DE3627635C2 - Einrichtung zum Feststellen und Überwachen des Öffnungs- und Schließzustandes von Absperrorganen an Koksofenbatterien in Kokereien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft betrifft eine Einrichtung zum Feststellen und Überwachen des Öffnungs- und Schließzustandes von Absperror­ ganen an Koksofenbatterien in Kokereien gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In Koksöfen von Kokereien wird in der Regel Steinkohle verkokt. Dies erfolgt unter Luftabschluß und Wärmezufuhr. Hierbei ent­ steht sogenanntes Koksofengas neben dem Koks. Aus dem Koksofen­ gas werden Kohlenwertstoffe gewonnen.

Als Wärmequelle für die Beheizung der Öfen kommt Gas zum Ein­ satz, das innerhalb der Seitenwände der Ofenkammern in sogenann­ ten Heizzügen mit Luft verbrannt wird.

Zur besseren Energieausnutzung wird die Abhitze der Rauchgase in Regeneratoren zurückgewonnen und dient nachfolgend zur Vorwär­ mung von Verbrennungsluft und Heizgas.

Koksöfen sind verbrennungstechnisch durchweg eingerichtet für die wahlweise Unterfeuerung von energiereichem Gas - Starkgas - und Gasen mit geringerem Wärmeinhalt, allgemein als Schwachgase bezeichnet.

Zum Starkgas zählt Koksofengas. Gichtgas und Generatorgas sind dem Schwachgas zugeordnet.

Während Schwachgas vorgewärmt werden kann, ist dieses bei Stark­ gas nicht möglich. Die Vorwärmung würde die Brenneigenschaft des Gases durch Erhöhung der Zündgeschwindigkeit ungünstig beein­ flussen. Hinzu kommt, daß Starkgas Kohlenwasserstoffe enthält, die bereits bei Temperaturen oberhalb 500°C durch pyrogene Zer­ setzung in Wasserstoff und Kohlenstoffaufgespalten werden. Der ausgeschiedene Kohlenstoff würde dann den Wärmetauscher im Laufe der Zeit zusetzen.

Für den Wärmetausch sind innerhalb der Verkokungskammer eines jeden Ofens zwei Regeneratoren eingerichtet, von denen der ein­ zelne etwa die Länge des halben Ofens aufweist, und durch eine Trennwand nochmals in zwei Kammern unterteilt ist. Die einzelnen Regeneratorkammern sind mit einem Abhitzeventil, einer Luft­ klappe und teilweise mit einem Gashahn für die Zuführung von vorwärmbarem Schwachgas ausgerüstet.

Die Beheizungstechnik der Koksöfen ist allgemein so ausgelegt, daß in den beiden Kammern des einen Regenerators fühlbare Wärme aus dem Verbrennungsabgas zurückgewonnen und in Gittersteinen gespeichert wird, während gleichzeitig den Kammern des anderen Regenerators - voneinander getrennt - Heizgas (Schwachgas) und Verbrennungsluft zum Vorwärmen zugeführt wird.

In regelmäßigen zeitlichen Abständen erfolgt eine Umschaltung der Regeneratoren. Die vom Abgas aufgeheizten Kammern übernehmen nunmehr die Vorwärmung der Verbrennungsluft und des Heizgases, während die anderen bis dahin der Vorwärmung dienenden Regenera­ torkammern erneut Abwärme speichern.

Bei diesem Vorgang, allgemein als Umstellung bezeichnet, werden an allen Regeneratoren der Öfen die an jeder einzelnen Regenera­ torkammer angebrachten Luftklappen und das Abhitzeventil betä­ tigt, darüber hinaus die Gashähne. Üblicherweise wird die Um­ stellung von einer elektrisch angetriebenen Winde durchgeführt. Der Winde sind je nach Umfang der Koksofenbatterien z. B. 40 oder 50 nebeneinander liegende Öfen zugeordnet. Dabei bewegt die Um­ stellwinde an den Öfen durchgehend vorbeilaufende Gestänge hori­ zontal. An den Gestängen sind - über Rollen oder Hebeln zur Um­ lenkung der Bewegungseinrichtung - Zugketten angebracht, die das Öffnen oder Schließen (Heben oder Senken) der Luftklappen und Ventile bewirken.

Eine Umstellung erfolgt jeweils gegenläufig und sinngemäß so, daß die bisher geöffnete Luftklappe der Regeneratorkammer für die Lufterwärmung auf der einen Ofenseite geschlossen, die des Regenerators der anderen Seite desselben Ofens dagegen geöffnet wird.

