DE202016100904U1 - Filter system for the filtration of a hot raw gas and filter element for such a filter system - Google Patents
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Abstract
Filtersystem (1) zur Filtration eines heißen Rohgases, wie eines Verbrennungs- und/oder Prozessgases, umfassend: ein Primärfiltermodul (2), das ausgebildet ist Feststoffpartikel aus einem durchströmenden Rohgas zu filtern; und ein separates Sekundärfiltermodul (3), das dem Primärfiltermodul (2) nachgeschaltet angeordnet ist und mit dem Primärfiltermodul (2) in Fluidverbindung steht, um von dem das Primärfiltermodul (2) verlassenden vorgefilterten Gas durchströmt zu werden, wobei das Sekundärfiltermodul (3) mit wenigstens einem Katalysator zum katalytischen Umwandeln von in dem durchströmenden Rohgas enthaltenen chemischen Verbindungen, insbesondere Schadstoffen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärfiltermodul (3) ein Sicherheitsfiltermodul ist, das ausgebildet ist Feststoffpartikel aus dem Rohgas zu filtern.Filter system (1) for filtering a hot raw gas, such as a combustion and / or process gas, comprising: a primary filter module (2) which is adapted to filter solid particles from a flowing raw gas; and a separate secondary filter module (3) arranged downstream of the primary filter module (2) and in fluid communication with the primary filter module (2) for passing through the prefiltered gas leaving the primary filter module (2), the secondary filter module (3) communicating with at least one catalyst for the catalytic conversion of chemical compounds contained in the flowing raw gas, in particular pollutants is provided, characterized in that the secondary filter module (3) is a safety filter module which is adapted to filter solid particles from the raw gas.
Description
Die Erfindung betrifft ein Filtersystem zur Filtration eines heißen Rohgases, wie eines Verbrennungs- und/oder Prozessgases, umfassend ein Primärfiltermodul, das ausgebildet ist Feststoffpartikel aus einem durchströmenden Rohgas zu filtern, und ein separates Sekundärfiltermodul, das dem Primärfiltermodul nachgeschaltet angeordnet ist und mit dem Primärfiltermodul in Fluidverbindung steht, um von dem das Primärfiltermodul verlassenden vorgefilterten Gas durchströmt zu werden, wobei das Sekundärfiltermodul mit wenigstens einem Katalysator zum katalytischen Umwandeln von in dem durchströmenden Rohgas enthaltenen chemischen Verbindungen, insbesondere Schadstoffen versehen ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Filterelement zur Verwendung als Sekundärfilterelement in einem solchen Filtersystem.The invention relates to a filter system for filtering a hot raw gas, such as a combustion and / or process gas, comprising a primary filter module, which is designed to filter solid particles from a raw gas flowing through, and a separate secondary filter module, which is arranged downstream of the primary filter module and with the primary filter module is in fluid communication to be flowed through by the primary filter module leaving the prefiltered gas leaving, wherein the secondary filter module is provided with at least one catalyst for the catalytic conversion of chemical compounds contained in the flowing raw gas, in particular pollutants. Moreover, the invention relates to a filter element for use as a secondary filter element in such a filter system.
Prozess- oder Abgase treten in den verschiedensten Bereichen der Industrie aber auch im Alltag eines jeden Menschen auf. Es gibt Abgase von Feuerungsanlagen, Gasturbinen, Müllverbrennungsanlagen und Verbrennungsmotoren, um nur einige Beispiele zu nennen. Aufgrund von Umwelt-, Sicherheits- und Gesundheitsauflagen müssen solche Prozess- oder Abgase, oftmals auch als Rohgase bezeichnet, gereinigt bzw. katalytisch behandelt werden. Infolge ihres Entstehungsprozesses handelt es sich bei solchen Rohgasen oftmals um Heißgase. Zur Reinigung von heißen Rohgasen sind aus dem Stand der Technik Filtersysteme bekannt, die sowohl in der Lage sind in dem Rohgas enthaltene giftige Schadstoffe zu reduzieren bzw. zu minimieren als auch Feststoffpartikel oder Stäube aus dem Rohgas zu entfernen. Dies ist wichtig, da manche Schadstoffe bei einem Einatmen zu kurzfristigen Vergiftungserscheinungen führen können. Andererseits können Feinstoffpartikel in der Umgebungsluft mittel- oder langfristig Krebs beim Menschen verursachen.Process or exhaust gases occur in the most diverse areas of industry but also in everyday life of every human being. There are exhaust fumes from combustion plants, gas turbines, waste incinerators and internal combustion engines, to name just a few examples. Due to environmental, safety and health requirements such process or exhaust gases, often referred to as raw gases, must be cleaned or catalytically treated. As a result of their formation process, such raw gases are often hot gases. For purifying hot raw gases, filter systems are known from the prior art which are both capable of reducing or minimizing toxic pollutants contained in the crude gas and of removing solid particles or dusts from the raw gas. This is important because some pollutants can cause short-term poisoning if inhaled. On the other hand, fines particles in the ambient air can cause cancer in humans in the medium or long term.
