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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen von Koksofenkammern, bei dem Kohle mit einem mehrere Fülltrichter aufweisenden Füllwagen über Fülllöcher in eine Koksofenkammer eingefüllt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Füllwagen zum Befüllen von Koksofenkammern, der mehrere Fülltrichter aufweist, die jeweils mit einem Fördermittel zur Zufuhr von Kohle in ein Füllloch einer der Koksofenkammern versehen sind, sowie eine Koksofenanlage mit einem solchen Füllwagen und einer Vielzahl von Koksofenkammern.
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Koksöfen dienen zur Verkokung von Steinkohle, um Hochofen- oder Gießereikoks herzustellen. Häufig werden die Koksöfen als Horizontalkammeröfen 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 dazwischen angeordneten Ofenkammern, die schmal und lang gestreckt sind. Sie sind an beiden Enden mit Türen verschlossen. Die Kokskohle wird über Füllwagen zu den einzelnen Ofenkammern gebracht und von oben über Fülllöcher in die jeweilige Koksofenkammer eingefüllt. Nach der Verkokung der Kohle wird der fertige Koks mittels einer Koksausdrückmaschine aus der Ofenkammer gedrückt und über eine Koksüberleitmaschine in einen Löschwagen überführt. Üblicherweise sind eine Vielzahl von Koksöfen zu einer Koksofenbatterie zusammengefasst, so dass die Koksofenbatterie einen sehr hohen Durchsatz von beispielsweise mehr als 5.000 t Kohle pro Tag aufweist. Um den Durchsatz von Koksöfen zu optimieren, ist man bestrebt, die Koksöfen immer mit maximaler Füllung zu betreiben. Die einzelnen Ofenkammern weisen, wie bereits erwähnt, in der Regel eine Mehrzahl an Fülllöchern auf, über welche die Kokskohle aus einem auf der Koksofenbatterie verfahrbaren Füllwagen in die jeweilige Ofenkammer eingefüllt wird. Dabei entstehen in der Koksofenkammer selbst Schüttkegel, die abhängig von der Konsistenz der verwendeten Kokskohle und den Verfahrensparametern der den einzelnen Fülllöchern zugeordneten Förderschnecken des Füllwagens sind. Zwar wird zur Einebnung der Schüttkegel eine Planierstange verwendet, die in die jeweilige Koksofenkammer eingefahren wird; eine optimale Füllung der Ofenkammern konnte bisher jedoch nur unzureichend erreicht werden.
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Bei der Koksofenbefüllung entstehen aufgrund der Berührung der mitunter relativ feuchten Kohle mit den über 1.000°C heißen Ofenwänden und der Verdrängung des von der leeren Koksofenkammer umschlossenen Gasvolumens große Mengen von Füllgasen, die aus dem oberhalb der Kohleschüttung in der Ofenkammer befindlichen Gassammelraum abgesaugt werden. Dies erfolgt üblicherweise über ein oder mehrere Steigrohre, die an einer Gassammelleitung angeschlossen sind.
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Damit die Füllgase ungehindert zu den vorhandenen Absaugstellen gelangen können, ist es erforderlich, dass über den Schüttkegeln in der Ofenkammer ein ausreichend hoher Gassammelraum sowohl zwischen den Fülllöchern als auch im Bereich der Fülllöcher verbleibt. Um eine hohe Produktivität zu erreichen, wird üblicherweise die komplette Füllmenge an Kohle ohne zwischenzeitliches Planieren in die jeweilige Ofenkammer eingefüllt. Erst nach Einfüllen der kompletten Kohlemenge werden die Schüttkegel mittels der Planierstange eingeebnet.
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Bei dieser Art der Koksofenbefüllung kann es aufgrund der Schüttkegel zu einer erheblichen Einengung oder sogar Blockade des Gassammelraums kommen mit der Folge, dass in der Ofenkammer erheblicher Überdruck entsteht und es zu deutlich sichtbaren Füllgasemissionen aus den Fülltrichtern und der Planiertüröffnung kommt.
