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DE102021103303A1 - Rohrförmiges Filterelement und Verfahren zum Abreinigen desjenigen - Google Patents

Rohrförmiges Filterelement und Verfahren zum Abreinigen desjenigen Download PDF

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DE102021103303A1
DE102021103303A1 DE102021103303.9A DE102021103303A DE102021103303A1 DE 102021103303 A1 DE102021103303 A1 DE 102021103303A1 DE 102021103303 A DE102021103303 A DE 102021103303A DE 102021103303 A1 DE102021103303 A1 DE 102021103303A1
Authority
DE
Germany
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cleaning
filter element
tubular
filter
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021103303.9A
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English (en)
Inventor
Hans Leibold
Robert Mai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Original Assignee
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
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Publication date
Application filed by Karlsruher Institut fuer Technologie KIT filed Critical Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Publication of DE102021103303A1 publication Critical patent/DE102021103303A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D46/00Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/24Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D46/00Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/66Regeneration of the filtering material or filter elements inside the filter
    • B01D46/70Regeneration of the filtering material or filter elements inside the filter by acting counter-currently on the filtering surface, e.g. by flushing on the non-cake side of the filter
    • B01D46/71Regeneration of the filtering material or filter elements inside the filter by acting counter-currently on the filtering surface, e.g. by flushing on the non-cake side of the filter with pressurised gas, e.g. pulsed air

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Abstract

Rohrförmiges Filterelement (1), umfassend ein reingasseitiges zylindrisches Innenvolumen mit mindestens einer reingasseitigen Ausmündung, eine das Innenvolumen umgebende als Filterflächen (9) gestaltete Mantelfläche sowie Abreinigungsmittel (7, 8, 10) für die Mantelfläche. Die Aufgabe liegt in einer Effizienzverbesserung der Abreinigung des Filterelements. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Abreinigungsmittel eine koaxial im zylindrischen Innenvolumen angeordnete rohrförmige Abreinigungslanze (7) mit mehreren axial über die axiale Erstreckung der Filterflächen verteilt angeordneten Austrittsöffnungen (15) in das Innenvolumen, mindestens ein Abreinigungsventil (10) für ein Spülgaszulauf in die rohrförmige Abreinigungslanze sowie Verschlussmittel (11) für die mindestens eine reingasseitige Ausmündung aufweisen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein rohrförmiges Filterelement gemäß dem ersten Anspruch sowie ein Verfahren zum Abreinigen des durch Rohgas angeströmten, rohrförmigen Filterelementes gemäß Anspruch 12.
  • Die eingangs genannten rohrförmigen Filterelemente sind insbesondere in der Bauform von Patronenfilter oder Filterkerzen bekannt, bei denen die Mantelfläche durch starre, d.h. steife und nicht nachgiebigen Filterflächen gebildet werden und vorzugsweise ein Ende offen ist. Das Durchmesser zu Längenverhältnis (L/D-Verhältnis) ist typischerweise größer als 25. Sie dienen der Staubabscheidung, insbesondere bei hohen Gastemperaturen, beispielsweise bei Verbrennungsvorgängen (Heißgasfiltration, vorzugsweise über 500°C) und weisen dabei Durchmesser über 100 mm bei Baulängen bis zu 6 m auf. Es versteht sich aber, dass das erfindungsgemäße Verfahren prinzipiell auf alle rohrförmigen oder hohlzylindrischen Filterelemente anwendbar ist. Zur Partikelfiltration bei hohen Temperaturen werden, abgesehen von metallischen Sonderwerkstoffen, durchweg keramische Filterelemente eingesetzt.
  • Üblicherweise werden diese rohrförmigen Filterelemente von außen, d.h. rohgasseitig von einem Rohgas, d.h. von einem mit Staub beladenen Gas, angeströmt, wobei das Rohgas die Filterflächen durchdringt und in das reingasseitige Innere der rohrförmigen Filterelemente eindringt und axial und dabei bevorzugt über nur ein offenes Ende des Filterelements abgeführt wird. Partikelfraktionen scheiden sich aus dem Rohgas üblicherweise auf den Filterflächen ab, was mit zunehmender Filtrationszeit zu einem allmählichen Zusetzen der Filterelemente mit einem sog. Filterkuchen, d.h. einer Schicht verdichteter, oftmals auch aneinander klebender Partikelfraktionen führt.
