DE2529464A1

DE2529464A1 - Verfahren und vorrichtung zum abreinigen von filter-hohlkoerpern in filteranlagen

Info

Publication number: DE2529464A1
Application number: DE19752529464
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl Ing Ficker
Original assignee: Mikropul Mahl & Staubtech GmbH
Current assignee: Mikropul Mahl & Staubtech GmbH
Priority date: 1975-07-02
Filing date: 1975-07-02
Publication date: 1977-01-27

Description

"Verfahren und Vorrichtung zum Abreinigen von Filter-Hohlkörpern tn Filteranlagen'@ Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abreinigen von Filter-Hohlkörnern in Filteranlagen, deren Ftlterelemente auf der Innenseite mtt Stützkörben versehen sind, und die auf der Außenfläche von staub- und/oder aerosolbeladenen gasförmigen M @dien beaufschlagt werden, wobei das Abreinigen der Außenfldlche durch periodisches Einbauen von Druckluft in die Innenräume der Filter-Hohlkörper im Gegenstrom zum gereinigen gasförmingen Medium erfolgt.
Seit dem Jahr 1920 ist das Abreinigen von Filterflächen durch ein unter Druck stehendes Gas im Gegenstrom bekannt. Als Druckerzeuger wurde ein Ventilator verwendet, der gereinigte Luft ansaugt, verdichtet und ohne Drossel oder ein anderes Entepannungselement der Abreinigung zuführt. Die Abretnigungsvorrichtung selbst wurde noch mechanisch betätigt. Mittels dieser Methode konnte man eine Filterflächenbelastung bei unwesentlich mehr als 32 0,1 m /m /min erreichen.
Diese Filtersysteme für das Abreinigen gasförmiger Staub-/Luftgemische arbeiten mit Drücken, die mehr als eine Zehnerpotenz unterhalb des sogenannten kritischen Druckes liegen.
Erst 1957 kam ein Filterabretnigungssystem auf den Markt, das mit Gasdrücken im Bereich von 5 bis 8 atü arbeitet ohne jegliche mechanische Abreinigungsvorrichtung. Diese revolutionerende Idee hat sich in der Praxis hervorragend bewährt, so daß sie noch heute den optimal erreichbaren Stand der Technik darstelLt.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, dieses bewährte System zu verbessern und Filterflächenbelastungen zu erreichen, die weit oberhalb der derzeit möglichen Filterbelastung liegen.
Die Erfindung Löst diese Aufgabe, indem sie von einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Abreinigen von Filter-Hohlkörpern in Filteranlagen, die auf der Innenseite mit Stützelementen versehen sind, und die auf der AußenfLäche von staub- und/oder aerosolbeladenen gasförmigen Medien beaufschlagt werden, wobei die Abreinigung der Außenfläche durch periodisches Einblasen von Druckluft in die Innenräume der Filter-Hohlkörper im Gegenstrom zum gereinigten gasförmigen Medium erfolgt, ausgeht, und sie kennzeichnet sich dadurch, daß die Druckluft unter einem Druck von mindestens 1,9 ata in Entspannungs- undoder LaveldOsen eintritt, und im Oberkrfttschen Bereich unter Erzeugen einer im Oberschallbereich strömenden Druckluft aus den Leisen in die Innenräume der Filterhohlkörper eingeblasen wird.
Die Enspannungs- oder Lavaldüssen, nachfolgend Düsen gonnnt, können je nachdem, ob die Betriebsverhältnisse das Mitretssen von Zweitluft empfehlen, oberhalb, im Bereich oder unterhalb der Offhung, durch die die Druckluft in den Filterhohlkörper eindringt, angeordnet sein. Das Mttreisen von Zweitluft empfiehlt sich immer dann, wenn das Luftvolumen vergrößert werden muß.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Druckverhältnisse so einzustellen, daß allgemein ein Druck von 0,02 bis 0,5 ata an den Öffnungen der Filter-Hohlkörper herrscht, vorzugsweise jedoch 0,05 bis 0,2 ata. Die absoluten Druckverhältnisse beim Eintritt in die Dosen liegen nach der Erfahrung zwischen 1,9 und 50 ata, wobei die örtitchen Betriebsverhältnisse die Dimensionierung bestimmen Die Figuren 1 bis 4 erläutern die Erfindung Im Prtnztp läuft die Betriebsweise einer erfindungsgemäßen Filteranlage so ab, wie die der eingangs geschilderten Anlage mit Druckluftabreitung, d. h. daß periodisch in den Filterhohlkörper ein Druckluftetoss eingeleitet wird.
