Brevet FR2513651A1 — publié le 19830401

La présente invention concerne un procédé permettant d:obtenir du coke de granulometrie uniforme, dans lequel la vitesse de cokéfaction est regrée en agissant sur l'alimentation en gaz de foyers inférieurs du four en tenant compte des différents paramètres, telles que les caractéristiques du garnissage, le type de four, la composition du gaz et les conditions atmosphériques, qui peuvent influer sur le comportement du four. Une des conditions fondamentales pour obtenir la production d'un coke de granulométrie uniforme est l'observation d'une certaine vitesse de cokéfaction. Malheureusement, le contrôle, ainsi que l'observation, c'est-à- dire le réglage de la vitesse de cokéfaction s' avèrent difficiles lors du fonctionnement d'un four de cokéfaction. Ceci d'autant plus que les grandeurs caractéristiqueg du garnissage sont en général soumises à certaines fluctua tions.Dans les conditions de fonctionnement du four, le transfert de chaleur n'est pas le même dans chaque zone de paroi chauffante, étant donné qu'en raison du processus d'enfournement des zones à couches de masses divergeantes se créent dans le garnissage, et d'ailleurs une rXparti- tion verticale uniforme des températures est à-peine possible pour des raisons d'aérodynamique. L'effet de ces paramètres est compensé selon les procédés connus de l1hom me du métier grâce à une observatlon-optique des carnaux de chauffage, des parois des cellules, de l'avancement de la cokéfaction et à l'aide de manipulations manuelles adéquates des armatures de chauffage. Etant donné la constatation que la transformatiod d'observations subjectives en directives de reglages manu-l elles ou semi-automatiques ne répond plus aux exigences posées par les fours à coke modernes à haut rendement, l'objet de la présente invention est de fournir un procédé de cokéfaction permettant une optimalisation rapide du chauffage et pratiquement exempte d'influences purement subjectives. Selon l'invention, cet objet est réalisé en ce que les paramètres concernés sont relevés de manière groupés en blocs de fonctions, en ce qu'ils sont évalués et utilisés pour le règlage de l'alimentation en gaz du foyer inférieur du four de cokéfaction. La duree de la cokéfaction doit être respectée indépendamment des plages de variations normales de la composition du garnissage et du gaz d'alimentatisn du foyer inférieur. Un chauffage uniforme du four peut donc être réalisé de manière avantageuse en groupant les différents paramètres en blocs de fonctions, étant donné que la rEgu- lation du processus peut ainsi être avantageusement optimalisée et les données caractéristiques influant sur le fonctionnement du four peuvent être ajustées. Un autre avantage essentiel du groupage en blocs réside dans le fait que lors d'un défaut de certains groupes systémiques la capacité de fonctionnement de la régulation du processus peut néanmoins être globalement préservée.En dehors d'-une économie en gaz d'alimentation, on réalise ainsi également une surveillance précise du fonctionnement du four et une réduction des perturbations dans le fonction nement du four dues à des erreurs de chauffage, réduisant ainsi les pertes de production qui en résultMraíent. Le procédé selon la présente invention permet l'utilisation avantageuse d'un microprocesseur pour la solution des tâches partielles et les calculs nombreux et complexes, de sorte que les adaptations du four aux conditions chan -I geantes peuvent être effectuées dans les délais les plus brefs. Selon un mode de réalisation particulier de. l'invention, les paramètres influant sur le fonctionnement du four sont répartis en six blocs de fonctions, afin de conserver -une certaine vue d'ensemble et d'engendrer des valeurs mesurées et calculées avantageuses indispensables à un certain nombre d'autres évaluations. Toujours dans le but de conserver une certaine vue d'ensemble et d'engendrer des valeurs intermédiaires pertinentes, l'invention prévoit que le premier bloc de fonctions regroupe le temps de cuisson de consigne et les données caractéristiques spécifiques du garnissage, à l'aide desquels on détermine le flux de chaleur de consigne, que le deuxième bloc de fonctions regroupe les différentes températures apurées du carnau de chauffage qui sont comparées à une valeur moyenne de consigne et utilisées pour la détermination du flux de chaleur proportionné, que le troisième bloc de fonctions-regroupe l'état