DE102004060207A1

DE102004060207A1 - Verfahren und Kühler zum Kühlen von stückigem Gut

Info

Publication number: DE102004060207A1
Application number: DE200410060207
Authority: DE
Inventors: Friedrich Vom Hofe; Claudia Voigt
Original assignee: Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-06-22

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Kühlers zum Kühlen von stückigem Gut, wobei das Gut auf einem Kühlrost von einem Kühlgas von unten nach oben durchströmt wird, der Kühlrost in mehrere Belüftungsbereiche unterteilt ist und der Gasvolumenstrom der Belüftungselemente mittels Klappen individuell einstellbar ist. Es werden für wenigstens zwei unterschiedliche Betriebssituationen des Kühlers die gewünschten Stellungen aller Klappen gespeichert, wobei für jede Betriebssituation der entsprechende Wert eines charakteristischen ersten Betriebsparameters zugeordnet ist, welcher laufend gemessen wird. Wird durch Vergleich des aktuellen ersten Betriebsparameters mit den zu den unterschiedlichen Betriebssituationen abgespeicherten ersten Betriebsparametern eine andere abgespeicherte Betriebssituation festgestellt, werden die Stellungen aller Klappen entsprechend angepasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Kühlers sowie einen Kühler zum Kühlen von stückigem Gut, wobei das Gut auf einem Kühlrost von einem Kühlgas von unten nach oben durchströmt wird, der Kühlrost in mehrere Belüftungsbereiche unterteilt ist und der Gasvolumenstrom der Belüftungselemente mittels Klappen individuell einstellbar ist.
Beim Kühlen von stückigem Gut auf einem Kühlrost soll eine möglichst gleichmäßige Kühlung erreicht werden. Bei gleichmäßiger Stärke und Homogenität des Kühlgutbettes ist diese Aufgabe relativ einfach zu lösen. Während des Betriebes kommt es jedoch immer wieder zu Störungen in einzelnen Bereichen des Kühlers, indem sich beispielsweise die Kornzusammensetzung ändert oder Ansätze aus dem vorgeschalteten Ofen auf den Kühler gelangen. Für diesen Fall sind in den einzelnen Belüftungsbereichen des Kühlrostes Änderungen der Kühlluftmengen erforderlich, um weiterhin eine gleichmäßige Kühlung des stückigen Gutes zu gewährleisten.

Man hat daher bereits vorgeschlagen, den Druck unter den einzelnen Belüftungsbereichen zu messen und die Stellung der jeweiligen Klappen entsprechend anzupassen.

Aus der WO 97/07881 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der die jeweilige Klappe so ausgebildet ist, dass sie sich aufgrund der Luftströmung selbsttätig einstellt, um einen konstanten Volumenstrom zu gewährleisten.

Die US 2,084,976 offenbart ein Verfahren, bei der die Dicke des zu kühlenden Gutbettes durch Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Widerstands des Bettes für die Kühlluft gesteuert wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines Kühlers sowie einen Kühler zum Kühlen von stückigem Gut anzugeben, wobei möglichst optimale Belüftungsverhältnisse bei unterschiedlichen Betriebssituationen gewährleistet werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 9 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines Kühlers zum Kühlen von stückigem Gut wird das Gut auf einem Kühlrost von einem Kühlgas von unten nach oben durchströmt, wobei der Kühlrost in mehrere Belüftungsbereiche unterteilt ist und der Gasvolumenstrom der Belüftungselemente mittels Klappert individuell einstellbar ist. Dabei sind für wenigstens zwei unterschiedliche Betriebssituationen des Kühlers die gewünschten Stellungen aller Klappen gespeichert, wobei für jede Betriebssituation der entsprechende Wert eines charakteristischen ersten Betriebsparameters zugeordnet ist. Der erste Betriebsparameter wird während des Betriebs laufend gemessen und dann mit den zu den unterschiedlichen Betriebssituationen abgespeicherten ersten Betriebsparametern verglichen, wobei die Stellungen aller Klappen angepasst werden, wenn sich eine andere abgespeicherte Betriebssituation eingestellt hat.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird jeder abgespeicherten Betriebssituation ein zweiter Betriebsparameter zugeordnet, wobei die Stellungen aller Klappen nur dann angepasst werden, wenn die Änderung des ersten Betriebsparameters durch den zweiten Betriebsparameter bestätigt wird.

