DE102010004366A1 - Apparatus and method for controlling the solidification of a coal bed - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle der Verfestigung einer Kohleschüttung (2) bei der Herstellung eines zu verkokenden Kohlekuchens durch Stampfen der Kohleschüttung (2) in einer Form (1), das eine Messeinrichtung zur Ermittlung eines für die Wechselwirkung eines Stampfelements (3) mit der Kohleschüttung (2) charakteristischen, von der Verfestigung der Kohleschüttung (2) abhängigen Messwerts aufweist. Die Messeinrichtung (4) ist zur Erfassung einer oder mehrerer kinematischer Größen und/oder mehrerer Messwerte einer kinematischen Größe des Stampfelements (3) vorgesehen.The invention relates to a device for controlling the solidification of a coal bed (2) in the production of a coal cake to be verkokenden by pounding the coal bed (2) in a mold (1) having a measuring device for determining a for the interaction of a tamping element (3) the coal bed (2) characteristic, dependent on the solidification of the coal bed (2) measured value. The measuring device (4) is provided for detecting one or more kinematic variables and / or a plurality of measured values of a kinematic variable of the tamping element (3).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle der Verfestigung einer Kohleschüttung bei der Herstellung eines zu verkokenden Kohlekuchens durch Stampfen der Kohleschüttung in einer Form.The invention relates to a device for controlling the solidification of a coal bed in the production of a coal cake to be gekokenden by pounding the coal bed in a mold.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Kontrolle der Verfestigung eines Kohlekuchens.The invention further relates to a method for controlling the solidification of a coal cake.
Zur Herstellung des Kokskohlekuchens werden Kohlemischungen aus verschiedenen Kohlen verwendet, die eine unterschiedliche Herkunft haben, die unterschiedlichen Witterungen ausgesetzt sowie unterschiedlich aufgearbeitet wurden und entsprechend unterschiedliche Zusammensetzungen, Körnungen und Feuchtgehalte aufweisen. Das Mischverhältnis der Kohlen sowie die Dauer und Intensität einer mechanischen Behandlung der Kohleschüttungen mit den Stampfelementen beruhen auf Erfahrungswerten. Nach der Zugabe in die Form wird die Kohleschüttung sukzessive über einen festgesetzten Zeitraum mit den Stampfelementen verfestigt, anschließend wieder Kohle auf den verfestigten Block gegeben und so nach und nach der Kohlekuchen geformt.To produce the Kokskohlekuchens coal mixtures are used from different coals, which have a different origin, which were exposed to different weather conditions and worked up differently and have correspondingly different compositions, grain sizes and moisture content. The mixing ratio of the coals and the duration and intensity of a mechanical treatment of the coal beds with the tamping elements based on experience. After being added to the mold, the coal bed is successively solidified with the tamping elements for a fixed period of time, then coal is again placed on the solidified block, thus gradually forming the coal cake.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Qualität des Kohlekuchens zu verbessern.The invention has for its object to improve the quality of the coal cake.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Messeinrichtung zur Ermittlung einer für die Wechselwirkung eines Stampfelements mit der Kohleschüttung charakteristischen, von der Verfestigung der Kohleschüttung abhängigen Messwerts gelöst.According to the invention, the object is achieved by a measuring device for determining a measured value which is characteristic of the interaction of a tamping element with the coal bed and which depends on the solidification of the bed of coal.
Zu Beginn der Verdichtung liegt die Kohle locker auf. Unter der Impulseinwirkung verformen sich die Kohlekörner und die Schüttung wird nach und nach verdichtet und verfestigt. Mit zunehmender Verfestigung des Kohlekuchens ändert sich der Bewegungsablauf des Stampfelements beim und nach dem Aufschlag. Während es zu Beginn von der lockeren Kohle unter plastischer Verformung der Kohlekörner noch relativ stark abgebremst wird, nimmt mit zunehmender Verdichtung der elastische Stoßanteil des Stampfelements immer mehr zu und seine kinetische Energie wird immer weniger zur plastischen Verformung genutzt. Das Stampfelement behält einen immer größeren Anteil der kinetischen Energie und springt zurück.At the beginning of the compression, the coal is loose. Under the impulse action, the carbon grains deform and the bed is gradually compacted and solidified. With increasing solidification of the coal cake, the movement of the tamping element changes during and after the impact. While it is slowed down at the beginning of the loose coal under plastic deformation of the carbon grains still relatively strong, with increasing compression of the elastic abutting portion of the tamping element increases more and more and its kinetic energy is less and less used for plastic deformation. The ramming element retains an ever greater proportion of the kinetic energy and bounces back.
