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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen eines verunreinigten Gasgemischs, mit einem Einlass für das verunreinigte Gasgemisch und einem Auslass für ein gereinigtes Gasgemisch, wobei das verunreinigte Gasgemisch ausgehend von dem Einlass zunächst durch einen Vorreiniger mit mindestens einem Grobfilter geführt wird, in dem grobe Partikel wie Insekten, Schmutz, Sand oder Schnee abgeschieden werden, und anschließend durch einen Feinfilter, in dem staubförmige Partikel abgeschieden werden. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zum Reinigen eines verunreinigten Gasgemischs, wobei das verunreinigte Gasgemisch zunächst durch einen Vorreiniger mit mindestens einem Grobfilter geführt wird, in dem grobe Partikel wie Insekten, Schmutz, Sand oder Schnee abgeschieden werden, und anschließend durch einen Feinfilter, in dem staubförmige Partikel abgeschieden werden.
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Vorrichtungen der vorgenannten Art werden dem Lufteintritt von Klimaanlagen oder Verbrennungsmotoren, insbesondere großen Gasturbinen oder Dieselaggregaten vorgeschaltet, damit von der Luft mitgeführte Verunreinigungen diese Anlagen und Aggregate nicht beschädigen. In solchen Vorrichtungen ist dem eigentlichen Feinfilter aus einem Gewebe oder Vlies, in dem feine organische Schwebstoffe wie Blütenstaub und Pflanzenfasern ebenso wie Ruß und Abrieb unterschiedlicher anorganischer Materialien abgeschieden werden, ein Vorreiniger vorgeschaltet. Der Vorreiniger weist einen oder mehrere Grobfilter auf, in denen grobe Partikel wie Insekten, Schmutz, Sand oder Schnee zurückgehalten werden, um das Zusetzen des Feinfilters mit Verunreinigungen zu verzögern und die Wechselintervalle zu verlängern.
DE 101 46 954 A1 offenbart eine solche Vorrichtung für Gasturbinen. Aus
DE 80 02 153 U1 ist eine solche Vorrichtung für Reinräume bekannt.
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An den Grobfiltern der bekannten Vorrichtungen für der Druck des einströmenden verunreinigten Gasgemischs deutlich ab, was zu Leistungseinbußen der mit der verunreinigten Gasgemisch beaufschlagten Anlagen und Aggregate führt.
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Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, wo möglich einen Druckabfall des verunreinigten Gasgemischs über dem Vorreiniger zu vermeiden ohne das Zusetzen des Feinfilters zu beschleunigen.
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Lösung
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Ausgehend von den bekannten Vorrichtungen wird nach der Erfindung vorgeschlagen, dass die Vorrichtung einen öffenbaren Bypass in dem Vorreiniger aufweist, durch den das verunreinigte Gasgemisch an dem Grobfilter vorbei führbar ist. An der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Bypass insbesondere geöffnet werden, wenn das verunreinigte Gasgemisch sowenig der groben Partikel mitführt, dass der Grobfilter diese nicht wirksam abscheidet. Der Druckabfall in dem verunreinigten Gasgemisch ist dann zumindest in solchen Fällen wirksam vermieden, in denen der Vorreiniger im Wesentlichen funktionslos ist.
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Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere an Aggregaten, insbesondere an Luftansaugungen von Gasturbinen, auf Schiffen und Gebäuden in Küsten- und Wüstenbereichen zum Einsatz kommen, in denen sie neben im Wesentlichen windstillen Perioden auch Sandstürme ausgesetzt sind. Sandstürme stellen an den Vorreiniger der Vorrichtung sehr hohe Anforderungen in Bezug auf mechanische Belastbarkeit ebenso wie hinsichtlich der Rückhaltefähigkeit von Flugsand mit Partikelgrößen in einem relativ weiten Bereich zwischen 20 und 300 μm. Die Grobfilter an solchen Vorrichtungen sind daher vergleichsweise massiv und bewirken aufgrund der geringen Maschenweite auch ohne Belastung mit Sandpartikeln einen hohen Druckabfall.
