DE2711449C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Staubabscheider zur Reinigung von staubhaltigen industriellen Hochtemperaturabgasen, der ein Gehäuse mit bodenseitigem Einlaß für das Rohgas, ein Kopfteil mit Auslaß für das Reingas und wenigstens eine in dem Gehäuse angeordnete Filtereinheit aus hitzebelastbaren zylindrischen Filterrohren aufweist.

Industrielle metallurgische Reduktionsöfen entwickeln Abgase mit hohem Staubgehalt. Zur Reinigung der Abgase müssen daher große Mengen Staub abgetrennt werden. Das erfolgte bisher weitestgehend durch eine Naßwäsche des Abgases. Andererseits ist, wenngleich auf einen druckschriftlichen Stand der Technik nicht verwiesen werden kann, bekannt, die Abgase beispielsweise von Karbidöfen durch keramische Rohre hindurch zu filtrieren und den Staub am Filterrohr zurückzuhalten. Die genannten Methoden besitzen den Nachteil, daß die Anlagen große Wäscher- bzw. Staubabscheidereinheiten erfordern, die überdies nur schwer austauschbar bzw. reparierbar sind. Insbesondere stellen die Keramikfilterrohre große, schwere Stückeinheiten dar, die zu mehreren in großen Filtergehäusen unterzubringen sind, in denen sie schwer instand gehalten und aus denen sie nicht ohne Schwierigkeiten ausgetauscht werden können. Zusätzliche Schwierigkeiten treten bei den Keramikrohren wegen deren hohen Wärmebeanspruchung zufolge der zu reinigenden, heißen Abgase auf, die die Filterrohre auf Temperaturen von 800 bis 1200°C aufheizen können.

Gegenüber den bekannten Staubabscheidern mit Filterrohren verfolgt die Erfindung die Aufgabe, nicht nur die genannten Nachteile zu beseitigen, sondern darüber hinaus auch die Betriebssicherheit und -kontinuität von als Filter wirkenden Staubabscheidern zu erhöhen - und hierzu Staubabscheider mit kleinen kompakten Filtereinheiten hoher spezifischer Filterfläche zu schaffen, die leicht und zugleich hoch hitzebeständig sind und die sich vergleichsweise unkompliziert sowohl als Einheit als auch zu Teilen auswechseln lassen.

Gelöst wird diese Aufgabe grundsätzlich durch einen Staubabscheider mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Nach dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 2 enthält der Staubabscheider nach Anspruch 1 zur erweiterten Lösung der Aufgabe, die Betriebskontinuität zu erhöhen, eine Reinigungseinrichtung. In den Unteransprüchen 3 bis 12 sind Ausbildungen des Staubabscheiders nach den Ansprüchen 1 und 2 angegeben.

Kernstück des Staubabscheiders gemäß der Erfindung ist eine nach dem Prinzip des Taschenfilters konzipierte Baueinheit aus konzentrisch ineinander geordneten Filterrohren, deren innerstes konzentrisch zu einer zentralen vertikalen Tragachse steht. Die Rohre bilden zwischen sich Ringkanäle aus, die alternierend oben und unten abgedeckt sind, so daß jeweils ein unten verschlossenes und oben offenes Filterrohr von entweder einem oder von zwei unten offenen und oben geschlossenen Rohren umgeben ist. Von unten gegen die Filtereinheit anströmendes staubhaltiges Abgas oder Rohgas tritt in die unten offenen Ringkanäle ein, penetriert die vertikal stehende(n) Filterfläche(n), tritt unter Abscheidung seines Staubes in den oder die benachbarten oben offenen Ringkanäle ein und zieht aus diesen als Reingas ab.