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Es wurden bereits verschiedene Maßnahmen zum emissionsfreien Befüllen von Koksofenkammern vorgeschlagen. In der
DE 43 20 082 C1 ist diesbezüglich vorgeschlagen, das Nutzvolumen der zu füllenden Ofenkammer während jedem Koksausdrückvorgang mit Hilfe von an der Druckstange angebrachten Messgeräten zu bestimmen und in Abhängigkeit davon die Kohlefüllmenge an jedem Füllloch bei einem nachfolgenden Füllvorgang über Förderschnecken mit variabler Drehzahl automatisch zu regeln. Da die an der Druckstange angebrachten Messgeräte einer erheblichen Wärmebelastung ausgesetzt sind, erfordert dieses Verfahren insoweit aufwendige Wärmeschutzmaßnahmen.
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Die
DE 101 40 411 A1 beschreibt ein Verfahren zum Befüllen von Koksofenkammern, bei dem die Kohle in einer festgelegten Füllfolge über die Fülllöcher in die jeweilige Koksofenkammer eingefüllt wird, und sowohl der Füllgasdruck gemessen als auch die Füllhöhe in der Koksofenkammer ermittelt wird. Der Füllgasdruck wird dabei an jedem Fülltrichter, und zwar an einem Füllteleskop gemessen. Die Druckmessstelle ist über einen Druckwandler mit einem Rechner verbunden, der den Antrieb einer dem Fülltrichter zugeordneten Füllschnecke steuert. Wenn einer der beiden Messwerte einen Sollwert erreicht, wird mit der Regelung der Kohlenzufuhr in Abhängigkeit von dem Füllgasdruck und mit der Planierung begonnen, wobei ab Beginn des Planiervorganges zusätzlich die Stellung, die Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit der Planierstange für die Regelung der Kohlenzufuhr verwendet wird.
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Mit dem aus der
DE 101 40 411 A1 bekannten Verfahren dürfte es schwierig sein, eine Optimierung der Befüllung der Koksofenkammer zu erzielen. Denn der gemessene Füllgasdruck hängt insbesondere von der Abdichtwirkung der Restmenge an Kohle ab, die gegen Ende des Füllvorgangs in der Füllschnecke (Förderschnecke) verbleibt. Bildet die Restmenge Kohle einen Gasabschluss gegen die sich bildenden Füllgase, so treten aus dem betreffenden Fülltrichter gegebenenfalls gar keine Füllgasemissionen aus. Der an dem Fülltrichter gemessene Füllgasdruck kann in diesem Fall gleichwohl hoch sein und demzufolge zu einer nicht notwendigen Verminderung der Kohleneinfüllmenge führen. Funktioniert dagegen der Gasabschluss durch die in der Förderschnecke verbliebene Restmenge Kohle nicht ordnungsgemäß, so kommt es zu unerwünschten Füllgasemissionen aus dem Fülltrichter, wobei der dann gemessene Füllgasdruck mitunter niedriger ist als bei ordnungsgemäß funktionierendem Gasabschluss, so dass die Kohleneinfüllmenge beim nächsten Füllvorgang nicht ausreichend verringert wird, um Füllgasemissionen zu vermeiden.
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Des Weiteren sind aus der
DE 20 2005 007 173 A1 ein Kokslöschwagen und ein Verfahren zur Messung des Gewichtes von Koks bekannt, bei dem mittels einer Messeinrichtung am oder im Kokslöschwagen das Gewicht des Kokses im ungelöschten Zustand gemessen werden kann. Die Messeinrichtung weist als Messaufnahmemittel wenigstens eine Wiegezelle oder wenigstens einen Dehnungsmessstreifen auf. Das ermittelte Gewicht des ungelöschten Kokses wird dabei automatisch einer Rechnereinrichtung zugeführt. Ein nachfolgender Befüllvorgang der Ofenkammer wird dann unter Einbeziehung des ermittelten Gewichtes des Kokskuchens oder der zur Herstellung des Kokskuchens in die Ofenkammer eingefüllten Kohlemenge durch die Rechnereinrichtung gesteuert.
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Die
DE 27 54 139 C3 beschreibt einen Rauchdetektor mit einer Strahlungsquelle, die ein Strahlenbündel mit relativ scharfer Grenze erzeugt, und einer Streustrahlungsempfangsanordnung mit Richtcharakteristik und einer damit verbundenen Auswerteschaltung zur Signalgabe, wenn die Strahlungsstreuung an Rauchpartikeln im Strahlenbündel ein vorgegebenes Maß übersteigt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für eine optimale Befüllung von Koksofenkammern anzugeben, mit dem jede Koksofenkammer mit soviel Kohle wie möglich gefüllt wird und durch Füllgas hervorgerufene Emissionen auf einfache Art und Weise weitestgehend vermieden werden. Daneben liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichenden Füllwagen sowie eine entsprechende Koksofenanlage vorzuschlagen.