de cuisson règnant dans les différents fours et l'avancement de la cuisson de l'ensemble de la batterie détermines sur la base des températures des gaz évacués, que le quatrième. bloc de fonctions regroupe les données d'évaluation des charges précédantes qui, réunies, indiquent le flux de chaleur partiel de charges préalables, que le cinquième bloc de fonctions traite le flux de chaleur réel déterminé sur la base des données instantanées du chauffage de foyer inférieur, et que le sixième bloc de fonctions renferme la valeur de correction appliquable au flux de chaleur obtenué par addition des variations entre les valeurs de consigne et les valeurs réelles. Un tel regroupementdes paramètres influant sur le fonctionnement du four engendre des blocs de fonctions faciles à manipuler et faciles à introduire dans un microprocesseur, ces blocs de fonction permettant, soit isolés, soit regroupés, de four-1 nir les informations appropriées. En raison de l'inertie de l'ensemble du disposi- tif, une adaptation trop souvent répétée à des conditions changeantes n'est pas judicieuse. Compte tenu de ce fait, l'invention prévoit que les corrections de l'alimentation en gaz du foyer inférieur ne sont effectuées que lorsque un certain domaine de tolérance prédéterminé est dépassé. Si des valeurs limites inférieures ou supérieures sont dépassées, ou si-certaines mesures ne peuvent plus être effectuées, l'invention prévoit que lors de tels depasse- ments des limites inférieures ou supérieures un dispositif d'alerte optique et/ou acoustique est déclenché. Une adaptabilité avantageuse du procédé global est assurée par le fait qu'en particulier les valeurs du flux de chaleur de consigne, et le cas échéant également d'autres valeurs de consigne, sont corrigées de manière continue, ou du moins endéans chaque cycle entier. L'avant tage de cette manière de procéder réside dans le fait que dans chaque- cas une valeur de consigne corrigez et corres pondant aux conditions réelles est disponible. En particulier en ce qui concerne la mesure du flux de chaleur réel, des interprétations erronées peuvent avoir lieu pendant toute phase inversée en cours (phase pendant laquelle les gaz évacués réchauffant les parois du four). Ces interprétations erronées peuvent être empêchées en coupant les circuits d'impulsions à l'aide de soupapes magnétiques pendant une telle phase inversée. Ainsi, pendant la durée de celle-ci, une différence de pression gelée est donnée qui est annulée dès que la phase en question est terminée. - En particulier, l'invention est caractérisée par un progrès technique considérable. Celui-ci réside avant tout dans le fait que des économies considérables de gaz d'alimentation du foyer inférieur peuvent être réalisées, ce grâce à une régulation appropriée du processus combinée à des évaluations intermédiaires permettant des déterminations d'orientation du processus couvrant un laps de temps déterminé et la production de signaux optiques et/ou acoustiques lors de dépassements de certaines valeurs limites inférieures ou supérieures. De plus, une surveillance précise du fonctionnement du four et une réduction des perturbations de fonctionnement dues à des problèmes de chauffage et une réduction des pertes de production sont rendus possibles. Exemple Un processus d'optimalisation du fonctionnement J du four de cokéfaction est caractérisé par les déroulements suivants: Bloc 1 Sur la base des données caractéristiques du garnissage et du temps de cuisson de consigne, on calcule le flux de chaleur requis par chaque four individuel. Légende: = flux de chaleur, -= temps de cuisson de consigne + temps de compensation, = température du garnissage, = humidité du garnissage, = poids du garnissage, = composants volatiles du garnissage, = facteurs de pondération (valeurs constantes). Dans ces conditions, le flux de chaleur de consigne de tous les fours est déterminé par la somme de tous les fours en service, en tenant compte du temps de cuisson instantané, c'est-à-dire que la phase de cuisson respec- i tive des différents fours est exprimee sous forme de i fonction du temps de cuisson de consigne: Légende: = flux de chaleur de consigne total, = la somme des fours individuels pondérée par l'état de cuisson instantané, = effet de l'avancement de la cuis- son de chaque four individuel, correspondant à une fonction liné aire idéale reflètant les condi tions de fonctionnement. Bloc 2 Les différentes températures de