DE102021103303A1

DE102021103303A1 - Tubular filter element and method for cleaning it

Info

Publication number: DE102021103303A1
Application number: DE102021103303.9A
Authority: DE
Inventors: Hans Leibold; Robert Mai
Original assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2020-02-13
Filing date: 2021-02-12
Publication date: 2021-08-19

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.

Tubular filter element (1), comprising a clean gas-side cylindrical inner volume with at least one clean-gas-side opening, a jacket surface surrounding the inside volume designed as filter surfaces (9) and cleaning means (7, 8, 10) for the jacket surface. The task is to improve the efficiency of cleaning the filter element. The object is achieved in that the cleaning agent has a tubular cleaning lance (7) arranged coaxially in the cylindrical inner volume with a plurality of outlet openings (15) arranged axially distributed over the axial extent of the filter surfaces in the inner volume, at least one cleaning valve (10) for a flushing gas inlet into the tubular cleaning lance and closure means (11) for which have at least one outlet on the clean gas side.

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.The present invention relates to a tubular filter element according to the first claim and a method for cleaning the tubular filter element against which raw gas flows, according to claim 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.The tubular filter elements mentioned at the beginning are known in particular in the form of cartridge filters or filter candles in which the outer surface is formed by rigid, i.e. stiff and non-flexible filter surfaces and preferably one end is open. The diameter to length ratio (L / D ratio) is typically greater than 25. They are used to separate dust, especially at high gas temperatures, for example during combustion processes (hot gas filtration, preferably above 500 ° C) and have a diameter of over 100 mm for lengths of up to 6 m on. It goes without saying, however, that the method according to the invention can in principle be applied to all tubular or hollow-cylindrical filter elements. For particle filtration at high temperatures, apart from special metallic materials, ceramic filter elements are used throughout.

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.Usually, these tubular filter elements flow from the outside, ie the raw gas side, from a raw gas, ie from a gas laden with dust, the raw gas penetrating the filter surfaces and penetrating the inside of the tubular filter elements on the clean gas side and axially and preferably via only one open end of the Filter element is discharged. Particle fractions are usually deposited on the filter surfaces from the raw gas, which, as the filtration time increases, leads to a gradual clogging of the filter elements with a so-called filter cake, i.e. a layer of compacted, often sticking together particle fractions.

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.When filtering dust-laden gases, i.e. free-flowing and / or extremely fine dusts or particles, the particles that have already been deposited on the filter surfaces on the raw gas side are usually removed by cleaning by countercurrent or countercurrent impulses that recur from time to time and partially sediment in a dust collection chamber but they are also resuspended again in the gas, ie finely distributed again in the raw gas space of the filter system.

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.From the DE 199 17 165 A1 For example, a method for cleaning off filter candles that are flowed against by raw gas from the outside is described with a safety filter arranged downstream of the individual filter candles in the direction of flow and arranged in the clean gas space by backwashing the filter candle from the clean gas side. The flushing gas flow required for backwashing from the clean gas space behind the filter candle is passed through the safety filter into or through the filter candle while shutting it off against the exhaust air side The lower process pressure applied to the clean gas chamber is released and blocked by the higher backwash pressure. With an increasing L / D ratio, the amount of gas that can effectively be introduced via the inflow cross-section is reduced, so that the flushing gas flow in relation to the filter surface decreases more and more.

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.The effectiveness of cleaning does not only decrease with the lateral expansion of the filter surfaces, but also with an increasing L / D ratio of the tubular filter elements. During cleaning, therefore, in particular, rinsing gas flows and impulses are unevenly distributed over the filter surface areas and thus locally inadequate cleaning of the dusts adhering to the filter surfaces.

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..In conventional systems, the cleaning intensity is also limited by the speed of sound as the upper limit for the flow through the filter channels. Since the overpressure in filter cartridges, which is necessary for cleaning, is obtained from the kinetic energy of the gas, it remains limited. The performance also deteriorates when the filter has a high resistance z. B. have penetrated fine dust, high dust content or high filtration speeds. Clogged filters, especially those with a larger L / D ratio, can often only be blown out inadequately if the dusts are strongly adhesive.

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.On this basis, one object of the invention is to design the method mentioned at the beginning and the tubular filter element in such a way that reliable cleaning is ensured even with larger L / D ratios.

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.The object is achieved with a tubular filter element with the features of the first claim and with a method for cleaning the tubular filter element with the features of claim 12. Related subclaims reproduce advantageous embodiments.

