CN108463536A - 用于动态装料焦炉的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

在焦炉中动态装料煤的系统和方法涉及焦化厂的运行和输出，所述系统和方法包括使用与控制系统连通的装料杆自动地装料焦炉以增加焦化厂的焦炭输出和焦炭质量的方法。在一些实施例中，所述控制系统能够使所述装料杆在水平第一方向、水平第二方向以及竖直第三方向上移动同时将煤装料到所述炉中。在一些实施例中，装煤系统还包括配置成扫描炉底以产生炉底轮廓和/或炉容量的扫描系统。与所述控制系统组合使用的所述扫描系统允许在整个装料过程中动态调平所述装料杆。在一些实施例中，所述装料杆包括加强板和支撑部件以增加所述装料杆的机械强度并且减少所述装料杆在远侧末端处的下垂。

Description

用于动态装料焦炉的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年12月28日提交的美国临时专利申请第62/271,963号的优先权益，所述申请的公开内容以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明技术大体上涉及与焦化厂的运行和输出相关的热回收焦炉中的动态装料。
背景技术
焦炭是用于熔化且减少在钢的生产中的铁矿石的固体碳燃料和碳源。在一个被称为“汤普森焦化过程(Thompson Coking Process)”的过程中，通过将粉煤分批供给到炉来产生焦炭，所述炉在受密切控制的大气条件下密封且加热到极高温，持续约四十八小时。已经持续多年使用焦炉将煤转化成冶金焦炭。在焦化过程期间，在受控温度条件下加热细碎煤以使煤脱掉挥发成分且形成具有预定孔隙率和强度的焦炭的熔体。
将煤粒或煤粒掺合物装料或装载到热炉中，并且在炉中加热煤。在装料过程期间由于炉的高温，煤供给过程必须使用输送机将煤粒水平地输送到炉中且提供细长煤层。由操作员手动控制的输送机从推进器侧开口进入炉，且当煤朝着炉的相对末端处的焦炭侧开口延伸时将煤装料到炉中。一旦输送机到达相对末端并结束装料所述层，输送机就从其进入的同一侧缩回退出炉。一旦装料了，炉就被密封且加热以形成焦炭。
以这种方式手动装料炉通常产生不平坦的煤层轮廓。更具体地说，煤层的相对末端通常将具有不同的材料厚度，其中在推进器侧开口附近的煤比在焦炭侧开口附近的煤具有明显更大的厚度。由于不平坦的层轮廓，在薄侧处的煤部分焦化得快得多且燃烧损失更高。以这种方式装料炉通常还导致焦炭质量不一致和炉装料不足，其中煤容量小于炉的装载的全部潜能。整体效应降低焦炭质量、焦炭输出和焦炭生产工厂的收益。
附图说明
参考随附图式描述本发明的非限制性和非穷尽性实施例(包括优选实施例)，其中除非另外说明，否则相似参考标号贯穿各个视图指代相似部分。
图1描绘根据本发明技术的推进器装料机的一个实施例的示意图。
图2描绘根据本发明技术在手动装料操作期间装料杆位置和装料压力的试验数据的曲线图。
图3描绘根据本发明技术的装料杆和焦炉的一个实施例的侧面俯视透视图。
图4描绘根据本发明技术的动态装料装煤系统的炉的方法的框图。
图5描绘根据本发明技术在自动装料操作期间装料杆位置和装料杆压力的试验数据的曲线图。
图6描绘根据本发明技术的耦接到装料杆的扫描系统的一个实施例的侧面俯视透视图。
图7描绘示出根据本发明技术的控制系统的各种输入和输出的示意图。
图8描绘根据本发明技术动态装料装煤系统的炉的流程图。
图9A-H描绘根据本发明技术在将煤装料到炉中时装料杆在各种位置处的实施例的侧面透视图。
图10A描绘根据本发明技术的图3中描绘的装料框的一个实施例的顶视平面图；图10B描绘根据本发明技术的具有滚轮的装料框的一个实施例的侧面俯视透视图。
图11A和图11B描绘根据本发明技术的由加强板和RIB支撑部件支撑的交叉支架的一个实施例的侧面仰视透视图。
图12描绘根据本发明技术的装煤系统的装料框和装料头的一个实施例的正面透视图。
图13描绘根据本发明技术的装料头的一个实施例的侧视正视图。
图14描绘根据本发明技术的挤出板的一个实施例的正面透视图。
图15描绘根据本发明技术的挤出板的一个实施例的侧面透视图。
图16描绘根据本发明技术的装料头的一个实施例的前视正视图，且进一步描绘在煤层装料操作中使用和不使用根据本发明技术的挤出板时煤层密度中的差异。
图17描绘在不使用根据本发明技术的挤出板的情况下装料煤层时相比于煤层长度的煤层密度的曲线图。
图18描绘在使用根据本发明技术的挤出板的情况下装料煤层时相比于煤层长度的煤层密度的曲线图。
具体实施方式
本发明技术大体上涉及提高焦炉的煤处理速率的方法。本发明技术的一个方面是研发用于装料杆的控制系统以动态装料炉，以便使炉容量、焦化过程、制造产率以及焦炭质量最佳化。控制系统允许以更加均一密度装料每一炉，所述更加均一密度引起炉中的均一温度分布并且更好地控制焦化周期时间。在一些实施例中，装煤系统包括装料杆，其与配置成自动地移动所述装料杆的控制系统连通。装料杆的自动移动可以基于维持稳定的装料压力(例如链压力)而同时将煤装料到炉中，或根据炉轮廓来装载炉。本发明技术的另一方面是研发动态调平器系统。在一些实施例中，控制系统可配置成自动地调节装料杆的竖直高度以在整个装料过程中维持初始装料高度或装料杆所需的高度。本发明技术的另一方面是研发结合控制系统使用的扫描系统。在一些实施例中，扫描系统耦接到装料杆且定位成扫描炉底以确定用于焦化的炉容量和/或炉底轮廓。使用所确定的炉容量和/或炉底轮廓，控制系统配置成自动地调节其垂直位置同时将煤装料到炉中。本发明技术的又一方面是当推进器杆在焦炭已焦化之后从炉中移除焦炭时由推进器杆确定炉底轮廓。本发明技术的又一方面是强化装料杆以减少装料杆的远端的下垂量。在一些实施例中，使用加强板、RIB支撑部件以及滚轮的组合强化装料框。
下文参考附图描述本技术的若干实施例的具体细节。在以下公开内容中尚未阐述描述通常与推进器系统、装料系统以及焦炉相关联的熟知结构和系统的其它细节，以避免不必要地混淆本技术的各种实施例的描述。附图中展示的细节、尺寸、角度、空间定向以及其它特征中的多种仅说明本技术的特定实施例。因此，在不脱离本发明技术的精神或范围的情况下，其它实施例可具有其它细节、尺寸、角度空间定向以及特征。因此，所属领域的普通技术人员将相应地理解，本技术可以具有其它实施例，所述其它实施例具有另外的元件；或者本技术可以具有其它实施例，所述其它实施例不具有下文参考附图所示且描述的若干特征。
图1描绘推进器装料机(pusher charger machine；PCM)100的一个实施例，所述推进器装料机包括操作员驾驶室116、器械壳体106、主要功率传输110、主框架114、推进器杆102、起门机104以及液压系统108。根据本公开的方面，PCM 100通常用于多种不同操作，包括移除和替换煤侧炉门、从炉中推动一批装料的焦炭、脱碳所述炉或将煤装料到炉中。根据一个实施例，随着PCM 100沿着在炉组前方延伸到指定炉的一组轨道移动，PCM操作序列开始。PCM 100使其装煤系统与炉对准，且使用起门机104从所述装煤系统移除推进器侧炉门。随后PCM 100移动以使PCM 100的推进器杆102与炉中心对准，且向推进器杆102供能以从炉内推动焦炭。PCM 100再次移动以使装煤系统与炉中心对准，且由自动倾卸输送机将煤传递到PCM 100的装煤系统。装煤系统接着将煤装料到炉内。装料输送机随后从其插入的同一侧从炉中缩回。最后，PCM 100的起门机104替代并闩锁推进器侧炉门。或者，可使用单独推进器设备和装料设备。
本发明技术的若干实施例涉及将煤装料在炉中以实现每一炉中的煤的恒定厚度和恒定密度。其它实施例涉及将煤装料在炉中以在每一炉中获得最大量的煤。因此，详细地描述装料步骤以更好地了解如何改进炉的装料。关于先前所描述的装料步骤，在PCM100从炉中推出焦炭之后，PCM 100将调整向右且使装煤系统与炉对准。根据一个实施例，一旦对准完成，那么代用门将延伸到炉中且装料杆移动到炉中。例如输送机或装料链的装料传递装置正向移动以将煤从中倾卸车传递到PCM上的料斗且最终到代用门上。由例如装料杆上的链的传递装置来将煤装料到炉中。随着煤装料到炉中，煤水平和炉内的水平开始增加。操作员可监视和使用装料杆的感测装料压力(例如链压力)，其作为在装料杆的给定位置处装料到炉中的煤量的指示。随着装料压力增加，操作员可通过将装料杆从炉的推进器侧开口朝着炉的焦炭侧开口手动地移动来减少装料压力和/或将装料压力维持在所需压力下。通过操作员在操作员驾驶室116中控制例如操纵杆来手动地控制装煤操作。