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Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die vorstehend genannte Aufgabe hinsichtlich eines gattungsgemäßen Verfahrens dadurch gelöst, dass während und/oder nach der Befüllung der Koksofenkammer an mindestens einem der Fülltrichter ein mögliches Auftreten gasförmiger Emissionen mittels einer einen Lichtstrahl aussendenden und empfangenden Messeinrichtung überwacht und die gemessene Intensität des empfangenen Lichtstrahls zur Steuerung zukünftiger Befüllungen der Koksofenkammer verwendet wird, wobei die Messwerte, die proportional der jeweiligen Intensität des empfangenen Lichtstrahls sind und bei aufeinanderfolgenden Befüllungen der jeweiligen Koksofenkammer erfasst wurden, fülllochbezogen gespeichert und ausgewertet werden.
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Hierdurch lässt sich eine dem jeweiligen Füllloch der Koksofenkammer zugeordnete, d. h. eine koksofenkammerbereichsspezifische Optimierung der Kohlenfüllmenge für zukünftige Füllvorgänge erzielen, wobei die Messwerte vorzugsweise statistisch ausgewertet werden und eine Tendenz für ein Auftreten bzw. den Wegfall von Füllgasemissionen ermittelt wird.
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Versuche seitens der Anmelderin haben ergeben, dass sich auf diese relativ einfache Art und Weise Füllgasemissionen bei zukünftigen Füllvorgängen vermeiden bzw. erheblich verringern lassen sowie ein optimierter Kokskohlendurchsatz, insbesondere im Schüttbetrieb erzielt werden kann.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass dann, wenn die gemessene Intensität des empfangenen Lichtstrahls einem Messwert entspricht, der für ein Überschreiten eines bestimmten Grenzwertes für gasförmige Emissionen an dem Fülltrichter steht, eine vorgebbare Füllmenge an Kohle, die über das dem Fülltrichter zugeordnete Füllloch in die Koksofenkammer eingefüllt werden soll, um einen vorgebbaren Betrag bei einer zukünftigen Befüllung der Koksofenkammer reduziert wird, und dass dann, wenn die gemessene Intensität des empfangenen Lichtstrahls einem Messwert entspricht, der für ein Nichtauftreten gasförmiger Emissionen an dem Fülltrichter oder für ein Unterschreiten eines bestimmten Grenzwertes für gasförmige Emissionen an dem Fülltrichter steht, ein vorgebbarer Mehrbetrag an Kohle bei einer zukünftigen Befüllung der Koksofenkammer über das dem Fülltrichter zugeordnete Füllloch in die Koksofenkammer eingefüllt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass über einen vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitraum mehrere Einzelmessungen der Intensität des empfangenen Lichtstrahls durchgeführt werden, aus diesen Einzelmessungen ein Mittelwert der Intensität des empfangenen Lichtstrahls gebildet wird, und ein differentieller Messwert durch Subtraktion eines momentanen Messwertes der Intensität des empfangenen Lichtstrahls von dem Mittelwert gebildet wird. Damit ist das Messverfahren in einem weiten Bereich unabhängig von Störeinflüssen, insbesondere einer Verschmutzung der optischen Sensorflächen (Grenzflächen), und weist somit eine wesentlich höhere Genauigkeit gegenüber einer einfachen Transmissionsmessung auf.
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Gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Füllhöhe des Kokses in der Koksofenkammer berührungslos gemessen wird, wobei die Messung der Füllhöhe während des Drückens des Kokses außerhalb der Ofenkammer erfolgt und die gemessenen Füllhöhen des Kokses (zusätzlich) zur Steuerung der Befüllung der Koksofenkammer verwendet werden.