Der erste Betriebsparameter wird dabei bevorzugt durch den Motorstrom eines vorgeschalteten Drehrohrofens und der zweite Betriebsparameter durch den Volumenstrom durch ein Belüftungselement und/oder durch den Kammerdruck unter den Belüftungsbereichen gebildet.

Weiterhin ist vorgesehen, dass in jeder Betriebssituation die Gesamtkühlgasmenge konstant gehalten wird.

Des Weiteren kann zumindest für einige Betriebssituationen auch eine Veränderung der Fördergeschwindigkeit des Kühlrostes zweckmäßig sein, so dass für jede Betriebssituation auch eine bestimmte Fördergeschwindigkeit des Kühlrostes abgespeichert wird. Als weitere Kontrollmöglichkeit, um eine bestimmte Betriebssituation zuverlässig zu erkennen, kann auch die Schichthöhe des Gutes auf dem Kühlrost berücksichtigt werden.

Der erfindungsgemäße Kühler zum Kühlen von stückigem Gut sieht einen in mehrere Belüftungsbereiche unterteilten Kühlrost vor, wobei jedem Belüftungsbereich mehrere Belüftungselemente zugeordnet sind, auf dem das Gut von einem Kühlgas von unten nach oben durchströmt wird und jedes Belüftungselement einen Luftverteiler mit je einer Klappe zur Einstellung des Gasvolumenstroms aufweist, und wobei ferner eine Steuereinrichtung zur Einstellung der Klappen in Abhängigkeit eines ersten Betriebsparameter vorgesehen ist. Die Steuereinrichtung ist dabei zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden anhand der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
1 eine schematische Längsansicht des erfindungsgemäßen Kühlers,
2 eine schematische Querschnittdarstellung des Kühlers und
3 ein Diagramm, aus der die Leistung des Ofens, die Schubzahl und der Kammerdruck über die Zeit dargestellt sind.
In 1 ist mit dem Bezugszeichen 100 ein Kühler bezeichnet, der einem Drehrohrofen 200 nachgeschaltet ist. Der Kühler 100 dient zum Kühlen von stückigem Gut, wie beispielsweise im Drehrohrofen 200 gebrannter Klinker bei der Zementherstellung.
Der Kühler weist einen Kühlrost 1 auf, der im dargestellten Ausführungsbeispiel in drei hintereinander angeordnete Bereiche 1a, 1b und 1c unterteilt ist. Der Kühlrost ist im ersten Bereich 1a treppen- bzw. stufenförmig ausgebildet, während die anschließenden Bereiche 1b und 1c im wesentlichen horizontal bzw. nur leicht geneigt ausgebildet sind. Zwischen den Bereichen 1b und 1c ist ein Mittenbrecher 2 angeordnet. Der Brecher kann aber auch ein Endbrecher sein, sodass die beiden Bereiche 1b und 1c auf gleicher Höhe liegen.
Das zu kühlende Gut gelangt aus dem Drehrohrofen 200 zunächst auf den ersten Bereich 1a, der hier als statischer Rost ausgebildet ist. Die beiden anderen Bereiche 1b und 1c können beispielsweise als Schubrostkühler ausgebildet sein, der abwechselnd feststehende und hin- und herbewegliche Rostreihen aufweist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch ein statischer Rostboden mit hin- und her bewegliche Förderelementen 6 vorgesehen.
Der Kühlrost 1 ist in mehrere Belüftungsbereiche 3a-3f unterteilt, wobei jeder Belüftungsbereich mehrere Belüftungselemente enthält. Jedes Belüftungselement verfügt über einen Luftverteiler mit je einer individuell einstellbare Klappe, so dass der Gasvolumenstrom, mit dem das Gut auf dem Kühlrost 1 von unten nach oben durchströmt wird, in den einzelnen Belüftungselementen individuell eingestellt werden kann. Im Belüftungsbereich 3a sind für jeden zum Belüftungselement 7a1 bis 7a4 gehörigen Luftverteiler 4a1 bis 4a4 individuell einstellbare Klappen 5a1 bis 5a4 vorgesehen. In den Belüftungsbereichen 3b bis 3f wird die Belüftung des Gutes auf gleiche Weise vollzogen.
Der Kühlrost 1 ist dabei zweckmäßigerweise nicht nur in Längsrichtung, sondern auch quer zur Transportrichtung in mehrere Belüftungselemente unterteilt, wie das insbesondere aus 2 ersichtlich wird, die einen Querschnitt im Belüftungsbereich 3b der 1 zeigt, wobei hier beispielhaft die Luftverteiler 4b1, 4b2 und 4b3 der Belüftungselemente 7b1, 7b2 und 7b3 schematisch dargestellt sind.
Weiterhin ist eine Steuereinrichtung 8 zur Einstellung der Klappen in Abhängigkeit wenigstens eines ersten Betriebsparameters vorgesehen.
