DE19801430A1 - Particulate filter for extremely hot gases from pulverized fuel combustion, with application envisaged in gas turbine power generation plant - Google Patents

Particulate filter for extremely hot gases from pulverized fuel combustion, with application envisaged in gas turbine power generation plant

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    • B01D46/30—Particle separators, e.g. dust precipitators, using loose filtering material
    • B01D46/32—Particle separators, e.g. dust precipitators, using loose filtering material the material moving during filtering
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Abstract

The filter comprises a fluidized bed of heat-resistant spheres or particles (hereafter granules), onto which the unwanted particles (hereafter particulates) are adsorbed. An Independent claim is included for use in filtering flue gases from coal PF (pulverized fuel) combustion. Preferred features: The granules are no greater than 1 mm in diameter, on average. The fluidized bed follows a first filtration unit (static ceramic). Adsorbent granules are continuously exchanged with regenerated granules. Granules have higher specific gravity than unwanted particulates. The gas to be cleaned is fed upwardly through the fluidized bed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung, um aus einem heißen Gas im Gas befindliche feste oder flüssige Bestandteile herauszufiltern. Diese Bestandteile werden im folgenden unerwünschte Teilchen genannt.The invention relates to a filter device to a hot gas in the Filter out gas or solid components. This In the following, constituents are called undesirable particles.

Eine Filtervorrichtung der vorgenannten Art wird beispielsweise im An­ schluß an eine Kohlestaubfeuerung benötigt, um aus heißem Gas Schlacke und Aschepartikel (unerwünschte Teilchen) zu entfernen.A filter device of the aforementioned type is, for example, in the An Conclusion of coal dust firing needed to slag from hot gas and remove ash particles (unwanted particles).

Das durch eine Kohlestaubfeuerung entstehende Gas weist Temperatu­ ren von ca. 1500°C auf. Derart hohe Gastemperaturen sind erwünscht, um Gasturbinen unmittelbar mit hohen Wirkungsgraden betreiben zu kön­ nen.The gas produced by coal dust firing has temperatu ren from approx. 1500 ° C. Such high gas temperatures are desirable in order to be able to operate gas turbines directly with high efficiencies nen.

Ist das heiße Gas jedoch durch unerwünschte Teilchen verunreinigt, so treten erhebliche Korrosionsprobleme an der Turbine auf.However, if the hot gas is contaminated by unwanted particles, then there are significant corrosion problems on the turbine.

Es ist bekannt, flüssige Schlacke durch ein keramisches Kugelbett aus einem heißen Gas herauszufiltern. Auf der Oberfläche der keramischen Kugeln wird die Schlacke weitgehend abgeschieden. Es verbleiben jedoch noch unerwünschte Teilchen mit Durchmessern von ca. 5 µm im Gas. Der Anteil der unerwünschten Teilchen im Gas beträgt dann noch einige 100 ppm.It is known to make liquid slag from a ceramic ball bed filter out a hot gas. On the surface of the ceramic Balls are largely separated out of the slag. However, there remain undesirable particles with diameters of approx. 5 µm in the gas. Of the The proportion of undesired particles in the gas is then still a few 100 ppm.

Ein Anteil von einigen 100 ppm ist schätzungsweise eine Größenordnung zu hoch, um 1500°C heißes Gas unmittelbar bedenkenlos in eine Turbine einleiten zu können. Es ist daher erforderlich, zu höheren Reinheitsgraden zu gelangen.A proportion of a few 100 ppm is estimated to be of the order of magnitude too high, gas hot at 1500 ° C immediately into a turbine without hesitation to initiate. It is therefore necessary to go to higher levels of purity to get.

Es ist bisher nicht gelungen, die Konzentration der unerwünschten Teil­ chen in einem 1500°C heißen Gas weiter abzusenken. So far it has not been possible to concentrate the unwanted part in a gas at a temperature of 1500 ° C.  

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Filtervorrichtung sowie ei­ nes Verfahrens, mit der der Reinheitsgrad eines 1500°C heißen Gases weiter gesteigert werden kann.The object of the invention is to provide a filter device and egg nes process with which the purity of a gas at 1500 ° C can be further increased.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Un­ teransprüchen.The task is performed by a device with the features of the An spell 1 solved. Advantageous configurations result from the Un claims.

Die anspruchsgemäße Filtervorrichtung weist ein Fließbett auf. Das Fließ­ bett umfaßt hitzebeständige Kugeln oder Partikel, die unerwünschte Teil­ chen an ihren Oberflächen adsorbieren. Das Fließbett weist einen Behäl­ ter mit einem Gaseinlaß und einem Gasauslaß auf. Der Durchmesser der Kugeln oder Partikel kann einige Millimeter betragen.The sophisticated filter device has a fluidized bed. The flow Bed includes heat resistant balls or particles that are unwanted part adsorb onto their surfaces. The fluid bed has a container ter with a gas inlet and a gas outlet. The diameter of the Balls or particles can be a few millimeters.

