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Verfahren und Vorrichtung eines Rundzellen - Heißgas -Rohrfilterkörper-
Filters, für System - Baukastenbauweise, kombiniert mit Wärmeverwertung als Dampfkessel
oder Warmwasserkessel.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die Vorrichtungen zum Filtern
kalter bis heißer Gase aller Art, wobei nach dem bekannten Filterprinzip der mechanischen
Stofftrennung verfahren wird. Dieses Filter, eingebunden das dazugehörende Verfahren,
kann ohne Iieistungsnachteil feststoffbeladene Gase, aggressiver oder neutraler
Art von minus 40 O G bis plus 600 oC ohne technische Veränderungen, in die reine
gasförmige Phase und den Feststoffanteil trennen. Temperaturen von über 600 °C,
der zu reinigenden Gase sind möglich, wenn man die Biltermaterialien, besonders
die Rohrfilterkörper auf diese Temperatur, durch die Verwendung hitzebee ständiger
Stähle einstellt. Besonders geeignet dazu sind die Stähle der DIN- Normen: 2.4640
IN, 2.48#6, 1.4876, 2.4858, 1.4864. Eingebunden in diesen Verfahrensbeschrieb sind
alle sog. warmfesten Stähle.
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Nach dem Stande der Technik werden Heißgase zum Beispiel aus Elektroöfen,
Kupolöfen, Siemens-Martinögen nach zwei brauchbaren Systemen gefiltert. Das erste
System basiert auf dem Einsatz von Elektrofiltern, bekannter Verfahren und Bauformen.
Diese Filterart hat ihre elektrophysikalisch bedingte Temperaturgrenze bei etwa
450 00. Filter für diesen Temperaturbereich werden nur sehr selten gebaut, und dann
nur in kleinen Einheiten wegen der unkontrollierbaren
Schwierigkeiten
die sich statisch aus der Materialdehnung ergeben. Bei Temperaturen über 450 °C
wird durch schwer kontrollierbare und steuerbare Elektronendiffussion und ungleichmäßig
werdender Ionisierung der Gase, dieses Prinzip indifferent und kann die heute unbedingt
nötigen und vom Gesetzgeber geforderten 100 mg/m3 / trocken, Reststaub nicht mehr
halten, oder nur mit einem sehr unwirtschaftlichen Aufwand. In allen Fällen wird
hier das Elektrofilter in der Trocken - Naßkombination arbeiten müssen. Das bedeutet
entweder einen Kühler vorschalten, oder einen Naßkonditionierungsturm für das Gas.
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Alle diese Verfahrensschritte wie Gaskühler, oder Gaskonditionierung
mit Wasser, verlagern das Problem und bringen mit dem Staubproblem das Schlamm -
Wasserproblem mit. Damit wird bei großem Aufwand das Verfahren unnötig kompliziert
und im Nachhinein wieder verunsichert.
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Das zweite bekannte System ist die mechanische Filterung mit textilen
Geweben in Filterrahmen, in Flächenfiltern, Schläuchen oder Säcken in Schlauchfiltern.
Zur Verwendung kommen meist synthetische Gewebe, deren optimale Dauertemperaturgrenze
für modifizierte Polyamide 240 °C ist.
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Der Einsatz von silikonisierten Glasfasergeweben als Filtermedien,
läßt zwar theoretische Temperaturen bis 400 0 zu, bringt aber mechanisch, besonders
für die Abreinigungsphase durch Rütteln und Rückblasen der Filtergewebe, so ungünstige
Voraussetzungen mit, daß nur in Ausnahmefällen der Einsatz von Glasfasergeweben
erwogen wird.
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Außerdem brin#gen die Glasfasergewebe so geringe spezifische Flächenleistungen
an Gasdurchsatz, daß mit der dreifachen Flächeninvestition, gegenüber synthetischen
oder Naturfasergeweben gerechnet werden muß.