  • Bei der Filtration von Staub beladenen Gasen, d.h. von frei fließenden und/oder extrem feinen Stäuben oder Partikeln werden üblicherweise die bereits auf den Filterflächen rohgasseitig abgeschiedenen Partikel durch die Abreinigung durch von Zeit zu Zeit wiederkehrende Gegenströmung oder Gegenstromimpulse abgelöst und sedimentieren in einen Staubsammelraum, teilweise werden sie aber auch wieder im Gas resuspendiert, d.h. erneut im Rohgasraum des Filtersystems fein verteilt.
  • Aus der DE 199 17 165 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum Abreinigen von durch Rohgas von außen angeströmten Filterkerzen mit jeweils einem der einzelnen Filterkerze in Strömungsrichtung nachgeschalteten, im Reingasraum angeordneten Sicherheitsfilter durch Rückspülen der Filterkerze von der Reingasseite her beschrieben. Der zum Rückspülen erforderliche Spülgasstrom vom Reingasraum hinter der Filterkerze wird unter Absperren desselben gegen die Abluftseite durch den Sicherheitsfilter in bzw. durch die Filterkerze geführt, wobei das Absperren durch einen strömungsdynamischen, pneumatischen Schalter ohne bewegliche Teile erfolgt, dessen Durchlass wechselweise durch den an ihm vom Reingasraum her anliegenden niedrigeren Prozessdruck freigegeben und durch den höheren Rückspüldruck gesperrt wird. Mit zunehmendem L/D Verhältnis reduziert sich die effektiv über den Einströmquerschnitt einbringbare Gasmenge, sodass der Spülgasstrom bezogen auf die Filterfläche immer mehr zurückgeht.
  • Die Wirksamkeit einer Abreinigung nimmt jedoch nicht nur mit der lateralen Ausdehnung der Filterflächen, sondern auch mit zunehmendem L/D Verhältnis der rohrförmigen Filterelemente ab. Bei der Abreinigung entstehen deshalb insbesondere sich ungleichmäßig auf die Filterflächenbereiche verteilende Spülgaströme und -impulse und damit lokal eine unzureichende Abreinigung der an den Filterflächen anhaftenden Stäube.
  • Bei herkömmlichen Systemen wird die Abreinigungsintensität zudem durch die Schallgeschwindigkeit als Obergrenze für die Durchströmung der Filterkanäle begrenzt. Da der Überdruck in Filterkerzen, der für die Abreinigung notwendig ist, aus der Bewegungsenergie des Gases gewonnen wird, bleibt er deswegen begrenzt. Das Betriebsverhalten verschlechtert sich zusätzlich, wenn die Filter einen hohen Widerstand z. B. durch eingedrungenen Feinstaub, hohe Staubgehalte oder hohe Filtrationsgeschwindigkeiten aufweisen. Verstopfte Filter, insbesondere die mit größerem L/D Verhältnis können oftmals nur unzureichend wieder freigeblasen werden, wenn die Stäube stark adhäsiv sind..
  • Davon ausgehend liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, das eingangs genannte Verfahren sowie das rohrförmige Filterelement so zu gestalten, dass eine zuverlässige Abreinigung auch bei größeren L/D Verhältnissen gewährleistet ist.
  • Die Aufgabe wird mit einem rohrförmigen Filterelement mit den Merkmalen des ersten Anspruchs sowie mit einem Verfahren zum Abreinigen des rohrförmigen Filterelementes mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Hierauf bezogene Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen wieder.
  • Als Basis für eine Lösung der Aufgabe dient ein herkömmliches rohrförmiges Filterelement, umfassend ein reingasseitiges zylindrisches Innenvolumen mit mindestens einer reingasseitigen Ausmündung, eine das Innenvolumen umgebende als Filterflächen gestaltete Mantelfläche sowie Abreinigungsmittel für die Mantelfläche. Das Verfahren zum Abreinigen eines durch Rohgas angeströmten rohrförmigen Filterelementes der vorgenannten Art mit Abreinigungsmitteln umfasst ein Rückspülen des Filterelementes mit einem Spülgasstrom oder -impuls von der Reingasseite her.
