EP4208681A1

EP4208681A1 - Brennofen und verfahren zum betrieb eines brennofens

Info

Publication number: EP4208681A1
Application number: EP20775194.2A
Authority: EP
Inventors: Frank Heinke; Detlef Maiwald; Hans-Jörg SEIFERT
Original assignee: Innovatherm Prof Dr Leisenberg GmbH and Co KG
Current assignee: Innovatherm Prof Dr Leisenberg GmbH and Co KG
Priority date: 2020-09-03
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2023-07-12
Also published as: AU2020466441A1; US20240027133A1; CA3190743A1; US12504232B2; WO2022048754A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Brennofens (10), insbesondere eines Anodenbrennofens, wobei der Brennofen aus einer Mehrzahl von Heizkanälen (12) und Ofenkammern gebildet ist, wobei die Ofenkammern zur Aufnahme von kohlenstoffhaltigen Körpern, insbesondere Anoden, und die Heizkanäle zur Temperierung der Ofenkammern dienen, wobei der Brennofen zumindest eine Ofeneinheit (11) umfasst, wobei die Ofeneinheit eine Aufheizzone (18), eine Feuerzone (19) und eine Kühlzone (20) umfasst, die ihrerseits aus zumindest einer Ofenkammern umfassenden Sektion (37, 38, 39, 40, 41, 42) gebildet sind, wobei in einer Sektion der Aufheizzone eine Absaugrampe (15) und in einer Sektion der Feuerzone eine Brennerrampe (16) der Ofeneinheit angeordnet ist, wobei mittels der Brennerrampe Prozessluft in den Heizkanälen der Feuerzone erhitzt und mittels der Absaugrampe Abgas aus den Heizkanälen der Aufheizzone abgesaugt wird, wobei ein Betrieb der Rampen mittels einer Steuerungsvorrichtung der Ofeneinheit gesteuert wird, wobei in der Feuerzone eine Temperatur im Heizkanal gemessen wird, wobei mittels einer Regeleinrichtung der Steuerungsvorrichtung eine Leistung der Brennerrampe nach der im Heizkanal gemessenen Temperatur geregelt wird, wobei mittels der Steuerungsvorrichtung zumindest zwei Kennzahlen bestimmt werden und ein Vergleich der Kennzahlen durchgeführt wird, wobei mittels der Steuerungsvorrichtung anhand des Vergleichs ein Status des Heizkanals bezogen auf eine im Heizkanal befindliche Brennstoffmenge bestimmt wird, wobei als Kennzahlen eine die Temperatur im Heizkanal einbeziehende Kennzahl und/oder eine die Leistung der Brennerrampe einbeziehende Kennzahl und/oder eine Regelgröße der Regeleinrichtung einbeziehende Kennzahl bestimmt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Steuerungsvorrichtung zum Betrieb eines Brennofens und einen Brennofen.

Description

Brennofen und Verfahren zum Betrieb eines Brennofens

Die Erfindung betrifft ein l Verfahren zum Betrieb eines Brennofens, insbesondere eines Anodenofens, eine Steuerungsvorrichtung für einen Brennofen sowie einen Brennofen, wobei der Brennofen aus einer Mehrzahl von Heizkanälen und Ofenkammern gebildet ist, wobei die Ofenkammern zur Aufnahme von kohlenstoffhaltigen Körpern, insbesondere Anoden, und die Heizkanäle zur Temperierung der Ofenkammer dienen, wobei der Brennofen zumindest eine Ofeneinheit umfasst, wobei die Ofeneinheit eine Aufheizzone, eine Feuerzone und eine Kühlzone umfasst, die ihrerseits aus zumindest einer Ofenkammern umfassenden Sektion gebildet sind, wobei in einer Sektion der Aufheizzone eine Absaugrampe und in einer Sektion der Feuerzone eine Brennerrampe der Ofeneinheit angeordnet i st, wobei mittels der Brennerrampe Prozessluft in den Heizkanälen der Feuerzone erhitzt und mittels der Ab saugrampe Abgas aus den Heizkanälen der Aufheizzone abgesaugt wird, wobei ein Betrieb der Rampen mittels einer Steuerungsvorrichtung der Ofeneinheit gesteuert wird, wobei in der Feuerzone eine Temperatur im Heizkanal gemessen wird, wobei mittels einer Regeleinrichtung der Steuerungsvor- richtung eine Leistung der Brennerrampe nach der im Heizkanal gemessenen Temperatur geregelt wird.

Das vorliegende Verfahren bzw. die Vorrichtung findet beispielsweise Anwendung bei der Herstellung von Anoden, die für die Schmelzflusselektrolyse zur Herstellung von Primäraluminium benötigt werden. Diese Anoden bzw. kohlenstoffhaltigen Körper werden aus Petrolkoks unter Zusatz von Pech als Bindemittel in einem Formungsverfahren als sogenannte „Grüne Anoden“ oder „Rohanoden“ hergestellt, die nachfolgend dem Formungsverfahren in einem Anodenbrennofen bzw. Brennofen gesintert werden. Dieser Sintervorgang findet in einem definiert ablaufenden Wärmebehandlungsprozess statt, bei dem die Anoden drei Phasen, nämlich eine Aufheizphase, eine Sinterphase und eine Abkühlphase, durchlaufen. Dabei befinden sich die Rohanoden in einer Aufheizzone eines aus der Aufheizzone, einer Feuerzone und einer Kühlzone zusammengesetzten, Brennofens ausgebildeten „Feuers“ und werden durch die aus der Feuerzone stammende Abwärme von bereits fertig gesinterten kohlenstoffhaltigen Körper vorgeheizt, bevor die vorgeheizten Anoden in der Feuerzone auf die Sintertemperatur von etwa 1200° Celsius aufgeheizt werden. Entsprechend dem Stand der Technik, wie er beispielsweise aus der WO 2013/044968 Al bekannt ist, werden dabei die verschiedenen, vorgenannten Zonen durch eine wechselnd fortlaufende Anordnung unterschiedlicher Aggregate oberhalb von Ofenkammern bzw. Heizkanälen definiert, die die Anoden aufnehmen.

Durch eine Positionierung einer Brennereinrichtung bzw. einer oder mehrerer sogenannter Brennerrampen mit Brennernoberhalb ausgewählter Ofenkammern bzw. Heizkanäle ist die Feuerzone definiert, die zwischen der Aufheizzone und der Kühlzone angeordnet i st. In der Kühlzone befinden sich unmittelbar zuvor gebrannte, also auf Sintertemperatur aufgeheizte, Anoden. Oberhalb der Kühlzone ist eine Gebläseeinrichtung bzw. eine sogenannte Kühlrampe angeordnet, mittels der Luft in die Heizkanäle der Kühlzone eingeblasen wird. Die Luft wird durch eine oberhalb der Aufheizzone angeordnete Ab saugeinrichtung bzw. eine sogenannte Absaugrampe durch die Heizkanäle von der Kühlzone durch die Feuerzone hindurch in die Aufheizzone und von dieser al s Rauchgas bzw. Abgas durch eine Rauchgasreinigungsanlage geleitet und in die Umgebung abgegeben. Die Absaugrampe und die Brennerrampe bilden zusammen mit der Kühlrampe und den Heizkanälen eine Ofeneinheit.

