DE10128992C2 - Verfahren zum Betreiben einer Koksofenbatterie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zum Betreiben einer Koksofenbatterie mit einer Mehrzahl gleicher Verkokungs­ kammern, einer Rohgasvorlage und in der Rohgasvorlage angeordneten Drosselvorrichtungen zum individuellen Regeln des Gasdruckes in den Verkokungskammern. Die Drossel­ vorrichtungen weisen jeweils eine mit Wasser beaufschlagte Tauchtasse mit einem verschließbaren Ablauf auf. Die Verkokungskammern sind mit der Rohgasvorlage durch Gasleitungen verbunden, die als Tauchrohre in den Tauchtassen der Drosselvorrichtungen enden.

Solche Drosselvorrichtungen sind aus EP 0 649 455 B1 bekannt. Durch Verändern des Flüssigkeitsspiegels in der Tauchtasse kann der Gasdruck der zugeordneten Verkokungs­ kammer in Abhängigkeit der Gasentbindung geregelt werden. Die Veränderung des Flüssigkeitsspiegels in der Tauchtasse erfolgt mittelbar durch Steuerung des Wasserzuflusses und des Wasserabflusses. Dabei stellen sich Gleichgewichts­ wasserzustände ein, die abhängig sind von dem statischen Druck der Wassersäule in der Tauchtasse sowie dem freien Querschnitt der Abflussöffnung und sich bei Schwankungen in der Zulaufmenge oder der Ablaufmenge ändern. Für jede Verkokungskammer der Koksofenbatterie ist eine aufwendige Regelung erforderlich, um die Wasserzu- und -abflüsse während des Verkokungsvorganges festzulegen. Dabei müssen alle Verkokungskammern mit Messeinrichtungen für den Kammerdruck ausgerüstet werden. Ferner müssen an den Drosselvorrichtungen Durchflussmess- und Regeleinrichtungen sowohl im Wasserzufluss als auch im Wasserabfluss vor­ gesehen werden. Der regelungstechnische Aufwand für einen automatisierten Betrieb der Koksofenbatterie ist groß.

Bei einem aus DE-PS 11 92 152 bekannten Verfahren werden die Drosselvorrichtungen zur Steuerung des Gasdruckes der zugeordneten Verkokungskammer mechanisch unter Verwendung von Kurvenscheiben gesteuert. Jeder Verkokungskammer ist jeweils eine Kurvenscheibe zugeordnet. Die Kurvenscheiben sind auf einer Steuerwelle angeordnet, die wie an einer Garungsperiode einmal umläuft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das einen regelungstechnisch einfachen, sicheren Betrieb der Verkokungskammern einer Koksofenbatterie ermöglichen.

Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zum Betreiben einer Koksofenbatterie mit einer Mehrzahl von gleichen Verkokungskammern, einer Rohgas­ vorlage und jeweils einer Drosselvorrichtung in Form einer wasserbeaufschlagten Tauchtasse mit verschließbarem Ablauf, in der eine mit jeder Kammer verbundene Gasleitung in Form eines Tauchrohres endet, wobei die Drosselvorrichtung einen von einem Stellantrieb vertikal verstellbaren Überlauf zur Einstellung der Tauchtiefe des Tauchrohres in der Tauch­ tasse aufweist,

