DE102014000255A1

DE102014000255A1 - Verfahren zur Regelung der Effizienz eines Schüttgutkühlers

Info

Publication number: DE102014000255A1
Application number: DE102014000255.1A
Authority: DE
Inventors: Klaus Zenker; André Sybon
Original assignee: KHD Humboldt Wedag AG
Current assignee: Khd Humboldt Wedag De GmbH
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2015-07-09
Anticipated expiration: 2034-01-09
Also published as: DE102014000255B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit eines Schüttgutkühlers (1), welcher Schüttgut (5) durch ungleichzeitige Vor- und Rückwärtsbewegungen von Planken(p) von einem Eintragsende (E) zu einem Austragsende (A) transportiert, und in welchem Kühlluft (8) durch Kühlluftöffnungen in den Planken (P) von unten durch das auf den Planken liegende Schüttgut (5) durchströmt und dabei Wärme aufnimmt, wobei die durch die Kühlluft (8) aufgenommene Wärmemenge abhängt a) von der Geschwindigkeit der Bewegung des Schüttguts (5) durch den Schüttgutkühler (1), und b) von der Luftmenge, die durch das Schüttgut (5) bei der Bewegung des Schüttguts (5) durch den Schüttgutkühler (1) strömt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Regelungsvorrichtung (11) die Geschwindigkeit der Vor- und Rückwärtsbewegungen der Planken (P) in Abhängigkeit von einer gemessenen Schüttgutdichtemessung steuert, wobei als Regelschleife eine Detektion einer erhöhten Schüttgutdichte einhergeht mit einer Verlangsamung der Geschwindigkeit und eine Detektion einer verringerten Schüttgutdichte einhergeht mit einer Erhöhung der Geschwindigkeit. Dadurch wird die Regelung gegenüber anderen Regelungsverfahren stabilisiert, die auf der Messung anderer Parameter beruhen,

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit eines Schüttgutkühlers, welcher Schüttgut durch ungleichzeitige Vor- und Rückwärtsbewegungen von Planken von einem Eintragsende zu einem Austragsende transportiert, und in welchem Kühlluft durch Kühlluftöffnungen in den Planken von unten durch das auf den Planken liegende Schüttgut durchströmt und dabei Wärme aufnimmt, wobei die durch die Kühlluft aufgenommene Wärmemenge abhängt von der Geschwindigkeit der Bewegung des Schüttguts durch den Kühler, und von der Luftmenge, die durch das Schüttgut bei der Bewegung des Schüttguts durch den Kühler strömt und einen dazu korrespondierenden Schüttgutkühler.
Zur Herstellung von Zementklinker wird fein gemahlenes Rohmehl aus kalkhaltigem und silikathaltigem Gestein zunächst entsäuert (calciniert) und in einem Drehrohrofen gesintert. Beim Sintern entstehen die für Zementklinker typischen Klinkerphasen, nämlich dem Hauptbestandteil Tricalciumsilikat (Alit), Dicalciumsilikat (Belit) und durch Beimischungen von entsprechenden Mineralen Dicalciumaluminatferrit (Brownmillerit), Tricalciumaluminat und auch Freikalk. Um die Entstehung von Alit zu unterstützen, sind hohe Temperaturen von etwa 1.450°C in einer oxidierenden Atmosphäre notwendig. Beim Sintern backt das Gesteinsmehl zu Granulat zusammen. Die in den Granulatkörnern enthaltene Wärme kann die erwünschte Reaktion zum Alit verringern. daher ist es wichtig, den frisch gesinterten Zementklinker rasch abzukühlen, wobei die abgeschreckten Zementgranalien ihren hohen Alit-Anteil bewahren. Die durch die Kühlung aufgenommene Wärme kann dem Zementherstellungsprozess wieder zugeführt werden. Damit die Wärmerekuperation möglichst effizient geschieht, ist es wichtig, die zum Kühlen eingesetzte Kühlluft möglichst stark aufzuheizen, damit die erwärmte Kühlluft eine möglichst hohe Temperatur hat. Die Kühlluft mit hoher Temperatur gibt ihre Wärme leichter an die Umgebung ab als es bei einer größere Menge Kühlluft mit gleichem Wärmemengeninhalt und verringerter Temperatur zu beobachten ist.