Die vorgenannten Aggregate werden entlang der Heizkanäle in Richtung der im Brennofen angeordneten Rohanoden in regelmäßigen Zeitabständen verschoben. So kann es vorgesehen sein, dass ein Brennofen mehrere Ofeneinheiten umfasst, deren Aggregate einander nachfolgend oberhalb der Ofenkammern bzw. Heizkanäle zur nachfolgenden Wärmebehandlung der Rohanoden bzw. Anoden verschoben werden. Bei derartigen Anodenbrennöfen, welche in unterschiedlichen Bauarten als offener oder geschlossener Ringofen ausgebildet sein können, besteht das Problem, dass es zu einem Missverhältnis von Sauerstoff und Brennstoff in der Prozessluft innerhalb von Heizkanälen der Feuerzone kommen kann. Da ein Volumenstrom von Prozessluft durch die Heizkanäle nicht unmittelbar an Brennern der Brennerrampe beeinflusst werden kann, kann ein vorgesehenes Verhältnis von Sauerstoff und Brennstoff nicht immer mit einer entsprechenden Regelung erreicht werden. Auch kann eine ordnungsgemäße Funktion des Brennofens entsprechend einer gewünschten bzw. optimalen Brennkurve nicht sichergestellt werden, wenn z.B . eine Heizkanalabdeckung geöffnet oder unsachgemäß verschlossen ist, oder ein Heizkanal verstopft oder blockiert ist. Daher kann ein Heizkanal mit im Verhältnis zu einer Verbrennungsluft zu viel Brennstoff überflutet werden. Eine derartige Situation wird auch als „Flooding“-Situation bezeichnet. Das Überfluten eines Heizkanal s mit Brennstoff führt zunächst zu hohen Emissionen und erhöhtem Energieverbrauch, bis hin zu einem gefährlichen Betriebsstand des Brennofens, der zu Verpuffungen, Bränden oder Explosionen führen kann. In der Praxis wird daher durch geschultes Ofenpersonal im Rahmen eines Ofenrundgangs und/oder durch eine Bewertung von Statusinformationen einer Prozesssteuerung in regelmäßigen Zeitabständen eine Kontrolle auf entsprechende Fehlfunktionen durchgeführt. Auch kann in regelmäßigen Zeitabständen ein sogenannter „ Steptest“ durchgeführt werden. Bei einem Steptest wird eine Leistung eines Brenners bzw. einer Brennerrampe in einem Zeitabschnitt geringfügig erhöht, wobei in dem Zeitabschnitt eine Temperatur im Heizkanal der Feuerzone gemessen wird. Führt die Leistungssteigerung der Brennerrampe zu keiner Temperaturerhöhung, liegt bereits eine Sättigung der Prozessluft mit Brennstoff oder eine „Flooding“-Situation vor. Nachteilig ist hier, dass ein Steptest nur in geraden Heizkanalabschnitten eines Ringofens verlässlich durchgeführt werden kann. Auch kann durch die erforderliche Leistungserhöhung der Brennerrampe selbst eine „Flooding“-Situation herbeigeführt werden. Darüber hinaus erfordert ein Steptest eine konstante Brennerleistung über einen längeren Zeitraum, so dass eine „Flooding“-Situation erst mit einiger Verzögerung festgestellt werden kann. Auch kann zur Durchführung des Steptests eine Brennerrampe zunächst nicht mit einer maximalen Leistung betrieben werden, da für den Steptest eine ausreichend große Leistungsdifferenz bestehen muss.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betrieb eines Brennofens sowie eine Steuerungsvorrichtung für einen Brennofen vorzuschlagen, mit dem bzw. der ein Betrieb des Brennofens verbessert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , eine Steuerungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 18 und einen Brennofen mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Brennofens, insbesondere Anodenbrennofens, ist der Brennofen aus einer Mehrzahl von Heizkanälen und Ofenkammern gebildet, wobei die Ofenkammern zur Aufnahme von kohlenstoffhaltigen Körpern, insbesondere Anoden, und die Heizkanäle zur Temperierung der Ofenkammern dienen, wobei der Brennofen zumindest eine Ofeneinheit umfasst, wobei die Ofeneinheit eine Aufheizzone, eine Feuerzone und eine Kühlzone umfasst, die ihrerseits aus zumindest einer Ofernkammern umfassenden Sektion gebildet sind, wobei in einer Sektion der Aufheizzone eine Absaugrampe und in einer Sektion der Feuerzone eine Brennerrampe der Ofeneinheit angeordnet ist, wobei mittels der Brennerrampe Prozessluft in den Heizkanälen der Feuerzone erhitzt und mittels der Absaugrampe Abgas aus den Heizkanälen der Aufheizzone abgesaugt wird, wobei ein Betreib der Rampen mittels einer Steuerungsvorrichtung der Ofeneinheit gesteuert wird, wobei in der Feuerzone eine Temperatur im Heizkanal gemessen wird, wobei mittels einer Regeleinrichtung der Steuerungsvorrichtung eine Leistung der Brennerrampe nach der im Heizkanal gemessenen Temperatur geregelt wird, wobei mittels der Steuerungsvorrichtung zumindest zwei Kennzahlen bestimmt werden und ein Vergleich der Kennzahlen durchgeführt wird, wobei mittel s der Steuerungsvorrichtung anhand des Vergleichs ein Status des Heizkanals bezogen auf eine im Heizkanal befindliche Brennstoffmenge bestimmt wird, wobei als Kennzahlen eine die Temperatur im Heizkanal einbeziehende Kennzahl und/oder eine die Leistung der Brennerrampe einbeziehende Kennzahl und/oder eine Regelgröße der Regeleinrichtung einbeziehende Kennzahl bestimmt werden.

Mit der Brennerrampe bzw. Brennern der Brennerrampe, vorzugsweise mit mehreren Brennerrampen, wird regelmäßig ein Brennstoff, wie Gas oder 01, verbrannt. Eine Leistung der Brenner bzw. der Brennerrampe ist dabei abhängig von einer in einem Zeitabschnitt verbrauchten Brennstoffmenge, wobei mittels der Regeleinrichtung der Steuerungsvorrichtung die Brennstoffmenge dosierbar und damit die Leistung der Brennerrampe einstellbar ist. Mittels Messwertaufnehmern der Brennerrampe wird in der Feuerzone die Temperatur im Heizkanal gemessen, wobei mittels der Regeleinrichtung eine Leistungsanpassung der Brennerrampe in Abhängigkeit der Temperatur erfolgen kann. Die Regeleinrichtung kann dazu beispielsweise durch einen PID-Regler ausgebildet sein. Die Regeleinrichtung kann durch eine speicherprogrammierbare Steuerung oder durch ein Computerprogrammprodukt der Steuerungsvorrichtung ausgebildet sein.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, mittel s der Steuerungsvorrichtung zumindest zwei Kennzahlen zu bestimmen und dann einen einmaligen Vergleich der Kennzahlen automatisiert durchzuführen. Unter einer Kennzahl wird hier eine Maßzahl zur Quantifizierung einer Messgröße oder eines Betriebsbestandes des Brennofens verstanden. Die Kennzahl kann dabei eine absolute Kennzahl oder eine relative Kennzahl sein. Je nach Ergebnis des Vergleichs der Kennzahlen kann ein Rückschluss auf eine gegebenenfalls vorhandene Überflutung des Heizkanals mit Brennstoff gezogen werden. Die Steuerungsvorrichtung kann dazu als eine Kennzahl eine die Temperatur im Heizkanal berücksichtigende Kennzahl heranziehen. Die die Temperatur im Heizkanal einbeziehende Kennzahl kann die Temperatur selbst oder eine sich aus einer mathematischen Berechnung mit der Temperatur ergebende Kennzahl sein. Die Kennzahl kann auch eine die Leistung der Brennerrampe einbeziehende Kennzahl sein. Dies kann beispielsweise eine Brennstoffmenge oder ein prozentualer möglicher Leistungswert, bezogen auf eine Maximalleistung der Brennerrampe sein. Weiter kann die Kennzahl eine Regelgröße der Regeleinrichtung einbeziehende Kennzahl sein. Die Regelgröße kann beispielsweise ein Soll-Wert, ein Ist-Wert oder eine Regeldifferenz bzw. Regelabweichung zwischen dem Soll-Wert und dem Ist-Wert sein. Die Steuerungsvorrichtung ermittelt zumindest zwei dieser Kennzahlen messtechnisch und/oder durch Berechnung, wobei die Steuerungsvorrichtung anhand des Vergleichs der Kennzahlen bestimmen kann, ob eine Brennstoffmenge im Heizkanal zu hoch ist. Die Steuerungsvorrichtung bestimmt dabei nicht eine Menge des betreffenden Brennstoffs, sondern lediglich das Vorliegen einer Sättigung oder Übersättigung der Prozessluft in der Feuerzone mit Brennstoff. Eine Bestimmung eines Fehlens von Brennstoff in der Prozessluft durch die Steuerungsvorrichtung bzw. Untersättigung erfolgt anhand des Vergleichs nicht.