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.A conventional tubular filter element, comprising a clean gas-side cylindrical internal volume with at least one clean-gas-side opening, a jacket surface surrounding the internal volume designed as filter surfaces and cleaning means for the jacket surface serves as the basis for a solution to the problem. The process for cleaning off a flowed through by raw gas tubular filter element of the aforementioned type with cleaning means comprises a backwashing of the filter element with a purge gas flow or pulse from the clean gas side.

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.

Based on the prior art mentioned above, a device and a method are proposed in which the provision of flushing gas is modified and at the same time an outflow via the inlet opening from the filter element is effectively reduced. This significantly increases the cleaning efficiency, in particular of large-volume, rigid, tubular filter elements. The main measures relate in particular to:

the flushing gas feed to the filter elements into the filter element, so that a rapid pressure build-up with a sufficiently high flushing gas volume can be achieved, especially in very long, large-caliber filter elements (larger L / D ratio)
- The closure means which hydraulically separate the filter cartridge from the clean gas space for the period of cleaning and thus prevent or minimize a leakage flow.

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.An essential feature of the filter element relates to the cleaning means, which comprises a tubular cleaning lance arranged coaxially in the cylindrical inner volume with a plurality of outlet openings into the inner volume that are axially distributed over the axial extent of the filter surfaces. also has at least one cleaning valve for flushing gas inlet into the tubular cleaning lance and a closure means for the at least one outlet on the clean gas side.

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.Distributed over the axial extent of the filter surfaces means for the design of the tubular cleaning lance that the outlet openings are arranged axially over the entire (tubular) jacket surface, i.e. also radially distributed over the jacket circumference, because this is the only way to get the outlet openings from the cleaning lance into the entire filter surface record their entire axial extent preferably at the same time. For this purpose, the cleaning lance is fixed, i.e. fixedly and rigidly inserted in the filter candle, consequently neither rotatable nor pivotable, preferably also not axially displaceable. In a preferred embodiment, the cleaning lance also has no moving parts, i.e. not even in the tubular jacket surface.

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.The filter candle and the cleaning lance are preferably arranged coaxially to one another. Between the filter surfaces, i.e. the inner surfaces of the filter candle and the cleaning lance jacket surface of the cleaning lance, there extends a free internal volume of the filter candle with an annular cross-section that is preferably also constant over the axial extent. With regard to the flow resistance, this cross-section is to be dimensioned in such a way that, during filtration, the flow of clean gas from the filter inner surfaces is ensured axially past the closure means in the area of the filter candle head into a clean gas space. This presupposes a low flow resistance, particularly in the axial direction, which is favored by an increasing distance between the inner surface of the filter candle and the surface of the cleaning lance of the cleaning lance or with an increasing cross-sectional area.

Auf der anderen Seite begünstigt ein kleines Kerzeninnenvolumen einen schnellen Druckaufbau für die Abreinigung der Filterflächen.On the other hand, a small internal volume of the candle favors a rapid build-up of pressure for cleaning the filter surfaces.

Vorzugsweise ist der genannte Abstand größer dem Durchmesser der Abreinigungslanze oder der Querschnitt des freien Filterkerzeninnenvolumens.The said distance is preferably greater than the diameter of the cleaning lance or the cross section of the free internal volume of the filter candle.

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.On the other hand, the aforementioned free internal volume of the filter cartridge serves as a gas buffer when the filter surfaces are cleaned. A flushing gas flows out of the outlet openings of the cleaning lance into the internal volume of the filter cartridge, where it is evenly distributed over the filter surfaces. The flow resistance of the filter surfaces generates a dynamic pressure in the internal volume of the filter candle and thus advantageously a preferably uniform pressure build-up over the entire filter surface. Sealed closure means in the area of the filter cartridge head prevent or reduce the flow of flushing gas to the clean room. In principle, the aim is to achieve a uniform cleaning efficiency over the entire axial extent of the filter cartridges and thus also a uniform dynamic pressure in the internal volume of the filter cartridges. It should be noted that the static pressure of the purge gas flow in the cleaning lance and thus the outflow speed from the outlet openings along the lance increases. In order to ensure a uniform pressure build-up over the axial extent of the internal volume of the filter cartridge, it is proposed that the cleaning lance not be cylindrical, but conically converging in the direction of flow, or alternatively to continuously reduce the cross-sections of the outlet openings in the direction of flow.

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.The closure means of a first embodiment preferably comprise at least one check valve, ie a closure means which can advantageously be operated and switched solely by the prevailing flow conditions and not actively with an actuator. The closure means preferably has two switch positions, a closed position as the first switch position and an open position as the second switch position. the Both switching positions are more preferably without an intermediate position, ie they can be switched back and forth discretely.