• - wobei eine Anzahl von Verkokungskammern, denen eine Druckregeleinrichtung mit einer Messeinrichtung für den Kammerdruck und ein Stellungsgeber zur Steuerung des Stellantriebes zugeordnet ist, druckgeregelt wird,
• - wobei die dem zeitlichen Druckverlauf beim Verkoken von Kohle zu Koks in den druckgeregelten Kammern zugeordneten Stellsignale für den Stellantrieb in Form einer Stellungs-Zeit-Kurve aufgezeichnet werden und
• - wobei nach Maßgabe der ermittelten Stellungs-Zeit- Kurven die Stellantriebe der Drosselvorrichtungen von nicht mit einer Druckregelung ausgestatteten Kammern gesteuert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt aus, dass die Ver­ kokung in den Verkokungskammern ein zyklischer Batch- Prozess ist und die Gasentwicklung während der Verkokung einen in allen Verkokungskammern gleichen, vorhersehbaren Verlauf hat. Das ermöglicht es, den Flüssigkeitsstand in der Tauchtasse nach einer Stellungs-Zeit-Kurve, die in einem Prozessrechner hinterlegt ist, zu steuern. Die Stel­ lungs-Zeit-Kurve wird dabei als Stellsignale vom Prozess­ rechner an die Stellantriebe der Drosselvorrichtungen übertragen, welche nach Maßgabe der Stellsignale den zugeordneten Überlauf entsprechend positionieren. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es ausreichend, wenn nur eine oder einige wenige Verkokungskammern der Koksofen­ batterie mit einer Druckregeleinrichtung ausgerüstet werden. Die Druckregeleinrichtung umfasst eine Messein­ richtung für den Kammerdruck und einen Stellungsgeber, der aus den Druckwerten und Sollwerten Steilsignale für den Stellantrieb des vertikal verstellbaren Überlaufes erzeugt. Die übertragenen Steilsignale werden für einen oder jeden Gasentwicklungszyklus als Stellungs-Zeit-Kurve abge­ speichert und können dann beim nächsten oder bei späteren Gasentwicklungszyklen als Stellsignale anstelle der direkt aus der Druckregeleinheit kommenden Stellsignale eingesetzt werden. Erfindungsgemäß wird die Stellungs-Zeit-Kurve auch genutzt, um Verkokungskammern zu betreiben, die keine Druckregeleinrichtung aufweisen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Druck in der Rohgasvorlage gemessen und es werden den Funktionswerten der Stellungs-Zeit-Kurve Korrekturwerte aufgeschaltet, wenn der Druck in der Rohgasvorlage von einem bei der Aufzeichnung der Stellungs-Zeit-Kurve gemessenen Referenzwert abweicht. Druckschwankungen auf der Gasabführungsseite werden dadurch kompensiert und wirken sich nicht nachteilig auf den Betrieb der Verkokungskammern aus. Störgrößen auf der Gaszuführungs- bzw. Erzeugungsseite sind im Regelfall bekannt und werden von Änderungen der Betriebsparameter, z. B. bei einer Änderung der Verkokungs­ zeiten oder der Heizzugtemperaturen, verursacht. In solchen Fällen wird die Stellungs-Zeit-Kurve neu erfasst.

Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der nachgeordneten Ansprüche 3 bis 5 und werden im Folgenden anhand einer lediglich ein Ausführungs­ beispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch

Fig. 1a und 1b einen Ausschnitt aus einer Koksofen­ batterie mit einer im Gasweg zwischen einer Verkokungskammer und einer Rohgas­ vorlage angeordneten Drosselvorrichtung, die in unterschiedlichen Funktionsstel­ lungen gezeigt ist,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Drosselvor­ richtung in einer gegenüber Fig. 1a und 1b vergrößerten Darstellung,

Fig. 3 und 4 andere Funktionsstellungen der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Koksofenbatterie, die eine Mehrzahl gleicher Verkokungs­ kammern, eine Rohgasvorlage und Drosselvorrichtungen zum individuellen Regeln des Gasdruckes in den Verkokungs­ kammern aufweist. In den Fig. 1a und 1b ist eine der Verkokungskammern 1 mit zugeordneter Drosselvorrichtung und einem Ausschnitt aus der Rohgasvorlage 2 dargestellt.

Die Drosselvorrichtung ist innerhalb der Rohgasvorlage 2 der Koksofenbatterie angeordnet und über ein Steigrohr 3 mit dem Gasraum der Verkokungskammer 1 verbunden (Fig. 1a, 1b). Zum grundsätzlichen Aufbau der Drosselvorrichtung gehören eine Tauchtasse 4, der ständig Wasser 5 zugeführt wird, sowie ein Tauchrohr 6, das über eine Steigrohrkrümmer 7 mit dem Steigrohr 3 verbunden ist und in der Tauchtasse 4 endet. Die Tauchtasse 4 weist einen Überlauf 8 sowie einen verschließbaren Ablauf 9 auf. Das Tauchrohr 6 ist mit einem Endabschnitt 10 ausgebildet, dessen freier Gasaustritts­ querschnitt abhängig ist von dem Flüssigkeitsspiegel 11 in der Tauchtasse 4. Im Ausführungsbeispiel weist der Endab­ schnitt 10 mantelseitige Schlitze 12 auf (Fig. 2). Ferner kann die Unterkante profiliert oder abgeschrägt sein.