Im Gegensatz zu einer Begehung durch Ofenpersonal oder einem Steptest werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Kennzahlen herangezogen, die bei Auftreten einer „Flooding“-Situation regelmäßig bestimmte Werte annehmen oder in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Diese Werte oder Verhältnisse können bei einem Auftreten von „Floo- ding“-Situationen durch eine Auswertung der entsprechenden Betriebsparameter des Brennofens ermittelt werden. Die Steuerungsvorrichtung kann so austomatisiert den Brennofen auf ein mögliches Missverhältnis von Prozessluft und Brennstoffmenge hin überwachen, ohne dass die Durchführung eines Steptests, mit den zuvor genannten Nachteilen, erforderlich wäre. Auch sind dann kritische Betriebszustände unmittelbar, ohne einen zeitlichen Vorlauf, bestimmbar.

So können mittels der Steuerungsvorrichtung kontinuierlich die zumindest zwei Kennzahlen bestimmt und der Vergleich der Kennzahlen durchgeführt werden. Eine Bestimmung der Kennzahlen kann beispielsweise mittel s Messwertaufnehmern und/oder einer mathematischen Berechnung mittels eines Compupterprogrammprodukts erfolgen. Wenn die Steuerungsvorrichtung kontinuierlich die Kennzahlen bestimmt und den Vergleich der Kennzahlen durchführt, wird es möglich, unmittelbar, ohne zeitlichen Verzug mittels der Steuerungsvorrichtung eine „Floo- ding“-Situation festzustellen. Unter einer kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens wird hier eine ununterbrochene und fortlaufende Bestimmung von Kennzahlen und deren Vergleich verstanden. Im Gegensatz dazu wird mit einem „ Steptest“ einmalig untersucht, ob aktuell eine „Flooding“-Situation vorhanden ist. Da der „ Steptest“ die Temperaturregelung unterbricht kann ein „ Steptest“ nicht kontinuirlich durchgeführt werden.

Mittels Brenner der Brennerrampe kann Prozessluft in den Heizkanälen erhitzt werden, wobei j edem Brenner eine Regeleinrichtung und ein Messwertaufnehmer zugeordnet sein kann, mit dem eine Temperatur im Heizkanal gemessen werden kann, wobei mittels der j eweiligen Regeleinrichtung eine j eweilige Leistung der Brenner nach der mit dem Messwertaufnehmer gemessenen Temperatur geregelt werden kann. Eine Brennerrampe kann folglich aus einer Mehrzahl von Brennern gebildet sein, die j eweils über parallel verlaufende Heizkanäle angeordnet sind. Jedem Heizkanal kann daher ein oder auch mehrere Brenner der Brennerrampe zugeordnet sein. Jeder der Brenner kann über einen Messwertaufnehmer verfügen, mit dem die Temperatur im Heizkanal benachbart dem betreffenden Brenner gemessen werden kann. Jeder der Brenner kann über eine Regeleinrichtung verfügen, die eine Regelung der j eweiligen Leistung des Brenners nach der mit dem Messwertaufnehmer gemessenen Temperatur ermöglicht. Prinzipiell i st es aber auch möglich, dass mehrere Brenner einer einzelnen Regeleinrichtung zugeordnet sind. Die Regeleinrichtung kann beispielsweise durch einen PID-Regler ausgebildet sein.

Das Verfahren kann mit zwei oder mehr Brennerrampen durchgeführt werden. Folglich kann der Brennofen über zwei, vorzugsweise drei oder mehr Brennerrampen verfügen, die im Rahmen des Verfahrens von der Steuerungsvorrichtung betrieben werden. So können sämtliche Brenner des Brennofens hinsichtlich einer möglichen Übersättigung der Prozessluft mit Brennstoff hin überwacht werden.

Die Steuerungsvorrichtung kann einen Vergleich der von der Steuerungsvorrichtung bestimmten Kennzahlen mit in einer Matrix vorgegebenen Vorzeichen von Kennzahlen und/oder Kennzahlen durchführen, wobei anhand des Vergleichs der Status des Heizkanals bestimmt werden kann. So kann in der Steuerungsvorrichtung eine Matrix bzw. Tabelle mit Vorgaben für die j eweiligen Kennzahlen gespeichert sein. Beispielsweise können dies positive oder negative Vorzeichen von Kennzahlen oder auch Kennzahlen bzw. Werte sein, die einen Grenzwert definieren. Die Steuerungsvorrichtung kann dann einen Vergleich der ermittelten Kenn- zahlen mit denen in der Matrix befindlichen Kennzahlen durchführen und eine Zuordnung der ermittelten Kennzahlen zu den in der Matrix befindlichen Kennzahlen vornehmen. So kann bei einer im wesentlichen vorliegenden Übereinstimmung der ermittelten Kennzahlen mit den in der Matrix befindlichen Kennzahlen ein Rückschluss auf einen Status des Heizkanals gezogen werden. In der Matrix befindlichen Kennzahlenkombinationen kann j eweils ein Status des Heizkanals in Bezug auf die im Heizkanal befindliche Brennstoffmenge zugeordnet sein. Dieser Status kann beispielsweise unkritisch oder kriti sch sein, und damit eine „Floo- ding“-Situation beschreiben.