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.The closure means of a second embodiment comprise at least one hydraulic or pneumatic flow valve without moving parts, which in turn reduces the likelihood of wear and failure. The proposed hydraulic or pneumatic flow valve preferably consists of porous materials such as foams, metal fibers, metal fabrics or other fiber materials, grain ceramics or sintered metals with a continuous pore system with a few 100 μm (preferably 50, 100 or 200 μm to 300, 500 or 1000 μm) cross-sections, ie one Material that opposes the fluid with a flow resistance when a fluid passes through. The flow resistance increases with the volume flow passing through, preferably disproportionately, but in this case neither leads to a complete closure nor to a resistance-free passage of the flow. In this respect, the two switching positions of this embodiment also differ from that of the first embodiment. Due to its principle, the closed position allows a minimal residual flow, while the open position, likewise due to its principle, opposes a residual resistance to the flow. The two switching positions can preferably not be switched back and forth discretely or only to a limited extent, but change continuously between the two aforementioned switching positions.

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.It is particularly advantageous if, in an embodiment of the second embodiment, the flow in the porous material changes as the fluid volume flow increases, for example from laminar to turbulent, with the flow resistance increasing significantly. At least, however, the hydraulic or pneumatic flow valve preferably has a lower permeability than the at least one filter surface, i.e. an overpressure in the filter element that arises during cleaning of the aforementioned tubular filter element with cleaning agents is preferably reduced via the filter surface.

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.The aforementioned closure means of the first two embodiments preferably have a response threshold to a closure position which is between 30 and 250 Pa or a flow rate of 2.5 cm / sec at a pressure gradient.

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.The closure means of a third embodiment preferably comprise at least one mechanically, electromechanically and / or pneumatically controllable closure valve, i.e. an actively controllable valve, preferably with switchable between two switching positions, i.e. a closure and an open position. The pneumatic shut-off valve is not a check valve in the sense of the aforementioned first embodiment, in which a return flow, for example, acts directly on the valve flaps and deflects them from the open position into the closed position, but a valve whose permeability can be adjusted and switched via pneumatic actuators . In contrast to the aforementioned flow valve, this enables complete tightness. In contrast to the aforementioned check valve, the valve can be activated even before the onset of a return flow. The mechanically, electromechanically or pneumatically controllable shut-off valve is preferably functionally coupled to the at least one cleaning valve for a purge gas inlet, i.e. it is preferably activated immediately when the cleaning fluid is introduced into the purge gas inlet and not only when it is introduced into the filter element.

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.One embodiment of the cleaning lance provides for the outlet openings from the tubular cleaning lance to be aligned axially and radially distributed thereon in the interior volume. This advantageously ensures that the purging gas stream or pulse emerging from the lance flows directly onto the filter surfaces from the inside and then also flows through them.

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.The openings are preferably designed as flow deflections, i.e. they then preferably have deflector plate areas, which can be implemented, for example, during manufacture by means of tabs bent into the interior of the cleaning lance. This configuration is particularly suitable when an initially axial flow in the cleaning lance has to be deflected in the radial direction towards the filter surfaces when it exits with only a slight loss of pressure.

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.As the pressure loss of the flow increases when it exits the cleaning lance, it is proposed that the openings be designed as nozzle structures. The axial flow is not deflected with flow deflection surfaces, but accumulates in front of the openings in order to be guided onto the filter surfaces as purge gas flows that are newly aligned on the filter surfaces.

Die Filterflächen des Filterelements bestehen vorzugsweise aus einer offenporigen Keramik oder einem offenporigen Metall, vorzugsweise aus Si₃N₄, ZrO₂, SiC, Al₂O₃, Spinell oder Sintermetallen.The filter surfaces of the filter element preferably consist of an open-pored ceramic or an open-pored metal, preferably made of Si ₃ N ₄ , ZrO ₂ , SiC, Al ₂ O ₃ , spinel or sintered metals.

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.An essential feature of the method for cleaning the aforementioned tubular filter element with cleaning agents is characterized in that the flushing gas flow or pulse, which is preferably in excess pressure, preferably from a gas mixture or dried / superheated water vapor, introduced through an opening of a cleaning valve into a tubular cleaning lance fixed coaxially in the cylindrical inner volume and passed through the filter surfaces via several outlet openings distributed axially over the axial extension of the filter surfaces over the inner volume and thereby the closure means for the at least one outlet on the clean gas side from the interior volume are closed. To reduce condensation, the purge gas flow, preferably the purge gas flow impinging on the filter surfaces, has a temperature equal to the system temperature.