  • Aufbauend auf dem zuvor genannten Stand der Technik wird eine Vorrichtung und ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Bereitstellung von Spülgas modifiziert und gleichzeitig ein Abströmen über die Eintrittsöffnung aus dem Filterelement wirksam reduziert wird. Dadurch erhöht sich die Abreinigungseffizienz insbesondere großvolumiger starrer, rohrförmiger Filterelemente signifikant. Die wesentlichen Maßnahmen betreffen insbesondere:
    • - die Spülgaszuführung zu den Filterelementen in das Filterelement hinein, sodass insbesondere auch in sehr langen, großkalibrigen Filterelementen (größeres L/D Verhältnis) ein schneller Druckaufbau mit ausreichend hohem Spülgasvolumen realisierbar ist sowie
    • - die Verschlussmittel, die die Filterpatrone für den Zeitraum der Abreinigung hydraulisch vom Reingasraum abtrennt und damit eine Verlustströmung verhindert bzw. minimiert.
  • Ein wesentliches Merkmal des Filterelements betrifft das Abreinigungsmittel, das eine koaxial im zylindrischen Innenvolumen angeordnete rohrförmige Abreinigungslanze mit mehreren axial über die axiale Erstreckung der Filterflächen verteilt angeordneten Austrittsöffnungen in das Innenvolumen umfasst. weist zudem mindestens ein Abreinigungsventil für Spülgaszulauf in die rohrförmige Abreinigungslanze sowie ein Verschlussmittel für die mindestens eine reingasseitige Ausmündung auf.
  • Über die axiale Erstreckung der Filterflächen verteilt bedeutet für die Ausgestaltung der rohrförmigen Abreinigungslanze, dass die Austrittsöffnungen axial über die ganze (rohrförmige) Mantelfläche, d.h. auch über den Mantelumfang radial verteilt angeordnet sind, weil nur so die Austrittsöffnungen von der Abreinigungslanze aus die gesamte Filterfläche in ihrer gesamten axialen Erstreckung vorzugsweise zeitgleich erfassen. Hierzu ist die Abreinigungslanze fest, d.h. ortsfest und starr in der Filterkerze eingesetzt, folglich weder drehbar noch schwenkbar, vorzugsweise auch nicht axial verschiebbar. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Abreinigungslanze ferner keine beweglichen Teile auf, d.h. auch nicht in der rohrförmigen Mantelfläche.
  • Vorzugsweise sind die Filterkerze und die Abreinigungslanze koaxial zueinander angeordnet. Zwischen den Filterflächen, d.h. den Innenflächen der Filterkerze und der Abreinigungslanzenmantelfläche der Abreinigungslanze erstreckt sich so ein freies Filterkerzeninnenvolumen mit ringförmigen und vorzugsweise auch über die axiale Erstreckung gleichbleibenden Querschnitt. Dieser Querschnitt ist hinsichtlich des Durchströmungswiderstands so zu dimensionieren, dass bei der Filtration der Reingasstrom von den Filterinnenflächen axial an den Verschlussmitteln im Bereich des Filterkerzenkopfes vorbei in einen Reingasraum sichergestellt ist. Dies setzt einen geringen Strömungswiderstand insbesondere in axialer Richtung voraus, der durch einen zunehmenden Abstand zwischen von Innenfläche der Filterkerze und Abreinigungslanzenmantelfläche der Abreinigungslanze oder mit zunehmender Querschnittsfläche begünstigt wird.
  • Auf der anderen Seite begünstigt ein kleines Kerzeninnenvolumen einen schnellen Druckaufbau für die Abreinigung der Filterflächen.
  • Vorzugsweise ist der genannte Abstand größer dem Durchmesser der Abreinigungslanze oder der Querschnitt des freien Filterkerzeninnenvolumens.