Um die Effizienz der Kühlung zu kontrollieren, wird die Kühlluftmenge, der Kühlluftdruck aber auch die Geschwindigkeit des durch den Kühler bewegten Zementklinkers, der als heiße Schüttung vorliegt, gesteuert. Um die Steuerung zu automatisieren, ist in der Regel eine Regelungsvorrichtung vorgesehen, welche in einer Regelschleife als Eingangsparameter die Kühllufttemperatur misst und in Abhängigkeit davon die Effizienzparameter, wie Geschwindigkeit der Förderung des Schüttgutbetts oder den Kühlluftdruck zu nachzusteuern. Die Veränderung der Parameter hat Auswirkung auf die Kühllufttemperatur und so entsteht eine Regelschleife. Da mehr als ein Parameter die Effizienz des Kühlers und damit die Temperatur der erwärmten Kühlluft beeinflusst, ist es wünschenswert, eine direktere Regelschleife vorzusehen. Alternative Regelungskonzepte sehen die Regelung nach Durchströmungswiderstand vor, wobei der Durchströmungswiderstand indirekt über den Druckabfall gemessen wird. Auch eine Messung der Schüttgutbetthöhe wird vorgenommen, um eine direktere Regelung zu erhalten, also eine Regelung, bei welchem Führungsgröße näher an der Stellgröße liegt, die Regelung also unmittelbarer wird. Hierzu wird in der DE 10 2004 054 417 A1 vorgeschlagen, als Regeleingangsgröße die Schüttgutbetthöhe, die Schüttgutbetttemperatur oder den Kühlluft-Durchströmungswiderstand zu messen. Der Kühlluft-Durchströmungswiderstand wird dabei indirekt über die Druckdifferenz gemessen, die unterhalb und oberhalb des Schüttgutbetts gemessen wird. Die Schüttgutbetthöhe, die Schüttgutbetttemperatur und der nur indirekt gemessene Kühlluft-Durchströmungswiderstand sind aber noch nicht unmittelbar genug, so dass stets Unsicherheiten bei der Präzision der Messung und damit der Regelung bestehen. Der so geregelte Klinkerkühler weist immer noch bestehende Regelunsicherheiten auf.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Regelung eines Schüttgutkühlers zu stabilisieren.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Regelungsvorrichtung die Geschwindigkeit der Vor- und Rückwärtsbewegungen der Planken in Abhängigkeit von einer gemessenen Schüttgutdichtemessung steuert, wobei als Regelschleife eine Detektion einer erhöhten Schüttgutdichte einhergeht mit einer Verlangsamung der Geschwindigkeit und eine Detektion einer verringerten Schüttgutdichte einhergeht mit einer Erhöhung der Geschwindigkeit. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zu Anspruch 1 angegeben.
Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass als Regeleingangsgröße die Schüttgutdichte direkt gemessen wird und in Abhängigkeit von der Schüttgutdichte die Geschwindigkeit der Förderung des Schüttgutes durch den Kühler variiert wird. Es ist möglich, die Geschwindigkeit der Förderung zu kontrollieren, um die gesamte Kühlluftmenge zu steuern, die durch das Schüttgut strömt. Als Regeleingangsgröße dient dabei die Schüttgutdichte. Wird die Schüttgutdichte gering, ist dies einhergehend mit einem geringen Durchströmungswiderstand. Es fließt viel Kühlluft durch das Schüttgut. Dabei wird gegebenenfalls zu viel Kühlluft durch das Schüttgut transportiert, so dass die Wärme in der erwärmten Kühlluft durch unnötig viel zugeführte kalte Kühlluft in Form eines Temperaturabfalls verdünnt wird.