图2展示操作员手动地装料炉的示范性过程趋向。线220指示随着装料杆从炉的推进器侧朝着焦炭侧移动的装料杆的位置。线230指示随着装料杆从炉的焦炭侧朝着推进器侧移动的装料压力。如所示，当装料杆开始用煤装料炉时，装料杆在炉内移动约5-15英尺到初始位置。同时在这一初始位置中，开始生成装料压力。线220的轻微降低(在点202与206之间)展示由于增加的装料压力导致由链拉力拉回而使装料杆向后偏移。一旦装料压力积累到预定压力，操作员就开始使装料杆朝着炉的焦炭侧开口移动同时装料炉206。将煤装料到炉中直到装料杆大致到达炉210的末端为止。在这一装料时间段期间，操作员尝试使装料压力大致维持在预定设定点。然而，在整个装料中，装料压力230剧烈波动，如208周围的时间段所示。除了由操作员手动操作装料杆以外，在装料过程中还存在可改变装料压力的若干因素，包括炉底上的碳水平不一致、装料杆的偏斜和下垂、煤湿度以及炉装料重量不一致。
图3是根据本发明技术的实施例配置的装煤系统300的示意图。装煤系统300可包括多个水平焦炉304、装料杆302以及控制系统340。装料杆302包括近端部分316以及包括竖直定向的装料杆头324的远端部分314。装料杆302还包括竖直定向的相对侧318，其横跨在装料杆302的近端部分316与远端部分314之间且限定装料杆302的长度。
每一炉304包括推进器侧开口306、与推进器侧开口306相对的焦炭侧开口308以及一起限定炉底312的相对侧壁310。每一炉304具有与炉底312相对的炉顶。炉304的推进器侧开口306是装料杆302的远端部分314大体上进入炉304以将煤装料到炉底312上所通过的侧。多个炉304可包括水平焦炉的任何组，包括例如热回收和非热回收炉。在一些实施例中，炉底312大体上平坦，如图3中所描绘。在其它实施例中，炉底312将不是平坦的且可包括倾斜表面(即向上、向下或向侧面倾斜)、谷(valley)、凹陷(divot)或积累的碳材料。位于炉底312方的烟道也可影响炉底312的不平坦性。
根据本公开的一个实施例，装煤系统300还包括可旋转地环形输送机系统330，其可操作地耦接到装料杆302且用于将煤装料到炉304中。输送机系统330包括耦接到齿轮336的链及飞行机制332，所述齿轮336可旋转地安装到装料杆302的相对侧壁318中的每一个。随着输送机系统330将煤装料到炉304中，煤开始积累达到输送机系统330的较低水平且最终接触输送机系统330的链332。这一接触在输送机系统330上产生牵引力，所述牵引力引起可被称作装料压力(例如链压力)的力。可由压力传感器确定装料压力，所述压力传感器耦接到装料杆302且用来隐含识别在装料杆302的给定位置处有多少煤已装料到炉中。
装煤系统300还包括控制系统340，其与装料杆302连通且用于控制装料杆302移动进出炉304。控制系统340还用于控制并且与输送机系统330连通。控制系统340允许操作员从远程位置控制PCM的方面。控制系统340和/或下文所描述技术的许多实施例可采用计算机可执行指令的形式，包括由可编程计算机执行的例程。举例来说，控制系统340还可包括以下的组合：监控与数据采集(supervisory control and data acquisition；SCADA)系统、分散控制系统(distributed control systems；DCS)、可编程逻辑控制器(programmable logic controllers；PLC)、控制装置以及配置成处理计算机可执行指令的处理器。相关领域的技术人员应理解，本技术可在除本文中所描述的计算机系统以外的计算机系统上实施。本技术可实施于专用计算机或数据处理器，其经专门编程、配置或构建成执行下文所描述的计算机可执行指令中的一个或多个。因此，如大体上本文中所用的术语“控制系统”和“计算机”指代任何数据处理器。由这些计算机处理的信息可呈现在任何合适的显示媒体上，包括CRT显示器或LCD。
本技术还可在分布式环境中实施，其中任务或模块由通过通信网络链接的远程处理装置执行。在分布式计算环境中，程序模块或子例程可位于本地存储器存储装置和远程存储器存储装置中。下文所描述的本技术的方面可存储或分布在计算机可读媒体上以及经由网络以电子方式分布，所述计算机可读媒体包括磁性或光学可读取或可移动计算机磁盘。特定于本技术的方面的数据结构和数据的传输也包涵在所公开技术的特定实施例的范围内。
在本申请中，控制系统340配置成使装料杆302(1)在大体上沿着z轴350的第一方向上在炉的焦炭侧开口308与推进器侧开口306之间，(2)在大体上沿着x轴354的第二方向上在炉304的相对侧壁310之间，(3)在大体上沿着y轴352的第三方向上在炉底312与定位成与炉底312相对的炉304的顶部之间自动地移动。控制系统340还可配置成使装料杆302在围绕z轴350大体上可旋转第四方向356上自动地移动，使装料杆302以顺时针或逆时针方向扭转，使得当扭转装料杆302时，装料杆302的相对侧壁318中的一个位于比相对壁318中的另一个更高或更低。在一些实施例中，控制系统340还可配置成使装料杆302在围绕x轴354大体上可旋转第五方向358上自动地移动，使得装料杆302的远端314可成角度向上远离炉底312，或朝着炉底312向下。在一些实施例中，装料杆的自动移动至少部分地通过由输送机系统经受的装料压力来确定。下文更详细地描述控制系统340的细节。可使用可操作地耦接到装料杆302且与控制系统340连通的驱动系统来实现在这些方向上移动装料杆302。驱动系统可包括液压驱动、电动驱动、螺杆驱动或如所属领域中已知的其它动力驱动器。
图4是根据本技术的实施例的动态装料装煤系统的方法400的框图。在框402处，方法400包括将装料杆定位在焦炉的初始装料位置处。在一些实施例中，初始装料位置包括至少一个x坐标位置和z坐标位置(即在水平方向上)。在其它实施例中，初始装料位置可包括仅y坐标位置(即在竖直方向上)，或除了x坐标位置和z坐标位置以外还包括y坐标位置。将装料杆定位在初始装料位置处还可充当必须符合于控制系统340以继续进行到步骤404并且开始执行装料炉304的自动功能的前提条件。定位装料杆302还可包括将装料杆302锁定在初始装料位置以防止装料杆302朝着推进器侧开口306反向移动。
在框404处，方法400包括通过输送机系统330在初始装料位置处将煤装料到炉304中。将煤装料到炉中包括将煤装载到炉底312上以及形成煤饼，所述煤饼对输送机系统330施加装料压力。在一些实施例中，在锁定机制从初始装料位置解除装料杆之前，装料压力可能需要达到大于1700psi的预设锁定压力。在其它实施例中，在锁定机制解除之前，锁定压力可能需要积累到3000psi或更高。值得注意的是，控制系统可编程成一旦达到预设锁定压力就自动地解除锁定机制。
在框406处，方法400包括使用控制系统340自动地移动装料杆302而同时将煤装料到炉304中。使用控制系统340可包括使用对控制系统340的输入来动态装料炉304。对控制系统340的输入可包括下文参看图7所描述的那些。自动地移动装料杆302可包括自动地对输入作出反应而无需由操作员手动干预，或除了由操作员手动干预以外还自动地对输入作出反应。如先前所提及，移动装料杆302可包括在以下中的至少一个上移动装料杆302：(1)大体上沿着z轴350的第一方向在炉的焦炭侧开口308与推进器侧开口306之间，(2)大体上沿着x轴354的第二方向在炉304的相对侧壁310之间，(3)大体上沿着y轴352的第三方向在炉底312与定位成与炉底312相对的炉304的顶部之间，(4)围绕z轴350大体上可旋转第四方向356，以及(5)围绕平行于x轴354且定位在装料杆302的近端316处的轴大体上可旋转第五方向358。因此，装料杆302可旋转使得在旋转状态中远端314可定位成高于或低于装料杆302的对应近端315。
在框408处，方法400包括将装料压力维持在预设操作范围内直到炉完全装料为止。在一些实施例中，装料压力的预设操作范围将设定在2000psi到3500psi之间，然而在其它实施例中，预设操作范围将设定为在2300psi到2900psi之间。在另外其它实施例中，预设操作范围将甚至更窄地设定为在2500psi到2700psi之间。维持装料压力可包括通过将装料杆固定在给定位置中以积累装料压力、在给定方向上移动装料杆以减少装料压力或改变装料杆的速度的速率来维持装料压力。在其它实施例中，装料压力将维持在由操作员输入的单一设定点。
图5描绘根据本发明技术的装料杆位置520和装料杆压力530的试验数据的曲线图500。如所示，曲线图500描绘在使用控制系统340自动装料炉期间装料压力如何相对于装料杆位置(在Z方向350上)变化。与上文参看图2所描述的方法一致，一旦PCM100将焦炭从炉304中推出，PCM就使装煤系统与炉304对准。此时，可液压地调节(即升高或降低)装料杆302的调平器设定。一旦设定水平，代用门和装料杆302就将延伸到炉304中。在点502处，装料杆302移动到炉中且在初始装料位置处停止以积累装料压力。在一些实施例中，装料杆302将通过锁定机制锁定到这一初始装料位置中，所述锁定机制以机械方式将装料杆302耦接到PCM 100。这一锁定机制可防止在装料炉时装料杆302朝着推进器侧开口306反向移动，如先前图2中所示。如步骤504所示，当处于这一初始位置时，煤装料到炉底312上同时装料杆是稳定的且装料压力开始积累。
