DE3515345C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Strömung eines aus einem Filter austretenden Gasstromes - Google Patents

Description

• Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Überwachung der Strömung bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung derart zu verbessern, daß die Überwachung der Strömung ohne komplizierten apparativen Aufwand bei herkömmlichen Filterelementen durchgeführt werden kann.
• Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man mittels eines oberhalb der offenen Oberseite angeordneten, zur Innenseite des Filters offenen Staurohres den Staudruck des aus dem Filter ausströmenden Gases und daraus dessen Strömungsgeschwin digkeit bestimmt.
• Es genügt also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, oberhalb des offenen Filterendes ein Staurohr anzuordnen und den sich darin ausbildenden Staudruck zu bestimmen, der ein Maß für die Ausströmgeschwindigkeit des filtrierten Gases darstellt. Eine solche Staudruckbestimmung kann oberhalb jedes einzelnen Filterelements in einfachster Weise durchgeführt werden, ohne daß dazu das Filterelement verändert werden muß.
• Bei einer Vorrichtung mit mehreren parallel geschalteten Filtern, wie sie üblicherweise bei Vorrichtungen der geschilderten Art verwendet werden, verbindet man die den einzelnen Filtern zugeordneten Staurohre nacheinander mit einer einzigen Staudruckmeßeinrichtung Es genügt also in diesem Falle, für jedes Filterelement ein eigenes Staudruckrohr vorzusehen, wobei diese Staudruckmeßrohre nacheinander mit nur einer Meßvorrichtung verbunden werden können, so daß der konstruktive Aufwand insgesamt sehr gering gehalten werden kann.
• Ein großer Vorteil des beschriebenen Verfahrens liegt darin, daß Schließventile, die die Staudruekrohre selektiv mit der Meßeinrichtung verbinden, außerhalb des Hochtemperaturbereiches angeordnet werden können, so daß keine besonderen konstruktiven Maßnahmen zum Schutz dieser Einrichtungen notwendig sind.
• Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß man als Staudruckrohr ein Impulsabreinigungsrohr verwendet, und daß man dieses abwechselnd mit einer einen in das Filter gerichteten Gasstoß erzeugenden Gasquelle bzw. mit einer Stau~ druckmeßeinrichtung verbindet. Diese Ausführung hat den großen Vorteil, daß die bei der Impulsabreinigung ohnehin oberhalb jedes Filterelements vorgesehenen Rohre gleichzeitig als Staudruckrohre verwendet werden können, ohne daß erhebliche Umbauten notwendig sind. Es genügt dazu, wenn die Abreinigungsrohre mit einer zusätzlichen, verschließbaren Verbindungsmöglichkeit mit der Staudruckmeßeinrichtung versehen werden.
• Besonders vorteilhaft ist es, wenn man bei mehreren parallel geschalteten Filtern ein Filter automatisch verschließt, wenn der Staudruckwert dieses Filters einen bestimmten Wert überschreitet. Dieses Ansteigen des Staudruckes zeigt an, daß die Strömungsgeschwindigkeit, mit der das Gas aus dem Filterelement austritt, höher geworden ist, als es bei unbeschädigtem Filter der Fall sein kann, d. h. ein zu hoher Staudruckwert zeigt eine Beschädigung eines Filterelements an. Um hier eine Verunreinigung des durch die anderen Filterelemente tretenden, gereinigten Gases zu vermeiden, kann man durch sofortige automatische Verschließung des beschädigten Filters diesen unerwünschten Nebenschluß beseitigen.
• Umgekehrt ist es vorteilhaft, wenn man in Filter, bei denen der Staudruckwert einen bestimmten Wert unterschreitet, zur Abreinigung einen Gasstoß einleitet.
• Ein zu geringer Staudruckwert zeigt eine übermäßige Verschmutzung eines Filterelementes an, die durch die an sich bekannte Impulsreinigung wieder beseitigt werden kann.
• Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens zu schaffen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die gekennzeichnet ist durch ein zur Innenseite des Filters offenes, oberhalb des oben offenen Filters angeordnetes Staudruckrohr sowie eine Staudruckmeßeinrichtung mit der das Staudruckrohr verbindbar ist.
• Es ist dabei vorteilhaft, wenn die Staudruckmeßeinrichtung eine Meßleitung zur Bestimmung des statischen Druckes im Bereich oberhalb der Filter sowie ein Subtraktionsglied umfaßt, welches die Differenz des Druckes im Staudruckrohr und des Druckes in der Meßleitung bestimmt. Auf diese Weise läßt sich der aufgrund der Gasströmung hervorgerufene Staudruck in einfacher Weise bestimmen.
