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Dokumentenidentifikation DE69110584T2 25.01.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0475062
Titel Gepulste Reinigungsvorrichtung und Verfahren zum Entfernen von Teilchen aus einem Hochtemperaturgas.
Anmelder A. Ahlstrom Corp., Noormarkku, FI
Erfinder Sellakumar, Karukkampalayam, San Diego, California 92138, US
Vertreter Hoffmann, Eitle & Partner Patent- und Rechtsanwälte, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69110584
Vertragsstaaten BE, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IT, LU, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 02.08.1991
EP-Aktenzeichen 911130284
EP-Offenlegungsdatum 18.03.1992
EP date of grant 21.06.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.01.1996
IPC-Hauptklasse B01D 46/24
IPC-Nebenklasse B01D 46/04   B01D 46/42   F27B 15/12   F23J 15/00   

Beschreibung[de]
Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung

Es gibt viele Situationen, wo es notwendig ist, eine Vorrichtung für einen Prozeß zur Abscheidung von partikelmaterial aus einem Hochtemperaturgas effektiv zu betreiben. Zum Beispiel in zirkulierenden Wirbelschichtverbrennungs- oder -vergasungsprozessen werden große Staubmengen (die festes Bettmaterial, Asche, unverbrannten Brennstoff, reaktive Absorbenzien usw. enthalten können) von den abgezogenen Hochtemperaturgasen aus dem Brennraum kontinuierlich mitgerissen. In einigen Fällen wird der Staub nach Abscheidung der Teilchen zurück in den Brennraum geführt. Bei dieser und vielen anderen Ausführungsformen können gasdurchlässige Hochtemperaturfilter eingesetzt werden. Solche Filter bestehen typischerweise aus einer Vielzahl länglicher paralleler Rohre aus porösen Superlegierungen oder Keramik oder deren Kombinationen, die Hochtemperatur-verhältnissen standhalten und nicht durch Kühlflächen oder feuerfeste Auskleidungen geschützt werden müssen. Wenn solche Filter eingesetzt werden, sammelt sich jedoch Staub allmählich auf den Oberflächen des porösen Materials an, und das Filter soll periodisch gereinigt werden.

Die Reinigung solcher Filter kann nicht durch Schütteln, Vibrationen, nicht einmal durch Bürsten oder Schaben erfolgen, weil solche Filter sehr zerbrechlich sein können und folglich durch grobe Handhabung leicht Schaden nehmen. Daher werden solche Filter typischerweise durch einen Reinigungsgas-Hochdruck-Rückspülpuls gereinigt. So beschreiben etwa das US-Patent 4,161,389 und die am 12. Juli 1989 eingereichte Anmeldung Nummer 07/378,628 die Nutzung von Reinigungsgas-Rückspülpulsen eines zur Reinigung von länglichen porösen Filterelementen.

In einem typischen System zur Beaufschlagung der Filterelemente mit einem Reinigungsgaspuls ist zwischen einer Hochdruck-Reinigungsgasquelle und der Reinseite des Filters ein schnellwirkendes Ventil angeordnet, wobei die Betätigung des Ventils durch ein Solenoid oder desgleichen einen Gaspuls von der Hochdruckquelle durch die porösen Filterelemente bewirkt. Weil nur ein einziger Gaspuls erzeugt wird, gibt es typisch keinen entgegengesetzten Wärmeschock für die zerbrechlichen Filterelemente auf hoher Temperatur (das Reinigungsgas weist zwangsläufig bedeutend niedrigere Temperaturen auf als das Gas, aus dem die Partikel abgeschieden werden), und stört nicht den normalen Fluß des "verschmutzten" Gases in betriebliche Verbindung mit den Filterelementen, weil der Rückspülvorgang eine sehr kurze Zeit dauert. Unglücklicherweise sind schnellwirkende Ventile jedoch sehr empfindliche Konstruktionen an denen Funktionsstörungen aus vielen verschiedenen Gründen auftreten können. Im Falle einer Funktionsstörung kann ein großes Gasvolumen aus der Quelle die Filterelemente anströmen -mehr als bloß der vorgesehene Gas-"Puls", der nur dazu ausreicht, die an den Wänden der Filterelemente angesammelten Teilchen ohne Wärmeschock zu entfernen. Falls solch ein großes Gasvolumen aus der Reinigungsgasquelle mit hohem Druck aber niedriger Temperatur durch die Filterelemente fließt, kann es einen Wärmeschock und dadurch einen Bruch oder eine Leckage der Filterelemente zur Folge haben, und zusätzlich stört es den Filterungsprozeß und gibt Anlaß zum Stillsetzen des gesamten Prozesses - der einen Wirbelschichtreaktor in Verbindung mit den Filterelementen umfassen kann.