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Bei der Filterung von Heißgasen kommen viele erschwerende Faktore
zusammen, welche die bekannten Systeme weit einengen. Elektrofilter benötigen eine
Wasserkonditionierung
für das Gas und erzeugen ein Schlammproblem
das in den meisten Fällen noch schwieriger zu lösen ist, als ein Staubproblem, besonders
bei löslichen Stoffen im Gas, die Anlagenkette wird teuer und indifferent. Gewebefilter
und Elektrofilter müßen oft, Gewebefilter immer einen Kühler vorschalten, wenn die
Gastemperatur über der Schadtemperatur der Gewebe liegt. Gerade dieses Glied, der
Kühler wird dabei zum schwierigen, indifferenten Teil und läßt sich in der Praxis
nie vorher klar verfahrensseitig eingrenzen. Es treten H20 Taupunktschwierigkeiten
auf, es treten Kohlenstoff-Taupunktschwierigkeiten auf, kohäsiver Staub, Graphite,
fluß, Stäube die durch die Wårmeeinwirkung einen Kalzinationsprozeß durchlaufen,
werden hydriert und sind im H20 Taupunkt wasserlöslich und verbacken in schneller
Reaktion zu Kalk oder Gips, binden dabei Eisenstäube und leiten so eine schwere
Verkrustung der Kühlfläche ein. Alle diese sogenannten unabwendbaren Prozeßschwierigkeiten
engen diese bekannten Verfahren ein.
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Mit der Erfindung des hier zu beschreibenden Heißgas-Rundzellen -
Rohrfilterkörper - Filters, werden alle diese vorbeschriebenen, den Stand der Technik
anzeigenden Merkmale überholt. Außerdem haben diese Rundfilterzellen eine hohe Wärmerückgewinnung
aus den heißen Gasen, durch die Ausbildung als Dampfdruckkessel und kompensieren
mit der rückgewonnenen Wärmeenergle, als Betriebsdampf oder Heißwasser die Betriebskosten.
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Dieses Runizellen - Heißgas - Rohrfilterkörper - Filter entspricht
im Prinzip einer früheren Anmeldung des Erfinders, der Saugschlauch-Rundfilterzelle,
geeignet in Einzel und Vielzellenverwendung als Normbaustein. Die Rundzelle, gefertigt
aus einem Normrohr, geeigneter Wandstärke und Materials, ist so gestaltet, daß als
besondere Kennzeichnung dieses Riindzellenfilters, jede Zelle ein für sich allein
voll funktionstüchtiges Glied ist und die Filterleistung nur durch die Zusammenschaltung
mehrerer Zellen entsprechend der Gasdurchsatzleistung bestimmt wird.
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Die Konstruktion des Rundzellen - Heißgas - Rohrkörper -Filters unterscheidet
sich von den bekannten Konstruktionen der Schlauchfilter dadurch, daß die Rohrfilterkörper
gemäß Figur 2, Pos. (1) fest mit dem Schwingrahmen Pos. (4) verschraubt sind. Die
Filterung geschieht umgekehrt als bei den bekannten Großfiltern, wie Flächen / Taschenfiltern,
und Schlauchfiltern, von außen nach innen.
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Das Rohgas strömt über die Kanäle Pos. (3) in die Rundzelle ein, wo
die Rohrfilterkörper in ökonomischer Form am Schwingrahmen Pos. (4) befestigt sind.
Der Rohrfilterkörper, seine Herstellung und das Filtermedium werden in einer besonderen
Untergruppe kennzeichnend behandelt. Bei der Durchströmung des Rohgases durch den
Rohrfilterkörper, dargestellt in den Figuren 3 und 4, lagern sich die Staubteilchen,
Feststoffteilchen gemäß Pos. (2) Fig. 4 außen an; das gereinigte Gas durchströmt
das trennende Filtermedium (4) Figur 4 und den Rohrfilterkörper (5) Fig. 4 und gehen
als Reingas durch das Innenrohr ab. In angepassten Zeitabständen wird in bekannter
Form abgereinigt. Reingas wird mit deutlich höherem Druck als der anliegende Filterdruck,
gemäß der Darstellung Figur 4 - Zustand Reinigen - rückgeblasen, wobei das Reingas
das Filtermedium von innen nach außen durchströmt und dabei die Feststoffschicht
vom Filtermedium ablöst. Die so gelockerten Feststoffe werden durch Rüttelbewegungen
der Rohrfilterkörper in achsialer Richtung gemäß (9) Figur 4 zusätzlich mechanisch
abgereinigt. Das in der Zelle umgekehrte Strömungsverhältnis in Richtung Staubwanne
und freiwerdende gradiente Kräfte der Feststoffe, befördern den Staub in die Sammelwanne
(5) Figur 1.
