DE69511268T2

DE69511268T2 - Verhinderung von aschebrückenbildung in keramischen filtern

Info

Publication number: DE69511268T2
Application number: DE69511268T
Authority: DE
Inventors: Folke Engstroem; Juhani Isaksson
Original assignee: Foster Wheeler Energia Oy
Current assignee: Amec Foster Wheeler Energia Oy
Priority date: 1994-05-26
Filing date: 1995-05-24
Publication date: 2000-02-03
Anticipated expiration: 2015-05-25
Also published as: EP0762923A1; TW263445B; US5531798A; EP0762923B1; JP2825666B2; DE69511268D1; ES2135736T3; JPH09506549A; WO1995032787A1

Description

HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es viele Situationen gibt, wo Hochtemperaturfilter zur Reinigung von Gasen durch Entfernen von Partikeln aus den Gasen eingesetzt werden. Einer der bedeutendsten Anwendungen von Hochtemperaturfiltern (wie z. B. keramischen Filtern) ist die Filterung kleiner Partikel aus Hochtemperaturgasen, die während der druckbeaufschlagten Verbrennung oder Vergasung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen, wie z. B. Kohle, produziert werden. Einige der in dieser Umgebung eingesetzten Hochtemperaturfilter sind in US-A-4,343,631, 4,417,908, 4,525,184, 4,904,287 dargestellt, deren Darstellung hier als Referenz mit einbezogen ist. Typisch umfassen die Filterelemente keramische Kerzenfilter, keramische Waben, keramische Rohre oder abwechselnd Schichten von gasdurchlässigen keramischen Membranen und Wellblechen.
Der Standardvorgang zur Reinigung von keramischen Filtern unter diesen Verhältnissen besteht in der periodischen Rückspülung der keramischen Filter mit einem Hochdruckgasstrom (siehe zum Beispiel DE-A- 41 13 217). Wirksam, wie etwa auf eine bei einigen der oben identifizierten Patenten geschaffenen Weise eingesetzt, hält ein solches System die Filter als solche erfolgreich rein genug, um die Filterfunktion über verhältnismäßig lange Zeiträume wirksam durchzuführen. Man hat jedoch festgestellt, daß besonders bei Filtersystemen, die mit druckbeaufschlagter Wirbelschichtverbrennung oder -vergasung festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffs (wie Kohle) eingesetzt werden, wo Gase mit einer Temperatur von über circa 400º-C und einem Druck von circa 5 bar oder darüber produziert werden und sie stark partikelbeladen sind, keramische Filter schneller als vorhergesagt oder gewünscht ausfallen. Nach der vorliegenden Erfindung hat man herausgefunden, daß das Ergebnis dieses Ausfalls eine starke Ansammlung von Partikeln auf den die Filter tragenden und/oder umgebenden Oberflächen ist, ein Phänomen, das als "Asche-Brückenbildung" bezeichnet werden kann. Diese Ansammlung von Partikeln kann in hohen Seitenkräften resultieren, die auf die Filterelemente ausgeübt werden, oder kann eine allmähliche Verstopfung von einigen der Filterflächen zur Folge haben.
Das Problem der Asche-Brückenbildung wird nicht durch die konventionelle, auf die Filter angewandte Rückspülung gelöst, und tatsächlich kann die Rückspülung unter gewissen Verhältnissen das Problem der Asche-Brückenbildung sogar intensivieren, indem sie Partikel mit sehr hoher Geschwindigkeit auf tragende oder umgebende Oberflächen richtet. Auch die Temperaturgefälle, die während der Rückspülung oft auftreten können, können in Verbindung mit der Asche-Brückenbildung den Filterausfall insbesondere bei keramischen Kerzenfiltern beschleunigen.
Der vorliegenden Erfindung gemäß hat man das Problem der Asche-Brückenbildung im Zusammenhang mit keramischen Filtern unter Hochtemperaturverhältnissen, insbesondere bei keramischen Filtern, wo das zu filternde Gas eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweist und stark partikelbeladen ist (z. B. wie aus der druckbeaufschlagten Wirbelschichtverbrennung oder -vergasung von Kohle), typisch mit Temperaturen über circa 400ºC und Drücken über circa 5 bar, nicht nur erkannt, sondern das Problem durch die Erfindung auch gelöst.