• Vorteilhaft ist es, wenn mehrere Staudruckrohre über Schließventile nacheinander einzeln mit dem Subtraktionsglied verbindbar sind. Auf diese Weise kann der Betriebszustand der Filterelemente nacheinander mit nur einer Vorrichtung überwacht werden.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß Staudruckrohre über Schließventile mit einer einen in die Filter einleitbaren Gasstoß erzeugenden Gasquelle verbindbar sind und daß die Staudruekrohre stromabwärts der Schließventile über durch weitere Schließventile verschließbare Leitungen mit der Staudruckmeßeinrichtung verbindbar sind. Durch diese einfache Modifikation der an sich bekannten Gasstoßabreinigung kann das an sich bereits vorhandene Rohrsystem gleichzeitig zur Überwachung des Betriebszustandes jedes einzelnen Filterelementes verwendet werden.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Steuerung vorgesehen, die die Schließventile verschiedener Filter nacheinander öffnet, wobei bei einem Filter gleichzeitig nur entweder das Schließventil zur Gasquelle oder das Schließventil zur Staudruckmeßeinrichtung geöffnet ist.
• Es kann vorgesehen sein, daß die Steuerung das Schließventil zur Gasquelle eines Filters kurzzeitig öffnet, bei dem sich bei der Staudruckmessung ein Wert des Staudruckes ergeben hat, der unter einem vorgegebenen Wert liegt.
• Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient in Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Filteranlage mit Gasstoßabreinigung und Staudrucküberwachung und F i g. 2 eine Ansicht ähnlich F i g. 1 eines abgewandelten Ausführungsbeispiels, bei dem zur Erhöhung der Übersicht nur ein Filterelement dargestellt ist.
• Die in den Zeichnungen dargestellten Vorrichtungen umfassen einen verschlossenen Behälter 1, der durch eine Lochplatte 2 in einen unteren Teilraum 3 und in einen oberen Teilraum 4 unterteilt wird. Der untere Teilraum 3 steht mit einer Gaszufuhr 5 in Verbindung, der obere Teilraum 4 mit einem Gasauslaß 6.
• In die Löcher der Lochplatte 2 sind von oben her eine größere Anzahl von topf- oder kerzenförmigen Filterelementen 7 eingehängt, die vorzugsweise aus einem keramischen Werkstoff bestehen und eine langgestreckte, kreiszylinderförmige Gestalt aufweisen. Die Zahl dieser Filterelemente kann dabei sehr groß sein, benachbarte Filterelemente hängen dicht nebeneinander.
• Oberhalb des offenen Endes 8 jedes Filterelementes 7 ist auf der Mittelachse des Filterelements ein Rohr 9 angeordnet, welches knapp oberhalb des offenen Endes 8 des Filterelementes 7 endet und in Richtung auf das Filterelement offen ist. Der Durchmesser der Rohre 9 ist kleiner als der Innendurchmesser der Filterelemente 7, so daß aus den Filterelementen ausströmendes Gas am Rohr 9 vorbei in den oberen Teilraum 4 austreten kann.
• In jedem Rohr 9 ist ein Schließventil 10 angeordnet, beispielsweise ein elektrisch betätigbares Magnetventil, welches über eine Steuerleitung 11 betätigbar ist. Diese Schließventile 10 verschließen eine Verbindung des Rohres 9 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Hochdruckgasquelle, die für alle Rohre 9 gemeinsam sein kann.
• Zwischen den Schließventilen 10 und dem freien Ende der Rohre 9 zweigt von jedem Rohr 9 eine Leitung 12 ab, wobei sich alle Leitungen 12 sämtlicher Rohre 9 zu einer gemeinsamen Meßleitung 13 vereinigen. Vor der Vereinigung zur gemeinsamen Meßleitung 13 ist in jeder Leitung 12 ein Schließventil 14 angeordnet, beispielsweise ein elektrisch betätigbares Magnetventil, welches über eine Steuerleitung 15 betätigbar ist. Die gemeinsame Meßleitung 13 führt zu einer Staudruckmeßeinrichtung 16, die über eine zweite Referenzleitung 17 mit dem oberen Teilraum 4 des Behälters 1 verbunden ist.
• Im Betrieb der beschriebenen Vorrichtung strömt zu reinigendes Gas unter hohem Druck und hohen Temperaturen über die Zufuhr 5 in den unteren Teilraum 3 ein und gelangt von außen nach innen durch die Filterelemente 7 hindurch. Das gereinigte Gas tritt an der Oberseite der Filterelemente 7 in den oberen Teilraum 4 aus und verläßt diesen durch den Auslaß 6 zur weiteren Verwendung.
