と、ケーシング側１７に固定された静翼１８とを備えている。

【0031】

また、静翼１８の一部は、角度を変更することができる翼弁（弁機構）１８ａで構成されており、図１に示すＴＲＴ前圧コントローラによって翼の角度（弁の角度）が変更できるようになっている。具体的には、ＴＲＴ前圧コントローラ１９は、前圧の実績値と前圧の目標値とに基づき、翼弁１８ａ等の操作量を求め、この操作量に基づいて翼弁１８ａ等の角度を変更し、これにより、前圧が目標値になるように、ＴＲＴを通過するガス流量を調整する。

【0032】

つまり、流入ガスである高炉ガスがタービンに吸気され、静翼１８と動翼１６を通過する際に、動翼１６がタービンの軸１５を回転させる。タービンの軸１５は発電機１４に接続されており、電力を発生させる。最前段の静翼１８ａは、前述のように、角度が変えられる翼弁となっており、高炉ガスの流量や圧力を調整することができる。
図４に示すように、バイパス弁５（５ａ、５ｂ）は、バタフライ弁と呼ばれる弁であり、円状のディスクを軸芯周りで回動させて角度を変更することにより、当該バイバス弁５の開度（弁開度という）を変更することができる。バイパス弁５では、図１に示すバイバス弁前圧コントローラ２０が、前圧の実績値と前圧の目標値とに基づき、バイパス弁５の操作量を求め、この操作量に基づいて弁開度を変更することによって、バイバス流路４を通過するガス流量を調整する、即ち、前圧を目標値に制御する。

【0033】

なお、バイパス弁５ａは、フィードフォワード補償（ＦＦ補償）により、弁開度が制御され、バイパス弁５ｂは、フィードフォワード補償（ＦＦ補償）とフィードバック補償の（ＦＢ補償）の組み合わせにより、弁開度が制御される。また、図１では、バイパス弁５をバイバス流路４に２つ設置した例を示しているが、この例に限定されることなく、バイパス流路４に、バイバス弁５を１つ、または、３つ以上設置してもよい。また、バイパス弁５は、バタフライ弁以外の弁であってもよい。また、ＲＳＥ等の炉頂圧の制御系が存在しない場合には、ＴＲＴやバイパス弁５が炉頂圧を制御することとなる。

【0034】

以上、炉頂圧発電設備１によれば、高炉の炉頂から排出される高炉ガスは、通常はＴＲＴを流れ、その後、高炉ガスホルダへと回収されることとなる。ＴＲＴでは高炉ガスによりタービンが回転し発電が行われる。ここで、ＴＲＴの保守作業を行うために、ＴＲＴに流す高炉ガスを停止する状況が発生する。その場合には、徐々に時間をかけ、高炉ガスをバイパス流路４へ流すようにする。このとき、バイパス弁５ａ、５ｂは通常のＦＦ補償及びＦＢ補償によりコントロールされる。

【0035】

このように、ＴＲＴに高炉ガスを流すことにより、発電を続けることができるが、何らかの事情で、ＴＲＴを緊急停止する必要がある。緊急停止する場合は、保守作業の場合とは異なり、即座にＴＲＴを停止することから、前圧が急激に上昇して、炉頂圧も大きくなってしまう。炉頂圧の上昇は、高炉の安定操業の妨げとなる。
そのため、本発明では、ＴＲＴを緊急停止した場合でも、前圧、即ち、炉頂圧の上昇を抑えて、緊急停止による炉頂圧の変動が発生しない対策を講じている。詳しくは、本発明では、緊急停止する前の高炉ガスの流量を計算する。そのうえで、緊急停止時には、バイパス弁５ａのフィードフォワード補償による流量が、計算して得られた発電部内を流れる高炉ガスの流量と等しくなるように、バイパス弁５のＣｖ値を用いて、バイパス弁５の開度のフィードフォワード補償量を算出し、算出したフィードフォワード補償量をバイパス弁５に適用することで、緊急停止時の高炉ガスをバイパス弁５側に逃がすこととしている。

【0036】

続いて、緊急停止時における処理について、ＴＲＴ緊急停止前に、バイパス弁５に流れる流量が０の場合を詳しく説明する。
まず、Ｃｖ値について説明する。
図５〜７は、それぞれ、ＴＲＴ、バイパス弁、ＲＳＥのＣｖ値またはＣｖ値相当の値の例を示している。ここで、開度は、翼弁１８ａの角度、バタフライ弁５の角度、ＲＳＥにおける弁機構（可動部１１及び円錐管１０）における間隙（変位量）である。なお、開度は、ＴＲＴ、バイパス弁５、ＲＳＥのそれぞれの角度や変位を正規化し、パーセント表示で表してもよい。