Durchströmt das heiße Gas das Fließbett entgegengesetzt zur Schwer­ kraft, so wird durch die Bewegung der Kugeln oder Partikel im Fließbett stets eine besonders große Oberfläche im Vergleich zu einem einfachen Kugelbett angeboten, an denen die unerwünschten Teilchen adsorbiert werden können. So ist es möglich, die Filterwirkung und damit die Rein­ heitsgrade zu verbessern.The hot gas flows through the fluidized bed in the opposite direction to the gravity force, is caused by the movement of the balls or particles in the fluidized bed always a particularly large surface compared to a simple one Ball bed offered on which the unwanted particles adsorbed can be. So it is possible the filter effect and thus the purity improve degrees of safety.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Durchmes­ ser der Kugeln oder Partikel im Fließbett durchschnittlich nicht mehr als 1 mm. Bei gleicher Gesamtmasse der Kugeln oder Partikel im Fließbett werden bei besonders kleinen Durchmessern der Kugeln oder Partikel im Fließbett entsprechend große Oberflächen bereitgestellt, an denen uner­ wünschte Teilchen adsorbiert werden können.In an advantageous embodiment of the invention, the diameter is of the balls or particles in the fluidized bed on average not more than 1 mm. With the same total mass of the balls or particles in the fluidized bed are particularly small diameters of the balls or particles in Fluid bed provided correspondingly large surfaces on which un desired particles can be adsorbed.

Die Kugeln oder Partikel im Fließbett bestehen vorzugsweise aus einem keramischen Material, um die erforderliche Temperaturbeständigkeit si­ cherzustellen. Bei der Materialwahl ist auf hohe Affinität zu den uner­ wünschten Teilchen zu achten, die aus dem Gas herausgefiltert werden.The balls or particles in the fluidized bed preferably consist of a ceramic material to ensure the required temperature resistance si to create. When choosing the material is based on high affinity for the un wanted to pay attention to particles that are filtered out of the gas.

Die Kugeln oder Partikel bestehen beispielsweise aus Al2O3, ZrO2 oder ZrSiO4. Bestehen die unerwünschten Teilchen aus SiO2, so ist Al2O3 zu bevorzugen. Umfassen die unerwünschten Teilchen neben SiO2 noch weitere Bestandteile, so ist insbesondere ZrO2 oder ZrSiO4 auszuwählen.The balls or particles consist, for example, of Al 2 O 3 , ZrO 2 or ZrSiO 4 . If the undesired particles consist of SiO 2 , then Al 2 O 3 is preferred. If the undesired particles include other constituents in addition to SiO 2 , ZrO 2 or ZrSiO 4 should be selected in particular.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erfin­ dungsgemäße Fließbett einer ersten Filtereinrichtung nachgeschaltet. Die erste Filtereinrichtung besteht insbesondere aus einem keramischen Ku­ gelbett. Die gewünschte höhere Reduzierung der unerwünschten Teil­ chen wird bei dieser Ausführungsform durch Verwendung zweier Kompo­ nenten verwirklicht. In der zweiten Komponente (Fließbett) befindet sich eine frische, stark adsorbierende Oberfläche. Durch die frische, stark ad­ sorbierende Oberfläche lassen sich höhere Reinheitsgrade im Vergleich zum eingangs genannten Stand der Technik erzielen.In a further advantageous embodiment of the invention, this is invented downstream fluid bed downstream of a first filter device. The first filter device consists in particular of a ceramic Ku gel bed. The desired higher reduction in the unwanted part Chen is in this embodiment by using two compo realized. In the second component (fluid bed) is a fresh, strongly adsorbing surface. The fresh, strong ad sorbent surface can be compared to higher levels of purity to achieve the prior art mentioned at the beginning.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel vorgesehen, die die adsorbierenden Partikel oder Kugeln im Fließbett kontinuierlich gegen regenerierte Partikel oder Kugeln austauschen. Der Reinheitsgrad des heißen Gases kann so weiter gesteigert werden.In a further advantageous embodiment of the invention there are means provided the adsorbent particles or balls in the fluidized bed replace continuously with regenerated particles or spheres. Of the The degree of purity of the hot gas can be further increased in this way.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die Kugeln oder Partikel des Fließbettes ein höheres spezifisches Gewicht auf als die unerwünschten Teilchen. Ferner sind zugleich Mittel vorgesehen, die das zu reinigende Gas entgegengesetzt zur Schwerkraft durch das Fließbett leiten.In a further advantageous embodiment of the invention, the Balls or particles of the fluidized bed have a higher specific weight than the unwanted particles. Means are also provided at the same time which the gas to be cleaned is opposed to gravity by the Conduct a fluid bed.