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.

The invention is explained in more detail on the basis of further exemplary embodiments, the following figures and descriptions. All of the features shown and their combinations are not limited to these exemplary embodiments and their configurations. Rather, these should be viewed as being representative of further possible, but not explicitly shown as exemplary embodiments, further configurations that can be combined. It each show by way of example

1 a basic sectional view of the filter element with the cleaning lance arranged coaxially in it in regular operation (filtration mode),
2 a basic sectional view of the filter element according to 1 in cleaning mode (cleaning mode),
3 a basic sectional view of a second embodiment of the filter element with a coaxially arranged cleaning lance and flow valve as a closure means and
4th a basic sectional view of a third embodiment of the filter element with a cleaning lance arranged coaxially in this and an actuator, in the example electromechanically controllable closure valve as closure means.

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.In the figures, tubular filter elements are schematically shown 1 shown, which in a partition 2 between a raw gas space 3 and a clean gas room 4th are used. In the partition 2 is preferably a one-sided to the clean gas room from above 4th open ceramic filter candle 5 as a tubular filter element with a filter surface 9 designed outer surface used, which from below from the gas flow to be cleaned 6th (see. 1 ) is flowed through. Customary filter systems have a plurality of filter cartridges arranged in rows or clusters in the form of filter batteries, which are not shown in detail, but for which the new method is also provided and for which the filter cartridge shown in the figures 5 is considered representative.

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.Preferably coaxially in the filter candle 5 is also a tubular cleaning lance 7th immovably arranged. This is closed at the bottom in the figures and points to the surface of the cleaning lance 8th a plurality of outlet openings, which are more preferably radial to the inner surfaces of the filter surfaces 9 (at the same time outer surfaces) of the filter candles. As shown, the cleaning lance is connected to a purge gas valve at the open end 10 (Purge gas supply) for a cleaning agent (purge gas) connected.

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.Furthermore are in the transition between the filter element 1 to the clean gas room 4th towards, ie downstream of the gas stream to be cleaned 13th behind or in the filter candle 5 , Closure means 11 intended.

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. 1 and 2 show here schematically for a first embodiment of this closure means with non-return flaps 12th (corresponding to the aforementioned first embodiment, preferably comprising at least one check valve), which in regular operation (filtration mode) in an in 1 The open position shown allows purified flue gas to flow into the clean gas space. The non-return flaps are preferably resilient in this way (in the example on the inside of the cleaning lance 7th ) hung up in the unloaded state as in 1 shown are open and only with an increasing flow 13th from the filter element 1 in the direction of the clean gas room 4th closed by this moved against the spring action, ie in a second in 2 shown closed state are transferred.

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.The current 13th arises when the closure means are open, ie set to passage, in normal filter operation according to 1 , in which gas flows to be cleaned 6th through the filter surfaces 9 through into the filter element 1 flow in and in this as a flow 13th in axial on the closure means 11 over to the clean gas room 4th be directed.

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.In the cleaning operation according to 2 on the other hand, a flushing gas flow is initiated 14th from the feeder 10 into the cleaning lance 7th . About the openings 15th The purge gas flow is in the cleaning lance 14th as purge gas streams or pulses 16 into the interior of the filter element 1 directed towards the filter surfaces, penetrate them and thus reach the raw gas space 3 . As the back pressure in front of the filter surfaces in the filter element increases, the flushing gas flows at the non-return flaps when the closure means are open 12th over towards the clean gas room 4th diverted, with it starting from a certain flow velocity or volume flow or with increasing pressure gradient leads to a closing of the non-return valves.

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.Purge gas flows are preferably continuous flows, while purge gas pulses flow discontinuously. In comparison to purge gas flows, flushing gas pulses lead to effects promoting cleaning on the one hand and to a lower tendency to back pressure on the other hand.

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. 3 represents the aforementioned second embodiment of the closure means in a basic sectional view. Structure and function of the filter element 1 with cleaning lance arranged coaxially in this 7th correspond to that of the in 1 illustrated embodiment. Instead of the check valves, the illustrated embodiment has a pneumatic flow valve 17th of the aforementioned type and mode of operation as a closure means 11 , for example as shown coaxially into the clean gas space 4th in alignment with the filter element 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.The aforementioned third embodiment of the closure means represents 4th . Here, too, the structure and function of the filter element correspond 1 with cleaning lance arranged coaxially in this 7th that of the in 1 illustrated embodiment. The closure means 11 include a mechanically actuated, in the example electromechanically controllable closure valve 18th , which prefers the outlet on the clean gas side like an optical screen from the outside 19th (Passage between filter element 1 and clean gas room 4th ) around the cleaning lance 7th locks around. Shown are examples in the partition 2 between a raw gas space 3 and a clean gas room 4th inserted shutter blades 20th and the actuators required for an adjustment are shown schematically 21 .

