DE102006008150A1

DE102006008150A1 - Verfahren zur Optimierung der Füllmenge einer Ofenkammer eines Koksofens

Info

Publication number: DE102006008150A1
Application number: DE200610008150
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Wemhöner; Udo Dipl.-Ing. Kurbjuhn; Wolfgang Puchenberg; Christian Dr. Kanty; Holger Scheiker
Original assignee: KBS Kokereibetriebsgesellschaft Schwelgern GmbH
Current assignee: KBS Kokereibetriebsgesellschaft Schwelgern GmbH
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2026-02-21
Also published as: DE102006008150B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Füllmenge einer Ofenkammer eines Koksofens, insbesondere eines Horizontalkammerofens, bei welchem die Füllhöhe des Kokses in der Ofenkammer berührungslos gemessen wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Koksführungswagen mit einer Wanne zum Überführen des Kokses aus der Ofenkammer eines Koksofens in einen Löschwagen sowie einen Koksofen, insbesondere einen Horizontalkammerofen, mit mindestens einer Ofenkammer und mindestens einem Füllwagen zur Befüllung der Ofenkammern mit Kohle. Die Aufgabe, ein Verfahren zur Bestimmung der Füllmenge einer Ofenkammer eines Koksofens zur Verfügung zu stellen, mit welchem die Füllmenge im Koksofen effektiv optimiert werden kann, wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, dass die Messung der Füllhöhe während des Ausschiebens des Kokses außerhalb der Ofenkammer erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Füllmenge einer Ofenkammer eines Koksofens, insbesondere eines Horizontalkammerofens, bei welchem die Füllhöhe des Kokses in der Ofenkammer berührungslos gemessen wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Koksführungswagen mit einer Wanne zum Überführen des Kokses aus der Ofenkammer eines Koksofens in einen Löschwagen sowie einen Koksofen, insbesondere einen Horizontalkammerofen, mit mindestens einer Ofenkammer und mindestens einem Füllwagen zur Befüllung der Ofenkammern mit Kohle.

Koksöfen dienen zur Verkokung von Steinkohle zur Herstellung eines qualitativ hochwertigen Hochofen- oder Gießereikokses. Häufig werden die Koksöfen als Horizontalkamreröfen ausgebildet, da diese aufgrund der günstigen Wärmenutzung, des geringen Bedienungsaufwandes, der langen Haltbarkeit sowie der hohen Durchsatzmengen die wirtschaftlichsten Koksöfen darstellen. Ein Horizontalkammerofen besteht im Wesentlichen aus Heizwänden mit dazwischenliegenden Ofenkammern, die schmal und lang gestreckt sind. Die Kokskohle wird über Füllwagen von oben in die einzelnen Ofenkammern gegeben, wobei jeder Ofenkammer in der Regel eine Mehrzahl von Öffnungen zum Befüllen zugeordnet ist. Nach der Verkokung der Kohle wird über eine Druckstange der Koks seitlich aus den Ofenkammern herausgedrückt und über einen Koksführungswagen in einen Löschwagen überführt. Häufig wird eine hohe Anzahl von Koksöfen zu Koksofenbatterien zusammengefasst, so dass diese einen sehr hohen Durchsatz von bis zu mehr als 10.000 t Kohle pro Tag aufweisen. Um den Durchsatz von Koksöfen zu optimieren, ist man bestrebt, die Koksöfen immer mit maximaler Füllung zu betreiben. Die verschiedenen Ofenkammern weisen, wie bereits ausgeführt, in der Regel eine Mehrzahl an Fülllöchern auf, durch welche die Kokskohle aus einem oberhalb der Ofenkammer angeordneten Füllwagen in die Ofenkammer geschüttet wird. Dabei entstehen in der Ofenkammer selbst Schüttkegel, die abhängig von der Konsistenz der verwendeten Kokskohle und den Verfahrensparametern der den einzelnen Fülllöchern zugeordneten Förderschnecken des Füllwagens sind. Zwar werden zur Einebnung der Schüttkegel Planierstangen eingesetzt, die in die Ofenkammer eingefahren werden. Eine optimale Füllung der Ofenkammern konnte bisher jedoch nur unzureichend erreicht werden. Dies liegt auch daran, dass bisher der Füllstand der Ofenkammer nur manuell durch in die Fülllöcher eingelassene Stangen gemessen werden konnte.