Aus der
Alternativ wird in der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Filtersystem der eingangs genannten Art bereitzustellen, das eine erhöhte Verfügbarkeit und Betriebssicherheit bei gleichzeitig verringerten Betriebskosten aufweist.The invention is therefore based on the object to provide a filter system of the type mentioned, which has an increased availability and reliability while reducing operating costs.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Sekundärfiltermodul ein Sicherheitsfiltermodul ist, das ausgebildet ist Feststoffpartikel aus dem Rohgas zu filtern.This object is achieved in that the secondary filter module is a safety filter module, which is designed to filter solid particles from the raw gas.
Grundgedanke der Erfindung ist es also, dass das Sekundärfiltermodul zusätzlich zu seiner Funktion als Katalysator dazu geeignet ist, bei einem Versagen des Primärfiltermoduls Feststoffpartikel aus dem Rohgas zu filtern, jedoch im Normalbetrieb des Filtersystems staubfrei betrieben wird. Hierdurch kann effizient verhindert werden, dass beispielsweise bei einem Bruch oder einer sonstigen Beschädigung einer Filterkerze des Primärfiltermoduls während des Betriebes des Filtersystems Feststoffpartikel und/oder Stäube auf die Reingasseite des Filtersystems gelangen. Denn durch solche Feinstoffpartikel kann beispielsweise eine hinter dem Filtersystem angeordnete Gasturbine schwer beschädigt werden und müsste daher aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden. Generell können aus dem Filtersystem ungewollt austretende Stäube zu erheblichen Störungen bei den nachgeschalteten Prozessen bzw. Anlagen führen. Das erfindungsgemäße Filtersystem kann hingegen auch bei einer Beschädigung, insbesondere bei einem Bruch des Primärfiltermoduls zumindest kurzfristig weiterbetrieben werden, da das katalytische Sekundärfiltermodul in seiner Funktion als Sicherheitsfiltermodul den Durchbruch des Staubes auf die Reingasseite verhindert. Wenn das Sekundärfiltermodul durch den aufgefangenen Staub verstopft, wird ein Gasstrom durch das Sekundärfiltermodul vollständig unterbrochen, sodass überhaupt kein Gas, damit aber auch kein Staub das Sekundärfiltermodul verlassen kann. Das Sekundärfiltermodul wird damit vollkommen unwirksam. Dies ist jedoch unkritisch, da übliche Filtersysteme mit einer Vielzahl, oftmals mehreren hundert Anordnungen aus Primärfilterelement und nachgeschaltetem Sekundärfilterelement betrieben werden, sodass die Gesamtfunktion des Filtersystems wenig beeinträchtigt wird. Damit kann das beschädigte Primärelement mit dem verstopften Sekundärfilterelement ausgetauscht werden, wenn ohnehin eine zyklische Wartung des Filtersystems erfolgt bzw. die Primärfilterelemente ausgewechselt werden müssen.The basic idea of the invention is thus that, in addition to its function as a catalyst, the secondary filter module is suitable for filtering solid particles from the raw gas in the event of a failure of the primary filter module, but operates dust-free in normal operation of the filter system. In this way, it is possible to efficiently prevent solid particles and / or dusts from reaching the clean gas side of the filter system during the operation of the filter system, for example in the event of breakage or other damage to a filter cartridge of the primary filter module. Because of such fine particles, for example, arranged behind the filter system gas turbine can be severely damaged and therefore should be shut down for safety reasons. Generally, from the filter system unintentionally leaking dusts lead to considerable disturbances in the downstream processes or systems. On the other hand, the filter system according to the invention can continue to operate at least for a short time even in the case of damage, in particular if the primary filter module breaks, since the catalytic secondary filter module, in its function as safety filter module, prevents the dust from penetrating the clean gas side. If the secondary filter module is clogged by the collected dust, a gas flow through the secondary filter module is completely interrupted, so that no gas at all, so that no dust can leave the secondary filter module. The secondary filter module is thus completely ineffective. However, this is not critical because conventional filter systems are operated with a plurality, often several hundred arrangements of primary filter element and downstream secondary filter element, so that the overall function of the filter system is little affected. Thus, the damaged primary element can be replaced with the clogged secondary filter element, if a cyclical maintenance of the filter system takes place anyway or the primary filter elements must be replaced.
Bei den mit dem erfindungsgemäßen Filtersystem gefilterten Rohgasen kann es sich grundsätzlich um Rohgase unterschiedlichster Temperaturen handeln. Das erfindungsgemäße Filtersystem ist jedoch insbesondere zur Filtration heißer Rohgase mit Temperaturen im Bereich von etwa 200°C bis etwa 1800°C geeignet.In principle, the raw gases filtered with the filter system according to the invention may be raw gases of very different temperatures. However, the filter system according to the invention is particularly suitable for the filtration of hot raw gases having temperatures in the range of about 200 ° C to about 1800 ° C.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Primärfiltermodul wenigstens ein Primärfilterelement und umfasst das Sekundärfiltermodul wenigstens ein Sekundärfilterelement, wobei jedem Primärfilterelement wenigstens ein Sekundärfilterelement zugeordnet ist, das mit dem Primärfilterelement in Fluidverbindung steht. Durch die Anordnung mehrerer Filterelemente innerhalb eines Filtermoduls kann zum einen die Filterleistung des Filtersystems erhöht werden. Zum anderen können im Falle einer Beschädigung nur eines Filterelementes eines Filtermoduls die verbleibenden Filterelemente des Filtermoduls zunächst problemlos weiterbetrieben werden.According to one embodiment of the invention, the primary filter module comprises at least one primary filter element and the secondary filter module comprises at least one secondary filter element, wherein each primary filter element is assigned at least one secondary filter element which is in fluid communication with the primary filter element. By arranging a plurality of filter elements within a filter module, on the one hand, the filter performance of the filter system can be increased. On the other hand, in the event of damage to only one filter element of a filter module, the remaining filter elements of the filter module can initially continue to be operated without difficulty.