Bei geringem Durchströmungswiderstand soll die Verweilzeit der Kühlluft im Schüttgut möglichst länger sein, um mehr Wärme aufzunehmen. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist es, die Kühlluftströmung selbst zu variieren. Statt der Geschwindigkeit kann auch die Kühlluftmenge über den Kühlluftdruck gesteuert werden. Schließlich ist es möglich, beides, nämlich Geschwindigkeit der Förderung des Schüttguts durch den Kühler und auch den Druck der Kühlluftzufuhr zu in Abhängigkeit von der Schüttgutdichte zu regeln. Um die Parameter Geschwindigkeit und Luftdruck eindeutig zu regeln, kann es vorteilhaft sein, wenn die Geschwindigkeit proportional zur Ab- und Zunahme der Schüttgutdichte geregelt wird und der Kühlluftdruck bei plötzlicher Ab- und Zunahme der Schüttgutdichte geregelt wird. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, die Geschwindigkeit direkt zu regeln, hingegen den Kühlluftdruck differentiell, also nach der ersten Ableitung der Schüttgutdichte nach der Zeit. Wird die Schüttgutdichte an mehr als einer Stelle gemessen, kann auch eine Ableitung nach dem Ort im Sinne eines Dichtegradienten als Regeleingangsgröße dienen. Alternativ dazu ist es auch möglich, die Kühlluftmenge, die bei der Förderung durch den Kühler durch das Schüttgut strömt, nur über den Druck zu regeln, um die gesamte Kühlluftmenge zu regeln, die durch das Schüttgut zur Kühlung strömt.
Um die Schüttgutdichte zu messen, wird in vorteilhafter Weise eine radiometrische Methode unter Einsatz von Gammastrahlung verwendet. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Strahlen von der Strahlungsquelle zum Strahlungsdetektor das Schüttgutbett in horizontaler Richtung durchqueren. Bei der horizontalen Durchquerung sind die zu bemessenden Schichtdicken größer und es befinden sich weniger Metallteile der Kühlervorrichtung und des Gehäuses im Wege. Die Strahlung kann dabei senkrecht zur Förderrichtung das Schüttgut durchdringen aber auch unter einem Winkel. Dabei kann bei mehr als einer Messung vorgesehen sein, dass sich die Messstrahlen kreuzen oder parallel zueinander verlaufen. Bei der Messung an mehr als einer Stelle im Schüttgutbett kann die Messung simultan oder auch zeitlich versetzt erfolgen.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Schüttgutkühlers.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Schüttgutkühler 1 zum Kühlen von heißem Zementklinker 2 abgebildet, der unter Zuhilfenahme von sich vor und zurückbewegenden einzelnen Planken P zu kühlendes Schüttgut 5 durch den Schüttgutkühler von einem Eintragsende E zu einem Austragsende A transportiert. Der Zementklinker 2 fällt nach seiner Sinterung in einem Drehrohrofen 3 auf eine Schütte 4, wo der sich der Zementklinker 2 gleichmäßig auf das bereits vorhandene und stetig abtransportierte Schüttgut 5 verteilt. Der aus dem Drehrohrofen 3 austretende Zementklinker 2 kann in seiner Körnigkeit (Korngröße) und Korngrößenverteilung variieren. Als Folge davon variiert die Schüttdichte des auf dem Kühlrost 6 liegenden Schüttgutbetts 7. Aufgrund der unterschiedlichen Schüttgutbettdichte setzt das Schüttgutbett 7 der Kühlluft 8 einen ebenso variierenden Durchströmungswiderstand entgegen. Nach der Erfindung ist vorgesehen, die Schüttgutdichte mit Hilfe von Gammastrahlern 9a radiometrisch zu bestimmen, wobei den Gammastrahlern 9a auf der entgegengesetzten