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Die
Erfindung betrifft ein Verkokungsverfahren mit den Merkmalen des
Oberbegriffs von Anspruch 1, sowie eine Koksofenbedienungseinrichtung
mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 13.
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Stand der Technik
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Aus
der
EP 0 077 409 B1 ist
ein Verfahren zur Bestimmung der Kokshöhe während des Ausdrückens von
Koks aus einer Ofenkammer, d. h. nach der Verkokung, bekannt. Dabei
wird die Höhe
des Kokskuchens über
die gesamte Länge
des Kokskuchens berührungslos
abgetastet und mit den Bewegungen einer Druckstange unter Bildung
eines Modells für
den Kokskuchen korreliert und somit das Füllausmaß der Ofenkammer ermittelt.
Bei dem bekannten Verfahren wird ein vertikales Temperaturprofil
des Kokskuchens in der Ausdrückrichtung
ermittelt, d. h. eine zweidimensionale Darstellung des Verlaufs
der Oberfläche
des Kokskuchens über
dessen Länge.
Dafür sind
Temperatursensoren vorgesehen, die in einer Linie übereinander
angeordnet sind, um das Oberflächenprofil
des Kokskuchens in Längsrichtung
zu vermessen. Dabei kann es jedoch in Folge der Überlappung benachbarter Schüttkegel
und unterschiedlicher Stückigkeit
der Kohle zu der Ausbildung eines unregelmäßigen Schüttungsprofils der Kohleschüttung auch
quer zur Längsrichtung
der Ofenkammer kommen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Kohle
eine unterschiedliche Beschaffenheit, Feuchte und Zusammensetzung
aufweist. Unter den nebeneinander liegenden Fülllöchern einer Ofenkammer können sich
Schüttkegel
mit unregelmäßigem Querschnittsprofil
ausbilden, die zudem seitlich versetzt zu der gemeinsamen Mittellängsachse
der Fülllöcher angeordnet
sein können.
Da bei dem bekannten Verfahren der Oberflächenverlauf des Kokskuchens
zweidimensional vermessen wird, können mit dem bekannten Verfahren
Unregelmäßigkeiten
des Schüttungsprofils
quer zur Längsrichtung der
Ofenkammer nicht erkannt werden. Eine nicht optimale Befüllung der
Ofenkammer kann daher auch bei Ermittlung der Füllhöhe nach dem bekannten Verfahren
nicht ausgeschlossen werden.
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Bei
der Verkokung von Kohle erfolgt der Füllvorgang der einzelnen Ofenkammern
eines Koksofens vorwiegend im Schüttbetrieb. Es wird ein Kohlefüllwagen
auf der Ofendecke der Ofenkammern einer Koksofenbatterie verfahren.
Der Kohlefüllwagen nimmt
Einsatzkohle von einem Kohleturm auf und befördert diese zu den Ofenkammern
der Koksofenbatterie. Die Einsatzkohle wird dort durch Fülllöcher in die
Ofenkammern eingefüllt.
Die sich bildenden Schüttkegel
werden mit einer Planierstange eingeebnet. Die Kohle wird nach dem
Einfüllen
in die von zwei Seiten beheizte Ofenkammer zonenweise von den Kammerwänden zur
Kammermitte zu Koks umgewandelt. Dabei bildet sich in der Ofenkammer
ein Kokskuchen, wobei zum Ausstoßen des Kokskuchens aus der
Ofenkammer eine Ausdrückstange
eines Ausdrückwagens
die Ofenkammer durchfährt und
den Koks über
den Kokskuchenführungswagen oder
einen Koksüberleitwagen
in einen Löschwagen ausdrückt.
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Bei
der Koksofenbefüllung
entstehen schlagartig größere Mengen
von Füllgasen
aufgrund der Berührung
der eingeführten
Kohle mit den heißen Ofenwänden sowie
der Verdrängung
des in der leeren Ofenkammer befindlichen Gasvolumens. Die Füllgase werden
durch eine während
des Füllvorgangs
erhöhte
Absaugung aus der Ofenkammer über
ein Steigrohr abgesaugt. Unter jedem Füllloch bilden sich in der Ofenkammer
bei der Befüllung
mit Kohle Schüttkegel.
Diese Schüttkegel
können
bei entsprechender Höhe
die Abfuhr der großen
Füllgasmengen
behindern, was zu einem Druckanstieg in der Ofenkammer führt. Aufgrund
des Überdrucks kommt
es zu Emissionen aus Fülllöchern, Fülltrichtern
und einer Öffnung
einer Planierstange. Die Emissionen können während des gesamten Füllvorgangs
andauern, wobei sich die austretenden Füllgase entzünden können. Dies kann zu großen Schäden, besonders
im Füllwagenbereich,
führen.
