コークス炉炉内監視方法および炉壁管理方法並びに監視システム
【課題】コークス炉における炉壁状態の変化を精度良く且つ定量的に監視することができるコークス炉炉内監視方法およびそのシステムを提供する。
【解決手段】炉幅を測定する炉幅測定装置6と、炉壁を撮影する炉内観察装置7と、炉幅測定装置によって測定された炉幅データおよび炉内観察装置によって撮影された炉壁画像データを分析するコンピュータ10とを有し、このコンピュータは、同一窯の同一部位について、異なる押出サイクルにおける炉幅データおよび炉壁画像データを切り出す炉幅・炉壁画像データ切出部10aと、今回の押出サイクルで取得した炉幅データおよび炉壁画像データが、過去の押出サイクルにおいて取得した炉幅データおよび炉壁画像データに対し、共に設定値を超えて変化した場合に炉壁異常と判定する炉幅・炉壁画像データ解析処理部10bとを含むことを特徴とする。
【解決手段】炉幅を測定する炉幅測定装置6と、炉壁を撮影する炉内観察装置7と、炉幅測定装置によって測定された炉幅データおよび炉内観察装置によって撮影された炉壁画像データを分析するコンピュータ10とを有し、このコンピュータは、同一窯の同一部位について、異なる押出サイクルにおける炉幅データおよび炉壁画像データを切り出す炉幅・炉壁画像データ切出部10aと、今回の押出サイクルで取得した炉幅データおよび炉壁画像データが、過去の押出サイクルにおいて取得した炉幅データおよび炉壁画像データに対し、共に設定値を超えて変化した場合に炉壁異常と判定する炉幅・炉壁画像データ解析処理部10bとを含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉内の炉壁状態の変化を精度良く且つ定量的に監視することができるコークス炉炉内監視方法および炉壁管理方法並びに監視システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉は、炭化室と燃焼室が炉団方向に交互に配置されている構造からなり、燃焼室の熱を炭化室に伝えることにより、その炭化室に装入された石炭を乾留しコークスを製造するようになっている。
【０００３】
我が国のコークス炉の多くは建設当時から年数が経過しているため、コークス炉炭化室の壁面ではカーボンの付着、成長、剥離という事象が繰り返されており、年数が経過したコークス炉では、この繰り返しによってコークス押出し抵抗が増加する傾向がある。この押出し抵抗の増加はコークスの窯出しトラブルを引き起こす原因になるため、炉内の炉壁状態を監視することはコークス炉の安定操業には極めて重要である。
【０００４】
従来の炉壁状態の監視は、目視監視および常設型炉幅測定装置（たとえば、特許文献１参照）、常設型炉内観察装置（たとえば、特許文献２参照）によって行われてきた。
【０００５】
しかしながら、目視監視による管理は、炉内温度が約１，１００℃と高温であり炉の間近まで近寄れないこと、炉幅は４５０ｍｍ前後と狭いのに対し奥行きは約１５ｍと長く視界が悪いこと等のコークス炉の構造上の問題もあり、熟練者をしても正確に監視するのは困難である。
【０００６】
また、常設型炉幅測定装置、常設型炉内観察装置を用いて管理を行う場合においても、オペレータは炉幅データの確認、炉壁映像のモニタリングを行っているものの、炉内の監視は他の作業と並行して行われるため、炉壁状態の変化を常時監視しているとは言い難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２３２４７１号公報
【特許文献２】特開２００９−５７４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
コークス炉の操業を継続する中で炉壁状態は日々変化しており、何らかの偶発的な変化をきっかけとして詰窯などの押出トラブルが発生する場合がある。したがって、炉壁状態の変化を常に監視できるようなシステムが要望されている。
【０００９】
本発明は以上説明したような従来の炉内監視方法における課題を考慮してなされたものであり、コークス炉における炉壁状態の変化を精度良く且つ定量的に監視することができるコークス炉炉内監視方法および炉壁管理方法並びに監視システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、コークス炉の炉壁状態の変化を監視する監視方法と、炉壁状態の傾向を管理する炉壁管理方法と、監視システムの三つの形態がある。
【００１１】
第一の形態に係るコークス炉炉内監視方法は、
コークス炉における同一窯の同一部位について、異なる押出サイクルにおける炉幅データおよび炉壁画像データを取得し、
今回の押出サイクルで取得した上記炉幅データおよび上記炉壁画像データが、過去の押出サイクルにおいて取得した上記炉幅データおよび上記炉壁画像データに対し、共に設定値を超えて変化した場合に炉壁異常と判定することを要旨とする。
【００１２】
炉壁異常を判定する方法として、今回の押出サイクルと過去の押出サイクルにおける上記炉幅データの差分、および今回の押出サイクルと過去の押出サイクルにおける上記炉壁画像データの炉壁損傷部分の面積の差分をそれぞれ算出して数値化し、上記炉幅データの差分値を炉幅データ用設定値と比較し、上記炉壁画像データの差分値を炉壁画像データ用設定値と比較する方法が示される。
【００１３】
第二の形態に係る炉壁管理方法は、
コークス炉における同一窯の同一部位について、異なる押出サイクルにおける炉幅データおよび炉壁画像データを取得し、
取得した炉幅データおよび炉壁画像データを数値化して押出サイクル毎に蓄積手段に蓄積し、
上記蓄積手段に蓄積された特定の押出サイクルにおける炉幅データおよび炉壁画像データを基準データとして設定し、
上記特定の押出サイクル以降の押出サイクルで取得した炉幅データおよび炉壁画像データを数値化して上記基準データと比較し、
各比較結果を押出サイクル数分履歴として蓄積し、
上記履歴を観察することにより、炉壁状態の傾向を把握することを要旨とする。
【００１４】
第三の形態に係る監視システムは、
コークス炉炭化室内の炉幅を測定する炉幅測定装置と、
コークス炉炭化室の炉壁を撮影する炉内観察装置と、
上記炉幅測定装置によって測定された炉幅データおよび上記炉内観察装置によって撮影された炉壁画像データを分析するコンピュータとを有し、
上記コンピュータは、同一窯の同一部位について、異なる押出サイクルにおける炉幅データおよび炉壁画像データを切り出す炉幅・炉壁画像データ切出部と、
今回の押出サイクルで取得した上記炉幅データおよび上記炉壁画像データが、過去の押出サイクルにおいて取得した上記炉幅データおよび上記炉壁画像データに対し、共に設定値を超えて変化した場合に炉壁異常と判定する炉幅・炉壁画像データ解析処理部とを含むことを要旨とする。
【００１５】
本発明において押出サイクルとは、石炭装入からコークス押出しまでの一連の工程を指し、それを１サイクルとカウントする。
【００１６】
また、過去の炉幅データ（または炉壁画像データ）とは、（ａ）前回の押出サイクルにおいて取得されたデータ、（ｂ）補修後の押出サイクルにおいて取得されたデータ、（ｃ）任意の回数の押出サイクルにおいて取得されたデータが含まれる。
【００１７】
今回の押出サイクルのデータと上記（ａ）のデータとを比較すれば、炉壁の異常をリアルタイムで検出することができ、今回の押出サイクルのデータと上記（ｂ）または（ｃ）のデータとを比較すれば、炉壁の異常を検出することができるとともに押出サイクルの増加に伴う炉壁状態の変化の傾向を管理することもできる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、コークス炉における炉壁状態の変化を常時、精度良く且つ定量的に監視することができるという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るコークス炉炉内監視システムの構成図である。
【図２】本発明の炉幅測定装置によって測定された炉幅測定結果を示すグラフである。
【図３】本発明の炉内観察装置によって撮影された押出サイクル毎の炉壁画像を示す説明図である。
【図４】炉壁状態の変化部の面積を算出する際に使用される炉壁画像である。
【図５】炉壁状態の変化部の深さ・範囲を算出する際に使用される炉幅データのグラフである。
【図６】炉幅データの解析結果および炉壁画像データの解析結果による(ａ)異常検出、(ｂ)傾向管理を行う際に用いる数値推移のグラフを概念的に示した説明図である。
【図７】本発明の炉内監視システムの制御動作手順を示すフローチャートである。
【図８】炉幅測定装置と炉内観察装置をユニット化した測定ユニットの平面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２１】
1．コークス炉炉内監視システムの構成
図１は、本発明に係るコークス炉炉内監視システム（以下、監視システムと略称する）の構成図である。
【００２２】