Die Primärfilterelemente und/oder die Sekundärfilterelemente eines Moduls können in Reihen oder Clustern angeordnet. Eine solche Anordnung von Filterelementen wird häufig auch als Filterbatterie bezeichnet. Jedes Primärfilterelement kann für sich dazu ausgebildet sein Feststoffpartikel aus dem durchströmenden Rohgas zu filtern, wohingegen jedes Sekundärfilterelement für sich sowohl mit wenigstens einem Katalysator zum katalytischen Umwandeln von in dem Rohgas enthaltenen Schadstoffen versehen sein kann als auch dazu ausgebildet sein kann Feststoffpartikel aus dem Rohgas zu filtern.The primary filter elements and / or the secondary filter elements of a module may be arranged in rows or clusters. Such an arrangement of filter elements is often referred to as a filter battery. Each primary filter element may be adapted to filter solid particles from the raw gas flowing through, whereas each secondary filter element may be provided with at least one catalyst for catalytically converting pollutants contained in the raw gas and may be configured to filter solid particles from the raw gas ,
Zweckmäßigerweise ist jedem Primärfilterelement genau ein Sekundärfilterelement zugeordnet und sind das Primärfilterelement und das Sekundärfilterelement jeweils als Hohlkörper mit einem zentralen Innenraum, insbesondere im Wesentlichen als Hohlzylinder, ausgebildet und stehen die Innenräume miteinander in Fluidverbindung. In diesem Fall bildet ein Primärfilterelement mit dem zugeordneten Sekundärfilterelement eine Art eigenständige Filtersystemeinheit. Bevorzugt sind die zentralen Innenräume eines Primärfilterelementes und des zugeordneten Sekundärfilterelementes koaxial zueinander angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders gute Fluidverbindung der beiden Filterelemente durch ihre Innenräume.Expediently, exactly one secondary filter element is assigned to each primary filter element and the primary filter element and the secondary filter element are each designed as a hollow body with a central interior, in particular substantially as a hollow cylinder, and the interior spaces are in fluid communication with one another. In this case, a primary filter element with the associated secondary filter element forms a kind of independent filter system unit. Preferably, the central interiors of a primary filter element and the associated secondary filter element are arranged coaxially with each other. This allows a particularly good fluid connection of the two filter elements through their interiors.
Vorteilhaft sind die Primär- und Sekundärfilterelemente durch eine Trägerplattenanordnung verbunden, wobei die Primär- und Sekundärfilterelemente auf gegenüberliegenden Seiten der Trägerplattenanordnung angeordnet sind und von der Trägerplattenanordnung in entgegengesetzten Richtungen abstehen, wobei jedem Filterelementpaar, bestehend aus einem Primärfilterelement und dem zugeordneten Sekundärfilterelement, eine Durchgangsöffnung der Trägerplattenanordnung zugeordnet ist, durch die das jeweilige Primärfilterelement mit dem zugeordneten Sekundärfilterelement in Fluidverbindung steht. Dadurch, dass die Primärfilterelemente nicht unmittelbar, sondern über die Trägerplattenanordnung mit dem zugeordneten Sekundärfilterelement verbunden sind, ist es beispielsweise möglich ein beschädigtes Primärfilterelement einzeln auszutauschen. In der Trägerplattenanordnung kann also eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen vorgesehen sein, über welche die Primärfilterelemente mit den zugeordneten Sekundärfilterelementen verbunden werden. Die Trägerplattenanordnung mit den daran gehaltenen Primärfilterelementen und Sekundärfilterelementen bilden somit ein Filtermodul, das als Einheit transportiert und/oder montiert werden kann. Die Verbindung eines Primärfilterelementes und des zugeordneten Sekundärfilterelementes kann hierbei insbesondere derart erfolgen, dass ein gemeinsamer Raum, der durch die beiden Innenräume des Primärfilterelementes und des zugeordneten Sekundärfilterelementes sowie die zugeordnete Durchgangsöffnung gebildet wird, eine möglichst glatte Innenwandung aufweistAdvantageously, the primary and secondary filter elements are connected by a carrier plate assembly, wherein the primary and secondary filter elements are arranged on opposite sides of the carrier plate assembly and protrude from the carrier plate assembly in opposite directions, each filter element pair consisting of a primary filter element and the associated secondary filter element, a through hole of the Assigned carrier plate assembly through which the respective primary filter element is in fluid communication with the associated secondary filter element. Because the primary filter elements are not connected directly but via the carrier plate arrangement to the associated secondary filter element, it is possible, for example, to replace a damaged primary filter element individually. In the carrier plate assembly can thus be provided a plurality of through holes, through which the primary filter elements are connected to the associated secondary filter elements. The carrier plate assembly with the primary filter elements and secondary filter elements held thereon thus form a filter module that can be transported and / or mounted as a unit. The connection of a primary filter element and the associated secondary filter element can in this case in particular be such that a common space, which is formed by the two interiors of the primary filter element and the associated secondary filter element and the associated passage opening, has the smoothest possible inner wall