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Für eine hohe
Auslastung und damit einen wirtschaftlichen Betrieb des Verkokungsofens
ist es notwendig, bei jedem Befüllvorgang
eine maximal mögliche
Menge an Kohle in die Ofenkammer einzufüllen. Um eine Behinderung der
Füllgasabfuhr
zu vermeiden, muß die
Befüllung
so vorgenommen werden, daß die
Spitzen der Schüttkegel
nach Abschluß der
Befüllung
in einem sicheren Abstand unterhalb der Ofendecke verbleiben. Da
die Befüllung
in hohem Maße
von der stark schwankenden Beschaffenheit der zur Verfügung stehenden
Kohle sowie von der Beschaffenheit des Koksofens abhängig ist,
wird der maximale Befüllungsgrad
der Ofenkammer in der Regel nicht erreicht. Im übrigen kommt es in Folge der Überlappung
benachbarter Schüttkegel
durch die häufig
gleichzeitig stattfindende Befüllung
der nebeneinander liegenden Fülllöcher einer
Ofenkammer zu der Ausbildung eines unregelmäßigen Schüttungsprofils innerhalb der
Ofenkammer. Dies führt
in der Regel dazu, daß es
bei der Planierung der Schüttkegel
zumeist nicht möglich
ist, die zwischen benachbarten Schüttkegeln ausgebildeten Schütttäler vollständig aufzufüllen. Im
Ergebnis ist es daher nicht möglich,
die Befüllung
optimal, das heißt
mit maximaler Einfüllmenge
bei geringst möglicher Öffnung zwischen
Schüttkegelspitze
und Ofendecke ausführen zu
können.
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Aufgabenstellung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine dafür geeignete
Vorrichtung zur Verfügung
zu stellen, mit denen der Füllgrad
der Ofenkammer maximiert und der Befüllvorgang optimiert werden
kann.
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Die
vorgenannte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von
Anspruch 1 und durch eine Koksofenbedienungseinrichtung mit den
Merkmalen von Anspruch 13 gelöst.
Bei der Abtastung kann es sich um eine vorzugsweise punktweise oder linienförmige Vermessung
der Oberfläche
des Kokskuchens handeln. Im Ergebnis kann durch die Abtastung ein
dreidimensionales Oberflächenprofil
des Kokskuchens erstellt werden, mit dem es möglich ist, eine Aussage über den
Füllgrad
der Ofenkammer bzw. die Auslastung der Ofenkammer während des Verkokungsvorgangs
zu treffen. Ist die Ofenkammer optimal, das heißt mit maximaler Einfüllmenge
befällt,
so sollte das Oberflächenprofil
weitgehend eben und ausgeglichen sein. Dies setzt voraus, daß beim Planiervorgang
vorhandene Schütttäler durch Schüttkegelspitzen
optimal ausgefüllt
worden sind. Weist das Oberflächenprofil
des Kokskuchens nach der Verkokung dagegen Vertiefungen auf, kann
daraus geschlossen werden, daß die
während
des Befüllvorgangs
in die Ofenkammer eingefüllte
Kohle nicht ausgereicht hat, um eine optimale Befüllung der Ofenkammer
sicherzustellen.
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Die
Abtastwerte und die korrelierenden Positionswerte der Ausdrückstange
während
des Ausdrückens
des Kokskuchens aus der Ofenkammer können vorzugsweise in Echtzeit
der Rechnereinrichtung zur automatischen Rekonstruktion der Oberfläche des
Kokskuchens in der Ofenkammer zugeführt werden. Dadurch ist es
möglich,
unmittelbar nach der Rekonstruktion der Oberfläche des Kokskuchens eine automatische
Beurteilung des letzten Befüllvorgangs
im Hinblick auf den erreichten Füllgrad
und die Gleichmäßigkeit
der Befüllung
in der Ofenkammer durchzuführen.
Beim anschließenden
Befüllvorgang der
Ofenkammer kann dann in Abhängigkeit
von der abgetasteten bzw. rekonstruierten Oberfläche des zuletzt aus dieser
Ofenkammer ausgedrückten
Kokskuchens der aktuelle Befüllvorgang über die
Rechnereinrichtung gesteuert und/oder geregelt werden. Dabei versteht
es sich, daß die
Rechnereinrichtung mit einer entsprechenden Befüllvorrichtung gekoppelt ist.