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: FilterelementFilter element
22: Trennwandpartition wall
33: RohgasraumRaw gas space
44th: ReingasraumClean gas room
55: FilterkerzeFilter candle
66th: GasstromGas flow
77th: AbreinigungslanzeCleaning lance
88th: AbreinigungslanzenmantelflächeCleaning lance surface
99: FilterflächeFilter area
1010: SpülgasventilPurge gas valve
1111: VerschlussmittelClosure means
1212th: RückschlagklappenCheck valves
1313th: Strömungflow
1414th: SpülgasströmungPurge gas flow
1515th: Öffnungenopenings
1616: Spülgasstrom oder -impulsPurge gas flow or pulse
1717th: StrömungsventilFlow valve
1818th: aktorisch ansteuerbares Verschlussventilactuated shut-off valve
1919th: reingasseitiger Austrittoutlet on the clean gas side
2020th: VerschlusslamellenShutter blades
2121: AktorActuator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 19917165 A1 [0005]

Claims

A tubular filter element (1), comprising a) a cylindrical inner volume on the clean gas side with at least one outlet on the clean gas side, b) a surface surrounding the inner volume designed as filter surfaces (9), and c) cleaning means (7, 8, 10) for the surface, characterized in that, that d) the cleaning agent is a tubular cleaning lance (7) fixedly arranged coaxially in the cylindrical inner volume and having a plurality of outlet openings (15) distributed axially over the axial extent of the filter surfaces into the inner volume, e) at least one cleaning valve (10) for a flushing gas inlet into the tubular Cleaning lance and f) closure means (11) which have at least one outlet on the clean gas side.

Tubular filter element according to Claim 1 , characterized in that the closure means comprise at least one check valve (12).

Tubular filter element according to Claim 1 or 2 , characterized in that the closure means (11) comprise at least one hydraulic or pneumatic flow valve (17) without moving parts.

Tubular filter element according to Claim 3 , characterized in that the at least one hydraulic or pneumatic flow valve (17) consists of porous materials such as foams, metal fibers, fabrics or other fiber materials, grain ceramics or sintered metals with a continuous pore system with a few 100 µm cross-sections.

Tubular filter element according to Claim 3 or 4th , characterized in that the at least one hydraulic or pneumatic flow valve (17) have a lower permeability than the at least one filter surface.

Tubular filter element according to one of the Claim 2 until 5 , characterized in that the closure means (11) has a response threshold to a closure position which is between 30 and 250 Pa or a flow rate of 2.5 cm / sec at a pressure gradient.

Tubular filter element according to one of the preceding claims, characterized in that the closure means comprise a mechanically, electromechanically or pneumatically controllable closure valve (18, 20, 21).

Tubular filter element according to Claim 7 , characterized in that the mechanically, electromechanically or pneumatically controllable closing valve (18, 20, 21) is functionally coupled to the at least one cleaning valve (10) for a purge gas inlet.

Tubular filter element according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet openings from the tubular cleaning lance (7) are directed axially and radially distributed thereon into the interior volume.

Tubular filter element according to one of the preceding claims, characterized in that the filter surfaces (9) consist of Si ₃ N ₄ , ZrO ₂ , SiC, Al ₂ O ₃ , spinel or sintered metals.

Method for cleaning a tubular filter element (1) against which raw gas flows, using cleaning means (11) according to one of the preceding claims, by backwashing the filter element with a purge gas flow or pulse (16) from the clean gas side, characterized in that the purge gas flow or pulse is introduced through an opening of a cleaning valve (10) into a tubular cleaning lance (7) arranged coaxially in the cylindrical inner volume and passed through a plurality of outlet openings (15) of the cleaning lance distributed axially over the axial extent of the filter surfaces via the inner volume through the filter surfaces (9) and thereby.the closure means (11) for the at least one clean-gas-side opening (19) from the interior volume are closed.

Procedure according to Claim 11 , characterized in that the purging gas flow or pulse (16) takes place with overpressure.

Procedure according to Claim 11 or 12th , characterized in that the purge gas stream or pulse (16) consists of a gas mixture or dried / superheated water vapor.

Method according to one of the Claims 11 until 13th , characterized in that the purge gas stream or pulse has a temperature equal to the system temperature.