Die Erfindung umfaßt sowohl ein Verfahren als auch eine Vorrichtung fürs Lösen des Problems der Partikelansammlung und Asche-Brückenbildung in Verbindung mit Filtersystemen für Hochdruck- und -temperaturgase. Die Erfindung löst das Problem durch automatische Reinigung der tragenden und umgebenden Oberflächen. Während diese Reinigung auf verschiedene Weisen bewerkstelligt werden kann, besteht ein bevorzugter Mechanismus zur Durchführung der Reinigung darin, Hochdruckströme von komprimiertem Gas, Dampf oder ähnlichem Fluid auf diejenigen Oberflächen zu richten, wo sich Partikel wahrscheinlich ansammeln. Das Leiten der Fluidströme erfolgt räumlich und zeitlich beabstandet, z. B. periodisch, intermittierend oder durch die Erfassung des Strömungsvolumens von Gasen oder anderen Verhältnissen angeregt, die auf eine Partikelansammlung hindeuten könnten.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren zum Betreiben eines druckbeaufschlagten Gasfiltersystems vorgesehen, das eine Vielzahl Filterelemente umfaßt, die eine erste Seite für Kontakt mit partikelbeladenem Gas und eine zweite Seite haben, durch die gefiltertes Gas fließt, und von tragenden und umgebenden Oberflächen aufgenommen werden und/oder daran befestigt sind. Das Verfahren umfaßt folgende Schritte: (a) Einführung partikelbeladenen Gases mit überatmosphärischem Druck in Kontakt mit der ersten Seite der Filterelemente, so daß das Gas durch die Filterelemente fließt und die Filterelemente Partikel daraus entfernen, (b) Abzug gefilterten Gases von der zweiten Seite der Filterelemente, und (c) zeitlich beabstandet automatische Reinigung der tragenden und umgebenden Oberflächen der Filterelemente, um eine Partikelansammlung auf den tragenden und/oder umgebenden Oberflächen zu verhindern, die sich nachteilig auf die Filterelemente auswirken würde. Der Reinigungsvorgang wird durchgeführt, indem Gas mit überatmosphärischem Druck aus Leitungen geleitet wird, die sich bis nah an die tragenden und/oder umgebenden Konstruktionen erstrecken. Vorzugsweise gibt es noch den weiteren Schritt (d) zur zeitlich beabstandeten Rückspülung der Filterelemente durch Leitung eines Reinigungsgasimpulses durch die Filterelemente von der zweiten Seite zur ersten Seite mit einem Druck, der größer als der Druck des in Schritt (a) eingeführten Gases ist.
Der Schritt (a) wird typisch ausgeführt, indem Gas mit einem Druck von ungefähr 5 bar oder darüber und einer Temperatur von ungefähr 400ºC oder darüber, wie etwa Gas von der druckbeaufschlagten Wirbelschichtverbrennung oder -vergasung festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffs, wie z. B. Kohle, eingeführt wird. Der Schritt (c) wird vorzugsweise durch Richten von Fluidimpulsen auf die tragenden und/oder umgebenden Oberflächen durchgeführt, wobei das Fluid einen ausreichend hohen Druck aufweist, um die Entfernung von Partikeln von den tragenden und/oder umgebenden Oberflächen zu bewirken, welches Fluid typisch aus komprimiertem Gas (z. B. Luft oder einem Inertgas, wie z. B. Stickstoff oder Argon) oder Dampf besteht. Der Schritt (c) wird vorteilhafterweise periodisch oder intermittierend ausgeführt. Die Schritte (c) und (d) können wesentlich gleichzeitig oder mit verschiedenen Intervallen durchgeführt werden.
Die Filterelemente können keramische Kerzenfilter umfassen, die mittels Befestigungskragen eingebaut sind, die eine erste Längendimension haben und mit einer ersten wesentlich ebenflächigen, gegenüber der ersten Dimension generell senkrechten Wandkonstruktion verbunden sind, und wo sich einige der Befestigungskragen nahe einer zweiten, gegenüber der ersten Dimension generell parallelen Wandkonstruktion befinden können, wobei zwischen den Befestigungskragen und der ersten Wandkonstruktion und zwischen der ersten und zweiten Wandkonstruktionen Ecken vorgesehen sind. In diesem Fall umfaßt die Durchführung des Schritts (c) typisch das Leiten des Fluids direkt in die Ecken.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind ein überatmosphärischer druckbeaufschlagter Filter und eine Anordnung vorgesehen. Die Anordnung umfaßt folgende Elemente: Ein Druckgefäß mit einem Einlaß für partikelbeladenes Gas mit überatmosphärischem Druck und einen Auslaß für reines, gefiltertes Gas. Eine Vielzahl Filterelemente mit jeweils einer ersten Seite zur Kontaktierung von partikelbeladenem Gas und einer zweiten Seite, durch die gefiltertes Gas fließt. Mittel zum Einbau der Filterelemente innerhalb des Gefäßes auf solche Weise, daß partikelbeladenes Gas durch die ersten Seiten der Elemente fließt, wobei sich Partikel daran ansammeln, welche Mittel eine Stützkonstruktion für die Filterelemente und umgebende Konstruktionen nahe einiger der Filterelemente umfassen. Und Mittel fürs automatische Richten von Fluid mit überatmosphärischem Druck aus sich bis nah an die tragenden und/oder umgebenden Konstruktionen erstreckenden Leitungen auf die tragenden und/oder umgebenden Konstruktionen, um das Ansammeln von Partikeln auf den Oberflächen zu verhindern, was die Funktion der Filterelemente beeinträchtigen würde.
