DE2745066A1 - Granulatbett-filter - Google Patents

Description

Patentanwälte üipl.-lng. C u rt Wallach

Dipl.-Ing. Günther Koch

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Eejd^amp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 6. Oktober 1977

Unser Zeichen: l6 0)8 - Κ/Αρ

Anmelder: The Dueon Company, Inc.

E. Second Street
Mineola, New York 11501
USA

Bezeichnung: Granulatbett-Filter

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß US-PS 3 798 882 (deutsche Gebrauchsmusterschrift 72 42 945). Es hat sich bei kommerziellen Ausführungen des in der genannten Patentschrift beschriebenen Gerätes gezeigt, daß dieses nicht den erwarteten Wirkungsgrad ergibt. Extensive Versuche zur Einstellung und/oder zur Abwandlung des in der Patentschrift beschriebenen Gerätes erwiesen sich als unproduktiv. Die einzige Möglichkeit mit der es möglich war zu bestimmen, warum das bekannte Gerät nicht den erwarteten Wirkungsgrad aufwies bestand darin, das gesamte Gerät aus transparentem Polimerisations-Plastikmaterial herzustellen und das Filterbett während des Filtervorganges und während der Rückspülung zu beobachten.

Diese Beobachtung führte zu zwei wichtigen Erkenntnissen, die Ursache dafür sind, daß der erwartete Wirkungsgrad nicht erreicht werden konnte. Zum ersten zeigte sich, daß eine Fluidisierung des Filterbetts während des Rückwaschvorganges nicht durch Impulsstrahlen bewirkt werden konnte. Wie in der Patentschrift beschrieben, erfordert der Rückwaschvorgang

einen Hochdruck, der vorzugsweise zwischen 10,5 kg/cm und 14,1 kg/cm liegt, wobei dieser Hochdruckstrahl durch zwei Strahlen oder Impulse von Luft geliefert wird, die zeitlich so abgestimmt sind, daß ungefähr eine Verzögerung von 0,1 bis 0,15 Sekunden vorhanden ist. Es hat sich nunmehr gezeigt, daß die Impulse das Bett veranlassen, sich wie ein Kolben zu heben und zu senken, wodurch die Strömung durch den Schirm blockiert wird und der fluidisierte Zustand nicht erlangt werden kann.

Ein zweiter wichtiger Umstand, der dazu beitrug einen Übergang in den fluidisierten Zustand zu unterbinden bestand in dem Verhältnis zwischen der Größe der Filterkammer in Jedem Stapel

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im Vergleich mit der Höhe des Pilterbettes. Wie in der US-PS 5 798 882 ausgeführt, ist etwa 25Ji des Raumes in den Filterkammern über den Filterbetten frei von Material, so daß das Bett in diesen Raum hinein fluidisiert werden kann. Es hat sich nunmehr gezeigt, daß ein freier Raum von 25# unzulänglich ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der freie Raum über dem Filterbett wenigstens 6O# des Kammervolumens betragen muß und zweckmäßigerweise sogar 90Ji davon beträgt.

Weitere Abwandlungen des Gerätes Gemäß vorliegender Erfindung im Vergleich mit der bekannten Vorrichtung bestehen darin, den Druckabfall während des Filtervorganges zu vermindern. Infolge dieser Änderungen und anderer noch zu beschreibender Änderungen hat das Gerät nunmehr die erwarteten Eigenschaften und den erwarteten Wirkungsgrad, die bisher mit Geräten entsprechend der US-PS j5 79& 882 nicht erreicht werden konnten.

Das Gerät mit Granulatfilterbett weist ein Gehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß auf. Jede Filterkammer steht an ihrem oberen Ende mit dem Einlaß und an ihrem unteren Ende mit dem Auslaß in Verbindung. In jeder Filterkammer ist ein Filterbett aus granuliertem Material vorgesehen. Die Höhe des vom Filterbett eingenommenen Raumes in jeder Kammer liegt zwischen 10 und 4o£ der Kammerhöhe.

Es ist eine mit einem Ventil versehene Leitung vorgesehen, um das Filterbett durch Rückströmung auszuwaschen, indem das Granulat in den Raum über dem Bett fluidisiert wird. Der Rückwaschvorgang wird durch Einleitung von Luft mit konstanter Rate und konstantem Druck in den Auslaß während einer vorbestimmten Zeltdauer bewirkt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hoch wirksames Filter mit Granulatbett zu schaffen.

Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines wirksamen Filters mit Granulatbett und es soll ein Verfahren geschaffen werden, welches in Verbindung mit hohen Tamperaturen und schmutzigen Gasen benutzbar ist, welche feine Partikel enthalten, die entfernt werden müssen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt des erfindungsgemäß ausgebildeten Filtergerätes;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 gemäß Fig. 1.