一旦达到预设装料压力，控制系统340就解除锁定机制且开始自动地移动装料杆302。装料杆302从第一位置移动到后续第二不同位置的每一实例，装料压力将减少并且随后一旦煤水平在第二位置处积累就相继地增加。如先前所提及，装料压力由控制系统340使用作为在装料杆302的特定位置处将多少煤装料到炉312中的隐含量度。在这个实施例中，这一压力改变是因为第二位置(无论是朝着焦炭侧开口或相对侧壁中的一个还是远离炉底)是具有比存在于第一位置的煤积累量更少的煤积累量的炉位置。这一移动由装料杆位置的逐步形状指示，如步骤506所示。如步骤508所示，由于控制系统响应于装料压力变化而不断调节装料杆位置，因此在这一装料周期期间维持大体上稳定的装料压力。
与图2中所展示的可变装料压力相比，图5中所示的稳定装料压力也由于控制系统所具有的其它固有优点而由操作员手动控制。举例来说，控制系统340可包括例如滤波或比例-积分-微分(proportional-integral-derivative；PID)控制的参数以更好地预测和调节以改变装料压力。控制系统340也可基于先前装料的那些炉特定地编程以用于特定炉。步骤510指示装料杆302到达炉304的末端且朝着炉304的推进器侧开口306缩回。随着装料杆302朝着炉304的推进器侧开口306缩回，装料压力降低。
虽然图5的装料杆位置520大体上指代其沿着z轴350的水平位置，但是对装料杆302沿着x轴354和y轴352的移动应用相同原理。举例来说，沿着x轴354或y轴352从第一位置到后续第二不同位置的移动将以类似方式减少装料压力，并且随后一旦煤水平在第二位置处积累，就相继地增加装料压力。
值得注意的是，装料压力仅是可用来确定在给定位置处已装料到炉304中的煤量的一个量度。实际上，由装料炉304而产生的结果任何例如压力或重量的反作用力或例如体积或高度的装料尺寸也可用作确定装料的煤量的量度。举例来说，在其它实施例中，还可使用电信号(例如电源、电压、电流等)、光信号(例如激光)、视觉信号(例如相机)或无线电波(例如雷达)来替代或补充装料压力。
图6是根据本发明技术的实施例配置的装煤系统的另一示意图。图6具有大体上与上文所描述的图3的特征类似的许多特征。值得注意的是，图6包括以机械方式耦接到装料杆302且与控制系统340电连通的扫描系统342。在一些实施例中，扫描系统342可替代地安装到装料头324或装料杆框架320。在另外其它实施例中，扫描系统342也可安装到除装料杆302以外的PCM 100的结构。举例来说，扫描系统342可安装到推进器杆102或查看炉底304的任何其它结构。
扫描系统342可包括能够捕捉图像或为位置指定标记的任何装置。在一些实施例中，扫描系统342将包括能够捕捉炉底312的2-D或3-D图像的相机。这些相机可包括UV相机、红外相机、高速相机或包括所属领域中已知的不同光谱的其它相机。扫描系统342还可包括扫描炉302和炉底312以确定因不平坦炉底312引起的异常或材料的多个激光或雷达。
扫描系统342的优势中的一个是产生实时装载图，其可用来确保在整个炉304中以恒定厚度装料炉304。整个炉304的厚度恒定，确保焦炭质量最大化。值得注意的是，煤层的厚度测量为从所装料的煤的顶部到所装料的煤的底部的差，且不必从所装料的煤的顶部到炉底312的底部来测量。举例来说，如果一部分剩余焦炭保留在炉304中，那么所述部分所测量的厚度是从碳材料的顶部到定位成紧接在剩余焦炭上方的碳材料的底部的差。因此，扫描炉304可允许装煤系统定位炉底312的不平坦部分且主动地调节炉304的装载方案。举例来说，当装载具有积累材料的一部分的炉304时，控制系统312可主动地在所述部分中在竖直方向352上调节装料杆302以确保在整个炉304中厚度均一。扫描系统342的另一优势是产生实时装载图，其可用来确保以变化的厚度装料炉304以使装料到炉中的煤的量最大化。下文参看图6描述这一特征。
如图6的实施例中所示，扫描系统342可投影虚拟网格344到炉底312上。这一虚拟网格344可将炉底312的每一部分分类到x-z坐标区域或x-y-z坐标区域中。举例来说，网格344可将炉底312划分和表征为多个部分346，使得网格344的每一部分346与炉底312的实际位置对应。每一部分346可随后用于定位炉底上的剩余材料360(例如煤、焦炭、熔渣、煤测试盒等)的相对位置。图6中的虚拟网格344由包含42个单独部分346的7×6尺寸表示。在其它实施例中，虚拟网格344也可由包含多个更多部分(即大于500)的尺寸表示，以获得炉底上的材料360的更精确相对位置。
在一些实施例中，扫描系统342配置成扫描炉底312以确定任何积累(即剩余材料360)或炉底上的不平坦性。由扫描系统342的每一扫描可产生特定炉的炉容量、炉底轮廓和/或炉轮廓。在其它实施例中，也可在没有扫描系统的情况下确定炉容量、炉底轮廓和/或炉轮廓。举例来说，也可以使用从炉304中推动焦炭的推进器杆102来建立炉底轮廓。当推进器杆102将所装料的焦炭从炉304的推进器侧开口306朝着炉304的焦炭侧开口308推动时，推进器杆102经受至少部分地基于所装料的焦炭层的高度和/或重量的阻力，其中更高阻力隐含地指示在特定位置处的所装料焦炭层更厚。可由例如液压或电信号中的变化反映的变化阻力可随后用于产生炉轮廓，所述炉轮廓待由控制系统340使用以动态地改变装料杆302的高度，如上文所描述。
除了由推进器杆102经受的阻力以外，推进器杆102上还可包括自动调平系统。推进器杆102可在任何方向上(即沿着x-y-z轴中的任一个)动态地移动，并具有定位在推进器杆后方且与炉底312接触的滑靴。因此，炉底轮廓可经捕捉并且随后转移到控制系统340以供在后续炉装料期间使用。
炉容量表示对于单一周期对可装料到炉中的煤的量的评估。可通过使用炉底312的扫描来计算炉容量，以确定炉底312由积累覆盖的表面面积并且随后评估与表面面积相关联的体积。这一评估的体积可随后从特定炉的设计炉容量中减去。
炉底轮廓定量炉底312中的变化。除了考虑剩余积累以外，炉底轮廓还可考虑可影响炉底312的变化或不平坦性的持久性积累、炉构建变化、沟槽、谷、凹陷等。在确定不平坦区域且为那些区域指定位置之后，炉轮廓可使用例如虚拟网格346产生实时装载图，其可随后用于提供装料杆302在后续装料期间在每一部分处所需要的高度。扫描系统342因此允许控制系统340动态地装料炉304，使得煤层的厚度始终恒定。举例来说，在装料炉304之前，扫描系统342可扫描炉底312且确定沿着x-y坐标区域的任何部分是否具有剩余碳量。如图6的实施例中所示，将部分A3和C4中剩余焦炭的面积和位置翻译到控制系统340。在后续装料期间，当系统在特定x-y坐标处装料炉304时，控制系统340可考虑x-y坐标以调节其竖直移动和/或花费的持续时间。主动地而非仅被动地(例如响应于装料压力)调节这些参数可进一步有助于以恒定厚度和均一密度装料每一煤层。
除了扫描炉底312以外，扫描系统342也可用于扫描整个炉304以产生炉轮廓。这可有助于确定其它机会以将额外煤装料到炉304中以及在每一炉周期获得最大量的焦炭。举例来说，一些炉具有连接到炉底312下方的烟道的导管(即，下导管)，所述导管存在于炉304的相对侧壁310中的一个或两个上。这些下导管具有开口，所述开口通常大致位于炉304的侧壁310的中间位置。如果所装料的煤的水平比这些开口端更高，那么煤可掉落到下导管且堵塞所述下导管。扫描系统342可用来识别这些下导管所在的位置以及这些下导管不在的位置。通过让控制系统340知晓这些位置以及为控制系统340翻译这些位置，控制系统340可避免将煤装料到与下导管的开口相邻的离散区域中，并且可将额外煤装料到不与下导管的开口相邻的那些区域中。在这种情况下，“相邻”是指围绕下导管的开口的其中所装料的煤将掉落到下导管的开口中的区域。因此，基于由扫描系统342提供的炉轮廓，可通过将额外煤装料到不与下导管的开口相邻的区域中来装料炉304以使其炉容量最大化。