Der vorliegenden Erfindung zufolge hat man durch Zwangsregelung des den Filterelementen zugeführten Gasvolumens für die obigen Problemen Abhilfe geschaffen. Zwangsregelung wird erreicht, indem ein Reinigungsgasspeicher vorgesehen wird, dessen Volumen fürs Lösen der Partikel von den Filterelementen ausreicht, aber für einen Wärmeschock oder eine größere Unterbrechung des Filterungsprozesses nicht ausreicht, wobei zwischen Quelle und Speicher ein Durchflußbegrenzer angeordnet ist. Der Begrenzer läßt nur einen kleinen Gasdurchsatz dadurch zu, so daß das Speichervolumen zwischen den Betätigungsperioden des schnellwirkenden Ventils aufgefüllt wird, der Durchsatz aber für einen Wärmeschock auf die Filterelemente nicht ausreicht. Die genaue Größe der Begrenzeröffnung richtet sich natürlich nach den Temperaturen und Durchsätzen der Gase, den jeweiligen Werkstoffen der Filterelemente, den Volumen der Speicher usw. Der Begrenzer umfaßt typisch eine Blendenöffnung oder eine Düse, die am wirksamsten einen Durchmesser in Millimeter-Größenordnung aufweist, obwohl - auch hier -die Abmessungen in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebs- und Anlagenparametern stark variieren.

Einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge werden die obengenannten Probleme durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Wie bereits beschrieben wurde, sind die Filterelemente vorzugsweise längliche rohrförmige Elemente, die am gesamten Mittelabschnitt derselben für den verschmutzten Gasstrom offen sein oder ein geschlossenes Ende haben und am entgegengesetzten Ende zur außen hin für den verschmutzten Gasstrom offen sein können. Bei Bedarf kann die Reinseite der Filter in eine Vielzahl unterschiedlicher Kammern augeteilt sein, wobei mit jeder der Kammern ein Speicher und ein Begrenzer verbunden sind. Es kann aber auch eine Anzahl unterschiedlicher Speicher und Begrenzer mit ein und derselben Kammer oder der gesamten Reinseite des Filters verbunden sein, und der Passende Speicher wird in Abhängigkeit von Temperatur und Strömungsverhältnissen oder dergleichen gewählt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung - und zwar in einer beispielhaften besonders nennenswerten Anwendung derselben - wird in einem Wirbelschichtreaktor eingesetzt, der ein stromabwärts liegendes Filtergehäuse und eine damit Rücken gegen Rücken angeordnete Reaktionskammer aufweist, wie er im US-Patent 4,869,207 beschrieben ist.

Einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge werden die obengenannten Probleme durch ein Verfahren zur Entfernung von Partikelmaterial aus Hochtemperaturgas mit den Merkmalen von Anspruch 12 gelöst. Das Verfahren besteht aus folgenden Schritten: (a) Leitung verschmutzten Gases in Kontakt mit der verschmutzten Seite des Filterelements. (b) Abzug reinen Gases von der Reinseite des Filterelements. (c) Periodische Beaufschlagung der Reinseite der Filterelemente mit einem Reinigungsgas-Hochdruckpuls fürs Lösen von Teilchen, die sich auf der verschmutzten Seite der Filterelemente festgesetzt haben, welches Reinigungsgas eine niedrigere Temperatur hat als das Hochtemperaturgas, aus dem Partikel abgeschieden werden. Und, (d) Zwangsregelung von Volumen des Reinigungsgaspulses in Stufe (c), um den Wärmeschock auf die Filterelemente zu minimieren und um die Unterbrechung des Filterungsvorgangs zu minimieren, die entsteht, wenn Gas durch die Filterelemente fließt, das zuvor verschmutzt war. Schritt (d) wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß: eine Reinigungsgas-Hochdruckquelle vorgesehen wird; für das Reinigungsgas ein Speicher mit einem geregelten Volumen vorgesehen wird; und der Reinigungsgaskanal zwischen Quelle und Speicher auf solche Weise gedrosselt wird, daß der Gasdurchsatz für einen Wärmeschock nicht ausreicht.