In Figur 1 ist das Filtergerät insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Gerät 10 kann kreisförmig und/oder kreisringförmig ausgebildet sein, wie in der genannten US-PS beschrieben. Zur Veranschaulichung ist das Gerät 10 rechteckig ausgebildet.

In dem Gehäuse sind mehrere Filterkammern untergebracht. Mehrere Scheidewände 20, 22 und 24 sind parallel zur Vorderwand 12 amgeordnet und dadurch wird eine Einlaßkammer 26 gebildet. Es wird schmutziges Gas in die Einlaßkammer 26 über eine mit Ventil versehene Einlaßleitung 27 eingeleitet.

Das Gehäuse ist mit einer Auslaßkammer 28 versehen. Die Auslaßkammer 28 wird auf einer Seite durch die Rückwand 14 und auf der anderen Seite durch Wände 30, 42 und 54 gebildet, die aufeinander ausgerichtet sind. Die Wand 30 ist parallel zu den

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Wänden 16 und 20 und wirkt mit diesen zusammen, um eine Filterkammer 32 gleichförmiger Breite zu bilden, die ein Filterbett aus Granulatmaterial 34 definiert, das von unten her durch ein Sieb 36 abgestützt ist. Das Sieb 36 wird zweckmäßigerweise von Flanschen der Wände 30 und 20 getragen. Ein Einlaßschirm liegt, wenn er vorgesehen ist, über einer Einlaßöffnung am oberen Ende der Wand 20 benachbart zum oberen Ende der Kammer 32. Demgemäß steht die Kammer 32 mit der Einlaßkammer 26 über dem Schirm 38 in Verbindung und mit der Auslaßkammer 28 über den Schirm 36.

Die Wand 20 1st mit einer Tafel 40 versehen, die am oberen Ende einer Tafel 42 ansetzt. Die Wand 22 und die Tafeln bzw. Platten 40 und 42 definieren eine zweite Filterkammer 44 unter der Filterkammer 32 und auf diese ausgerichtet. Die Filterkammer 44 ist mit einem Einlaßsieb 46 in der Nähe des oberen Endes versehen, um eine Verbindung mit der Einlaßkammer 26 herzustellen. Die Kammer 44 enthält ein Filterbett aus Granulat 48, das von einem Sieb 50 getragen wird. Das Sieb bzw. der Schirm 50 wird von Flanschen der Tafel 42 und der Wand 22 getragen. Die Kammer 44 steht mit der Auslaßkammer 28 über den Schirm 50 in Verbindung.

Eine Platte 52, die einstückig mit der Wand 22 hergestellt ist, bewirkt eine Verbindung mit der Platte 54. Die Platten 52 und 54 bilden zusammen mit der Wand 24 eine dritte Filterkammer 56. Die Filterkammer 56 liegt unter den Filterkammern 32 und 44 auf diese ausgerichtet.

Ein Schirm 58 in der Nähe des oberen Endes der Kammer 56 stellt eine Verbindung zwischen der Kammer 56 und der Einlaßkammer 26 her. In der Kammer 56 befindet sich ein Filterbett aus Granulat 60, das von dem Schirm 62 abgestützt wird. Der Schirm 62 wird

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seinerseits von Flanschen der Wand 24 und der Platte 54 getragen. Die Kammer 56 steht mit der Auslaßkammer 28 über einen Schirm 62 in Verbindung.

Eine Auslaßleitung 64 steht mit dem unteren Ende der Einlaßkammer 26 in Verbindung. Die Leitung 64 ist mit einem Ventil 66 ausgerüstet. Der Boden der Kammer 26 kann nach der Leitung 64 hin abfallen. Über die Leitung 64 wird Schmutz abgezogen, der sich innerhalb der Kammer 26 angesammelt hat.

Eine Reingasauslaßleitung 68 steht mit der Auslaßkammer 28 in Verbindung. Die Leitung 68 ist mit einem Ventil 70 versehen. Eine Rückwaschleitung 72 steht mit der Auslaßkammer 28 in Verbindung. Die Leitung 72 ist mit im Abstand zueinander angeordneten Ventilen 74, 76 versehen, zwischen denen eine Durchflußöffnung 78 festen Querschnitts vorhanden ist. Ein einstellbarer Zeitgeber 75 steuert das Ventil 74.

