DE102005007163A1

DE102005007163A1 - Verkokungsverfahren zur Herstellung von Koks und Koksofenbedienungseinrichtung

Info

Publication number: DE102005007163A1
Application number: DE200510007163
Authority: DE
Inventors: Christoph Dipl.-Ing. Müller
Original assignee: Schalker Eisenhuette Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Schalker Eisenhuette Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2025-02-17
Also published as: DE102005007163C5; DE102005007163B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verkokungsverfahren zur Herstellung von Koks in einem eine Vielzahl von Ofenkammern (1) aufweisenden Koksofen, wobei ein Kokskuchen (2) nach der Verkokung aus einer Ofenkammer (1) herausgedrückt wird. Um den Füllgrad der Ofenkammer (1) zu maximieren und den Befüllvorgang zu optimieren, wird erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Oberfläche (4) des Kokskuchens (2) nach der Verkokung berührungslos abgetastet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verkokungsverfahren zur Herstellung von Koks in einem eine Vielzahl von Ofenkammern aufweisenden Koksofen, wobei ein Kokskuchen nach der Verkokung aus einer Ofenkammer herausgedrückt wird. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Koksofenbedienungseinrichtung, insbesondere einen Koksüberleitwagen, für einen eine Vielzahl von Ofenkammern aufweisenden Koksofen.

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 Füllöcher 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.

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 Fülloch 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 Füllöchern, Fülltrichtern und einer Planierstangenöffnung. Die Emissionen können während des gesamten Füllvorgangs andauern, wobei sich die austretenden Füllgase entzünden können. Dies kann zu großen Schäden, besonders im Füllwagenbereich führen.

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 Schüttäler 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.

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.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, daß die Oberfläche des Kokskuchens nach der Verkokung berührungslos abgetastet wird. Bei einer Koksofenbedienungseinrichtung der eingangs genannten Art ist zu diesem Zweck eine entsprechend ausgebildete Abtasteinrichtung vorgesehen. 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 zweidimensionales und/oder 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 befüllt, so sollte das Oberflächenprofil weitgehend eben und ausgeglichen sein. Dies setzt voraus, daß beim Planiervorgang vorhandene Schüttäler 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.

Da die maximale Einfüllmenge von Kohle in die Ofenkammer durch den zur Sicherung gegen einen Verschluß des Füllochs erforderlichen Abstand zwischen der Spitze eines Schüttkegels und der Unterkante des Füllochs 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.

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.

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 der Kokskuchens in der Ofenkammer rekonstruiert wird.

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.

Um den Verlauf der Oberfläche des Kokskuchens im Ofen rekonstruieren und darstellen zu können, was zwei- und/oder dreidimensional möglich ist, 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.

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.

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.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur exemplarisch beschrieben, ohne daß dadurch die Erfindung auf die in der Figur dargestellte Ausführungsform beschränkt wird.

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 zweidimensionales und/oder 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.
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.
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.
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.

Claims

Verkokungsverfahren zur Herstellung von Koks in einem eine Vielzahl von Ofenkammern (1) aufweisenden Koksofen, wobei ein Kokskuchen (2) nach der Verkokung aus einer Ofenkammer (1) herausgedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (4) des Kokskuchens (2) nach der Verkokung berührungslos abgetastet wird.
Verkokungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Oberfläche (4) zur Ofendecke (8) der Ofenkammer (1), aus der der Kokskuchen (2) ausgedrückt wird, ermittelt wird.
Verkokungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung außerhalb der Ofenkammer (1) erfolgt.
Verkokungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung von einer Koksofenbedienungseinrichtung, insbesondere einem Koksüberleitwagen (6), aus vorgenommen wird.
Verkokungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung während des Ausdrückens des Kokskuchens (2) aus der Ofenkammer (1) vorzugsweise kontinuierlich erfolgt und daß, vorzugsweise, die gesamte Oberfläche (4) des Kokskuchens (2) abgetastet wird.
Verkokungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung mittels eines Lasermeßverfahrens und/oder einem Thermographieverfahrens vorgenommen wird.
Verkokungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdrückposition und/oder die Ausdrückgeschwindigkeit des Kokskuchens (2) und/oder einer Ausdrückstange eines Ausdrückwagens während des Ausdrückens aus der Ofenkammer (1) insbesondere kontinuierlich ermittelt wird.
Verkokungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastwerte und die korrelierenden Positionswerte während des Ausdrückens vorzugsweise in Echtzeit einer Rechnereinrichtung zur automatischen Rekonstruktion der Oberfläche (4) des Kokskuchens (2) zugeführt werden.
Verkokungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des Kokses, vorzugsweise des ungelöschten Kokses, ermittelt wird.
Verkokungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtsermittlung in einem Kokslöschwagen (7) erfolgt.
Verkokungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Befüllvorgang der Feuchtegrad der zur Herstellung des Kokses eingesetzten Kohle gemessen wird.
Verkokungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der nächste Befüllvorgang einer Ofenkammer (1) in Abhängigkeit von der abgetasteten Oberfläche (4) und/oder dem Gewicht des zuletzt aus dieser Ofenkammer (1) ausgedrückten Kokskuchens (2) gesteuert und/oder geregelt wird, vorzugsweise in Abhängigkeit von dem Gewicht des ungelöschten Kokses.
Verkokungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Befüllvorgang in Abhängigkeit von dem Feuchtegrad der Kohle gesteuert und/oder geregelt wird.
Koksofenbedienungseinrichtung, insbesondere Koksüberleitwagen (6), für einen eine Vielzahl von Ofenkammern (1) aufweisenden Koksofen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtasteinrichtung (5) zur berührungslosen Abtastung der Oberfläche (4) eines Kokskuchens (2) nach der Verkokung vorgesehen ist.
Koksofenbedienungseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (5) in einem definierten Abstand oberhalb der Ofenkammern (1) des Koksofens angeordnet ist.
Koksofenbedienungseinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (5) eine Lasermeßeinrichtung und/oder eine Wärmebildkamera mit Vermessungsfunktion aufweist.
Koksofenbedienungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (5) mit einer Rechnereinrichtung zur automatischen Rekonstruktion der Oberfläche (4) gekoppelt ist.