Nach dem geschilderten Durchströmungsprinzip arbeitet ein nach der DE-PS 8 84 904 bekannter Papierfiltereinsatz bzw. eine Filterpatrone zur Feinstreinigung von Luft oder anderen Gasen als Oxidans für Verbrennungsmotore. Dieses Filter ist aus Papiermasse zu einem Stück gegossen und wegen der gefalzten Bauart, solange es keinen Druck- bzw. Sogbelastungen ausgesetzt ist, selbsttragend. Für den Betriebszustand müssen dagegen zwischen den Papierzylindern Drahtgewebezylinder eingeordnet sein, damit das Filter weder deformiert noch zerrissen wird. Ein derartiges Filter könnte, in welcher Größe auch immer, weder die Aufgabe einer Filtereinheit für Staubabscheider bei heißen Gasen erfüllen, noch ließe sich wegen der einstückigen Bauweise ein Austausch einzelner seiner rohrartigen Segmente vornehmen, falls eine der mehreren rohrförmigen Filterflächen unbrauchbar geworden wäre.

Gemäß der Erfindung ist jedes Filterrohr aus einer hitzebeständigen, verwebbaren anorganischen Faser zu einem im praktischen Einsatz selbsttragenden Gebilde gefertigt. Hierfür brauchbar sind beispielsweise Fasern auf Kaolinbasis, die bis zu etwa 1150°C hitzebeständig sind und erst oberhalb von 1750°C schmelzen. Ein derartiges Material ist als Kaowool bekannt und findet sich unter diesem Stichwort beispielsweise in "Römpps Chemie-Lexikon", 7. Auflage, Band 3 (1973), Seite 1719, Frank'sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart, als ein zu Matten verarbeitbares feuerfestes Isoliermaterial und als Filterwerkstoff bezeichnet. Ein aus einer verwebbaren anorganischen Faser vom Typ der als Kaowool bekannten Tonerdesilikatfasern hergestelltes Material besitzt ein vergleichsweise sehr niedriges Volumengewicht und ist gleichzeitig hinreichend stabil, um sich zu selbsttragenden Rohren für die Zwecke der vorliegenden Erfindung verarbeiten zu lassen.

Zweckmäßigerweise wird die Erfindung sogleich anhand von Figuren, die allerdings nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzipienhaft illustrieren, weiter beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Filtereinheit eines Staubabscheiders gemäß der Erfindung,

Fig. 2 bis 4 Horizontalschnitte durch die Filtereinheit gemäß Fig. 1 in den dort mit A-A, B-B und C-C bezeichneten Höhen, und

Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch einen Staubabscheider gemäß der Erfindung, der zusätzlich mit einer Reinigungseinrichtung für die Filtereinheit ausgerüstet ist.

Das in Fig. 1 skizzierte Ausführungsbeispiel zeigt vier konzentrisch ineinandergesetzte Filterrohre 1, die zwischen sich drei Ringkanäle 7, 8 und 9 ausbilden. Die Filterrohre 1 sind um eine zentrale vertikale Tragachse 2 angeordnet, die mit dem innersten Filterrohr einen vierten Ringkanal 6 entstehen läßt. Die Filterrohre 1 stehen auf Ringscheiben 3 auf in der Weise, daß jeweils Paare benachbarter Filterrohre 1 von derselben Ringscheibe 3 getragen werden. Damit werden zugleich benachbarte Ringkanäle alternierend unten geschlossen bzw. offen gehalten. Zur Fixierung der Lage der Filterrohre 1 bezüglich der Ringscheiben 3 weisen diese vorzugsweise ein randständiges Rippenpaar zum stirnseitigen Umgriff der auf den Ringscheiben 3 aufstehenden Wände der Filterrohre 1 auf. Mit dieser Ausgestaltung ist zugleich der Vorteil einer guten Abdichtung der unten zu verschließenden Ringkanäle 8, 9 verbunden. Mittels gleichartiger, um jeweils einen Ringraumabstand gegenüber den unteren Ringscheiben 3 versetzter, Ringscheiben 4 können die Filterrohre 1 oben gestützt und in Position gehalten und zugleich die entsprechenden Ringkanäle 6, 7 geschlossen werden. Die zentrale obere Ringscheibe und die äußerste Ringscheibe halten dabei allerdings nicht die Rohrwände benachbarter Filterrohre in Position, sondern nur jeweils ein und dasselbe, innerste bzw. äußerste, Filterrohr 1. Bei einer ungeraden Zahl an Filterrohren 1 würde das äußerste Rohrpaar oben in der Weise gehalten wie bei Fig. 1 das äußerste Rohrpaar unten; entsprechend wäre die äußerste untere Ringscheibe wie die in der Fig. 1 gezeigte äußerste obere Ringscheibe zu gestalten.