【0037】

簡便に説明するために、バイパス弁５ａ、５ｂのそれぞれのＣｖ値の特性は、同じとする。なお、バイパス弁５ａ、５ｂのそれぞれのＣｖ値の特性は、異なっていてもよい。
Ｃｖ値は、「改訂第２版 工業プロセス用調節弁の実技ハンドブック （株）山武 調節弁ハンドブック編纂委員会 日本工業出版 ２０１２年」の公知文献にｐ．５２に記載されているように、容量係数と呼ばれる値であり、比重１の水を弁差圧１ｐｓｉとして通過する体積流量をＵＳｇａｌ／ｍｉｎであらわした数値である。なお、本発明でのＣｖ値は、定義にかかわらず、少なくとも弁機構（翼弁１８ａ、バタフライ弁５、ＲＳＥ等）の開度と、入側の圧力と、弁機構を流れる流体の流量との関係を示し、開度から流量を求めることができ、あるいは、流量から開度を求めることができる値であればよい。すなわち、本発明でのＣｖ値は、Ｃｖ値相当の値を含むものとする。弁機構の出側の圧力や、流体の温度等は、弁機構を流れる流体の流量との関係を示す式の中で、用いられても、用いられなくてもよい。以後の説明で、用いられない値の入力は不要となる。

【0038】

また、弁機構の入側の圧力または出側の圧力は、流路を構成する配管やサイレンサを間に含めた場合の圧力を含むこととする。理由は、入側の圧力または出側の圧力の箇所にセンサがなく、配管の上流側や下流側にセンサがあったり、さらに途中の配管に弁やサイレンサが設置されている場合があったりするからである。
続いて、従来の場合のＴＲＴ緊急停止時の制御の例を説明する。

【0039】

ＴＲＴを緊急停止する場合は、当該ＴＲＴの上流側に設けられた遮断弁（非表示）が閉じ、同時に、翼弁１８ａの開度が０まで閉じ、ＴＲＴを流れる高炉ガス流量は０となる。翼弁１８ａが閉じると同時に、バイパス弁５ａは、フィードフォワード補償により開く。バイパス弁５ｂは、前圧目標値と前圧実績値が一致するようなフィードバック補償がなされ、ＴＲＴに流れていたガスと同流量のガスがバイパス弁５ａ、５ｂに流れるようになるまで、弁を開けていくこととなる。

【0040】

このとき、バイパス弁５ｂの開度が定常値に達するまでは、バイパス弁５ａ、５ｂの流量は、元のＴＲＴへ流れる流量より少ないこととなる。このため、図８に示すように、ＲＳＥとバイパス弁５の間の高炉ガスの質量が増加することとなり、この部分の圧力、すなわち、前圧が一時的に増加する。さらに、前圧（言い換えれば、ＲＳＥの後圧）が増加することにより、ＲＳＥを流れる流量が一時的に減少し、高炉とＲＳＥとの間の高炉ガスの質量が増加し、炉頂圧も増加することとなる。

【0041】

炉頂圧の増加は、吹き抜け等を生じ、安定操業上好ましくない。また、前圧の一時的な増加により除塵能力が低下するため、前圧設定値を高くすること、すなわち、発電量を増加することができない。このように従来では、フィードフォワード補償量が不足しており、フィードフォワード補償量を適切に決定し、バイパス弁５に適切にフィードフォワード補償できれば、炉頂圧や前圧の変動を抑制できる。
次に、本発明おける緊急停止について説明する。

【0042】

図９は、本発明のバイパス弁の制御のブロック図を示している。
本発明では、従来と異なり、バイパス弁５へのフィードフォワード補償量を、ＴＲＴのＣｖ値と、バイパス弁５のＣｖ値とを用いて定量的に定めている。また、従来ではフィードフォワード補償量を１つのバイパス弁５のみに適用していたが、本発明では、複数のバイパス弁５に適用している。

【0043】

図１０は、フィードフォワード補償量を求めるフローチャートである。
ＴＲＴの緊急停止前は、バイパス弁５は閉鎖していて、高炉ガスの全量がＴＲＴ側に流れる状況である。本発明では、翼弁１８ａの開度（翼弁開度という）を取得し、図５により、翼弁１８ａのＣｖ値（翼弁Ｃｖ値という）を計算する（Ｓ１）。
次に、翼弁Ｃｖ値（Ｃｖ_Ｔ）、入側圧力（Ｐ_１）、出側圧力（Ｐ_２）、温度（Ｔ）、比重（Ｇ）から、ＴＲＴを流れる高炉ガスの流量（Ｑ_Ｔ）を計算する（Ｓ２）。具体的には、式（１）を用いて、高炉ガスの流量を求める。