Die Druckfluid-Leitungsmittel umfassen typisch eine Vielzahl Fluidleitungen, die sich bis nah an die tragenden und/oder umgebenden Konstruktionen erstrecken und darin ausgebildete Düsen aufweisen. Falls die Filter keramische Kerzenfilter sind - wie oben beschrieben wurde - können die Fluidleitungsmittel Mittel fürs Leiten des druckbeaufschlagten Fluids direkt in die Ecken umfassen. Typisch umfassen die Fluidleitungsmittel des weiteren ein in einem, die Fluidleitungen mit einer Gasquelle unter überatmosphärischem Druck verbindenden Rohr angeordnetes automatisch betätigtes Ventil und Mittel zur periodischen Betätigung des Ventils.
Typisch ist der Eintritt zum Druckgefäß mit einem druckbeaufschlagten zirkulierenden Wirbelschichtreaktor fürs Verbrennen oder Vergasen festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffs verbunden. Ein Zyklonabscheider oder ähnlicher "großer" Partikelabscheider ist normalerweise zwischen dem Reaktor und den Filtermitteln vorgesehen.
Die Tragmittel umfassen typisch eine allgemein vertikale Wandkonstruktion, von der sich ein Filterelement allgemein horizontal erstreckt - wenn die Filterelemente keramische Wabenfilter oder dergleichen sind - und die Fluidleitungen sind an der allgemein vertikalen Wandkonstruktion befestigt. Des weiteren sind typisch Rückspülmittel vorgesehen fürs periodische Leiten von Hochdruck-Reinfluid in Kontakt mit der zweiten Seite der Filterelemente, um die Filterelemente zu durchfließen und um Partikel zu lösen, die sich auf den eigentlichen Filterflächen (das heißt, auf der ersten Seite der Filterelemente) ansammeln.
Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren zum Betreiben eines Wirbelschichtreaktors und eine Vielzahl Filterelemente vorgesehen, die über Tragkonstruktionen in betrieblicher Verbindung mit Gasen aus dem Reaktor eingebaut sind. Das Verfahren umfaßt folgende, im wesentlichen kontinuierliche und aufeinanderfolgende Schritte: (a) chemische Reaktion von kohlenstoffhaltigem Brennstoff im Reaktor, um ein partikelbeladenes Gas mit einem Druck über circa 5 bar und einer Temperatur über circa 400ºC zu erzeugen, (b) Entfernen großer Partikel aus dem partikelbeladenen Gas, (c) Leiten des Gases in Kontakt mit den Filterelementen, so daß Partikel aus dem Gas abgeschieden werden, und (d) periodisches Richten von Reinfluid mit einem Druck, der größer als der Druck des Gases in Schritt (a) ist, direkt auf die Tragkonstruktionen der Filterelemente, um Partikel von dort zu entfernen und eine Partikelansammlung darauf zu verhindern.
Die hauptsächliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für wirksameres Filtern von partikelbeladenen Gasen, insbesondere in Umgebungen mit überatmosphärischem Druck und hoher Temperatur oder in anderen Situationen vorzusehen, wo Asche- Brückenbildung entstehen kann. Diese und andere Aufgaben der Erfindung gehen aus einer Einsicht in die ausführliche Beschreibung der Erfindung und den beigefügten Ansprüchen hervor.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine horizontale Schnittansicht, teilweise in Elevation, eines beispielhaften keramisches Kerzenfilter-Filtersystems nach dem Stand der Technik zur Anwendung in Zusammenhang mit einem druckbeaufschlagten Wirbelschichtreaktor, welche Fig. 1 ein Problem in Form von Asche-Brückenbildung darstellt, das beim Stand der Technik vorkommt;