扫描系统342也可用于在已装料炉304之后为炉304产生炉轮廓。举例来说，一旦炉304完全装料，装料杆302就朝着推进器侧开口306缩回且退出炉304以开始装料后续炉。在一些实施例中，扫描系统342可在装料杆302退出炉304之后且在其开始装料后续炉之前产生炉轮廓。这一炉轮廓表示实际炉轮廓，包括炉304内的煤的水平或厚度，并且可用来调节用于在后续装载中装料特定炉的方法。举例来说，通过知晓在装料炉304之前的炉底轮廓以及在装料炉304之后的实际炉轮廓，操作员可不断调节用于装料的方法并且知晓调节是否产生改进。根据额外实施例，炉304可多次装料以用于单次焙烧炉304。举例来说，控制系统340可配置成扫描炉304以产生第一炉底和/或炉轮廓、基于炉底和/或炉轮廓装料炉304、缩回装料杆302、重新扫描炉304以产生第二炉轮廓，以及将额外煤装料到炉304中以确保煤在整个炉304中具有恒定厚度或使炉304中的煤量最大化。扫描系统342也可用于为炉304且在其已焦化之后产生炉304的炉轮廓。
图7描绘示出根据本发明技术的控制系统340的各种输入702和输出704的示意图。输入可包括装料杆位置706、装料压力708、炉装料重量710、炉底轮廓712、预设操作压力范围714、预设操作装料压力716、初始装料位置718以及炉轮廓720。使用这些输入702，控制系统340可具有多个输出704，包括接合/解除锁定机制720、调节在水平第一方向724上的装料杆位置、调节在水平第二方向726上的装料杆位置、调节在竖直第三方向722上的装料杆位置、调节在可旋转第四和/或第五方向728上的装料杆位置、开始和/或停止通过输送机系统730装料煤，以及调节通过输送机系统732装料煤的速率。输入702和输出704的这一清单并不意味着涵盖所有，如存在控制系统340的各种其它输入和输出。每一输入702和输出704还可表示来自多个来源的输入。举例来说，炉底轮廓输入712可表示来自扫描系统342或推进器杆102阻力的输入，如上文所描述。另外，每一输入702可表示控制系统340的多个输入。举例来说，炉轮廓输入720可具有尚待装料的炉304的第一炉轮廓输入、已装料的炉304的第二炉轮廓输入，以及已装料且焦化的炉304的第三炉轮廓输入。另外，每一输入702可与多个输出704对应。举例来说，炉底轮廓输入712可能影响在竖直方向上的装料杆位置722、在水平方向上(正面对后面)的装料杆位置724，以及在水平方向上(侧面对侧面)的装料杆位置726。
图8描绘根据本发明技术的动态装料装煤系统的炉304的方法的流程图。方法800在决策框802处开始，其中控制系统340确定装料杆302是否定位在初始装料位置处。如先前所描述，初始装料位置可与沿着x-z坐标的特定位置和/或沿着y坐标的特定位置对应。这一初始装料位置通常将由操作员设定。举例来说，在一些实施例中，初始装料位置可超出炉304的推进器侧开口306约五英尺。如果控制系统340确定装料杆302不处于初始装料位置，那么过程继续到框804，其中控制系统340将装料杆302移动到初始装料位置。一旦系统确定装料杆302处于初始装料位置，方法就前进到框806且接合锁定机制以将装料杆302锁定在其初始装料位置中。接下来，控制系统340前进到框808以开始将煤装料到炉304中。如先前所描述，随着煤装料到炉304中，装料压力开始生成。在决策框810处，控制系统340确定装料压力是否高于预设装料压力。如先前所提及，预设装料压力将由操作员设定，并且在一些实施例中将设定为2300psi。如果如由控制系统340确定的当前装料压力高于预设装料压力，那么控制系统340可以自动地解除锁定机制。如果当前装料压力并不高于预设装料压力，那么控制系统340可以不自动地解除锁定机制。
一旦锁定机制解除，方法800就前进到决策框816，其中控制系统340确定装料压力是否高于预设操作装料压力。在一些实施例中，预设操作装料压力将等于或略微高于预设锁定装料压力。如果如由控制系统340确定的当前装料压力并不高于预设操作装料压力，那么控制系统340可维持其当前位置并且等待装料压力继续积累。如果当前装料压力高于预设操作装料压力，那么控制系统340可使装料杆302大体上朝着炉304的焦炭侧开口308自动地移动。使装料杆302朝着焦炭侧开口308移动还可包括使装料杆302朝着炉304的相对侧壁310移动，或使装料杆远离炉底312移动。随着控制系统340自动地移动装料杆302，决策框822确定炉304是否完全装料。如果装料杆302定位在靠近炉的焦炭侧开口308的设定位置处，那么控制系统340可确定炉304完全装料。这一位置可以由操作员手动输入或由控制系统340自动地确定。如果控制系统340确定炉304完全装料，那么方法结束。如果控制系统340确定炉304并未完全装料，那么控制系统340返回决策框816之前以确定如由控制系统确定的装料压力是否高于预设操作装料压力。
图9A-H描绘根据本发明技术在将煤394装料到炉304中时装料杆302在各种位置处的侧面透视图。更具体地说，图9A-D示出装料杆随着装料杆302的远端314朝着炉304的焦炭侧开口308移动而下垂(即S1和S2)的影响以及控制系统340的动态调平能力可如何解决这一问题。如图9A中所示，装料杆302在初始装料高度h处进入炉304的推进器侧开口306，并且开始将煤394装料到炉304中。图9B展示在朝着焦炭侧开口308进一步前进之后的装料杆302。值得注意的是，随着装料杆302的远端314进一步延伸远离装料杆302的近端316处的结构支撑(未示出)，装料杆302的远端314开始下垂S1，且降低低于初始装料高度h。因此，煤384装料低于初始装料高度h。图9C展示随着装料杆302的远端314又进一步延伸到炉304中的额外下垂S2。图9D展示装料炉轮廓的通用侧面透视图。值得注意的是，焦炭侧开口308处的煤层384厚度明显小于推进器侧开口306处的煤层厚度。
图9E-H展示控制系统340的动态调平器能力会如何影响炉轮廓。图9E，与图9A类似，展示装料杆302在初始装料高度h处进入炉304的推进器侧开口306且将煤394装料到炉302中。随着装料杆302朝着焦炭侧开口308前进，动态调平器系统自动地升高装料杆302的远端314以解决预期的装料杆下垂(即，S1和S2)且将装料杆302的远端314维持在初始装料高度h处。如图9F中所示，装料杆302在特定装料杆位置处升高等于下垂S1的高度。在一些实施例中，控制系统340的动态调平器能力可由与确定装料杆302的远端314的高度的控制系统340连通的传感器(未示出)来确保装料杆302的远端314在初始装料高度h处或附近。在其它实施例中，装料杆302在每一展开位置处的下垂(即S1和S2)在装料开始之前是已知的且编程到控制系统340中。图9G展示另一展开位置处的装料杆302，其中控制系统340的动态调平器能力已将装料杆302的近端316升高等于下垂S2的高度以将装料杆302的远端314维持在所述初始装料高度。图9H展示在推进器侧开口306与焦炭侧开口308之间具有恒定厚度的炉轮廓的理论侧面透视图。
值得注意的是，当装料杆302从炉朝着炉304的推进器侧306缩回时，也可利用控制系统340的动态调平器能力来调节装料杆302的高度。随着装料杆302缩回，可升高装料杆302以清理煤或调节装料杆302以接触煤，使得用装料杆302拖回煤以进一步帮助将煤均匀地分布在炉上或以进一步使待装料的煤量最大化。在一些实施例中，也可在装料杆302的缩回期间利用用于装料炉304的炉轮廓和/或炉容量，以进一步使每一炉304的装料最佳化。在下文参看图12-16进一步详细论述装料杆302的缩回。
如先前已描述，使焦炉中的动态装料最佳化的一个方法是使用自动炉装料控制系统、扫描系统和/或动态调平器系统。使装料最佳化的另一方法是以机械方式增强装料杆以减少装料杆的下垂。接下来参看图10A和10B，装料杆框架320包括多个水平地定向交叉支撑支架322，其以机械方式耦接到装料杆302的相对侧318。装料杆302本身连接到近端316处的PCM 100且由近端316处的PCM 100支撑，而远端314是自由浮动的。因此，支撑支架322的一个用途是维持整体装料杆302的结构完整性。支撑支架322可定位成与装料杆302的竖直定向侧面318垂直或成对角线。在一些实施例中，每一支撑支架322可具有类金刚石形状且布置成使得支撑支架322的上部部分388和下部部分386表示金刚石的顶部点和底部点。值得注意的是，支撑支架322连接到装料杆302的侧面的内部表面376，并且并不穿过装料杆322的相对侧318的外部表面378。支撑支架322还可包含空心梁，并且包括钻孔到每一支撑支架322的下部部分386中的孔开口390(图11A)。这是为了确保液体(例如水)和气体不滞留在支撑支架322内。根据本公开的其它方面，自动炉装料控制系统、扫描系统和/或动态调平器系统可与以机械方式加强装料杆结合以进一步使炉中的煤数量、煤密度或煤均一性最大化。
如图10A中所示，装料杆302还包括附接到装料杆302的近端316的锁定机制348。锁定机制348可包括单一凸形或凹形耦接件或一对凸形或凹形耦接件，所述凸形或凹形耦接件以机械方式耦接到附接到PCM 100的稳定结构的对应耦接件。如先前所描述，锁定机制348可防止在初始装料过程期间装料杆302朝着炉304的推进器侧开口306反向移动。