Der Fig. 2 entnimmt man, dass zur Regelung des Flüssig­ keitsspiegels 11 ein Ablaufrohr 13 für Wasser vorgesehen ist, dessen einlaufseitiges Ende in das Tauchrohr 6 ragt und das mantelseitige Einlauföffnungen 14 für den Zufluss von Wasser enthält. Innerhalb des Ablaufrohres 13 ist ein an beiden Stirnseiten offener Schieber 15 angeordnet, der die Einlauföffnungen 14 des Ablaufrohres 13 nach Maßgabe seiner Stellung in Längsrichtung verschließt und einen vertikal verstellbaren Überlauf für das in das Ablaufrohr 13 ein­ strömende Wasser bildet. Das einlaufseitige Ende des Ablaufrohres 13 ist von einem Siphonrohr 16 umgeben, welches das Ablaufrohr 13 oberseitig verschließt und einen unterhalb des Tauchrohres 6 in die Tauchtasse 4 mündenden Ringkanal für den Zufluss von Wasser bildet. Die Oberkante des Schiebers 15 definiert die Höhe des Wasserstandes innerhalb der Tauchtasse 4. Das Siphonrohr 16 verhindert dabei, dass Gas durch das Ablaufrohr 13 strömen und die Wasserstandsregelung negativ beeinflussen kann.

Die z. B. schlitzförmig ausgebildeten mantelseitigen Ausneh­ mungen 12 im Endabschnitt 10 des Tauchrohres 6 erstrecken sich in Längsrichtung über einen Abschnitt a, dessen Länge an den Stellbereich des Schiebers 15 innerhalb des Ablauf­ rohres 13 angepasst ist.

Der Schieber 15 ist durch eine Stellstange 17 bewegbar, die durch einen Abschnitt des Tauchrohres 6 geführt ist. Sie ist durch die Wand des Steigrohrkrümmers 7, dessen Verlän­ gerung das Tauchrohr 6 darstellt, nach außen geführt und dort mit einem geeigneten Stellantrieb 18 verbunden (Fig. 1a, 1b). Zweckmäßig wird als Stellantrieb 18 ein Antriebs­ aggregat verwendet, das bei Ausfall seiner Antriebsenergie in der letzten Regelstellung verharrt, da diese diejenige Position darstellt, bei der die Kombination Wasserstand/­ Gasdruck einem definierten, sicheren Zustand entspricht. Das ist vor allem bei der Rohgasabfuhr aus der Verkokungs­ kammer von Bedeutung, da hier der Druck weder zu stark an­ steigen noch zu stark abfallen darf. Bei einem unkontrol­ lierten Druckanstieg besteht die Gefahr von Emission über die Ofenverschlüsse; bei einem Druckabfall ist ein Luft­ einbruch in die Verkokungskammer möglich, was zu Beschädi­ gungen durch Überhitzung führen könnte. Der letzte gere­ gelte Wasserstand vor dem Ausfall der Antriebsenergie des Stellantriebes 18 bzw. einer sonstigen Störung des Stell­ antriebes 18 stellt gleichzeitig für diesen Zustand die sichere Stellung für den Ofenbetrieb dar.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Funktionsstellung der Vor­ richtung sind die z. B. als Längsschlitze ausgebildeten mantelseitigen Einlauföffnungen 14 des Ablaufrohres 13 durch den Schieber 15 verschlossen. Durch das zulaufende Wasser ist die Tauchtasse 4 geflutet. Das Wasser fließt über den Überlauf 8 der Tauchtasse 4 ab. Die Flüssigkeits­ säule b im Tauchrohr 6 ist so groß, dass der Gasweg zwischen dem Gasraum der Verkokungskammer 1 und der Rohgas­ vorlage 2 unterbrochen ist. Die Verkokungskammer 1 kann ge­ öffnet und ausgegarter Koks ausgedrückt werden. Die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung verhindert, dass Luft in die Roh­ gasvorlage 2 gelangen kann.