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Der Grobfilter hält grobe Partikel aus dem verunreinigten Gasgemisch nur insoweit vollständig zurück, wie deren Partikelgröße seine Maschenweite übersteigt. Unterhalb dieser Partikelgröße hält der Grobfilter schwere Partikel wie Flugsand nur zu einem mit der Partikelgröße bis zu dem Anteil der für den Durchtritt des verunreinigten Gasgemischs versperrten Oberfläche des Grobfilters sinkenden Anteil zurück. Ein Drahtgewebe mit einem Drahtdurchmesser von 0,5 mm und einer Maschenweite von 2 mm beispielsweise stellt eine zu nur 36 vH für die Durchströmung versperrte Oberfläche dar. Ein Grobfilter aus einem solchen Drahtgewebe hält deutlich weniger als die Hälfte von Flugsand mit einer Partikelgröße von 20 μm zurück. Leichtere Partikel, insbesondere Schwebstoffe wie Ruß und Pflanzenfasern werden an einem solchen Grobfilter nur zu einem vernachlässigbaren Anteil abgeschieden. Je nach Anwendungsfall kann der Drahtdurchmesser bis auf 0,1 mm und die Maschenweite bis auf 20 μm vermindert werden.
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Darüber hinaus verschiebt sich der Schwerpunkt der Masse der in dem verunreinigten Gasgemisch mitgeführten Partikel mit sinkender Windgeschwindigkeit in Richtung geringer Partikelgrößen. Mit sinkender Windgeschwindigkeit sinkt daher nicht nur die absolute Masse der in einem Gasvolumen mitgeführten Partikel, sondern auch der auf den Massenanteil der in dem verunreinigten Gasgemisch mitgeführten Partikel bezogene Wirkungsgrad des Grobfilters bis zu einem Betriebspunkt, in dem er das Zusetzen des Feinfilters auf der Zeitskala nicht mehr merklich verzögert, also keinen wirtschaftlichen Nutzen mehr bewirkt.
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Andererseits verursacht die Durchströmung des Grobfilters einen Druckabfall des gereinigten Gasgemischs und in der Anlage oder dem Aggregat, dem sie zugeführt wird, eine Leistungseinbuße, die sich in der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung als Kosten des Grobfilters darstellt. Spätestens dann, wenn diese Kosten den wirtschaftlichen Nutzen des Grobfilters übersteigen, kann der Bypass im Vorreiniger der erfindungsgemäßen Vorrichtung geöffnet werden.
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Bevorzugt ist an einer erfindungsgemäßen Vorrichtung der Bypass durch eine Änderung einer Lage des mindestens einen Grobfilters öffenbar. Der Bypass ist dann unmittelbar durch eine Öffnung ausgebildet, die im geschlossenen Zustand der Grobfilter verschließt. Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung vermeidet weitere Bauteile und ermöglicht einen einfachen Aufbau. Alternativ kann der Bypass eine zusätzliche Öffnung im Vorreiniger sein. Das verunreinigte Gasgemisch strömt dann nicht durch den oder die Grobfilter, sondern durch den Bypass, weil dieser der Strömung einen geringeren Widerstand entgegensetzt.
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Vorzugsweise ist an einer erfindungsgemäßen Vorrichtung der Bypass durch Kippen des mindestens einen Grobfilters um eine Kippachse öffenbar. Das Kippen um eine Kippachse stellt eine mechanisch besonders einfache Möglichkeit des Öffnens dar. Alternativ kann der Grobfilter quer zur Strömungsrichtung oder auch in der Strömungsrichtung des in den Vorreiniger strömenden verunreinigten Gasgemischs verschoben werden.
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Vorteilhafter Weise weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens einen Schwingungserreger zum Rütteln des mindestens einen Grobfilters auf, um an diesem angelagerte grobe Partikel zu lösen und/oder das Anlagern der groben Partikel zu vermeiden. Wiederum gerade für die Anwendung bei Sandstürmen wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung besonders wirksam von angelagerten groben Partikeln befreit oder die Anlagerung überhaupt erst vermieden, da die Partikel des Flugsands im Allgemeinen trocken sind und bereits bei leichter Erschütterung nicht mehr aneinander haften.
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Besonders bevorzugt weist an einer erfindungsgemäßen Vorrichtung der mindestens eine Grobfilter eine zu mindestens 30 vH, vorzugsweise mindestens 40 vH, weiter vorzugsweise mindestens 50 vH für das hindurchgeführte verunreinigte Gasgemisch offene Oberfläche auf. Der Strömungswiderstand des Grobfilters wird so auch bei Durchströmung mit dem verunreinigten Gasgemisch möglichst gering gehalten.
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An einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weist vorzugsweise der mindestens eine Grobfilter eine Maschenweite zwischen 10 μm und 3 mm auf. Der Grobfilter kann dann die typische Partikelgröße von Flugsand zurückhalten.
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In einer vorteilhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der mindestens eine Grobfilter ein Drahtgewebe mit einstellbarer Maschenweite. Durch Verstellen der Maschenweite kann der Grobfilter je nach Anwendungsfall an verschiedene Partikelgrößen angepasst werden.