Aus der japanischen Patentanmeldung JP 2004 271 446 A ist bekannt, über einen berührungslos arbeitenden Sensor, durch die Fülllöcher hindurch die Kohlefüllmenge im Koksofen zu bestimmen. Einerseits ist bei dem aus der japanischen Druckschrift bekannten Verfahren zur Bestimmung der Füllmenge problematisch, dass der am Füllloch angeordnete Sensor einer erheblichen Wärmebelastungausgesetzt ist und insofern aufwändiger Wärmeschutzmaßnahmen bedarf. Andererseits kann mit der beschriebenen Sensoranordnung zwar die Füllhöhe unterhalb eines Füllloches aber nicht das Profil der Ofenfüllung bestimmt werden, so dass keine Aufschlüsse über Ausbildung der einzelnen Schüttkegel generiert werden können. Eine Optimierung der Füllmenge des Koksofens ist daher mit den beschriebenen Maßnahmen nicht möglich.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Füllmenge einer Ofenkammer eines Koksofens zur Verfügung zu stellen, mit welchem die Füllmenge im Koksofen effektiv optimiert werden kann. Daneben liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichenden Koksführungswagen sowie einen entsprechenden Koksofen vorzuschlagen.

Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben gezeigte Aufgabe für ein gattungsgemäßes Verfahren dadurch gelöst, dass die Messung der Füllhöhe während des Ausschiebens des Kokses außerhalb der Ofenkammer erfolgt.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die Schüttkegel sich beim Ausschieben des Kokses aus den Ofenkammern nur geringfügig verändern, sodass bei einer Messung der Füllhöhe außerhalb der Ofenkammern während des Ausschiebens ein Profil der Schüttkegel innerhalb der Ofenkammer bestimmt werden kann. Anhand des gemessenen Profils der Schüttkegel kann nun eine Optimierung der Befüllung der Ofenkammer, insbesondere unter Berücksichtigung weiterer Parameter des Schüttguts, beispielsweise des Feuchtigkeitsgehalts, der Korngröße und der verwendeten Kohlemischung, erfolgen.

Gemäß einer ersten weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Messung der Füllhöhe in der Wanne eines Koksführungswagens, so dass mit einer einzigen Messvorrichtung die Füllhöhe bzw. das Profil der Füllhöhe des Kokses in einer Mehrzahl von Ofenkammern bestimmt werden kann. Darüber hinaus ist die Messvorrichtung in diesem Fall nur kurzzeitig hohen Temperaturen ausgesetzt, so dass relativ einfache Maßnahmen zum Wärmeschutz ausreichen, um das Betreiben der Messvorrichtung zu ermöglichen.

Besonders gute Ergebnisse bei der Messung der Füllhöhe ergeben sich dadurch, dass die Messung unmittelbar am zur Ofenkammer gerichteten Eingang der Wanne des Koksführungswagens erfolgt. Beim Ausschieben des Kokses weist dieser hier noch im Wesentlichen die Form auf, welche der Koks in der Ofenkammer hatte, so dass beim Ausschieben unmittelbar das Profil der Schüttkegel in der Ofenkammer gemessen werden kann.

Wenn am Ende des Druckvorgangs die Höhe der Druckstange gemessen wird, kann mit jeder Messung eine Kalibrierung erfolgen, da die Druckstange eine feste Höhe aufweist. Die Messergebnisse können damit einfach in entsprechende Füllhöhen umgerechnet werden.

Gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Messung unter Verwendung eines elektromagnetische Wellen emittierenden, insbesondere Mikrowellen emittierenden Sensors. Elektromagnetische Wellen werden sehr gut an der Koksoberfläche reflektiert, so dass eine einfache Abstandsmessung erfolgen kann. Es hat sich dabei insbesondere gezeigt, dass die Verwendung von Mikrowellen besonders geeignet ist, die Füllhöhe berührungslos zu bestimmen, da entsprechende Sensoren eine geringe Störanfälligkeit bezüglich Fremdsignalen aufweisen. Allerdings ist es auch denkbar, andere elektromagnetische Wellen oder andere berührungslose Messverfahren zur Messung der Füllmenge in der Ofenkammer zu verwenden.

Werden die elektromagnetischen Wellen über einen gebogenen Hohlleiter in die Wanne des Koksführungswagens eingeleitet, kann der Sensor auf einfache Weise temperaturgeschützt angeordnet werden. Auf aufwändige Maßnahmen zum Schutz des Hohlleiters am Einleitungspunkt der elektromagnetischen Wellen in die Wanne des Führungswagens kann aufgrund der nur periodisch einwirkenden Temperaturen während des Ausschiebens des Kokses im Gegensatz zum zuvor geschilderten Stand der Technik im Wesentlichen verzichtet werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die gemessenen Füllhöhen des Kokses zur Steuerung der Befüllung der Ofenkammer des Koksofens verwendet. Unter Verwendung der gemessenen Profile der gefüllten Ofenkammer wird unter Berücksichtigung der zugehörigen Parameter der eingefüllten Kohlemischung, beispielsweise deren Feuchtigkeitsgehalt, Körnung oder deren Mischungsverhältnis, die Befüllung der Ofenkammer so gesteuert, dass nach dem Füllvorgang nahezu keine Schüttkegel in der Ofenkammer vorhanden sind und der Raum der Ofenkammer optimal ausgenutzt wird.

Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch einen Koksführungswagen gelöst, bei welchem Mittel zur Messung der Füllhöhe des Kokses an der Wanne des Koksführungswagens vorgesehen sind. Wie bereits zuvor beschrieben, kann hierdurch mit einer einzigen Messvorrichtung die Füllhöhe mehrerer Ofenkammern, beispielsweise einer Koksofenbatterie, mit nur einem Koksführungswagen gemessen werden und die entsprechend gewonnenen Profile zur Steuerung der Befüllung der Ofenkammern verwendet werden.

Ist als Mittel zur Messung der Füllhöhe des Kokses in der Ofenkammer ein elektromagnetische Wellen emittierender, insbesondere Mikrowellen emittierender Sensor vorgesehen, wird eine einfache kontinuierliche und prozesssichere Bestimmung der Füllhöhe während des Ausschiebens des Kokses ermöglicht, die darüber hinaus nahezu wartungsfrei ist.

Auf einfache Weise können die elektromagnetischen Wellen in die Wanne des Koksführungswagens dadurch eingeleitet werden, dass der Sensor an einen Hohlleiter, insbesondere einen gebogenen Hohlleiter angeschlossen ist. Mit dem aus Metall bestehenden Hohlleiter können die elektromagnetischen Wellen an einem bestimmten Ort nahezu unabhängig vom eigentlichen Ort des Sensors in die Wanne des Koksführungswagens eingeleitet werden. Der Hohlleiter dient dabei sowohl zum Emittieren als auch zum Empfangen der reflektierten elektromagnetischen Wellen. Da die Hohlleiter aus Metall sind, sind diese wesentlich Temperatur unempfindlicher als der Sensor selbst. Durch einen gebogenen Hohlleiter können dazu die Temperatureinwirkungen, beispielsweise am Ort der Einleitung der elektromagnetischen Wellen, vom Ort des eigentlichen Sensors einfach entkoppelt werden, so dass aufwändige Maßnahmen zum Temperaturschutz des Sensors entfallen.

Schließlich wird die oben aufgezeigte Aufgabe gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung durch einen gattungsgemäßen Koksofen, insbesondere einen Horizontalkammerofen dadurch gelöst, dass mindestens ein erfindungsgemäßer Koksführungswagen zum Überführen des Kokses während des Ausschiebens aus der Kammer in einen Löschwagen vorgesehen ist. Bei den erfindungsgemäßen Koksöfen kann unter Verwendung des erfindungsgemäßen Koksführungswagens die Füllhöhe des Kokses in jeder einzelnen Ofenkammer bzw. deren Füllprofil sehr exakt bestimmt werden und insofern die Füllmenge der Ofenkammern optimiert werden.