  • Andererseits dient das vorgenannte freie Filterkerzeninnenvolumen als Gaspuffer bei einer Abreinigung der Filterflächen. Dabei strömt ein Spülgas punktuell aus den Austrittsöffnungen der Abreinigungslanze in das Filterkerzeninnenvolumen aus und verteilt sich dort gleichmäßig auf die Filterflächen. Der Durchströmungswiderstand der Filterflächen erzeugt einen Staudruck im Filterkerzeninnenvolumen und damit in vorteilhafter Weise einen bevorzugt einheitlichen Druckaufbau über die gesamten Filterflächen. Verschlossene Verschlussmittel im Bereich des Filterkerzenkopfes verhindern oder reduzieren ein Abströmen des Spülgases zum Reinraum hin. Grundsätzlich wird eine gleichmäßige Abreinigungseffizienz über die gesamte axiale Erstreckung der Filterkerzen und damit auch ein einheitlicher Staudruck im Filterkerzeninnenvolumen angestrebt. Dabei ist zu beachten, dass sich der statische Druck des Spülgastroms in der Abreinigungslanze und damit die Ausströmungsgeschwindigkeit aus den Austrittsöffnungen entlang der Lanze steigt. Um einen gleichmäßigen Druckaufbau über die axiale Erstreckung des Filterkerzeninnenvolumens sicherzustellen, wird vorgeschlagen, die Abreinigungslanze nicht zylindrisch, sondern in Strömungsrichtung konisch zusammenlaufend zu gestalten, oder alternativ die Querschnitte der Austrittsöffnungen in Stömungsrichtung kontinuierlich zu verkleinern.
  • Die Verschlussmittel einer ersten Ausführungsform umfassen vorzugsweise mindestens ein Rückschlagventil, d.h. ein Verschlussmittel, das in vorteilhafter Weise allein durch die vorherrschenden Strömungszustände und nicht aktiv mit einem Aktor betreibbar und schaltbar ist. Vorzugsweise weist das Verschlussmittel dabei zwei Schaltstellungen auf, eine Verschlussstellung als erste Schaltstellung und eine Durchlassstellung als zweite Schaltstellung. Die beiden Schaltstellungen sind weiter bevorzugt ohne eine Zwischenstellung, d.h. diskret hin- und herschaltbar.
  • Die Verschlussmittel einer zweiten Ausführungsform umfassen mindestens ein hydraulisches oder pneumatisches Strömungsventil ohne bewegliche Teile, was wiederum die Verschleiß- und Ausfallwahrscheinlichkeit reduziert. Das vorgeschlagene hydraulische oder pneumatische Strömungsventil besteht vorzugsweise aus porösen Materialien wie Schäumen, Metallfasern, -geweben oder anderen Fasermaterialien, Kornkeramik oder Sintermetallen mit einem durchgehenden Porensystem mit wenigen 100µm (vorzugsweise 50, 100 oder 200µm bis 300, 500 oder 1000µm) Querschnitten, d.h. einem Material, das bei einem Fluiddurchtritt dem Fluid einen Strömungswiderstand entgegenstellt. Der Strömungswiderstand steigt mit dem durchtretenden Volumenstrom, vorzugsweise überproportional, führt hierbei aber weder zu einem vollständigen Verschluss noch zu einem widerstandsfreien Durchlass der Strömung. Insofern unterscheiden sich auch die beiden Schaltstellungen dieser Ausführungsform von der der ersten Ausführungsform. Die Verschlussstellung lässt prinzipbedingt eine minimale Restdurchströmung zu, während die Durchlassstellung ebenfalls prinzipbedingt der Durchströmung einen Restwiderstand entgegenstellt. Die beiden Schaltstellungen sind vorzugsweise nicht oder nur eingeschränkt diskret hin- und herschaltbar, sondern ändern sich zwischen den beiden vorgenannten Schaltstellungen kontinuierlich.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich bei einer Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform die Strömung im porösen Material mit zunehmenden durchtretenden Fluidvolumenstrom ändert, beispielsweise von laminar zu turbulent, wobei sich der Strömungswiderstand signifikant erhöht. Zumindest aber weist das hydraulische oder pneumatische Strömungsventil vorzugsweise eine geringere Durchlässigkeit als die mindestens eine Filterfläche auf, d.h. ein sich während einer Abreinigung des vorgenannten rohrförmigen Filterelementes mit Abreinigungsmitteln entstehender Überdruck im Filterelement wird bevorzugt über die Filterfläche abgebaut.