【0044】

【数1】

【0045】

なお、Ｐ_１、Ｐ_２、Ｔ、Ｇ、ａ_Ｔは、センサ等から得られた実績値、或いは、シミュレーションから得られた値である。
次に、翼弁Ｃｖ値（Ｃｖ_Ｔ）及び高炉ガスの流量を算出した後、バイパス弁５（５ａ、５ｂ）の開度を計算する（Ｓ３）。
さて、バイパス弁５の開度の計算方法は複数ある。

【0046】

まず、１つ目の計算方法について説明する。この方法では、一方のバイパス弁５ａ（第１バイパス弁５ａという）の開度を仮決めしたうえで、他方のバイパス弁５ｂ（第２バイパス弁５ｂ）の開度を求めることとしている。例えば、第１バイパス弁５ａの開度は４０％とした場合について説明する。この説明では、第１バイパス弁５ａの特性と第２バイパス弁５ｂの特性とは同じであって、図６に示す特性を有しているとする。

【0047】

バイパス弁のＣｖ値（Ｃｖ_Ｂ）、バイパス弁の流量Ｑ_Ｂ、バイパス弁の入側圧力Ｐ_１、バイパス弁に流れる高炉ガスの温度Ｔは、式（２）が成り立つ。

【0048】

【数2】

【0049】

第１バイパス弁５ａの開度は４０％であるため、図６に示す開度及びＣｖ値の関係から、第１バイパス弁５ａのＣｖ値であるＣｖ_Ｂ１を得ることができる。そして、図６により得られたＣｖ_Ｂ１と、Ｔ、Ｐ_１、Ｇ、ａ_Ｂを用いて、式(２)から、第１バイパス弁５ａの流量であるＱ_Ｂ１を求めることができる。
ここで、高炉ガスの流量については、式（３）が成立することから、第１バイパス弁５ａの流量であるＱ_Ｂ１と、予め得られた高炉ガスの流量Ｑ_Ｔとを用いて、第２バイパス弁５ｂの流量であるＱ_Ｂ２を求める。

【0050】

【数3】

【0051】

第２バイパス弁５ｂの特性は第１バイパス弁５ａと同じ特性としており、Ｑ_Ｂ２、Ｔ、Ｐ_１、Ｇ、ａ_Ｂを式（２）に適用することにより、第２バイパス弁５ｂに対応するＣｖ値であるＣｖ_Ｂ２を得ることができる。式（２）により得られたＣｖ_Ｂ２と、図６とを用いて、第２バイパス弁５ｂの開度を得ることができる。
なお、この実施形態では、各流量は、標準状態での流量［Ｎｍ^３／ｈ］としている。このように、緊急停止前の高炉ガス流量と等しくすることによって、同じ状態での流量が等しいことを意味する。

【0052】

次に、バイパス弁５の開度の計算方法の２つ目の例について説明する。
この計算方法では、第１バイパス弁５ａの開度と、第２バイパス弁５ｂの開度とを等しい値としている。また、この説明でも、第１バイパス弁５ａの特性と第２バイパス弁５ｂの特性とは同じであって、図６に示す特性を有しているものとする。また、Ｃｖ_Ｂ（Ｃｖ_Ｂ１、Ｃｖ_Ｂ２）、Ｔ、Ｐ_１、Ｇ、ａ_Ｂは、式（２）の関係式が成り立つとする。

【0053】

第１バイパス弁５ａ、第２バイパス弁５ｂの開度を変数とした場合、まず、図６を用いて、それぞれのＣｖ値であるＣｖ_Ｂ１、Ｃｖ_Ｂ２を求めることができる。Ｔ、Ｐ_１、Ｇ、ａ_Ｂを得ることができるため、これらと、図６で求めたＣｖ_Ｂ１、Ｃｖ_Ｂ２を式（２）に適用することにより、第１バイパス弁５ａ及び第２バイパス弁５ｂのそれぞれの流量Ｑ_Ｂ１、Ｑ_Ｂ２を計算することができる。

【0054】

ここで、ＴＲＴの流量Ｑ_Ｔが得られていることから、式（３）は、バイパス弁５の開度に依存する非線形方程式となる。そこで、公知の非線形方程式の解法であるニュートン法や二分法を用いて、バイパス弁５の開度を求めればよい。また、単純に、開度を０から１度ごとに増やしながら式（３）の右辺を計算し、左辺より大きくなった場合の開度を採用してもよい。なお、式（３）の解法はこれらに限られるものではない。

