DE10011185A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Umstellwindenzüge von Koksofenbatterien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Überwachung der Umstellwindenzüge von Koksofenbatterien, bei denen die Umstellung der Unterfeuerungseinrichtungen durch mindestens einen Antrieb (2) für mehrere Umstellarmaturen erfolgt. Dabei ist im Umstellwindenzug (3) mindestens ein Kraftmeßelement (5) zwischen Antrieb (2) und Umstellarmatur angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Umstellwindenzüge von Koksofenbatterien, bei denen die Umstellung der Unterfeuerungseinrichtung durch mindestens einen Antrieb für mehrere Umstellarmaturen erfolgt.

Die Reaktoren zur Herstellung von Steinkohlenkoks, üblicherweise Koksöfen genannt, sind aus feuerfestem Material so in Reihe gemauert, daß auf eine Ofenwand eine Ofenkammer, dann wieder eine Ofenwand und eine Ofenkammer usw. folgt. Auf diese Weise werden bis zu 80 Öfen und mehr auf einer gemeinsamen Grundplatte errichtet und beheizungstechnisch zusammengefaßt, die eine sogenannte Koksofenbatterie bilden. Die Ofenwände sind nicht massiv, sondern bestehen aus nebeneinander gemauerten und miteinander verbundenen Schächten, sogenannten Heizzügen, in denen Gas zur Beheizung für die Verkokung des Ofenbesatzes verbrannt wird. Diese Heizzüge sind, abhängig vom Ofensystem, auf charakteristische Weise strömungstechnisch miteinander verbunden, so daß Brenngas und Verbrennungsluft zuströmen können und Abgas abströmen kann.

Unterhalb der eigentlichen Ofenkammern sind, ebenfalls aus feuerfestem Material, Regeneratoren gemauert und mit Wärmespeichermassen, beispielsweise aus aufgestapelten Wärmespeichersteinen, gefüllt, die abwechselnd von heißem Abgas durchströmt und dadurch aufgeheizt und von den kalten Verbrennungsmedien durchströmt und dadurch wieder abgekühlt werden. Bei einem Zwillingszugofen sind die Heizzüge in einer Ofenwand so gemauert, daß in einer Heizperiode in den geradzahligen Heizzügen Gas verbrannt wird, man spricht dann von aufbrennenden Heizzügen. Das entstehende Abgas wird am Ende der aufbrennenden Heizzüge in die nebenliegenden ungeradzahligen Heizzüge umgelenkt und strömt in diesen nach unten. Man spricht dann von abbrennenden Heizzügen. Das Abgas passiert die Regeneratorkammern und das Abhitzeventil und wird dem Abgaskamin zugeleitet. In dieser Heizperiode werden die Speichermassen in den entsprechenden Regeneratorkammern aufgeheizt. In der zweiten Heizperiode werden die Stoffströme entgegengesetzt gelenkt. Die ungeradzahligen Heizzüge sind aufbrennend und die geradzahligen Heizzüge und die zugehörigen Regeneratorkammern führen Abgas. Die vorher aufgeheizten Regeneratoren werden jetzt durch die Vorheizung von Verbrennungsluft und, bei Schwachgasöfen auch von Brenngas, abgekühlt.

Bei anderen Ofensystemen sind die Heizzüge strömungstechnisch anders miteinander verbunden, die Vorgänge des Umschaltens sind jedoch vergleichbar. Für die vorbeschriebenen Umschaltvorgänge sind die gas- und abgasführenden Einrichtungen der Batteriebeheizung mit einer Vielzahl von Wechselventilen auf der gaszuführenden Seite und Abgasventilen auf der abgasführenden Seite versehen. Die Umschaltvorgänge selbst führt im voreingestellten Zeittakt, beispielsweise alle 20 Minuten, automatisch eine Umstellwinde durch. Die entsprechenden Wechsel- und Abgasventile hängen an einem Zuggestänge, welches mit Zugketten oder -seilen verbunden ist und um das ganze Batteriebauwerk verläuft. Die Umstellwinde steht auf einer Seite der Batterie. Die Zuggestänge werden durch Kettenstücke und Kettenrollen oder Kettenrädern mit Zähnen oder durch Seilstücke und Umlenkrollen um die Ecken des Bauwerks geführt, so daß sie ein geschlossenes Zugsystem bilden. Andere Ausführungsformen bilden kein geschlossenes System, sondern arbeiten mit Kontergewichten am Ende eines Gestänge- oder Windenzugabschnitts.