同図において、コークス押出機１は、ラムヘッド２と、このラムヘッド２を水平方向に往復移動させるためのラムビーム３とからなる押出ラム４を備えており、炭化室内で乾留された赤熱したコークスを、そのラムヘッド２によってＰＳ（プッシャーサイド：コークス押出機側）窯口からＣＳ（コークスサイド：コークス排出機側）窯口へ押し出すようになっている。
【００２３】
上記ラムビーム３上のラムヘッド２の後方には支持スタンド５が立設されており、この支持スタンド５に常設型炉幅測定装置（以下、炉幅測定装置と略称する）６および常設型炉内観察装置（以下、炉内観察装置と略称する）７が設置されている。なお、常設型とは、押出ラムに常設されているタイプのものを意味する。
【００２４】
上記炉幅測定装置６は、コークス押出時（Ａ方向）、あるいはコークス押出し完了後に押出ラム４をＣＳ窯口からＰＳ窯口に戻す（Ｂ方向）際に炉幅を測定するようになっており、例えばレーザー式変位センサ等の非接触式距離計を用いることができる。
【００２５】
上記炉内観察装置７はＣＣＤカメラを搭載しており、コークス押出時（Ａ方向）、あるいはコークス押出し完了後に押出ラム４を戻す（Ｂ方向）ときに、炉壁画像を連続的に撮影するようになっている。なお、図中、θはＣＣＤカメラの画角、すなわち、ＣＣＤカメラによって撮影される範囲（上下方向）を示している。
【００２６】
炉幅測定装置６および炉内観察装置７は、一定の高さ（図示例では炉底から３．５ｍの高さ）Ｈの壁面部位を測定、観察するようにそれぞれ支持スタンド５に設置されている。
【００２７】
炉底から複数位置の高さに炉幅測定装置および炉内観察装置を設置すれば、炉内全体を測定、観察することができ測定結果を定量化できるが、経験上、コークス製造作業により最も損傷する部位を把握しているため、その高さを上記高さＨとした。
【００２８】
したがって、高さＨの部位を狙って測定、観察すれば、炉壁状態の変化を把握することができる。
【００２９】
また、押出ラム４の位置は、押出ラム（図示例ではラムビーム３）に取り付けられたエンコーダ（位置検出手段）８によって検出されるようになっており、エンコーダ８から出力される押出ラム４の位置情報は、ケーブル９を介して押出機運転室内のコンピュータ１０に与えられるようになっている。
【００３０】
コンピュータ１０は、炉幅・炉壁画像データ切出部１０ａと、炉幅・炉壁画像データ解析処理部１０ｂと、アラーム出力部１０ｃを有している。
【００３１】
上記炉幅・炉壁画像データ切出部１０ａは、押出ラム４が炉内を移動する時、エンコーダ８から出力される位置情報を利用し、ＰＳ窯口からＣＳ窯口間（押出ラムを押す時、引く時のどちらでも測定可能）で観察される炉幅データおよび炉壁画像データを一定距離毎に切り出すようになっている。それにより、同一窯の所定部位について、異なる押出サイクル（以下、単にサイクルと呼ぶ場合がある）における炉幅データおよび炉壁画像データを取得することができる。
【００３２】
切り出された炉幅データおよび炉壁画像データは、位置情報と対応付けられて後述するデータベース（蓄積手段）１１に蓄積される。このデータベース１１に対し事務所側の端末装置（コンピュータ）１２からアクセスすれば、データの閲覧ができるようになっている。なお、上記コンピュータ１０とデータベース１１の接続は有線接続に限らず、無線で行うこともできる。
【００３３】
上記炉幅測定装置６および炉内観察装置７から出力される炉幅・炉壁画像データは、信号／電源ケーブル１３を介して上記コンピュータ１０に与えられる。
【００３４】
また、炉壁画像データは信号ケーブル１４を介して押出機運転室内のモニター１５にも送信されており、炉内状態をリアルタイムで観察することができるようになっている。
【００３５】
上記炉幅・炉壁画像データ解析処理部１０ｂは、上記炉幅・炉壁画像データ切出部１０ａによって切り出された炉幅データおよび炉壁画像データを、予め記憶されているプログラムにしたがって解析する。
【００３６】
具体的には、今回の押出サイクル時のデータと過去データ（前回の押出サイクルにおいて取得されたデータ、補修後の押出サイクルにおいて取得されたデータまたは任意の回数の押出サイクルにおいて取得されたデータ）を、ＰＳ窯口からＣＳ窯口間で押出ラムを押す時、引く時のいずれかの方向において同じ位置毎に比較し、変化を差分として算出する。なお、これらの詳しいデータ解析手順については後述する。
【００３７】
アラーム出力部１０ｃは、上記炉幅・炉壁画像データ解析処理部１０ｂによる解析結果において押出電力の増加に繋がるカーボン付着、成長、剥離等の炉内異常が検出された際に、運転室のオペレータに対し異常を報知する。
【００３８】
2．データ解析方法
次に、炉幅・炉壁画像データの解析手順について説明する。
【００３９】
なお、補修によって炉内付着カーボンを除去した空窯（およそ１００〜２００サイクルに１回／窯）を０サイクルとし、それ以降、押し出し１回につき１押出サイクルとしてカウントすることを前提とする。
【００４０】
図２は炉幅測定装置６によって測定された炉幅測定結果を示すグラフである。
【００４１】
同グラフにおいて、横軸はＰＳ窯口からＣＳ窯口間の位置を示しており、ＰＳ窯口を０ｃｍとしている。縦軸は炉幅データ（ｍｍ）を示している。
【００４２】
グラフに示される炉幅データは、１サイクル、２サイクル、３サイクル、４０サイクル、１００サイクルにおいて取得された炉幅データをまとめて表示している。
【００４３】
一方、図３は炉内観察装置７によって撮影された押出サイクル毎の炉壁画像を示す説明図である。
【００４４】
同図において、横方向は押出サイクル（図２に示したグラフの１，２，３，４０，１００サイクルと対応している）を示し、縦方向はＰＳ窯口からＣＳ窯口間の位置を示している。なお、ＰＳ窯口を０ｃｍとしている。
【００４５】
このように、ＰＳ窯口からＣＳ窯口までの間で測定した炉幅データおよび撮影した炉壁画像データを、エンコーダ８から出力される位置情報を基にして押出サイクル毎に炉幅測定位置、画像切出位置を一致させる。
【００４６】
次いで、以下に示すように、押出サイクル毎に同じ部位で測定された炉幅データ、同じ部位で撮影された炉壁画像データの差分をそれぞれ計算する。
【００４７】
2.1 炉幅データの数値化
炉幅測定は測定結果が数値で求められるため、異なった２つのサイクルにおける炉幅データを同じ位置で比較し差分を求める。
【００４８】
2.1.1 異常を検出する場合
（２サイクル）−（１サイクル）、（３サイクル）−（２サイクル）……（４０サイクル）−（３９サイクル）のように、(今回の炉幅測定データ)−(前回の炉幅測定データ)を求めることにより、同じ部位における炉幅の変化量を数値化する。
【００４９】
2.1.2 傾向を管理する場合
（２サイクル）−（１サイクル）、（３サイクル）−（１サイクル）、（４サイクル）−（１サイクル）のように（今回の炉幅測定データ）−（任意の基準炉幅データ／特定の押出サイクルにおける炉幅データ）を求めることにより、炉幅の経時的変化を数値化する。
【００５０】
2.2 炉壁画像データの数値化
炉壁を撮影した炉壁画像データは、本願出願人が先に出願した特開２００９−５７４９１号公報に記載した画像解析手法に従い、異なった２つの押出サイクルにおける同じ部位の画像を面積で比較し、その差分を数値化する。
【００５１】
すなわち、今回サイクルの炉壁画像データの読込み→解析範囲の指定→今回サイクルの炉壁画像データの平均輝度算出→前回サイクルの同じ部位の炉壁画像データ読込み→解析範囲指定→前回サイクルにおける炉壁画像データの平均輝度算出→前回サイクルの炉壁画像データの輝度に今回炉壁画像データの輝度を一致させる→今回炉壁画像データと前回サイクルにおける炉壁画像データの面積差分を取得→設定値以上に大きい面積領域を計算することにより、面積差分を求め、炉壁状態の変化を数値化する。
【００５２】
2.2.1 異常を検出する場合
（２サイクル）−（１サイクル）、（３サイクル）−（２サイクル）……（４０サイクル）−（３９サイクル）のように、(今回炉壁画像データ)−(前回炉壁画像データ)によって面積差分を求め、炉壁状態の変化を数値化する。
【００５３】
2.2.2 傾向を管理する場合
（２サイクル）−（１サイクル）、（３サイクル）−（１サイクル）、（４サイクル）−（１サイクル）のように（今回の炉壁画像データ）−（任意の基準炉壁画像データ／特定の押出サイクルにおける炉壁画像データ）によって面積差分を求め、炉壁状態が変化する傾向を数値化する。
【００５４】
このようにして炉幅測定装置６によって測定された炉幅データ、および炉内観察装置７によって撮影された炉壁画像データから、炉壁状態を数値化する。
【００５５】
すなわち、炉壁画像データから剥離部分の面積を算出し、炉幅データからその剥離部分の深さ等を算出することで測定ポイントにおける炉壁の抉れ、カーボン付着、成長による張出し状態を把握することができる。
【００５６】
図４および図５に基づいて具体的に説明する。
【００５７】