Das Ventil 74 ist vorzugsweise ein schnell öffnendes Magnetventil. Das Ventil 76 ist vorzugsweise ein Druckregelventil, das einen konstanten Auslaßdruck aufrechterhält. Demgemäß steht die Membran 82 am Ventil 76 mit einer Leitung 72 stromab des Ventils 76 über eine Leitung 80 in Verbindung. Die Leitung 8O kann mit einem Druckanzeigegerät 83 versehen sein. Unter Druck stehende Luft wird der Leitung 72 stromauf vom Ventil 76 durch eine geeignete Pumpe oder einen Kompressor zugeführt, der ein Einlaßfilter besitzt.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist die Höhe des von dem Granulat gebildeten Bettes in Jeder Filterkammer 32, 44 und 56 beträchtlich kleiner als die Höhe der Kammern. Das Verhältnis der Höhe des Filterbetts zur Höhe der entsprechenden Kammern liegt vorzugsweise in dem Bereich zwischen 10 bis 4OJi. Die optimale Höhe für das Filterbett beträgt 20 bis 25# der Höhe der Filterkammern.

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Es hat sich gezeigt, daß innerhalb dieser Parameter die Filterbetten nicht wie ein Kolben während des Rückwaschvorganges auf und nieder bewegt werden und die Einlaßschirme 38, 46 und 58 nicht blockieren. Stattdessen werden die Pilterbetten in dem darüberliegenden Raum fluidisiert.

Es hat sich gezeigt, daß die Schmutzseite der Schirme 38, 46 und 58, wenn sie vorhanden sind, eine minimale Öffnungsfläche erfordert, und zwar nicht nur um den Druckabfall während des Filtervorganges auf einem Minimalwert zu halten, sondern auch dazu eine genügende Entlüftung für die Rückwaschluft zu liefern, so daß jegliches Granulat, welches die Höhe des Schirms, der den Rückwaschvorgang einleitet, nicht durch die Geschwindigkeit des Rückwaschgases gegen den Schirm gehalten werden kann. Es hat sich gezeigt, daß die Schirme 38, 46 und 58, wenn sie vorhanden sind, eine Öffnungsfläche von etwa 33Ji haben sollten und daß sie groß genug sein sollten, um über einer Einlaßöff-

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nung von wenigstens 194 cm pro 929 cm Bettoberfläche ihrer Jeweiligen Filterbetten zu liegen (wenigstens 30 Quadratzoll pro Quadratfuß Bettoberfläche).

Es hat sich gezeigt, daß zur gleichmäßigen Verteilung der Rückwaschluft über die gesamte Querschnittsfläche Jedes Filterbettes und ebenso zur Verteilung gleicher Mengen nach Jedem Filterbett,die parallel gleichzeitig einem Rückwaschvorgang unterworfen werden, der das Filterbett tragende Schirm einen gewissen minimalen Widerstand für die Rückwaschluft bieten sollte. In anderen Worten ausgedrückt sollen die Schirme 36, 50 und 62 nicht eine vorbestimmte maximale Öffnungsfläche überschreiten. Im Hinblick auf Menge und Druck der Rückspülluft, die erfindungsgemäß benutzt wird, hat es sich gezeigt daß die Schirme bzw. Siebe 36, 50 und 62 einen genügend großen Widerstand liefern wenn sie eine Durchtrittsfläche von 33£ besitzen und von unten her durch eine metallische Verstärkungsplatte

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abgestützt sind, die 290 Löcher von einem Durchmesser von

6 mm pro 929 cm (ein Quadratfuß) Plattenfläche besitzt. Jede Verstärkungsplatte trägt einen der Schirme 36, 50, 62, die ihrerseits das Filterbett aus Granulatmaterial 34, 48, 60 tragen.

Die Rückspülluft muß durch das Filterbett aus Granulat hindurchströmen, welches in genügender Menge fluidiseirt ist, damit die aufgesammelten Partikel entfernt werden können. Bei jeder gegebenen Oberflächengeschwindigkeit durch ein fludisiertes Bett ergibt sich eine maximale Menge von Teilchen, abhängig von Größe und Dichte, die von der Luft weggetragen werden können und es gibt eine maximale Menge von Teilchen, die das Filterbett in den Gasstrom übergeben kann. Letzteres hängt natürlich von der Konzentration der eingeschlossenen Partikel ab, die in jedem Zeitabschnitt innerhalb des fluidisierten Bettes vorhanden sind. Es ist dieser Wettbewerbsmechanismus der Möglichkeit der Entfernung der innewohnenden Konzentrationen, der die Gleichgewichtskonzentration von Partikeln, beispielsweise Schmutz in dem Filterbett bestimmt.

Die praktischen Grenzwerte für den Druckabfall über dem Filterbett während des Filtervorganges und das Volumen der Spüldruckluft erfordern daß die Spülluftströmung eine solche Größe hat, daß 0,0566 nr⁵ bis 0,1133 nr⁵ (2 bis 4 Kubikfuß) Luft pro Sekunde pro 0,0283 m (pro Quadratfuß) Filteroberfläche während einer Zeitdauer von etwa 8 bis 10 Sekunden zur Verfugung steht und diese Zeitdauer wird durch einen einstellbaren Zeitgeber 75 bestimmt.