Dieser erste Betriebsparameter wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch den über einen Eingang E1 zugeführten Ofenstrom bzw. die Leistungsaufnahme des Drehrohrofens 200 gebildet. Des Weiteren wird über den Eingang E2 die von einer Einrichtung 9 ermittelte Schichthöhe des auf dem Kühlrost befindlichen Gutes zugeführt. Über die Eingänge E3 wird der Druckabfall oder besser Volumenstrom in den einzelnen Luftverteilern und über die Eingänge E4 und E5 der Kammerdruck der einzelnen Belüftungsbereiche zugeführt. (Es sind weitere Eingänge für die darauffolgenden Kammern denkbar)
Die Ansteuerung der einzelne Ventile 13 für die Druckmessung über den Eingang E3 erfolgt über einen Multiplexausgang A1. Über einen Multiplexausgang A2 besteht weiterhin die Möglichkeit jede Klappe in den Luftverteilern gezielt und individuell einzustellen. Das Kühlgas wird über Ventilatoren 10 den einzelnen Kühlerkammern zugeführt. Über den Ausgang A3 kann die Gesamtkühlgasmenge entsprechend der Betriebssituation angepasst werden. Die Fördergeschwindigkeit des Kühlrostes, insbesondere der Förderelemente 6, lässt sich über den Ausgang A4 regeln.
Wie insbesondere aus 2 zu ersehen ist, herrscht oberhalb des auf dem Kühlrost liegenden Gutbetts 10 der Umgebungsdruck p_A während im Belüftungsbereich (hier 3b), der sogenannte Kammerdruck p_K anliegt. Die Differenz zwischen dem Umgebungsdruck und dem Kammerdruck ergibt sich im folgenden Beispiel durch den Druckabfall des Gehäuses eines Luftverteilers 4b1 bis 4b3, im Bereich einer Messblende 12 (Δp_B), einer Klappe 5b1 bis 5b3 (Δp_K1), dem Rost 1 (Δp_R) und dem Gutbett (Δp_G). Durch Messung des Drucks des Kühlgases im Belüftungsbereich, (Kammerdruck und/oder Druckdifferenz der Messblende, Volumenstrom durch einen Luftverteiler, Rostdruck, Druck im Bereich der Klappen) unter dem Belüftungsbereichen können Veränderungen der Gutschicht 11 (insb. Höhe und/oder Kornzusammensetzung) festgestellt werden. Erhöht sich beispielsweise die Gutschicht, weil im vorgeschalteten Drehrohrofen ein Ansatzstück abgegangen ist, so wird sich im entsprechenden Belüftungsbereich der Druckabfall in der Gutschicht erhöhen. Als Gegenmaßnahme müsste in diesem Bereich der Gasvolumenstrom durch Verstellung der Klappen entsprechend erhöht werden. Des Weiteren kann die Fördergeschwindigkeit des Rostes daraufhin angepasst werden.
Die Belüftung im ersten Bereich 1a des Kühlrostes dient nicht nur zur Kühlung des Gutes, sondern vor allem auch zur Vergleichmäßigung des Gutes in diesem Bereich. Da die Vergleichmäßigung des Gutes im Wesentlichen nur in diesem statischen ersten Bereich wirkungsvoll erreicht werden kann, kommt der Belüftung in diesem Bereich besondere Bedeutung zu.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung des Kühlers beruht im Wesentlichen darauf, dass für unterschiedliche Betriebssituationen des Kühlers die gewünschten Stellungen aller Klappen gespeichert sind, wobei für jede Betriebssituation der entsprechende Wert wenigstens eines charakteristischen ersten Betriebsparameters zugeordnet ist. Durch Messung dieses Betriebsparameters kann somit festgestellt werden, in welcher Betriebssituation sich der Kühler befindet, wobei der aktuelle Betriebsparameter mit den zu den unterschiedlichen Betriebssituationen abgespeicherten ersten Betriebsparametern verglichen wird, wobei die Stellungen aller Klappen dann angepasst werden, wenn sich eine andere abgespeicherte Betriebssituation eingestellt hat. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der erste Betriebsparameter durch den Motorstrom bzw. die Leistungsaufnahme des vorgeschalteten Drehrohrofens 200 gebildet.
Eine sich gegenüber dem Normalbetrieb verändernde Betriebssituation ergibt sich beispielsweise dann, wenn sich in Drehrohrofen ein Ansatzstück ablöst, das dann in den Kühler gelangt. Der Motorstrom bzw. die Leitungsaufnahme des Drehrohrofens wird bei diesem Vorgang deutlich absinken, wodurch sich eine neue Betriebssituation einstellt.