Der Ofenseite mit der geöffneten Luftklappe sind ein geöffneter Gashahn für Schwachgas und geschlossene Abhitzeventile zugeord­ net.

Auf der anderen Ofenseite sind nach Ablauf der Umstellung Luft­ klappe und Gashahn geschlossen, die Abhitzeventile jedoch geöff­ net.

Bei Starkgasbetrieb werden die sonst für Schwachgas vorgesehenen Regeneratorkammern zusätzlich für die Vorwärmung von Verbren­ nungsluft unter Einbeziehung der auch an diesen Kammern vorhan­ denen Luftklappen in den Umstellrhythmus genutzt.

Bei Schwachgasbetrieb müssen diese Luftklappen unbedingt ge­ schlossen bleiben. Sie dürfen an den Umstellungen nicht mehr teilnehmen. Deshalb sind grundsätzlich alle Luftklappen über einen Karabinerhaken von der Zugkette lösbar bzw. dort einhäng­ bar.

Es ist technisch möglich, innerhalb einer Koksofenbatterie ei­ nige Öfen mit Starkgas, andere mit Schwachgas zu beheizen. Die Verteilung der beiden unterschiedlichen Heizgase auf verschie­ dene Öfen kann praktisch vollkommen freizügig erfolgen und un­ terliegt keiner festen Regel.

Daraus folgt, daß Luftklappen in wechselnder Reihenfolge ge­ schlossen bleiben, während benachbarte Klappen der Umstellung unterliegen und damit sowohl geöffnet als auch geschlossen sein können.

Die Praxis zeigt, daß eine Zugkettenbefestigung bei Schwergän­ gigkeit der Absperrvorrichtung durch Überbeanspruchung oder Ver­ schleiß reißen kann. Dadurch bleiben Absperrarmaturen geschlos­ sen, die bestimmungsgemäß öffnen sollten. Umgekehrt kann z. B. ein Ventil in der geöffneten Stellung klemmen und deshalb nicht durch Eigengewicht schließen, wenn die Zugkette hierfür den Weg freigibt.

Zur Vermeidung der durch solche Störungen hervorgerufenen Folge­ schäden, z. B. nach der Verpuffung explosiver Gas-/Luftgemische, muß nach jeder Umstellung, die zwei bis drei mal die Stunde er­ folgt, eine visuelle Überprüfung aller Klappen, Ventile und Gas­ hähne durch Bedienungsleute erfolgen.

Die Überwachung der Stellung der jeweiligen Absperrorgane wurde bislang pro Batterie von einem sogenannten Umsteller bewerkstel­ ligt, der je nach Produktionsablauf dafür sorgen mußte, daß die Umstellvorrichtung in Tätigkeit gesetzt wurde, damit einzelne Verschlußorgane geschlossen andere wiederum geöffnet wurden. Da bei der Koksherstellung in drei Schichten gearbeitet wird, waren pro Tag drei Umsteller je Batterie beschäftigt. Dieser mußte nach jeder Umstellung die korrekte Stellung der Absperrorgane überprüfen. In Anbetracht der Tatsache, daß zu einer Batterie - wie oben ausgeführt - eine Vielzahl von Koksofen gehören und daß die Temperaturen in den Inspektionsgängen (den sogenannten Meistergängen) zwischen den Ofenreihen naturgemäß sehr hoch sind, war diese Überwachung nicht nur zeitaufwendig sondern auch sehr anstrengend, gesundheitsschädlich und gefährlich.

Es wurden daher in der Vergangenheit Versuche gemacht, diese Überwachung zu automatisieren. Man hat beispielsweise versucht, die Stellung der einzelnen Absperrorgane mit einem an der Reihe der Koksöfen entlanggeführten Laserstrahl zu überwachen. Hierzu waren beispielsweise an den Ketten, die die Verschlußelemente betätigen, topfförmige Gebilde angeordnet, die beispielsweise in der Offenstellung, d. h. wenn der Topf in seiner höchsten Stel­ lung war, den Lichtstrahl unterbrachen. Das hatte jedoch den Nachteil, daß lediglich das vorderste Verschlußelement sicher überwacht werden konnte, während dahinterliegende Verschlußele­ mente aus dem Lichtstrahl ausgeblendet waren. Somit war ein zweiter Laserstrahl notwendig, der tiefer angelegt war und mit dem festgestellt werden konnte, ob die hinter dem ersten Topf angeordneten topfförmigen Gebilde ebenfalls in ihrer vorge­ schriebenen Stellung waren. Mußte jedoch eine Reparatur an einem dazwischenliegenden Ofen durchgeführt werden, unterbrach der Monteur zwangsläufig mittels seines Körpers die Laserstrahlen, so daß die Überwachung komplett ausfiel.