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Es hat sich gezeigt, dass bei einer Messung der Füllhöhe außerhalb der Ofenkammer während des Drückens des Kokses ein recht genaues Profil innerhalb der Ofenkammer bestimmt werden kann. Anhand des gemessenen Profils konnte festgestellt werden, dass sich während der Verkokung unterhalb der Fülllöcher Höcker bilden. Nach dem Einfüllen der Kohle in den Koksofen und dem Planieren entsteht im Wesentlichen eine Ebene im Koksofen. Aufgrund unterschiedlicher Schüttdichten der eingefüllten Kohle, die unterhalb der Fülllöcher höher sind als im übrigen Ofen, entstehen durch geringes Schwinden der Kohle während der Verkokung Höcker im Bereich der höheren Schüttdichte. Eine Optimierung der Befüllung kann durch Regelung bzw. einzelne Ansteuerung er Befüllmittel erzielt werden, beispielsweise durch Variation der Füllmenge der den Fülllöchern zugeordneten Befüllmittel. Eine weitere Optimierung der Befüllung der Ofenkammer kann insbesondere unter Berücksichtigung weiterer Parameter der Einsatzkohle, beispielsweise des Feuchtigkeitsgehalts und/oder der Korngrößenverteilung, erfolgen.
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Vorzugsweise erfolgt die Messung der Füllhöhe in einer Wanne einer Koksüberleitmaschine, so dass mit einer einzigen Messvorrichtung die Füllhöhe bzw. das Profil der Füllhöhe des Kokses an der jeweiligen Koksofenkammer bestimmt werden kann. Die Messvorrichtung ist in diesem Fall nur kurzzeitig hohen Temperaturen ausgesetzt, so dass relativ einfache Maßnahmen zum Wärmeschutz ausreichen, um das Betreiben der Messvorrichtung zu ermöglichen.
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Besonders gute Ergebnisse bei der Messung der Füllhöhe ergeben sich, wenn die Messung gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens unmittelbar am zur Ofenkammer gerichteten Eingang der Wanne der Koksüberleitmaschine erfolgt. Denn beim Drücken des Kokses weist dieser hier noch im Wesentlichen die Form auf, welche sich in der Ofenkammer am Ende der Verkokung eingestellt hatte, so dass beim Drücken mittelbar das Profil in der Ofenkammer gemessen werden kann.
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Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch einen Füllwagen gelöst, der mehrere Fülltrichter aufweist, die jeweils mit einem Fördermittel zur Zufuhr von Kohle in ein Füllloch einer der Koksofenkammern versehen sind, wobei mindestens einer der Fülltrichter mit einer einen Lichtstrahl aussendenden und empfangenden Messeinrichtung zur Erfassung von gasförmigen Emissionen an dem Fülltrichter versehen ist. Hierdurch können auf relativ einfache Art und Weise Füllgasemissionen erfasst und bei zukünftigen Füllvorgängen durch entsprechendes Einwirken auf die Steuerung der den Fülltrichtern zugeordneten Fördermittel verringert oder sogar vermieden werden.
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Ist der von der Messeinrichtung ausgesendete Lichtstrahl ein Infrarotlichtstrahl, ergibt sich eine zuverlässige Erfassung von gegebenenfalls auftretenden Füllgasemissionen an dem betreffenden Fülltrichter. Denn eine Beeinträchtigung der Messung durch andere Fremdlichtquellen kann hierdurch ausgeschlossen werden.
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Die erfindungsgemäße Erfassung von Emissionen an den Fülltrichtern des Füllwagens ist unabhängig von der Tageszeit und der Witterung. Sie liefert somit insbesondere auch bei Dunkelheit und/oder bei Regen zuverlässige und reproduzierbare Messergebnisse.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Emissionserfassung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung so an der oberen Öffnung des Fülltrichters angeordnet ist, dass die Achse des Lichtstrahls mit Abstand zur Mittelachse der von oben betrachteten Öffnung verläuft, wobei der Abstand der Lichtstrahlachse zur Mittelachse der oberen Öffnung des Fülltrichters mindestens ein Viertel der rechtwinklig zur Mittelachse gemessenen Öffnungsweite der oberen Öffnung beträgt. Durch diese Anordnung kann sichergestellt werden, dass die ordnungsgemäße Funktion der Messeinrichtung nicht durch herabfallende Kohle beim Beladen des Fülltrichters beeinträchtigt wird.