Das Ablaufrohr 13 ist als bewegliches Stellelement an einen dem Ablauf 9 zugeordneten Verschlussstopfen 19 angeschlos­ sen, wobei das im Ablaufrohr 13 abfließende Wasser durch einen Wasserkanal des die Tauchtasse 4 abdichtenden Ver­ schlussstopfens 19 abströmt (Fig. 1a und 2). Der Ver­ schlussstopfen 19 ist durch eine Hubbewegung des Ablauf­ rohres 13 in die in Fig. 4 dargestellte Öffnungsstellung bewegbar und gibt den Ablauf 9 der Tauchtasse 4 zur Entleerung der Tauchtasse frei. Die erfindungsgemäße Vor­ richtung nimmt die in Fig. 4 dargestellte Funktionsstellung ein, wenn die zugeordnete Verkokungskammer 1 frisch mit Kohle befüllt wird. Die Füllgase werden mit dem in der Rohgasvorlage 2 herrschenden Unterdruck ungedrosselt in die Rohgasvorlage 2 abgesaugt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der komplette Betriebszyklus einer Verkokungskammer gesteuert bzw. geregelt werden. Zur Kohlebeschickung der Verkokungskammer 1 wird die Tauchtasse 4 vollständig entleert, damit die Füllgase mit dem in der Rohgasvorlage 2 herrschenden Unterdruck ungedrosselt in die Rohgasvorlage 2 abgesaugt werden können. Während der Verkokungszeit wird der Kammerdruck durch Regelung des Flüssigkeitsspiegels in der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Maßgabe eines Vorgabewertes geregelt. Zum Ausdrücken des ausgegarten Kokses aus der Verkokungskammer 1 wird der Gasweg durch Fluten der Tauchtasse 4 unterbrochen, so dass keine Luft in die Rohgasvorlage 2 gelangen kann. Einer vergleichenden Betrachtung der Figuren entnimmt man, dass das Regeln, Verschließen und Öffnen des Gasweges durch eine gleichgerichtete Bewegung des Schiebers 15 erfolgt. Durch die Stellbewegungen des Schiebers 15 kann der Flüs­ sigkeitsstand geregelt werden (Fig. 2). Durch eine weitere Stellbewegung des Schiebers sind die Einlauföffnungen 14 des Ablaufrohres 13 verschließbar (Fig. 3). Der Schieber 15 ist gegen einen Anschlag, z. B. den oberen Deckel des Ab­ laufrohres 13, bewegbar und führt bei weiterer Hubbewegung das Ablaufrohr 13 mit dem fest angeschlossenen Verschluss­ stopfen 19 mit, wobei der Ablauf 9 der Tauchtasse 4 geöff­ net wird (Fig. 4). Bei der Abfolge der Funktionsschritte sind die erforderlichen Stellbewegungen der Stellstange 17 klein, so dass die Funktionsschritte schnell ausgeführt werden können.

Bei dem erfindungsgemäßen Betrieb der Koksofenbatterie werden für eine Verkokungskammer, der eine Druckregel­ einrichtung mit einer Messeinrichtung für den Kammerdruck und ein Stellungsgeber zur Steuerung des Stellantriebes zugeordnet ist, die Stellsignale für den Stellantrieb in Form einer Stellungs-Zeit-Kurve aufgezeichnet und zwar für den gesamten Verkokungsprozess. Nach Maßgabe dieser Stellungs-Zeit-Kurve werden dann die Stellantriebe von Drosselvorrichtungen gesteuert, die Verkokungskammern zugeordnet sind, welche keine Druckregel­ einrichtungen aufweisen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es ausreichend, wenn eine Verkokungskammer oder einige wenige Verkokungskammern mit einer Druckregel­ einrichtung ausgerüstet sind. Die Drosselvorrichtungen der übrigen Verkokungskammern werden nach der für alle Verkokungskammern geltenden aufgezeichneten Stellungs-Zeit- Kurve gesteuert. Gemäß einer weiteren bevorzugten Aus­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Druck in der Rohgasvorlage gemessen und es werden die Funktionswerte der Stellungs-Zeit-Kurve Korrekturwerte aufgeschaltet, wenn der Druck in der Rohgasvorlage von einem bei der Aufzeichnung der Stellungs-Zeit-Kurve gemessenen Referenz­ wert abweicht.

Aus der Kenntnis der Stellung des Stellantriebes und somit des Schiebers wird die oberhalb des Wasserspiegels vorhan­ dene freie Gasdurchtrittsfläche der schlitzförmig ausgebil­ deten, mantelseitigen Ausnehmungen 12 im Endabschnitt 10 des Tauchrohres ermittelt. Aus dieser freien Gasdurch­ trittsfläche sowie der Druckdifferenz zwischen dem gemes­ senen Kammerdruck und dem gemessenen Vorlagendruck wird ein theoretischer Rohgasvolumenstrom errechnet. Dieser theore­ tische Rohgasvolumenstrom wird als vergleichmäßgte, nor­ mierte Kurve über die gesamte Garungszeit abgespeichert. Zur Steuerung des Kammerdruckes über die Garungszeit wäh­ rend einer späteren Garungsreise bzw. an einem anderen Ofen wird mit Hilfe der abgespeicherten Rohgasvolumenstrom-Zeit- Kurve und der Druckdifferenz zwischen dem vorgegebenen Kammerdruck (Sollwert) sowie dem gemessenen Vorlagendruck, die zur Einstellung des Soll-Kammerdruckes erforderliche freie Gasdurchtrittsfläche der schlitzförmig ausgebildeten mantelseitigen Ausnehmungen 12 im Endabschnitt 10 des Tauchrohres berechnet. Aus diesem Wert wird durch direkte Zuordnung die Stellung des Schiebers bzw. des Stellantrie­ bes ermittelt, die dann eingestellt wird. Bei der beschrie­ benen Vorgehensweise gibt die (theoretische) Rohgasvolumen­ strom-Zeit-Kurve nicht den tatsächlichen Rohgasvolumenstrom über die Garungszeit wieder sondern vielmehr einen von der Druckdifferenz zwischen Kammer und Vorlage bereinigten, normierten Wert, der für die Stellung des Antriebes bzw. des Schiebers steht.