Anhand der Kenntnisse, die mittels der Messeinrichtung über die Festigkeit des Kohlekuchens erlangt werden, lässt sich während der Verfestigung feststellen, ob der Kohlekuchen schon ausreichend verfestigt worden ist. Die Anzahl der auf den Kohlekuchen abzugebenden Impulse kann an die tatsächliche Festigkeit des Kohlekuchens angepasst werden. Ferner kann verhindert werden, dass der Kohlekuchen nach Erreichen einer ausreichend hohen Festigkeit weiter gestampft wird und so die Verfahrensdauer unnötig verlängert wird, und auch die Gefahr verringert wird, dass der Kohlekuchen durch die Impulsbeaufschlagung zerschlagen wird.Based on the knowledge obtained by the measuring device on the strength of the coal cake, it can be determined during solidification, whether the coal cake has already been sufficiently solidified. The number of pulses to be delivered to the coal cake can be adjusted to the actual firmness of the coal cake. Further, it can be prevented that the coal cake is further tamped after reaching a sufficiently high strength and so the process time is unnecessarily prolonged, and also the risk is reduced that the coal cake is crushed by the impulse application.
Neue, noch unbekannte Mischungen von verschiedenen Kohlesorten können kontrollierter verfestigt werden.New, as yet unknown mixtures of different types of coal can be solidified in a controlled manner.
Ferner können Information darüber gewonnen werden, ob eine Einrichtung, an der das Stampfelement befestigt ist und die das Stampfelement bewegt, wie vorgesehen funktioniert oder ggf. Reparaturen durchzuführen sind.Furthermore, information can be obtained as to whether a device to which the ramming element is attached and which moves the ramming element, works as intended or if necessary to carry out repairs.
Zur Bestimmung der Festigkeit der Kohleschüttung bzw. eines sich bildenden Blocks ist die Messeinrichtung in einer Ausgestaltung der Erfindung zur Erfassung einer oder mehrerer kinematischer Größen und/oder mehrerer Messwerte einer kinematischen Größe des Stampfelements vorgesehen.In order to determine the strength of the coal bed or a forming block, the measuring device is provided in one embodiment of the invention for detecting one or more kinematic variables and / or a plurality of measured values of a kinematic variable of the tamping element.
Die Festigkeit kann anhand des Bewegungsablaufs des Stampfelements, anhand der Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung bzw. Abbremsung des Stampfelements vor, bei und/oder nach dem Aufschlagen, und/oder anhand des Extremwertes der Beschleunigung bzw. Abbremsung, bestimmt werden.The strength can be determined on the basis of the movement sequence of the tamping element, on the basis of the speed and / or acceleration or deceleration of the tamping element before, during and / or after impact, and / or on the basis of the extreme value of the acceleration or deceleration.
Während das Stampfelement von der lockeren Kohleschüttung noch relativ stark abgebremst wird und sich seine Geschwindigkeit bei und nach dem Aufschlagen noch verhältnismäßig langsam ändert und entsprechend die Beschleunigung relativ langsam größer wird und einen verhältnismäßig geringen Maximalwert erreicht, ändert sich die Geschwindigkeit des Stampfelements mit zunehmender Verfestigung des Kohlekuchens immer schneller. Entsprechend wird das Stampfelement innerhalb eines immer kürzeren Zeitraums abgebremst, ggf. – beim elastischen Stoß – seine Bewegungsrichtung umgekehrt und die maximale Beschleunigung immer größer.While the ramming of the loose coal bed is still relatively slowed down and its speed changes relatively slowly during and after impact and accordingly the acceleration relatively slowly larger and reaches a relatively low maximum value, the speed of the tamping element changes with increasing solidification of Coal cake getting faster. Accordingly, the tamping element is braked within an ever shorter period of time, if necessary - in the case of elastic shock - its direction of movement reversed and the maximum acceleration ever greater.