【0055】

以上、開度の計算法として、２つの例を説明したが、これらの例に限られるものではない。また、バイパス弁５が２つでなく、１つ、または、３つ以上の場合でも同様に計算することができる。
なお、２つ以上の弁を１つの弁として扱うスプリットレンジ制御（例えば、改訂第２版 工業プロセス用調節弁の実技ハンドブック （株）山武 調節弁ハンドブック編纂委員会ｐｐ．２３７）を行っている場合には、１つの弁とみなした場合のＣｖ値を求めることで、同様に計算することができる。

【0056】

ここで、バイパス弁５の開度については、上下限を設けることができる。
まず、バイパス弁５の開度の上限について説明する。
バイパス弁５として用いられるバタフライ弁は、開度が９０度近くに大きくなると、バイパス弁５の入側の圧力を高く保つことができず、バイパス弁５の出側の圧力に近づいてしまう。これは、ディスクの面がガスの流れと平行に近くなり、弁の圧損が０に近づくからである。検証した結果、対象としたバイパス弁５では、開度が約５０％が限界であることが判明した。

【0057】

また、特開２０１３−１３３５４０号公報に示されているように、超音速による振動の上限がある場合や、特開昭５８−２２０９２９号公報のｐ．２に示されているように、制御性のよい７０％程度を上限としている場合もある。さらに、「改訂第２版 工業プロセス用調節弁の実技ハンドブック （株）山武 調節弁ハンドブック編纂委員会ｐｐ．２０〜２１」に記載されているように、バタフライ弁のディスクに加えられる流体からのトルクを考慮して、最大開度が指定されている場合もある。したがって、これらのうち最も小さい開度が上限となる。

【0058】

次に、バイパス弁５の開度の下限について説明する。
下限については、特開昭５８−２２０９２９号公報のｐ．２に示されているように、制御性のよい３０％程度を下限としている場合もある。したがって、下限がある場合には、下限のうち最も大きい開度が下限となる。バイパス弁５の開度は、これら上下限の範囲で求めればよい。

【0059】

さて、バイパス弁５（第１バイパス弁５ａ、第２バイパス弁５ｂ）の開度を求めた後は、図１０に示すように、バイパス弁５のフィードフォワード補償量を計算する（Ｓ４）。計算されたバイパス弁５ａ、５ｂの開度をフィードフォワード補償する。なお、ＴＲＴ緊急停止前に、オフセット等により、バイパス弁５の開度に０でない開度初期値が存在する場合には、バイパス弁のフィードフォワード補償量＝計算された開度−ＴＲＴ緊急停止前の開度初期値とすればよい。フィードフォワード補償量の設定が終了すると、バイパス弁前圧コントローラ２０がフィードフォワード補償量を出力する（Ｓ５）。

【0060】

以上、上述した実施形態では、発電部（ＴＲＴ）が、当該発電部内を流れる高炉ガスの流量を調整可能とする弁機構（翼部１８ａ）を備えており、発電部の弁機構の開度とＣｖ値とを基に、発電部を緊急停止する前の高炉ガスの流量を計算している。そして、バイパス弁５のフィードフォワード補償による流量が、計算して得られた発電部内を流れる高炉ガスの流量と等しくなるように、バイパス弁５のＣｖ値を用いて、バイパス弁５の開度のフィードフォワード補償量を算出し、算出したフィードフォワード補償量をバイパス弁５に適用している。

【0061】

さて、上述した実施形態では、ＴＲＴの翼弁１８ａの開度に基づいて、緊急停止前の高炉ガスの流量を求めていたが、この代わりに、ＲＳＥの開度を用いてもよい。
次に、ＲＳＥの開度を求める変形例について説明する。
変形例では、例えば、翼弁１８のＣｖ値が利用できない場合や、翼弁１８のＣｖ値と併用する場合が対象となる。なお、この変形例において、特に言及しない部分は、上述した実施形態と同じであるとして、説明を進める。

【0062】

図１１に示すように、緊急停止前において、ＲＳＥの開度を検出して取得する（Ｓ１０）。続いて、図７を用いて、高炉ガスの流量を計算する（Ｓ１１）。具体的には、図７は、入側圧力が炉頂圧の目標値と等しい場合の様々な差圧（ＲＳＥ入側圧力−ＲＳＥ出側圧力）（Ｐａ＞Ｐｂ＞Ｐｃ）に対して、ＲＳＥ開度とＲＳＥの高炉ガス流量との関係（ＲＳＥの流量特性）を表しており、ＲＳＥ開度、入側圧力、出側圧力から、高炉ガスの流量を求めることができる。すなわち、このＲＳＥの流量特性は、Ｃｖ値に相当する値となっている。差圧が、Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃに一致していないときは、内挿および外挿により、高炉ガス流量を求める。