Die Schritte (c) und (d) werden vorzugsweise dadurch realisiert, daß der Speicher in betrieblicher Verbindung mit der Reinseite der Filterelemente angeordnet wird, um den Reinigungsvorgang zu bewirken. Schritt (c) wird ebenfalls vorzugsweises dadurch realisiert, daß Reinigungsgas annähernd mit Schallgeschwindigkeit zugeführt wird.

Die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, für effektive und schonende Reinigung der Filterelemente während der Abscheidung von Partikeln aus Hochtemperaturgasen zu sorgen. Diese und andere Aufgaben der Erfindung gehen aus der detaillierten Beschreibung der Erfindung und den beigefügten Patentansprüchen hervor. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt durch einen zirkulierenden Wirbelschichtreaktor, der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, bei dem ein geregelter Reinigungsgas-Volumenstrom zu den Filterelementen genutzt wird;

Fig. 2 einen schematischen Vertikalschnitt durch eine als Beispiel angeführte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die von einem Wirbelschichtreaktor losgelöst ist;

Fig. 3 ist eine Fig. 2 entsprechende Ansicht einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 4 ist eine Fig. 2 entsprechende Ansicht einer dritten Ausführungsform;

Fig. 5 ist eine Fig. 2 entsprechende Ansicht einer vierten Ausführungsform;

Fig. 6 ist eine Fig. 2 entsprechende Ansicht einer fünften Ausführungsform; und

Fig. 7 ist eine geschnittene schematische Draufsicht auf die Vorrichtung aus Fig. 6 entlang Linien 7-7.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Das Bezugszeichen 10 in Fig. 1 bezieht sich allgemein auf einen Reaktor, wie den im US-Patent 4,869,207 Dargestellten, außer daß er auch die erfindungsgemäße Konstruktion umfaßt. Der Reaktor 10 umfaßt einen zirkulierenden Wirbelschichtreaktor 11 und ein Filtergehäuse 12, die Rücken gegen Rücken gegenüber einander angeordnet sind. Das Filtergehäuse 12 umfaßt einen Eintritt 13 für verschmutztes Hochtemperaturgas mit Partikeln darin, bei welchem Gas es sich um das Abgas aus dem Wirbelschichtreaktor 11 handelt. Der Partikelaustritt 14 aus dem Filtergehäuse 12 führt abgeschiedene Teilchen über einen Kanal 15 dem unteren Teil des Wirbelschichtreaktors 11 zu. Die Filter im Filtergehäuse 12 bestehen vorzugsweise aus einer Vielzahl vertikaler, paralleler, hohler rohrförmiger Filterelemente, die porös und an beiden Enden offen sind. Beim Werkstoff, aus dem die Filterelemente 17 gefertigt sind, kann es sich um ein keramisches Material oder Superlegierungen oder eine Kombination derer handeln, wobei die Filterrohre 17 selbst als solche bekannt sich. Am Filtergehäuse 12 ist ein Reingasaustritt 18 vorgesehen, wobei das Innere der Rohre 17 die "verschmutzte" Seite der Filterelemente ist, während der Reingasaustritt 18 mit der "reinen" Außenseite der Rohre 17 in Verbindung steht.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist es aufgrund der beachtlichen Länge der Rohre 17 wünschenswert, die Reinseite der Rohre mit Trennwänden 20, 21, 22 zu teilen. Die Wände 20, 21, 22 bilden zusammen mit der unteren Aufnahme der Rohre 17 (über dem Partikelaustritt 14) eine Vielzahl horizontaler Reingaskammern 23, 24, 25, deren jede einen von dort bis zum Reingasaustritt 18 erstreckenden Stutzen aufweist.

