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Die
Erfindung betrifft einen Verdichterstempel für Kokskohle, ein Steuersystem
und eine Anordnung mit mehreren Verdichterstempeln.
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Für die Verdichtung
von Kokskohle werden sehr große
Anlagen benötigt,
bei denen Kokskohle zunächst
in einer mehrere Meter hohen Wanne liegt. Diese wird unter eine
Verdichterstempelanlage gefahren und die Verdichterstempel werden
derart bewegt, dass sie nacheinander an unterschiedlichen Stellen
einen Pressdruck auf das Kokskohlebett ausüben. Vorteilhaft ist es, wenn
die Verdichterstempel mittels eines Exzenters angehoben werden und nacheinander
an unterschiedlichen Stellen einen Pressdruck auf das Kokskohlebett
ausüben.
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Die
Kokskohle wird solange behandelt bis sich die interne Struktur der
Kokskohle in der Wanne nach vorher vorgegebenen Parametern verändert hat.
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Die
Verdichtung der Kokskohle läuft üblicherweise
als Batch-Verfahren,
wobei selbstverständlich auch
ein kontinuierliches Verfahren möglich
ist.
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Bei
der Verdichtung der Kokskohle muss der Verdichtungsprozess über Erfahrungswerte
gesteuert werden, da es schwierig ist, den Zustand der Kokskohle
während
der Bearbeitung zu überprüfen. Da
die durch die Verdichteranlage vorgegebene Kraft, die mit dem Gewicht
der Stempel korreliert, in der Regel unveränderbar ist, wird der Verdichtungsprozess
im Wesentlichen durch die Zeitdauer der Verdichtung gesteuert. Um
diese Zeiten festzulegen ist eine besondere Erfahrung des Bedienpersonals notwendig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde derartige Verdichterstempel
weiterzuentwickeln, ein Steuersystem für Verdichterstempel vorzuschlagen sowie
eine Anordnung aus mehreren Verdichterstempeln anzugeben, um das
Erzielen vorgegebener Verdichtungsergebnisse zu erleichtern.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Verdichterstempel für Kokskohle gelöst, der
eine Messeinrichtung aufweist, die die Geschwindigkeit des Verdichterstempels über der
Zeit misst. Die Messung der Geschwindigkeit des Verdichterstempels über der
Zeit ist vor allem im Zeitpunkt der Abbremsung des Verdichterstempels
interessant, da aus der negativen Beschleunigung des Verdichterstempels
auf den Zustand der Kokskohle im Kokskohlebett zurückgeschlossen
werden kann.
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Durch
die einfache Messung der positiven oder negativen Beschleunigung
des Verdichterstempels kann somit eine Information über den
Zustand der Kokskohle ermittelt werden, die anschließend für die Steuerung
des Prozesses verwendet werden kann. Bisherige Versuche zur Messung
des Zustands der Kokskohle während
des Verdichtungsprozesses, bei spielsweise durch eine optische Begutachtung, werden
durch den neuen Verdichterstempel obsolet, da der neue Verdichterstempel
nicht nur die Funktion der Verdichtung, sondern auch eine Funktion
als Messgerät übernimmt.
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Geschwindigkeits-
oder Beschleunigungsmessgeräte
sind aus dem Stand der Technik in vielfältiger Art und Weise bekannt
und einfach an einem Verdichterstempel anzubringen. Mit dem neuartigen Verdichterstempel
wird somit die schwierige Aufgabe des Ermittelns des Zustandes von
Kokskohle in einem Kokskohlebett mit einfachen Mitteln gelöst.
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Vorteilhaft
ist es, wenn der Verdichterstempel eine Messeinrichtung aufweist,
die die Geschwindigkeit kontinuierlich misst. Dadurch wird sichergestellt,
dass im Abbremsvorgang sämtliche
Daten aufgenommen werden, die zur Beurteilung notwendig sind.
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Zur
Reduktion des Datenvolumens kann die Messeinrichtung auch so ausgebildet
sein, dass sie nur während
des Abbremsvorganges wenige Messwerte oder sogar nur einen definierten
Messwert aufnimmt und weiterleitet. Beispielsweise könnte nach jedem
Aufprall des Verdichterstempels auf das Kokskohlebett nur diejenige
Zeit an eine Steuerungsanlage übermittelt
werden, die für
eine Abbremsung von einer ersten Geschwindigkeit auf eine zweite
Geschwindigkeit gemessen wurde.
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Die
Kokskohle wird in einem heißen
Zustand verdichtet und die Verdichterstempel sind daher hohen thermischen
Belastungen ausgesetzt.