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In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Vorreiniger eine Mehrzahl lamellenartig nebeneinander angeordneter Grobfilter aufweisen. Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung erleichtert insbesondere dann die Wartung, wenn die Grobfilter – wie wiederum beispielsweise durch Sandstürme in Wüstengebieten – regelmäßig durch in einem Sturm mitgeführte größere Stücke, beispielsweise Pflanzenteile beschädigt werden.
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Beschädigte Grobfilter können dann ausgetauscht werden, während die unbeschädigten Grobfilter in der Vorrichtung verbleiben.
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Ausgehend von den bekannten Verfahren zum Betrieb der bekannten Vorrichtung wird nach der Erfindung vorgeschlagen, dass in dem Vorreiniger ein Bypass geöffnet wird, wenn eine Menge der groben Partikel in dem verunreinigten Gasgemisch einen Grenzwert unterschreitet. Ein solches erfindungsgemäßes Verfahren kommt insbesondere zum Betrieb einer der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Einsatz und zeichnet sich durch deren gleichfalls vorstehend beschriebene Vorteile aus.
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Vorzugsweise wird im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens die Menge mittels einer Messeinrichtung gemessen und der Bypass automatisch geöffnet, wenn sie den Grenzwert unterschreitet. Die Automation von Messung und Steuerung des Bypass ermöglicht einen unbeaufsichtigten Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Ausführungsbeispiel
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen
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1a/b eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung,
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2a/b ein Detail der ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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3a/b ein weiteres Detail der ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung und
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4a/b ein Detail einer zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die in den 1a bis 3b gezeigte erste erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist eine Filtereinheit, die einem nicht dargestellten Lufteintritt beispielsweise für eine Gasturbine eines Kraftwerks vorgeschaltet ist. Die Vorrichtung 1 ist in einem rohrförmigen Kanal 2 angeordnet, der das verunreinigte Gasgemisch 3 (hier: Luft) zunächst horizontal in die Vorrichtung 1 führt und das aus der Vorrichtung 1 gereinigt austretende Gasgemisch 4 in einem Umlenkbogen 5 um 90° nach unten umlenkt und in einem vertikalen Rohr 6 zum Lufteintritt führt.
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Die Vorrichtung 1 weist einen Einlass 7 für das verunreinigte Gasgemisch 3 und einen Auslass 8 für das gereinigte Gasgemisch 4 auf. Ausgehend von dem Einlass 7 wird das verunreinigte Gasgemisch 3 zunächst durch einen Vorreiniger 9 geführt und anschließend durch einen in Strömungsrichtung dahinter angeordneten Feinfilter 10. Der Vorreiniger 9 scheidet grobe Partikel 11 wie Insekten, Schmutz, Sand oder Schnee ab, in dem Feinfilter 10 werden im Wesentlichen (nicht dargestellte) staubförmige Partikel, insbesondere feine organische Schwebstoffe wie Blütenstaub und Pflanzenfasern ebenso wie Ruß und Abrieb unterschiedlicher anorganischer Materialien abgeschieden.
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Der Vorreiniger 9 weist – wie in den 2a und 2b dargestellt – drei Grobfilter 12 auf, die lamellenartig horizontal nebeneinander angeordnet und jeweils um eine vertikale Kippachse 13 kippbar gelagert sind. Die Grobfilter 12 bestehen aus einem Maschengewebe mit quadratischen Öffnungen mit 40 μm Kantenlänge. Die Stege weisen eine Breite von 15 μm und der Grobfilter 12 damit eine zu rund 53 vH für das hindurchgeführte verunreinigte Gasgemisch 3 offene Oberfläche auf. Die Stege verjüngen sich in der Strömungsrichtung des Gasgemischs 3, um ein Verklemmen von Partikeln 11 zwischen den Stegen zu vermeiden. (Diese Technik wird auch „wedge-wire” genannt.) Durch Kippen jedes der Grobfilter 12 um die Kippachse 13 wird zu beiden Seiten der Kippachse 13 jeweils ein Bypass 14 in dem Vorreiniger 9 geöffnet, durch den das verunreinigte Gasgemisch 3 an dem Grobfilter 12 vorbei ungehindert zu dem dahinter angeordneten Feinfilter 10 strömt. Die Kippachse 13 verläuft jeweils durch den (nicht dargestellten) Schwerpunkt des Grobfilters 12, so dass dieser im Wesentlichen ohne Kraftaufwand kippbar ist und auch ohne wesentliche Haltekräfte in jeder Position gehalten werden kann. Im geschlossenen Zustand (dargestellt jeweils für den obersten Grobfilter 12) steht der Grobfilter 12 quer zur Strömungsrichtung und verschließt den Bypass 14. Der Grobfilter 12 liegt hierbei mit seinen seitlichen Kanten 15 und 16 seitlich an dem Vorreiniger 9 an.