Entsprechend sind der Zeitraum, während dem das Stampfelement abgebremst wird, und die maximale Beschleunigung des Stampfelements Maße für die Festigkeit des Kohlekuchens.Accordingly, the period of time during which the ramming element is decelerated and the maximum acceleration of the ramming element are measures of the strength of the coal cake.
Außerdem ist das Verhältnis der Geschwindigkeit des Stampfelements zu derjenigen vor dem Aufschlagen ein Maß für die Festigkeit des Blocks. Mit zunehmender Festigkeit des Blocks gibt das Stampfelement durch das Aufschlagen auf den Block immer weniger Energie durch plastische Verformung ab. Da der elastische Stoßanteil immer größer wird, springt das Stampfelement mit immer größer werdender Geschwindigkeit von dem Block zurück.In addition, the ratio of the speed of the ramming element to that before impacting is a measure of the strength of the block. With increasing strength of the block, the ramming element releases less and less energy through plastic deformation by striking the block. As the elastic impact component gets bigger, the ram recovers from the block with increasing speed.
Entsprechend könnte auch die Höhe, die das Stampfelement beim Zurückspringen erreicht, ein Maß für die Festigkeit des Blocks sein.Accordingly, the height that the ramming element achieved when springing back, could be a measure of the strength of the block.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Messeinrichtung zur Ermittlung der Länge des Abbremsweges des Stampfelements vorgesehen. Der Zeitpunkt des Aufschlags ist der Moment, in dem sich die Geschwindigkeit des Stampfelements schlagartig ändert. Die anschließend zurückgelegte Strecke ist ein Maß dafür, wie weit das Stampfelement die Kohleschüttung bzw. den Block zusammendrückt und somit auch ein Maß für ihre bzw. seine Festigkeit.In one embodiment of the invention, the measuring device is provided for determining the length of the Abbremsweges the tamping element. The time of the impact is the moment in which the speed of the tamping element abruptly changes. The subsequently covered distance is a measure of how far the ramming element compresses the coal charge or the block and thus also a measure of their or its strength.
Zweckmäßigerweise ermittelt die Messeinrichtung den von der Festigung abhängigen Wert aus mehreren, ggf. gewichteten, Messwerten.Expediently, the measuring device determines the value dependent on the consolidation from a plurality of possibly weighted measured values.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Steuerung auf, die abhängig von den Messwerten die Größe der Einwirkung des Stampfelements auf die Kohleschüttung und/oder die Zugabe von Kohle in die Form regelt. Handelt es sich bei Stampfelement um einen Fallhammer, wird geregelt, mit welcher Frequenz er gehoben und wieder fallengelassen und/oder aus welcher Höhe er fallengelassen wird. Wird ein hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch angetriebener Hammer verwendet, lässt sich neben der Schlagfrequenz auch die Größe der Impulse einstellen.In one embodiment of the invention, the device has a control which, depending on the measured values, regulates the size of the action of the ramming element on the coal bed and / or the addition of coal into the mold. If the ramming element is a monkey hammer, it is regulated with which frequency it is raised and dropped again and / or from which height it is dropped. If a hydraulically, pneumatically or electrically driven hammer is used, the size of the pulses can be adjusted in addition to the beat frequency.
Während es vorstellbar wäre, die Bewegung des Stampfelements mechanisch oder mit einem Beschleunigungssensor zu bestimmen, ist die Einrichtung in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung für eine optische Messung vorgesehen.While it would be conceivable to determine the movement of the ramming element mechanically or with an acceleration sensor, the device is provided in a particularly preferred embodiment of the invention for an optical measurement.