Wie in den Figuren nicht gezeigt, werden die Ringscheiben 3, 4 von horizontalen Halteteilen 10 getragen, die ihrerseits an der zentralen vertikalen Tragachse 2 festgemacht sind.

Für den Fall, daß Filtereinheiten größerer Höhe verwendet werden sollen, ist es zur Gewährleistung einer für die geforderten selbsttragenden Eigenschaften der Filterrohre 1 ausreichenden Steifigkeit dann günstig, die Ringkanäle 6 bis 9 nicht zwischen durchgehenden Filterrohren 1 auszubilden, sondern zwischen übereinandergesetzten Filterrohren 1, wozu in den entsprechenden Zwischenhöhen weitere Ringscheiben vorhanden sein müssen, die allerdings, wie in Fig. 1 für die Ringscheiben 5 gezeigt, die Ringkanäle 6 bis 9 nicht unterbrechen dürfen.

Die Verhältnisse hinsichtlich der Abdeckung bzw. des freien Durchgangs durch die Ringkanäle 6 bis 9 zeigen die Fig. 2 bis 4 im Schnitt, in denen die schraffierten Ringzonen einen unten bzw. oben geschlossenen Ringkanal symbolisieren und die nicht schraffierten Ringzonen einen freien Eingang, Ausgang bzw. Durchgang des Ringkanals. Dabei bezieht sich Fig. 2 auf die Höhe A gemäß Fig. 1, Fig. 3 auf die Höhe B und Fig. 4 auf die Höhe C.

Wie mit Pfeilen in Fig. 1 angedeutet, strömt das zu entstaubende Rohgas von unten in die dort offenen Ringkanäle 6 und 7 und, da die Filtereinheit in einem Gehäuse eingebaut ist, auch in einen zwischen dem äußersten Filterrohr und der Gehäusewand ausgebildeten Raum ein, wird, da die Einlaßkanäle oben geschlossen sind, durch das gasdurchlässige Material der Filterrohre in die benachbarten, oben offenen, Ringkanäle gezwungen, lädt dabei seine Staublast am Filtermaterial ab und verläßt als Reingas die Filtereinheit.

Ein Beispiel für einen kompletten Staubabscheider mit einer Filtereinheit gemäß der Erfindung zeigt Fig. 5. Die um die Tragachse 2 herumgebaute Filtereinheit aus konzentrisch ineinandergesetzten Filterrohren 1, deren zwischen ihnen ausgebildeten Ringkanäle alternierend mittels Ringscheiben 3 unten und Ringscheiben 4 oben geschlossen sind, ist in einem Zylinder 11 aus hitzefestem Material, beispielsweise Stahl, eingelassen, wobei die Tragachse 2 in einem in Bodenhöhe des Zylinders 11 an diesem befestigten Lager 3′ hin- und herdrehbar aufsitzt. Der Zylinder 11 ist unten offen, bildet mit dem äußersten Filterrohr 1 einen weiteren Ringkanal aus und ist mittels eines ringförmigen Kragens 12 an einem ringförmigen Widerlager 13 des Gehäuses 14 des Staubabscheiders eingehängt. Die Kontaktflächen des Kragens 12 und des Widerlagers 13 sind derart aneinander gepaßt, daß die Verbindung zwischen beiden Teilen gasdicht ist, so daß die von unten in den Staubabscheider eintretenden Rohgase dort nicht auszutreten vermögen. Als weitere Dichtungen sind eine die innerste Ringscheibe 4 gegen die Tragachse 2 abdichtende Dichtung 27 und eine Dichtung 28 zum Abdichten der äußersten oberen Ringscheibe 4 gegenüber dem Zylinder 11 vorgesehen.

Gemäß den durch Pfeile angedeuteten Strömungswegen wird das Rohgas von unten in den Staubabscheider eingelassen, durchdringt die Filterrohre 1 und verläßt unter Zurücklassung seines Staubes an den Filterrohren als Reingas den Staubabscheider oberhalb der Filtereinheit durch einen Auslaßkanal 21.