carnau de chauffage ne peuvent pas entrer directement dans la valeur moyenne. Au préalable, il faut éliminer les valeurs situées au-delà de cer taines valeurs limites prédéterminées, dans le but d'éviter la contamination de la valeur moyenne par des valeurs individuelles engendrées par des sondes thermométriques déficientes. Les valeurs restantes sont utilisées pourcalculer. la valeur moyenne, qui doit cependant être encore comparée à une valeur moyenne de consig ne fixée en tenant compte d'une valeur minimum; et maximum. A l'intérieur de la plage de variai tions acceptée, la valeur de la température est considérée comme constante. Légende: e = Température de carnau de chaufo fage moyenne résultant des tem pératures de carnau de chauffage individuelles situées à l'int6- rieur du domaine de tolérance, = les différentes températures du carnau de chauffage, utilisées pour la détermination de la valeur moyenne; = températures limites. est une grandeur qui est donnée comme valeur de consigne pour un domaine de tolérance et qui empêche toute réaction de régulation du microprocesseur endéans ce domaine. Cette valeur respecte les rapports de fonction entre la température de carnau de chauffage, le flux de chaleur et la chaleur emmagasinée dans le matériau céramique. Légende = température de carnau de chauffage corrigée moyenne, = flux de chaleur-partiel correspond dant aux données nominales spéci- fiques au four, = flux de chaleur de consigne en négligeant les grandeurs de correction, = rapport de fonction entre tempéra ture de carnau de chauffage et flux de chaleur. L'arrêt préalable d'un domaine de tolérance latif à la température de carnau de chauffage corrigée I moyenne est absolument indispensable pour un fonctionnement stable de l'installation. Une action de régulation à l'occasion de chaque petite variation ne rendrait que plus difficile l'enclenchement du système de régulation qui présente en tant que tel déjà une certaine inertie. K représente une partie d'un flux de chaleur corrigé et tient compte des rapports de fonction entre le rendement thermique de l'installation et des conditions atmosphériques incidentes. Comme on l'a mentionné ci-avant, on doit tenir compte de cette valeur lors de la détermination de la température de carnau de chauffage corrigée moyenne.Comme autre grandeur de correction on a introduit "K2,, Cette grandeur est représentée comme une fonction de "e B et "0", c' est-à-dire, lorsqu'il y a des déviations entre la température de carnau de chauffage moyenne et la température de carnau de chauffage moyenne corrigée; il faut augmenter, respectivement réduire le flux de cha- - leur d'une certaine fraction. Légende: = flux de chaleur proportionné de la fonction de la température d car nau de chauffage moyenne et de la température de carnau de chauffage moyenne corrigée. Bloc 3 Une autre grandeur caractéristique est consti tuée par l'état de cuisson régnant dans les différents fours et l'état d'avancement de la cuisson de l'ensemble de la batterie. Comme grandeur de mesure on se sert des différentes températures des gaz évacues pendant la phase de cuisson par les armatures d'évacuation.Le nombre des fours dans lesquels la cuisson est achevée endéans un laps de temps prédéterminé est donnée par la comparaison suivante: Légende: = température à l'intérieur du tuyau ascendant dans la partit t tement, = température de consigne à l'inté rieur du tuyau ascendant dans la partie dépourvue de revêtement, = somme des différences de tempéra tures de osb et #sz qui représente un temps de cuis son spécifique au four, = état d'avancement de la cuisson régnant a l'intérieur du four. Pour la détermination du flux de chaleur partiel désigné ici par "K3", il faut d'abord effectuer une comparaison entre valeurs de consigne et valeurs réelles entre les fours à cuisson théoriquement achevée dans le laps de temps prévu selon le plan et l'horaire de fonctionnement, et les fours à cuisson effectivement achevée déterminé à l'aide de mesures appropriées. Ainsi, "K3" représente une fonction établissant une relation entre les fours à cuisson theoriquement achevée et fours à cuisson en voie d'achèvement effective. La détermination est effectuée chaque fois pour un laps de temps de 60 minutes à l'aide d'un abaque de température tracé à l'aide de valeurs expérimentales, avec vérification simultanée de la déviation de la température de consigne. Consulter la figure 1 qui montre le profil de