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Schließlich wird die oben aufgezeigte Aufgabe gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung durch eine gattungsgemäße Koksofenanlage, insbesondere eine Horizontalkammerofenanlage dadurch gelöst, dass die Koksofenanlage mindestens einen Füllwagen mit einer Messeinrichtung der oben genannten Art aufweist, wobei der Messeinrichtung eine einen Datenspeicher umfassende Steuer- und/oder Regelungseinrichtung zugeordnet ist, die das Fördermittel des mit der Messeinrichtung versehenen Fülltrichters bei zukünftigen Befüllungen der jeweiligen Koksofenkammer in Abhängigkeit der während und/oder nach deren Befüllung an dem Fülltrichter gemessenen Intensität des empfangenen Lichtstrahls steuert.
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Wie bereits oben angedeutet, kann die erfindungsgemäße Koksofenanlage zudem eine Koksüberleitmaschine mit einer Wanne zum Überführen des Kokses während des Drückens aus der Koksofenkammer in einen Löschwagen umfassen, wobei an der Wanne der Koksüberleitmaschine Mittel zur berührungslosen Messung der Füllhöhe des Kokses in der Koksofenkammer vorgesehen sind. Durch Verwendung solcher Messmittel an der Koksüberleitmaschine kann auf einfache Art und Weise die Füllhöhe des Kokses in jeder einzelnen Koksofenkammer bzw. das Füllprofil der in die Ofenkammer eingefüllten Kohle ermittelt und auf dieser Basis die in die Ofenkammer bei zukünftigen Füllvorgängen einzufüllende Kohlenmenge optimiert werden.
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Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungemäßen Füllwagens bzw. der erfindungemäßen Koksofenanlage sind in den Unteransprüchen angegeben. Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Koksofenanlage, mit einer mit Kokskohle gefüllten, in vertikaler Schnittansicht gezeigten Koksofenkammer;
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2 eine Seitenansicht eines Fülltrichters eines Kohlefüllwagens mit einer im oberen Bereich angeordneten Messeinrichtung zur Erfassung gasförmiger Emissionen;
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3 eine Draufsicht auf die obere Öffnung des Fülltrichters der 2;
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4 eine Seitenansicht des oberen Bereichs des Fülltrichters der 2 in vergrößerter Darstellung, wobei zudem eine der Messeinrichtung zugeordnete Auswerteeinheit schematisch dargestellt ist;
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5 eine schematische Vertikalschnittansicht einer Koksofenkammer mit einer Koksüberleitmaschine und einem Füllwagen; und
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6 ein gemessenes Profil der Füllhöhe des Kokses in einer Koksofenkammer der 5.
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Die in 1 dargestellte Koksofenanlage umfasst eine aus einer Vielzahl von Koksöfen 1 gebildete Koksofenbatterie 2 mit zugeordneten Bedienungsmaschinen. Oberhalb der Koksofenbatterie 2 ist ein als Vorratsbunker dienender Kokskohlenturm (nicht gezeigt) angeordnet. Von dort wird die zu verkokende Kohle mit einem oder zwei auf der Koksofenbatterie 2 verfahrbaren Füllwagen 3 zu den einzelnen Koksöfen 1 gebracht und über in der Decke der Koksofenbatterie ausgebildete Fülllöcher 4 in die jeweilige Ofenkammer 5 eingefüllt. Der in 1 schematisch dargestellte Füllwagen 3 weist vier Fülltrichter 6 auf. Dementsprechend ist jeder der Koksöfen 1 mit vier verschließbaren Fülllöchern 4 versehen.
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Eine Koksofenbatterie kann beispielsweise 50 bis 70 Koksöfen 1 umfassen. Der jeweilige Koksofen 1 weist eine lange, schmale Ofenkammer 5 auf, die beispielsweise eine Länge von ca. 15 bis 20 m, eine mittlere Breite von ca. 0,45 bis 0,6 m und eine Höhe von ca. 4 bis 8 m hat. Die beiden Enden der Ofenkammer 5 sind mit Türen 7, 8 verschlossen. Die der Koksausdrückmaschine 9 zugewandte Tür 7 weist im oberen Bereich eine verschließbare Öffnung zum Einführen einer Planierstange 10 auf (vgl. 2).