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Es
wird daher vorgeschlagen, dass die Messeinrichtung Messdaten kabellos
sendet. Dies ermöglicht
die Anbringung einer gekapselten Messeinrichtung an einen Verdichterstempel,
die kabellos Daten an eine zentrale Steuerungsanlage übermittelt.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsvariante
sieht vor, dass die Messeinrichtung eine Stromversorgung aufweist,
die Energie des bewegten Verdichterstempels in Strom umwandelt.
Für das
Messen und Senden von Daten mittels der Messeinrichtung wird elektrische
Energie benötigt,
die über
ein Kabel oder kabellos beispielsweise induktiv zur Verfügung gestellt werden
kann. Eine einfache kabellose Ausführungsvariante sieht vor, dass
die Messeinrichtung eine Stromversorgung aufweist, die Energie des
bewegten Verdichterstempels in Strom umwandelt. Dabei wird die hohe
Energie des bewegten und abgebremsten Verdichterstempels dazu genutzt,
beispielsweise durch die Nutzung von Induktion, Kapazitäten oder Trägheitskräften Energie
zu erzeugen, die für
die Messeinrichtung verwendet werden kann.
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Im
Umgang mit elektrischen Geräten
ist eine Funkenbildung häufig
schwer auszuschließen.
Es wird daher vorgeschlagen, dass die Messeinrichtung explosionsgeschützt ausgebildet
ist. Dies ermöglicht den
sicheren Einsatz der Messeinrichtung im Umfeld von brennbarer Kokskohle
und brennbaren Gasen.
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Eine
besonders genaue Auswertung wird dadurch erzielt, dass die Messeinrichtung
die Geschwindigkeitsänderung
(Beschleunigung) in mehr als einer Achsrichtung misst. Dadurch kann
die gerade Führung
der Stempel während
der Verdichtung und insbesondere während ihres Aufpralls auf das Kokskohlebett
kontrolliert werden.
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Die
Messeinrichtung ist vorzugsweise am Verdichterstempel angeordnet.
Es ist jedoch auch möglich,
durch optische induktive oder kapazitive Einrichtungen die Geschwindigkeit
des Verdichterstempels an einer zum Verdichterstempel beabstandeten
Position zu messen.
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Die
der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Steuersystem
gelöst,
das einen derartigen Verdichterstempel aufweist und darüber hinaus
einen Rechner aufweist, der die Messdaten der Messeinrichtung verrechnet
und auf eine Kokskohleverdichtungsanlage einwirkt. Das Steuersystem
bezieht Daten der Messeinrichtung, verrechnet diese Daten mit vorgegebenen
Werten oder weiteren Messdaten und errechnet damit weitere Daten, die
der Steuerung der Kokskohleverdichtungsanlage dienen.
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Ein
derartiges Steuerungssystem ermöglicht eine
Einstellung des Verdichtungsprozesses auf der Grundlage von während des
Verdichtungsprozesses gemessenen Daten. Dadurch kann ein optimaler
Verdichtungsprozess erzielt werden, der auf die individuellen Gegebenheiten
im Kokskohlebett abgestimmt ist. Mit dem Steuerungssystem können die
notwendigen Parameter einmalig optimiert werden, sodass beim Betrieb
der Anlage nach einer einmaligen Einstellung der notwendigen Parameter
der Ver dichtungsprozess individuell abgestimmt auf das Kokskohlebett
automatisch durchgeführt
werden kann.
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Das
Steuersystem erlaubt es, abhängig
vom Grad der Verdichtung, der mit dem Verdichterstempel gemessen
wird, den Kohlezufluss zu steuern. Dabei ist vorgesehen, dass die
Wanne zunächst
nur bis zu einer geringen Höhe
mit Kokskohle gefüllt
wird. Anschließend
läuft ein
Verdichtungsprozess ab und je nach gemessenen Parametern wird weiter
Kohle in die Wanne gefördert.
In der Wanne läuft
ein Verdichtungsprozess, mit dem das Kokskohlebett immer an der
Oberseite verdichtet wird, abhängig
vom Verdichtungsgrad solange Kohle nachgefördert wird bis die Wanne vollständig gefüllt ist.
Anschließend
wird die Wanne unter der Verdichtungsanlage herausgeführt und
es wird eine neue Wanne bereitgestellt, die wiederum zunächst nur
mit wenig Kokskohle gefüllt
wird.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn das Steuersystem den Kokskohlezufluss regelt.
Die Messeinrichtung am Verdichterstempel dient hierbei als Messglied,
der Rechner des Steuersystems als Regeleinheit und mit einem Stellglied
wird der Kokskohlezufluss geregelt. Für die Steuerung können beispielsweise
P-, PI- oder PID-Regler verwendet werden.
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Über die
Steuerung oder Regelung des Kohlezuflusses hinaus kann auch die
Bewegung des Verdichters gesteuert oder geregelt werden. Dies erlaubt es
die Verdichtungsbewegung eines einzelnen Verdichterstempels oder
mehrere Verdichterstempel unabhängig
voneinander zu steuern.