  • Die vorgenannten Verschlussmittel der ersten beiden Ausführungsformen weisen vorzugsweise eine Ansprechschwelle zu einer Verschlussstellung auf, die bei einem Druckgefälle zwischen 30 bis 250 Pa oder einer Durchströmungsgeschwindigkeit von 2,5 cm/sec liegt.
  • Die Verschlussmittel einer dritten Ausführungsform umfassen vorzugsweise mindestens ein mechanisch, elektromechanisch und/oder pneumatisch ansteuerbares Verschlussventil, d.h. ein aktiv ansteuerbares Ventil, vorzugsweise mit zwischen zwei hin- und herschaltbaren Schaltstellungen, d.h. einer Verschluss- und einer Durchlassstellung. Das pneumatische Verschlussventil ist dabei kein Rückschlagventil im Sinne der vorgenannten ersten Ausführungsform, bei dem eine Rückströmung beispielsweise direkt auf die Ventilklappen wirken und diese von der Durchlassstellung in Verschlussstellung auslenken, sondern ein Ventil, das in seiner Durchlässigkeit über eine pneumatische Aktorik verstell- und schaltbar ist. Im Gegensatz zu dem vorgenannten Strömungsventil wird damit eine vollständige Dichtigkeit ermöglicht. Im Gegensatz zu dem vorgenannten Rückschlagventil ist das Ventil schon vor einer einsetzenden Rückströmung aktivierbar. Vorzugsweise ist das mechanisch, elektromechanisch oder pneumatisch ansteuerbares Verschlussventil funktional mit dem mindestens einem Abreinigungsventil für ein Spülgaszulauf gekoppelt, d.h. es wird vorzugsweise schon unmittelbar mit der Einleitung des Abreinigungsfluids in den Spülgaszulauf und nicht erst mit der Einleitung in das Filterelement aktiviert.
  • Eine Ausgestaltung der Abreinigungslanze sieht vor, die Austrittöffnungen aus der rohrförmigen Abreinigungslanze auf dieser axial und radial verteilt in das Innenvolumen auszurichten. Damit wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass der aus der Lanze austretende Spülgasstrom oder -impuls die Filterflächen von innen direkt anströmt und diese dann auch durchströmt.
  • Vorzugsweise sind die Öffnungen als Strömungsumlenkungen ausgestaltet, d.h. sie weisen dann vorzugsweise Umleitblechbereiche auf, die z.B. bei der Herstellung durch in das Innere der Abreinigungslanze eingebogene Laschen realisierbar sind. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere dann, wenn eine zunächst axiale Strömung in der Abreinigungslanze beim Austritt mit nur geringem Druckverlust in radiale Richtung zu den Filterflächen umgelenkt werden muss.
  • Mit zunehmendem Druckverlust der Strömung beim Austritt aus der Abreinigungslanze wird vorgeschlagen, die Öffnungen als Düsenstrukturen auszugestalten. Die axiale Strömung wird dabei nicht mit Strömungsumlenkflächen umgelenkt, sondern staut sich vor den Öffnungen, um als durch diese neu auf die Filterflächen ausgerichtete Spülgasströme expandiert auf die Filterflächen geleitet zu werden.
  • Die Filterflächen des Filterelements bestehen vorzugsweise aus einer offenporigen Keramik oder einem offenporigen Metall, vorzugsweise aus Si3N4, ZrO2, SiC, Al2O3, Spinell oder Sintermetallen.
  • Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens zum Abreinigen des vorgenannten rohrförmigen Filterelementes mit Abreinigungsmitteln zeichnet sich dadurch aus, dass der bevorzugt im Überdruck stehenden Spülgasstrom oder -impuls, vorzugsweise aus einem Gasgemisch oder getrocknetem/überhitzten Wasserdampf, durch eine Öffnung eines Abreinigungsventil in eine koaxial im zylindrischen Innenvolumen fix angeordnete rohrförmige Abreinigungslanze eingeleitet und über mehrere axial über die axiale Erstreckung der Filterflächen verteilt angeordneten Austrittsöffnungen der Abreinigungslanze über das Innenvolumen durch die Filterflächen geleitet wird und dabei die Verschlussmittel für die mindestens eine reingasseitige Ausmündung aus dem Innenvolumen geschlossen werden. Zur Reduzierung von Kondensation weist der Spülgasstrom, vorzugsweise der der auf die Filterflächen auftreffende Spülgasstrom eine Temperatur gleich der Systemtemperatur auf.