Fig. 2A und 2B sind Seitenansichten, teilweise in Elevation, zweier ähnlicher Ausführungsformen eines beispielhaften Filtersystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist eine detaillierte Seitenansicht, teilweise in Elevation, die die Reinigungsmittel zur Verhinderung von Asche-Brückenbildung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 4 ist eine detaillierte Perspektivansicht einer anderen Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5 ist eine Seitenansicht, teilweise in Elevation, die eine andere Ausführungsform der Filteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, die mit einem druckbeaufschlagten Wirbelschichtreaktor zur Verbrennung oder Vergasung festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffs verbunden ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 stellt schematisch ein in Verbindung mit Filtern nach dem Stand der Technik vorkommendes Problem dar, das gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst ist. Während Fig. 1 keramische Kerzenfilter darstellt, soll es verstanden werden, daß andere Variationen des gleichen Problems bei anderen Typen von Filterelementen in druckbeaufschlagten Hochtemperaturumgebungen, wie etwa bei keramischen Wabenfiltern und Filtern, auftreten, wo abwechselnd Schichten von gasdurchlässigen keramischen Membranen und Wellblechen eingesetzt sind.
Fig. 1 stellt eine ebenflächige Wandkonstruktion 1 dar, die eine Anzahl Kragen 2 trägt, die Filterkerzen 3 aufnehmen. Die Filterkerzen 3, die typisch aus keramischem Material, porös gegenüber Luft aber nicht den von der Luft enthaltenen Partikeln sind, erstrecken sich im allgemeinen senkrecht zur Oberfläche 1. Typisch ist auch ein mittleres Clusterrohr 4 vorgesehen, oder aber mit den Filterkerzen 3 sind andere umgebende Konstruktionen sind verbunden.
Fig. 1 zeigt auch eine Aschebrücke 5, die aus einer Ansammlung von Partikeln besteht, die sich an den tragenden und umgebendem Oberflächen der Kerzenfilter 3 festgesetzt haben. Das heißt, Partikel, die die Aschebrücke 5 bilden, haben sich an der Wandkonstruktion 1, den Kragen 2 und dem Cluster-Mittenrohr 4 festgesetzt. Beim Wachsen übt die Aschebrücke 5 Seitenkräfte auf die Filterkerzen 3 aus, was einen Ausfall der Kerzen verursachen kann. Außerdem bedeckt die Aschebrücke 5 eventuell einen Teil der Filterfläche der Kerzen 3, und Temperaturgefälle, die durch die konventionelle Rückspülung der Kerzen 3 verursacht werden, um daran angesammelte Partikel zu entfernen, können einen vorzeitigen Ausfall zur Folge haben. Außer daß die konventionelle Rückspülung das Problem der Asche-Brückenbildung nicht löst, kann sie unter bestimmten Verhältnissen sogar dazu beitragen.
Eine überatmosphärische druckbeaufschlagte Filteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist schematisch in Fig. 2A dargestellt. Das System umfaßt ein Druckgefäß 10 mit einem Einlaß 11 für partikelbeladenes Gas mit überatmosphärischem Druck und einem Abzug 12 für reines gefiltertes Gas und einem Auslaß 13 zur Entfernung von gefilterten Partikeln, die auf den Boden des Gefäßes 10 fallen. Das partikelbeladene Gas zirkuliert im Raum 14, während das reine gefilterte Gas aus dem Raum 15 abgezogen wird, wobei das Gas die keramischen Kerzenfiltern 16 durchfließt und mit der Außen- (ersten) Seite der Kerzen 16 in Kontakt kommt. Die Kerzen 16 können genau wie die in Fig. 1 dargestellten Kerzen 3 sein, und ihre innere, zweite, Fläche steht in Kontakt mit dem Reingasraum 15. Sich generell horizontal erstreckende ebenflächige Wandkonstruktionen 17 sind zur Aufnahme des Kerzenfilters 16 vorgesehen, welcher Filter 16 sich im allgemeinen senkrecht zur Wandkonstruktion 17 erstreckt. An einigen Stellen, bei einigen Filterelementen 16, befinden sie sich nahe an den umgebenden Konstruktionen in Form von Innenwand 18 des Druckgefäßes 10 und eines zentralen Clusterrohrs 19, das zur Aufnahme von einigen der Wandkonstruktionen 17 vorgesehen ist und für die Verbindung zwischen der zweiten Seite von Filterelement 16 und Reingasraum 15 sorgt.
Eine konventionelle Filterrückspülanordnung ist ebenfalls vorgesehen und lediglich bei einigen der Filter 16 durch das Bezugszeichen 20 in Fig. 2A angedeutet, es soll aber einleuchten, daß sich eine Art Rückspülanordnung typisch an jeden der Filterelemente 16 anschließt. Rückspülsysteme, die als solche konventionell sind und zum Beispiel in US-A- 4,343,631, 4,525,184, und 4,904,287 dargestellt sind, führen reines Gas mit einem Druck ein, der höher als der Druck des in Kanal 11 eintretenden Gases ist. Die Reingasimpulse lösen Partikel, die sich auf der ersten Seite des Filters 16 im Raum 14 festgesetzt haben.