Zweckmäßigerweise umfasst die Einrichtung eine Kamera, mit der die Bewegung des Stampfelementes gefilmt wird. Um die Bewegung einfach und genau erfassen zu können, ist auf dem Stampfelement vorzugsweise eine Markierung und/oder eine Skalierung vorgesehen.Conveniently, the device comprises a camera with which the movement of the ramming element is filmed. In order to detect the movement simply and accurately, a marking and / or a scaling is preferably provided on the ramming element.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Einrichtung ein Laser-Doppler-Vibrometer. Zur Erfassung des Bewegungsablaufs wird ein Laserstrahl auf die Oberfläche des Stampfelements gerichtet. Anhand der Reflexion des Laserstrahls und einer Überlagerung mit einem Messstrahl wird in an sich bekannter Weise interferometrisch der Bewegungsablauf des Stampfelementes, insbesondere auch seine Bewegungsrichtung, bestimmt.In the preferred embodiment of the invention, the device comprises a laser Doppler vibrometer. To detect the movement, a laser beam is directed onto the surface of the ramming element. On the basis of the reflection of the laser beam and an overlay with a measuring beam, the movement sequence of the tamping element, in particular its direction of movement, is determined in an interferometric manner in a manner known per se.
Die Messung kann in der Bewegungsrichtung oder senkrecht dazu erfolgen. Wird der Laserstrahl in der Richtung, in der sich das Stampfelement bewegt, auf dessen Oberfläche gerichtet, wird ein für eine Ein-Punkt-Messung vorgesehenes Vibrometer verwendet. Zur Bestimmung der Bewegung des Stampfelements aus einer zur Bewegungsrichtung des Stampfelements senkrechten Richtung wird ein für eine Messung in einer Oberflächenebene vorgesehenes Laser-Doppler-Vibrometer verwendet.The measurement can be done in the direction of movement or perpendicular thereto. When the laser beam is directed to the surface thereof in the direction in which the ram moves, a vibrometer provided for a one-point measurement is used. In order to determine the movement of the tamping element from a direction perpendicular to the direction of movement of the tamping element, a laser Doppler vibrometer provided for a measurement in a surface plane is used.
Zweckmäßigerweise ist die Kamera, das Laser-Doppler-Vibrometer oder der Beschleunigungssensor mit einem Computer verbunden, der die gefilmte Bewegung bzw. die Messungen mit Hilfe einer Software mit der Festigkeit des gebildeten Blocks in Beziehung setzt. Die Steuerung greift auf diese Informationen zurück und regelt in Abhängigkeit davon die Impulsbeaufschlagung und/oder die Kohledosierung.Conveniently, the camera, the laser Doppler vibrometer or the acceleration sensor is connected to a computer which relates the filmed motion or measurements to the strength of the formed block by means of software. The controller uses this information and regulates depending on the impulse and / or the coal dosage.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch:The invention will now be explained in more detail with reference to embodiments and the accompanying, relating to these embodiments drawings. They show schematically:
s
Zum Verdichten und Verfestigen der Kohleschüttung
Die Einrichtung
Zum Formen eines Kohlekuchens wird zunächst Kohle
Wie in
Mit zunehmender Verdichtung und Verfestigung der Kohleschüttung
Ist, wie in
Wie aus den
Folglich lässt sich die Festigkeit des Blocks anhand des Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsprofils oder der Maximalbeschleunigung des Fallhammers bestimmen.Consequently, the strength of the block can be determined on the basis of the speed and / or acceleration profile or the maximum acceleration of the drop hammer.
Alternativ oder ergänzend dazu lässt sich die Festigkeit auch durch Messungen des Verhältnisses des Betrages der maximalen Geschwindigkeit des Fallhammers
Wird eine ausreichend hohe Festigkeit des Blocks festgestellt, veranlasst die Steuerung
Die Steuerung kann zusätzlich derart ausgelegt sein, dass sie, je nach Verfestigungsgrad des Kohlekuchens, auch die Frequenz und/oder die Größe der Impulsbeaufschlagung durch die Fallhämmer
Das Zugeben von Kohle und die anschließende Verfestigung wird solange fortgeführt, bis anhand der Position der Hammereinrichtung und der Aufschlagshöhe des Fallhammers
Alternativ können zur Erfassung des Bewegungsablaufs auch die Einrichtungen
Der Bewegungsablauf kann ferner mit einer Kamera
Auf dem Fallhammer
Alternativ lässt sich mit der erfindungsgemäßen Einrichtung
Ferner kommt zur Erfassung des Bewegungsablaufs des hier gezeigten Fallhammers
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit mehreren Einrichtungen
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