Von einem nicht gezeichneten Vorratsbehälter wird Druckluft und damit Druck- und Wärmeenergle zu einem Speicher bzw. Verteilerrohr 1 gebohrt.
An diesem sind die Dosen in Form von LavaldOsen 2 befestigt, und zwar im Ausführungsbeispiel nach Figur la so, daß der Austrittsquerschnitt der LavaldUsen 2 kurz oberhalb der Einblasöffnungen 4 des Filtergehäuses 3 zu liegen kommt. An diesem Gehause 3 sind im Bereich der Einblasoffnungen 4 Filterkragen 5 in bekannter Weise befestigt, welche ebenfalls in bekannter Weise Filter-Hohlkörper 6 mit StUtzkörben 7 lösbar und fixierbar aufnehmen. Zwischen den Filter-Hohlkörpern 6 können Trennbleche 8 vorgesehen werden, Rein schematisch ist der aus den Lavaldüsen 2 austretende Druckluftstrahl 9 sowie sein Strahlkern 10 angedeutet.
Die Figur 1 b zeigt eine Ausführung, bei weicher die Lavaldüsen 2 in die Einblasöffnung 4 der Anordnung 3, õ um einen Betrag 11 hineinragen.
In Figur 2 ist Querschnitt in die Anordnung einer Lavaldüse im Speicherrohr 1 vergrößert gezeigt. Im Beretch 13 kann die Lavaldüse 2 in das Spoicherrohr 1 mtt Preßsitz eingepreßt werden. Darüber hinaus ist im Be reich 12 auch eine Sicherung durch Schweißen oder Löten denkbar.
Die Figur 3 erläutert schematisch in einem Diagramm die Druckverhältnisse bei pneumatischer Filterarbreinigung durch periodischen Energieabbau im unterkritischen Bereich. Erklärt ist hier, daß tm Schlaucheintritt.bereich keine Geschwindigkeitszu-bzw. zabnahmc erfolgt, so daß hier im unter kritischen Bereich keine periodischen Druckschwankungen entstehen und dieser damit technisch nicht verwendbar ist.
In Figur 4 wird im Diagramm der für die Erfindung wesentliche überkritische Bereich erläutert.
Die Druckdtfferenz zwischen dem Druck am Strahlrohr- Austritt und dem Druck im Filterschlauch wtrd periodisch abgebaut, was mit einer Geschwindigkeitszunahme verbunden ist.
Beim Ausströmen der im sogenannten Spetcherrohr 1 befindlichen Druckluft wird die Druck- und Wärmeenergie, die das Medium im Vorratsbehältor (nicht gezeichnet) noch hat, weitestgehend in kinetische Energie des austretenden Druckluftstrahles 9 umgesetzt. Nach den Gesetzen der Gasdynamik lässt sich bei einer derartigen Expansion der Druck im Austrittequerschnitt des Speicherrohres (bekannte Anordnung von Bohrung im Speicherrohr) nur bis zum kritischen Druck entspannen, d. h. daß die Druckluft höchstens mit Schallgeschwindigkeit strömt.
Bei Luft und zweiatomigen Gasen wird wobei pa der Druck an der Austrittstelle bzw. an der engsten Stelle der Lavaldüse und pi der Druck im Speicherrohr ist Bei weiterer Entspannung, d. h. wenn Pa < Pkrit. S ergibt sich folgender Verlauf.
Bei Filtern 6 mit Abreinigung des vorstehend genannten unterkritischen Druckbereiches weitet sich kurz nach Verlassen des Strahl rohres der Gasstrahl explosionsartig aus und nimmt dabei so hohe Seitengeschwindigkeiten an, daß im Stahlkern Unterdruck auftritt. Anschließend veranlaßt der Aussendruck, d. h. der Betrtebsdruck Im Filter, eine Kompression des Strahles, so daß nunmehr der Strahlern Überdruck aufweist.
Dieses Phänomen der Energieverzehrung wiederholt sich periodisch so oft, bis die Oberdruckenergle ( P = pkrit. - Pa) aufgezehrt Ist. Die starke Geräuschbildung, die damit einhergeht, hat mit technisch verwertbarer Energie nichts gemein. Sie ist aber umwetttschnisch erheblich störend.
Bei einem Filter mit 7 bar Druckluft Im Speicherrohr 1 ergibt sich also eine maximal mögliche Druckabsenkung am Strahlrohraustritt auf p = Pl o,528 = 7' 0,528 = 3,7 bar. Weitere Druckabsenkung auf Pa # 1 bar ergibt einen Druckverlust (Verdichtungsstösse) ohne technische Nutzung von 2,7 bar.