図４は炉壁状態の変化部の面積を算出する際に使用される炉壁画像であり、同図(ａ)は前回サイクルの炉壁画像を示し、同図(ｂ)は今回サイクルの炉壁画像を示している。
【００５８】
図４(ａ)および(ｂ)において、炉壁画像の奥は、ＰＳ窯口側、炉壁画像手前はＣＳ窯口側を示している。これらの炉壁画像に合わせて、炉長方向（押出し方向）に向かう水平方向をＺ軸、垂直方向をＹ軸、炉幅方向をＸ軸にそれぞれ設定する。
【００５９】
図４(ｂ)において、楕円によって囲まれた範囲Ｓはカーボン剥離が生じた剥離部分の面積を示している。前述した特開２００９−５７４９１号公報に記載の画像解析手法によって剥離部を数値化することにより、Ｚ−Ｙ平面における剥離部分の面積が求められる。
【００６０】
図５（ａ）は炉壁状態の変化部の深さ・範囲を算出する際に使用される炉幅データのグラフであり、同グラフにおいて横軸はＺ軸、縦軸はＸ軸を示しており、前回サイクルの炉幅データと今回サイクルの炉幅データが合わせて示されている。
【００６１】
対向する炉壁は、ＰＳ窯口からＣＳ窯口に向けて次第に拡がるように形成されているため、炉幅データのグラフはＣＳ窯口側に向けて先上がりの線を描く。しかしながら、炉壁にカーボン剥離が生じると、炉幅のピークが現れ、同グラフでは前回サイクルの炉幅データよりも大きなピークＰが今回サイクルで現れている。
【００６２】
上記ピークＰについては、Ｚ軸方向の距離およびＸ軸方向の距離が計算され、Ｘ軸方向の距離に基づいて剥離部分の深さが求められる（図５(ｂ)参照）。
【００６３】
また、Ｘ軸方向の距離と炉壁画像データより求めた剥離部の面積Ｓより、剥離部分が円錐形であると想定すれば剥離部分の体積を求めることができる。
【００６４】
また、Ｚ軸方向の距離ＺＬにより、剥離部分の範囲（直径）を確認することができる。
【００６５】
このように、本発明の監視システムは、異なった２つの押出サイクルから取得された炉幅データ、炉壁画像データを解析することによって得られた解析結果をリンクさせることで、炉壁状態の変化を、深さ、面積および体積として精度良く定量的に算出することが可能になる。
【００６６】
この結果を押出電力等の操業情報と合せて管理すれば、操業トラブルに繋がるような炉内変化を把握することができ、また、炉壁状態の変化を数値によって経過観察することもできる。
【００６７】
図６は、炉幅データの解析結果および炉壁画像データの解析結果に基づく(ａ)異常検出、(ｂ)傾向管理を行う際に用いる数値推移のグラフを概念的に示した説明図であり、１０１サイクルでカーボン剥離が発生したと想定したものである。
【００６８】
なお、炉幅データおよび炉壁画像データの解析結果は、図１に示したデータベース（蓄積手段）１１に順次蓄積されており、端末装置１２からアクセスすることができるようになっている。
【００６９】
図６(ａ)は異常検出を行うためのグラフであり、同一窯の１サイクルから１５０サイクルまでの、炉幅データおよび炉壁画像データの解析結果から、各サイクル毎の今回と前回の差を用いて炉壁状態の変化を表している。
【００７０】
１〜１００サイクルまでのグラフの推移は正常時を示している。炉壁にはサイクル数が増加するにつれて、徐々にカーボンが付着していくが、前回と今回との比較では大きな変化とならないため、数値に変化が無く、グラフは横軸方向に推移する。
【００７１】
１０１サイクル（今回）で炉壁に付着していたカーボンが剥離し、１００サイクル（前回）のカーボンが付着していた状態と比較すると、大きな変化となり、数値のピークＰ′が検出される。
【００７２】
すなわち、今回の押出サイクルで取得した炉幅データ・炉壁画像データが、過去（前回）の押出サイクルにおいて取得した炉幅データ・炉壁画像データに対し大きく変化しているため、炉幅・炉壁画像用設定値を設けてその設定値を超えるかどうかを判断すれば炉壁異常の判定に利用することができる。
【００７３】
なお、１０２サイクル以降はカーボンが剥離した部位で再びカーボンが付着し始め成長するが、徐々であるため、前回と今回との比較では大きな変化とならず、１〜１００サイクルと同様に、グラフは横軸方向に推移する。
【００７４】
一方、図６（ｂ）は炉壁状態の傾向管理を行うためのグラフである。
【００７５】
１０１サイクルでカーボン剥離が発生したと想定したもので、同一窯の１サイクルから１５０サイクルまでの、炉幅データおよび炉壁画像データの解析結果から、各サイクル毎の今回サイクルと１サイクルの差を用いて炉壁状態の変化を表している。
【００７６】
なお、上記１サイクルとは、補修後の１サイクル目（特定の押出サイクル）を基準値（基準データ）とした場合であり、この基準値は任意に設定することができる。
【００７７】
１サイクルから１００サイクルまでのグラフの推移は正常時を示している。炉壁にはサイクル数が増加するにつれて、徐々にカーボンが付着していくため、１サイクル（基準値）と今回サイクルとの比較では、サイクルを重ねるにつれ変化が大きくなっていき、グラフも右肩上がりに推移する。
【００７８】
１０１サイクル（今回）で炉壁に付着していたカーボンが剥離すると、１サイクル（基準値）の数値に近づくため、比較の結果、基準値との差がほとんどなくなり、グラフは大きく落ち込むことになる（符号Ｃ参照）。
【００７９】
すなわち、今回の押出サイクルで取得した炉幅データ・炉壁画像データが、過去（基準データ）の押出サイクルにおいて取得した炉幅データ・炉壁画像データに対し大きく変化している。
【００８０】
また、図６（ｂ）は、傾向管理だけでなく、別の炉幅・炉壁画像用設定値を設けてその設定値を超えるかどうかを判断することで炉壁異常の判定に利用することもできる。
【００８１】
また、例えばグラフの傾きによって炉壁劣化の進行程度を把握することもでき、炉壁状態の傾向管理を行うことができる。
【００８２】
１０２サイクル以降はカーボンが剥離した部位で再びカーボンが付着し始め成長するため、１〜１００サイクルと同様に数値が増加する。
【００８３】
なお、(ａ)のグラフと（ｂ）のグラフは、炉幅データの解析結果を用いた場合と炉壁画像データの解析結果を用いた場合では、絶対値や数値の単位は異なるものの、グラフの線形は同じようなものになるため、一つのグラフで表している。
【００８４】
3. 炉内監視システムの動作
図７は炉内監視システムの制御動作手順を示したフローチャートである。
【００８５】
同図において、まず、炉幅・炉壁画像データ解析処理部１０ｂは、同一窯の同一部位の異なる２つの押出サイクルの炉幅データ、炉壁画像データを取得する（ステップＳ１）。
【００８６】
次いで、２つの押出サイクルの炉幅データ、炉壁画像データの差分をそれぞれ求め、炉壁状態の変化を数値化する（ステップＳ２）。
【００８７】
上記炉幅データは、剥離部分の深さとしてＸ方向距離を計算する。剥離部分の体積として炉幅データから求めたＸ方向の距離と、炉壁画像データから求めた面積Ｓから計算した体積であってもよい。
【００８８】
数値化した炉幅データと炉幅データ用設定値とを比較し、数値変化が大、すなわち炉幅データの変化量が炉幅データ用設定値を超えたかどうかを判断し（ステップＳ３）、判断結果がＮＯであればステップＳ１に戻り、次の炉幅データ、炉壁画像データを取得する。
【００８９】
炉幅データの変化量が大であった場合、さらに、炉壁画像データの数値変化量、すなわち、炉壁損傷領域の面積変化が炉壁画像データ用設定値を超えたかどうかを判断し（ステップＳ４）、判断結果がＮＯであればステップＳ１に戻り、次の炉幅データ、炉壁画像データを取得する。
【００９０】
炉壁画像データの変化量が大であった場合、アラームを報知する（ステップＳ５）。
【００９１】
なお、上記の処理においては、炉幅データのみが設定値を超えて変化量が大であった場合は、深い損傷が発生しているものの損傷面積は狭いとみなし、アラームは報知しない。
【００９２】
また、炉壁画像データのみが設定値を超えて変化量が大であった場合は、広い面積にわたって損傷が発生しているものの損傷の深さは浅いとみなし、アラームは報知しない。
【００９３】
なお、上記制御動作手順では炉壁異常を判定する方法として、２つの押出サイクルにおける炉幅データ、炉壁画像データの差分を求めてそれぞれ数値化し、各設定値と比較したが、これに限らず、補修後の０押出サイクルを基準値とし、今回押出サイクルで取得した炉幅データ、炉壁画像データがその基準値から一定量ずつ増加する場合は、正常、一定量を超えて増加した場合は炉壁異常と判定することもできる。
【００９４】
変化量を把握できる限り、（ａ）異常検出、（ｂ）傾向管理以外の公知のデータ解析手法を採用することができる。
【００９５】
また、図７において、ステップＳ３、Ｓ４については逆に処理してもよい。
【００９６】
また、図１において、炉幅測定装置６、炉内観察装置７、エンコーダ８は押出ラム４と共に移動し得る限り、任意の場所に取り付けることができる。また、モニター１５は必須ではない。
【００９７】
4. 炉壁異常判定の具体例
【００９８】
【表１】