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Die im Filterinneren herrschende Temperatur von 600 und mehr Or wirkt
über den Zelleninnenmaihtel (7) Figur 2 auf das Arbeits- oder Kühlwasser (2) und
erzeugen Dampf oder Heißwasser, je nach Schaltung. Mit dieser die Erfindung kennzeichnenden
Verfahrensform und Bauweise, wird eine weitgehende Nutzung der sonst verlorengehenden
Wärmeenergie erreicht.
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Die Verwandung von Mineralwolle als Staubrückhaltemedium in sog. Staubspeicherfiltern
ist bekannt. Hier wird die Wolle in meinem abgedichteten Behälter in Bündeln oder
Lagen eingelegt. Die Filtereigenschaft wird mit zunehmender Verschmutzung immer
geringer. Für den Durchsatz großer heißer Gasmengen bei möglichst geringem Druckverlust,
der Cleichbleibend sein muß und für eine Regenerierung durch Abreinigung sind solche
Filterpackungen aus Mineralwolle unbrauchbar. Durch die noch nachzutragende kennzeichnende
Herstellmethode dieser mechanisch festen und ho chhit zebe ständigejh Mineralwolle
ist erstmals die Verwendung dieses ausgezeichneten Filtermediums mit Hilfe eines
Rohrfilterkörpers möglich.
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Die zu Flies gepreßte Mineralwolle, entsprechender Schichtdicke, die
gekämmte zu Lagen kreuz und quer gelegte Mineralwolle als Tuch, die versponnene
Mineralwolle zu Tuchen mit Keinen oder Köperbindungen werden wieder in geeigneter
Schichtdicke, entsprechend dem geforderten Rücklialtevermögen, in Lagen auf die
Rohrfilterkörper gewickelt. Nach dem Wickelvorgang werden die Nineralwolleauflagen
vorbeschriebener Art mit einem warmfesten Bindedraht Figur 4 (3) und entsprechend
der Anordnung Figur 3 gewickelt, je nach mechanischer Festigkeit der Fliese, Tuche,
Gewirke, enger oder weiter gewickelt. Damit erhält das Filtermedium eine Fremdstabilisierung
das auch die energischen Rüttelbewegungen bei hohen Temperaturen schadlos verträgt.
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Zur Erzeugung hochhitzebeständiger Mineralwolle wird eine ~legierung
von Basalt, ohne Dolomit, mit Kaolin, Aluminuimoxyden, Graphit, Nickeloxyden, Wolframoxyden
auf eine Körnung von 1 - 3 mm aufgemahlen. Minerale und Metalloxyde werden im Wannenschmwlzverfahren
als gut gemischtes Gemenge verschmolzen. Als Flußmittel wird in kleinen Mengen Kalk
zugegeben. Nach dem bekannten Düsenblasverfahren werden langfädige Wolle erzeugt
mit einer Fadenstärke von 5 bis 8 Micron. Für die Herstellung gekämmter Filtermedien
wie Tuch und Gewirke werden die Fäden im Vakuumverfahren abgenommen und auf Spulen
gewickelt.
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Die Rohrfilterkörper hängen an dem Schwingrahmen Figur 2, (4).
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Dieser Schwingrahmen'aus dem vorbeschriebenen warmfesten Stahl hängt
an vier Punkten mit Stehbolzen (11) an den einstellbaren Schwingfedern (9) Figur
1. Durch das Vorspannen der Federlast mit der Handschraube (15) läßt sich die Schwingbreite
einstellen. Die Isolierscheibe (8) dämmt die Strahlwärme des Filterdeckels zur Schwingfeder
(9). Pos.(10) Figur 1 stellt den Exzentererreger dar mit welchem die mechanischen
Schwingungen erzeugt werden, die über den Stößel (12) als Rüttelbewegungen, dem
Schwingrebmen (4) zugeleitet werden.