Wenn der Reaktor 10 einige Zeit in Betrieb gewesen ist, sind die Teilchen geneigt, sich auf der verschmutzten Innenseite der Rohre 17 anzusammeln, wodurch sie den Wirkungsgrad des Reaktors und den möglichen Durchsatz herabsetzen. Um diese Teilchen von der verschmutzten Seite des Filters zu entfernen, wird jede der Kammern 23 bis 25 mit einem Reinluft-Hochdruckpuls aus einer Quelle 28, 28', 28'' beaufschlagt. Die Luft durchfließt rückwärts die porösen Wände der Rohre 17 und löst die Teilchen von der verschmutzten Seite der Rohre 17. Selbstverständlich hat das Rückspülgas eine erheblich niedrigere Temperatur als das Hochtemperaturgas, das durch das Filtergehäuse 12 gefiltert wird, weshalb - wenn das Volumen des verwendeten Rückspülgases zu groß ist -ein Wärmeschock und anschließend Brüche oder andere Schäden an den Filterelementen 17 entstehen können.

Konventionell ist die Hochdruck-Reinigungsgasquelle 28 mit einem Stutzen 29 verbunden, der ein schnellwirkendes Ventil (typisch ein solenoidbetätigtes Ventil) 30 aufweist. Ein Reinigungspuls wird durch schnelles Öffnen und Schließen des Ventils 30 erzeugt, wodurch ein Hochdruck-Reinigungsgasstrom (typischerweise mit Schallgeschwindigkeit) rückwärts durch die Filterelemente 17 geleitet wird. Der vorliegenden Erfindung zufolge wird das Volumen des Reinigungsgases zwangsgeregelt, um sicherzustellen, daß es nicht so groß ist, daß es die Filterelemente 17 beschädigt und/oder die Funktion von Filtergehäuse 12 beeinträchtigt.

Um einer Situation vorzubeugen, wo das Ventil 30 unsachgemäß funktioniert, in der Offen-Stellung klemmt oder einfach zu langsam schließt, ist ein Speicher 32 vorgesehen. Der Speicher hat ein ausreichendes Reinigungsgasvolumen, um für die erwünschte Pulsreinigung der Elemente 17 und der horizontalen Kammer 23 zu sorgen. Das Gasvolumen im Speicher 32 reicht jedoch nicht aus, einen Wärmeschock oder eine mechanische Beschädigung der Filterelemente 17 zu verursachen oder die Filterfunktion bedeutend zu beeinträchtigen. Diese Zwangsregelung wird erreicht, indem zwischen Quelle 28 und Speicher 32 ein Begrenzungsorgan 33 vorgesehen wird. Das Begrenzungsorgan 33 - bei dem es sich um jeden beliebigen geeigneten Begrenzer wie etwa eine konventionelle Messerschneidendrossel mit sehr kleinem Durchmesser oder eine Düse handeln kann - ist gerade so groß, daß der Speicher 32 mit Hochdruck-Reinigungsgas aus Quelle 28 in der Zeit aufgefüllt werden kann, die das schnellwirkende Ventil 30 normalerweise geschlossen ist, jedoch von der Größe her nicht dazu ausreicht, daß es Reinigungsgasmengen durchläßt, die ausreichend groß sind, um Wärmeschocks oder mechanische Beschädigungen der Elemente 17 hervorrufen und/oder den Betrieb des Filters bedeutend zu beeinträchtigen. Selbstverständlich - wie in Fig. 1 dargestellt ist - weist jede der Quellen 28', 28'' ebenfalls einen Speicher 32', 32'' und ein damit verbundenes Begrenzungsorgan 33', 33'' auf.