Durch die beschriebene Vorgehensweise werden Druckschwan­ kungen auf der Gasabführungsseite kompensiert. Störgrößen auf der Gaszuführungs- bzw. Erzeugungsseite sind im Regel­ fall bekannt und treten vornehmlich nur dann auf, wenn Än­ derungen an den Betriebsparametern, z. B. der Garungszeit oder Heizzugtemperatur, vorgenommen werden. Derartige Ände­ rungen lassen sich berücksichtigen, indem die Stellungs- Zeit-Kurve für die Steuerung der Stellantriebe in regelmä­ ßigen Abständen, zumindest aber bei gravierenden Änderungen der Betriebsparametern, neu erfasst wird.

Claims (5)

1. Verfahren zum Betreiben einer Koksofenbatterie mit einer Mehrzahl von gleichen Verkokungskammern, einer Roh­ gasvorlage und jeweils einer Drosselvorrichung in Form einer wasserbeaufschlagten Tauchtasse mit verschließbarem Ablauf, in der eine mit jeder Kammer verbundene Gasleitung in Form eines Tauchrohres endet, wobei die Drossel­ vorrichtung einen von einem Stellantrieb vertikal verstellbaren Überlauf zur Einstellung der Tauchtiefe des Tauchrohres in der Tauchtasse aufweist,
wobei eine Anzahl von Verkokungskammern, denen eine Druckregeleinrichtung mit einer Messeinrichtung für den Kammerdruck und ein Stellungsgeber zur Steuerung des Stellantriebes zugeordnet ist, druckgeregelt wird,
wobei die dem zeitlichen Druckverlauf beim Verkoken von Kohle zu Koks in den druckgeregelten Kammern zugeordneten Stellsignale für den Stellantrieb in Form einer Stellungs-Zeit-Kurve aufgezeichnet werden und
wobei nach Maßgabe der ermittelten Stellungs-Zeit- Kurven die Stellantriebe der Drosselvorrichtungen von nicht mit einer Druckregelung ausgestatteten Kammern gesteuert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Rohgasvorlage gemessen wird und dass den Funktionswerten der Stellungs-Zeit-Kurve Korrekturwerte aufgeschaltet werden, wenn der Druck in der Rohgasvorlage von einem bei der Aufzeichnung der Stellungs-Zeit-Kurve gemessenen Referenzwert abweicht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass nach dem Verkokungsprozess in einer Verkokungskammer der vertikal verstellbare Überlauf der dieser Verkokungskammer zugeordneten Drosselvorrichtung verschlossen und die Tauchtasse bis zu einem Tauchtassenüberlauf mit Wasser geflutet wird, bevor der Koks aus der Verkokungskammer ausgedrückt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Beschicken einer Verkokungs­ kammer mit Kohle die Tauchtasse der zugeordneten Drosselvorrichtung entleert wird, um die beim Beschicken auftretenden Emissionen drosselfrei mit dem in der Rohgasvorlage herrschenden Unterdruck abzusaugen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Stellantrieb ein an beiden Stirnseiten offener Schieber in einem Ablaufrohr betätigt wird, der mantelseitige Einlauföffnungen des bis in das Tauchrohr ragenden Ablaufrohres nach Maßgabe seiner Stellung in Längsrichtung verschließt und den Überlauf bildet,
wobei das einlaufseitige Ende des Ablaufrohres von einem Siphonrohr umgeben ist, welches das Ablaufrohr oberseitig verschließt und einen unterhalb des Tauchrohres in die Tauchtasse mündenden Ringkanal für den Zufluss von Wasser bildet,
wobei das Ablaufrohr als bewegliches Stellelement an einen dem Ablauf der Tauchtasse zugeordneten Verschlussstopfen angeschlossen ist und das im Ablaufrohr abfließende Wasser durch einen Wasserkanal des die Tauchtasse abdichtenden Verschlussstopfens abströmt,
und dass durch Hubbewegungen des Schiebers der Flüssigkeitsspiegel der Tauchtasse während des Verkokungs­ prozesses geregelt wird, die Einlauföffnungen nach Beendigung des Verkokungsprozesses geschlossen werden, um die Tauchtasse zu fluten, sowie der Verschlussstopfen anschließend geöffnet wird, um die Tauchtasse vor einer Befüllung der Verkokungskammer mit frischer Kohle zu entleeren.