Weiter kann die Steuerungsvorrichtung einen Wert der j eweiligen Kennzahlen normieren, indem dieser innerhalb von einem für die j eweilige Kennzahl in der Steuerungsvorrichtung gespeicherten Toleranzband liegt. Die Steuerungsvorrichtung kann alternativ auch einen Wert der j eweiligen Kennzahlen normieren, und nur dann berücksichtigen, wenn dieser innerhalb von einem für die j eweilige Kennzahl in der Steuerungsvorrichtung gespeicherten Toleranzband liegt. Das Toleranzband kann beispielsweise durch einen maximalen positiven und einen maximalen negativen Wert der Kennzahl gebildet sein und einen Gültigkeitsbereich für den Wert festlegen. Weiter können für eine Kennzahl auch zwei Toleranzbänder vorgesehen sein, beispielsweise ein minimaler und maximaler positiver Wert, und ein minimaler und maximaler negativer Wert. So kann sichergestellt werden, dass eventuelle geringfügige Regelungsschwankungen unberücksichtigt bleiben, da diese nicht zu einer sicheren Bestimmung einer „Flooding“-Situation nutzbar sind. Weiter kann auch ausgeschlossen werden, dass besonders große Regelungsschwankungen durch eine „Flooding“-Situation beeinflusst sind, da sich eine Übersättigung der Prozessluft mit Brennstoff nur allmählich einstellt. Die Toleranzbänder können demnach zur Normierung der Kennwerte verwendet werden. Die Toleranzbänder beschneiden j ene Prozeßwerte, die den Toleranzbereich des Toleranzbandes verlassen. Beispielsweise kann eine Brennerlei stung dadurch normiert werden, dass sie als Wert in einem Bereich von 0% bis 100% angegeben wird. Ein Toleranzband kann dann den Bereich 5% bis 100% umfassen.

Die Steuerungsvorrichtung kann anhand des Vergleichs für die im Heizkanal befindliche Brennstoffmenge eine Grenzwertüberschreitung bestimmen. Unter einer Grenzwertüberschreitung wird eine Übersättigung der Prozessluft mit Brennstoff bzw. eine Flutung der Heizkanäle mit Brennstoff und/oder auch eine Entregelung der Regeleinrichtung verstanden. Bei einer Entregelung der Regeleinrichtung kann eine gegenseitige Beeinflussung von Regeleinrichtungen vorliegen, die abweichend von tatsächlich im Heizkanal vorherrschenden Temperaturen zu einer fehlerhaften Regelung benachbarter Brennerrampen eines Heizkanals führt. Eine Grenzwertüberschreitung kann von der Steuerungsvorrichtung beispielsweise bereits dadurch bestimmt werden, dass der Vergleich der Kennzahlen eine im Heizkanal befindliche Brennstoffmenge mit überwiegender Wahrscheinlichkeit als zu hoch erscheinen lässt.

Als Kennzahl kann ein Gradient gradT der Temperatur im Heizkanal und/oder ein Gradient gradY der Leistung der Brennerrampe bestimmt werden. Ein Vergleich der j eweiligen Gradienten kann in einer Matrix erfolgen, die nachfolgend dargestellt ist:

(Matrix 1 )

Wie aus der Matrix 1 zu ersehen ist, kann für den Fall 4 und 6 eine „Flooding“-Situation bestimmt werden. In den anderen Fällen kann davon ausgegangen werden, dass beispielsweise technische Probleme vorliegen, wie ein defektes Gasventil, ein fehlerhaft positionierter Messwertaufnehmer oder ein normales Regelverhalten. Bei den Fällen 2 und 3 kann auch eine sogenannte „Entregelung“ benachbarter Brenner vorliegen. Die Fälle 7 bis 9 können insbesondere bei konstantem Temperatursollwert Resultate der normalen Regelung sein.

Als Kennzahlen kann eine Regelabweichung Xw der Regeleinrichtung und ein Produkt Cd aus der Regelabweichung Xw und einem Stellwert Y der Leistung der Brennerrampe der Regeleinrichtung bestimmt werden. Die Bestimmung der Kennzahl Cd kann mit folgender Gleichung erfolgen: in [grd %]

(Gleichung 1 )

Hierfür gelten folgende Parameter:

Y(t) = Stellwert bzw. Kapazität des Brenners bzw. der Brennerrampe oder Brennergruppe

Xw(t) = Regelabweichung der Regeleinrichtung des Brenners bzw. der Brennerrampe oder Brennergruppe (Sollwert - Istwert)

Weiter ist ein Toleranzband mit folgender Beschränkung (in der Sicherungsvorrichtung) festgelegt:

Regelabweichung Xw(t) im Bereich - 100 bis + 100 grd

Stellwert Y(t) im Bereich 5% - 100%

Ein Vergleich der Kennzahlen erfolgt gemäß der nachfolgenden Matrix :

(Matrix 2) Positive Signale von dem Produkt Cd(t) resultieren erfahrungsgemäß aus einer Regelschwingung und sind deshalb kein spezifisches Signal für eine „Flooding“-Situation. Da eine „Flooding“-Situation in der Regel negative Regelabweichungen generiert, kann im Fall 3 eine „Flooding“- Situation angenommen werden.

Als Kennzahlen kann eine Regelabweichung Xw der Regeleinrichtung und ein Produkt CI aus der Regelabweichung Xw und einer Differenz eines Stellwertes YM der Leistung eines ersten Brenners von einem Stellwert Yi der Leistung eines zweiten Brenners der Regeleinrichtung bestimmt werden, wobei der erste Brenner in eine Strömungsrichtung der Prozessluft nachfolgend einem zweiten Brenner an einem Heizkanal angeordnet sein kann. Der erste Brenner und der zweite Brenner können dabei Brenner einer Brennerrampe oder auch Brenner von unterschiedlichen Brennerrampen sein. Der erste Brenner kann durch eine Rückströmung oder Rückstrahlung von Wärmeenergie auf einen Messwertaufnehmer des zweiten Brenners eine Leistungsminderung des zweiten Brenners durch dessen Regeleinrichtung bewirken. Diese Leistungsminderung erfordert j edoch eine Leistungssteigerung des ersten Brenners, um eine Temperatur im Heizkanal aufrechterhalten zu können. Diese gegenseitige Beeinflussung zweier Regelungen wird auch als „Entregelung“ bezeichnet. Die Kennzahl CI kann mit der nachfolgenden Gleichung berechnet werden: in [grd %]

(Gleichung 2)

Hierfür gilt folgender Parameter: gradT(t) = Temperaturgradient der Regeleinrichtung (gemittelt über einen Zeitabschnitt t)

Für diese Gleichung gelten folgende Toleranzbänder: Regelabweichung Xw(t) im Bereich - 100 bis + 100 grd

Stellwerte Y(t) im Bereich 5% - 100%

Die mit der Gleichung ermittelten Kennzahlen werden von der Steuerungsvorrichtung mit nachfolgender Matrix verglichen:

(Matrix 3)

Insbesondere kann das Produkt Cl(t) zur eindeutigen Identifikation einer „Entregelung“ genutzt werden.

Folglich kann die Steuerungsvorrichtung eine Rückkopplung von Regeleinrichtungen von Brennern bestimmen, wenn das Produkt CI > als ein in der Steuerungsvorrichtung gespeicherter Wert des Produkts CI i st. Wie sich herausgestellt hat, liegt eine „Entregelung“ immer dann vor, wenn das Produkt Cl(t) = R⁺ (z.B . : > 2) ist (Fall 2).