Als oberer Abschluß des Staubabscheiderinnenraums ist ein Deckel 15 vorgesehen, der leicht lösbar über Verbindungen oder Stützen 19 vom Zylinder 11 getragen und über eine Tassenringdichtung, die aus einem Flansch 16 am Rande des Deckels 15 und einem mit Wasser gefüllten Ringbehälter 17 oben auf dem Gehäuse 14 gebildet wird, abgedichtet ist.

Sowohl die unverschraubte Dichtung 16, 17 des Deckels 15 als auch die gasdichte Einhängung 12,13 des die Filtereinheit aufnehmenden Zylinders 11 erlauben eine vergleichsweise schnelle und gute Zugänglichkeit zu den inneren Einrichtungen des Staubabscheiders, ermöglichen den schnellen Austausch einzelner Filterrohre 1 und lassen den kompletten Austausch einer Filtereinheit durch den Austausch eines Zylinders 11 mitsamt der Filtereinheit einschließlich der Tragachse 2 durch einen entsprechend ausgerüsteten anderen Zylinder 11 bei geringster zeitlicher Unterbrechung der Abgasreinigung in derselben Anlage zu.

Da nach gewisser Betriebsdauer die Filterrohre 1 selbstverständlich von anhaftenden stärkeren Staubschichten befreit werden müssen, sind entsprechende Reinigungsmaßnahmen erforderlich. So bietet sich ein Abbürsten oder Abkratzen der Staubauflagen von Hand nicht an; da hierzu der Staubabscheider außer Betrieb zu nehmen, das Gehäuse zu öffnen und zu den einzelnen Filterrohren vorzudringen wäre. Ohne manuellen Eingriff kämen ein heftigeres Verschwenken und/oder Vibrieren der Filterrohre und/oder ein Abblasen der Filterflächen in Betracht. Sämtliche dieser nicht manuellen Möglichkeiten sind bei einem Staubabscheider gemäß der Erfindung technisch unschwer realisierbar.

Wie weiter oben schon erwähnt, ist die Tragachse 2 des in Fig. 5 gezeigten Staubabscheiders drehbar gelagert. Damit werden drehende Hin- und Herbewegungen der Filtereinheit zum Abschütteln des an den Filterflächen abgesetzten Staubes möglich, wozu als Bewegungsantrieb ein auf dem Deckel 15 angeordneter, an der drehbaren Tragachse 2 angreifender pneumatischer Zylinder 20 dienen kann, der die Achse 20 vorzugsweise um etwa 90° hin- und herdreht. Die den Deckel 15 durchstoßende Tragachse 2 wird dabei gegenüber dem Deckel 15 mit einer an sich bekannten Dichtung 18 abgedichtet.

Ein (nicht gezeigter) Vibrator ließe sich gegen die Tragachse 2 oder den Zylinder 11 wirkend ebenfalls anschließen.

Besonders zweckmäßig dürfte jedoch eine Einrichtung zum Einblasen von Spülgas, z. B. von CO₂, gegen die Filterflächen der Filterrohre 1 sein. Hierzu sieht die Erfindung beispielsweise die in Fig. 5 gezeigte Lösung vor, in die Ringkanäle je ein oder mehrere Spülgasblasrohre 25, 26 einzuordnen, die über Verteilerrohre 23, 24 aus einer von außen hergeführten Druckleitung 22 gespeist werden.

Mit besonderem Vorteil lassen sich dabei die Drehbarkeit der Achse 2 nutzen, um bei feststehenden Spülgasblasrohren 25, 26 durch Drehen der Filterrohre 1 an den Spülgasblasrohren 25, 26 entlang jede Stelle der Filterflächen dem Spülgasblasstrom entweder auszusetzen oder besonders gezielt und heftig auszusetzen. Ist die Drehachse beispielsweise um 90° hin- und herzudrehen, empfiehlt es sich, jeden Ringkanal entsprechend mit vier Spülgasblasrohren, die in der Mitte des Schwenkweges jedes Umfangsviertels der Filterrohre 1 stehen, zu bestücken.

Ist der Staubabscheider zur Reinigung nach mehreren der genannten nicht manuellen Methoden eingerichtet, lassen sich diese dann entweder einzeln oder gemeinschaftlich ausüben.