Seite des Schüttgutkühlers 1 korrespondierende Gammastrahlendetektoren 9b gegenüberliegen und die aus der Intensität der am jeweiligen Gammastrahlendetektor 9b ankommenden Gammastrahlung die Schüttgutdichte des Schüttgutbetts 7 ermitteln. Bei geringer Schüttgutdichte des Schüttgutbetts 7, wie es in Ausschnittsvergrößerung 1a dargestellt ist, ist nach dem Gedanken der Erfindung vorgesehen, die Geschwindigkeit des Kühlrostes 6 zu erhöhen und/oder den Druck der von unten durch das Schüttgutbett 7 strömenden Kühlluft 8 zu verringern, damit die aus dem Schüttgutbett 7 oben austretende Kühlluft 10 eine möglichst hohe Temperatur hat und nicht durch unnötig durch das Schüttgutbett 7 nachströmende kalte Kühlluft 8 abgekühlt wird. In Ausschnittsvergrößerung 1b ist dargestellt, wie mit erhöhter Schüttgutdichte des Schüttgutbetts 7 der Druck der von unten nachströmenden Kühlluft 8 durch eine Regelvorrichtung 11 erhöht und/oder die Geschwindigkeit des Kühlrostes 6 verringert wird. Mit zunehmender Schüttgutdichte des Schüttgutbetts 7, wie es in Ausschnittsvergrößerung 1c dargestellt ist, ist nach dem Gedanken der Erfindung vorgesehen, dass die Fördergeschwindigkeit des Kühlrostes 6 weiter verringert wird, wie es durch den nur noch einen Pfeil 12 in Ausschnittsvergrößerung 1c angedeutet ist und/oder der Druck der von unten nachströmenden Kühlluft 8 erhöht wird, wie es durch die hier von Ausschnittsvergrößerung 1a bis zu Ausschnittsvergrößerung 1c dichter und größer werdenden Pfeile 13 angedeutet ist.
Um die Regelkurve der Regelvorrichtung 11 zu ermitteln, wird eine Regelkennlinie durch Kalibrierung ermittelt, in welcher die gemessene Temperatur der abgehenden Kühlluft 10 bei bestehender Fördergeschwindigkeit des Kühlrostes 6 in Abhängigkeit der gemessenen Schüttgutdichte aufgetragen wird. Ähnlich wird verfahren zur Bestimmung einer Regelkennlinie für die Variation des Kühlluftdruckes.
Bezugszeichenliste

1: Schüttgutkühler
2: Zementklinker
3: Drehrohrofen
4: Schütte
5: Schüttgut
6: Kühlrost
7: Schüttgutbett
8: Kühlluft
9a: Gammastrahler
9b: Gammastrahlendetektor
10: Kühlluft
11: Regelvorrichtung
12: Pfeil
13: Pfeil
P: Planke
E: Eintragsort
A: Austragsort

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004054417 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit eines Schüttgutkühlers (1), welcher Schüttgut (5) durch ungleichzeitige Vor- und Rückwärtsbewegungen von Planken(p) von einem Eintragsende (E) zu einem Austragsende (A) transportiert, und in welchem Kühlluft (8) durch Kühlluftöffnungen in den Planken (P) von unten durch das auf den Planken liegende Schüttgut (5) durchströmt und dabei Wärme aufnimmt, wobei die durch die Kühlluft (8) aufgenommene Wärmemenge abhängt a) von der Geschwindigkeit der Bewegung des Schüttguts (5) durch den Schüttgutkühler (1), und b) von der Luftmenge, die durch das Schüttgut (5) bei der Bewegung des Schüttguts (5) durch den Schüttgutkühler (1) strömt dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungsvorrichtung (11) die Geschwindigkeit der Vor- und Rückwärtsbewegungen der Planken (P) in Abhängigkeit von einer gemessenen Schüttgutdichtemessung steuert, wobei als Regelschleife eine Detektion einer erhöhten Schüttgutdichte einhergeht mit einer Verlangsamung der Geschwindigkeit und eine Detektion einer verringerten Schüttgutdichte einhergeht mit einer Erhöhung der Geschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Schüttgutdichte radiometrisch unter Einsatz von Gammastrahlung als Messstrahlung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlungsquelle (9a) und ein Strahlungsdetektor (9b) so angeordnet sind, dass die Messstrahlung, die von der Strahlungsquelle (9a) zum Strahlungsdetektor (9b) strahlt, das Schüttgut (5) horizontal, bevorzugt quer zur Förderrichtung durchstrahlt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Detektion einer signifikant abnehmenden Schüttgutdichte gegenüber einem gemessenen Durchschnitt über die Zeit und/oder über den Ort die Kühlluftmenge pro Zeiteinheit reduziert wird, und dass bei Detektion einer signifikant zunehmenden Schüttgutdichte des Schüttgutes (5) gegenüber einem gemessenen Durchschnitt über die Zeit und/oder über den Ort die Kühlluftmenge pro Zeiteinheit erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Schüttgutdichte an mehr als einem Ort des Schüttgutbettes (7) simultan oder zeitlich versetzt erfolgt.
Schüttgutkühler (1) mit einer Vorrichtung (11) zur Regelung der Geschwindigkeit des Schüttgutkühlers (1), welcher Schüttgut durch ungleichzeitige Vor- und Rückwärtsbewegungen von Planken (P) von einem Eintragsende (E) zu einem Austragsende (A) transportiert, und in welchem Kühlluft (8) durch Kühlluftöffnungen in den Planken (P) von unten durch das auf den Planken (P) liegende Schüttgut (5) durchströmt und dabei Wärme aufnimmt, wobei die durch die Kühlluft aufgenommene Wärmemenge abhängt a) von der Geschwindigkeit der Bewegung des Schüttguts (5) durch den Schüttgutkühler (1), und b) von der Luftmenge, die durch das Schüttgut (1) bei der Bewegung des Schüttguts durch den Schüttgutkühler (1) strömt dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungsvorrichtung (11) die Geschwindigkeit der Vor- und Rückwärtsbewegungen der Planken (P) in Abhängigkeit von einer gemessenen Schüttgutdichtemessung steuert, wobei als Regelschleife eine Detektion einer erhöhten Schüttgutdichte einhergeht mit einer Verlangsamung der Geschwindigkeit und eine Detektion einer verringerten Schüttgutdichte einhergeht mit einer Erhöhung der Geschwindigkeit.
Schüttgutkühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Schüttgutdichte radiometrisch unter Einsatz von Gammastrahlung als Messstrahlung erfolgt.
Schüttgutkühler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Strahlungsquelle (9a) und Strahlungsdetektor (9b) so angeordnet sind, dass die Messstrahlung, die von der Strahlungsquelle (9a) zum Strahlungsdetektor (9b) strahlt, das Schüttgut (5) horizontal, bevorzugt quer zur Förderrichtung des Schüttgutkühlers (1) durchstrahlt.
Schüttgutkühler nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Detektion einer signifikant abnehmenden Schüttgutdichte gegenüber einem gemessenen Durchschnitt über die Zeit und/oder über den Ort die Kühlluftmenge pro Zeiteinheit durch die Vorrichtung (11) zur Regelung der Geschwindigkeit reduziert wird, und dass bei Detektion einer signifikant zunehmenden Schüttgutdichte gegenüber einem gemessenen Durchschnitt über die Zeit und/oder über den Ort die Kühlluftmenge pro Zeiteinheit durch die Vorrichtung (11) zur Regelung der Geschwindigkeit erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Schüttgutdichte an mehr als einem Ort im Schüttgutbett (7) simultan oder zeitlich versetzt erfolgt.