Als Kennzahlen kann eine Regelabweichung Xw der Regeleinrichtung und ein Produkt Ct aus der Regelabweichung Xw und einem Gradient gradT der Temperatur im Heizkanal bestimmt werden. Die Kennzahlen können gemäß der nachfolgenden Gleichung bestimmt werden:

(Gleichung 3)

Für diese Gleichungen gelten nachfolgende Toleranzbänder:

Regelabweichung Xw(t) im Bereich - 100 bis + 100 grd

Gradient gradT(t) im Bereich -50 bis +50 grd/h Ein Vergleich der Kennzahlen kann mittels der Steuervorrichtung gemäß nachfolgender Matrix erfolgen:

(Matrix 4)

Mittels des Produkts Ct(t) wird es möglich, verschiedene Arten von „Flooding“-Situationen besser identifizieren zu können. Werden mehrere Brenner für einen Heizkanal eingesetzt, ist an einem ersten Brenner bezogen auf eine Strömungsrichtung der Prozessluft stets ein positiver Temperaturgradient vorhanden, wobei sich an anderen Brennern auch Temperaturgradienten von 0 einstellen können. Bei den Fällen 2 und 3 handelt es sich um instabile Zustände, die regelmäßig auf eine „Floo- ding“-Situation hindeuten.

Die Steuerungsvorrichtung kann die Grenzwertüberschreitung bestimmen, wenn die Feuerzone gerade verlaufende Heizkanäle überspannt und wenn die Feuerzone über einen Sammelkanal abknickend verlaufende Heizkanäle überspannt. Insbesondere bei einem Ringofen erfolgt an den j eweiligen Enden des Ringofens eine Umleitung der Heizkanäle um regelmäßig 180° über einen stirnseitigen Sammelkanal des Ringofens, an den alle Heizkanäle angeschlossen sind. Wenn die Feuerzone gerade verlaufende Heizkanäle überspannt, können sämtliche Brennerrampen an den gerade verlaufenden Heizkanälen angeordnet sein. Wandert das Feuer bzw. die Feuerzone weiter entlang des Ringofens, können Brennerrampen in einer Strömungsrichtung der Prozessluft vor dem Sammelkanal und nachfolgend dem Sammelkanal s angeordnet sein, so dass die Feuerzone mit einem Richtungswechsel ausgebildet ist. Insbesondere wenn Brennerrampen vor dem Sammelkanal stehen, und die Heizkanäle in dem Sammelkanal miteinander verbunden sind, ist keine unabhängige Steue- rung der Prozeßluft mehr möglich. Durch Druckverluste und Undichtigkeiten im Sammelkanal kann es in den Heizkanälen unter den Brennerrampen zu einer Unterversorgung von Prozeßluft kommen. Gleichzeitig ist eine hohe thermische Leistung der Brennerrampen erforderlich, um den Sammelkanal mit aufzuheizen. Die dafür notwendige deutlich höhere Leistung der Brennerrampen führt bei gleichzeitiger Unterversorgung mit Prozeßluft in diesem Bereich leicht zu einer "Flooding" -Situation. Durch die Anordnung einer Brennerrampe unmittelbar vor dem Sammelkanal kann es daher zu Regelabweichungen der Brennerrampe kommen. Mit einem Steptest ist eine „Flooding“-Situation im Bereich von abknickend verlaufenden Heizkanälen nicht ermittelbar. Wegen dem strömungstechnischen Kurzschluss der Heizkanäle im Sammelkanal ist eine Erkennung von "Flooding" -Situationen mit einem Steptest in der oben beschriebenen Aufstellposition der Brennerampen nicht möglich.

Die Steuerungsvorrichtung kann für die im Heizkanal befindliche Brennstoffmenge bei einem negativen Temperaturgradienten eine Grenzwertüberschreitung bestimmen, wenn das Produkt Cd kleiner als ein in der Steuerungsvorrichtung gespeicherter Wert des Produkts Cd und das Produkt Ct > 0 ist. Wie sich herausgestellt hat, ist insbesondere im Bereich von gerade verlaufenden Heizkanälen eine „Flooding“-Situation durch negative Temperaturgradienten und steigende sehr hohe Stellwerte Y gekennzeichnet. Der in der Steuerungsvorrichtung gespeicherte Wert des Produkts Cd kann beispielsweise = -5 sein. Der Kennwert bzw. das Produkt Cd kann zur Identifizierung instabiler Zustände dienen. Durch eine Verknüpfung mit dem Produkt Cd ist es nun möglich, bei negativen Temperaturgradienten die betreffende „Flooding“-Situation sicher zu identifizieren.

Weiter kann die Steuerungsvorrichtung für die im Heizkanal befindliche Brennstoffmenge bei einem positiven Temperaturgradienten eine Grenzwertüberschreitung bestimmen, wenn das Produkt Cd kleiner als ein in der Steuerungsvorrichtung gespeicherter Wert des Produkts Cd und das Produkt Ct < 0 ist. Der in der Steuerungsvorrichtung gespeicherte Wert des Produkts Cd kann auch hier beispielsweise = -5 sein. Wie vorstehend ausgeführt kann bei einer Aufstellung von Brennerrampen unmittelbar vor einem Sammelkanal bzw. bei abknickend verlaufenden Heizkanälen ein negativer aber auch ein positiver Temperaturgradient vorhanden sein. Bei einem negativen Temperaturgradienten ist eine „Flooding“-Situation eindeutig identifizierbar. Bei einem positiven Temperaturgradienten kann eine unverbrannt von einer Brennerrampe in die Heizkanäle eingetragene Brennstoffmenge nicht zu einer Abkühlung führen, wenn sie über eine weitere Brennerrampe bzw. Brenner aufgeheizt wird. Eine derartige „Flooding“-Situation ist identifizierbar, wenn eine große negative Regelabweichung bei gleichzeitig positiven Temperaturgradienten vorliegt.

Mittels der Steuerungsvorrichtung kann die Leistung der Brennerrampe derart angepasst werden, dass ein in der Steuerungsvorrichtung vorgegebenes Soll-Verhältnis von Prozessluft und der im Heizkanal befindliche Brennstoffmenge erreicht wird. Die Steuerungsvorrichtung kann, sofern die Steuerungsvorrichtung keine „Flooding“-Situation identifiziert, eine Leistung der Brennerrampen stetig oder schrittweise bis zu einem Maximum hin erhöhen. Dabei kann die Steuerungsvorrichtung den j eweiligen Regeleinrichtungen einen maximalen Stellwert Y vorgeben. Wenn die Steuerungsvorrichtung eine „Flooding“-Situation identifiziert, kann die Steuerungsvorrichtung eine schrittweise oder stetige Limitierung bzw. Absenkung der Stellwerte Y der Regeleinrichtungen der Brenner vornehmen. Diese Absenkung der Leistung der betreffenden Brennerrampe erfolgt so lange bis das Sollverhältnis von Prozessluft und der im Heizkanal befindlichen Brennstoffmenge erreicht wird und damit keine „Flooding“-Situation mehr vorliegt. Bei einer Verschiebung der Brennerrampe kann dann eine neue Bewertung dieses Verhältnisses durch die Steuerungsvorrichtung erfolgen, insbesondere wenn diese Verschiebung insbesondere in oder aus einem Bereich des Brennofens mit abknickenden Heizkanälen erfolgt. Folglich kann diese Anpassung durch eine Absenkung, Erhöhung und/oder dynamische Begrenzung einer j eweiligen Leistung von Brennern der Brennerrampe mittels der Regeleinrichtung erfolgen. Beispielsweise kann die Begrenzung einer Regelgröße eines PID-Reglers eines Brenners dynamisch, also sich stetig ändernd erfolgen.