Ist am Koksofen eine Steuerung vorgesehen, welche die Befüllung der Ofenkammer unter Verwendung des Füllwagens zumindest teilweise in Abhängigkeit von den am Koksführungswagen gemessenen Füllhöhen des Kokses steuert, kann bereits im Vorfeld, beispielsweise bei bekannten Parametern des Schüttguts eine optimale Füllung der Ofenkammer des Koksofens gezielt eingestellt werden und damit der Durchsatz des Koksofens weiter verbessert werden.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren sowie den erfindungsgemäßen Koksführungswagen und den erfindungsgemäßen Koksofen weiterzugestalten und auszubilden. Hierzu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1, 8 und 11 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in
1 in einer schematischen Schnittansicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Koksofens mit einem Koksführungswagen und einem Füllwagen und
2 ein gemessenes Profil der Füllhöhe des Kokses in der Ofenkammer des Ausführungsbeispiels aus 1.
1 zeigt einen Koksofen 1 mit einer Ofenkammer 2, die mit Koks 3 gefüllt ist. Darüber hinaus ist der Koksführungswagen 4 mit einer Wanne 5 schematisch dargestellt. Auf der Wanne 5 ist der Sensor 6 angeordnet, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel Mikrowellen über den Hohlleiter 7 in die Wanne 5 des Koksführungswagens 4 einleitet. Der Hohlleiter 7 dient sowohl zum Einleiten der Mikrowellen in die Wanne 5 des Koksführungswagens 4 als auch zum Empfangen der am Koks 3 reflektierten Mikrowellen. Die Einleitung der Mikrowellen findet unmittelbar an der Öffnung der Ofenkammer 2 statt, so dass beim Ausschieben des Kokses durch die Druckstange 8 das gesamte Füllprofil der Ofenkammer 2 mit dem Sensor 6 gemessen werden kann. Beim Druckvorgang wird der Koks 3 in den Löschwagen 9 gedrückt, welcher dann einem Löschturm zugeführt wird. Da der Koks 3 erst am Ausgang der Wanne 5 in den Löschwagen gedrückt wird, hat der Koks 3 im Eingangsbereich der Wanne 5, dort wo der Sensor 6 angeordnet ist, noch im Wesentlichen das Profil, welches in der Ofenkammer 2 während der Verkokung vorgelegen hat. Erfindungsgemäß wird daher tatsächlich das Profil der Kohle in der Ofenkammer 2 bestimmt.
Schematisch ist in 1 ein Füllwagen 10 zu erkennen, der den jeweiligen Fülllöchern 11 zugeordnete Befüllmittel 12 aufweist. Über die Befüllmittel 12, welche in der Regel mindestens eine steuerbare Förderschnecke aufweisen, kann die Geschwindigkeit des Befüllens des Koksofens gesteuert werden.
Über eine in 1 nicht dargestellte Steuerung können abhängig von dem gemessenen Profil und unter Berücksichtigung der Schüttparameter der verwendeten Kohle, die Verfahrensparameter für die Fördermittel 12 so eingestellt werden, so dass sich in der Ofenkammer 2 ein optimiertes Füllprofil zusammen mit einer maximalen Füllung der Ofenkammer 2 ergibt. Dadurch, dass nunmehr die Möglichkeit besteht, abhängig von den Parametern der eingesetzten Kohle bzw. der eingesetzten Kohlemischung den Befüllvorgang zu beeinflussen, kann die Füllmenge der Ofenkammern 2 des Koksofens 1 optimiert und dessen Effizienz bzw. dessen Durchsatz weiter gesteigert werden.
Eine Messung der Füllhöhe der Ofenkammer 2 während des Ausschiebens durch die Druckstange zeigt das in 2 dargestellte Diagramm, in welchem auf der y-Achse das Messsignal des Messsensors 6, welches proportional zur Höhe ist, dargestellt ist. Auf der x-Achse ist die Zeit aufgetragen. Deutlich erkennt man in der in 2 dargestellten Messung die Schüttkegel 13, 14 und 15, die eine nicht optimale Füllmenge der Ofenkammer 2 anzeigen. Durch die Ausbildung entsprechender Schüttkegel in der Ofenkammer 2 ist der Füllgrad nicht optimal, da beispielsweise zwischen den einzelnen Schüttkegeln Leerräume entstehen. Man ist daher bestrebt, durch eine gezielte Steuerung der Befüllung der Ofenkammer soviel Kohle in die Ofenkammer zu füllen, dass nach dem Planieren mit der Planierstange die Leerräume zwischen den Schüttkegeln vermieden werden und eine entsprechend gleichmäßige Füllhöhe in der gesamten Ofenkammer erreicht wird.