Claims (12)

1. Staubabscheider zur Reinigung von staubhaltigen industriellen Hochtemperaturabgasen, aufweisend

• a) ein Gehäuse mit bodenseitigem Einlaß für das Rohgas,
• b) ein Kopfteil mit Auslaß für das Reingas und
• c) wenigstens eine in dem Gehäuse angeordnete Filtereinheit aus hitzebelastbaren Filterrohren,

dadurch gekennzeichnet, daß

• d) die Filterrohre (1) als Mehrheit von Rohren zueinander unterschiedlichen Durchmessers um eine zentrale vertikale Tragachse (2) konzentrisch zueinander angeordnet sind, so daß sie Ringkanäle (6, 7, 8, 9) zwischen sich ausbilden;
• e) die Ringkanäle (6, 7, 8, 9) nach Art von Taschenfiltern jeweils alternierend oben oder unten geschlossen sind, so daß das in einen unten offenen und oben geschlossenen Ringkanal (6, 7) einströmende Rohgas unter Abscheidung seiner Staubbeladung die zwischen zwei Ringkanälen (6, 8; 7, 9) ausgebildete Filterfläche durchdringt und aus dem oder den benachbarten, oben offenen und unten geschlossenen Ringkanälen (8, 9) als Reingas aus der Filtereinheit austritt;
• f) jedes Filterrohr (1) aus einer hitzebeständigen anorganischen Faser zu einem selbsttragenden Gebilde gefertigt ist;
• g) für den alternierenden Abschluß der Ringkanäle oben (6, 7) bzw. unten (8, 9) und zugleich für die Halterung der Filterrohre (1) Ringscheiben (3, 4) vorgesehen sind; und
• h) die Ringscheiben (3, 4) an von der Tragachse (2) getragenen, horizontal an dieser angeordneten Halteteilen (10) festgemacht sind.

2. Staubabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Reinigung der Filterrohre (1) ohne manuellen Eingriff eingerichtet ist.

3. Staubabscheider nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Hitzebeständigkeit des Materials der Filterrohre (1) bis etwa 1200°C.

4. Staubabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterrohre (1) aus Fasern aus Aluminium- Silicium-Oxid (Kaowool) gefertigt sind.

5. Staubabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch wenigstens einen Zwischensatz von wie die Ringscheiben (3, 4) festgemachten schmalen Ringscheiben (5) für den Aufbau von Ringkanälen (6, 7, 8, 9) aus vertikal aneinandergesetzten Filterrohren (1).

6. Staubabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch randständige Rippen bzw. ein Paar randständiger Rippen oder Flansche an jeder Ringscheibe (3, 4, 5) für den stirnseitigen Umgriff der an den Ringscheiben (3, 4, 5) angrenzenden Wände der Rohre (1) zur Fixierung und zur Abdichtung der Rohre (1) an den Ringscheiben (3, 4, 5).

7. Staubabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinheit in einem Zylinder (11) aus hitzefestem Material eingelassen ist, der vermittels eines ringförmigen Kragens (12) des Zylinders (11) und eines ringförmigen Widerlagers (13) des Staubabscheidergehäuses (14) gegenüber dem Gehäuse (14) gasdicht in dieses selbstdichtend eingehängt ist.

8. Staubabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sein Kopfteil als leicht lösbarer, über Verbindungen oder Stützen (19) vom Zylinder (11) getragener, über eine Tassenringdichtung (16, 17) gegenüber dem Gehäuse (14) abgedichteter Deckel (15) ausgebildet ist.

9. Staubabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragachse (2) drehbar gelagert und durch einen Antrieb (20) begrenzt hin- und herdrehbar ist.

10. Staubabscheider nach einem der Ansprüche 2 bis 9, gekennzeichnet durch eine auf die Filtereinheit einwirkende Vibrationseinrichtung.

11. Staubabscheider nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung zur Reinigung der Filterrohre (1) wenigstens ein Satz von in die Ringkanäle (6, 7, 8, 9) eingeführten, mit einer Spülgas-Druckquelle verbindbaren Spülgasblasrohren (25, 26) vorgesehen ist.