Eine solche Trägerplattenanordnung kann eine Grundplatte umfassen, in der ein axialer Abschnitt der Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Bevorzugt ist dann ein Primärfilterelement in die Durchgangsöffnung ausgehend von einer Oberseite der Grundplatte eingesetzt, durchgreift diese und ist an der Grundplatte gehalten. Hierbei schließt das Primärfilterelement insbesondere mit der Oberseite der Grundplatte bündig ab. Es ist jedoch auch möglich, dass das Primärfilterelement über die Oberseite der Grundplatte hinausragt oder dass das Primärfilterelement das Niveau der Oberseite der Grundplatte nicht ganz erreicht. Wann die eine oder die andere Alternative von Vorteil sein kann, ist im Folgenden noch detaillierter beschrieben. Falls die Trägerplattenanordnung eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen für eine Vielzahl von Filterelementpaaren aufweist, kann die Grundplatte für jede Durchgangsöffnung der Vielzahl von Durchgangsöffnungen einen entsprechenden axialen Abschnitt umfassen.Such a carrier plate assembly may comprise a base plate in which an axial portion of the through hole is formed. Preferably, a primary filter element is then inserted into the passage opening starting from an upper side of the base plate, passes through it and is held on the base plate. This concludes this Primary filter element in particular flush with the top of the base plate. However, it is also possible that the primary filter element protrudes beyond the top of the base plate or that the primary filter element does not quite reach the level of the top of the base plate. When one or the other alternative can be advantageous, is described in more detail below. If the carrier plate assembly has a plurality of through holes for a plurality of filter element pairs, the base plate may include a corresponding axial portion for each through hole of the plurality of through holes.
In bevorzugter Weise weist jedes Primärfilterelement die Form einer Filterkerze mit einem im Wesentlichen hohlzylindrischen Filterkerzenkörper auf, der an seinem von der Trägerplattenanordnung wegweisenden Ende, insbesondere halbkugelartig, geschlossen und an seinem gegenüberliegenden, zu der Trägerplattenanordnung weisenden Ende offen ausgebildet ist. Solche Filterkerzen haben sich bewährt, sind handelsüblich und daher relativ kostengünstig zu erwerben.Preferably, each primary filter element in the form of a filter candle with a substantially hollow cylindrical filter candle body, which is open at its end facing away from the support plate assembly end, in particular hemispherical, closed and formed at its opposite, pointing to the support plate assembly end open. Such filter candles have been proven, are commercially available and therefore relatively inexpensive to purchase.
Vorteilhafterweise ist in der Oberseite der Trägerplattenanordnung, insbesondere in der Oberseite der Grundplatte, eine die Durchgangsöffnung umgebende, insbesondere kreisringförmige, Vertiefung ausgebildet, die eine Auflagefläche definiert, und ist an dem offenen Ende des Filterkerzenkörpers ein radial abstehender Kragen angeformt, der auf der Auflagefläche der Vertiefung liegt. Hierdurch wird die Filterkerze an der Grundplatte gehalten und axial und/oder radial fixiert.Advantageously, in the top of the support plate assembly, in particular in the top of the base plate, surrounding the passage opening, in particular annular, recess is formed which defines a support surface, and at the open end of the filter cartridge body, a radially projecting collar is formed on the support surface of the Deepening lies. As a result, the filter cartridge is held on the base plate and fixed axially and / or radially.
Zweckmäßigerweise ist der Querschnitt des axialen Abschnitts der Durchgangsöffnung in der Grundplatte größer als die Querschnitte der zentralen Innenräume eines Primärfilterelementes und des zugeordneten Sekundärfilterelementes, so dass, wenn das Primärfilterelement in den axialen Abschnitt der Durchgangsöffnung in der Grundplatte eingesetzt ist, der Übergang zwischen den Innenwandungen der beiden Innenräume im Wesentlichen glatt, d. h. ohne Vorsprünge und/oder Kanten, verläuft. Dies ist insbesondere deshalb wichtig, weil hierdurch unnötige Verwirbelungen des durchströmenden Gases vermieden werden können. Zudem können sich Feinstoffpartikel nicht an derartigen Vorsprüngen ablagern und die Innenräume verstopfen. In einem Beispiel sind sowohl der Querschnitt des zentralen Innenraumes einer Filterkerze als Primärfilterelement als auch der Querschnitt des zentralen Innenraumes des Sekundärfilterelementes kreisrund. Dann entspricht der Durchmesser des kreisrunden Querschnitts des axialen Abschnitts der Durchgangsöffnung in der Grundplatte zumindest bereichsweise dem Durchmesser der identischen Querschnitte der beiden zentralen Innenräume plus der zweifachen Wandstärke des Filterelementhohlkörpers.Conveniently, the cross section of the axial portion of the through hole in the base plate is larger than the cross sections of the central interiors of a primary filter element and the associated secondary filter element, so that when the primary filter element is inserted into the axial portion of the through hole in the base plate, the transition between the inner walls of both interiors substantially smooth, d. H. without protrusions and / or edges, runs. This is particularly important because it allows unnecessary turbulence of the gas flowing through can be avoided. In addition, fines particles can not deposit on such projections and clog the interiors. In one example, both the cross section of the central interior of a filter candle as a primary filter element and the cross section of the central interior of the secondary filter element are circular. Then, the diameter of the circular cross section of the axial section of the passage opening in the base plate at least partially corresponds to the diameter of the identical cross sections of the two central internal spaces plus twice the wall thickness of the filter element hollow body.