Die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung ist zum Betrieb eines Brennofens, insbesondere Anodenbrennofens, ausgebildet, wobei der Brennofen aus einer Mehrzahl von Heizkanälen und Ofenkammern gebildet ist, wobei die Ofenkammern zur Aufnahme von kohlenstoffhaltigen Körpern, insbesondere Anoden, und die Heizkanäle zur Temperierung der Ofenkammern dienen, wobei der Brennofen zumindest eine Ofeneinheit umfasst, wobei die Ofeneinheit eine Aufheizzone, eine Feuerzone und eine Kühlzone umfasst, die ihrerseits aus zumindest einer Ofenkammern umfassenden Sektion gebildet sind, wobei in einer Sektion der Aufheizzone eine Ab saugrampe und in einer Sektion der Feuerzone einer Brennerrampe der Ofeneinheit angeordnet ist, wobei mittels der Brennerrampe Prozessluft in den Heizkanälen der Feuerzone erhitzbar und mittels der Absaugrampe Abgas aus den Heizkanälen der Aufheizzone absaugbar ist, wobei ein Betrieb der Rampen mittel s der Steuerungsvorrichtung der Ofeneinheit steuerbar ist, wobei mittels Messwertaufnehmern der Brennerrampe in der Feuerzone eine Temperatur im Heizkanal messbar ist, wobei mittels einer Regeleinrichtung der Steuerungsvorrichtung eine Leistung der Brennerrampe nach der im Heizkanal gemessenen Temperatur regelbar ist, wobei mittels der Steuerungsvorrichtung zumindest zwei Kennzahlen bestimmbar sind und ein Vergleich der Kennzahlen durchführbar ist, wobei mittels der Steuerungsvorrichtung anhand des Vergleichs ein Status des Heizkanals bezogen auf eine im Heizkanal befindliche Brennstoffmenge bestimmbar ist, wobei als Kennzahlen eine die Temperatur im Heizkanal einbeziehende Kennzahl und/oder eine die Leistung der Brennerrampe einbeziehende Kennzahl und/oder eine Regelgröße der Regeleinrichtung einbeziehende Kennzahl bestimmbar sind. Zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung wird auf die Vorteilsbeschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen einer Steuerungsvorrichtung ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Verfahrensanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.

Der erfindungsgemäße Brennofen, insbesondere Anodenbrennofen, umfasst eine erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung. Weitere Ausführungsformen eines Brennofens ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Verfahrensanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Brennofens in einer perspektivi schen Ansicht;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ofeneinheit des Brennofens in einer Längsschnittansicht;

Fig. 3 eine Temperaturverteilung in der Ofeneinheit.

Eine Zusammenschau der Fig. 1 und 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Anodenbrennofens bzw. Brennofens 10 mit einer Ofeneinheit 1 1. Der Brennofen 10 weist eine Mehrzahl von Heizkanälen 12 auf, die parallel entlang zwischenliegender Ofenkammern 13 verlaufen. Die Ofenkammern 13 dienen dabei zur Aufnahme von nicht näher dargestellten Anoden bzw. kohlenstoffhaltigen Körpern. Die Heizkanäle 12 verlaufen mäanderförmig in Längsrichtung des Brennofens 10 und weisen in regelmäßigen Abständen Heizkanalöffnungen 14 auf, die j eweils mit einer nicht näher dargestellten Heizkanalabdeckung abgedeckt sind.

Die Ofeneinheit 1 1 umfasst weiter eine Absaugrampe 15, eine oder mehrere Brennerrampen 16 und eine Kühlrampe 17. Deren Position am Brennofen 10 definiert j eweils funktionsbedingt eine Aufheizzone 18, eine Feuerzone 19 und eine Kühlzone 20. Im Laufe des Produktionsprozesses der Anoden bzw. kohlenstoffhaltigen Körper wird die Ofeneinheit 1 1 relativ zu den Ofenkammern 13 bzw. den kohlenstoffhaltigen Körpern durch Umsetzen der Absaugrampe 15, der Brennerrampen 16 und der Kühlrampe 17 in Längsrichtung des Brennofens 10 verschoben, so dass alle im Anodenbrennofen 10 befindlichen Anoden bzw. kohlenstoffhaltigen Körper die Zonen 18 bis 20 durchlaufen.

Die Absaugrampe 15 ist im Wesentlichen aus einem Absaugkanal 21 gebildet, der über einen Ringkanal 22 an eine hier nicht dargestellte Abgasreinigungsanlage angeschlossen ist. Der Ab saugkanal 21 ist seinerseits j eweils über einen Anschlusskanal 23 an einer Heizkanalöffnung 14 angeschlossen, wobei hier eine Drosselklappe 24 am Anschlusskanal 23 angeordnet ist. Weiter ist ein hier nicht dargestellter Messwertaufnehmer zur Druckmessung innerhalb des Sammelkanals 21 und ein weiterer Messwertaufnehmer 25 zur Temperaturmessung in j edem Heizkanal 12 unmittelbar vor dem Sammelkanal 21 angeordnet und über eine Datenleitung 26 mit diesem verbunden. In der Aufheizzone 18 ist darüber hinaus eine Messrampe 27 mit Messwertaufnehmern 28 für j eden Heizkanal 12 angeordnet. Mittels der Messrampe 27 können ein Druck und eine Temperatur im j eweiligen Heizkanal 12 ermittelt werden.

Entsprechend der Darstellung in der Fig. 1 ist die Ofeneinheit 1 1 so angeordnet, dass die Heizkanäle 12 entlang der Ofeneinheit 1 1 gerade verlaufen. Die Heizkanäle 12 münden in Sammelkanäle 29 des Brennofens 10, so dass die die Heizkanäle 12 durchströmende Prozessluft in einen Sammelkanal 29 gelangt und von dort wiederum in Heizkanäle 12 umgeleitet wird, wenn die Ofeneinheit 1 1 im Bereich eines Sammelkanals 29 angeordnet ist bzw. diesen Überspannt. Die Heizkanäle 12 verlaufen in diesem Fall im Wesentlichen abknickend bzw. gegenläufig im Bereich der Ofeneinheit 1 1. In der Feuerzone 19 sind drei Brennerrampen 16 mit Brennern 30 und Messwertaufnehmern 3 1 für j eden Heizkanal 12 aufgestellt. Die Brenner 30 verbrennen j eweils im Heizkanal 12 einen entzündbaren Brennstoff, wobei mittels der Messwertaufnehmer 3 1 eine Brennertemperatur gemessen wird. So wird es möglich, im Bereich der Feuerzone 19 eine gewünschte Brennertemperatur für j eden der Brenner 30 einzustellen bzw. zu regeln. Eine Regelung der Brennertemperatur erfolgt mit einer hier nicht dargestellten Regeleinrichtung, insbesondere einem PID-Regler für j eden der Brenner 30.