图10B描绘根据本发明技术的具有滚轮386的装料框320的一个实施例的侧面俯视透视图。滚轮386附接到装料杆302的相对侧318的上部部分328和下部部分326。滚轮386控制且帮助以机械方式固定装料杆302的远端314。因此，在两个相对侧318的上部部分328和下部部分326上添加多个滚轮可进一步在延伸时减少装料杆302的下垂。
随着远端302进一步延伸远离PCM 100的结构支撑，每一支撑支架322提供额外结构支撑以进一步限制装料框320的下垂。为进一步限制这一下垂，额外结构支撑件可耦接到交叉支撑支架322的每一端。图11A和11B描绘根据本发明技术的由加强板370和RIB支撑部件380支撑的交叉支架322的侧面仰视透视图。每一加强板370定位在相应交叉支撑支架322的末端与装料杆302的侧318之间。因此，加强板370包覆每一支撑支架322的末端的至少一部分。因此，由金刚石支撑支架的上部部分388和下部部分386的装载产生应力分布在加强板370的较大区域上。加强板370包括以机械方式耦接(例如焊接)到交叉支撑支架322的内部对向表面372，以及相对于内部对向表面372且粘附到装料杆302的一侧的外部对向表面374。加强板370可由任何碳-钢或金属材料形成。在一个实施例中，加强板可具有在24-30英寸之间的总长度、在8-14英寸之间的高度以及在1/2-1英寸之间的厚度。在其它实施例中，这些尺寸可依据支撑支架322的末端和装料杆302的侧壁310的表面面积而变化。
RIB支撑部件380还包括为每一交叉支撑支架322提供额外机械支撑。具体地说，金刚石形支撑支架322和到装料杆302的侧壁318的耦接布置在支撑支架322的下部部分386或底部拐角处产生额外重量。RIB support 380有助于分布装载且增加区域的焊缝长度。每一RIB支撑部件380因此定位在支撑支架322的下部部分386处，使得RIB支撑部件380的第一表面382以机械方式耦接到加强板370的内部对向表面372，并且支撑部件380的第二表面384以机械方式耦接到支撑支架322的下部部分386。RIB支撑部件380可由与加强板370的材料类似的材料形成。
在测试安装的加强板370期间获取数据，并且RIB支撑部件380指示由支撑支架322经受的应力的量显著增加。举例来说，在没有加强板370或RIB支撑380的情况下，在靠近支撑支架322的下部部分386的装料杆302的相对侧壁318的内部表面372处显现的最大应力高达3400psi。在具有加强板370的情况下，支撑支架322的下部部分386处呈现的最大应力下降到约1740psi，且在具有RIB支撑380的情况下进一步下降到约1665psi。在靠近支撑支架322的下部部分386的装料杆302的相对侧壁318的外部表面378处的类似测试展示最大应力在没有加强板370或RIB支撑380的情况下为5000psi，在具有加强板370的情况下为3585psi并且在具有加强板370和RIB支撑380的情况下为3530psi。在多个实验分析测试中，最大应力下降约40％的改进为一致的。
图12描绘根据本发明技术的装煤系统的装料框320和装料头604的一个实施例的正面透视图。在各种实施例中，装料头604由平面主体614限定，具有上部边缘部分616、下部边缘部分618、相对侧部分620和622、正面624以及后向面626。在一些实施例中，主体614的绝大部分存在于装料头平面内。这并非表明本发明技术的实施例将不提供具有占据一个或多个额外平面的方面的装料头主体。在各种实施例中，平面主体由多个管形成，所述管具有正方形或矩形横截面形状。在特定实施例中，所述管具有六英寸到十二英寸的宽度。在至少一个实施例中，所述管具有八英寸宽度，这表明在装料操作期间对翘曲的明显阻力。相对于装料头604描述的许多特征可与上文所描述的装料头324共享。
装料头604的各种实施例包括一对相对的翼形部628和630，所述相对的翼形部成形为具有自由端部分632和634。在一些实施例中，自由端部分632和634定位成间隔开的关系，从装料头平面向前。在特定实施例中，取决于装料头604的大小和相对的翼形部628和630的几何形状，自由端部分632和634从装料头平面向前间隔开六英寸到24英寸的距离。在这一位置中，相对的翼形部628和630限定从相对的翼形部628和630向后穿过装料头平面的开口空间。当这些开口空间的设计在大小上增大时，更多材料分布到煤层的侧面。当这些空间制得较小时，较少材料分布到煤层的侧面。因此，本发明技术是可调适的，因为能根据焦化系统不同而呈现特定特征。
在一些实施例中，例如图13A-13C中所描绘，相对的翼形部628和660包括从装料头平面向外延伸的第一面636和638。在特定实施例中，第一面636和638以四十五度角从装料平面向外延伸。可以根据装煤系统300的特定预定用途增大或减小第一面从装料头平面偏离的角度。举例来说，取决于在装料和调平操作期间预期的条件，特定实施例可以采用十度到六十度的角度。在一些实施例中，相对的翼形部628和630进一步包括第二面640和642，其从第一面636和638朝着自由远端部分632和634向外延伸。在特定实施例中，相对的翼形部628和630的第二面640和642存在于与装料头平面平行的翼形部平面内。在一些实施例中，第二面640和642设置为长度为约十英寸。然而，在其它实施例中，取决于一个或多个设计考虑，包括针对第一面636和638所选择的长度以及第一面636和638远离装料平面延伸的角度，第二面640和642可以具有介于零到十英寸范围内的长度。如图13A-13C中所描绘，当将装煤系统300穿过被装料的煤层抽出时，相对的翼形部628和630成形为接收来自装料头604的后向面的散煤，并且汇集或以其它方式朝向煤层的侧边缘引导散煤。至少以这种方式，装煤系统300可降低在煤层的侧面处的空隙的可能性。实际上，翼形部628和630有助于促成先前所描述的水平煤层。测试已经表明，使用相对的翼形部628和630可以通过填充这些侧面空隙来将装料重量增加一吨到两吨。此外，翼形部628和630的形状减少了煤的拖回和从炉的推进器侧的溅出，这能减少废弃物以及收回溅出的煤所花费的劳动力。
参看图14，本发明技术的各种实施例定位与装料头324的后向面626可操作地耦接的挤出板666。在一些实施例中，挤出板666包括煤接触面668，其定向为相对于装料头604向后且向下。以这种方式，装料到在装料头604后方的炉中的散煤将接合挤出板666的煤接触面668。由于沉积在装料头604后方的煤的压力，煤接触面668将煤向下压缩，增加挤出板666下方的煤层的煤密度。在各种实施例中，挤出板666大体上沿着装料头604的长度延伸以便使煤层的显著宽度上的密度最大化。继续参考图15和16，挤出板666进一步包括上部偏转面670，其定向为相对于装料头604向后和向上。以这种方式，煤接触面668和上部偏转面670彼此耦接以限定一峰形状，所述峰形状具有向后朝向远离装料头604的峰脊。因此，落到上部偏转面670顶上的任何煤将被引导离开挤出板666，以在其被挤出之前加入进入的煤。
在使用中时，在装料头604后方，煤被混洗到装煤系统300的前端部分。煤堆积在输送机与装料头604之间的开口中，且输送机装料压力开始逐渐积累直到达到约2500到2800psi为止。参看图15，将煤供给到装料头604后方系统中并且装料头604通过炉向后缩回。挤出板666压缩煤并且将其挤出到煤层中。
图16描绘具有挤出板666(煤层的左侧)和不具有挤出板666(煤层的右侧)时对煤料的密度的影响。如所描绘，使用挤出板666提供增大的煤层容积密度的区域“D”，而不存在挤出板时出现较小煤层容积密度“d”的区域。以这种方式，挤出板666不仅展示出在表面密度上的改进，而且改进整体内部层容积密度。
下文图17和18中描绘的测试结果展示在使用挤出板666(图18)以及不使用挤出板666(图17)的情况下层密度的增加。数据表明对煤层表面密度以及表面以下二十四英寸处的密度均有明显影响。在一些测试中，挤出板666具有十英寸峰值(从装料头604后部到挤出板666的峰脊的距离，其中煤接触面668和上部偏转面670接合)。在使用六英寸峰值的其它测试中，煤密度增大，但是未达到由使用十英寸峰值挤出板666导致的水平。数据显示，使用十英寸峰值挤出板增大了煤层的密度，其允许装料重量增加约两吨半。在本发明技术的一些实施例中，预期可以使用更小的挤出板，例如具有五到十英寸峰高度的挤出板，或更大挤出板，例如具有十到二十英寸峰高度的挤出板。
虽然本发明技术的许多特征已在本文中描述为单独实施例，但是这些实施例也可彼此结合。举例来说，相对的翼形部628和630的方面以及挤出板666可并入到贯穿本申请描述的控制系统340的那些实施例中。