Bevorzugt umfasst die Trägerplattenanordnung eine Druckplatte, in der ein axialer Abschnitt der Durchgangsöffnung ausgebildet ist und die auf der Oberseite der Grundplatte montiert ist. Die Druckplatte ermöglicht einen stabilen und/oder sicheren Sitz eines oder mehrerer Primärfilterelemente in der Grundplatte. Im Falle einer Filterkerze als Primärfilterelement, deren Kragen über die Oberseite der Grundplatte hinausragt, sorgt die auf der Oberfläche der Grundplatte montierte Druckplatte dafür, dass der Kragen der Filterkerze fest gegen die Auflagefläche der Vertiefung gedrückt wird. Falls der Kragen der Filterkerze das Niveau der Oberseite der Grundplatte nicht ganz erreicht, kann die Druckplatte zumindest ein seitliches Verkippen der Filterkerze und/oder ein Heraustreiben der Filterkerze aus der Grundplatte durch die Strömung des Rohgases verhindern. Falls die Filterkerze beispielsweise aus einer relativ harten und spröden Keramik besteht und der Kragen der Filterkerze das Niveau der Oberseite der Grundplatte nicht ganz erreicht, kann in dem Bereich zwischen dem Kragen und der Druckplatte ein elastisches Dichtelement, angeordnet sein. Ein solches Dichteelement ragt in einem nicht komprimierten Zustand über die Oberseite der Grundplatte hervor und übt in einem durch die Montage der Druckplatte vermittelten komprimierten Zustand eine elastische Rückstellkraft aus und ermöglicht somit einen besonders festen Sitz der Filterkerze. Falls die Trägerplattenanordnung eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen für eine Vielzahl von Filterelementpaaren aufweist, kann die Druckplatte ebenso wie zuvor bereits die Grundplatte eine entsprechende Vielzahl von axialen Abschnitten umfassen.Preferably, the support plate assembly comprises a pressure plate in which an axial portion of the through hole is formed and which is mounted on the top of the base plate. The pressure plate allows a stable and / or secure fit of one or more primary filter elements in the base plate. In the case of a filter cartridge as a primary filter element, the collar protrudes beyond the top of the base plate, mounted on the surface of the base plate pressure plate ensures that the collar of the filter cartridge is pressed firmly against the support surface of the recess. If the collar of the filter cartridge does not quite reach the level of the upper side of the base plate, the pressure plate can prevent at least lateral tilting of the filter cartridge and / or expulsion of the filter cartridge from the base plate by the flow of the raw gas. For example, if the filter cartridge consists of a relatively hard and brittle ceramic and the collar of the filter cartridge does not quite reach the level of the upper side of the base plate, an elastic sealing element can be arranged in the region between the collar and the pressure plate. Such a density element protrudes in an uncompressed state over the top of the base plate and exerts in a mediated by the mounting of the pressure plate compressed state an elastic restoring force and thus allows a particularly tight fit of the filter cartridge. If the carrier plate assembly has a plurality of through holes for a plurality of filter element pairs, the pressure plate may, as before, the base plate include a corresponding plurality of axial sections.