【００９９】
【表２】
【０１００】
【表３】
【０１０１】
表１〜表３は、同じ窯の同じ部位について炉壁画像データの平均変化量と炉幅データの平均変化量を数値化したものである。
【０１０２】
炉壁画像データの変化量は炉壁画像データ用設定値５０を超えるものを抽出（着色部分）しており、本実施形態では例示したすべての炉壁画像データについて変化量が大と判定されている。
【０１０３】
一方、炉幅データの変化量は炉幅データ用設定値２００を超えるものを抽出（着色部分）しており、例えば６月１日操業分の判定では窯番１１５および５６の炉幅データについて数値変化が大と判定されている。
【０１０４】
上記炉壁画像データ用設定値および上記炉幅データ用設定値は共に、これまでのコークス押出電力値との関係を調べ、コークス押出し作業に障害とならない平均変化量から得た条件に基づいて設定する。なお、それぞれの設定値は、管理方法により任意に設定できる。
【０１０５】
なお、炉幅・炉壁画像データ解析処理部１０ｂによって行われる剥離判定において、「画像ピーク」は炉壁状態の面積変化の平均値に関するピークの有無を表し、「炉幅ピーク」は炉壁状態の深さの変化の平均値に関するピークの有無を表し、「判定」は両方に関するピークの有無を表している。炉幅、炉壁画像データの数値変化がともに大であった炉壁部位を調べると、実際に剥離が発生しており、本発明の炉内監視システムにより、炉壁状態の変化を精度良く且つ定量的に監視することが確認された。
【０１０６】
また、上記実施形態では、炉幅測定装置６および炉内観察装置７をそれぞれ支持スタンド５に独立して設置したが、これらの装置を一つのケース内に収納しユニット化することもできる。
【０１０７】
図８は、炉幅測定装置６と炉内観察装置７をユニット化した測定ユニットを平面から見た断面図である。
【０１０８】
同図において、測定ユニット２０は、セラミック製の断熱材２１によって断熱された箱形の筺体２２を有し、この筺体２２内に後述するＣＣＤカメラ、レーザー式変位センサ、熱電冷却素子としてのペルチェ素子、図示しない温度管理用の熱電対等が収納されている。
【０１０９】
筐体２２の一方端部には断熱配管２３が接続されており、この断熱配管２３を通じて供給される冷却用空気ｃａが筺体２２内に導入されるようになっている。また、断熱配管２３には信号の送受および電源を供給するためのケーブル９も通されており、このケーブル９はＣＣＤカメラ２５、レーザー式変位センサ２６、２７およびペルチェ素子群２８、２９と接続されている。
【０１１０】
ＣＣＤカメラ２５の周囲にはアルミニウムブロックからなる熱伝導体３０が密着状態で配置され、各熱伝導体３０の周囲にはペルチェ素子群２８が密着状態で配置され、ペルチェ素子群２８の周囲にはさらに放熱フィン群３１が配置されている。
【０１１１】
ペルチェ素子群２８を構成している各ペルチェ素子は、プレート状のペルチェ素子を二層配置した構成からなり、吸熱面をＣＣＤカメラ２５側に向け、放熱面側を放熱フィン群３１側に向けて配置されている。このように構成することにより、ＣＣＤカメラ２５本体の表面温度は、熱伝導体３０を介しペルチェ素子群２８によって制御することができる。
【０１１２】
また、ＣＣＤカメラ２５の撮影方向前方には耐熱ガラス３２が配置され、その内側部３２ａに赤外線吸収フィルタ、赤外線反射フィルタ、耐熱ガラスがそれぞれスペーサを介して組み合わされている。
【０１１３】
上記ＣＣＤカメラ２５、熱伝導体３０、ペルチェ素子群２８および放熱フィン群３１からなる冷却機能付きカメラユニットは、断熱筒部３３内に収納された状態でさらに筐体２２内に収納されるようになっており、それにより、断熱筒部３３外壁と筐体２２内壁との間に冷却通路Ｐａが形成されるようになっている。また、放熱フィン群３１の各フィンの隙間にも冷却通路Ｐｂが形成され、この冷却通路Ｐｂを通過した冷却空気ｃａは、耐熱ガラス３２の中心で合流し筺体２２の外部に放出されるようになっている。
【０１１４】
一方、レーザー式変位センサ２６、２７は、半導体レーザーからなる発光素子と受光素子をケース内に収容した公知の構成からなり、レーザー光を炉幅方向（矢印ＤとＥ方向）にそれぞれ照射し、各反射光の一部を受光素子で検出するようになっている。
【０１１５】
レーザー式変位センサ２６、２７の周囲には、熱伝導体３０と同じ材質からなる熱伝導体３４がそれぞれ密着状態で配置され、各熱伝導体３４の周囲には上記ペルチェ素子群２８と同じ構成からなるペルチェ素子群２９が密着状態で配置され、ペルチェ素子群２９の周囲にはさらに上記した放熱フィン群３１が配置されている。
【０１１６】
レーザー式変位センサ２６、２７の投光側には反射鏡３５、３６が配置されており、それらの反射鏡３５、３６によって光路を９０°変更したレーザー光Ｔ、Ｔは、計測窓３７、３８を通過して炉壁に照射されるようになっている。
【０１１７】
このように、炉幅測定装置６および炉内観察装置７をユニット化すれば、２つの装置をコンパクトに設置することができるという利点がある。
【符号の説明】
【０１１８】
１ コークス押出機
２ ラムヘッド
３ ラムビーム
４ 押出ラム
５ 支持スタンド
６ 炉幅測定装置
７ 炉内観察装置
８ エンコーダ（位置検出手段）
９ ケーブル
１０ コンピュータ
１０ａ 炉幅・炉壁画像データ切出部
１０ｂ 炉幅・炉壁画像データ解析処理部
１０ｃ アラーム出力部
１１ データベース
１２ 端末装置
１３ 信号／電源ケーブル
１４ 信号ケーブル
１５ モニター
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉内の炉壁状態の変化を精度良く且つ定量的に監視することができるコークス炉炉内監視方法および炉壁管理方法並びに監視システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉は、炭化室と燃焼室が炉団方向に交互に配置されている構造からなり、燃焼室の熱を炭化室に伝えることにより、その炭化室に装入された石炭を乾留しコークスを製造するようになっている。
【０００３】
我が国のコークス炉の多くは建設当時から年数が経過しているため、コークス炉炭化室の壁面ではカーボンの付着、成長、剥離という事象が繰り返されており、年数が経過したコークス炉では、この繰り返しによってコークス押出し抵抗が増加する傾向がある。この押出し抵抗の増加はコークスの窯出しトラブルを引き起こす原因になるため、炉内の炉壁状態を監視することはコークス炉の安定操業には極めて重要である。
【０００４】
従来の炉壁状態の監視は、目視監視および常設型炉幅測定装置（たとえば、特許文献１参照）、常設型炉内観察装置（たとえば、特許文献２参照）によって行われてきた。
【０００５】
しかしながら、目視監視による管理は、炉内温度が約１，１００℃と高温であり炉の間近まで近寄れないこと、炉幅は４５０ｍｍ前後と狭いのに対し奥行きは約１５ｍと長く視界が悪いこと等のコークス炉の構造上の問題もあり、熟練者をしても正確に監視するのは困難である。
【０００６】
また、常設型炉幅測定装置、常設型炉内観察装置を用いて管理を行う場合においても、オペレータは炉幅データの確認、炉壁映像のモニタリングを行っているものの、炉内の監視は他の作業と並行して行われるため、炉壁状態の変化を常時監視しているとは言い難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２３２４７１号公報
【特許文献２】特開２００９−５７４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
コークス炉の操業を継続する中で炉壁状態は日々変化しており、何らかの偶発的な変化をきっかけとして詰窯などの押出トラブルが発生する場合がある。したがって、炉壁状態の変化を常に監視できるようなシステムが要望されている。
【０００９】
本発明は以上説明したような従来の炉内監視方法における課題を考慮してなされたものであり、コークス炉における炉壁状態の変化を精度良く且つ定量的に監視することができるコークス炉炉内監視方法および炉壁管理方法並びに監視システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、コークス炉の炉壁状態の変化を監視する監視方法と、炉壁状態の傾向を管理する炉壁管理方法と、監視システムの三つの形態がある。
【００１１】
第一の形態に係るコークス炉炉内監視方法は、
コークス炉における同一窯の同一部位について、異なる押出サイクルにおける炉幅データおよび炉壁画像データを取得し、
今回の押出サイクルで取得した上記炉幅データおよび上記炉壁画像データが、過去の押出サイクルにおいて取得した上記炉幅データおよび上記炉壁画像データに対し、共に設定値を超えて変化した場合に炉壁異常と判定することを要旨とする。
【００１２】