Die Kühlzone 20 umfasst die Kühlrampe 17, welche aus einem Zuführkanal 32 mit j eweiligen Anschlusskanälen 33 und Drosselklappen 34 zum Anschluss an die Heizkanäle 12 ausgebildet ist. Über den Zuführkanal 32 wird Frischluft in die Heizkanäle 12 eingeblasen. Die Frischluft kühlt die Heizkanäle 12 bzw. die in den Ofenkammern 13 befindlichen Anoden bzw. kohlenstoffhaltigen Körper im Bereich der Kühlzone 20, wobei die Frischluft sich bis zum Erreichen der Feuerzone 19 kontinuierlich erwärmt. Der Fig. 3 ist hierzu ein Diagramm der Temperaturverteilung bezogen auf die Länge des Heizkanals 12 und die Zonen 18 bis 20 zu entnehmen. Weiter ist in der Kühlzone 20 eine Messrampe 35 oder auch eine sogenannte Nulldruckrampe mit Messwertaufnehmern 36 angeordnet. Die Messwertaufnehmer 36 dienen zur Erfassung eines Drucks in den j eweiligen Heizkanälen 12. Im Bereich der Messwertaufnehmer 36 nimmt der Druck im Heizkanal 12 daher im Wesentlichen den Wert 0 an, wobei zwischen den Messwertaufnehmern 36 und der Kühlrampe 17 ein Überdruck und zwischen den Messwertaufnehmern 36 und der Ab saugrampe 15 sich ein Unterdrück in den Heizkanälen 12 ausbildet. Folglich strömt die Frischluft ausgehend von der Kühlrampe 17 durch die Heizkanäle 12 zur Absaugrampe 15. Die Rampen 15 bis 17 sind j eweil s in Sektionen 37 bis 42 angeordnet, wobei die Sektionen 37 bis 42 ihrerseits j eweils aus Heizkanalabschnitten 12 gebildet sind. An die Sektionen 37 bis 42 angrenzende Sektionen sind hier im Sinne der Vereinfachung der Fig- 2 nicht näher dargestellt. Bei einem Betrieb des Brennofens 10 wird die Absaugrampe 15, die Brennerrampe 16 und die Kühlrampe 17 mittels einer hier nicht dargestellten Steuerungsvorrichtung der Ofeneinheit 1 1 gesteuert, wobei die Steuerungsvorrichtung zumindest eine Einrichtung zur Datenverarbeitung, beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung oder einen Computer umfasst, mit dem ein Computerprogrammprodukt bzw. zumindest eine Software ausgeführt wird. Mittels der Steuerungsvorrichtung wird in der Feuerzone 19 eine Temperatur im Heizkanal 12 gemessen, wobei mittels der hier ebenfalls nicht dargestellten Regeleinrichtungen der Brenner 30 bzw. der Steuerungsvorrichtung eine Leistung der Brenner nach der im Heizkanal 12 gemessenen Temperatur geregelt wird. Die Steuerungsvorrichtung bestimmt zumindest zwei Kennzahlen und führt einen Vergleich der Kennzahlen durch, wobei mittels der Steuerungsvorrichtung anhand des Vergleichs ein Status des j eweiligen Heizkanals 12 bezogen auf eine im Heizkanal 12 befindliche Brennstoffmenge bestimmt wird. Die Steuerungsvorrichtung verwendet dabei als Kennzahlen eine die Temperatur im Heizkanal einbeziehende Kennzahl und/oder eine die Leistung der Brennerrampe 16 bzw. der Brenner 30 einbeziehende Kennzahl und/oder eine Regelgröße der Regeleinrichtung einbeziehende Kennzahl . Diese j eweiligen Kennzahlen werden von der Steuerungsvorrichtung durch Messung und/oder Berechnung bestimmt. Die Bestimmung der zumindest zwei Kennzahlen durch die Steuerungsvorrichtung erfolgt dabei kontinuierlich, wie auch der Vergleich der Kennzahlen. Die Steuerungsvorrichtung bestimmt anhand des Vergleichs für die im Heizkanal befindliche Brennstoffmenge eine Grenzwertüberschreitung bzw. ein Vorliegend einer sogenannten „Flooding“-Situation.

Als Kennzahlen können von der Steuerungsvorrichtung ein Gradient (gradT) der Temperatur in einem Heizkanal 12 und ein Gradient (gradY) der Leistung der Brennerrampe 16 bzw. der Brenner 30 bestimmt werden. Weiter kann als Kennzahlen eine Regalabweichung (Xw) der Regeleinrichtung und ein Produkt (Cd) aus der Regelabweichung (Xw) und einem Stellwert (Y) der Leistung der Brennerrampe 16 bzw. der Brenner 30 der Regeleinrichtung bestimmt werden. Auch ist es möglich, dass als Kennzahlen eine Regelabweichung (Xw) der Regeleinrichtung und ein Produkt (CI) aus der Regelabweichung (Xw) und einer Differenz eines Stellwertes (Yi-i) der Leistung eines ersten Brenners 30 von einem Stellwert (Yi) der Leistung eines zweiten Brenners 30 der Regeleinrichtung bestimmt werden, wobei der erste Brenner 30 in einer Strömungsrichtung der Prozessluft nachfolgend dem zweiten Brenner 30 an einem Heizkanal 12 angeordnet ist. Darüber hinaus kann die Steuerungsvorrichtung eine Rückkopplung von Regeleinrichtungen von Brennern 30 bestimmen, wenn das Produkt (CI) < ein in der Steuerungsvorrichtung gespeicherte Wert des Produkts (CI) ist. Auch können aus Kennzahlen eine Regelabweichung (Xw) der Regeleinrichtung und ein Produkt (Ct) aus der Regelabweichung (Xw) und einem Gradient (gradT) der Temperatur im Heizkanal 12 bestimmt werden. Durch die kontinuierliche Bestimmung dieser Kennzahlen durch die Steuerungsvorrichtung wird es möglich, das Vorliegen einer „Flooding“-Situation unabhängig von einer Position der Ofeneinheit 1 1 an den Heizkanälen 12 unmittelbar und sicher zu identifi- zieren.