Werden bei der vorgenannten Ausführungsform die Kugeln oder Partikel des Fließbettes mit den unerwünschten Teilchen beladen, so sinkt hier­ durch das spezifische Gewicht der beladenen Kugeln oder Partikel. Die Kugeln oder Partikel mit den adsorbierten unerwünschten Teilchen wei­ sen dann ein geringeres spezifisches Gewicht auf im Vergleich zu den Kugeln oder Partikeln, die frei von unerwünschten Teilchen sind. Die spezifisch leichteren Teilchen werden an die Oberfläche des Fließ­ bettes gespült und bei geeignet starkem Gasstrom aus dem Fließbett her­ ausgeblasen. Die herausgeblasenen, mit unerwünschten Teilchen bela­ denen Kugeln oder Partikel des Fließbettes werden dann regeneriert und von unten dem Fließbett wieder zugeführt.In the aforementioned embodiment, the balls or particles loading the fluidized bed with the unwanted particles, so it sinks here by the specific weight of the loaded balls or particles. The White spheres or particles with the adsorbed unwanted particles then have a lower specific weight compared to the Balls or particles that are free of unwanted particles. The specifically lighter particles will flow to the surface bed rinsed and with a suitably strong gas flow from the fluid bed blown out. The blown out, loaded with unwanted particles  which balls or particles of the fluidized bed are then regenerated and fed from below to the fluid bed again.

Die Dichte von ZrSO4 beträgt ca. 8 g/cm3. Die Dichte von SiO2-haltiger Asche beträgt ca. 4 g/cm3. Das Fließbett weise zum Beispiel aus ZrSO4 bestehende Kugeln mit einem Durchmesser von einem Millimeter auf. Durch Adsorption können die Kugeln mit einer ca. 100 µm dicken Schicht beladen werden. Hierdurch nimmt die Dichte einer jeden beladenen Kugel um ca. ein Drittel ab. Dieser Dichteunterschied reicht regelmäßig aus, um den gewünschten Austrag zuverlässig herbeiführen zu können.The density of ZrSO 4 is approx. 8 g / cm 3 . The density of ash containing SiO 2 is approx. 4 g / cm 3 . The fluidized bed has, for example, 4 spheres made of ZrSO with a diameter of one millimeter. The spheres can be loaded with an approx. 100 µm thick layer by adsorption. This reduces the density of each loaded ball by about a third. This difference in density is regularly sufficient to reliably achieve the desired discharge.

Bei der vorgenannten Ausführungsform der Erfindung ist sichergestellt, daß stets die beladenen Teilchen automatisch aus dem Fließbett heraus­ geblasen werden. Es ist ferner kein großer apparativer Aufwand erforder­ lich, um die Vorrichtung kontinuierlich zu betreiben.The aforementioned embodiment of the invention ensures that that always the loaded particles automatically out of the fluid bed be blown. Furthermore, no great expenditure on equipment is required Lich to operate the device continuously.

Bei der vorgenannten Ausführungsform der Erfindung ist insbesondere Zirkoniumorthosilikat ein geeignetes Material, aus dem die Kugeln oder Partikel vorteilhaft bestehen sollten. Zirkoniumorthosilikat wird aufgrund seiner hohen Dichte zunächst regelmäßig nicht aus dem Fließbett her­ ausgetragen. Werden unerwünschte, bei einer Kohlestaubfeuerung auf­ tretende Teilchen am Zirkoniumorthosilikat adsorbiert, so wird das spezifi­ sche Gewicht des beladenen Zirkoniumorthosilikats deutlich verringert. Bei geeignet stark gewähltem Gasstrom werden die beladenen Kugeln oder Partikel herausgeblasen und können in einem nachgeschalteten Zy­ klon separiert werden.In the aforementioned embodiment of the invention is particular Zirconium orthosilicate is a suitable material from which the balls or Particles should advantageously exist. Zirconium orthosilicate is due its high density does not regularly come from the fluid bed carried out. Will be undesirable in coal dust firing occurring particles adsorbed on the zirconium orthosilicate, so the specifi cal weight of the loaded zirconium orthosilicate significantly reduced. When the gas flow is suitably strong, the loaded spheres become or particles blown out and can in a downstream Zy clone can be separated.