  • Die Erfindung wird anhand von weiteren Ausführungsbeispielen, den folgenden Figuren und Beschreibungen näher erläutert. Alle dargestellten Merkmale und deren Kombinationen sind nicht nur auf diese Ausführungsbeispiele und deren Ausgestaltungen begrenzt. Vielmehr sollen diese stellvertretend für weitere mögliche, aber nicht explizit als Ausführungsbeispiele dargestellte weitere Ausgestaltungen kombinierbar angesehen werden. Es zeigen jeweils beispielhaft
    • 1 eine prinzipielle Schnittdarstellung des Filterelements mit koaxial in dieser angeordneten Abreinigungslanze im Regelbetrieb (Filtrationsmodus),
    • 2 eine prinzipielle Schnittdarstellung des Filterelements nach 1 im Abreinigungsbetrieb (Abreinigungsmodus),
    • 3 eine prinzipielle Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform des Filterelements mit koaxial in dieser angeordneten Abreinigungslanze und Strömungsventil als Verschlussmittel sowie
    • 4 eine prinzipielle Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform des Filterelements mit koaxial in dieser angeordneten Abreinigungslanze und aktorisch, im Beispiel elektromechanisch ansteuerbares Verschlussventil als Verschlussmittel.
  • In den Figuren sind schematisch rohrförmige Filterelemente 1 dargestellt, welche in eine Trennwand 2 zwischen einem Rohgasraum 3 und einen Reingasraum 4 eingesetzt sind. In die Trennwand 2 ist von oben her eine vorzugweise einseitig zum Reingasraum 4 hin offenen keramische Filterkerze 5 als rohrförmiges Filterelement mit einer als Filterflächen 9 gestalteten Mantelfläche eingesetzt, die von unten her von dem zu reinigenden Gasstrom 6 (vgl. 1) durchströmt wird. Gebräuchliche Filteranlagen besitzen davon mehrere in Reihen oder Clustern angeordnete Filterkerzen in Form von Filterbatterien, die nicht näher dargestellt sind, für die das neue Verfahren jedoch ebenfalls vorgesehen ist und für die die in den Figuren dargestellte Filterkerze 5 stellvertretend betrachtet wird.
  • Vorzugsweise koaxial in der Filterkerze 5 ist eine ebenfalls rohrförmige Abreinigungslanze 7 unbeweglich angeordnet. Diese ist in den Figuren nach unten hin verschlossen und weist auf der Abreinigungslanzenmantelfläche 8 eine Vielzahl von Austrittsöffnungen auf, die weiter bevorzugt radial zu den Innenflächen der Filterflächen 9 (zugleich Mantelflächen) der Filterkerzen weisen. Wie dargestellt, ist die Abreinigungslanze am offenen Ende an ein Spülgasventil 10 (Spülgaszuführung) für ein Abreinigungmittel (Spülgas) angeschlossen.
  • Ferner sind im Übergang zwischen Filterelement 1 zum Reingasraum 4 hin, d.h. stromabwärts des zu reinigenden Gasstromes 13 hinter oder in der Filterkerze 5, Verschlussmittel 11 vorgesehen.
  • 1 und 2 zeigen hierbei schematisch für eine erste Ausgestaltung dieser Verschlussmittel mit Rückschlagklappen 12 (entsprechend der vorgenannten ersten Ausführungsform, umfassend vorzugsweise mindestens ein Rückschlagventil), die im Regelbetrieb (Filtrationsmodus) in einer in 1 dargestellten geöffneten Position eine Durchströmung von gereinigtem Rauchgas in den Reingasraum zulässt. Die Rückschlagklappen sind vorzugsweise federnd in der Weise (im Beispiel innen an der Abreinigungslanze 7) aufgehängt, dass sie im entlasteten Zustand wie in 1 dargestellt geöffnet sind und erst mit einer zunehmenden Strömung 13 aus dem Filterelement 1 in Richtung des Reingasraums 4 durch diese gegen die Federwirkung bewegt verschlossen, d.h. in einen zweiten in 2 dargestellten geschlossenen Zustand überführt werden.