Es ergibt sich demzufolge die Frage, wie groß der Druck im Speicherrohr 1 bei dem bekannten System sein darf, d. h. im Bereich der Schallgeschwindigkeit, um die vorstehend geschilderten Stroßverluste zu vermeiden: Dieser geringe Systemdruck bedingt aber wesentlich größere Abmessungen von Speicherrohr, Strahlrohr, Ventilen und dergleichen, um denselben Impuls wie bei dem Vergleichssystem mit 7 bar zu erreichen. So strömen beispielsweise bei einer Ventiöffnungszeit (Verlustziffer α = 0,33) von 0,1 sec bei einem Druck im Speicherrohr von 7 bar etwa 4,7 NL, dagegen bei 0,5 bar Druck im Speicherrohr und sonst gleichen Bedingungen lediglich 0,8 NL. Das entspricht einem nahezu Linearen Verlauf.
Diese erfindungsgemäßen Erkenntnisse und Gesetzmäßigkeiten der Strömung fahren zu einem Abreinigungssytem mtt unmittelbar an das Druckluftsystem 1 angeschlossenen Entsparnungs- oder LavaldOsen 2, die es ermöglichen, die Expansion prektisch verlustions über den kritischen Punkt hinauszuführen.
Die sich im engsten Teil der Lavaldüse einstellende Schallgeschwindingkeit Wa erfährt durch die Erweiterung der Dose Überschallgeschwindigkeit: aus dieser Formel ergibt sich ein positives A F/F als Mach 1, somit eine Erweiterung des Querschnittes der Düse in Pichung der Strömung.
die Ausbildung der Düsen müßte dementsprechend umgekehrt sein bei Geschwindigkeiten, die unterhalb Mach 1 liegen.
Bei Vakuum-Filteranlagen kann mit wesentlich geringerem Druck (pi) gearbeitet werden. Bei absolutem Vakuum wird dann - da p = 0 bar -W'a vac.
Der Klammerausdruck wird in dem einen Fall positiv, im anderen negativ.
Sei Atmosphärendruck im Speicherrohr (pi = 1 bar) ergibt sich flir die Isentrope und bei reibungslosem Fall die Höchstegschwindigkeit zu w' a vac.
757 m/s.
Beispiel Der nachstehende, praxisnahe Vergleich soll den Vorteil Überschallströmung mit Lavaldüse gegenüber den auf dem Markt befindlichen, mit Druckluft abreinigenden Staubfütern verdeutlichen.
Erfahrungsgemäß liegen bei o. a. bekannten Filtern die Ausströmgeschwindigketten zwischen 100 und 200 m/s.
Beim erfindungsgemäßen System wird mit pi=6bar ) ) Luftspeicherrohr ti=25°C ) FH=1cm² = 1,15 cm# im Hals der Lavaldüse: Ausströmmenge an Luft in 0,1 sec (übliche Abreinigungsdauer): V = ca. 10NL.
Austrittsgeschwindigkeit Wa = 465 m/s Austrittsfläche der Lavaldüse: FA = 1,48 cm² = 1,86 cm # am Düsen~ ende.
Daraus ergibt sich aber auch, daß beim Lufteintritt in die Düse energieverzehrende Turbulenz vermieden wird.
Unter Einführen einer Verlustziffer für Geschwindigkeit, Kontraktion und Ausfluß von #=0,9 wird die effektive Austrittsgeschwindigkeit waeff.=0,9 # 465 = 420 m/s.
Damit ergibt sich ein prozentualer Verlust an kinetischer Energie zwischen dem bekannten und dem erfindungsgemäßen System rechnerisch zu: System nach dem Stand der Technik : E1 = W12 = 2002 = 40.000 m²/s², System nach der Erfindung : E2 = W22 = 4202 = 175.000 m²/s².
22 Setzt man den Wert von 176.000 m /s beim DOsen-/Entspannungssystem gleich 100 %, so erzielt das System nach dem Stand der Technik mit Druckluftabreinigung mit 40.000 m²/s lediglich 23%. Die Differenz von 100 % - 23% % = = 77 % geht bei dem bisherigen System durch Verwirbeln an der Druckluftaustrittsstelle verloren.
In der Praxis kann je nach Länge der Lavaldüse 2, d. h. je nach der Verarbeitung eines Druckgefälles der gewünschte Druck am Schlaucheintritt erzielt werden.
Das erfindungsgemäße System bietet eine Vervielfachung der Enorgteaussnutzung, eine erheblich gesteigerte spezifische Filterleistung und damit einen entsprechenden Raumgewinn, d. h. eine erhebliche Verkleinerung der Filteranlagen.
Liste der Bezugszeichen 1 Speicherrohr 2 LavaldOse 3 Filtergehäuse 4 Einblasöffnung 5 Füterkragen 6 Füterhohlkörper 7 StQtzkorb 8 Trennblech 9 Druckluftstrahl 10 Strahlkern 11 Bereich (hineinragender) 12 Befestigungsstelle (evtl.) 13 Preßsitz