la température des gaz évacués mesurée au tuyau ascendant'. "R3" peut alors etre calculé à l'aide de la fonction: De plus, en ce qui concerne les blocs 2 et 3, des sorties sont prévues pour des signaux d'alerte et pour d'autres données situées endeçà et au-delà des valeurs limites. Bloc 4 Une optimalisation de la régularisation du pro cessus ntest possible que lorsque dans le cyc le déterminé les grandeurs calculées et émises par le microprocesseur sur la base de données mesurées telles que les températures de carnau de chauffage, les états de cuisson des diffé- rents fours peuvent être vérifies à l'aide des données de charges préalables. Ces paramètres sont regroupés dans la grandeur "K1". Toutes les grandeurs réunies influençant le fonction nement de l'installation déterminent un-flux de chaleur globale de consigne corrigé, flux qui doit être acheminé dans la batterie par unité de temps si l'on veut respecter le temps de cuisson prédéterminé expérimentalement. Légende: = flux de chaleur de consigne cor rigé, = flux de chaleur de consigne total négligeant les grandeurs de correction, = flux de chaleur partiel pour les grandeurs nominales spécifiques du four, = flux de chaleur partiel résultan de la mise en oeuvre de données ss de charges précédentes, = flux de chaleur partiel provenant de la fonction de 0 = flux de chaleur partiel provenent de la fonction de Données relatives aux charges: Temps de fonctionnement effectif; données caractéristiques du garni se sage; flux de chaleur de consigne et flux de chaleur réel; conditions atmosquériques extrèmes, telles que pluies, orages, neige ou gelées. Le flux de chaleur corrigé ainsi calculé est à mettre en relation avec le flux de chaleur réel fourni instantanément par le gaz de chauffage du foyer inférieur. Cette valeur est calculée séparément par une unité externe qui est en liaison avec l'appareil de mesure du nombre de Wobbe. Bloc 5 Pour la détermination du flux de chaleur réel à l'aide des données instantanées du chauffage de foyers inférieurs, la relation suivante est\ utilisée: Lors de l'utilisation de cette équation de I fonction il faut tenir compte du fait que les I valeurs "P" et "Y " ne doivent pas figurer comme paramètres constants. En accord avec les expériences faites avec un calculateur externe à l'époque à la cokerie Osterfeld, il y a lie de modifier cette équation, pour donner alors: Le développement de cette équation n'est pas détaillé dans le contexte présent. Légende: 12,52 103 . d2 = données spécifiques pour le calcul de l'ouverture du diaphragme (constante; de diaphragme), = 273 -K o = température du gaz en K,1 = nombre de Wobbe (élargi) = densité normalisée du ga, = humidité du gaz, = pression effective du,gaz = 760 Torr, = pression partielle de la vapeur d'eau, = pression du gaz non réduite, = indication barométrique, = débit maximum, = facteur de conversion relative, = différence de pression au voisi nage du diaphragme. I1 est prévu que la quantité de chaleur est à tout moment appelable, afin de permettre la détermination du chauffage de foyer inférieur requis à chaque moment. Ceci exige que la différence de pression du diaphragme de mesure est à introduire dans l'unité externe. Il en résulte une certaine difficulté, étant donne que lors de la phase inversée la différence de pression devient égale à zéro. Ceci entrainerait que la soupape de régulation serait amenée dans sa position d'ouverture maximum et maintenue dans cette position jusqu'à ce que la phase inversée soit achevée et jusqu'à ce qu'une différence de pression soit de nouveau détectable au diaphragme de mesure. En tout état de cause, la batterie recevrait une trdp grande quantité de gaz immédiatement après l'achbvet ment de la phase inversée, étant donné que le système travaille avec une certaine inertie. Afin d'empêcher cec, les circuits d'impulsion sont coupés à l'aide de soupapes magnétiques pendant la phase inversée.Ainsi, pour la durée de celle-ci, il existe une différence de press-ion i gelée qui est automatiquement annulée dès que la phase en question est achevée. i Bloc 6 Ici on réalise une comparaison entre le flux de chaleur de consigne corrige G T et le flux de chaleur réel effectif G , ce dernier i étant relevé de maniere continue. Dans ce but les déviations entre les valeurs de consigne et les valeurs réelles sont additionnées sur un certain laps de temps, et à l'aide de cette somme une valeur de correction pour le flux de chaleur