Zweckmäßigerweise ist jeder abgespeicherte Betriebssituation ein zweiter Betriebsparameter zugeordnet, wobei die Stellungen aller Klappen nur dann angepasst werden, wenn die Änderung des ersten Betriebparameters durch den zweiten Betriebsparameter bestätigt wird. Der zweite Betriebsparameter wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch den Druck und/oder dem Volumenstrom des Kühlgases im Luftverteiler und/oder den Kammerdruck im. Belüftungsbereich gebildet.
Fällt das oben beschriebene Ansatzstück aus dem Drehrohrofen in den ersten Bereich 1a des Kühlers, wird sich dort der Druck des Kühlgases bzw. der Kammerdruck entsprechend erhöhen.
Stellt man also bei der laufenden Überwachung des ersten Betriebsparameters (Motorstrom) fest, dass sich dieser deutlich verringert und wird durch eine ebenfalls laufend durchgeführte Messung des Drucks des Kühlgases einen entsprechender Anstieg des Drucks im entsprechendem Bereich festgestellt, kann hierdurch eindeutig eine neue Betriebsituation festgestellt werden. Die Steuereinrichtung wird dann die Stellungen der Klappen entsprechend den für die neue Betriebssituation abgespeicherten Werten anpassen.
Das oben beschriebene Verfahren setzt jedoch voraus, dass zunächst in einer Lernphase die optimalen Einstellungen der Klappen für wenigstens zwei, vorzugsweise jedoch eine Vielzahl von Betriebssituationen abgespeichert werden, wobei die Werte der zugehörigen ersten bzw. zweiten Betriebsparameter zugeordnet werden. Die hierfür erforderliche Erfassung der Luftmengenverteilung kann über die in den einzelnen Luftverteilern vorgesehenen Messblenden 12 erfolgen, wobei die einzelnen Anschlüsse der Messblenden nach außen geführt und über die Ventile 13 auf einen Messumformer 14 gemultiplext werden. Statt der Verwendung eines Multiplexers und einer Vielzahl von Ventilen, kann aber auch eine entsprechende Anzahl an Druckmessumformern vorgesehen werden.
Nach Erfassung der Luftmengeverteilung in einer bestimmten Betriebssituation kann diese entsprechend korrigiert werden. Die optimale Einstellung wird dann in einem Datenbaustein abgelegt und kann bei Erkennung der zugeordneten Betriebssituation abgerufen werden.
So kann man beispielsweise eine erste Betriebssituation für den normalen Ofenbetrieb vorsehen, während in einer zweiten Betriebssituation die optimalen Belüftungen nach Abgang eines Ansatzstücks eingestellt werden. Zwischen diesen beiden Betriebssituationen können Zwischenstufen als weitere Betriebssituationen abgespeichert werden.
Das gesamte Verfahren beruht darauf, das man anhand der Messung wenigstens eines Betriebsparameters schnell und zuverlässig die aktuelle Betriebssituation des Kühlers erfasst. Als Betriebsparameter sind dabei alle messbaren Parameter denkbar, die geeignet sind, interessierende Betriebssituationen des Kühlers zu erkennen.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der durch die Einrichtung 9 ermittelten Schichthöhe um eine redundante Informationsquelle, die zur Bestätigung der gemessenen Betriebsparameter herangezogen werden kann. Es wäre aber prinzipiell auch denkbar, dass die Schichthöhe als erster oder zweiter Betriebsparameter herangezogen wird.
Wird beispielsweise durch die Messung der Betriebsparameter erkannt, dass sich ein Ansatzstück im Kühler befindet, wird in diesem Bereich, welcher mehrere Belüftungselemente umfassen kann, die Kühlgasmenge erhöht.
Neben der Veränderung der Kühlgasmengen durch die einzelnen Belüftungselemente infolge Verstellung der Klappen in den Luftverteilern kann in bestimmten Betriebssituationen auch die kurzfristige Veränderung der Fördergeschwindigkeit des Kühlrostes von Vorteil sein.
Im Diagramm gemäß der 3 sind für einen Zeitraum t₀-t₆ die Messungen des ersten Betriebsparameters (Motorstrom I) und des zweiten Betriebsparameter (Kammerdruck p_K) dargestellt. Die dritte Kurve zeigt die Schubzahl v der Förderelemente 6.