Je nach Ausführung der Batteriebeheizung sind von der Umstellwinde unterschiedlich viele, meist aber eine Vielzahl von Umstellgestängen zu bewegen. Moderne Umstellwinden sind mit hydraulischen Stellzylindern ausgerüstet. Winden älterer Bauart sind elektrisch angetrieben und wirken über Getriebe und Hebelwerk auf die Zuggestänge ein. Die Zugkräfte für das Bewegen der Umstellgestänge bewegen sich oft im Bereich von rund 10 KN bis 150 KN, abhängig vom Schmierungszustand der Ventile, Hähne, Ketten usw. und von der Anzahl und Größe der zu bewegenden Elemente. Auch die Umgebungstemperatur spielt durch ihren Einfluß auf die Ketten- oder Zugvorspannung eine Rolle. Die Steuerung und Überwachung der Umstellwinde ist sicherheitstechnisch bedeutsam. Die Stellung der Hähne und Ventile muß ständig definiert sein, um unkontrollierte Gasströme und die Gefahr einer dadurch hervorgerufenen Explosion sicher zu verhindern. Vor allem muß ein Reißen und Verbiegen der Zuggestänge, der Bolzen oder Armaturenhebel, beispielsweise aufgrund schwergehender oder festsitzender Umstellarmaturen, vermieden werden.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem ist das frühzeitige Erkennen und Signalisieren von Störungen in der Beheizungseinrichtung der Unterfeuerung von Koksofenbatterien, um mit einfachen Mitteln und möglichst automatisch Schäden zu vermeiden oder zu mindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem eingangs beschriebenen Verfahren dadurch gelöst, daß im Umstellwindenzug die beim Umstellvorgang auftretende Zugkraft zwischen Antrieb und Umstellarmaturen gemessen und überwacht wird, sowie bei einer eingangs beschriebenen Vorrichtung dadurch, daß im Umstellwindenzug mindestens ein Kraftmeßelement zwischen Antrieb und Umstellarmatur angeordnet ist.

Das vorgeschlagene Verfahren hat den Vorteil, daß der veränderte oder von vorgegebenen Sollwerten abweichende Kraftbedarf beim Umstellen der Unterfeuerungseinrichtung sofort und automatisierbar feststellbar ist. Dadurch kann die sicherheitsrelevante Überwachung der Umstellwinden durchgeführt werden, ohne daß der Bereich und die Armaturen der Umstelleinrichtungen ständig begangen werden müssen.

Ein Bruch im Umstellwindenzug führt zum plötzlichen und deutlichen Abfall der aufzuwendenden Zugkräfte. Die Reparatur kann unmittelbar veranlaßt werden und die bei der Unterbrechung des Umstellvorgangs noch nicht betätigten Armaturen können sofort nachgestellt werden. Weiter lassen sich durch das Überschreiten von Grenzwerten für die Zugkräfte sich festsetzende Vorrichtungsteile frühzeitig anzeigen, so daß vor Eintritt von Schäden entsprechende Vorkehrungen getroffen werden können, um eine Zerstörung von Vorrichtungsteilen zu verhindern.

Bei einer Verfahrensvariante, bei der die Umstellkräfte im Zeitverlauf gemessen werden und Abweichungen von vorgegebenen Werten und Änderungsgradienten signalisiert werden, kann auch das Entstehen von Störungen frühzeitig erkannt und das Bedienungspersonal automatisch darüber informiert werden. Wird die Anzeige und/oder Signalisierung der Meßwerte in einem ex-geschützten Raum, beispielsweise in der Meßwarte, durchgeführt, werden durch Störungen gegebene Explosionsgefahren ausgeschaltet und das Überwachungspersonal davon befreit, sich zur Überwachung in explosionsgefährdeten Bereichen aufhalten zu müssen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß durch die Installation mindestens eines Kraftmeßelementes zwischen Antrieb und Umstellarmatur Störungen irgendeiner der dem Antrieb zugeordneten Umstellarmaturen einheitlich erfaßbar sind. In Fällen, in denen mehrere Antriebe, die jeweils einer Gruppe mehrerer in Reihe angeordneter Umstellarmaturen zugeordnet sind vorhanden sind, wird je ein Kraftmeßelement zwischen Antrieb und der ersten Umstellarmatur in der Reihe angeordnet. Eine Vorrichtung, bei der das Kraftmeßelement eine diskrete Meßwerterfassungseinrichtung aufweist, hat den Vorteil, daß die Meßwerterfassungseinrichtung vorrichtungsmäßig getrennt ausgeführt werden kann.

Die ex-geschützte Ausführung und/oder Anordnung der Meßwerterfassungseinrichtung, hat den Vorteil, daß es zu keinen Schwierigkeiten bei der explosionsgefährdeten Atmospähre im Umstellbereich kommt. Wird die Meßwerterfassungseinrichtung an einem getrennten Ort, z. B. in der Meßwarte installiert, ist es vorteilhaft, wenn für die Anordnung des Kraftmeßelements ein Standort in möglichster Nähe der Meßwarte gewählt wird, damit die Meßwertübertragung erleichtert wird.