炉壁異常を判定する方法として、今回の押出サイクルと過去の押出サイクルにおける上記炉幅データの差分、および今回の押出サイクルと過去の押出サイクルにおける上記炉壁画像データの炉壁損傷部分の面積の差分をそれぞれ算出して数値化し、上記炉幅データの差分値を炉幅データ用設定値と比較し、上記炉壁画像データの差分値を炉壁画像データ用設定値と比較する方法が示される。
【００１３】
第二の形態に係る炉壁管理方法は、
コークス炉における同一窯の同一部位について、異なる押出サイクルにおける炉幅データおよび炉壁画像データを取得し、
取得した炉幅データおよび炉壁画像データを数値化して押出サイクル毎に蓄積手段に蓄積し、
上記蓄積手段に蓄積された特定の押出サイクルにおける炉幅データおよび炉壁画像データを基準データとして設定し、
上記特定の押出サイクル以降の押出サイクルで取得した炉幅データおよび炉壁画像データを数値化して上記基準データと比較し、
各比較結果を押出サイクル数分履歴として蓄積し、
上記履歴を観察することにより、炉壁状態の傾向を把握することを要旨とする。
【００１４】
第三の形態に係る監視システムは、
コークス炉炭化室内の炉幅を測定する炉幅測定装置と、
コークス炉炭化室の炉壁を撮影する炉内観察装置と、
上記炉幅測定装置によって測定された炉幅データおよび上記炉内観察装置によって撮影された炉壁画像データを分析するコンピュータとを有し、
上記コンピュータは、同一窯の同一部位について、異なる押出サイクルにおける炉幅データおよび炉壁画像データを切り出す炉幅・炉壁画像データ切出部と、
今回の押出サイクルで取得した上記炉幅データおよび上記炉壁画像データが、過去の押出サイクルにおいて取得した上記炉幅データおよび上記炉壁画像データに対し、共に設定値を超えて変化した場合に炉壁異常と判定する炉幅・炉壁画像データ解析処理部とを含むことを要旨とする。
【００１５】
本発明において押出サイクルとは、石炭装入からコークス押出しまでの一連の工程を指し、それを１サイクルとカウントする。
【００１６】
また、過去の炉幅データ（または炉壁画像データ）とは、（ａ）前回の押出サイクルにおいて取得されたデータ、（ｂ）補修後の押出サイクルにおいて取得されたデータ、（ｃ）任意の回数の押出サイクルにおいて取得されたデータが含まれる。
【００１７】
今回の押出サイクルのデータと上記（ａ）のデータとを比較すれば、炉壁の異常をリアルタイムで検出することができ、今回の押出サイクルのデータと上記（ｂ）または（ｃ）のデータとを比較すれば、炉壁の異常を検出することができるとともに押出サイクルの増加に伴う炉壁状態の変化の傾向を管理することもできる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、コークス炉における炉壁状態の変化を常時、精度良く且つ定量的に監視することができるという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るコークス炉炉内監視システムの構成図である。
【図２】本発明の炉幅測定装置によって測定された炉幅測定結果を示すグラフである。
【図３】本発明の炉内観察装置によって撮影された押出サイクル毎の炉壁画像を示す説明図である。
【図４】炉壁状態の変化部の面積を算出する際に使用される炉壁画像である。
【図５】炉壁状態の変化部の深さ・範囲を算出する際に使用される炉幅データのグラフである。
【図６】炉幅データの解析結果および炉壁画像データの解析結果による(ａ)異常検出、(ｂ)傾向管理を行う際に用いる数値推移のグラフを概念的に示した説明図である。
【図７】本発明の炉内監視システムの制御動作手順を示すフローチャートである。
【図８】炉幅測定装置と炉内観察装置をユニット化した測定ユニットの平面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２１】
1．コークス炉炉内監視システムの構成
図１は、本発明に係るコークス炉炉内監視システム（以下、監視システムと略称する）の構成図である。
【００２２】
同図において、コークス押出機１は、ラムヘッド２と、このラムヘッド２を水平方向に往復移動させるためのラムビーム３とからなる押出ラム４を備えており、炭化室内で乾留された赤熱したコークスを、そのラムヘッド２によってＰＳ（プッシャーサイド：コークス押出機側）窯口からＣＳ（コークスサイド：コークス排出機側）窯口へ押し出すようになっている。
【００２３】
上記ラムビーム３上のラムヘッド２の後方には支持スタンド５が立設されており、この支持スタンド５に常設型炉幅測定装置（以下、炉幅測定装置と略称する）６および常設型炉内観察装置（以下、炉内観察装置と略称する）７が設置されている。なお、常設型とは、押出ラムに常設されているタイプのものを意味する。
【００２４】
上記炉幅測定装置６は、コークス押出時（Ａ方向）、あるいはコークス押出し完了後に押出ラム４をＣＳ窯口からＰＳ窯口に戻す（Ｂ方向）際に炉幅を測定するようになっており、例えばレーザー式変位センサ等の非接触式距離計を用いることができる。
【００２５】
上記炉内観察装置７はＣＣＤカメラを搭載しており、コークス押出時（Ａ方向）、あるいはコークス押出し完了後に押出ラム４を戻す（Ｂ方向）ときに、炉壁画像を連続的に撮影するようになっている。なお、図中、θはＣＣＤカメラの画角、すなわち、ＣＣＤカメラによって撮影される範囲（上下方向）を示している。
【００２６】
炉幅測定装置６および炉内観察装置７は、一定の高さ（図示例では炉底から３．５ｍの高さ）Ｈの壁面部位を測定、観察するようにそれぞれ支持スタンド５に設置されている。
【００２７】
炉底から複数位置の高さに炉幅測定装置および炉内観察装置を設置すれば、炉内全体を測定、観察することができ測定結果を定量化できるが、経験上、コークス製造作業により最も損傷する部位を把握しているため、その高さを上記高さＨとした。
【００２８】
したがって、高さＨの部位を狙って測定、観察すれば、炉壁状態の変化を把握することができる。
【００２９】
また、押出ラム４の位置は、押出ラム（図示例ではラムビーム３）に取り付けられたエンコーダ（位置検出手段）８によって検出されるようになっており、エンコーダ８から出力される押出ラム４の位置情報は、ケーブル９を介して押出機運転室内のコンピュータ１０に与えられるようになっている。
【００３０】
コンピュータ１０は、炉幅・炉壁画像データ切出部１０ａと、炉幅・炉壁画像データ解析処理部１０ｂと、アラーム出力部１０ｃを有している。
【００３１】
上記炉幅・炉壁画像データ切出部１０ａは、押出ラム４が炉内を移動する時、エンコーダ８から出力される位置情報を利用し、ＰＳ窯口からＣＳ窯口間（押出ラムを押す時、引く時のどちらでも測定可能）で観察される炉幅データおよび炉壁画像データを一定距離毎に切り出すようになっている。それにより、同一窯の所定部位について、異なる押出サイクル（以下、単にサイクルと呼ぶ場合がある）における炉幅データおよび炉壁画像データを取得することができる。
【００３２】
切り出された炉幅データおよび炉壁画像データは、位置情報と対応付けられて後述するデータベース（蓄積手段）１１に蓄積される。このデータベース１１に対し事務所側の端末装置（コンピュータ）１２からアクセスすれば、データの閲覧ができるようになっている。なお、上記コンピュータ１０とデータベース１１の接続は有線接続に限らず、無線で行うこともできる。
【００３３】
上記炉幅測定装置６および炉内観察装置７から出力される炉幅・炉壁画像データは、信号／電源ケーブル１３を介して上記コンピュータ１０に与えられる。
【００３４】
また、炉壁画像データは信号ケーブル１４を介して押出機運転室内のモニター１５にも送信されており、炉内状態をリアルタイムで観察することができるようになっている。
【００３５】
上記炉幅・炉壁画像データ解析処理部１０ｂは、上記炉幅・炉壁画像データ切出部１０ａによって切り出された炉幅データおよび炉壁画像データを、予め記憶されているプログラムにしたがって解析する。
【００３６】
具体的には、今回の押出サイクル時のデータと過去データ（前回の押出サイクルにおいて取得されたデータ、補修後の押出サイクルにおいて取得されたデータまたは任意の回数の押出サイクルにおいて取得されたデータ）を、ＰＳ窯口からＣＳ窯口間で押出ラムを押す時、引く時のいずれかの方向において同じ位置毎に比較し、変化を差分として算出する。なお、これらの詳しいデータ解析手順については後述する。
【００３７】
アラーム出力部１０ｃは、上記炉幅・炉壁画像データ解析処理部１０ｂによる解析結果において押出電力の増加に繋がるカーボン付着、成長、剥離等の炉内異常が検出された際に、運転室のオペレータに対し異常を報知する。
【００３８】
2．データ解析方法
次に、炉幅・炉壁画像データの解析手順について説明する。
【００３９】
なお、補修によって炉内付着カーボンを除去した空窯（およそ１００〜２００サイクルに１回／窯）を０サイクルとし、それ以降、押し出し１回につき１押出サイクルとしてカウントすることを前提とする。
【００４０】
図２は炉幅測定装置６によって測定された炉幅測定結果を示すグラフである。
【００４１】