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Die Beheizung der Koksöfen 1 erfolgt üblicherweise mit beim Verkoken anfallenden gereinigten Koksofengas. Alternativ kann auch ein aus Gichtgas, Konvertergas und Koksgasanteilen zusammengesetztes Mischgas zur Beheizung der Koksöfen 1 verwendet werden. Die Heizzugtemperaturen liegen im Bereich von ca. 1.300 bis 1.350°C. Der Verkokungsvorgang dauert ca. 18 bis 25 Stunden.
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Der fertige Koks wird mittels der Koksausdrückmaschine 9 aus der Ofenkammer 5 gedrückt und gelangt über einen Koksführungswagen 11 in einen Löschwagen 12. Mit dem Löschwagen 12 wird der glühende Koks unter einen Löschturm (nicht gezeigt) gefahren und dort durch Beaufschlagung mit Wasser gelöscht, beispielsweise eine Kombination aus Berieselung und Sumpflöschung. Der Löschwagen 12 fährt den gelöschten Koks anschließend zu einer Abwurframpe (nicht gezeigt), von wo aus er mittels Förderbänder in eine Sieberei transportiert wird.
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Das beim Befüllen der Ofenkammer 5 entstehende Füllgas sowie das beim Verkoken anfallende Koksofengas werden in einer Gassammelleitung 13 aufgefangen und einer Teerabscheidung und Gasreinigung zugeleitet.
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Wie insbesondere in 2 gezeigt, hat jeder Fülltrichter 6 des Füllwagens einen oberen, im Wesentlichen kastenförmigen Abschnitt 6.1, an den sich ein nach unten verjüngter Abschnitt 6.2 anschließt. An dem unteren Abschnitt 6.2 des Fülltrichters ist ein Fördermittel 14 angeordnet, mittels dem eine vorgebbare Kohlenmenge aus dem Fülltrichter 6 über eine teleskopierbare Rohrleitung 15 in das jeweilige Füllloch 4 bzw. die Ofenkammer 5 eingefüllt werden kann. Das Fördermittel 14 besteht aus einer Förderschnecke (Austragsschnecke), die mit einem hinsichtlich seiner Drehzahl variabel steuerbaren Motor 16 gekoppelt ist.
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Mindestens einer der Fülltrichter 6 ist mit einer Messeinrichtung 17 zur Erfassung von gasförmigen Emissionen versehen. Durch die Messeinrichtung 17 kann der Fülltrichter 6 kontinuierlich auf ein mögliches Auftreten gasförmiger Emissionen überwacht werden. Die Messeinrichtung umfasst eine Sende- und Empfangseinheit 17.1 zum Aussenden und Empfangen eines Lichtstrahls und einen der Sende- und Empfangseinheit 17.1 gegenüberliegenden Reflektor 17.2. Bei dem ausgesendeten Lichtstrahl handelt es sich vorzugsweise um einen Infrarotlichtstrahl. Alternativ kann auch eine einen Laserstrahl emittierende Sende- und Empfangseinheit 17.1 verwendet werden.
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Die Sende- und Empfangseinheit 17.1 und der Reflektor 17.2 sind an der oberen Öffnung 6.3 des Fülltrichters 6 bzw. eines an der Oberseite des kastenförmigen Abschnitts 6.1 angeordneten durchmesserreduzierten Messtrichters 6.4 montiert. Sie sind dabei so angeordnet, dass die Achse 18 des Lichtstrahls mit Abstand zur Mittelachse 19 der von oben betrachteten Öffnung verläuft, wobei der Abstand der Lichtstrahlachse 18 zur Mittelachse 19 der oberen Öffnung 6.3 des Fülltrichters bzw. Messtrichters 6.4 mindestens ein Viertel der rechtwinklig zur Mittelachse 19 gemessenen Öffnungsweite W der oberen Öffnung 6.3 beträgt (vgl. 3). Die gegenüber der Mittelachse 19 beabstandete Anordnung der Sende- und Empfangseinheit 17.1 sowie des Reflektors 17,2 stellt sicher, dass diese Komponenten der Messeinrichtung 17 bei der Beladung des Fülltrichters 6 nicht verschmutzen bzw. die Kohleschüttung im Fülltrichter 6 den Sendelichtstrahl nicht unterbricht.