  • Die Strömung 13 entsteht bei offen, d.h. auf Durchlass eingestellten Verschlussmitteln im normalen Filterbetrieb gemäß 1, bei dem abzureinigende Gasströmungen 6 durch die Filterflächen 9 hindurch in das Filterelement 1 einströmen und in diesem als Strömung 13 in axiale an den Verschlussmitteln 11 vorbei in den Reingasraum 4 geleitet werden.
  • Im Abreinigungsbetrieb gem. 2 erfolgt dagegen eine Einleitung eines Spülgasströmung 14 aus der Zuführung 10 in die Abreinigungslanze 7. Über die Öffnungen 15 in der Abreinigungslanze wird die Spülgasströmung 14 als Spülgasströme oder -impulse 16 in das Innere des Filterelements 1 in Richtung der Filterflächen geleitet, durchdringen diese und erreichen so den Rohgasraum 3. Mit steigendem Staudruck vor den Filterflächen im Filterelement werden die Spülgasströme bei geöffneten Verschlussmitteln zunehmend an den Rückschlagklappen 12 vorbei in Richtung Reingasraum 4 umgeleitet, wobei es ab einer bestimmten Durchströmungsgeschwindigkeit oder -volumenstrom oder mit zunehmenden Druckgefälle zu einem Zuklappen der Rückschlagklappen kommt.
  • Spülgasströme sind vorzugsweise kontinuierliche Strömungen, während Spülgasimpulse diskontinuierlich strömen. Spülgasimpulse führen im Vergleich zu Spülgasströmen zu die Abreinigung fördernden Effekten einerseits und zu einer geringeren Staudruckneigung andererseits.
  • 3 repräsentiert in einer prinzipiellen Schnittdarstellung die vorgenannte zweite Ausführungsform der Verschlussmittel. Aufbau und Funktion des Filterelements 1 mit koaxial in diesem angeordneten Abreinigungslanze 7 entsprechen dem des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels. Anstelle der Rückschlagklappen weist das dargestellte Ausführungsbeispiel ein pneumatisches Strömungsventil 17 einer vorgenannten Art und Funktionsweise als Verschlussmittel 11, beispielsweise wie dargestellt koaxial in den Reingasraum 4 fluchtend zum Filterelement 1.
  • Die vorgenannte dritte Ausführungsform der Verschlussmittel repräsentiert 4. Auch hier entspricht der Aufbau und die Funktion des Filterelements 1 mit koaxial in diesem angeordneten Abreinigungslanze 7 dem des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels. Die Verschlussmittel 11 umfassen ein mechanisch aktorisch, im Beispiel elektromechanisch ansteuerbares Verschlussventil 18, das bevorzugt wie eine optische Blende von außen die reingasseitige Ausmündung 19 (Durchtritt zwischen Filterelement 1 und Reingasraum 4) um die Abreinigunglanze 7 herum verschließt. Dargestellt sind beispielhaft in die Trennwand 2 zwischen einem Rohgasraum 3 und einen Reingasraum 4 eingesetzte Verschlusslamellen 20 sowie schematisch dargestellt die für eine Verstellung erforderliche Aktoren 21.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Filterelement
    2
    Trennwand
    3
    Rohgasraum
    4
    Reingasraum
    5
    Filterkerze
    6
    Gasstrom
    7
    Abreinigungslanze
    8
    Abreinigungslanzenmantelfläche
    9
    Filterfläche
    10
    Spülgasventil
    11
    Verschlussmittel
    12
    Rückschlagklappen
    13
    Strömung
    14
    Spülgasströmung
    15
    Öffnungen
    16
    Spülgasstrom oder -impuls
    17
    Strömungsventil
    18
    aktorisch ansteuerbares Verschlussventil
    19
    reingasseitiger Austritt
    20
    Verschlusslamellen
    21
    Aktor
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19917165 A1 [0005]

Claims (14)

  1. Rohrförmiges Filterelement (1), umfassend a) ein reingasseitiges zylindrisches Innenvolumen mit mindestens einer reingasseitigen Ausmündung, b) eine das Innenvolumen umgebende als Filterflächen (9) gestaltete Mantelfläche sowie c) Abreinigungsmittel (7, 8, 10) für die Mantelfläche, dadurch gekennzeichnet, dass d) das Abreinigungsmittel eine koaxial im zylindrischen Innenvolumen fest angeordnete rohrförmige Abreinigungslanze (7) mit mehreren axial über die axiale Erstreckung der Filterflächen verteilt angeordneten Austrittsöffnungen (15) in das Innenvolumen, e) mindestens ein Abreinigungsventil (10) für ein Spülgaszulauf in die rohrförmige Abreinigungslanze sowie f) Verschlussmittel (11) die mindestens eine reingasseitige Ausmündung aufweisen.