同グラフにおいて、横軸はＰＳ窯口からＣＳ窯口間の位置を示しており、ＰＳ窯口を０ｃｍとしている。縦軸は炉幅データ（ｍｍ）を示している。
【００４２】
グラフに示される炉幅データは、１サイクル、２サイクル、３サイクル、４０サイクル、１００サイクルにおいて取得された炉幅データをまとめて表示している。
【００４３】
一方、図３は炉内観察装置７によって撮影された押出サイクル毎の炉壁画像を示す説明図である。
【００４４】
同図において、横方向は押出サイクル（図２に示したグラフの１，２，３，４０，１００サイクルと対応している）を示し、縦方向はＰＳ窯口からＣＳ窯口間の位置を示している。なお、ＰＳ窯口を０ｃｍとしている。
【００４５】
このように、ＰＳ窯口からＣＳ窯口までの間で測定した炉幅データおよび撮影した炉壁画像データを、エンコーダ８から出力される位置情報を基にして押出サイクル毎に炉幅測定位置、画像切出位置を一致させる。
【００４６】
次いで、以下に示すように、押出サイクル毎に同じ部位で測定された炉幅データ、同じ部位で撮影された炉壁画像データの差分をそれぞれ計算する。
【００４７】
2.1 炉幅データの数値化
炉幅測定は測定結果が数値で求められるため、異なった２つのサイクルにおける炉幅データを同じ位置で比較し差分を求める。
【００４８】
2.1.1 異常を検出する場合
（２サイクル）−（１サイクル）、（３サイクル）−（２サイクル）……（４０サイクル）−（３９サイクル）のように、(今回の炉幅測定データ)−(前回の炉幅測定データ)を求めることにより、同じ部位における炉幅の変化量を数値化する。
【００４９】
2.1.2 傾向を管理する場合
（２サイクル）−（１サイクル）、（３サイクル）−（１サイクル）、（４サイクル）−（１サイクル）のように（今回の炉幅測定データ）−（任意の基準炉幅データ／特定の押出サイクルにおける炉幅データ）を求めることにより、炉幅の経時的変化を数値化する。
【００５０】
2.2 炉壁画像データの数値化
炉壁を撮影した炉壁画像データは、本願出願人が先に出願した特開２００９−５７４９１号公報に記載した画像解析手法に従い、異なった２つの押出サイクルにおける同じ部位の画像を面積で比較し、その差分を数値化する。
【００５１】
すなわち、今回サイクルの炉壁画像データの読込み→解析範囲の指定→今回サイクルの炉壁画像データの平均輝度算出→前回サイクルの同じ部位の炉壁画像データ読込み→解析範囲指定→前回サイクルにおける炉壁画像データの平均輝度算出→前回サイクルの炉壁画像データの輝度に今回炉壁画像データの輝度を一致させる→今回炉壁画像データと前回サイクルにおける炉壁画像データの面積差分を取得→設定値以上に大きい面積領域を計算することにより、面積差分を求め、炉壁状態の変化を数値化する。
【００５２】
2.2.1 異常を検出する場合
（２サイクル）−（１サイクル）、（３サイクル）−（２サイクル）……（４０サイクル）−（３９サイクル）のように、(今回炉壁画像データ)−(前回炉壁画像データ)によって面積差分を求め、炉壁状態の変化を数値化する。
【００５３】
2.2.2 傾向を管理する場合
（２サイクル）−（１サイクル）、（３サイクル）−（１サイクル）、（４サイクル）−（１サイクル）のように（今回の炉壁画像データ）−（任意の基準炉壁画像データ／特定の押出サイクルにおける炉壁画像データ）によって面積差分を求め、炉壁状態が変化する傾向を数値化する。
【００５４】
このようにして炉幅測定装置６によって測定された炉幅データ、および炉内観察装置７によって撮影された炉壁画像データから、炉壁状態を数値化する。
【００５５】
すなわち、炉壁画像データから剥離部分の面積を算出し、炉幅データからその剥離部分の深さ等を算出することで測定ポイントにおける炉壁の抉れ、カーボン付着、成長による張出し状態を把握することができる。
【００５６】
図４および図５に基づいて具体的に説明する。
【００５７】
図４は炉壁状態の変化部の面積を算出する際に使用される炉壁画像であり、同図(ａ)は前回サイクルの炉壁画像を示し、同図(ｂ)は今回サイクルの炉壁画像を示している。
【００５８】
図４(ａ)および(ｂ)において、炉壁画像の奥は、ＰＳ窯口側、炉壁画像手前はＣＳ窯口側を示している。これらの炉壁画像に合わせて、炉長方向（押出し方向）に向かう水平方向をＺ軸、垂直方向をＹ軸、炉幅方向をＸ軸にそれぞれ設定する。
【００５９】
図４(ｂ)において、楕円によって囲まれた範囲Ｓはカーボン剥離が生じた剥離部分の面積を示している。前述した特開２００９−５７４９１号公報に記載の画像解析手法によって剥離部を数値化することにより、Ｚ−Ｙ平面における剥離部分の面積が求められる。
【００６０】
図５（ａ）は炉壁状態の変化部の深さ・範囲を算出する際に使用される炉幅データのグラフであり、同グラフにおいて横軸はＺ軸、縦軸はＸ軸を示しており、前回サイクルの炉幅データと今回サイクルの炉幅データが合わせて示されている。
【００６１】
対向する炉壁は、ＰＳ窯口からＣＳ窯口に向けて次第に拡がるように形成されているため、炉幅データのグラフはＣＳ窯口側に向けて先上がりの線を描く。しかしながら、炉壁にカーボン剥離が生じると、炉幅のピークが現れ、同グラフでは前回サイクルの炉幅データよりも大きなピークＰが今回サイクルで現れている。
【００６２】
上記ピークＰについては、Ｚ軸方向の距離およびＸ軸方向の距離が計算され、Ｘ軸方向の距離に基づいて剥離部分の深さが求められる（図５(ｂ)参照）。
【００６３】
また、Ｘ軸方向の距離と炉壁画像データより求めた剥離部の面積Ｓより、剥離部分が円錐形であると想定すれば剥離部分の体積を求めることができる。
【００６４】
また、Ｚ軸方向の距離ＺＬにより、剥離部分の範囲（直径）を確認することができる。
【００６５】
このように、本発明の監視システムは、異なった２つの押出サイクルから取得された炉幅データ、炉壁画像データを解析することによって得られた解析結果をリンクさせることで、炉壁状態の変化を、深さ、面積および体積として精度良く定量的に算出することが可能になる。
【００６６】
この結果を押出電力等の操業情報と合せて管理すれば、操業トラブルに繋がるような炉内変化を把握することができ、また、炉壁状態の変化を数値によって経過観察することもできる。
【００６７】
図６は、炉幅データの解析結果および炉壁画像データの解析結果に基づく(ａ)異常検出、(ｂ)傾向管理を行う際に用いる数値推移のグラフを概念的に示した説明図であり、１０１サイクルでカーボン剥離が発生したと想定したものである。
【００６８】
なお、炉幅データおよび炉壁画像データの解析結果は、図１に示したデータベース（蓄積手段）１１に順次蓄積されており、端末装置１２からアクセスすることができるようになっている。
【００６９】
図６(ａ)は異常検出を行うためのグラフであり、同一窯の１サイクルから１５０サイクルまでの、炉幅データおよび炉壁画像データの解析結果から、各サイクル毎の今回と前回の差を用いて炉壁状態の変化を表している。
【００７０】
１〜１００サイクルまでのグラフの推移は正常時を示している。炉壁にはサイクル数が増加するにつれて、徐々にカーボンが付着していくが、前回と今回との比較では大きな変化とならないため、数値に変化が無く、グラフは横軸方向に推移する。
【００７１】
１０１サイクル（今回）で炉壁に付着していたカーボンが剥離し、１００サイクル（前回）のカーボンが付着していた状態と比較すると、大きな変化となり、数値のピークＰ′が検出される。
【００７２】
すなわち、今回の押出サイクルで取得した炉幅データ・炉壁画像データが、過去（前回）の押出サイクルにおいて取得した炉幅データ・炉壁画像データに対し大きく変化しているため、炉幅・炉壁画像用設定値を設けてその設定値を超えるかどうかを判断すれば炉壁異常の判定に利用することができる。
【００７３】
なお、１０２サイクル以降はカーボンが剥離した部位で再びカーボンが付着し始め成長するが、徐々であるため、前回と今回との比較では大きな変化とならず、１〜１００サイクルと同様に、グラフは横軸方向に推移する。
【００７４】
一方、図６（ｂ）は炉壁状態の傾向管理を行うためのグラフである。
【００７５】
１０１サイクルでカーボン剥離が発生したと想定したもので、同一窯の１サイクルから１５０サイクルまでの、炉幅データおよび炉壁画像データの解析結果から、各サイクル毎の今回サイクルと１サイクルの差を用いて炉壁状態の変化を表している。
【００７６】
なお、上記１サイクルとは、補修後の１サイクル目（特定の押出サイクル）を基準値（基準データ）とした場合であり、この基準値は任意に設定することができる。
【００７７】
１サイクルから１００サイクルまでのグラフの推移は正常時を示している。炉壁にはサイクル数が増加するにつれて、徐々にカーボンが付着していくため、１サイクル（基準値）と今回サイクルとの比較では、サイクルを重ねるにつれ変化が大きくなっていき、グラフも右肩上がりに推移する。
【００７８】