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Besonders
vorteilhaft ist es wenn das Steuersystem derart eingestellt ist,
dass es den Energieeintrag in das Kokskohlebett maximiert ohne einen Verglasungseffekt
der Kokskohle herbeizuführen. Diese
aufwendige Steuerungsaufgabe kann mit dem erfindungsgemäßen Steuersystem
gelöst
werden, indem zunächst
Versuchsläufe
durchgeführt
werden, mit denen die optimalen Parameter bestimmt werden. Nachdem
einmalig die optimalen Parameter bestimmt sind, können beliebige
Chargen an Kokskohle mit einem maximalen Energieeintrag verdichtet
werden, ohne dass ein Verglasungseffekt entsteht.
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Eine
bevorzugte Anordnung sieht vor, dass mehrere der beschriebenen Verdichterstempel
verwendet werden, die auf ein Kokskohlebett einwirken, wobei ein
Steuersystem auf die Kokskohleverdichtungsanlage einwirkt.
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Ein
Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung
mit mehreren Verdichterstempeln, einem Kokskohlebett und einem Steuersystem
ist in der Figur sehr schematisch dargestellt.
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Die
Figur zeigt eine Anordnung 1 mit mehreren Verdichterstempeln 2 bis 7,
einem Kokskohlebett 8 und einem Steuersystem 9.
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Jeder
Verdichterstempel 2 bis 7 hat eine Messeinrichtung 10,
die in der Figur nur am Verdichterstempel 7 eingezeichnet
ist. Diese Messeinrichtung 10 weist einen Geschwindigkeitsmesser 11 und einen
Sender 12 auf, die in einem explosionsgeschützten Gehäuse 13 angeordnet
sind.
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Die
Verdichterstempel 2 bis 7 werden über eine
Welle 14 entsprechend den Pfeilen 15, 16 angehoben
und abgesenkt. Hierfür
wird die Welle 14 durch den Motor 17 angetrieben.
Die einzelnen Verdichterstempel 2 bis 7 bilden
dadurch einen Verdichter 18, dessen Motor 17 über das
Stellglied 19 beeinflusst wird. Das Stellglied 19 hat
einen Empfänger 20, der
Signale des Senders 21 empfängt.
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Das
Kokskohlebett 8 ist mit Kokskohle 22 gefüllt und über die
Schurre 23 kann durch den Schieber 24 gesteuert
weitere Kokskohle in das Kokskohlebett 8 fließen. Der
Schieber 24 hat ein Stellglied 25, das mit einem
Empfänger 26 in
Verbindung steht. Der Empfänger 26 empfängt Signale
vom Sender 21, um mit dem Stellglied 25 die Höhe des Schiebers 24 und damit
den Kohlezufluss zu steuern.
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Der
Sender 12 am Verdichterstempel 7 sendet kontinuierlich
Signale über
die Geschwindigkeit des Verdichterstempels an einen Empfänger 27,
der diese Signale an einen Regler 28 meldet.
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Über eine
Eingabeeinrichtung 29 werden am Regler 28 Parameter
eingegeben, die es ermöglichen
auf der Grundlage der Messwerte der Messeinrichtung 11 Steuersignale
für die
Stelleinrichtungen 19 und 25 zu erzeugen.
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In
der Praxis wird zunächst
eine geringe Menge Kokskohle vorgelegt und mit dem Verdichterstempel
verdichtet. Über
die Abbremsung der Verdichterstempel beim Auftreffen auf die Oberfläche des
Kokskohlebet tes ergibt sich eine negative Beschleunigung, die mit
der Messeinrichtung 12 gemessen und an die Regeleinrichtung 28 gemeldet wird.
Aus vorher eingegebenen Kurven berechnet das Steuersystem 9 Werte
für den
Antrieb des Verdichters 18 und Werte für die Steuerung des Kohlenachschubs,
der über
den Schieber 24 geregelt wird.
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Das
Ausführungsbeispiel
zeigt die schematischen Abläufe.
Für die
Kohlezufuhr kann die Wanne auch an einen anderen Ort unter dem Verdichter 8 verschoben
werden, anstelle der Geschwindigkeit kann auch sofort die Beschleunigung
gemessen werden und die Steuereinrichtung 28 kann über die
beschriebenen Parameter hinaus auch auf weitere Parameter einwirken.
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Mit
der beschriebenen Anordnung 1 kann nach wenigen Versuchen
zur Festlegung der Parameter ein Verdichter automatisiert gesteuert
werden, um den Energieeintrag zu maximieren und einen Verglasungseffekt
der Kokskohle zu vermeiden.