Die erwähnten und weiteren Vorteile der Erfindung werden bei der Beschreibung von Ausführungsbeispielen verdeutlicht, die in beiliegender Zeichnung dargestellt sind. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf Umstelleinrichtungen einer Koksofenbatterie,

Fig. 2 einen Ausschnitt eines Umlenkwindenzuges mit Umlenkung;

Fig. 3 einen ähnlichen Ausschnitt wie in Fig. 2, jedoch in einer Ausführung mit Gegengewichtszug, und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Teils der Umstelleinrichtungen einer Koksofenbatterie- Unterfeuerung.

Fig. 1 zeigt sehr schematisch in Draufsicht ein Koksofenbatterie-Bauwerk 6 und eine auf einer Stirnseite der Batterie 6 angeordnete Umstellwinde 1 sowie den Antrieb 2 der Umstellwinde 1, der hier als hydraulischer Stellzylinder ausgeführt ist, und den ringförmig um das gesamte Batterie-Bauwerk 6 umlaufenden Umstellwindenzug 3. Der Umstellwindenzug 3 wird an den vier Ecken der Batterie 6 durch Umlenkrollen 4 umgelenkt. Der Umstellwindenzug 3 kann aus mehreren Teilabschnitten bestehen, die in unterschiedlicher Form ausgeführt sind, z. B. als Seilzüge, Kettenzüge oder Zuggestänge und in ihren flexiblen Abschnitten durch Umlenkrollen 4 umgelenkt werden. Häufig werden, wie auch später in Fig. 4 noch deutlich erkennbar darstellt, die Teile des Umstellwindenzugs 3 entlang der Längsseiten der Batterie 6, an denen der Windenzug mit den Umstellhebeln 9 der Umstellarmaturen 8 verbunden ist, als Zuggestänge ausgeführt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind auf beiden Längsseiten der Batterie 6 zwischen Antrieb 2 und den in Zugrichtung ersten Umstellarmaturen 8 der auf jeweils einer Längsseite der Batterie zu einer in Reihe angeordneten Gruppe zusammengefaßten Umstellarmaturen Kraftmeßelemente 5 angeordnet. Es wäre auch möglich, in den gesamten Ring des die Batterie umlaufenden Umstellwindenzuges 3 nur ein Kraftmeßelement 5 einzubauen. Bei der hier dargestellten Ausführungsform beziehen sich die durch die Kraftmeßelemente 5 erfaßten Zugkräfte auf alle an den Umstellwindenzug 1 angeschlossenen Armaturen. Durch den Antrieb 2 können auch mehrere in unterschiedlicher Höhe angeordnete und jeweils die gesamte Batterie 6 umlaufende Umstellwindenzüge 3 beaufschlagt werden. In diesem Fall ist die Anordnung eines Kraftmeßelements 5 in jedem Strang des Umstellwindenzuges 1 erforderlich, damit die für die Umstellung der jeweiligen Armaturenteile erforderlichen Zugkräfte differenziert erfaßt werden können. Die Umstellarmaturen können auch zu in Reihe angeordneten Gruppen zusammengefaßt werden, ohne daß der Umstellwindenzug einen vollständigen Ring bildet, wenn dem Zugantrieb am Ende der Armaturengruppe ein Kontergewicht zugeordnet wird, wie dies in Fig. 3 schematisch dargestellt ist.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt eines Umlenkwindenzuges 3 am Kopfende der Längsseite einer Batterie 6 dargestellt. Der in diesem Bereich als Kette ausgebildete Umstellwindenzug 3 wird über die Umlenkrolle 4 umgelenkt. Zwischen dem hier nicht dargestellten Antrieb und der ersten Umstellarmatur 8 ist das Kraftmeßelement 5 eingebaut. Es ist angedeutet, daß der Umstellwindenzug 3 im Bereich der Umstellarmaturen 8 als Zuggestänge ausgebildet ist, das an die Armaturenhebel 9 angekoppelt ist.

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt eines Umlenkwindenzuges 3 dargestellt, der im Bereich der Umstellarmaturen 8 als Zuggestänge und im Bereich der Umlenkrolle 4 als Kettenzug ausgebildet ist. An dem hier dargestellten Ende des Umstellwindenzuges 3 ist ein Gegengewicht 7 befestigt, das bei Entlastung des am anderen Zugende angeordneten Zugantriebs den Umstellwindenzug 3 in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Bei dieser Anordnung wäre das Kraftmeßelement 5 zweckmäßigerweise in der Nähe des Antriebs 2 und zwischen diesem und der in Zugrichtung ersten Umstellarmatur 8 angeordnet.