实例
以下实例说明本发明技术的若干实施例。
1.一种装煤系统，所述系统包含：
焦炉，包括推进器侧开口、与推进器侧开口相对的焦炭侧开口、相对侧壁以及由推进器侧开口、焦炭侧开口以及相对侧壁限定的炉底；
装料杆，具有近端部分、远端部分以及限定装料杆的长度的相对侧，所述装料杆至少能够从推进器侧开口朝着焦炭侧开口移动；
输送机系统，可操作地耦接到装料杆且能够将煤装料到炉中，其中输送机系统在操作中经受装料压力；以及
控制系统，与装料杆连通，其中所述控制系统配置成使装料杆至少在推进器侧开口与焦炭侧开口之间自动地移动，使得装料杆的自动移动至少部分地由输送机系统经受的链压力来确定。
2.技术方案1所述的装煤系统，进一步包含配置成将装料杆固定在初始装料位置中的锁定机构。
3.技术方案2所述的装煤系统，其中控制系统配置成自动地解除锁定机构且在达到预设锁定装料压力之后使装料杆朝着焦炭侧开口移动，且其中控制系统进一步被配置成将操作链压力维持在预设操作范围内。
4.技术方案3的装煤系统，其中预设锁定装料压力大于1700psi。
5.技术方案3所述的装煤系统，其中预设操作范围在2000-3500psi之间。
6.技术方案3所述的装煤系统，其中预设操作范围在2300-2900psi之间。
7.技术方案1所述的装煤系统，其中在推进器侧开口朝着焦炭侧开口之间的装料杆移动是在第一方向上的水平移动。
8.技术方案7所述的装煤系统，其中装料杆能够在第二方向上在炉的相对侧壁之间水平地移动，使得控制系统配置成使装料杆朝着炉的相对侧壁中的至少一个自动地移动。
9.技术方案1所述的装煤系统，其中装料压力是链压力。
10.一种装煤系统，包含：
焦炉，包括推进器侧开口、与推进器侧开口相对的焦炭侧开口、相对侧壁以及由推进器侧开口、焦炭侧开口以及相对侧壁限定的炉底；
装料杆，具有近端部分、远端部分以及限定装料杆的长度的相对侧，所述装料杆能够从推进器侧开口朝着焦炭侧开口水平地移动且能够竖直地移动远离炉底；
输送机系统，可操作地耦接到装料杆且能够将煤装料到炉中，其中输送机系统在操作中经受装料压力；以及
控制系统，与装料杆连通，其中控制系统配置成使装料杆水平地朝着焦炭侧开口以及竖直地远离炉底自动地移动，使得装料杆的自动移动至少部分地由输送机系统经受的链压力来确定。
11.技术方案10所述的装煤系统，进一步包含与控制系统连通的驱动系统，其中所述驱动系统可操作地耦接到装料杆，且其中控制系统至少利用驱动系统使装料杆在第三方向上竖直地移动。
12.技术方案11所述的装煤系统，其中驱动系统是液压驱动、电气驱动或螺杆驱动中的至少一个。
13.技术方案10所述的装煤系统，其中装料杆能够朝着炉的相对侧壁中的至少一个水平地移动，且其中控制系统配置成使装料杆朝着炉的相对侧壁中的至少一个自动地移动。
14.技术方案10所述的装煤系统，进一步包含附接到装料杆且与控制系统连通的扫描系统。
15.技术方案14所述的装煤系统，其中扫描系统配置成扫描炉以确定炉底轮廓或炉轮廓中的至少一个。
16.技术方案15所述的装煤系统，其中控制系统配置成响应于所确定的炉底轮廓或炉轮廓而使装料杆在竖直方向上自动地移动远离炉底。
17.技术方案14所述的装煤系统，其中扫描系统是相机、激光或雷达中的至少一个。
18.技术方案10所述的装煤系统，其中装料杆的相对侧中的每一个包括内部表面和外部表面，所述装料杆进一步包含：
多个水平定向的交叉支撑支架，以机械方式耦接到装料杆的相对侧；以及
多个加强板，以机械方式耦接到多个交叉支撑支架的至少一部分，其中每一加强板定位在交叉支撑支架与装料杆的相对侧之间，使得每一加强板的外部对向表面粘附到装料杆的相对侧中的每一个的内部表面并且每一加强板的内部对向表面粘附到交叉支撑支架中的一个。
19.技术方案18所述的装煤系统，进一步包含以机械方式耦接到加强板和交叉支撑支架的支撑部件。
20.技术方案19所述的装煤系统，其中支撑部件定位在交叉支撑支架的下部部分处，且其中支撑部件包括配置成彼此大致垂直的第一表面和第二表面，所述支撑部件的第一表面连接到加强板的内部对向表面并且支撑部件的第二表面连接到交叉支撑支架的下部部分。
21.技术方案18所述的装煤系统，其中多个交叉支撑支架是中空的且包括在交叉支撑支架的下部部分上的孔开口，所述孔开口配置成从所述孔开口中排出液体。
22.技术方案10所述的装煤系统，其中装料杆的相对侧包括上部部分和下部部分，所述装煤系统进一步包含：
第一多个滚轮，附接到装料杆的相对侧的上部部分，以及
第二多个滚轮，附接到装料杆的相对侧的下部部分。
23.技术方案10所述的装煤系统，其中装料杆的远端部分配置成穿过炉的推进器侧开口的竖直平面，所述装煤系统进一步包含：
竖直定向的装料头与装料杆的远端部分可操作地耦接，其中装料头包括存在于装料头平面内的平面主体、下部边缘部分、与下部边缘部分相对的上部边缘部分、正面以及与正面相对的后向面，其中后向面定向为面向装料杆的近端部分；以及
挤出板，与装料头的后向面可操作地耦接，所述挤出板具有下部煤接触面，所述下部煤接触面定向为相对于装料头向后且向下朝向。
24.技术方案23所述的装煤系统，其中挤出板进一步包括上部偏转面，所述上部偏转面定向为相对于装料头向后且向上朝向，煤接触面和偏转面彼此可操作地耦接以限定向后朝向远离装料头的峰脊。
25.技术方案23所述的装煤系统，其中控制系统配置成将操作装料压力维持在2000-3500psi之间的预设操作范围内。
26.技术方案10所述的装煤系统，其中装料杆的远端部分配置成穿过炉的推进器侧开口的竖直平面，所述装煤系统进一步包含：
竖直定向的装料头与装料杆的远端部分可操作地耦接，其中装料头包括存在于装料头平面内的平面主体、下部边缘部分、与下部边缘部分相对的上部边缘部分、正面以及与正面相对的后向面，其中后向面定向为面向装料杆的近端部分；且其中装料头进一步包括在装料头的下端部分处的一对相对的翼形部，每一翼形部具有定位为与装料头呈间隔开的关系的自由端部分，其中所述相对的翼形部中的每一个限定开口空间，所述开口空间从所述相对翼形部的内表面延伸穿过装料头平面。
27.技术方案26所述的装煤系统，其中每一翼形部包括与装料头平面相邻的第一表面以及从第一表面朝着自由端部分延伸的第二表面，其中所述第一表面从装料杆平面朝着装料杆的邻接侧面有角度地安置，并且所述第二表面存在于平行于装料头平面的翼形部平面内。
28.技术方案10所述的装煤系统，其中装料压力是链压力。
29.技术方案10所述的装煤系统，进一步包含在炉内的多个下导管开口，其中所述下导管开口中的每一个面对炉底，且其中控制系统配置成改变炉内的煤厚度以使装料到炉中的煤量最大化，使得与所述下导管开口相邻的煤的第一厚度大于不与所述下导管开口相邻的煤的第二厚度。
30.一种用于动态装料煤系统的方法，所述方法包含：
将装料杆定位在焦炉的初始装料位置处，其中炉包括推进器侧开口、与推进器侧开口相对的焦炭侧开口、相对侧壁以及由推进器侧开口、焦炭侧开口以及相对侧壁限定的炉底，且其中初始装料位置与推进器侧开口相邻；
通过可操作地耦接到装料杆的输送机系统在初始装料位置处将煤装料到炉中，其中输送机系统在操作中经受装料压力；
使用控制系统，通过输送机系统使装料杆自动地移动而同时将煤装料到炉中；以及
将装料压力维持在预设操作范围内直到炉装料为止。
31.技术方案30所述的方法，其中使装料杆自动地移动包括使装料杆在水平第一方向和水平第二方向两个上自动地移动，其中所述水平第一方向沿着z轴朝着炉的焦炭侧开口，且其中所述水平第二方向沿着x轴朝着炉的相对侧壁中的一个。
32.技术方案30所述的方法，其中使装料杆自动地移动进一步包括使装料杆在沿着y轴远离炉底的竖直第三方向上自动地移动。
33.技术方案32所述的方法，进一步包含利用驱动系统以使装料杆在竖直第三方向上自动地移动，其中所述驱动系统包括液压驱动、电气驱动或螺杆驱动中的至少一个。
34.技术方案30所述的方法，其中使装料杆自动地移动进一步包括使装料杆在围绕z轴的可旋转第四方向上自动地移动。
35.技术方案30所述的方法，其中使装料杆自动地移动进一步包括使装料杆的近端在围绕x轴的可旋转第五方向上自动地移动，使得当装料杆在第五方向上移动时，所述装料杆成角度向上或向下且所述装料杆的近端低于或高于所述装料杆的远端。
36.技术方案32所述的方法，其中装料杆进一步包含近端部分、远端部分以及限定装料杆的长度的相对侧，且其中初始装料位置包括初始装料高度，所述方法进一步包含：
将装料杆的远端部分维持在初始装料高度同时使装料杆朝着焦炭侧开口移动。
37.技术方案30所述的方法，其中初始装料位置包括初始装料高度，且其中使装料杆自动地移动包括使装料杆在竖直第三方向上自动地移动以维持所述初始装料高度。
38.技术方案30所述的方法，其中完全装料的焦炉包括具有大体上恒定厚度的煤层。