Vorteilhaft stimmt der Querschnitt des axialen Abschnitts der Durchgangsöffnung in der Druckplatte mit den Querschnitten der zentralen Innenräume eines Primärfilterelementes und des zugeordneten Sekundärfilterelementes überein.Advantageously, the cross section of the axial section of the passage opening in the pressure plate coincides with the cross sections of the central interior spaces of a primary filter element and the associated secondary filter element.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung trägt ein Sekundärfilterelement an einem stirnseitigen Ende einen Befestigungsflansch, der auf der Oberseite der Trägerplattenanordnung, insbesondere auf der Oberseite der Grundplatte, insbesondere mittels Schrauben oder einem Bajonettverschluss, befestigt ist. Der Befestigungsflansch ermöglicht ein einfache Befestigung des Sekundärfilterelementes an der Trägerplattenanordnung. Eine Befestigung des Befestigungsflansches direkt auf der Oberseite der Grundplatte bietet den Vorteil, dass auf die Montage einer zusätzlichen Druckplatte an der Oberseite der Grundplatte verzichtet werden kann. In diesem Fall übernimmt der Befestigungsflansch die Funktion einer Druckplatte und sorgt für einen stabilen und/oder sicheren Sitz des dem entsprechenden Sekundärfilterelement zugeordneten Primärfilterelementes in der Grundplatte. Eine Befestigung des Befestigungsflansches auf der Oberseite einer Druckplatte, die an der Oberfläche der Grundplatte montiert ist, kann jedoch auch vorteilhaft sein. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn verhindert werden soll, dass sich das Entfernen eines Sekundärfilterelementes negativ auf den stabilen Sitz des zugeordneten Primärfilterelementes auswirkt.According to one embodiment of the invention, a secondary filter element carries at a front end a mounting flange which is fixed on the upper side of the carrier plate arrangement, in particular on the upper side of the base plate, in particular by means of screws or a bayonet closure. The mounting flange allows easy attachment of the secondary filter element to the carrier plate assembly. An attachment of the mounting flange directly on top of the base plate has the advantage that can be dispensed with the installation of an additional pressure plate on the top of the base plate. In this case, the mounting flange assumes the function of a pressure plate and ensures a stable and / or secure fit of the corresponding Secondary filter element associated primary filter element in the base plate. However, attachment of the mounting flange on top of a pressure plate mounted on the surface of the base plate may also be advantageous. This is the case, for example, if it is to be prevented that the removal of a secondary filter element has a negative effect on the stable seating of the associated primary filter element.
In bevorzugter Weise ist jedes Primärfilterelement als Oberflächenfilter ausgebildet und/oder jedes Sekundärfilterelement als Tiefenfilter ausgebildet.Preferably, each primary filter element is designed as a surface filter and / or each secondary filter element is designed as a depth filter.
Oberflächenfilter halten Feststoffpartikel an ihrer Oberfläche zurück, wohingegen Tiefenfilter Feststoffpartikel in ihrem Inneren festhalten, wobei die Feststoffpartikel den Tiefenfilter dauerhaft zu setzen. Es ist jedoch auch denkbar, dass jedes Sekundärfilterelement die Feststoffpartikel mittels einer Oberflächenfiltrationsschicht aus dem Rohgas filtert und der wenigstens eine Katalysator der Oberflächenfiltrationsschicht in Strömungsrichtung nachgeschaltet angeordnet ist.Surface filters retain solid particles on their surface, whereas depth filters hold solid particles in their interior, with the solid particles permanently setting the depth filter. However, it is also conceivable that each secondary filter element filters the solid particles by means of a surface filtration layer from the raw gas and the at least one catalyst of the surface filtration layer is arranged downstream in the flow direction.
Vorteilhaft ist der wenigstens eine Katalysator ein Vanadiumhaltiger Katalysator. Der wenigstens eine Katalysator kann aber auch ein beliebiger anderer Katalysator sein, der für den Einsatz bei einer Heißgasfiltration geeignet ist. Beispielsweise kann er auch auf Edelmetallen, wie etwa Platin, Palladium und/oder Rhodium, basieren. Bevorzugt ist der umzuwandelnde Schadstoff ein Stickoxid (NOx), wie etwa NO und/oder NO2, und ist der wenigstens eine Katalysator geeignet dieses Stickoxid (NOx) insbesondere mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR) in Stickstoff (N2) umzuwandeln. Selektiv bedeutet, dass bevorzugt Stickoxide (NOx) reduziert werden, während unerwünschte Nebenreaktionen wie beispielsweise die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid größtenteils unterdrückt werden. Die Reduktion der Stickoxide (NOx) zu Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) kann mittels Ammoniak NH3 und eines geeigneten Katalysators, insbesondere eines Vanadiumhaltigen Katalysators, erfolgen. In diesem Zusammenhang können beispielsweise Katalysatoren, die im Wesentlichen aus Titandioxid, Vanadiumpentoxid und/oder Wolframdioxod bestehen, Katalysatoren, die auf Zeolithen basieren und/oder Katalysatoren aus Basis von Aktivkohle verwendet werden. Beispielhafte Reaktionen zur Reduktion von im Rohgas enthaltenden Stickoxiden sind:
Hierbei bezeichnet man die Reaktionsgleichung (1) als „Standard SCR”, die Reaktionsgleichung (2) als „Fast SCR” und die Reaktionsgleichung (3) als „NO2 SCR”. Solche selektiven katalytischen Reduktionen sind vorteilhaft, da Stickoxide hierdurch mit einem hohen Wirkungsgrad aus dem Rauchgas entfernt werden.Here, the reaction equation (1) is referred to as "standard SCR", the reaction equation (2) as "fast SCR" and the reaction equation (3) as "NO 2 SCR". Such selective catalytic reductions are advantageous since nitrogen oxides are thereby removed from the flue gas with high efficiency.