【0063】

ＲＳＥの高炉ガスの流量を求めた後は、翼弁１８ａの場合と同様に、バイパス弁５の開度の計算（Ｓ１２）、バイパス弁５のフィードフォワード補償量の計算（Ｓ１３）、フィードフォワード補償量の出力を行う（Ｓ１４）。
つまり、変形例では、ＲＳＥの弁機構（可動部１１及び円錐管１０）の開度とＣｖ値（本例では相当値）とを基に、発電部を緊急停止する前の発電部内を流れる高炉ガスの流量を計算し、バイパス弁５のフィードフォワード補償による流量が、計算して得られた発電部内を流れる高炉ガスの流量と等しくなるように、バイパス弁５のＣｖ値を用いて、バイパス弁５の開度のフィードフォワード補償量を算出し、算出したフィードフォワード補償量をバイパス弁５に適用している。

【0064】

以上の説明では、Ｃｖ値を求める弁として、ＴＲＴの翼弁１８ａや、ＲＳＥを用いているが、ＲＳＥ以外であっても、ＴＲＴの緊急停止前に高炉ガスの全量が流れており、前後に圧力差があり、Ｃｖ値が得られているものであれば、何でもよい。ＴＲＴの上流側に設けた弁機構であって、セプタム弁、制御弁、入口弁、調速弁、自動弁、調節弁、調整弁等のＣｖ値を用いてもよい。なお、ＴＲＴ緊急停止前に、高炉ガスが、複数の弁等を流れている場合には、これら複数の弁等から高炉ガスの流量を計算してもよい。また、流量計が存在すれば、その流量を用いればよい。また、流速計が存在すれば流速×測定箇所の配管断面積により流量を計算し、その値を用いればよい。

【0065】

また、ＴＲＴの緊急停止前の高炉ガス流量が複数得られる場合、例えば、ＴＲＴの翼弁１８ａからガス流量が計算でき、かつ、ＲＳＥからガス流量が計算できる場合には、どちらかのガス流量のうち、流量の小さい方を採用してもよい。このようにすることにより、過大なフィードフォワード補償量を適用することを防止することが可能である。
また、流量計算の精度に違いがある場合には、精度が高いと思われる流量を採用すればよい。ＴＲＴ翼弁とＲＳＥの場合には、ＲＳＥはガスと水の２相流であり、温度降下もあることから、ＴＲＴ翼弁の方が高精度であるとして、ＴＲＴ翼弁から計算される流量を採用することが考えられる。流量計算の精度が同程度である場合には、複数の流量を平均して、緊急停止前の高炉ガス流量とすることもできる。

【0066】

また、バイパス弁５のＣｖ値の補正を行ってもよい。
例えば、バイパス弁５の出側にサイレンサが設置されていて、バイパス弁５の単体のＣｖ値しか得られない場合は、バイパス弁５とサイレンサとを合わせたＣｖ値は異なったものとなる。また、ＴＲＴのＣｖ値、ＲＳＥのＣｖ値、バイパス弁５のＣｖ値（サイレンサを含めたＣｖ値であっても）は、過去の実測値や計算値であっても、誤差を含むことから、適宜、バイパス弁５のＣｖ値を補正する。

【0067】

図１２は、バイパス弁のＣｖ値の補正フローチャートである。図１２では、緊急停止後、第１バイパス弁５ａと第２バイパス弁５ｂとが開くこととしている。また、第１バイパス弁５ａ、第２バイパス弁５ｂのＣｖ特性は同じとする。
まず、緊急停止前のＴＲＴを流れる高炉ガスの流量Ｑ_Ｔを、既述のように、ＴＲＴの翼弁１８ａ、ＲＳＥ等の開度等から求める（Ｓ２０）。次に、緊急停止後の定常状態のバイパス弁５（第１バイパス弁５ａ、第２バイパス弁５ｂ）の開度実績を取得する（Ｓ２１）。ここで、定常状態とは、バイパス弁５の前圧の制御が整定した状態のことである。例えば、図８では、時間軸の右端のように、前圧、第１バイパス弁５ａの開度、第２バイパス弁５ｂの開度がほぼ一定になった状態である。

【0068】

Ｃｖ値の補正係数をｋとおき、初期値としてｋｍａｘを代入する（Ｓ２２）。誤差がない場合の補正係数は１なので、例えば、ｋｍａｘとして、十分に大きな値である１０を設定するとよい。
次に、式（２）で得られるバイパス弁５のＣｖ_Ｂにｋを乗じた値をＣｖ_Ｂ’とし（Ｓ２３）、式（４）を用いて、第１バイパス弁５ａの開度実績による流量Ｑ_Ｂ１を求める（Ｓ２４）と共に、第２バイパス弁５ｂの開度実績による流量Ｑ_Ｂ２を求める（Ｓ２５）。