Fig. 2 stellt eine erfindungsgemäße Vorrichtung dar, die von einem zirkulierenden Wirbelschichtreaktor oder einer anderen Hochtemperaturgasquelle getrennt ist und außerhalb des den Reaktor beeinhaltenden Druckgefäßes angeordnet werden kann. Bei dieser Ausführungsform ist ein senkrechter, vertikaler Behandlungsbehälter mit einer ununterbrochenen Seitenwand 41, einer Decke 42 und einem Boden 43 vorgesehen. Verschmutztes Hochtemperaturgas, das abzuscheidendes Partikelmaterial mitführt, wird durch die Seitenwand 41 nah an der Decke 42 durch einen Eintritt für verschmutztes Gas 44 in den Behälter 40 eingegeben. Abgeschiedene Partikel werden über einen Partikelaustrittsstutzen 45 durch den Boden 43 ausgetragen. Reingas von den "reinen" Seiten der Filterelemente der Vorrichtung 40 wird durch die Seitenwand 41 an einer Stelle durch den Reingasaustritt 46 abgeführt.

Bei dieser Ausführungsform nehmen horizontale Befestigungsplatten 47 eine Vielzahl länglicher hohler rohrförmiger Filterelemente 48 mit offenem Ende aus porösem Material wie etwa Keramik oder einer Superlegierung oder deren Kombination auf.

Um periodische Reinigung der Filterelemente 48 zu bewirken ist eine Quelle 50 für Hochdruck-Reinigungsgas sowie ein Stutzen 51 mit einem darin angeordneten schnellwirkenden Ventil 52 vorgesehen, welches Ventil 52 typischerweise durch ein Solenoid 53 betätigt wird. Die durch den Stutzen 51 zur Reinigung geführte Gas weist eine hohe Geschwindigkeit, z.B. ungefähr die Schallgeschwindigkeit auf. All das bisher in Bezug auf die Vorrichtung 40 Beschriebene ist bekannt. Der Erfindung zufolge werden jedoch Mittel zur Zwangsregelung und Begrenzung der Menge des Hochgeschwindigkeits- Reinigungsgaspulses für die Filterelemente 48 genutzt. Solche Mittel umfassen einen Speicher 55 und ein Begrenzungsorgan 56, die mit Speicher 32 bzw. Drosselorgan 33 aus Fig. 1 vergleichbar sind.

Bei der Ausführungsform von Fig. 3 werden die mit den von Fig. 2 vergleichbaren Konstruktionen durch dasselbe Bezugszeichen mit einer "1" davor dargestellt. Der größte Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und der aus Fig. 1 liegt im Vorhandensein der horizontalen Wände 60, die die Reingasseite der Filterelemente 148 in drei verschiedene horizontale Kammern mit einem Reingasaustritt 146, 61 aus jeder der Kammern aufteilen. Ein Stutzen 62, 63, Ventil 68, 69, Speicher 64, 65 und Begrenzungsorgan 66, 67 ist mit jeder der beiden unteren Gasreinigungseinheiten verbunden, genau wie beim obersten Speicher 155. Eine gemeinsame Hochdruck-, Hochgeschwindigkeits-Reinigungsgasquelle ist durch den Quelle 150 gegeben.

Bei der Ausführungsform von Fig. 4 sind die mit denen von Fig. 2 vergleichbaren Konstruktionen durch dasselbe Bezugszeichen, jedoch mit einer "2" davor dargestellt. Der größte Unterschied dieser Ausführungsform gegenüber der von Fig. 2 liegt in der Tatsache, daß es zwei Speicher 255, 72 unterschiedlichen Volumens gibt, die mit einer gemeinsamen Reinseite der Filterelemente 248 verbunden sind. Das Hochdruckgas kann entweder aus einem großvolumigen Speicher 72 (der durch ein Begrenzungsorgan 73 von der Quelle 250 getrennt ist) durch den Stutzen 74, mit dem schnellwirkenden Ventil 75 geregelt oder aus einem kleinvolumigen Speicher 255 gespeist werden. Die Regelung 76 entscheidet, welches der Ventile 252, 75 für eine spezielle Reinigungsaktion betätigt wird. Die Auswahl kann von den jeweiligen Betriebsverhältnissen des Kessels 240 (z.B. den Eigenschaften des Hochtemperaturgases durch den Eintritt 244 für verschmutztes Gas) oder anderen Parametern abhängig sein.