Claims

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Patentansprüche Verfahren zum Betrieb eines Brennofens ( 10), insbesondere eines Anodenbrennofens, wobei der Brennofen aus einer Mehrzahl von Heizkanälen ( 12) und Ofenkammern ( 13 ) gebildet ist, wobei die Ofenkammern zur Aufnahme von kohlenstoffhaltigen Körpern, insbesondere Anoden, und die Heizkanäle zur Temperierung der Ofenkammern dienen, wobei der Brennofen zumindest eine Ofeneinheit ( 1 1 ) umfasst, wobei die Ofeneinheit eine Aufheizzone ( 18), eine Feuerzone ( 19) und eine Kühlzone (20) umfasst, die ihrerseits aus zumindest einer Ofenkammern umfassenden Sektion (37, 38, 39, 40, 41 , 42) gebildet sind, wobei in einer Sektion der Aufheizzone eine Ab saugrampe ( 15) und in einer Sektion der Feuerzone eine Brennerrampe (16) der Ofeneinheit angeordnet ist, wobei mittels der Brennerrampe Prozessluft in den Heizkanälen der Feuerzone erhitzt und mittels der Absaugrampe Abgas aus den Heizkanälen der Aufheizzone abgesaugt wird, wobei ein Betrieb der Rampen mittels einer Steuerungsvorrichtung der Ofeneinheit gesteuert wird, wobei in der Feuerzone eine Temperatur im Heizkanal gemessen wird, wobei mittel s einer Regeleinrichtung der Steuerungsvorrichtung eine Leistung der Brennerrampe nach der im Heizkanal gemessenen Temperatur geregelt wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels der Steuerungsvorrichtung zumindest zwei Kennzahlen bestimmt werden und ein Vergleich der Kennzahlen durchgeführt wird, wobei mittels der Steuerungsvorrichtung anhand des Vergleichs ein Status des Heizkanals bezogen auf eine im Heizkanal befindliche Brennstoffmenge bestimmt wird, wobei als Kennzahlen eine die Temperatur im Heizkanal einbeziehende Kennzahl und/oder eine die Leistung der Brennerrampe einbeziehende Kennzahl und/oder eine Regelgröße der Regeleinrichtung einbeziehende Kennzahl bestimmt werden. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels der Steuerungsvorrichtung kontinuierlich die zumindest zwei Kennzahlen bestimmt und der Vergleich der Kennzahlen durchgeführt werden. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels Brennern (30) der Brennerrampe (16) Prozessluft in den Heizkanälen (12) erhitzt wird, wobei jedem Brenner eine Regeleinrichtung und ein Messwertaufnehmer (31) zugeordnet ist, mit dem eine Temperatur im Heizkanal gemessen wird, wobei mittels der jeweiligen Regeleinrichtung eine jeweilige Leistung der Brenner nach der mit dem Messwertaufnehmer gemessenen Temperatur geregelt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verfahren mit zwei oder mehr Brennerrampen (16) durchgeführt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuerungsvorrichtung einen Vergleich der von der Steuerungsvorrichtung bestimmten Kennzahlen mit in einer Matrix vorgegebenen Vorzeichen von Kennzahlen und/oder Kennzahlen durchführt, wobei anhand des Vergleichs der Status des Heizkanals (12) bestimmt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuerungsvorrichtung einen Wert der j eweiligen Kennzahlen normiert, indem dieser innerhalb von einem für die jeweilige Kennzahl in der Steuerungsvorrichtung gespeicherten Toleranzband liegt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuerungsvorrichtung anhand des Vergleichs für die im Heizkanal (12) befindliche Brennstoffmenge eine Grenzwertüberschreitung bestimmt. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass als Kennzahlen ein Gradient (gradT) der Temperatur im Heizkanal (12) und/oder ein Gradient (gradY) der Leistung der Brennerrampe (16) bestimmt werden. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass als Kennzahlen eine Regelabweichung (Xw) der Regeleinrichtung und ein Produkt (Cd) aus der Regelabweichung (Xw) und einem 26

Stellwert (Y) der Leistung der Brennerrampe (16) der Regeleinrichtung bestimmt werden. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass als Kennzahlen eine Regelabweichung (Xw) der Regeleinrichtung und ein Produkt (CI) aus der Regelabweichung (Xw) und einer Differenz eines Stellwerts (Y^) der Leistung eines ersten Brenners (30) von einem Stellwert (Yi) der Leistung eines zweiten Brenners (30) der Regeleinrichtung bestimmt werden, wobei der erste Brenner in einer Strömungsrichtung der Prozessluft nachfolgend dem zweiten Brenner an einem Heizkanal (12) angeordnet ist. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuerungsvorrichtung eine Rückkoppelung von Regeleinrichtungen von Brennern (30) bestimmt, wenn das Produkt (CI) > als ein in der Steuerungsvorrichtung gespeicherter Wert des Produkts (CI) ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass als Kennzahlen eine Regelabweichung (Xw) der Regeleinrichtung und ein Produkt (Ct) aus der Regelabweichung (Xw) und einem Gradient (gradT) der Temperatur im Heizkanal (12) bestimmt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 und 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuerungsvorrichtung die Grenzwertüberschreitung bestimmt, wenn die Feuerzone (19) gerade verlaufende Heizkanäle (12) überspannt und wenn die Feuerzone über einen Sammelkanal abknickend verlaufende Heizkanäle überspannt. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuerungsvorrichtung für die im Heizkanal (12) befindliche Brennstoffmenge bei einem negativen Temperaturgradienten eine Grenzwertüberschreitung bestimmt, wenn das Produkt (Cd) < als ein in der Steuerungsvorrichtung gespeicherter Wert des Produkts (Cd) und das Produkt (Ct) > 0 ist. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuerungsvorrichtung für die im Heizkanal (12) befindliche Brennstoffmenge bei einem positiven Temperaturgradienten eine Grenzwertüberschreitung bestimmt, wenn das Produkt (Cd) < als ein in der Steuerungsvorrichtung gespeicherter Wert des Produkts (Cd) und das Produkt (Ct) < 0 ist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels der Steuerungsvorrichtung die Leistung der Brennerrampe (16) derart angepasst wird, dass ein in der Steuerungsvorrichtung vorgegebenes Soll-Verhältnis von Prozessluft und der im Heizkanal (12) befindliche Brennstoffmenge erreicht wird. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass diese Anpassung durch eine Absenkung, Erhöhung und/oder dynamische Begrenzung einer j eweiligen Leistung von Brennern (30) der Brennerrampe (16) mittels der Regeleinrichtung erfolgt. 28 Steuerungsvorrichtung zum Betrieb eines Brennofens ( 10), insbesondere eines Anodenbrennofens, wobei der Brennofen aus einer Mehrzahl von Heizkanälen ( 12) und Ofenkammern ( 13) gebildet ist, wobei die Ofenkammern zur Aufnahme von kohlenstoffhaltigen Körpern, insbesondere Anoden, und die Heizkanäle zur Temperierung der Ofenkammern dienen, wobei der Brennofen zumindest eine Ofeneinheit ( 1 1 ) umfasst, wobei die Ofeneinheit eine Aufheizzone ( 18), eine Feuerzone ( 19) und eine Kühlzone (20) umfasst, die ihrerseits aus zumindest einer Ofenkammern umfassenden Sektion (37, 38, 39, 40, 41 , 42) gebildet sind, wobei in einer Sektion der Aufheizzone eine Ab saugrampe ( 15) und in einer Sektion der Feuerzone eine Brennerrampe (16) der Ofeneinheit angeordnet ist, wobei mittels der Brennerrampe Prozessluft in den Heizkanälen der Feuerzone erhitzbar und mittels der Absaugrampe Abgas aus den Heizkanälen der Aufheizzone absaugbar ist, wobei ein Betrieb der Rampen mittels der Steuerungsvorrichtung der Ofeneinheit steuerbar ist, wobei mittels Messwertaufnehmern (3 1 ) der Brennerrampe in der Feuerzone eine Temperatur im Heizkanal messbar ist, wobei mittels einer Regeleinrichtung der Steuerungsvorrichtung eine Leistung der Brennerrampe nach der im Heizkanal gemessenen Temperatur regelbar ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels der Steuerungsvorrichtung zumindest zwei Kennzahlen bestimmbar sind und ein Vergleich der Kennzahlen durchführbar ist, wobei mittels der Steuerungsvorrichtung anhand des Vergleichs ein Status des Heizkanals bezogen auf eine im Heizkanal befindliche Brennstoffmenge bestimmbar ist, wobei als Kennzahlen eine die Temperatur im Heizkanal einbeziehende Kennzahl und/oder eine die Leistung der Brennerrampe einbeziehende Kennzahl und/oder eine Regelgröße der Regeleinrichtung einbeziehende Kennzahl bestimmbar sind. 29

19. Brennofen ( 10), insbesondere Anodenbrennofen, mit einer Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 18.