【0069】

【数4】

【0070】

ここで、Ｑ_Ｔ＜Ｑ_Ｂ１＋Ｑ_Ｂ１であれば（Ｓ２６、ｙｅｓ）、ｋに対してΔｋ減じて、Ｓ２３に戻って計算を繰り返す（Ｓ２７）。Δｋは、例えば、０．０１とする。一方、Ｑ_Ｔ≧Ｑ_Ｂ１＋Ｑ_Ｂ１ （Ｓ２６、Ｎｏ）であれば、Ｃｖ_Ｂをｋ×Ｃｖ_Ｂで置き換え（Ｓ２８）、この値（ｋ×Ｃｖ_Ｂ値）を、フィードフォワード補償量計算時に用いる。
つまり、バイパス弁５のＣｖ値を補正するにあたっては、緊急停止前における発電部（ＴＲＴ）の弁機構の開度の実績値と、緊急停止後におけるバイパス弁５の開度の実績値とに基づいて、ＴＲＴの弁機構と、バイパス弁５とを通過する高炉ガスの流量が等しいとしている。或いは、バイパス弁５のＣｖ値を補正するにあたっては、緊急停止前におけるＲＳＥの弁機構の開度の実績値と、緊急停止後におけるバイパス弁５の開度の実績値とに基づいて、ＲＳＥの弁機構と、バイパス弁５とを通過する高炉ガスの流量が等しいとしている。

【0071】

なお、上述した例では、翼弁１８ａまたはＲＳＥのＣｖ値（相当値を含む。）を補正せず、バイパス弁５のＣｖ値を補正しているが、バイパス弁５のＣｖ値を補正せず、翼弁１８ａまたはＲＳＥのＣｖ値を補正してもよい。この場合には、翼弁１８ａまたはＲＳＥのＣｖ値を１／ｋ倍すればよい。また、第１バイパス弁５ａと、第２バイパス弁５ｂとのＣｖ値が異なる場合には、Ｃｖ値の式としてそれぞれの式を用いればよい。

【0072】

図１３は、本発明を実施した場合の結果を示している。なお、Ｃｖ値に誤差がある場合は、上述の方法（図１２に示す手法）で補正を行う。本発明では、第１バイパス弁５ａのフィードフォワード補償量と、第２バイパス弁５ｂのフィードフォワード補償量が適正化され、ＴＲＴ側に流れていた高炉ガスの全量が、フィードフォワード補償により速やかに、バイパス流路に流れることになる。このため、図１３に示すように、前圧の変動が抑制され、さらに、炉頂圧の変動を抑制することができた。

【0073】

なお、計算されたＣｖ値と実際のＣｖ値には、ガスの組成や、含まれる水の量や、配管・弁・サイレンサ等の管路（流路）の影響による誤差やばらつきが無視できない場合には、フィードフォワード補償量に、１近傍のゲインを掛けて補正してもよい。
また、ＴＲＴ緊急停止前に、バイパス流路４に流れる流量が０でない場合を説明する。
まず、ＴＲＴのＣｖ値を利用する場合を図１４を用いて説明する。図１４において、図１０と共通の手順（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ５）については説明を省略する。なお、Ｓ２において計算されるＴＲＴを流れていた高炉ガスの流量Ｑ_ＴをＱ_{Ｔｂｅｆｏｒｅ}と置き換える。

【0074】

バイパス弁について、バイパス弁５の開度を取得し、図６により、バイパス弁５のＣｖ値を計算する（Ｓ３００）。すなわち、バイパス弁Ｃｖ値（Ｃｖ_B）、入側圧力（Ｐ_１）、温度（Ｔ）、比重（Ｇ）から、バイパス弁を流れていた高炉ガスの流量Ｑ_{Ｂｂｅｆｏｒｅ}を計算する（Ｓ３０）。バイパス弁が複数存在する場合には、それぞれのＣｖ値を求め、流量を加算して計算する。

【0075】

次に、ＴＲＴ緊急停止前の高炉ガスの流量を、ＴＲＴを流れていた流量とバイパス弁を流れていた流量とを、式（５）に示すように、加算することにより求める（Ｓ３１）。
Ｑ_{ＡＬＬｂｅｆｏｒｅ}＝Ｑ_{Ｔｂｅｆｏｒｅ}＋Ｑ_{Ｂｂｅｆｏｒｅ} （５）
次に、バイパス弁５（５ａ、５ｂ）の開度を計算する（Ｓ３２）。
さて、バイパス弁５の開度の計算方法は複数ある。まず、バイパス弁５の開度の計算方法の１つ目の例について説明する。