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Zum Öffnen des Bypass 14 (dargestellt jeweils für den mittleren Grobfilter 12) wird der Grobfilter 12 mit seiner Kante 15 um etwa 90° nach außen gekippt, bis er (dargestellt jeweils für den Grobfilter 12) parallel zur Strömungsrichtung steht und dem einströmenden verunreinigten Gasgemisch 3 keinen Widerstand mehr entgegensetzt.
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Der Vorreiniger 9 weist – wie in den 3a und 3b dargestellt – einen Schwingungserreger 17 zum Rütteln der Grobfilter 12 auf. Der Schwingungserreger 17 wird abhängig vom Druckabfall des verunreinigten Gasgemischs 3 über dem Vorreiniger 9 automatisch in Betrieb gesetzt, so dass an den Grobfiltern 12 angelagerte grobe Partikel 11 gelöst werden. In einer alternativen Betriebsart kann der Schwingungserreger 17 auch kontinuierlich betrieben werden, so dass das Anlagern der groben Partikel 11 bereits vermieden wird.
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4a und 4b zeigen im Detail entsprechend den 2a und 2b den Vorreiniger 18 einer nicht weiter dargestellten zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Vorreiniger 18 der zweiten Vorrichtung weist zwei Gruppen 19 mit je zwei Grobfiltern 20, 21 auf. Die Grobfilter 20, 21 bestehen aus einem nicht im Einzelnen dargestellten Stahldrahtgestrick aus Draht mit einer Dicke von 1 mm und einer Maschenweite von 2,5 mm und weisen damit eine zu rund 51 vH für das hindurchgeführte verunreinigte Gasgemisch 3 offene Oberfläche auf. Das Drahtgestrick ist in einen nicht dargestellten Halterahmen eingefasst, verschraubt und so gegen Verrutschen gesichert. Die Halterahmen der Grobfilter 20, 21 jeder Gruppe 19 sind um eine gemeinsame Kippachse 22 kippbar gelagert.
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Im geschlossenen Zustand (dargestellt jeweils für die oberste Gruppe 19) liegt der Grobfilter 20 jeder Gruppe 19 mit seiner Kante 23 außen, der untere Grobfilter 21 mit seiner Kante 24 innen an dem Vorreiniger 18 an.
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Wie beim Vorreiniger 9 der ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wird durch Kippen der Grobfilter 20, 21 jeweils seitlich der Kippachsen 22 ein Bypass 25 geöffnet. Zum Öffnen des Bypass 25 (dargestellt jeweils für die mittlere Gruppe 19) wird der eine Grobfilter 20 jeder Gruppe 19 um etwa 45° seitlich, der andere Grobfilter 21 jeder Gruppe 19 um etwa 135° nach innen gekippt, bis beide (dargestellt jeweils für die Gruppe 19) parallel zur Strömungsrichtung stehen und dem einströmenden verunreinigten Gasgemisch 3 keinen Widerstand mehr entgegensetzen.
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Alternativ zu der Anordnung für eine waagrechte Durchströmung kann der Vorreiniger den Grobfiltern vorgelagerte Leitelemente aufweisen, die das verunreinigte Gasgemisch
3 (wie beispielsweise aus
DE 101 46 954 bekannt) schräg nach oben umlenken. Sehr grobe Partikel
11 werden so bereits vor dem Vorreiniger zu großen Teilen gegen die Leitelemente umgelenkt und fallen von diesen zu Boden. An einer solchen erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auch die mechanische Belastung der Grobreiniger durch diese groben Partikel
11 signifikant verringert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Kanal
- 3
- verunreinigtes Gasgemisch
- 4
- gereinigtes Gasgemisch
- 5
- Umlenkbogen
- 6
- Rohr
- 7
- Einlass
- 8
- Auslass
- 9
- Vorreiniger
- 10
- Feinfilter
- 11
- grobe Partikel
- 12
- Grobfilter
- 13
- Kippachse
- 14
- Bypass
- 15
- Kante
- 16
- Kante
- 17
- Schwingungserreger
- 18
- Vorreiniger
- 19
- Gruppe
- 20
- Grobfilter
- 21
- Grobfilter
- 22
- Kippachse
- 23
- Kante
- 24
- Kante
- 25
- Bypass
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10146954 A1 [0002]
- DE 8002153 U1 [0002]
- DE 10146954 [0033]