Claims

"Verfahren und Vorrrichtung zum Abreinigen von Filter-Hohnkörpern in Filteranlagen" Patentansprüche 1.' Verfahren zum Abretntgen von Filter-Hohlkörpern in Filteranlagen, deren Filterelemente auf der Innenseite mit Stutzkörben versehen sind, und die auf der Außenfläche von staub- und/oder aerosolbeladenen gasförmingen Medien beaufschlagt werden, wobei die Abreinigung der Außenfläche durch periodisches Einblasen von Druckluft in die Innenräume der Filterhohlkörper im Gegenstrom zum gereinigten gasförmigen Medium erfolgt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Druckluft einem Druck von mindestens 1,9 ata in Enteparnungs- oder Lavaldüsen eintritt, und im überkritischen Bereich, unter Erzeugen einer im Überschallbersich strömengen Druckluft, aus den Düsen in die Innenräume der Filter-Hohlkörper eingeblasen wird.
2. Verfahrnnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßdie Druckluft oberhalb des Öffnungsbersichs der Filter-Hohlkörper aus den Düsen ausströmt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß dle Druckluft im Bereich der Örrhungen der Filter-Hohlkörper oder unter diesen aus den Düsen ausströmt.
4. Verfahren den Ansprüchen 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft an den Dosenaustrittsöffriungen einen Druck von 0,02 bis 0,5 ata, vorzugsweise 0,05 bis 0,2 ata, je nach Länge der Düse, besitzt.
5. VerChren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Druckluft im Druckbereich von 1,9 bis 50 ata in die Dosen eintritt.
6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, bestehend aus Filter-Hohlkörpern in Filteranlagen, Stütztkörben auf der Innenfläche der Filter-Höhlkörper, Einblasvorrichtungen für die Abreinigungsluft in die Filter-Hohnkörper, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Einblasvorrichtungen Entspannungs-und/oder Lavaldüsen angaordnet sind.
7. Vorrichtungen nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Filter-Hohlkörpern Trennbleche angeordnet sind.

L e e r s e i t e