Wie durch die strichlierte Linie 77 in Fig. 4 angedeutet ist, können außerdem unter gewissen Bedingungen zwei verschiedene Quellen vorgesehen werden, die die Speicher 72, 255 speisen. Die eine Quelle auf der einen Seite der Wand 77 kann einen von dem der anderen Quelle auf der anderen Seite der Wand 77 abweichen Druck aufweisen, und das, welcher Speicher 72, 255 für den jeweiligen Reinigungsvorgang benutzt wird, könnte sich nach der Zeit zwischen den Reinigungen, den Eigenschaften des verschmutzten Gases etc. richten.

Bei der Ausführungsform von Fig. 5 werden die funktionsmäßig mit den der Ausführungsform in Fig. 2 vergleichbaren Konstruktionen mit den gleichen Bezugszeichen, jedoch mit einer "3" davor dargestellt. Die größten Unterschiede dieser Ausführungsform liegen darin, daß das verschmutzte Gas nicht durch die rohrförmigen Filterelemente 348, sondern vielmehr ausschließlich um deren Außenseite herum fließt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Böden der Filterelemente 348 durch eine feste oder poröse Stirnwand 78 geschlossen sind. Oben sind sie jedoch noch offen, wie durch die Öffnung 79 angedeutet ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Eintritt 344 für verschmutztes Gas nah am Boden in der Seitenwand des Behälters 340 angeordnet, während der Reingasaustritt sich nah an der Decke in der Seitenwand befindet, wie durch 346 angedeutet ist. Somit ist das Reingas im Inneren der Filter 348 und das verschmutzte Gas außerhalb derselben. Darüber hinaus fließt das Reinigungsgas von einer Hochdruckquelle 350 durch die Decke 342 von Gehäuse 341 und somit anfangs durch das Innere der Elemente 348, in deren Längserstreckung, bevor es radial auswärts durch die porösen Wände fließt und dabei eine reinigende Wirkung auf sie ausübt.

Bei der in Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsform, sind die mit den der Ausführungsform von Fig. 2 vergleichbaren Konstruktionen durch die gleichen Bezugszeichen, jedoch mit einer "4" davor dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die Konstruktion des Behälters 440 und der Reinigungsgaseintritt 451 identisch mit denen der Anmeldung Nummer 07/378,628, eingereicht am 12. Juli 1989. Bitte beachten, daß die Hauptunterschiede dieser Ausführungsform gegenüber der Ausführungsform von Fig. 2 in der Nutzung von zwei oder mehreren separaten Partikelaustritten 445, einem zentralen Reingasaustritt 446 und der Anordnung eines Endes 82 des Stutzens 451 innerhalb eines Venturirohrs 83 im Reingasaustrittsstutzen 448 bestehen.

Betrieb

Durch Anwendung der Konstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung kann das folgende Verfahren praktiziert werden (in Hinsicht auf die Ausführungsform von Fig. 2): (a) Eingabe von verschmutztem Gas (durch 44) in Kontakt mit der verschmutzten Seite der Filterelemente 48. (b) Abzug von Reingas (durch 46) von der Reinseite des Filterelements. (c) Pediodische Beaufschlagung der Reinseite der Filterelemente mit einem Reinigungsgas- Hochdruckpuls (von Quelle 50), um auf der verschmutzten Seite der Filterelemente 48 festgesetzte Partikel zu lösen, wobei das Reinigungsgas eine niedrigere Temperatur als das Hochtemperaturgas aufweist, aus dem Partikel abgeschieden werden. Und, (d) Zwangsregelung (über 55, 56) von Volumen und Durchsatz des Reinigungsgaspulses in Schritt (c), um Wärmeschocks oder mechanische Beschädigung der Filterelemente zu minimieren und um die Unterbrechung des Filterungsvorgangs zu minimieren, die entsteht, wenn Gas durch die Filterelemente fließt, das zuvor verschmutzt war. Schritt (d) wird vorzugsweise ausgeführt indem: eine Hochdruckquelle (50) für Reinigungsgas vorgesehen wird; ein Speicher (55) mit geregeltem Volumen für Reinigungsgas vorgesehen wird; und der Kanal für Reinigungsgas zwischen Quelle und Speicher (durch Blende 56 oder Düse) gedrosselt wird. Die Schritte (c) und (d) werden ausgeführt, indem der Speicher (55) in betrieblicher Verbindung mit der Reinseite der Filterelemente 48 positioniert wird, um den Reinigungsvorgang hervorzurufen. Die verwendete Geschwindigkeit des Reinigungsgases entspricht typischerweise annähernd der Schallgeschwindigkeit.