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Die Sende- und Empfangseinheit 17.1 sowie der Reflektor 17.2 sind jeweils mit einer Spülluftvorrichtung 20 versehen. Die Spülluftvorrichtung 20 besteht aus einem einen Befestigungsflansch aufweisenden Rohr, in das ein quer zur Rohrlängsachse verlaufender Anschlussstutzen 21 mündet. An den Anschlussstutzen 21 sind Schlauchleitungen 22 angeschlossen, die am Auslass eines in einer Spüllufteinheit 23 angeordneten Gebläses (nicht gezeigt) angeschlossen sind. Die optischen Grenzflächen der Messvorrichtung 17 werden durch die Spülluft insbesondere vor heißen und aggressiven Gasen geschützt.
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Der von der Sende- und Empfangseinheit 17.1 ausgesendete Lichtstrahl wird beim Durchlaufen der Messtrecke gegebenenfalls durch Aerosole und/oder Staub abgeschwächt, die/der beim Auftreten füllgasbedingter Emissionen mitgerissen werden. Diese Lichtschwächung als Verhältnis von empfangenem zu gesendetem Licht (= Transmission) ist ein Maß für die Trübung und somit für den Staub- bzw. Aerosolgehalt der Emissionen bzw. für die Emissionen an sich.
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Die gemessene Intensität bzw. Schwächung des Lichtstrahls (Infrarotlichtstrahls) wird in einer Auswerteeinheit 24 ausgewertet, die ebenso wie die Spüllufteinheit 23 auf dem Füllwagen 3 angeordnet ist. Die Messeinrichtung 17 führt dabei vorzugsweise eine differentielle Transmissionsmessung durch, indem sie jeweils die Differenz zwischen dem momentanen Messsignal und dem mittleren Messsignal eines vorgegebenen Zeitraums, beispielsweise der letzten fünf Minuten bildet. Damit ist die Messeinrichtung 17 in einem weiten Bereich unabhängig von einer nicht gänzlich zu vermeidenden Verschmutzung der optischen Grenzflächen (Sensorflächen) und zeichnet sich gegenüber einer einfachen Transmissionsmessung durch eine erheblich höhere Messgenauigkeit aus.
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Die Auswerteeinheit 24 weist mehrere Ein- und Ausgänge bzw. Schnittstellen auf. Sie umfasst insbesondere eine Schnittstelle zum Anschluss eines Computers 25, über den eine Einstellung verschiedener Mess- bzw. Auswerteparameter, insbesondere eine Kalibrierung vorgenommen werden kann.
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Die Erfassung füllgasbedingter Emissionen an dem Fülltrichter 6 führt nach Auswertung der Schwächung des Lichtstrahls zu einer entsprechenden Signalisierung im Prozessleitsystem der Koksofenanlage. Die ausgewerteten Messwerte werden in einem Datenspeicher bzw. einer Datenbank gespeichert. Bei zukünftigen Füllvorgängen werden die Drehzahl und/oder die Laufzeit der dem Fülltrichter 6 zugeordneten Förderschnecke 14 systematisch in Abhängigkeit von der bei einem früheren Füllvorgang gemessenen Intensität bzw. Schwächung des Lichtstrahls gesteuert und auf diese Weise füllgasbedingte Emissionen weitestgehend minimiert bzw. vermieden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, den Datenspeicher bzw. die Datenbank sowie die dem Motor 15 der Förderschnecke 14 zugeordnete Steuerung 33 ebenfalls auf dem Füllwagen 3 anzuordnen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die vorstehend beschriebene Emissionserfassung mit einer Kokskuchenprofilmessung kombiniert. Diesbezüglich wird nun auf die 5 und 6 Bezug genommen.