Die Geometrie des Fließbettes ist insbesondere so ausgestaltet, daß zum einen die frisch regenerierten Partikel nicht aus dem Fließbett ausgetra­ gen werden und zum anderen keine nennenswerten Druckverluste für die Gasströmung auftreten. Besonders geeignet ist ein zylinderförmiger Be­ hälter, in dem sich die Kugeln oder Partikel befinden. Der Boden des Fließbettes wird durch eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter Kegel gebildet. Die Spitzen der Kegel weisen vom zylinderförmigen Behälter weg. Die Gaseinlässe befinden sich an den Spitzen der Kegel. Das ande­ re Ende des zylinderförmigen Behälters ist offen.The geometry of the fluidized bed is particularly designed so that the freshly regenerated particles are not removed from the fluid bed and on the other hand no significant pressure drops for the Gas flow occur. A cylindrical Be is particularly suitable container in which the balls or particles are located. The bottom of the Fluid bed is formed by a plurality of cones arranged side by side educated. The tips of the cones point from the cylindrical container  path. The gas inlets are at the tips of the cones. The other right end of the cylindrical container is open.

Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung wird insbesondere zur Reinigung von Gasen verwendet, die nach einer Kohlestaubfeuerung auftreten. Bei geeignet vorteilhafter Ausführungsform lassen sich so hohe Reinheitsgra­ de erzielen, daß mit dem Gas störungsfrei unmittelbar Turbinen betrieben werden können.The filter device according to the invention is used in particular for cleaning of gases that occur after coal dust firing. At suitably advantageous embodiment can be high purity de achieve that directly operated turbines with the gas trouble-free can be.

Claims (7)

1. Filtervorrichtung zur Entfernung von unerwünschten Teilchen aus ei­ nem heißen Gas mit einem Fließbett, das hitzebeständige Kugeln oder Partikel aufweist, an denen die unerwünschte Teilchen adsor­ biert werden.1. Filter device for removing unwanted particles from egg hot gas with a fluidized bed, the heat-resistant bullets or has particles on which the unwanted particles adsor beers. 2. Filtervorrichtung zur Entfernung von unerwünschten Teilchen aus ei­ nem heißen Gas mit den Merkmalen des Anspruchs 1, bei der der Durchmesser der Kugeln oder Partikel im Fließbett durchschnittlich nicht mehr als 1 mm beträgt.2. Filter device for removing unwanted particles from egg nem hot gas with the features of claim 1, wherein the Average diameter of the balls or particles in the fluidized bed is not more than 1 mm. 3. Filtervorrichtung zur Entfernung von unerwünschten Teilchen aus ei­ nem heißen Gas mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 2, bei der das Fließbett einer ersten Filtereinrichtung nachgeschaltet ist.3. Filter device for removing unwanted particles from egg nem hot gas with the features of claims 1 or 2, in which the fluid bed is connected downstream of a first filter device. 4. Filtervorrichtung zur Entfernung von unerwünschten Teilchen aus ei­ nem heißen Gas mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem Mittel vorgesehen sind, die die adsorbierenden Partikel oder Ku­ geln im Fließbett kontinuierlich gegen regenerierte Partikel oder Ku­ geln austauschen.4. Filter device for removing unwanted particles from egg nem hot gas with the features of claims 1, 2 or 3, the means are provided that the adsorbent particles or Ku gels continuously in the fluidized bed against regenerated particles or Ku exchange gels. 5. Filtervorrichtung zur Entfernung von unerwünschten Teilchen aus ei­ nem heißen Gas mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, bei der die Kugeln oder Partikel des Fließbettes ein höheres spezifisches Gewicht aufweisen als die unerwünschten Teilchen, die aus dem Gas herausgefiltert werden sollen und bei dem Mittel vorgesehen sind, die das zu reinigende Gas entgegengesetzt zur Schwerkraft durch das Fließbett leiten. 5. Filter device for removing unwanted particles from egg nem hot gas with the features of claims 1, 2, 3 or 4, the balls or particles of the fluidized bed have a higher specific Have weight than the unwanted particles coming from the gas are to be filtered out and are provided with the means that the gas to be cleaned is opposed to gravity by the Conduct a fluid bed.   6. Filtervorrichtung zur Entfernung von unerwünschten Teilchen aus ei­ nem heißen Gas mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, bei der die Kugeln oder Partikel des Fließbettes aus Zirkoniumorthosi­ likat bestehen.6. Filter device for removing unwanted particles from egg a hot gas with the features of claims 1, 2, 3, 4 or 5, where the balls or particles of the fluidized bed made of zirconium orthosi similar exist. 7. Verwendung einer Filtervorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 für die Filterung von Verbrennungsgasen einer Kohlestaubfeuerung.7. Use of a filter device with the features of the claims 1, 2, 3, 4, 5 or 6 for filtering combustion gases one Coal dust firing.
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