Sollte bei Benutzung der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung das schnellwirkende Ventil 52 zu langsam funktionieren oder sich in der Offen-Stellung verklemmen, entsteht kein Wärmeschock für die Filterelemente 48, und/oder die Störung des normalen Filterungsvorgangs wird durch die Tatsache minimiert, daß vom Speicher 44 nur das geregelte Hochdruck-, Hochgeschwindigkeits-Reinigungsluftpuls-Volumengeliefert wird. Der Begrenzer 56 kontrolliert den Gasdurchsatz so, daß sogar bei in der Offen-Stellung klemmendem Ventil Volumen und Durchsatz des das Filterelement 48 beaufschlagenden Gases für einen Wärmeschock nicht ausreichen. Wenn das Ventil 52 im Normalbetrieb schließt, tritt Gas von der Quelle 50 durch den Begrenzer 56 in den Speicher 55 aus und füllt den Speicher 55 endgültig auf, so daß er wieder voll und für weiteren Einsatz bereitsteht. Eine gepulste Hochdruckströmung ist wirksam nur so lange, wie der Druck im Speicher annähernd dem Zweifachen des Drucks auf der Reinseite des Filters entspricht.

Die Bezugszeichen in den Patentansprüchen dienen dem besseren Verständnis und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zur Abscheidung von Partikelmaterial aus einem das Partikelmaterial enthaltenden Hochtemperaturgas, bestehend aus: (a) einem Behälter (12) mit einem Eintritt (13) für verschmutztes Gas, einem Austritt (14) für abgeschiedenes Partikelmaterial und einem Austritt (18) für Reingas;

(b) einer Vielzahl Filterelemente (17) mit porösen Wänden, die den Durchfluß von Hochtemperaturgas ermöglichen, aber den Großteil der im Gas enthaltenen Teilchen herausfiltern, wobei der Eintritt für verschmutztes Gas auf der einen Seite der Filterelemente vorgesehen ist, und der Reingasaustritt auf der anderen Seite besagter Filterelemente vorgesehen ist; und gekennzeichnet durch