１０１サイクル（今回）で炉壁に付着していたカーボンが剥離すると、１サイクル（基準値）の数値に近づくため、比較の結果、基準値との差がほとんどなくなり、グラフは大きく落ち込むことになる（符号Ｃ参照）。
【００７９】
すなわち、今回の押出サイクルで取得した炉幅データ・炉壁画像データが、過去（基準データ）の押出サイクルにおいて取得した炉幅データ・炉壁画像データに対し大きく変化している。
【００８０】
また、図６（ｂ）は、傾向管理だけでなく、別の炉幅・炉壁画像用設定値を設けてその設定値を超えるかどうかを判断することで炉壁異常の判定に利用することもできる。
【００８１】
また、例えばグラフの傾きによって炉壁劣化の進行程度を把握することもでき、炉壁状態の傾向管理を行うことができる。
【００８２】
１０２サイクル以降はカーボンが剥離した部位で再びカーボンが付着し始め成長するため、１〜１００サイクルと同様に数値が増加する。
【００８３】
なお、(ａ)のグラフと（ｂ）のグラフは、炉幅データの解析結果を用いた場合と炉壁画像データの解析結果を用いた場合では、絶対値や数値の単位は異なるものの、グラフの線形は同じようなものになるため、一つのグラフで表している。
【００８４】
3. 炉内監視システムの動作
図７は炉内監視システムの制御動作手順を示したフローチャートである。
【００８５】
同図において、まず、炉幅・炉壁画像データ解析処理部１０ｂは、同一窯の同一部位の異なる２つの押出サイクルの炉幅データ、炉壁画像データを取得する（ステップＳ１）。
【００８６】
次いで、２つの押出サイクルの炉幅データ、炉壁画像データの差分をそれぞれ求め、炉壁状態の変化を数値化する（ステップＳ２）。
【００８７】
上記炉幅データは、剥離部分の深さとしてＸ方向距離を計算する。剥離部分の体積として炉幅データから求めたＸ方向の距離と、炉壁画像データから求めた面積Ｓから計算した体積であってもよい。
【００８８】
数値化した炉幅データと炉幅データ用設定値とを比較し、数値変化が大、すなわち炉幅データの変化量が炉幅データ用設定値を超えたかどうかを判断し（ステップＳ３）、判断結果がＮＯであればステップＳ１に戻り、次の炉幅データ、炉壁画像データを取得する。
【００８９】
炉幅データの変化量が大であった場合、さらに、炉壁画像データの数値変化量、すなわち、炉壁損傷領域の面積変化が炉壁画像データ用設定値を超えたかどうかを判断し（ステップＳ４）、判断結果がＮＯであればステップＳ１に戻り、次の炉幅データ、炉壁画像データを取得する。
【００９０】
炉壁画像データの変化量が大であった場合、アラームを報知する（ステップＳ５）。
【００９１】
なお、上記の処理においては、炉幅データのみが設定値を超えて変化量が大であった場合は、深い損傷が発生しているものの損傷面積は狭いとみなし、アラームは報知しない。
【００９２】
また、炉壁画像データのみが設定値を超えて変化量が大であった場合は、広い面積にわたって損傷が発生しているものの損傷の深さは浅いとみなし、アラームは報知しない。
【００９３】
なお、上記制御動作手順では炉壁異常を判定する方法として、２つの押出サイクルにおける炉幅データ、炉壁画像データの差分を求めてそれぞれ数値化し、各設定値と比較したが、これに限らず、補修後の０押出サイクルを基準値とし、今回押出サイクルで取得した炉幅データ、炉壁画像データがその基準値から一定量ずつ増加する場合は、正常、一定量を超えて増加した場合は炉壁異常と判定することもできる。
【００９４】
変化量を把握できる限り、（ａ）異常検出、（ｂ）傾向管理以外の公知のデータ解析手法を採用することができる。
【００９５】
また、図７において、ステップＳ３、Ｓ４については逆に処理してもよい。
【００９６】
また、図１において、炉幅測定装置６、炉内観察装置７、エンコーダ８は押出ラム４と共に移動し得る限り、任意の場所に取り付けることができる。また、モニター１５は必須ではない。
【００９７】
4. 炉壁異常判定の具体例
【００９８】
【表１】
【００９９】
【表２】
【０１００】
【表３】
【０１０１】
表１〜表３は、同じ窯の同じ部位について炉壁画像データの平均変化量と炉幅データの平均変化量を数値化したものである。
【０１０２】
炉壁画像データの変化量は炉壁画像データ用設定値５０を超えるものを抽出（着色部分）しており、本実施形態では例示したすべての炉壁画像データについて変化量が大と判定されている。
【０１０３】
一方、炉幅データの変化量は炉幅データ用設定値２００を超えるものを抽出（着色部分）しており、例えば６月１日操業分の判定では窯番１１５および５６の炉幅データについて数値変化が大と判定されている。
【０１０４】
上記炉壁画像データ用設定値および上記炉幅データ用設定値は共に、これまでのコークス押出電力値との関係を調べ、コークス押出し作業に障害とならない平均変化量から得た条件に基づいて設定する。なお、それぞれの設定値は、管理方法により任意に設定できる。
【０１０５】
なお、炉幅・炉壁画像データ解析処理部１０ｂによって行われる剥離判定において、「画像ピーク」は炉壁状態の面積変化の平均値に関するピークの有無を表し、「炉幅ピーク」は炉壁状態の深さの変化の平均値に関するピークの有無を表し、「判定」は両方に関するピークの有無を表している。炉幅、炉壁画像データの数値変化がともに大であった炉壁部位を調べると、実際に剥離が発生しており、本発明の炉内監視システムにより、炉壁状態の変化を精度良く且つ定量的に監視することが確認された。
【０１０６】
また、上記実施形態では、炉幅測定装置６および炉内観察装置７をそれぞれ支持スタンド５に独立して設置したが、これらの装置を一つのケース内に収納しユニット化することもできる。
【０１０７】
図８は、炉幅測定装置６と炉内観察装置７をユニット化した測定ユニットを平面から見た断面図である。
【０１０８】
同図において、測定ユニット２０は、セラミック製の断熱材２１によって断熱された箱形の筺体２２を有し、この筺体２２内に後述するＣＣＤカメラ、レーザー式変位センサ、熱電冷却素子としてのペルチェ素子、図示しない温度管理用の熱電対等が収納されている。
【０１０９】
筐体２２の一方端部には断熱配管２３が接続されており、この断熱配管２３を通じて供給される冷却用空気ｃａが筺体２２内に導入されるようになっている。また、断熱配管２３には信号の送受および電源を供給するためのケーブル９も通されており、このケーブル９はＣＣＤカメラ２５、レーザー式変位センサ２６、２７およびペルチェ素子群２８、２９と接続されている。
【０１１０】
ＣＣＤカメラ２５の周囲にはアルミニウムブロックからなる熱伝導体３０が密着状態で配置され、各熱伝導体３０の周囲にはペルチェ素子群２８が密着状態で配置され、ペルチェ素子群２８の周囲にはさらに放熱フィン群３１が配置されている。
【０１１１】
ペルチェ素子群２８を構成している各ペルチェ素子は、プレート状のペルチェ素子を二層配置した構成からなり、吸熱面をＣＣＤカメラ２５側に向け、放熱面側を放熱フィン群３１側に向けて配置されている。このように構成することにより、ＣＣＤカメラ２５本体の表面温度は、熱伝導体３０を介しペルチェ素子群２８によって制御することができる。
【０１１２】
また、ＣＣＤカメラ２５の撮影方向前方には耐熱ガラス３２が配置され、その内側部３２ａに赤外線吸収フィルタ、赤外線反射フィルタ、耐熱ガラスがそれぞれスペーサを介して組み合わされている。
【０１１３】
上記ＣＣＤカメラ２５、熱伝導体３０、ペルチェ素子群２８および放熱フィン群３１からなる冷却機能付きカメラユニットは、断熱筒部３３内に収納された状態でさらに筐体２２内に収納されるようになっており、それにより、断熱筒部３３外壁と筐体２２内壁との間に冷却通路Ｐａが形成されるようになっている。また、放熱フィン群３１の各フィンの隙間にも冷却通路Ｐｂが形成され、この冷却通路Ｐｂを通過した冷却空気ｃａは、耐熱ガラス３２の中心で合流し筺体２２の外部に放出されるようになっている。
【０１１４】
一方、レーザー式変位センサ２６、２７は、半導体レーザーからなる発光素子と受光素子をケース内に収容した公知の構成からなり、レーザー光を炉幅方向（矢印ＤとＥ方向）にそれぞれ照射し、各反射光の一部を受光素子で検出するようになっている。
【０１１５】
レーザー式変位センサ２６、２７の周囲には、熱伝導体３０と同じ材質からなる熱伝導体３４がそれぞれ密着状態で配置され、各熱伝導体３４の周囲には上記ペルチェ素子群２８と同じ構成からなるペルチェ素子群２９が密着状態で配置され、ペルチェ素子群２９の周囲にはさらに上記した放熱フィン群３１が配置されている。
【０１１６】
レーザー式変位センサ２６、２７の投光側には反射鏡３５、３６が配置されており、それらの反射鏡３５、３６によって光路を９０°変更したレーザー光Ｔ、Ｔは、計測窓３７、３８を通過して炉壁に照射されるようになっている。
【０１１７】
このように、炉幅測定装置６および炉内観察装置７をユニット化すれば、２つの装置をコンパクトに設置することができるという利点がある。
【符号の説明】
【０１１８】
１ コークス押出機
２ ラムヘッド
３ ラムビーム