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Die Filterphase wird eingeleitet über einen Venilator der Heißgas
über die Kanäle (3)#einsaugt, die Rohrfilterkörper durchströmt und über das Abgangsrohr
mit Stellklappe (8) abgeleitet wird. Dabei ist die Klappe (8) offen und die X~uckspülklappe
(9) geschlossen. Beim Rückspülen - Abreinigen -werden die Klappen (8) / (9) umgestellt,
Reingas wird über die Spülleitung (10) gepreßt und reinigt wie vorbeschrieben die
Rohrfilterkörper. Der Anfallende Staub wird über die Austragsschnecke (13) zu einer
Zellenradschleus gebracht und abgegeben.
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Das besonders kennzeichnend für diese Erfindung zur Filterung heißer
gase von 600 und mehr °a ist die Verwendung von Rohrfilterkörpern als Lochbleche
Figur 4 (5) und Figur 3 (5) als grobporiges Stahl - Sintermaterial. Bei Einpassung
in Weicheisen als Zwischenlage und Dichtmaterial kann mit der erfind;irngs gemäßen
Anordnung auch keramisches Sintermaterial als Rohrfilterkörper und Träger des Filtermediums
verwandt werden. Das Filtermedium besteht aus in Lagen gekämmter hochhitzebeständiger
Mineralwolle, nach einem eigenen noch besonders zu beschreibenden Verfahren hergestellt,
als Flies, in einem Fasergewirr, als gekämmt Lage, kreuz und quer gelegt, ähnlich
der Leinenbindung von Geweben, wobei diese Bindungsart erfindungsgemäß mit eingebunden
ist, und als Gewebe mit versponnenen modifierten Mineralwollefasern.
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Solche nach diesem Verfahren hergestellte Mineralwolle war bei 900
0,0 nicht zu verflammen. Durch die Metallisierung der Mineralwolle wird eine Versinterung
im Arbeitsbereich, also für Temperaturen bis 700 °G ausgeschaltet. Eine diese hochhitzebeständige
Mineralwolle kennzeichnende Eigenschaft ist die hohe Heißneutralität. Die Legierung
von Basalt mit Kaolin und Aluminiumoxyden, mit der Stabilisierung durch Metalloxyde
Nickel, Wolfram, bei allgemein niedrigen SiO2-Gehalt des Gemenges, ergeben auch
bei hohen Temperaturen, wie sie in dieser Patentschrift angegeben sind, keine Anbackung
durch Verschmelzung. Diese Hitzeneutralität ist besonders kennzeichnend für diese
Legierung und die daraus erzeugten Fäden.
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Fliese, gekämmte Gewirke, Tuche aus dieser Mineralwolle werden mit
Phenolharz besprüht und auf Schichtdicke gewalzt, danach auf handelsüblichen Nähmaschinen
mit Metallfäden versteppt.
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Diese kennzeichnende Hitzeneutralität, verbunden mit hoher mechanischer
Festigkeit, auch bei hohen Temperaturen kissifizieren die erfindungsgemäße Mineralwolle
und ihre erfindungsgemäße Anwendung als Hochleistungsfiltermedium für hochheiße
Gase. Die erfindungsgemäßen Rohrfilterkörper mit dem vorbeschriebenen Mineralwollefiltermedium
haben als weiteren Vorteil einen geringeren spezifischen Widerstand, als vergleichbare
synthetische Gewebe, monophiler oder multiphiler Art.
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Die Verfahrensvorteile dieser Rohrfilterkörper mit Mineralwolle Filtermedien
sind eindeutig. Es gibt keinen H20 Taupunkt, es gibt keinen Kohlenstofftaupunkt,
es gibt keine Kohäsion durch Veränderung von Aggregatzuständen im Gase während der
Abkühlung, es gibt keine Anbackungen, weil bei Temperaturen über 550 °G die Gasphase
nicht unterschritten wird. Weitere eindeutige Vorteile sind die völlige Unabhängigkeit
des Filtermediums gegenüber elektrischen Eigenladungen, statischer elektrischer
Energie, spezifischem elektrischen Widerstand. Ein solches Filter scheidet mit
gleichem
Vorteil heißen Reinquarzstaub, wie Staub aus Elektroöfen, wie heißen aggressiven
Staub aus der Pyritaufbereitung ab. Die Zuhilfenahme von kühlenden Mitteln wie Wasser
entfällt. Das Einsatzgebiet dieses Filters ist praktisch uneingeschrankt, es ist
damit das erst echte Universalfilter. Dieser Begriff wird schutzrechtlich mit eingebunden.