Es ist aus der DE 31 22 535 A1 eine Überwachungseinrichtung bekannt, deren Einsatzgebiet in der Off-shore-Technik bei der Erdölgewinnung auf hoher See liegt. Es handelt sich hierbei um eine Positionsüberwachungseinrichtung u. a. zum Feststellen des Öffnungs- und Schließzustandes von Ventilen unter Verwendung von optischen Glasfasern, bei der der Positionssensor ein drehbares Element umfaßt, welches zwischen zwei Glasfaserab­ schnitte eingefügt ist. Je nach Stellung des Ventils bzw. des drehbaren Elements wird das von einer Lichtquelle kommende und zu einem Lichtempfänger geführte Licht intensitätsmäßig verän­ dert. Da jedoch die Einsatzgebiete - einerseits Kokereien ande­ rerseits unter Wasser angeordnete Ventile - stark voneinander abweichen, konnte diese Druckschrift dem Kokereifachmann keiner­ lei Hinweise bezüglich der Lösung seiner Probleme geben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine Überwa­ chung auch weiterhin sichergestellt ist, wenn beispielsweise ein Ofen reparaturbedingt ausfällt. Darüber hinaus muß die Überwa­ chungseinrichtung auch einsetzbar sein bei Koksofenbatterien, bei denen die Koksöfen nicht in einer Reihe stehen, sondern versetzt zueinander angeordnet sind, was mit einem geradlinig verlaufen­ den Laserstrahl ebenfalls nicht möglich ist.

Die Erfindung löst diese Aufgaben mit Hilfe der Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1. Weitere vorteil­ hafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Überwachungsein­ richtung ergeben sich vier Hauptvorteile.

Zum ersten ist durch den Einsatz der Glasfaserkabel gewährlei­ stet, daß die Überwachung auch im Brandfall bis zu einer Tempe­ ratur von 700°C weitergeführt werden kann und auch dann noch entsprechende Maßnahmen zur Schadensbegrenzung durchgeführt wer­ den können.

Zum zweiten ist durch die genaue Einstellbarkeit der Detektoren gewährleistet, daß nur dann eine entsprechende Meldung an die Zentrale geleitet wird, wenn die Absperrorgane tatsächlich gänz­ lich geschlossen sind bzw. gänzlich geöffnet sind, was durch die traditionellen Methoden nicht unbedingt gegeben war, da sich auf den Schließsitzen der Absperrorgane produktionsbedingte Ablage­ rungen absetzen können, auf denen das Absperrorgan zwar auf­ liegt, eine Dichtigkeit derselben jedoch nicht gegeben ist.

Zum dritten ist durch die serielle Hintereinanderschaltung auch ein Einsatz bei Koksofenbatterien möglich, bei denen die Koksö­ fen versetzt zueinander angeordnet sind.

Zum vierten ist es durch die erfindungsgemäße Einrichtung mög­ lich, auch einzelne Öfen aus der Überwachungskette auszuklam­ mern, beispielsweise im Reparaturfall, indem der oder die Detek­ toren des reparierenden Ofens einfach überbrückt werden, was da­ durch geschieht, daß nur bei diesen Detektoren das Lichtstrahl­ unterbrechungselement aus dem Strahlengang herausgeschwenkt und fixiert wird. Somit wird der Lichtweg für die nicht zu reparie­ renden Öfen nicht unterbrochen, wie es beispielsweise bei der Laserstrahlmethode zwangsläufig der Fall war.

Darüber hinaus läßt sich der Kontrollaufwand verringern, bzw. läßt sich ein erheblicher Rationalisierungseffekt erreichen, wo­ bei für die Bedienungsleute eine erhebliche physische Belastung bei den Kontrollgängen in den sehr warmen Meistergängen unter der Koksofenbatterie entfällt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung gemäß Pa­ tentanspruch 2 ist das in den Spalt einfahrende Lichtstrahlun­ terbrechungselement eine aus einem lichtundurchlässigen Material bestehende Zunge, die mit dem beweglichen Element des Absperror­ gans verbunden ist.