Jeder Kerzenfilter 16 ist typisch mittels Kragen 22 an der Wandkonstruktion 17 befestigt, und gerade an den Kragen 22 wie auch den umgebenden Konstruktionen, wie etwa der Wandkonstruktion 17 und Rohr 19 und unter Umständen sogar an der Wand 18, können sich Partikel ansammeln und in Form von Asche-Brückenbildung Probleme verursachen. Dies wird der vorliegenden Erfindung zufolge durch Bereitstellen einer Konstruktion zur automatischen Reinigung der tragenden und/oder umgebenden Oberflächen (z. B. 17, 22, 19) gelöst, um das Ansammeln von Partikeln darauf zu verhindern, welche Partikelansammlung sich auf die Filterelemente 16 nachteilig auswirken würde, indem sie ihre Leistung als Filter beeinträchtigen oder einen vorzeitigen Bruch oder anderen Schaden verursachen würde.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die automatisierten Reinigungsmittel Mittel fürs automatische Leiten von Fluid mit überatmosphärischem Druck gegen die tragenden und/oder umgebenden Konstruktionen 17, 19, 22 usw., um eine Partikelansammlung zu verhindern. Zum Beispiel - wie in Fig. 2A schematisch dargestellt ist - ist eine Vielzahl Fluidleitungen 21 vorgesehen, die sich bis nah an die tragenden und/oder umgebenden Konstruktionen 17, 19, 22 usw. erstrecken und darin ausgebildete Düsen aufweisen, um den Strom Hochdruckfluids - zum Beispiel komprimierten Gases oder Dampfes - auf die umgebenden oder tragenden Konstruktionen zu richten. Typisch ist der Druck des Reinigungsfluids höher als der Druck des zu reinigenden Gases, [eingeführt im Einlaß 11] und typisch auch stets über 5 bar. Normalerweise ist ein Umlenkblech 37 vorgesehen, um das durch Einlaß eintretende Gas wesentlich gleichmäßig auf alle Filterelemente 16 innerhalb des Gefäßes 10 zu verteilen.
Die Leitungen 21 sind - wie lediglich bei einigen Leitungen in Fig. 2A dargestellt ist - mit einer Quelle 23 für komprimiertes Fluid, wie etwa einem Gasverdichter oder Druckluftbehälter z. B. für Luft oder ein Inertgas wie Stickstoff oder Argon oder für Dampf, verbunden. Das die Leitungen 21 mit der Quelle 23 verbindende Rohr 24 weist ein automatisch betätigtes Ventil 25 auf, das zum Beispiel durch ein Zeitglied 26, einen Sensor oder dergleichen angesteuert wird, um zu bestimmten Zeitpunkten (z. B. periodisch, durch einen vorgegebenen Gasdurchsatz zum Einlaß 11 angeregt, intermittierend, usw.) das Ventil 25 zu öffnen, um freie Strömung reinen komprimierten Gases aus Quelle 23 durch Düsen und Leitungen 21 zu ermöglichen. Ein anderes Rohr - siehe z. B. Rohr 27 in Fig. 2A - kann in Verbindung mit jedem Leitungssatz 21 vorgesehen sein, so daß verschiedene Leitungen 21 zu verschiedenen Zeitpunkten mit komprimiertem Gas versorgt werden, wobei ein anderes automatisch betätigtes Ventil 28 in der Leitung 27 vorgesehen ist und ebenfalls durch das Zeitglied 26 angesteuert wird.
Fig. 2B zeigt ein gegenüber dem in Fig. 2A wesentlich identisches System abgesehen von den Positionen der Impulsleitungen im oberen Teil des Gefäßes 10 und Ausstattung des Umlenkbleches 37 mit Reinigungskonstruktionen. In Fig. 2B hat das Umlenkblech 37 daran befestigte Reinigungsleitungen 38, die im wesentlichen den Leitungen 21 entsprechen, und periodisch oder intermittierend Reinfluidstöße von der Quelle 23 durch Betätigung des durch das Zeitglied 26 angesteuerten Ventils 39 empfangen.
Fig. 3 zeigt die Leitungen 21 in größerem Maßstab, in Verbindung mit den Befestigungskragen 22, die Gassperren zwischen der tragenden Wandkonstruktion 17 und der Filterkerze 16 bilden. In Fig. 3 sind die Öffnungen oder Düsen (die lediglich als einfache Löcher oder Drosselblenden oder Einsätze ausgebildet sein können) durch Bezugszeichen 29 dargestellt und um jede der Leitungen 21 angeordnet, um Fluidströme auf die tragenden und umgebenden Konstruktionen 22, 17, usw. zu richten. Die Reinigungsfluidströme sind schematisch aus den Öffnungen 29 in Fig. 3 austretend dargestellt.
Die Leitungen 21 können direkt an der Wandkonstruktion 17 etwa durch U-förmige Halterungen oder Bänder 30 befestigt sein, oder aber sie können integral mit der Wandkonstruktion 17 ausgebildet, an der Wandkonstruktion 17 oder den Kragen 22 angeschweißt oder auf andere Weise befestigt sein, oder sie können auf viele andere Weisen befestigt sein, wenn nur die Befestigung sicher ist und den aus den Düsen 29 austretenden Hochdruckströmen eine Richtung vorgibt, so daß sie auf den Oberflächen 17, 22, 19 usw. aufschlagen. Löcher 29 sind nur dort vorgesehen, wo eine Partikelansammlung wahrscheinlich entsteht, und sie sind längs der Leitung 21 beabstandet angeordnet. Ecken 31 sind zwischen der Wandkonstruktion 17 und den Kragen 22, und/oder zwischen den Wandkonstruktionen 17, 19, 18 usw. angeordnet, und um optimale Reinigung zu erreichen, leiten einige der Düsen 29 Hochdruckfluid direkt in die Ecken 31, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.