【0076】

この方法では、一方のバイパス弁５ａ（第１バイパス弁５ａという）の開度を仮決めした上で、他方のバイパス弁５ｂ（第２バイパス弁５ｂ）の開度を求めることとしている。
例えば、第１バイパス弁５ａの開度は４０％とした場合について説明する。この説明では、第１バイパス弁５ａの特性と第２バイパス弁５ｂの特性とは同じであって、図６に示す特性を有しているとする。

【0077】

バイパス弁のＣｖ値（Ｃｖ_Ｂ）、バイパス弁の流量Ｑ_Ｂ、バイパス弁の入側圧力Ｐ_１、バイパス弁に流れる高炉ガスの温度Ｔは、式（２）が成り立つものとする。
第１バイパス弁５ａの開度は４０％であるため、図６に示す開度及びＣｖ値の関係から、第１バイパス弁５ａのＣｖ値であるＣｖ_Ｂ１を得ることができる。そして、図６により得られたＣｖ_Ｂ１と、Ｔ、Ｐ_１、Ｇ、ａ_Ｂを用いて、式(２)から、第１バイパス弁５ａの流量であるＱ_Ｂ１を求めることができる。

【0078】

高炉ガスの流量については、式（６）が成立することから、第１バイパス弁５ａの流量であるＱ_Ｂ１と、予め得られた高炉ガスの流量Ｑ_{ＡＬＬｂｅｆｏｒｅ}とを用いて、式（６）に示すように、第２バイパス弁５ｂの流量であるＱ_Ｂ２を求める。
Ｑ_{ＡＬＬｂｅｆｏｒｅ}＝Ｑ_Ｂ１＋Ｑ_Ｂ２ （６）
第２バイパス弁５ｂの特性は第１バイパス弁５ａと同じ特性としており、Ｑ_Ｂ２、Ｔ、Ｐ_１、Ｇ、ａ_Ｂを式（２）に適用することにより、第２バイパス弁５ｂに対応するＣｖ値であるＣｖ_Ｂ２を得ることができる。式（２）により得られたＣｖ_Ｂ２と、図６とを用いて、第２バイパス弁５ｂの開度を得ることができる。
ここで、ＴＲＴを流れていた高炉ガスの流量が少ない場合、第１バイパス弁５ａのみのフィードフォワード補償で十分な場合があるが、これは、第２バイパス弁５ｂの開度を求める際に、開度の解が０〜１００％の間で得られないという形で現れる。この場合は、例えば、仮決めした第１バイパス弁５ａの開度を１％ずつ減らして（例：３９％、３８％、．．．）再度計算し、第２バイパス弁５ｂの開度が得られた場合の、第１バイパス弁５ａの開度と第２バイパス弁５ｂの開度を用いればよい。

【0079】

なお、この実施形態では、各流量は、標準状態での流量［Ｎｍ^３／ｈ］としている。このように、緊急停止前後の高炉ガス流量と等しくすることによって、同じ状態での流量が等しいことを意味する。
次に、バイパス弁５の開度の計算方法の２つ目の例について説明する。
この計算方法では、第１バイパス弁５ａの開度と、第２バイパス弁５の開度とを等しい値としている。また、この説明でも、第１バイパス弁５ａの特性と第２バイパス弁５ｂの特性とは同じであって、図６に示す特性を有しているものとする。また、Ｃｖ_Ｂ（Ｃｖ_Ｂ１、Ｃｖ_Ｂ２）、Ｔ、Ｐ_１、Ｇ、ａ_Ｂは、式（２）の関係式が成り立つとする。

【0080】

第１バイパス弁５ａ、第２バイパス弁５ｂの開度を変数とした場合、まず、図６を用いて、それぞれのＣｖ値であるＣｖ_Ｂ１、Ｃｖ_Ｂ２を求めることができる。Ｔ、Ｐ_１、Ｇ、ａ_Ｂを得ることができるため、これらと、図６で求めたＣｖ_Ｂ１、Ｃｖ_Ｂ２を式（２）に適用することにより、第１バイパス弁５ａ及び第２バイパス弁５ｂのそれぞれの流量Ｑ_Ｂ１、Ｑ_Ｂ２を計算することができる。

【0081】

ここで、緊急停止前の高炉ガスの流量Ｑ_{ＡＬＬｂｅｆｏｒｅ}が得られていることから、式（６）は、バイパス弁５の開度に依存する非線形方程式となる。そこで、公知の非線形方程式の解法であるニュートン法や二分法を用いて、バイパス弁５の開度を求めればよい。また、単純に、開度を０から１度ごとに増やしながら式（６）の右辺を計算し、左辺より大きくなった場合の開度を採用してもよい。なお、式（６）の解法はこれらに限られるものではない。