Vorteilhafterweise weist jedes Sekundärfilterelement einen insbesondere hochporösen und/oder von Kanälen durchzogenen Katalysatorträger auf, in dem der wenigstens eine Katalysator eingelagert ist. Der Katalysatorträger kann aus keramischen Formkörpern und/oder Vakuumformteilen und/oder Hochtemperaturwolle und/oder Schüttgut bestehen. Es kann jedoch auch jeder andere bekannte Katalysatorträger verwendet werden. Die Auswahl des passenden Materials für den Katalysatorträger hängt hauptsächlich von der Chemie des Katalysators und vom Verfahren, wie der Katalysator auf das Trägermaterial aufgebracht wird, ab.Advantageously, each secondary filter element has a particularly highly porous and / or channeled catalyst carrier, in which the at least one catalyst is incorporated. The catalyst support may consist of ceramic moldings and / or vacuum moldings and / or high-temperature wool and / or bulk material. However, any other known catalyst support can be used. The selection of the appropriate material for the catalyst support depends mainly on the chemistry of the catalyst and on how the catalyst is applied to the support material.
Zweckmäßigerweise ist die Wandstärke und/oder die Länge und/oder das Material und/oder die Porosität jedes Sekundärfilterelementes in Übereinstimmung mit der Menge des im Katalysatorträger eingelagerten Katalysators ausgewählt.Conveniently, the wall thickness and / or the length and / or the material and / or the porosity of each secondary filter element is selected in accordance with the amount of catalyst stored in the catalyst carrier.
Bevorzugt weist jedes Sekundärfilterelement einen Stützkorb zum Umschließen und/oder Abstützen des Katalysatorträgers auf. Ein solcher Stützkorb ist insbesondere beim Einsatz von Schüttgut oder loser Hochtemperaturwolle als Katalysatorträger sinnvoll, um eine ausreichende Stabilität des Sekundärfilterelementes zu gewährleisten. Je nach Material und Stabilität des Materials des Katalysatorträgers können doppel- oder einwandige Stützkörbe eingesetzt werden. Der Stützkorb kann in vorteilhafter Weise die Form eines doppelwandigen Hohlzylinders aufweisen, wobei zwischen einer Innenwand und einer Außenwand des doppelwandigen Hohlzylinders ein Hohlraum gebildet wird, in dem sich der Katalysatorträger befindet. Der Hohlraum kann beispielsweise einen kreisringartigen Querschnitt aufweisen. Ebenso kann der Stützkorb die Form eines einwandigen Hohlzylinders aufweisen. Die Wände derartiger Stützkörbe können beispielsweise aus einem Drahtgeflecht bestehen. Im Allgemeinen ist der Einsatz eines Stützkorbes jedoch nicht zwingend erforderlich, insbesondere dann nicht, wenn der Katalysatorträger aus einem in sich formstabilen Teil besteht.Preferably, each secondary filter element has a support basket for enclosing and / or supporting the catalyst support. Such a support basket is particularly useful when using bulk material or loose high-temperature wool as a catalyst carrier to ensure sufficient stability of the secondary filter element. Depending on the material and stability of the material of the catalyst support double or single-walled support baskets can be used. The support basket may advantageously have the form of a double-walled hollow cylinder, wherein between an inner wall and an outer wall of the double-walled hollow cylinder, a cavity is formed, in which the catalyst carrier is located. The cavity may for example have a circular cross-section. Likewise, the support basket may have the shape of a single-walled hollow cylinder. The walls of such support baskets may for example consist of a wire mesh. In general, however, the use of a support basket is not absolutely necessary, especially not if the catalyst support consists of a dimensionally stable part.
Die zuvor erwähnte Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß auch durch ein Verfahren zur Filtration eines heißen Rohgases, wie eines Verbrennungs- und/oder Prozessgases, insbesondere mittels des erfindungsgemäßen Filtersystems, gelöst. Hierbei wird in einem ersten Schritt ein zu reinigendes Rohgas durch ein Primärfiltermodul geführt, um Feststoffpartikel aus diesem herauszufiltern, und wird in einem zweiten Schritt durch ein Sekundärfiltermodul geführt, um in diesem enthaltene Schadstoffe katalytisch umzuwandeln, wobei ein Sekundärfiltermodul verwendet wird, das ausgebildet ist, um Feststoffpartikel aus dem Rohgas zu filtern.The aforementioned object of the invention is also achieved by a method for filtering a hot raw gas, such as a combustion and / or process gas, in particular by means of the filter system according to the invention. Here, in a first step, a raw gas to be purified is passed through a primary filter module to filter solid particles out of this, and is in a second step passed through a secondary filter module to convert catalytically contained therein pollutants, wherein a secondary filter module is used, which is designed to filter solid particles from the raw gas.