Fig. 4 stellt eine andere beispielhafte Ausführungsform gemäß der Erfindung dar. Diese Ausführungsform, die insbesondere für keramische Wabenfilter oder keramische Membranen geeignet ist, die zwischen Körpern gewellten Materials sandwichartig gelegt sind, umfaßt eine wesentlich vertikale Wandkonstruktion 32, die gebogen oder ebenflächig sein kann, wobei daran Befestigungskonstruktionen 33 an beabstandeten vertikalen Stellen angeordnet sind, durch die sich die keramischen Wabenfilter oder dergleichen 34 erstrecken. In diesem Fall ist eine durch beliebige geeignete Mittel direkt an der vertikalen Wand 32 befestigte Leitung 35 vorgesehen, wo Düsen oder Öffnungen 36 an beabstandeten Stellen ausgebildet sind, welche Düsen 36 so gerichtet sind, daß sie Hochdruckfluid direkt gegen die Wand 32 und/oder Befestigungskonstruktionen 33 leiten, um sie von Partikelansammlungen freizuhalten.
Fig. 5 stellt ein beispielhaftes Filtersystem gemäß der vorliegenden Erfindung dar, das Filter - wie sie etwa in Fig. 4 dargestellt wurden - in Verbindung mit einem druckbeaufschlagten Wirbelschichtreaktor 40 nutzt. Der Reaktor 40 umfaßt ein Druckgefäß 42, in dem ein Wirbelschichtreaktor 43 angeordnet ist. Der Reaktor 43 zum Beispiel verbrennt oder vergast feste kohlenstoffhaltige Brennstoffe, wie Kohle, und erzeugt partikelbeladenes Hochtemperatur- (typisch über ungefähr 400ºC), Hochdruck- (typisch über 5 bar) Gas. Das Gas wird zunächst in einen großen Partikelabscheider, wie z. B. den konventionellen Zyklonabscheider 44 geleitet, und die großen Partikel werden über Kanal 45 dem Reaktor 43 rückgeführt. Das dann noch immer mit kleinen Partikeln beladene Hochdruck-, Hochtemperaturgas fließt durch Kanal 46 zum Druckgefäß 10' des Filtersystems. Ein Gasverdichter-ffurbinensystem 47 ist mit dem Reaktorsystem 40 verbunden. Luft wird durch den Verdichter 48 komprimiert und in das Druckgefäß 42 eingeführt, um den den Reaktor 43 und Abscheider 44 umgebenden Raum auf überatmosphärischem Druck zu halten. Das gefilterte Gas vom Auslaß 12' des Filterdruckgefäßes 10' fließt zwecks Erzeugung von Elektrizität dem Generator 49 zu.
Das Gefäß 10' ist dasselbe wie das Gefäß 10; nur ist das Filtersystem anders ausgeführt und umfaßt den mittleren Kanal 51, der die Wandkonstruktion 32 bildet (siehe Fig. 4), und von wo sich die Filterelemente 34 auswärts erstrecken. Rückspülung der Filterelemente 34 wird durch das Rückspülsystem 20' konventionell bewerkstelligt, während die Leitungen 35 mit komprimiertem Gas aus Quelle 23' über Rohr 24' versorgt werden, wobei das Ventil 25' durch das Zeitglied 26' oder desgleichen angesteuert wird.
Unter bestimmten Verhältnissen kann es wünschenswert sein, die Rückspülsysteme 20' derart zu steuern, daß sie gleichzeitig betätigt werden, wenn Reinigungsfluid durch die Ventile 25, 25' geleitet wird, oder aber die Zyklen für Rückspülung und Reinigung können unterschiedlich sein. Die genaue Natur des Reinigungsfluids von den Verdichtern 23 hängt von der Verfügbarkeit von Fluiden, wie etwa der Verfügbarkeit von Dampf, und womöglich von den besonderen Betriebsanforderungen, Brennstoff und desgleichen für das Reaktorsystem 40 ab. Somit leuchtet es der vorliegenden Erfindung zufolge ein, daß man ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen hat, die einfach und effizient ein bedeutendes Problem beim Stand der Technik lösen. Während die Erfindung hier in der Ausführung dargestellt und beschrieben wurde, die man derzeit für die praktischste und bevorzugteste hält, leuchtet es einem Fachmann ein, daß viele Modifikationen daran im Schutzumfang der Erfindung möglich sind, welcher Schutzumfang gemäß der breitesten Auslegung der beigefügten Ansprüche erfaßt werden soll, um alle entsprechenden Konstruktionen und Prozeß einzuschließen.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines druckbeaufschlagten Gasfiltersystems, bestehend aus:

- einem Druckgefäß (10) mit einem Einlaß (11) für zu filterndes partikelbeladenes Gas auf überatmosphärischem Druck und einem Auslaß (12) für reines, gefiltertes Gas;

- einer Vielzahl Filterelemente (16), deren jedes eine erste Seite zur Kontaktierung mit partikelbeladenem Gas und eine zweite Seite aufweist, wodurch gefilterte Gase fließen;

- Mittel zur Befestigung besagter Filterelemente innerhalb eines Raums (14), in dem partikelbeladenes Gas in dem Druckgefäß (10) zirkuliert, welche Mittel eine Stützkonstruktion (2, 22) für die Filterelemente und umgebende Konstruktionen (1, 4; 17, 18, 19) nahe einiger der Filterelemente umfassen; welches Verfahren folgende Schritte umfaßt:

(a) Einführung von zu filterndem partikelbeladenem Gas mit überatmosphärischem Druck in den Raum (14) in Kontakt mit der ersten, Außenseite der Filterelemente (16), so daß das Gas die Filterelemente durchfließt und die Filterelemente Partikel daraus entfernen; und

(b) Abzug gefilterten Gases von der zweiten Seite der Filterelemente;

welches Verfahren gekennzeichnet ist durch einen weiteren Schritt (c) zur zeitlich beabstandeten automatischen Leitung von Fluid mit überatmosphärischem Druck aus nahe der tragenden und/oder umgebenden Konstruktionen verlaufenden Leitungen direkt gegen die Oberflächen der tragenden und/oder umgebenden Konstruktionen (1, 2, 4; 17, 18, 19, 22) innerhalb des Raums (14), um das Ansammeln von Partikeln auf den Oberflächen zu verhindern, was die Funktion der Filterelemente nachteilig beeinflussen würde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (a) durch Einführung von Gas mit einem Druck von ungefähr 5 bar oder darüber und einer Temperatur von ungefähr 400ºC oder darüber durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (c) des weiteren durchgeführt wird, indem komprimiertes Gas oder komprimierter Dampf mit einem Druck von zumindest ungefähr 5 bar gegen die tragenden und/oder umgebenden Oberflächen geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (a) des weiteren durchgeführt wird, indem Gas aus einer druckbeaufschlagten Wirbelschichtverbrennung oder -vergasung festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffs eingeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (3, 16) mittels Befestigungskragen (2, 22) befestigte keramische Kerzenfilter sind, die eine erste Längendimension haben und mit einer ersten wesentlich ebenflächigen Wandkonstruktion (1, 17) ver bunden sind, die allgemein senkrecht zur ersten Dimension ist, und wo sich einige der Befestigungskragen nahe einer zweiten, zur ersten Dimension generell parallelen Wandkonstruktion (4, 18, 19) befinden, wobei zwischen den Befestigungskragen (2, 22) und der ersten Wandkonstruktion (1, 17) und zwischen der ersten und zweiten Wandkonstruktion (1, 4; 17, 18, 19) Ecken vorgesehen sind; und wo die Durchführung des Schritts (c) das Leiten des komprimierten Gases oder Dampfes direkt in die Ecken umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, das als weiteren Schritt (d) die zeitlich beabstandete Rückspülung der Filterelemente (16) durch Leiten eines Reinigungsgasimpulses durch die Filterelemente von der zweiten Seite zur ersten Seite mit einem Druck umfaßt, der größer als der Druck des in Schritt (a) eingeführten Gases ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schritte (d) und (c) periodisch und im wesentlichen gleichzeitig durchgeführt werden.