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kie Erfindung und das Verfahren werden anhand der anliegenden Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel erklärt: Es stellen dar: Figur 1.
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(1) Außenmantel der Rundzelle, gleichzeitig Druckkessel, (2) Dampfaustrittsstutzen,
(3) Wassereintrittsstutzen, (4) Gaseintrittsrohre, (5) Staubwanne, (6) Verstärkungs
und Kühlrippen, (7) Sammelschnecke mit Austrag, (8) Wärmeisolierungsscheibe, (9)
Schwingfedern, (10) Rüttelaggregat, (11) Reingasohr mit Klappe, (12) Klappenverstellmechanismus,
(13) Spülgasrohr mit Klappe, (14) Verstellmechanismus hydraulisch, pneumatisch mechanisch,
(15) Einstellschraube.
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Figur 2 zeigt den Schnitt von Figur 1 in Richtung der Linie A-A (#)
Rohrfilterkörper mit Filtermedium, (2) Wassermantel zur Dampferzeugung, (3) einströmendes
Rohgas, (4) Schwingrahmen aus hochwarmfestem Stahl, (5) Dampfaustritt, (6) Wassereintritt,
(7) Innenmantelrohr, (8) Reingasklappe in Arbeitsstellung, (9) Spülklappe in Schließstellung,
(11) Stehbolzengehänge für Schwingrahmen, (12) Rüttelbolzen, (13) Austragsschnecke.
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Figur3 Rohrfilterkörper aus Sintermetall im Teilschnitt gezeichnet
mit aufgelegtem Mineralwollefiltermedium und Drahtverschnürung.
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(1) Unterplatte des Schwingrahmens mit Ausfräsung für den Rohrfilterkörper,
(2) Asbestdichtung, (3) hochwarmfester Wickeldraht, (4) Mineralwolle-Filtermedium,
(5) Sintermetallrohr.
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Figur 4 stellt den Querschnitt durch einen Rohrfilterkörper vor, wobei
die linke Hälfte symbolisch den Zustand " Filtern ~ darstellt, und die rechte Hälfte
den Zustand ~# Abreinigen ~ darstellt.
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(1) Unterplatte Schwingrahmen, (2) Rohgasstrom, (3) Wickeldraht,
(4) Mineralwollefiltermedium, (5) Lochblechfilterkörper, (6) Reingasstrom, (7) Reingsstrom
als Rückspülstrom, (8) abfallender, rückgeblasener Staub, (9) Rüttelbewegungen bei
der Abreinigung in achsialer Richtung.
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Patent Ansprüche.
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Verfahren, Vorrichtung und Filter zum Reingen feststoffbeladener Heißgase,
im Riindzellenbau, wobei jede Einzelzelle ein Normbaustein ist, für beliebige Anordnung
in Einzel- und Vielzellenbauform, bei gleichzeitiger Abhitzeenergieverwertung als
Dampfkessel und Warmwasserkessel.
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2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Rohrfilterkörper aus Stahl, warmfestem Stahl, hochwarmfestem Stahl, in der
Darbietung als Lochbleche, Grobsinterblech, Stangenmaterial zum Träger für das Filtermedium
ausgebildet werden. Eingebunden in diesen Anspruch ist die Verwendung von Keramikrohren,
als Rohrfilterkörper.
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3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3 dadurch gekennzeichnet,
daß legierte Mineralwolle aus dem Grundstoff Basalt, als kalibriertes Flies, als
Gewirke in gekämmten Kreuz -und querlage, als versponnene Mineralwolle in Tuchform,
auf den Rohrfilterkörper aufgewickelt werden und mit hochwarmfestem Draht befestigt
werden. Eingebunden in diesen Anspruch ist die Verwendung von Mineralwolle aus den
Grundstoffen Kaolin und Aluminiumoxyden.