Im Zeitintervallen t₀-t₁ befindet sich der Kühler in einer Betriebssituation, die dem normalen Betrieb entspricht. Am Ende des zweiten Intervalls t₁-t₂ deutet sich bereits eine veränderte Betriebssituation an, die dann im dritten Zeitabschnitt t₂-t₃ durch einen starken Abfall des Motorstrom I deutlich wird. Dies ist eine typische Betriebssituation, bei der sich ein Ansatzstück im Drehrohrofen gelöst hat und in den Kühler gelangt ist. Die Erhöhung des Kammerdrucks p_K ist hierfür eine Bestätigung. In dieser neuen Betriebssituation, die entsprechend abgespeichert ist und durch die Messungen des Motorstroms und des Kammerdrucks eindeutig zugeordnet werden kann, erfolgt neben einer Änderung der Klappenstellungen auch eine kurzzeitige deutliche Erhöhung der Fördergeschwindigkeit des Kühlrostes, wie aus der Kurve v ersichtlich wird. Im zweiten Intervall zwischen t₂-t₅ werden auch mehrere Zwischenstufen durchlaufen, die abgespeicherten Betriebssituationen entsprechen, so dass die Fördergeschwindigkeit des Rostes und die Klappeneinstellungen immer wieder angepasst werden, bis sich im Zeitabschnitt t₅-t₆ wieder der normale Betrieb des Kühlers eingestellt hat.
Mit der oben beschriebenen Regelung lässt sich im Kühler eine optimale Verteilung des Gutes erreichen. Weiterhin wird auch eine gleichmäßige Kühlung des Gutbettes gewährleistet.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Kühlers (100) zum Kühlen von stückigem Gut, wobei das Gut auf einem Kühlrost (1) von einem Kühlgas von unten nach oben durchströmt wird, der Kühlrost in mehrere Belüftungsbereiche (3a–3f) unterteilt ist und der Gasvolumenstrom der Belüftungselemente mittels Klappen der Luftverteiler individuell einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens zwei unterschiedliche Betriebssituationen des Kühlers die gewünschten Stellungen aller Klappen gespeichert sind, wobei für jede Betriebssituation der entsprechende Wert eines charakteristischen ersten Betriebsparameters (I) zugeordnet ist, der erste Betriebsparameter während des Betriebs laufend gemessen wird und der aktuelle erste Betriebsparameter mit den zu den unterschiedlichen Betriebssituationen abgespeicherten ersten Betriebsparametern verglichen wird, wobei die Stellungen aller Klappen dann angepasst werden, wenn sich eine andere abgespeicherte Betriebssituation eingestellt hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder abgespeicherten Betriebssituation ein zweiter Betriebsparameter (p_K) zugeordnet ist, wobei die Stellungen aller Klappen nur dann angepasst werden, wenn die Änderung des ersten Betriebsparameters durch den zweiten Betriebsparameter bestätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebsparameter (I) durch den Motorstrom eines vorgeschalteten Drehrohrofens gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Betriebsparameter durch den Volumenstrom durch ein Belüftungselement und/oder durch den Kammerdruck (p_K) unter den Belüftungsbereichen gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Betriebssituation die Gesamtkühlgasmenge konstant gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Gesamtkühlgasmenge in jeder Betriebssituation entsprechend der aktuellen, abgespeicherten Betriebssituation eingestellt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördergeschwindigkeit (v) des Kühlrostes in Abhängigkeit des ersten und/oder zweiten Betriebsparameters geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Betriebssituation eine bestimmte Fördergeschwindigkeit (v) des Kühlrostes abgespeichert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Betriebsparameter die Schichthöhe des Gutes auf dem Kühlrost berücksichtigt wird.
Kühler (100) zum Kühlen von stückigem Gut mit einem in mehrere Belüftungsbereiche (3a-3f) unterteilten Kühlrost (1), wobei jedem Belüftungsbereich mehrere Belüftungselemente zugeordnet sind, auf dem das Gut von einem Kühlgas von unten nach oben durchströmt wird und jedes Belüftungselement einen Luftverteiler mit je einer Klappe zur Einstellung des Gasvolumenstroms aufweist, und wobei ferner eine Steuereinrichtung (8) zur Einstellung der Klappen in Abhängigkeit eines ersten Betriebsparameters vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche ausgebildet ist.