Der Maximalwert 16 stellt die Messung der Höhe der Druckstange 8 dar. Die Druckstange 8 wird in der Regel bei jedem Ausschieben des Kokses gemessen und ermöglicht dabei eine besonders einfache Kalibrierung des Messsensors 6 mit jeder Messung. Nach entsprechender Kalibrierung kann die Füllhöhe des Kokses der gesamten Ofenkammer 2 und damit deren Füllmenge sehr exakt bestimmt werden.
Große Vorteile bietet das erfindungsgemäße Verfahren sowie der erfindungsgemäße Koksführungswagen sowie der erfindungsgemäße Koksofen bei einer Koksofenbatterie mit einer sehr hohen Anzahl an Koksöfen. Einerseits sind die Investitionskosten gering, da nur eine geringe Anzahl an Sensoren benötigt wird. Andererseits kann aus den anfallenden großen Datenmengen relativ schnell ein Modell zur Steuerung der Befüllung der Ofenkammer abhängig von den Parametern der verwendeten Kohle gewonnen werden, so dass eine prozesssichere Effizienzsteigerung erreicht wird.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Füllmenge einer Ofenkammer eines Koksofens, insbesondere eines Horizontalkammerofens, bei welchem die Füllhöhe des Kokses in der Ofenkammer berührungslos gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Füllhöhe während des Ausschiebens des Kokses außerhalb der Ofenkammer erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Füllhöhe in der Wanne eines Koksführungswagens erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung unmittelbar am zur Ofenkammer gerichteten Eingang der Wanne des Koksführungswagens erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Druckstange am Ende des Druckvorgangs gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung unter Verwendung eines elektromagnetische Wellen emittierenden, insbesondere Mikrowellen emittierenden Sensors erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Wellen über einen gebogenen Hohlleiter in die Wanne des Koksführungswagens eingeleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessenen Füllhöhen des Kokses zur Steuerung der Befüllung der Ofenkammer des Koksofens verwendet werden.
Koksführungswagen mit einer Wanne zum Überführen des Kokses aus der Ofenkammer eines Koksofens in einen Löschwagen, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (6, 7) zur Messung der Füllhöhe des Kokses (3) an der Wanne (5) des Koksführungswagens (4) vorgesehen sind.
Koksführungswagen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (6, 7) zur Messung der Füllhöhe des Kokses (3) in der Ofenkammer (2) ein elektromagnetische Wellen emittierender, insbesondere Mikrowellen emittierender Sensor (6) vorgesehen ist.
Koksführungswagen nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (6) an einen Hohlleiter (7), insbesondere einen gebogenen Hohlleiter angeschlossen ist.
Koksofen, insbesondere Horizontalkammerofen, mit mindestens einer Ofenkammer und mindestens einem Füllwagen zur Befüllung der Ofenkammer mit Kohle, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Koksführungswagen (4) zum Überführen des Kokses (3) während des Ausschiebens aus der Ofenkammer (2) in einen Löschwagen (9) nach einem der Ansprüche 8 bis 10 vorgesehen ist.
Koksofen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, welche die Befüllung der Ofenkammer (2) mit Kohle zumindest teilweise in Abhängigkeit von den am Koksführungswagen (4) gemessenen Füllhöhen des Kokses (3) steuert.