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5 zeigt eine Koksofenkammer 5, die mit Koks 26 gefüllt ist, und eine Koksüberleitmaschine 11 mit einer Wanne 11.1. Auf der Wanne 11.1 ist ein Sensor 27 angeordnet, der Mikrowellen über einen Hohlleiter 28 in die Wanne 11.1 der Koksüberleitmaschine 11 einleitet. Der Hohlleiter 28 dient sowohl zum Einleiten der Mikrowellen in die Wanne 11.1 der Koksüberleitmaschine 11 als auch zum Empfangen der am Koks 26 reflektierten Mikrowellen. Die Einleitung der Mikrowellen findet unmittelbar an der Öffnung der Koksofenkammer 5 statt, so dass beim Drücken des Kokses 26 durch die Druckstange 9.1 das gesamte Füllprofil der Koksofenkammer 5 mit dem Sensor 27 gemessen werden kann. Beim Druckvorgang wird der Koks 26 in den Löschwagen 12 gedrückt, welcher dann dem Löschturm zugeführt wird. Da der Koks 26 erst am Ausgang der Wanne 11.1 in den Löschwagen 12 gedrückt wird, hat der Koks im Eingangsbereich der Wanne 11.1, dort wo der Sensor 27 angeordnet ist, noch im Wesentlichen das Profil, welches in der Ofenkammer 5 während bzw. nach der Verkokung vorgelegen hat. Folglich wird mit dem Sensor 27 im Wesentlichen das Profil des Kokses in der Ofenkammer 5 bestimmt.
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In 5 ist ein Abschnitt eines Füllwagens 3 skizziert, der den jeweiligen Fülllöchern 4 zugeordnete Fördermittel aufweist. Über die Fördermittel 14, welche in der Regel mindestens eine steuerbare Förderschnecke aufweisen, kann die Geschwindigkeit des Befüllens des Koksofens 1 gesteuert werden.
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Über eine in 5 nicht dargestellte Steuerung können abhängig von dem gemessenen Profil und unter Berücksichtigung der Schüttparameter der verwendeten Kohle, die Verfahrensparameter für die Fördermittel 14 so eingestellt werden, dass sich in der Koksofenkammer 5 ein optimales Füllprofil zusammen mit einer maximalen Füllung der Koksofenkammer 5 ergibt. Dadurch, dass nunmehr die Möglichkeit besteht, abhängig von den Parametern der eingesetzten Kohle bzw. der eingesetzten Kohlemischung den Füllvorgang zu beeinflussen, kann die Füllmenge der Ofenkammern 5 der Koksofenanlage optimiert und deren Effizienz bzw. deren Durchsatz weiter gesteigert werden.
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Eine Messung der Füllhöhe der Koksofenkammer 5 während des Drückens durch die Druckstange 9.1 zeigt das in 6 dargestellte Diagramm, in welchem auf der y-Achse das Messsignal des Messsensors 27, welches proportional zur Höhe ist, dargestellt ist. Auf der x-Achse ist die Zeit aufgetragen. Deutlich erkennt man in der in 6 dargestellten Messung die Höcker 29, 30 und 31, die sich aufgrund der unterschiedlichen Schüttdichte und geringen Schwindens der Kohle während der Verkokung ausbilden und die eine nicht optimale Füllmenge der Ofenkammer 5 anzeigen. Die Ausbildung von Leerräumen zwischen beispielsweise Höcker 30 und 31, aber auch zwischen 29 und 30, weist auf eine nicht optimale Befüllung der Ofenkammer 5 hin. Man ist daher bestrebt, durch eine gezielte Steuerung der Befüllung der Ofenkammer 5 soviel Kohle in die Ofenkammer zu füllen, dass nach der Verkokung die Leerräume zwischen den Höckern weitestgehend vermieden werden und eine im Wesentlichen gleichmäßige Höhe des Kokskuchens in der gesamten Ofenkammer 5 erreicht wird.
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Der Maximalwert 32 stellt die Messung der Höhe der Druckstange 9.1 dar. Die Druckstange 9.1 wird in der Regel bei jedem Drücken des Kokses 26 gemessen und ermöglicht dabei eine besonders einfache Kalibrierung des Messsensors 27 mit jeder Messung. Nach entsprechender Kalibrierung kann die Füllhöhe des Kokses der gesamten Ofenkammer 5 und damit deren Füllmenge sehr exakt bestimmt werden.
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Große Vorteile bietet das erfindungsgemäße Verfahren sowie der erfindungsgemäße Füllwagen 3 sowie die erfindungsgemäße Koksofenanlage bei einer Koksofenbatterie mit einer hohen Anzahl an Koksöfen. Einerseits sind die Investitionskosten für die erfindungsgemäße Mess- und Steuerungstechnik relativ gering, da nur eine geringe Anzahl an Sensoren 17.1, 17.2 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.