  2. Rohrförmiges Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmittel mindestens ein Rückschlagventil (12) umfassen.
  3. Rohrförmiges Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmittel (11) mindestens ein hydraulisches oder pneumatisches Strömungsventil (17) ohne bewegliche Teile umfassen.
  4. Rohrförmiges Filterelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine hydraulische oder pneumatische Strömungsventil (17) aus porösen Materialien wie Schäumen, Metallfasern,-geweben oder anderen Fasermaterialien, Kornkeramik oder Sintermetallen mit einem durchgehenden Porensystem mit wenigen 100µm Querschnitten besteht.
  5. Rohrförmiges Filterelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine hydraulische oder pneumatische Strömungsventil (17) eine geringere Durchlässigkeit als die mindestens eine Filterfläche aufweisen.
  6. Rohrförmiges Filterelement nach einem der Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmittel (11) eine Ansprechschwelle zu einer Verschlussstellung aufweist, die bei einem Druckgefälle zwischen 30 bis 250 Pa oder einer Durchströmungsgeschwindigkeit von 2,5 cm/sec liegt.
  7. Rohrförmiges Filterelement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmittel ein mechanisch, elektromechanisch oder pneumatisch ansteuerbares Verschlussventil (18, 20, 21) umfassen.
  8. Rohrförmiges Filterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanisch, elektromechanisch oder pneumatisch ansteuerbares Verschlussventil (18, 20, 21) funktional mit dem mindestens einem Abreinigungsventil (10) für ein Spülgaszulauf gekoppelt ist.
  9. Rohrförmiges Filterelement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittöffnungen aus der rohrförmigen Abreinigungslanze (7) auf dieser axial und radial verteilt in das Innenvolumen gerichtet sind.
  10. Rohrförmiges Filterelement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterflächen (9) aus Si3N4, ZrO2, SiC, Al2O3, Spinell oder Sintermetallen bestehen.
  11. Verfahren zum Abreinigen eines durch Rohgas angeströmten rohrförmigen Filterelementes (1) mit Abreinigungsmitteln (11) nach einem der vorgenannten Ansprüche durch Rückspülen des Filterelementes mit einem Spülgasstrom oder -impuls.(16) von der Reingasseite her, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülgasstrom oder -impuls durch eine Öffnung eines Abreinigungsventils (10) in eine koaxial im zylindrischen Innenvolumen angeordnete rohrförmige Abreinigungslanze (7) eingeleitet und über mehrere axial über die axiale Erstreckung der Filterflächen verteilt angeordneten Austrittsöffnungen (15) der Abreinigungslanze über das Innenvolumen durch die Filterflächen (9) geleitet wird und dabei.die Verschlussmittel (11) für die mindestens eine reingasseitige Ausmündung (19) aus dem Innenvolumen geschlossen werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülgasstrom oder -impuls (16) mit Überdruck erfolgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülgasstrom oder -impuls (16) aus einem Gasgemisch oder getrocknetem/überhitzten Wasserdampf besteht.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülgasstrom oder -impuls eine Temperatur gleich der Systemtemperatur aufweist.
DE102021103303.9A 2020-02-13 2021-02-12 Rohrförmiges Filterelement und Verfahren zum Abreinigen desjenigen Pending DE102021103303A1 (de)

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WO2025214867A1 (de) * 2024-04-09 2025-10-16 Hüttlin Gmbh Wirbelschichtanlage und ein verfahren zum reinigen mindestens eines filters einer wirbelschichtanlage

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