Fig. 4 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Teil der auf einer Längsseite der Koksofenbatterie 6 in Reihe angeordneten Umstellarmaturen für die Unterfeuerung. Es ist deutlich zu erkennen, daß in diesem Ausführungsbeispiel Umstellwindenzüge 3 auf drei unterschiedlichen Höhen verlaufen. Die Abbildung in Fig. 4 vermittelt einen guten Eindruck von der großen Zahl der in Reihe angeordneten Umstellarmaturen und von der Verschiedenartigkeit der Armaturen 8. Die Armaturen und ihre Umstelleinrichtungen sind den Umwelt- bzw. Umgebungsverhältnissen ausgesetzt, die durch teilweise erhebliche Temperaturschwankungen und Verschmutzungen bestimmt sind. Durch diese Umgebungseinflüsse sind Störungen und Funktionsbeeinträchtigungen der Umstellarmaturen nicht auszuschließen, eher sogar wahrscheinlich, so daß ihre Funktion ständig überwacht werden muß. Durch die erfindungsgemäße Überwachung ist es möglich, Störungen rechtzeitig und sich ankündigende Funktionsbeeinträchtigungen frühzeitig zu erkennen, so daß auch ohne ständigen Personaleinsatz vor Ort Reparaturen unmittelbar und auch präventiv gezielt durchgeführt werden können.

In der Darstellung in Fig. 4 sind die oben und unten verlaufenden Abschnitte des Umstellwindenzuges 3 teilweise als Seilzüge und als an die Seile angekoppelte Zuggestänge ausgeführt. Auch das auf mittlerer Höhe erkennbare Teilstück des Umstellwindenzuges 3 ist als Doppel-Zuggestänge ausgebildet. Vom oberen Umstellwindenzug 3 werden Wechselventile 8 betätigt, während die darunter angeordneten Abgasventile 8 sowohl von dem unteren Strang des Umstellwindenzuges 3 als auch von dem im mittleren Bereich angeordneten Zuggestänge 3 betätigt werden.

Bei der Zusammenfassung der Umstellarmaturen 8 zu getrennt zu überwachenden Armaturengruppen muß jeder Gruppe ein Antrieb 2 zugeordnet sein, wobei es sich bei kleineren Gruppen empfiehlt, am nichtangetriebenen Ende des der Gruppe zugeordneten Umstellwindenzuges 3 ein Gegengewicht 7 anzuordnen, wie dies in Fig. 3 schematisch gezeigt ist. Je kleiner die zur Überwachung zusammengefaßten Armaturen sind, desto spezifischer bzw. differenzierter können durch das zwischen Antrieb 2 und Armaturen 8 angeordnete Kraftmeßelement 5 erfaßten Änderungen der auftretenden Zugkräfte den störbefallenen Armaturen 8 zugeordnet werden.

Bezugszeichenliste

1

Umstellwinde

2

Antrieb

3

Umstellwindenzug (Zugseil, Zugkette, Zuggestänge)

4

Umlenkung (Umlenkrolle, Umlenkrad)

5

Kraftmeßelement

6

Batterie, -bauwerk

7

Gegengewicht

8

Umstellarmatur

9

Armaturenhebel

Claims (8)

1. Verfahren zur Überwachung der Umstellwindenzüge (3) von Koksofenbatterien (6), bei denen die Umstellung der Unterfeuerungseinrichtungen durch mindestens einen Antrieb (2) für mehrere Umstellarmaturen (8) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß im Umstellwindenzug (3) die beim Umstellvorgang auftretende Zugkraft zwischen Antrieb (2) und Umstellarmaturen (8) gemessen und überwacht wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der auftretenden Zugkraft angezeigt und das Überschreiten von vorgegebenen Grenzwerten signalisiert wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Umstellkräfte im Zeitverlauf gemessen und Änderungsgradienten angezeigt und Abweichungen von vorgegebenen Werten signalisiert werden.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige und/oder Signalisierung im ex-geschützten Raum, beispielsweise in der Meßwarte erfolgt.

5. Vorrichtung zur Überwachung der Umstellwindenzüge von Koksofenbatterien, bei denen die Umstellung der Unterfeuerungseinrichtungen durch mindestens einen Antrieb (2) für mehrere Umstellarmaturen (8) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß im Umstellwindenzug (3) mindestens ein Kraftmeßelement (5) zwischen Antrieb (2) und Umstellarmatur (8) angeordnet ist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftmeßelement (5) eine diskrete Meßwerterfassungseinrichtung aufweist, die die Höhe der gemessenen Zugkraft anzeigt und/oder registriert und/oder überträgt oder weiterleitet und das Überschreiten vorgegebener Grenzwerte und/oder Meßreihengradienten signalisiert.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerterfassungseinrichtung ex-geschützt ausgeführt und/oder angeordnet ist.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftmeßelement (5) in möglichster Nähe zur Meßwerterfassungseinrichtung angeordnet ist.