8. Überatmosphärische druckbeaufschlagte Filteranordnung bestehend aus:

- einem Druckgefäß (10) mit einem Einlaß (11) für zu filterndes partikelbeladenes Gas mit überatmosphärischem Druck und einem Auslaß (12) für reines, gefiltertes Gas;

- einer Vielzahl Filterelemente (16, 34), deren jedes eine erste Seite zur Kontaktierung von partikelbeladenem Gas und eine zweite Seite umfaßt, wodurch gefiltertes Gas fließt; und

- Mitteln zur Befestigung der Filterelemente innerhalb eines Raums (14), in dem partikelbeladenes Gas zirkuliert, so daß zu filtemdes Gas durch die erste, Außenseite der Fifterelemente fließt, wobei sich Partikel auf den Filterelementen ansammeln, welche Mittel eine Tragkonstruktion (22, 32) für die Filterelemente und umgebende Konstruktionen (17, 18, 19) nahe einiger der Filterelemente umfassen;

dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung des weiteren umfaßt:

Mittel (21) zur automatischen Leitung von Fluid mit überatmosphärischem Druck aus nahe der tragenden und/oder umgebenden Konstruktionen verlaufenden Leitungen direkt gegen die Oberflächen der tragenden und/oder umgebenden Konstruktionen (17, 18, 19, 22, 32) innerhalb des Raums (14), um zu verhindern, dass sich Partikel auf den Oberflächen ansammeln, was die Funktion der Filterelemente beeinträchtigen würde.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsmittel für druckbeaufschlagtes Fluid eine Vielzahl Fluidleitungen (21) umfassen, die sich bis nah an die tragenden und/oder umgebenden Konstruktionen erstrecken und darin ausgebildete Düsen (29) aufweisen.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (3, 16) keramische Kerzenfilter sind; und daß die Tragkonstruktion einen Befestigungskragen (2, 22) für jeden Kerzenfilter umfaßt, der eine erste Längendimension hat und mit einer ersten wesentlich ebenflächigen, zur ersten Dimension hauptsächlich senkrechten Wandkonstruktion (1, 17) ver bunden ist, und daß die umgebenden Konstruktionen eine zweite Wandkonstruktion (4, 18, 19) nahe einiger der Kerzenfilter und hauptsächlich parallel zur ersten Dimension umfaßt, wobei zwischen den Befestigungskragen und der ersten Wandkonstruktion und zwischen der ersten und zweiten Wandkonstruktion Ecken vorgesehen sind; und daß die Fluidleitungsmittel (21) Mittel (29) zur Leitung von Fluid direkt in die Ecken umfassen.

11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidleitungsmittel des weiteren ein automatisch betätigtes Ventil (25, 28), das in einem die Fluidleitungen (21) mit einer Quelle für Gas unter überatmosphärischem Druck verbindenden Rohr (24, 27) angeordnet ist, und Mittel zur periodischen Betätigung des Ventils umfassen.

12. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (11) zum Druckgefäß mit einem druckbeaufschlagten zirkulierenden Wirbelschichtreaktor zur Verbrennung oder Vergasung festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffs verbunden ist.

13. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragmittel eine allgemein vertikale Wandkonstruktion (32) umfassen, von der sich die Filterelemente (34) allgemein horizontal erstrecken, wobei die Fluidleitungen an der generell vertikalen Wandkonstruktion befestigt sind.

14. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren Rückspülmittel (20) zur periodischen Leitung von Hochdruckreinigungsfluid in Kontakt mit der zweiten Seite der Filterelemente umfaßt, um die Filterelemente zu durchfließen und Partikel zu lösen, die sich auf der ersten Seite der Filterelemente ansammeln.