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Da
die maximale Einfüllmenge
von Kohle in die Ofenkammer durch den zur Sicherung gegen einen
Verschluß des
Fülllochs
erforderlichen Abstand zwischen der Spitze eines Schüttkegels
und der Unterkante des Fülllochs
festgelegt ist, sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor,
daß zusätzlich zur
Oberflächenkontur
auch der Abstand der Oberfläche
des Kokskuchens zur Decke der Ofenkammer ermittelt wird. Hierbei
bietet es sich an, daß die
Abtasteinrichtung in einem definierten Abstand oberhalb einer Ausdrücköffnung der
Ofenkammer, aus der der Kokskuchen ausgedrückt wird, insbesondere oberhalb
der Koksofenkammer, angeordnet ist. Beispielsweise kann die Abtasteinrichtung
auf oder am Überleitwagen
angeordnet sein. Bei bekannten Positionskoordinaten des Überleitwagens
und der Ofendecke und einem daraus resultierenden geometrischen
Zusammenhang ist es möglich,
zunächst
die Entfernung zwischen der Abtasteinrichtung und der Oberfläche des
Kokskuchens in einem Abtastvorgang zu ermitteln und daraus den Abstand
der Oberfläche
zur Ofendecke zu berechnen. Ebensogut ist es möglich, bei bekanntem Abstand
zwischen Ofendecke und Ofenboden das Volumen des Kokskuchens zu
berechnen. Unter Berücksichtigung
der üblichen Volumenminderung
durch die Verkokung, die regelmäßig zwischen
20% und 30% liegt, läßt sich
eine Aussage darüber
treffen, ob die Befüllung
der Ofenkammer optimal ausgeführt
worden ist. Dies ist immer dann der Fall, wenn der Abstand der Oberfläche des
Kokskuchens zur Decke der Ofenkammer über die gesamte Länge der
Ofenkammer einen im wesentlichen gleichen Wert aufweist und der
Abstand im übrigen
unter Berücksichtigung
der durch die Verkokung aufgetretenen Volumenminderung einen vorgegebenen
Mindestwert nicht unterschreitet.
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Aufgrund
der hohen Temperaturen innerhalb der Ofenkammer wird die Abtastung
der Oberfläche des
Kokskuchens vorzugsweise außerhalb
der Ofenkammer durchgeführt.
In diesem Zusammenhang kann der Einfachheit halber die Abtastung
von einer Koksofenbedienungseinrichtung, insbesondere einem Koksüberleitwagen,
aus unmittelbar oberhalb der Ausdrücköffnung der Ofenkammer vorgenommen
werden. Dadurch ist es möglich,
die Oberfläche des
Kokskuchens unmittelbar nach dem Ausdrücken oder während des Ausdrückens aus
der Ofenkammer abzutasten, wobei der Kokskuchen unmittelbar nach
dem Ausdrücken
noch nicht in einzelne Kuchensegmente zerfallen ist.
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Um
die Oberfläche
des Kokskuchens möglichst
vollständig
abzutasten, ist es vorzugsweise vorgesehen, daß die Abtastung während des
Ausdrückens
des Kokskuchens aus der Ofenkammer vorzugsweise kontinuierlich erfolgt,
wobei insbesondere die gesamte Oberfläche des Kokskuchens abgetastet
wird. Grundsätzlich
ist es natürlich
auch möglich,
daß nur
Teile der Oberfläche
abgetastet werden oder daß eine
diskontinuierliche Abtastung erfolgt. Beispielsweise ist es möglich, daß lediglich ausgewählte Referenzpunkte
der Oberfläche
abgetastet werden und daß aus
den so erhaltenen Abtastwerten der Oberflächenverlauf des Kokskuchens
in der Ofenkammer rekonstruiert wird.
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Zur
Abtastung der Oberfläche
kann ein Lasermeßverfahren
und/oder ein Thermographieverfahren eingesetzt werden. Vorrichtungsgemäß weist die
Abtasteinrichtung in diesem Fall eine Lasermeßeinrichtung und/oder eine
Wärmebildkamera
mit Vermessungsfunktion auf. Mit einer Lasermeßeinrichtung ist es in diesem
Zusammenhang möglich,
die Oberfläche
des Kokskuchens zu scannen, um das Oberflächenprofil zu ermitteln.
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Um
den dreidimensionalen Verlauf der Oberfläche des Kokskuchens im Ofen
rekonstruieren und darstellen zu können, wird zusätzlich zu
der Abtastung der Oberfläche
des Kokskuchens die Ausdrückposition
einer Ausdrückstange
des Ausdrückwagens und/oder
die Ausdrückgeschwindigkeit
des Kokskuchens während
des Ausdrückens
aus der Ofenkammer insbesondere kontinuierlich ermittelt. Beispielsweise
kann durch eine geeignete Meßeinrichtung
die momentane Position der Ausdrückstange
von einem Ausdrückwagen
ausgehend vorzugsweise kontinuierlich ermittelt bzw. gemessen werden.
Die Abtasteinrichtung kann in diesem Zusammenhang zur automatischen
Rekonstruktion der Oberfläche
des Kokskuchens in der Ofenkammer mit einer Rechnereinrichtung gekoppelt
sein. In der Rechnereinrichtung werden dann die Abtastwerte des
Oberflächenprofils des
Kokskuchens mit den Koordinaten des jeweiligen abgetasteten Punktes
in X/Y-Richtung, das heißt
in Längsrichtung
und/oder quer zur Längsrichtung
der Ofenkammer, korreliert.