39.技术方案30所述的方法，其中炉进一步包括定位成邻近于炉的相对侧壁的多个下导管开口，所述方法进一步包含：
在第一区域处将煤装料到炉中以产生具有第一厚度的第一煤层；以及
在第二区域处将煤装料到炉中以产生具有第二厚度的第二煤层，所述第二厚度大于所述第一厚度；
其中第一区域与多个下导管开口中的至少一个相邻，并且所述第二区域与所述多个下导管开口间隔开。
40.技术方案30所述的方法，其中完全装料的焦炉包括整个具有大体上均一密度的煤层。
41.技术方案30所述的方法，进一步包含：
将装料杆锁定在初始装料位置直到为止达到预设装料压力。
42.技术方案30所述的方法，进一步包含：
扫描炉以确定炉轮廓或炉底轮廓中的至少一个。
43.技术方案42所述的方法，其中扫描炉底在于初始装料位置处将煤装料到炉中之前进行；所述方法进一步包含：
在炉装料之后从炉中缩回装料杆；以及
在将煤装料到炉中之后重新扫描炉并且将额外煤装料到炉中。
44.技术方案42所述的方法，其中扫描炉底以确定炉轮廓在炉完全装料之后进行，且其中炉轮廓包括装料的炉的厚度或高度。
45.技术方案32所述的方法，进一步包含：
扫描炉底以确定炉底轮廓；
响应于扫描炉底，为炉轮廓中包括的任何碳材料指定位置；以及
在竖直第三方向上自动地调节装料杆。
46.技术方案45所述的方法，其中自动地调节装料杆包括在竖直第三方向上调节装料杆以在整个炉中实现大体上恒定厚度。
47.技术方案30所述的方法，其中在初始装料位置处将煤装料到炉中包括在初始装料高度将煤装料到炉中，所述方法进一步包含：
在竖直方向上自动地调节装料杆以维持初始装料高度。
48.技术方案30所述的方法，进一步包含：
通过用与装料杆可操作地耦接的挤出板接合煤的至少一部分来将装料到炉中的所述煤的所述部分挤出，使得所述煤的所述部分在挤出板的煤接触面下方压缩。
49.技术方案30所述的方法，进一步包含：
在炉装料之后从炉中缩回装料杆；以及
使用控制系统，在缩回期间使装料杆在沿着y轴远离炉底的竖直第三方向上自动地移动。
50.一种装煤系统，包含：
焦炉，包括推进器侧开口、与推进器侧开口相对的焦炭侧开口、相对侧壁以及由推进器侧开口、焦炭侧开口以及相对侧壁限定的炉底；
装料杆，包括近端部分、远端部分以及限定装料杆的长度的相对侧，所述装料杆至少能够在推进器侧开口与焦炭侧开口之间移动，所述装料杆进一步包括能够将煤装料到炉中的输送机系统，以及
非暂时性计算机可读媒体，由一个或多个处理器可执行以使得计算机：
扫描炉以确定炉轮廓中的至少一个；
通过装料杆将煤装料到炉中；
响应于炉轮廓，使装料杆自动地移动而同时将煤装料到炉中，其中装料杆(1)能够沿着x轴水平地移动，(2)能够沿着z轴水平地移动以及(3)能够沿着y轴竖直地移动。
51.技术方案50所述的装煤系统，其中炉进一步包括定位成邻近于所述炉的相对侧壁的多个下导管开口，且其中将煤装料到炉中在炉内产生煤厚度，所述一个或多个处理器进一步使得计算机：
基于炉的炉轮廓，改变炉内的煤厚度以使装料到炉中的煤量最大化，使得与下导管开口相邻的煤厚度大于与下导管开口间隔开的煤厚度。
52.一种含有计算机可执行指令的计算机可读媒体，所述计算机可执行指令用于使处理装置执行用于自动地装料煤系统的方法，所述方法包含：
接收与在装料煤系统期间由煤系统维持的所需装料压力对应的设定点；
接收与从煤系统传送到处理装置的压力对应的实际装料压力的当前值；
当所述当前值高于设定点时，发送指令以将煤系统从第一位置移动到第二位置，使得所述当前值降低低于设定点；
当所述当前值并不高于设定点时，发送指令以将煤系统维持在第一位置中。

Claims (52)

1.一种装煤系统，所述系统包含：
焦炉，包括推进器侧开口、与所述推进器侧开口相对的焦炭侧开口、相对侧壁以及由所述推进器侧开口、所述焦炭侧开口以及所述相对侧壁限定的炉底；
装料杆，具有近端部分、远端部分以及限定所述装料杆的长度的相对侧，所述装料杆至少能够从所述推进器侧开口朝着所述焦炭侧开口移动；
输送机系统，可操作地耦接到所述装料杆且能够将煤装料到所述炉中，其中所述输送机系统在操作中经受装料压力；以及
控制系统，与所述装料杆连通，其中所述控制系统配置成使所述装料杆至少在所述推进器侧开口与所述焦炭侧开口之间自动地移动，使得所述装料杆的自动移动至少部分地由所述输送机系统经受的链压力来确定。
2.根据权利要求1所述的装煤系统，进一步包含配置成将所述装料杆固定在初始装料位置中的锁定机构。
3.根据权利要求2所述的装煤系统，其中所述控制系统配置成自动地解除所述锁定机构且在达到预设锁定装料压力之后使所述装料杆朝着所述焦炭侧开口移动，且其中所述控制系统进一步被配置成将操作链压力维持在预设操作范围内。
4.根据权利要求3所述的装煤系统，其中所述预设锁定装料压力大于1700psi。
5.根据权利要求3所述的装煤系统，其中所述预设操作范围在2000-3500psi之间。
6.根据权利要求3所述的装煤系统，其中所述预设操作范围在2300-2900psi之间。
7.根据权利要求1所述的装煤系统，其中在所述推进器侧开口朝着所述焦炭侧开口之间的所述装料杆移动是在第一方向上的水平移动。
8.根据权利要求7所述的装煤系统，其中所述装料杆能够在第二方向上在所述炉的所述相对侧壁之间水平地移动，使得所述控制系统配置成使所述装料杆朝着所述炉的所述相对侧壁中的至少一个自动地移动。
9.根据权利要求1所述的装煤系统，其中所述装料压力是链压力。
10.一种装煤系统，包含：
焦炉，包括推进器侧开口、与所述推进器侧开口相对的焦炭侧开口、相对侧壁以及由所述推进器侧开口、所述焦炭侧开口以及所述相对侧壁限定的炉底；
装料杆，具有近端部分、远端部分以及限定所述装料杆的长度的相对侧，所述装料杆能够从所述推进器侧开口朝着所述焦炭侧开口水平地移动且能够竖直地移动远离所述炉底；
输送机系统，可操作地耦接到所述装料杆且能够将煤装料到所述炉中，其中所述输送机系统在操作中经受装料压力；以及
控制系统，与所述装料杆连通，其中所述控制系统配置成使所述装料杆水平地朝着所述焦炭侧开口以及竖直地远离所述炉底自动地移动，使得所述装料杆的自动移动至少部分地由所述输送机系统经受的链压力来确定。
11.根据权利要求10所述的装煤系统，进一步包含与所述控制系统连通的驱动系统，其中所述驱动系统可操作地耦接到所述装料杆，且其中所述控制系统至少利用所述驱动系统使所述装料杆在第三方向上竖直地移动。
12.根据权利要求11所述的装煤系统，其中所述驱动系统是液压驱动、电气驱动或螺杆驱动中的至少一个。
13.根据权利要求10所述的装煤系统，其中所述装料杆能够朝着所述炉的所述相对侧壁中的至少一个水平地移动，且其中所述控制系统配置成使所述装料杆朝着所述炉的所述相对侧壁中的至少一个自动地移动。
14.根据权利要求10所述的装煤系统，进一步包含附接到所述装料杆且与所述控制系统连通的扫描系统。
15.根据权利要求14所述的装煤系统，其中所述扫描系统配置成扫描所述炉以确定炉底轮廓或炉轮廓中的至少一个。
16.根据权利要求15所述的装煤系统，其中所述控制系统配置成响应于所确定的炉底轮廓或炉轮廓而使所述装料杆在竖直方向上自动地移动远离所述炉底。
17.根据权利要求14所述的装煤系统，其中所述扫描系统是相机、激光或雷达中的至少一个。
18.根据权利要求10所述的装煤系统，其中所述装料杆的所述相对侧中的每一个包括内部表面和外部表面，所述装料杆进一步包含：
多个水平定向的交叉支撑支架，以机械方式耦接到所述装料杆的所述相对侧；以及
多个加强板，以机械方式耦接到所述多个交叉支撑支架的至少一部分，其中每一加强板定位在所述交叉支撑支架与所述装料杆的所述相对侧之间，使得每一加强板的外部对向表面粘附到所述装料杆的所述相对侧中的每一个的所述内部表面并且每一加强板的内部对向表面粘附到所述交叉支撑支架中的一个。
19.根据权利要求18所述的装煤系统，进一步包含以机械方式耦接到所述加强板和所述交叉支撑支架的支撑部件。
20.根据权利要求19所述的装煤系统，其中所述支撑部件定位在所述交叉支撑支架的下部部分处，且其中所述支撑部件包括配置成彼此大致垂直的第一表面和第二表面，所述支撑部件的所述第一表面连接到所述加强板的所述内部对向表面并且所述支撑部件的所述第二表面连接到所述交叉支撑支架的所述下部部分。
21.根据权利要求18所述的装煤系统，其中所述多个交叉支撑支架是中空的且包括在所述交叉支撑支架的下部部分上的孔开口，所述孔开口配置成从所述孔开口中排出液体。
22.根据权利要求10所述的装煤系统，其中所述装料杆的所述相对侧包括上部部分和下部部分，所述装煤系统进一步包含：
第一多个滚轮，附接到所述装料杆的所述相对侧的上部部分，以及
第二多个滚轮，附接到所述装料杆的所述相对侧的所述下部部分。
23.根据权利要求10所述的装煤系统，其中所述装料杆的所述远端部分配置成穿过所述炉的所述推进器侧开口的竖直平面，所述装煤系统进一步包含：