est déterminée.Un avantage de cette intégration réside dans le fait que cette comparaison a lieu chaque fois après l'achèvement d'un cycle entier et en ce qu'un autre cycle entier est à disposition pour ré tablir l'équilibre Toutefois, ici également il y a lieu de respecter un certain domaine de tolérance, étant donné que l'installation à f-ours ne permet qu'une compensation limitée de la quantité de chaleur, compensation réali sée par l'augmentation, respectivement la di minution de la quantité de gaz de chauffage de foyer inférieur. Consulter 1 figure 2 qui montre le flux de chaleur corrigé sur un cycle entier. Le graphe de cette figure est sensé illustrer les rapports entre Qrs Qi et Qd sur le laps de temps représenté par la différence t2 - t1. L'optimalisation du laps de temps sur lequel l'intégration est sensée être exécutée est spécifique à chaque four et ne peut être déterminée qu'à l'aide d'expériences appropriées. La détermination de Qd s'effectue selon la formule suivante: Légende: = différence de flux de chaleur I entre le flux de chaleur de con-l signe et le flux de chaleur regel = flux de chaleur de consigne, = flux de chaleur reel, = pause de phase inversée, = grandeur de correction pour le laps de temps t2 - tl, = limites d'intégration temporelles du flux de chaleur. La valeur Qd ainsi calculée doit encore être comparé à une valeur maximum Qd qui est à considérer comme valeur absolue. Cette grandeur est sensée empêcher que le, microprocesseur n'agisse sur le système de régulation suite à des déviations faibles, et par là on évite un comportement de régulation instable. K4 t t2 - tl 2 1 La valeur de consigne QRS est alors la somme de: QRS = + K4 I1 faut cependant noter que pour chaque premier appel on doit poser K4 = 0, ceci valant aussi pour chaque remise en service du microprocesseur, étant donné que cette va- leur ne peut être déterminée que lorsque des données préalablement stockées sont disponibles, et ces données ne pouvant être fournies qu'après un laps de temps -t t2 - tl- i Comme on l'a indiqué ci-avant, ce système ne travaille pas avec une valeur de consigne constante, car! endéans un cycle de temps- donné on vérifie constamment si la cuisson dans un nombre prédéterminé de fours peut être achevée dans le laps de temps prévu-à cette opération. A l'aide de cette vérification et en tenant compte de tous les paramètres spécifiques, un flux de chaleur de consigne corrigé est déterminé qui, en tenant compte de Q., constitue une valeur de consigne correspondant aux conditions effectives. Ceci est répété après chaque laps de temps ultérieur. Accessoirement, une comparaison entre quantités de chaleur de consigne et quantités de chaleur réelles couvrant un cycle entier est effectuée, et en fonction de la déviation de ces valeurs celle-ci est introduite comme valeur constante en surimposition sur la valeur de consigne pour le cycle entier subséquent. Consulter la figure 3 qui montre l'evolution- continue de la valeur Qd > max. Pour les blocs 5 et 6 également, on a prévu l'émission des signaux d'alerte et de perturbations déclenches par toute donnée située en-dehors du domaine de tolérance. Le programme visant l'optimalisation de la coml bustion dans les carnaux de chauffage, la réduction des pertes en gaz évacués et l'amélioration du rendement thermique grâce au réglage du tirage de la cheminée, pour lequel réglage l'excès d'air doit faire fonction de, paramètre, est tout d'abord considéré comme système j isolé sans action de régulation. Pour le calcul on appuie que les formules issues du domaine de la thermique sous une forme modifiée.Ainsi, pour cette partie séparée de la régulation du processus il se présente le déroulement' suivant: A certains intervalles on détermine le volume J du gaz de fumée et la teneur en C02 pour un nombre d'excès d'air prédéterminé,. en analysant les gaz de chauffage tout en tenant compte des températures effec- X tives de l'air et du gaz et de l'humidité effective de l'air et des gaz. Le contrôle du nombre d'excès d'air est réalisé à l'aide d'un calculez retour utilisant la teneur en C02 mesurée du gaz de fumée. Comme grandeur de régulation on met en relation la différence des deux nombres d'excès d'air avec la différence de pression du tirage de la cheminée. Legende: = volume du gaz de fumée sec avec excès d'air, = volume du gaz de fumée sec sans excès d'air, = teneur en C02 relative au gaz de fumée sec avec excès d'air, = teneur