(c) Mittel zur Beaufschlagung der Reinseite der Filterelemente mit einem zwangsgeregelten Hochgeschwindigkeits-Reinigungsgaspuls, welche Mittel eine Quelle für Hochdruck-Reinigungsgas (28) und einen Speicher für Hochdruck-Reinigungsgas (32) umfassen, der über einen Durchflußbegrenzer (33) mit der Quelle betrieblich verbunden ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (c) desweiteren einen zwischen Speicher und Reinseite der Filterelemente angeschlossenen Stutzen (29); sowie ein in besagtem Stutzen angeordnetes schnellwirkendes Ventil (30) umfassen.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (17) eine Vielzahl poröser, hohler, rohrförmiger Elemente umfassen, die in besagtem Behälter hauptsächlich vertikal angeordnet sind und sich an einem Ende in den Eintritt (13) für verschmutztes Gas und am anderen Ende in den Austritt (14) für entfernte Teilchen öffnen, wobei die Außenseite derselben in betrieblicher Verbindung mit dem Reingasaustritt (18) steht.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Filterelemente eine Vielzahl paralleler länglicher hohler rohrförmiger Elemente (348) umfassen, die sich an einem Ende in den Reingasaustritt (346) öffnen und am anderen Ende geschlossen sind, wobei sich der Eintritt (344) für verschmutztes Gas und der Partikelaustritt (345) nah an derem geschlossenen Ende befinden.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter vertikal ausgerichtet ist und eine Decke (342), einen Boden (343) und eine Seitenwand (341) aufweist und daß der Partikelaustritt im Boden des Behälters angeordnet ist, der Eintritt für verschmutztes Gas (344) in einer Seitenwand des Behälters oberhalb des Bodens, doch in seiner Nähe angeordnet ist; der Stutzen (351) in den oberen Teil des Behälters mündet; und der Reingasaustritt (346) in einer Seitenwand des Speichers nah an besagtem Stutzen angeordnet ist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter vertikal ausgerichtet ist, eine Decke (42), einen Boden (43) und einen Seitenwand (41) aufweist und daß der Partikelaustritt (45) im Boden desselben angeordnet, der Eintritt (44) für verschmutztes Gas nah an der Decke desselben und der Reingasaustritt (46) zwichen dem Eintritt für verschmutztes Gas und dem Partikelaustritt angeordnet ist; daß die länglichen hohlen rohrförmigen Elemente (48) vertikal angeordnet sind; und daß der Stutzen (51) in einer Seitenwand des Behälter zwischen dem Eintritt für verschmutztes Gas und dem Partikelaustritt mündet.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinseite des länglichen hohlen rohrförmigen Elements in eine Vielzahl horizontaler Kammern (23, 24, 25) aufgeteilt ist, wobei jedes besagter Mittel (c) mit einer der horizontalen Kammern betrieblich verbunden ist.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit den horizontalen Kammern verbundene gemeinsame Quelle (150) für die Mittel (c) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (c) zumindest zwei Speicher (72, 255), Durchflußbegrenzungsorgane (73, 256), Stutzen (74, 251) und schnellwirkende Ventile (75, 252) umfassen, die mit der Reinseite der Filterelemente verbunden sind, wobei die Speicher unterschiedlichen Volumens sind.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein solenoidbetätigtes Ventil ist.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher ein Volumen hat, das ausreicht, genügend Reinigungsgas zur effektiven Reinigung der Filterelemente zuzuführen, jedoch nicht ausreicht, einen Wärmeschock für sie zu verursachen.

12. Verfahren zur effektiven Abscheidung von Partikelmaterial aus einem Hochtemperaturgas unter Nutzung einer Vielzahl Filterelemente, deren eine Seite mit verschmutztem, Partikel enthaltendem Hochtemperaturgas in Verbindung steht, und deren andere Seite Reingas liefern soll, welches Verfahren aus folgenden Schritten besteht:

(a) Leitung verschmutzten Gases in Kontakt mit der verschmutzten Seite des Filterelements;

(b) Abführung reinen Gases von der Reinseite des Filterelements;

(c) Periodische Beaufschlagung der Reinseite der Filterelemente mit einem Reinigungsgas-Hochdruckpuls zum Lösen von Teilchen, die sich auf der verschmutzten Seite der Filterelemente festgesetzt haben, welches Reinigungsgas eine niedrigere Temperatur als das Hochtemperaturgas hat, aus dem Partikel abgeschieden werden;

gekennzeichnet durch

(d) Zwangsregelung des Volumens des Reinigungsgaspulses in Stufe (c), um den Wärmeschock auf die Filterelemente zu minimieren und um die Störungen des Filterungsvorgangs zu minimieren, die entsteht, wenn Gas durch die Filterelemente fließt, das zuvor verschmutzt war.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (d) dadurch verwirklicht wird, daß eine Reinigungsgas-Hochdruckquelle vorgesehen, ein Speicher mit geregeltem Volumen für Reinigungsgas vorgesehen wird und der Reinigungsgasfluß zwischen Quelle und Speicherbegrenzt wird, und dadurch, daß die Schritte (c) und (d) verwirklicht werden, indem der Speicher mit der Reinseite der Filterelemente in betrieblicher Verbindung angeordnet wird, um den Reinigungsvorgang zu bewirken.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl unterschiedlich große Speicher vorgesehen wird und daß Schritt (d) dadurch verwirklicht wird, daß ein Speicher gewählt wird, der eine für Temperatur, Gas und andere Betriebsbedingungen optimale Größe aufweist und das Gas bei Durchführung von Schritt (c) aus jenem Speicher gespeist wird.

15. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (c) durch einen Reinigungsgaspuls praktiziert wird, der sich annähernd mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzt.







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