竖直定向的装料头与所述装料杆的所述远端部分可操作地耦接，其中所述装料头包括存在于装料头平面内的平面主体、下部边缘部分、与所述下部边缘部分相对的上部边缘部分、正面以及与所述正面相对的后向面，其中所述后向面定向为面向装料杆的所述近端部分；以及
挤出板，与所述装料头的所述后向面可操作地耦接，所述挤出板具有下部煤接触面，所述下部煤接触面定向为相对于所述装料头向后且向下朝向。
24.根据权利要求23所述的装煤系统，其中所述挤出板进一步包括上部偏转面，所述上部偏转面定向为相对于所述装料头向后且向上朝向，所述煤接触面和偏转面彼此可操作地耦接以限定向后朝向远离所述装料头的峰脊。
25.根据权利要求23所述的装煤系统，其中所述控制系统配置成将操作装料压力维持在2000-3500psi之间的预设操作范围内。
26.根据权利要求10所述的装煤系统，其中所述装料杆的所述远端部分配置成穿过所述炉的所述推进器侧开口的竖直平面，所述装煤系统进一步包含：
竖直定向的装料头与所述装料杆的所述远端部分可操作地耦接，其中所述装料头包括存在于装料头平面内的平面主体、下部边缘部分、与所述下部边缘部分相对的上部边缘部分、正面以及与所述正面相对的后向面，其中所述后向面定向为面向装料杆的所述近端部分；且其中所述装料头进一步包括在所述装料头的下端部分处的一对相对的翼形部，每一翼形部具有定位为与所述装料头呈间隔开的关系的自由端部分，其中所述相对的翼形部中的每一个限定开口空间，所述开口空间从所述相对翼形部的内表面延伸穿过所述装料头平面。
27.根据权利要求26所述的装煤系统，其中每一翼形部包括与所述装料头平面相邻的第一表面以及从所述第一表面朝着所述自由端部分延伸的第二表面，其中所述第一表面从装料杆平面朝着装料杆的邻接侧面有角度地安置，并且所述第二表面存在于平行于所述装料头平面的翼形部平面内。
28.根据权利要求10所述的装煤系统，其中所述装料压力是链压力。
29.根据权利要求10所述的装煤系统，进一步包含在所述炉内的多个下导管开口，其中所述下导管开口中的每一个面对所述炉底，且其中所述控制系统配置成改变所述炉内的煤厚度以使装料到所述炉中的煤量最大化，使得与所述下导管开口相邻的煤的第一厚度大于不与所述下导管开口相邻的煤的第二厚度。
30.一种用于动态装料煤系统的方法，所述方法包含：
将装料杆定位在焦炉的初始装料位置处，其中所述炉包括推进器侧开口、与所述推进器侧开口相对的焦炭侧开口、相对侧壁以及由所述推进器侧开口、焦炭侧开口以及相对侧壁限定的炉底，且其中所述初始装料位置与所述推进器侧开口相邻；
通过可操作地耦接到所述装料杆的输送机系统在所述初始装料位置处将煤装料到所述炉中，其中所述输送机系统在操作中经受装料压力；
使用控制系统，通过所述输送机系统使所述装料杆自动地移动而同时将煤装料到所述炉中；以及
将所述装料压力维持在预设操作范围内直到所述炉装料为止。
31.根据权利要求30所述的方法，其中使所述装料杆自动地移动包括使所述装料杆在水平第一方向和水平第二方向两个上自动地移动，其中所述水平第一方向沿着z轴朝着所述炉的所述焦炭侧开口，且其中所述水平第二方向沿着x轴朝着所述炉的所述相对侧壁中的一个。
32.根据权利要求30所述的方法，其中使所述装料杆自动地移动进一步包括使所述装料杆在沿着y轴远离所述炉底的竖直第三方向上自动地移动。
33.根据权利要求32所述的方法，进一步包含利用驱动系统以使所述装料杆在所述竖直第三方向上自动地移动，其中所述驱动系统包括液压驱动、电气驱动或螺杆驱动中的至少一个。
34.根据权利要求30所述的方法，其中使所述装料杆自动地移动进一步包括使所述装料杆在围绕所述z轴的可旋转第四方向上自动地移动。
35.根据权利要求30所述的方法，其中使所述装料杆自动地移动进一步包括使所述装料杆的近端在围绕x轴的可旋转第五方向上自动地移动，使得当所述装料杆在第五方向上移动时，所述装料杆成角度向上或向下且所述装料杆的所述近端低于或高于所述装料杆的远端。
36.根据权利要求32所述的方法，其中所述装料杆进一步包含近端部分、远端部分以及限定所述装料杆的长度的相对侧，且其中所述初始装料位置包括初始装料高度，所述方法进一步包含：
将所述装料杆的所述远端部分维持在所述初始装料高度同时使所述装料杆朝着所述焦炭侧开口移动。
37.根据权利要求30所述的方法，其中所述初始装料位置包括初始装料高度，且其中使所述装料杆自动地移动包括使所述装料杆在竖直第三方向上自动地移动以维持所述初始装料高度。
38.根据权利要求30所述的方法，其中完全装料的焦炉包括具有大体上恒定厚度的煤层。
39.根据权利要求30所述的方法，其中所述炉进一步包括定位成邻近于所述炉的所述相对侧壁的多个下导管开口，所述方法进一步包含：
在第一区域处将煤装料到所述炉中以产生具有第一厚度的第一煤层；以及
在第二区域处将煤装料到所述炉中以产生具有第二厚度的第二煤层，所述第二厚度大于所述第一厚度；
其中所述第一区域与所述多个下导管开口中的至少一个相邻，并且所述第二区域与所述多个下导管开口间隔开。
40.根据权利要求30所述的方法，其中所述完全装料的焦炉包括整个具有大体上均一密度的煤层。
41.根据权利要求30所述的方法，进一步包含：
将所述装料杆锁定在所述初始装料位置直到为止达到预设装料压力。
42.根据权利要求30所述的方法，进一步包含：
扫描所述炉以确定炉轮廓或炉底轮廓中的至少一个。
43.根据权利要求42所述的方法，其中扫描所述炉底在于所述初始装料位置处将煤装料到所述炉中之前进行；所述方法进一步包含：
在所述炉装料之后从所述炉中缩回所述装料杆；以及
在将所述煤装料到所述炉中之后重新扫描所述炉并且将额外煤装料到所述炉中。
44.根据权利要求42所述的方法，其中扫描所述炉底以确定炉轮廓在所述炉完全装料之后进行，且其中所述炉轮廓包括所述装料的炉的厚度或高度。
45.根据权利要求32所述的方法，进一步包含：
扫描所述炉底以确定炉底轮廓；
响应于扫描所述炉底，为所述炉轮廓中包括的任何碳材料指定位置；以及
在所述竖直第三方向上自动地调节所述装料杆。
46.根据权利要求45所述的方法，其中自动地调节所述装料杆包括在所述竖直第三方向上调节所述装料杆以在整个所述炉中实现大体上恒定厚度。
47.根据权利要求30所述的方法，其中在所述初始装料位置处将煤装料到所述炉中包括在初始装料高度将煤装料到所述炉中，所述方法进一步包含：
在竖直方向上自动地调节所述装料杆以维持所述初始装料高度。
48.根据权利要求30所述的方法，进一步包含：
通过用与所述装料杆可操作地耦接的挤出板接合所述煤的至少一部分来将装料到所述炉中的所述煤的所述部分挤出，使得所述煤的所述部分在所述挤出板的煤接触面下方压缩。
49.根据权利要求30所述的方法，进一步包含：
在所述炉装料之后从所述炉中缩回所述装料杆；以及
使用所述控制系统，在缩回期间使所述装料杆在沿着y轴远离所述炉底的竖直第三方向上自动地移动。
50.一种装煤系统，包含：
焦炉，包括推进器侧开口、与所述推进器侧开口相对的焦炭侧开口、相对侧壁以及由所述推进器侧开口、所述焦炭侧开口以及所述相对侧壁限定的炉底；
装料杆，包括近端部分、远端部分以及限定所述装料杆的长度的相对侧，所述装料杆至少能够在所述推进器侧开口与所述焦炭侧开口之间移动，所述装料杆进一步包括能够将煤装料到所述炉中的输送机系统，以及
非暂时性计算机可读媒体，由一个或多个处理器可执行以使得计算机：
扫描所述炉以确定炉轮廓中的至少一个；
通过所述装料杆将煤装料到所述炉中；
响应于所述炉轮廓，使所述装料杆自动地移动而同时将煤装料到所述炉中，其中所述装料杆(1)能够沿着x轴水平地移动，(2)能够沿着z轴水平地移动以及(3)能够沿着y轴竖直地移动。
51.根据权利要求50所述的装煤系统，其中所述炉进一步包括定位成邻近于所述炉的所述相对侧壁的多个下导管开口，且其中将煤装料到所述炉中在所述炉内产生煤厚度，所述一个或多个处理器进一步使得所述计算机：
基于所述炉的所述炉轮廓，改变所述炉内的煤厚度以使装料到所述炉中的煤量最大化，使得与所述下导管开口相邻的煤厚度大于与所述下导管开口间隔开的煤厚度。
52.一种含有计算机可执行指令的计算机可读媒体，所述计算机可执行指令用于使处理装置执行用于自动地装料煤系统的方法，所述方法包含：
接收与在装料所述煤系统期间由所述煤系统维持的所需装料压力对应的设定点；
接收与从所述煤系统传送到所述处理装置的压力对应的实际装料压力的当前值；
当所述当前值高于所述设定点时，发送指令以将所述煤系统从第一位置移动到第二位置，使得所述当前值降低低于所述设定点；
当所述当前值并不高于所述设定点时，发送指令以将所述煤系统维持在所述第一位置中。
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