【0082】

以上、開度の計算法として、２つの例を説明したが、これらの例に限られるものではない。例えば、フィードバック補償を行う弁が、第２バイパス弁５ｂでなく、第１バイパス弁５ａである場合でもよい。また、バイパス弁５が２つでなく、１つ、または、３つ以上の場合でも同様に計算することができる。
なお、２つ以上の弁を１つの弁として扱うスプリットレンジ制御（例えば、改訂第２版 工業プロセス用調節弁の実技ハンドブック （株）山武 調節弁ハンドブック編纂委員会ｐｐ．２３７）を行っている場合には、１つの弁とみなした場合のＣｖ値を求めることで、同様に計算することができる。なお、ここで、バイパス弁５の開度については、既述のように、上下限を設けることができる。

【0083】

バイパス弁５（第１バイパス弁５ａ、第２バイパス弁５ｂ）の開度を求めた後は、図１４に示すように、バイパス弁５のフィードフォワード補償量を計算する（Ｓ３０１）。計算されたバイパス弁５ａ、５ｂの開度をフィードフォワード補償する。なお、ＴＲＴ緊急停止前に、オフセット等によりバイパス弁５の開度が０でない場合や、バイパス弁５が開いている場合であり、バイパス弁の一部又は全部に開度初期値が存在するときには、開度初期値が存在するバイパス弁について、それぞれ「バイパス弁のフィードフォワード補償量＝計算された開度−ＴＲＴ緊急停止前の開度初期値」とすればよい。

【0084】

次に、ＲＳＥの開度を求める第２の変形例について説明する。
第２の変形例では、例えば、翼弁１８のＣｖ値が利用できない場合や、翼弁１８のＣｖ値と併用する場合が対象となる。なお、この変形例において、特に言及しない部分は、上述した実施形態と同じであるとして、説明を進める。
図１５に示すように、緊急停止前において、ＲＳＥの開度を検出して取得する（Ｓ４０）。続いて、図７を用いて、高炉ガスの流量を計算する（Ｓ４１）。ＲＳＥの高炉ガスの流量を求めた後は、翼弁１８ａの場合と同様に、バイパス弁５の開度の計算（Ｓ４２）、バイパス弁５のフィードフォワード補償量の計算（Ｓ４３）、フィードフォワード補償量の出力を行う（Ｓ４４）。ここで、フィードフォワード補償量の計算（Ｓ４３）では、ＴＲＴ緊急停止前に、オフセット等によりバイパス弁５の開度が０でない場合や、バイパス弁５が開いている場合であり、バイパス弁の一部又は全部に開度初期値が存在するときには、開度初期値が存在するバイパス弁について、それぞれ「バイパス弁のフィードフォワード補償量＝計算された開度−ＴＲＴ緊急停止前の開度初期値」とすればよい。

【0085】

つまり、変形例では、ＲＳＥの弁機構（可動部１１及び円錐管１０）の開度とＣｖ値とを基に、発電部を緊急停止する前の高炉ガスの流量を計算し、バイパス弁５のフィードフォワード補償の流量が、計算して得られた発電部内を流れる流量と等しくなるように、バイパス弁５のＣｖ値を用いて、バイパス弁５の開度のフィードフォワード補償量を算出し、算出したフィードフォワード補償量をバイパス弁５に適用している。

【0086】

図１６は、本発明を実施した場合の結果を示している。例として、第１バイパス弁および第２バイパス弁が、ＴＲＴ緊急停止前に開いている場合を示している。なお、Ｃｖ値に誤差がある場合は、上述の方法（図１２に示す手法）で補正を行えばよい。本発明では、第１バイパス弁５ａのフィードフォワード補償量と、第２バイパス弁５ｂのフィードフォワード補償量が適正化され、ＴＲＴ側に流れていた高炉ガスの全量が、フィードフォワード補償により速やかに、バイパス流路に流れることになる。このため、図１６に示すように、前圧の変動が抑制され、さらに、炉頂圧の変動が抑制することができた。

【0087】

以上、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0088】

１ 炉頂圧発電設備
２ 高炉ガス流路
４ バイバス流路
５ バイパス弁
５ａ 第１バイパス弁
５ｂ 第２バイパス弁
１０ 円錐管
１１ 可動部
１２ 炉頂圧コントローラ
１５ タービンの軸（ロータ）
１６ 動翼
１７ ケーシング
１８ 静翼
１８ａ 翼弁（弁機構）
１９ ＴＲＴ前圧コントローラ
２０ バイバス弁前圧コントローラ
ＲＳＥ リングスリットエレメント
ＴＲＴ 炉頂圧発電機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】