Bevorzugt wird ein Primärfiltermodul verwendet, das wenigstens ein Primärfilterelement umfasst, das als Hohlkörper mit einem zentralen Innenraum und einer diesen zentralen Innenraum umgebenden Wandung ausgebildet ist, wobei das zu reinigende Rohgas durch die Wandung des Primärfilterelementes in den zentralen Innenraum des Primärfilterelementes strömt, wobei Feststoffpartikel an der Oberfläche des Primärfilterelementes zurückgehalten werden. Das Primärfilterelement wird also von außen nach innen durchströmt, wobei sich an der äußeren Oberfläche des Primärfilterelementes sogenannte Filterkuchen bilden. Solche Filterkuchen können mittels Druckluftabreinigung („Jet-Pulse-Abreinigung”) mittels eines Spülgasstroms von der Reingasseite her wieder entfernt werden. Bei einer regelmäßigen Abreinigung kann das Primärfilterelement daher immer wieder verwendet werden und muss nicht häufig ersetzt werden, außer es ist beschädigt.Preferably, a primary filter module is used which comprises at least one primary filter element, which is formed as a hollow body with a central interior and surrounding this central interior wall, wherein the raw gas to be purified flows through the wall of the primary filter element in the central interior of the primary filter element, wherein solid particles to the surface of the primary filter element are retained. The primary filter element is thus flowed through from outside to inside, forming so-called filter cake on the outer surface of the primary filter element. Such filter cake can be removed by means of compressed air cleaning ("jet-pulse cleaning") by means of a purge gas flow from the clean gas side ago. Therefore, with regular cleaning, the primary filter element can be used repeatedly and does not need to be replaced frequently unless it is damaged.
Vorteilhaft wird ein Sekundärfiltermodul verwendet, das wenigstens ein Sekundärfilterelement umfasst, das als Hohlkörper mit einem zentralen Innenraum und einer diesen zentralen Innenraum umgebenden Wandung ausgebildet ist, wobei das Gas, welches das Primärfiltermodul verlässt, in den zentralen Innenraum des Sekundärfilterelementes und von dort aus durch die Wandung des Sekundärfilterelementes strömt, wobei Feststoffpartikel tief in die Wandung hinein eindringen und dort festgehalten werden. Durch diese Tiefenfilterfunktion des katalytischen Sekundärfilterelementes wird im Falle einer Beschädigung des Primärfilterelementes sowohl eine Beschädigung des Sekundärfilterelementes als auch der nachfolgenden Anlagen verhindert.Advantageously, a secondary filter module is used which comprises at least one secondary filter element which is designed as a hollow body with a central interior and a wall surrounding this central interior, wherein the gas leaving the primary filter module, in the central interior of the secondary filter element and from there through the Wall of the secondary filter element flows, solid particles penetrate deep into the wall and are held there. By means of this depth filter function of the catalytic secondary filter element, damage to the secondary filter element as well as the subsequent systems is prevented in the event of damage to the primary filter element.
Des Weiteren wird die zuvor erwähnte Aufgabe der Erfindung erfindungsgemäß auch durch ein Filterelement nach einem der Ansprüche 26 bis 36 gelöst.Furthermore, the aforementioned object of the invention is also achieved according to the invention by a filter element according to one of
Mit dem oben beschriebenen Filtersystem wird also erstmals ein Filtersystem bereitgestellt, das eine erhöhte Verfügbarkeit und Betriebssicherheit bei gleichzeitig verringerten Betriebskosten aufweist.With the filter system described above, therefore, a filter system is provided for the first time, which has an increased availability and reliability with simultaneously reduced operating costs.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Filtersystems unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich. Darin ist:Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of two embodiments of the filter system according to the invention with reference to the accompanying drawings. In it is:
Die
Das Primärfilterelement
Das Sekundärfilterelement
Die
Sowohl der Aufbau der Trägerplattenanordnung
Beim Betrieb der Filtrationsvorrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Filtersystemfilter system
- 22
- PrimärfiltermodulPrimary filter module
- 33
- SekundärfiltermodulSecondary filter module
- 44
- PrimärfilterelementPrimary filter element
- 55
- SekundärfilterelementSecondary filter element
- 66
- FilterkerzenkörperFilter plug body
- 77
- Körper des SekundärfilterelementesBody of the secondary filter element
- 88th
- zentraler Innenraum des Primärfilterelementescentral interior of the primary filter element
- 99
- zentraler Innenraum des Sekundärfilterelementescentral interior of the secondary filter element
- 1010
- geschlossenes Endeclosed end
- 1111
- offenes Endeopen end
- 1212
- Kragencollar
- 1313
- Stützkorbsupport cage
- 1414
- Innenwandinner wall
- 1515
- Außenwandouter wall
- 1616
- Hohlraumcavity
- 1717
- Katalysatorträgercatalyst support
- 1818
- stirnseitiges Endefrontal end
- 1919
- Befestigungsflanschmounting flange
- 2020
- TrägerplattenanordnungPlaten assembly
- 2121
- DurchgangsöffnungThrough opening
- 21a21a
- axialer Abschnitt der Durchgangsöffnung in der Grundplatteaxial portion of the through hole in the base plate
- 21b21b
- axialer Abschnitt der Durchgangsöffnung in der Druckplatteaxial portion of the through hole in the pressure plate
- 2222
- Grundplattebaseplate
- 2323
- Oberseite der GrundplatteTop of the base plate
- 2424
- Vertiefungdeepening
- 2525
- Auflageflächebearing surface
- 2626
- Druckplatteprinting plate
- 2727
- Oberseite der TrägerplattenanordnungTop of the carrier plate assembly
- 2828
- Oberseite der DruckplatteTop of the printing plate
- 2929
- Filtrationsvorrichtungfiltration device
- 3030
- Filterbehälterfilter container
- 3131
- Innenraum des FilterbehältersInterior of the filter tank
- 3232
- Rohgasraumraw gas
- 3333
- ReingasraumClean gas chamber
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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