en C02 relative au gaz de fumée sec sans excès d'air, = quantité d'air requise. I1 faut cependant tenir compte du fait que la teneur en C02 déterminée analytiquement dans le gaz de fumée est faussée par la teneur en S02. Il faut en tenir compte lors du choix du domaine de tolérance, avant de procéder à toute action de régulation. Le cycle de temps pour l'action de régulation est spécifique à caque four et ne peut être fixé qu'en tenant compte de l'inertie du système de régulation. Si le nombre d'excès d'air effectif: est connu on peut calculer la chaleur spécifique moyenne et le contenu en chaleur total du gaz de fumée pour~les différentes composantes du gaz de fumée. Légende: = contenu en chaleur des differen- tes composantes, = proportion volumique des compo santes du gaz de fumée, = chaleur spécifique, domaine de température. La chaleur spécifique proportionnée est alors: Légende: = chaleur spécifique proportionnée des différentes composantes, = proportion volumétrique des différentes composantes. Le degré d'utilisation, respectivement le rendement thermique est alors calculé à l'aide de la relation suivante: Légende: = rendement thermique, = chaleur de combustion, - contenu en chaleur des différen tes composantes du gaz de fumée. Loe figure 4 représente un schéma séquentiel de l'invention montrant l'organisation et les relations des six blocs de fonctions. *) Sur la figure 3, dans le 1. Cycle Entier, "Qd" est situé endéans la plage: pas de correction. Dans le-2. Cycle Entier, "Q" est situé partiellement endehors de la plage: il s'ensuit une valeur absolue pour R4 dans le cycle entier suivant. REVENDICATIONS: 1. Procédé pour la production de coke de granulo métrie uniforme dans lequel la vitesse de cokéfaction est réglée en agissant sur l'alimentation en gaz de foyer inférieur en tenant compte des différents paramètres influant sur le fonctionnement de l'installation de cokéfaction, c'est-a-dire les grandeurs caractéristiques du garnissage, du four , des gaz et des conditions atmosphériques, caractérisé en ce que ces grandeurs sont relevées de manière groupée sous forme de blocs de fonctions, évaluées et utilisées pour la régulation de l'alimentation en gaz du foyer inférieur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé. en ce que les paramètres influant-- sur le fonctionnement du four de cokéfaction sont répartis en six blocs de fonctions. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paramètres influant. sur le fonctionnement du four de cokéfaction sont évalues et transformés par blocs à l'aide d'un microprocesseur. 4. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le premier bloc de fonctions regroupe le temps de cuisson de consigne et les données spécifiques du garnissage, grace auxquels on évalue le flux de chaleur de consigne, le deuxième bloc de fonctions regroupe les différentes températures de chauffage apurées, que l'on compare à une valeur moyenne de consigne et que l'on utilise à la détermination du flux de chaleur proportionné, le troisième bloc de fonctions regroupe l'état de cuisson régnant à I"intérièur de chacun des fours et l'état d'avancement de la cuisson de l'ensemble de la batterie, que l'on évalue grâce aux températures des gaz évacués, le quatrième bloc de fonctions regroupe les données recueillies et évaluées des charges précédantes, qui réunies, donnent le flux-de chaleur partiel de charges préalables, le cinquième bloc de fonctions regroupe le flux de chaleur réel, évalué grâce aux données instantanées de chauffage du foyer intérieur, et le sixième bloc de fonctions regroupe le facteur de correction pour le flux de chaleur, obtenu par addition des déviations entre valeur de consigne et valeur réelle. 5. Procédé selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que les corrections de l'alimentation en gaz de foyer inférieur ne sont effectuées que lors du dépassement d'un domaine de tolérance prédéterminé. 6. Procédé selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que lors du dépassement inférieur ou supérieur des valeurs limites une alerte optique et/ou acoustique est déclenchée. 7. Procédé selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que les valeurs de consigne sont corrigées de manière continue, ou du moins endéans chaque cycle entier. 8. Procédé selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que pendant la phase inversée les circuit:; d'impulsions sont coupés à l'aide de soupapes magnétiques.