Die Rückspülluft muß augenblicklich zur Verfügung stehen und mit einer konstanten Rate fortdauern. Es hat sich daher gezeigt, daß es in hohem Maße erwünscht ist, daß die Rückspülluft durch die öffnung 78 fließt bevor sie in die Kammer 28 eintritt. Es

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ist wichtig, daß im Gegensatz zur bekannten Praxis gemäß der genannten Patentschrift, wo die Rückspülluft vorzugsweise

unter einem Druck bis zu 14,1 kg/cm steht, nach der Erfindung die Rückspülluft unter einem Druck von nur 2,81 kg/cm steht. Das Filtergranulat ist vorzugsweise ein inertes Material z.B. Sand, und es kann herkömmliches Filtermaterial benutzt werden. Es können jedoch auch andere Filtermaterialien benutzt werden, z.B. granulierte Holzkohle, um gasförmige Verunreinigungen z.B. Schwefeldioxid durch Absorption zu entfernen. In der Zeichnung sind nur zwei Filterkammern 32, 44 und 56 veranschaulicht. Es kann Jedoch natürlich eine größere oder eine kleinere Zahl solcher Filterkammern benutzt werden.

Die Vorrichtung 10 arbeitet über einem weiten Temperaturbereich. Die Einlaßleitung 27 braucht nicht mit der Quelle schmutzigen Gases verbunden sein, aber sie kann mit irgendeiner Quelle eines Gases verbunden sein, die Teilchen enthält die bis zu einem Bereich unter 1 μ herabreichen und aus dem Gas entfernt werden sollen. In gleicher Weise kann die Rückspülung durch irgendein Gas, z.B. durch Luft bewerkstelligt werden.

Während des Filtervorganges sind die Ventile 66, 74 und 76 geschlossen und die Ventile in den Leitungen 27 und 68 sind offen. Während der Rückspülung sind die Ventile in den Leitungen 27, 68 geschlossen und die Ventile 66, 74 und 76 sind offen. Mit Ausnahme der beschriebenen Unterschiede ist die Arbeltsweise der Filtervorrichtung 10 die gleiche wie bei dem Filter nach der genannten Patentschrift.

Unter gewissen Bedinungen sind die Einlaßschirme 38, 46 und 58 nicht erforderlich. So können diese Einlaßschirme wegfallen, wenn die Kammer genügend hoch ist, so daß die Höhenlage,in der die Filterbetten angeordnet sind wenn sie durch Rückstromgas fluidisiert werden, vollständig unter dem Pegel des Unterrandes der Einlaßöffnung liegen.

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Claims (2)

Patentansprüche :

1. ..' Granulatbett-Filter mit einem Gehäuse, welches

einen Einlaß und einen Auslaß aufweist und wenigstens eine Filterkammer besitzt, die eine Einlaßöffnung in der Nähe des oberen Endes aufweist und mit dem Einlaß über die öffnung in Verbindung steht und mit einem Schirm benachbart zum unteren Ende der Kammer, die mit dem Auslaß über diesen Schirm in Verbindung steht und mit einem Filterbett aus Granulatmaterial innerhalb der Kammer über der Höhenlage des Schirms, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Bettes ^4,48,60) zwischen 1(# und 40Ji der Höhe der Kammer (32, 44, 56) beträgt, wobei der Raum über dem Filterbett frei ist, so daß das Bett in diesen freien Raum hinein fluidisiert werden kann und daß mit Ventilen versehene Leitungen (72 bis 78) mit dem Auslaß (28) in Verbindung stehen, um das Granulatmaterial in den Raum hinein zu fluidisieren, in dem Fuidisierungsluft mit ständig gleichförmigem Druck eingeführt wird.

2. Filter nach Anspruch 1,

dadurch gekennzei chnet, daß die mit Ventilen versehenen Leitungen eine Leitung (72) aufweisen, die eine Strömungsöffnung (78) mit festem Querschnitt zwischen einem ersten und einem zweiten Ventil (74,76) in der Leitung (72) aufweist.

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Filter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Filterbett aus Granulatmaterial besteht, welches eine Höhe zwischen 25mm und 76mm in Jeder Filterkammer an deren unteren Ende aufweist und daß die Fluidisierungsluft in einer Menge zwischen 0,0566 rP und 0,1153 m⁵ / see. für Je 929 cm² Filterbettoberfläche zugeführt wird. (Zwischen 2 und 4 Kublkfuß pro Sekunde und pro Quadratfuß Filteroberfläche)

Filter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einlaßschirm (84, 46, 58) der über einer

ρ Einlaßöffnung liegt, eine Größe von etwa 194 cm

Fläche pro 929 cm² Filterbettoberfläche besitzt (30 Quadratzoll pro Quadratfuß Filterbettoberfläche).

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