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Im übrigen sieht
eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung weiter vor, daß eine
Gewichtsmessung des während
eines Verkokungsvorgangs hergestellten Kokses erfolgt, wobei die
Messung vorzugsweise im ungelöschten
Zustand des Kokses erfolgt, unmittelbar nach oder während des Ausdrückens des
Kokses aus der Ofenkammer des Koksofens. Die Messung des Gewichtes
des Kokses kann an oder in einem Kokslöschwagen erfolgen. Zusammen
mit den Abtastwerten aus der Abtastung der Oberfläche des
Kokskuchens kann das Gewicht des Kokses als Grundlage für die Steuerung
und/oder Regelung des Befüllvorgangs
dienen. Darüber
hinaus kann eine Feuchtmessung der Kohle vor dem Einfüllen der
Kohle in die Ofenkammer vorgesehen sein und die Feuchte der Kohle
entsprechend bei der Steuerung und/oder Regelung des Befüllvorgangs berücksichtigt
werden.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur exemplarisch
beschrieben, ohne daß dadurch
die Erfindung auf die in der Figur dargestellte Ausführungsform
beschränkt
wird.
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In
der einzigen Figur ist eine schematische Querschnittsansicht einer
Ofenkammer 1 eines Koksofens dargestellt, wobei ein Kokskuchen 2 nach der
Verkokung aus der Ofenkammer 1 durch eine in der Figur
schematisch dargestellte Ausdrückstange 3 aus
der Ofenkammer 1 herausgedrückt wird. Die Erfindung sieht
vor, daß die
Oberfläche 4 des
Kokskuchens 2 nach der Verkokung berührungslos abgetastet wird.
Dadurch ist es möglich,
ein dreidimensionales Oberflächenprofil
des Kokskuchens 2 zu ermitteln, mit dem es möglich ist,
eine Aussage über
den Füllgrad
der Ofenkammer 1 bzw. die Auslastung der Ofenkammer 1 während des
Verkokungsvorgangs zu treffen.
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Bei
der in der Figur dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist
es nun vorgesehen, daß die
Oberfläche 4 des
Kokskuchens 2 außerhalb
der Ofenkammer 1 unmittelbar während des Ausdrückens des
Kokskuchens 2 aus der Ofenkammer 1 vorzugsweise
kontinuierlich mit einer Abtasteinrichtung 5 abgetastet
wird. Dabei ist eine Abtastung der Oberfläche 4 vorgesehen,
bevor es mit der Überleitung
des Kokskuchens 2 auf den schematisch dargestellten Koksüberleitwagen 6 zu
einem Auseinanderfallen des Kokskuchens 2 kommt. Vom Koksüberleitwagen 6 aus
wird der fertige Koks in den ebenfalls schematisch dargestellten
Löschwagen 7 übergeben.
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Zur
Abtastung der Oberfläche 4 des
Kokskuchens 2 ist die Abtasteinrichtung 5 vorgesehen,
bei der es sich um eine Lasermeßeinrichtung
und/oder eine Wärmebildkamera
mit Vermessungsfunktion handeln kann. Die Abtasteinrichtung 5 ist
in einem definierten Abstand oberhalb der Ofenkammer 1 des Koksofens
angeordnet. Beispielsweise kann die Abtasteinrichtung 5 am
oder auf dem Koksüberleitwagen 6 angeordnet
sein. Sind die Positionskoordinaten des Koksüberleitwagens 6 relativ
zur Ofenkammer 1 bzw. zur Ofendecke 8 bekannt,
ist es möglich, aus
den Abtastwerten der Oberflächenabtastung
des Kokskuchens 2 den Abstand zwischen der Oberfläche 4 des
Kokskuchens 2 und der Ofendecke 8 zu berechnen.
Ebensogut ist es möglich,
das Volumen des gesamten Kokskuchens 2 zu berechnen, sofern der
Abstand zwischen der Ofendecke 8 und dem Boden der Ofenkammer 1 bekannt
ist.
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Schließlich kann
es erfindungsgemäß vorgesehen
sein, daß Abtastwerte
oder auch das rekonstruierte Oberflächenprofil des Kokskuchens 2 in
ein Datennetz übertragen
oder über
ein Datennetz, vorzugsweise das Internet, auf die Abtastwerte oder
das Oberflächenprofil
zugegriffen werden kann. Dadurch wird die Echtzeitsteuerung und
Regelung des Befüllvorgangs
weiter vereinfacht und ein Datenabgleich mit den Daten ermöglicht,
die aus früheren
Verkokungsvorgängen
erhalten wurden und/oder unterschiedliche Ofenkammern 1 betreffen.