Alternativ kann gemäß Patentanspruch 3 als in den Spalt einfahr­ bares Lichtstrahlungunterbrechnungselement ein in einem zur Lichtstrahlrichtung quer verlaufenden Kanal frei beweglicher Rollkörper sein. Derartige Rollkörper sind beispielsweise Stahl­ kugeln, die aufgrund ihres Eigengewichts bei Verschwenkung ihrer Unterlage in den Lichtweg rollen. Daher eignen sich Kugeln ins­ besondere für die Ausbildung des Unterbrechungselements als Kippschalter. Statt eines Rollkörpers kann selbstverständlich auch beispielsweise ein gleitender Stab verwendet werden.

Bei rauhem Betrieb wie in der Kokerei ist gemäß Patentanspruch 4 der Bereich des Spalts mit dem in diesen einfahrbaren Licht­ strahlunterbrechnungselement in einem staubdicht gekapselten Ge­ häuse untergebracht.

Zweckmäßigerweise werden Stellglieder wie Luftklappen und Abhit­ zeventile an Koksöfen sowohl in der einen als auch in der ande­ ren Stellung kontrolliert. Das heißt es sind jeweils zwei Licht­ leiterkabel vorzugsweise parallel geführt. Es können jedoch auch mehr Lichtleiterkabel parallel geführt sein. Für die verschie­ denen parallel geführten Lichtleiterkabel ist ein gemeinsames Unterbrechungselement vorgesehen.

Das kann z. B. dadurch verwirklicht werden, daß die Unterbrecher­ zunge jeweils aus dem Unterbrecherspalt des einen Lichtleiterka­ bels in den Unterbrecherspalt des anderen Lichtleiterkabels be­ wegt wird (Patentanspruch 5).

Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen (Fig. 1 bis 3) dargestellt und näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einer Detailansicht Luftklappen 1 bis 6. An den Luftklappen 1 bis 6 befinden sich zungenförmige Lichtstrahlun­ terbrechnungselemente 7 bis 12. Die Zungen können in einen Spalt 13 bis 18 einfahren, der durch zwei parallel zueinander geführte Lichtleiterkabel 19, 20 gebildet ist. Die parallele Führung der Lichtleiterkabel 19, 20 kann sich dabei auf das bloße Nebenein­ ander mit unterschiedlichen Windungen bzw. Neigungen beschrän­ ken.

Fig. 1 zeigt verschiedene Stellungen und Fehlerstellungen bei nichtschließender Klappe, bei defektem Antrieb bzw. bei einer Klappe, an der Montagearbeiten durchgeführt werden.

Bei ordnungsgemäßem Betrieb sollen im Ausführungsbeispiel alle Klappen jeweils die gleiche Stellung einnehmen. Dadurch befinden sich die Zungen 7 bis 12 entweder im Unterbrecherspalt des Lichtleiterkabels 19 oder in dem des Lichtleiterkabels 20. Es ist nicht vorgesehen, daß einige Zungen sich im Unterbrecher­ spalt des Lichtleiterkabels 19, andere sich gleichzeitig im Un­ terbrecherspalt des Kabels 20 befinden. Wenn nun durch jedes Lichtleiterkabel ein Lichtstrahl gesandt wird, so darf jeweils nur durch eines der Lichtleiterkabel der Lichtstrahl zu einem z. B. als Fotozelle ausgebildeten Empfänger am anderen Lichtlei­ terkabelende gelangen. Wenn für beide Empfänger an den Lichtlei­ terkabelenden kein Signal erkennbar ist, muß eine Störung vor­ liegen.

Fig. 2 zeigt erfindungsgemäße als Lichtschranken ausgebildete Spalte 30 bis 36 in Anwendung auf Abhitzeventile 37 bis 43. Die Lichtschranken sind mit parallel geführten Lichtleiterkabeln 45 und 46 ausgestattet. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Lichtschranke U-förmig ausgebildet und wird von den Abhitzeven­ tilen eine Zunge 47 hin- und hergehend in der U-förmigen Licht­ schranke bewegt, wobei entweder der Lichtdurchgang durch das Lichtleiterkabel 45 oder der Lichtdurchgang durch das Lichtlei­ terkabel 46 unterbrochen wird bzw. gestattet wird (Fig. 2A).