４ 押出ラム
５ 支持スタンド
６ 炉幅測定装置
７ 炉内観察装置
８ エンコーダ（位置検出手段）
９ ケーブル
１０ コンピュータ
１０ａ 炉幅・炉壁画像データ切出部
１０ｂ 炉幅・炉壁画像データ解析処理部
１０ｃ アラーム出力部
１１ データベース
１２ 端末装置
１３ 信号／電源ケーブル
１４ 信号ケーブル
１５ モニター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉における同一窯の同一部位について、異なる押出サイクルにおける炉幅データおよび炉壁画像データを取得し、
今回の押出サイクルで取得した上記炉幅データおよび上記炉壁画像データが、過去の押出サイクルにおいて取得した上記炉幅データおよび上記炉壁画像データに対し、共に設定値を超えて変化した場合に炉壁異常と判定することを特徴とするコークス炉炉内監視方法。
【請求項２】
今回の押出サイクルと過去の押出サイクルにおける上記炉幅データの差分、および今回の押出サイクルと過去の押出サイクルにおける上記炉壁画像データの炉壁損傷部分の面積の差分をそれぞれ算出して数値化し、
上記炉幅データの差分値を炉幅データ用設定値と比較し、上記炉壁画像データの差分値を炉壁画像データ用設定値と比較する請求項１に記載のコークス炉炉内監視方法。
【請求項３】
上記炉壁異常と判定した際にアラームを報知する請求項１または２に記載のコークス炉炉内監視方法。
【請求項４】
コークス炉における同一窯の同一部位について、異なる押出サイクルにおける炉幅データおよび炉壁画像データを取得し、
取得した炉幅データおよび炉壁画像データを数値化して押出サイクル毎に蓄積手段に蓄積し、
上記蓄積手段に蓄積された特定の押出サイクルにおける炉幅データおよび炉壁画像データを基準データとして設定し、
上記特定の押出サイクル以降の押出サイクルで取得した炉幅データおよび炉壁画像データを数値化して上記基準データと比較し、
各比較結果を押出サイクル数分履歴として蓄積し、
上記履歴を観察することにより、炉壁状態の傾向を把握することを特徴とするコークス炉炉壁管理方法。
【請求項５】
コークス炉炭化室内の炉幅を測定する炉幅測定装置と、
コークス炉炭化室の炉壁を撮影する炉内観察装置と、
上記炉幅測定装置によって測定された炉幅データおよび上記炉内観察装置によって撮影された炉壁画像データを分析するコンピュータとを有し、
上記コンピュータは、同一窯の同一部位について、異なる押出サイクルにおける炉幅データおよび炉壁画像データを切り出す炉幅・炉壁画像データ切出部と、
今回の押出サイクルで取得した上記炉幅データおよび上記炉壁画像データが、過去の押出サイクルにおいて取得した上記炉幅データおよび上記炉壁画像データに対し、共に設定値を超えて変化した場合に炉壁異常と判定する炉幅・炉壁画像データ解析処理部とを含むことを特徴とするコークス炉炉内監視システム。
【請求項６】
上記炉幅・炉壁画像データ解析処理部は、今回の押出サイクルと過去の押出サイクルにおける上記炉幅データの差分、および今回の押出サイクルと過去の押出サイクルにおける炉壁損傷部分の面積の差分を上記炉壁画像データの差分としてそれぞれ算出して数値化し、上記炉幅データの差分値を炉幅データ用設定値と比較し、上記炉壁画像データの差分値を炉壁画像データ用設定値と比較するように構成されている請求項５に記載のコークス炉炉内監視システム。
【請求項７】
上記炉幅・炉壁画像データ解析処理部は、上記炉幅データの差分値と上記炉壁画像データの差分値から、炉壁の変化部分を体積の差分として数値化し、炉壁の異常検出と傾向管理を行うように構成されている請求項６に記載のコークス炉炉内監視システム。
【請求項８】
上記コンピュータは、炉壁異常と判定した際にアラームを報知するアラーム出力部を含む請求項５〜７のいずれか１項に記載のコークス炉炉内監視システム。
【請求項９】
上記炉幅測定装置および上記炉内観察装置が、押出ラム上の同じ高さ位置に設けられ、押出ラムの位置を検出する位置検出手段が上記コンピュータに接続されている請求項５〜８のいずれか１項に記載のコークス炉炉内監視システム。
【請求項１０】
上記位置検出手段によって検出された位置情報とリンクされた上記炉幅データおよび上記炉壁画像データを記憶するデータベースをさらに含む請求項９に記載のコークス炉炉内監視システム。
【請求項１】
コークス炉における同一窯の同一部位について、異なる押出サイクルにおける炉幅データおよび炉壁画像データを取得し、
今回の押出サイクルで取得した上記炉幅データおよび上記炉壁画像データが、過去の押出サイクルにおいて取得した上記炉幅データおよび上記炉壁画像データに対し、共に設定値を超えて変化した場合に炉壁異常と判定することを特徴とするコークス炉炉内監視方法。
【請求項２】
今回の押出サイクルと過去の押出サイクルにおける上記炉幅データの差分、および今回の押出サイクルと過去の押出サイクルにおける上記炉壁画像データの炉壁損傷部分の面積の差分をそれぞれ算出して数値化し、
上記炉幅データの差分値を炉幅データ用設定値と比較し、上記炉壁画像データの差分値を炉壁画像データ用設定値と比較する請求項１に記載のコークス炉炉内監視方法。
【請求項３】
上記炉壁異常と判定した際にアラームを報知する請求項１または２に記載のコークス炉炉内監視方法。
【請求項４】
コークス炉における同一窯の同一部位について、異なる押出サイクルにおける炉幅データおよび炉壁画像データを取得し、
取得した炉幅データおよび炉壁画像データを数値化して押出サイクル毎に蓄積手段に蓄積し、
上記蓄積手段に蓄積された特定の押出サイクルにおける炉幅データおよび炉壁画像データを基準データとして設定し、
上記特定の押出サイクル以降の押出サイクルで取得した炉幅データおよび炉壁画像データを数値化して上記基準データと比較し、
各比較結果を押出サイクル数分履歴として蓄積し、
上記履歴を観察することにより、炉壁状態の傾向を把握することを特徴とするコークス炉炉壁管理方法。
【請求項５】
コークス炉炭化室内の炉幅を測定する炉幅測定装置と、
コークス炉炭化室の炉壁を撮影する炉内観察装置と、
上記炉幅測定装置によって測定された炉幅データおよび上記炉内観察装置によって撮影された炉壁画像データを分析するコンピュータとを有し、
上記コンピュータは、同一窯の同一部位について、異なる押出サイクルにおける炉幅データおよび炉壁画像データを切り出す炉幅・炉壁画像データ切出部と、
今回の押出サイクルで取得した上記炉幅データおよび上記炉壁画像データが、過去の押出サイクルにおいて取得した上記炉幅データおよび上記炉壁画像データに対し、共に設定値を超えて変化した場合に炉壁異常と判定する炉幅・炉壁画像データ解析処理部とを含むことを特徴とするコークス炉炉内監視システム。
【請求項６】
上記炉幅・炉壁画像データ解析処理部は、今回の押出サイクルと過去の押出サイクルにおける上記炉幅データの差分、および今回の押出サイクルと過去の押出サイクルにおける炉壁損傷部分の面積の差分を上記炉壁画像データの差分としてそれぞれ算出して数値化し、上記炉幅データの差分値を炉幅データ用設定値と比較し、上記炉壁画像データの差分値を炉壁画像データ用設定値と比較するように構成されている請求項５に記載のコークス炉炉内監視システム。
【請求項７】
上記炉幅・炉壁画像データ解析処理部は、上記炉幅データの差分値と上記炉壁画像データの差分値から、炉壁の変化部分を体積の差分として数値化し、炉壁の異常検出と傾向管理を行うように構成されている請求項６に記載のコークス炉炉内監視システム。
【請求項８】
上記コンピュータは、炉壁異常と判定した際にアラームを報知するアラーム出力部を含む請求項５〜７のいずれか１項に記載のコークス炉炉内監視システム。
【請求項９】
上記炉幅測定装置および上記炉内観察装置が、押出ラム上の同じ高さ位置に設けられ、押出ラムの位置を検出する位置検出手段が上記コンピュータに接続されている請求項５〜８のいずれか１項に記載のコークス炉炉内監視システム。
【請求項１０】
上記位置検出手段によって検出された位置情報とリンクされた上記炉幅データおよび上記炉壁画像データを記憶するデータベースをさらに含む請求項９に記載のコークス炉炉内監視システム。
【図１】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１１１８９６（Ｐ２０１２−１１１８９６Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６３６８８（Ｐ２０１０−２６３６８８）
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００１５６９６１）関西熱化学株式会社 (117)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００１５６９６１）関西熱化学株式会社 (117)
【Ｆターム（参考）】
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