Die Zunge 47 erlaubt das bei der dargestellten zeichnerischen Größe durch eine geeignete Ausnehmung im Bereich des Lichtlei­ terkabels 46 (Fig. 2A). Im Bereich des Lichtleiterkabels 45 reicht das An­ heben der Zunge 47 für den Lichtdurchgang aus bzw. wird der Lichtdurchgang durch Absenken der Zunge 47 unterbrochen. Beim Absenken bewegt sich zugleich die Ausnehmung der Zunge 47 in den Bereich des Lichtleiterkabels 46, so daß dort der Lichtdurchgang möglich ist.

Fig. 3 zeigt eine gekapselte Ausführung einer erfindungsgemäßen Lichtschranke 50 für zwei parallel geführte Lichtleiterkabel 51 und 52. Im Ausführungsbeispiel besitzt die Lichtschranke 50 ein quaderförmiges Gehäuse 53 mit einer Längsbohrung 54 und zwei Querbohrungen 55 und 56. Die Mittelachsen der Querbohrungen 55 und 56 schneiden die Mittelachse der Längsbohrung 54.

Die Längsbohrung 54 ist an beiden Enden durch Deckel 57 und 58 verschlossen. In der Längsbohrung 54 ist eine Kugel 59 mit so viel Spiel angeordnet, daß sie vom schwenkenden Gehäuse 53 in der Längsbohrung 54 von einem Ende zum anderen Ende rollt. Da­ durch verhindert die Kugel 59 entweder an der Querbohrung 56 oder an der Querbohrung 55 einen Lichtdurchgang. Der Lichtdurch­ gang wird bewirkt über die Lichtleiterkabel 51 und 52, die an die Querbohrungen 55 bzw. 56 über geeignete Anschlußstücke 60 angeschlossen sind.

In Anwendung der Lichtschranken aus Fig. 3 auf die Luftklappen nach Fig. 1 werden diese an den Luftklappen 1 bis 6 befestigt, während die Zungen 7 bis 12 wegfallen. Die Lichtschranken nach Fig. 3 sind gekapselt und somit gegen Eindringen von Schmutz ge­ sichert.

Claims (6)

1. Einrichtung zum Feststellen und Überwachen des Öffnungs- und Schließzustandes von Absperrorganen an Koksofenbatterien in Kokereien, wobei jedem Koksofen der Batterie zumindest ein derartiges Absperrorgan zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Absperrorgan (1-6; 37-43) ein Detektor zugeordnet ist, der durch eine durch ein bewegliches Element des Ab­ sperrorgans (1-6; 37-43) direkt oder indirekt zur Unterbre­ chung der Lichtstrecke in Form mindestens eines von einer Lichtquelle ankommenden und mindestens eines zu einem Licht­ empfänger führenden Lichtleiterkabel (45, 46; 51, 52) mit ei­ nem dazwischenliegenden Spalt gebildet ist, in den das be­ wegliche Element des Absperrorgans bzw. ein von diesem betä­ tigtes Lichtstrahlunterbrechungselement (7-12; 59) ein­ fahrbar ist und wobei Gruppen von Absperrorganen (1-6; 37- 43) mit gleicher Aufgabenstellung überwachungsmäßig seriell derart miteinander verbunden sind, daß das vom Spalt weg­ führende Lichtleiterkabel (45, 46; 51, 52) des einen Detektors gleichzeitig das ankommende Lichtleiterkabel für den fol­ genden Detektor ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Spalt einfahrende Lichtstrahlunterbrechungs­ element eine aus einem lichtundurchlässigen Material beste­ hende Zunge (47) ist, die mit dem beweglichen Element des Absperrorgans verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Spalt einfahrbare Lichtstrahlunterbrechungs­ element ein in einem zur Lichtstrahlrichtung quer verlaufen­ den Kanal (54) freibeweglicher Rollkörper (59) ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich des Spalts mit dem in diesen einfahrbaren Lichtstrahlunterbrechungselement (59) in einem staubdicht gekapselten Gehäuse (53) untergebracht ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei mit Abstand parallel zueinander verlaufende ankommende und abgehende Lichtleiterkabel (45, 46; 51, 52) vorgesehen sind, die zwei benachbarte Spalte bilden, wobei das Lichtstrahlunterbrechungselement (59, 47) je nach Zustand des zu kontrollierenden Absperrorgans in den einen und/oder in den anderen Spalt einfährt.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des beweglichen Elements des Absperrorgans eine entsprechende Bewegung des Gehäuses (53) verursacht.