• Zur Überprüfung der Austrittsströmungsgeschwindigkeit des gereinigten Gases aus einem bestimmten Filterelement 7 wird bei dem diesem Filterelement zugeordneten Rohr 9 das Schließventil 10 geschlossen, während das Schließventil 14 geöffnet wird. Dadurch wirkt der sich im Inneren des Rohres 9 ausbildende Druck, der sich aus dem statischen Druck im Auslaßbereich und aus dem Staudruck des strömenden Gases zusammensetzt, über die Meßleitung 13 auf die Staudruckmeßeinrichtung 16, der über die Referenzleitung 17 der statische, im oberen Teilraum 4 herrschende Druck zugeführt wird. In einem Subtrahierglied der Staudruckmeßeinrichtung wird die Differenz dieser beiden Druckwerte gebildet, die ein Maß ist für den am Filterauslaß herrschenden Staudruck, der wiederum eine Information gibt über die Ausströmgeschwindigkeit und den Volumenstrom des Gases am Filterauslaß.
• Liegt der dabei gemessene Wert zwischen zwei vorher bestimmten Grenzwerten, ist dies ein Nachweis für einen normalen Betrieb des Filterelements. Übersteigt der Staudruck einen oberen Grenzwert, so zeigt dies an, daß durch das Filterelement ein zu hoher Gasstrom hindurchtritt, beispielsweise durch eine Beschädigung des Filterelements, wie dies bei dem mittleren Filterelement in F i g. 1 angedeutet ist. In diesem Falle kann durch die das Überschreiten des Referenzwertes feststellende Steuerschaltung automatisch ein Verschluß des beschädigten Filterelementes erfolgen, beispielsweise durch Auflegen einer Verschlußplatte auf das beschädigte Filterelement.
• Liegt der Staudruck jedoch unterhalb eines vorbestimmten Minimalwertes, so zeigt dies eine unzulässig hohe Verschmutzung des Filterelementes an. Die Steu- erschaltung kann dann automatisch eine Abreinigung des Filterelementes vornehmen. Dazu wird das Schließ~ ventil 14 geschlossen und anschließend wird das Schließventil 10 kurz geöffnet, so daß ein Gasstoß durch das Rohr 9 in das Innere des entsprechenden Filterelementes gelangt, der das Filterelement in umgekehrter Richtung durchströmt und dabei an der Außenseite des Filters abgelagerte Verschmutzung abstößt.
• Es ist vorteilhaft, wenn zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems die Betriebsbedingungen der Filterelemente nacheinander geprüft werden, indem die entsprechenden Schließventile 14 zeitlich und nacheinander geöffnet werden. Der jeweils festgestellte Betriebszustand kann auf einer Anzeigetafel sichtbar gemacht werden, vorzugsweise auf einem Bildschirm 18, auf dem alle Filterelemente angezeigt werden. Durch geeignete Symbole kann normaler Betriebszustand, erhöhte Verschmutzung oder Beschädigung angezeigt werden, so daß eine Bedienungsperson sofort den jeweiligen Betriebszustand der Gesamtanlage erkennen kann.
• Üblicherweise wird bei Anlagen dieser Art auch die Abreinigung während des normalen Betriebes ununterbrochen durchgeführt, wobei jeweils nacheinander bestimmte Filterelemente durch kurzzeitiges Öffnen des entsprechenden Schließventils 10 gereinigt werden. Es ist vorteilhaft, wenn die Abreinigung durch Öffnen des Schließventils 10 und die Staudruckbestimmung durch Öffnen des Schließventils 14 sowohl zeitlich als auch örtlich versetzt erfolgen, d. h. bei einem Filterelement erfolgen Abreinigen und Staudruckbestimmungen zu verschiedenen Zeiten, während andererseits Abreinigung und Staudruckbestimmung gleichzeitig an unterschiedlichen Stellen der Lochplatte durchgeführt werden. Auf diese Weise wird vermieden, daß sich die Abreinigung und die Staudruckbestimmung gegenseitig in unerwünschter Weise beeinflussen.
• Bei dem beschriebenen Verfahren ist besonders vorteilhaft, daß die als Staudruck-Meßsonden eingesetzten Rohre 9 durch die zyklische Abreinigung immer wieder gereinigt werden, d. h. man erhält hier zwangsläufig ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand sich immer wieder reinigende Meßsonden. Die Anlage kann bei extremen Bedingungen betrieben werden, d. h. bei hohen Drücken, sehr hohen oder sehr tiefen Temperaturen, bei Strahlenbelastung etc., da die eigentlichen Meßinstrumente außerhalb des kritischen Bereichs angeordnet werden können. Die Messung kann während des Betriebes durchgeführt werden und gibt zuverlässig Auskunft über den Betriebszustand jedes einzelnen Filterelementes. Dabei ist auch bei bereits stehenden Anlagen eine Umrüstung mit geringem Aufwand möglich, da die ohnehin vorhandenen Abreinigungssysteme als Meßsonden verwendet werden können.

Claims (11)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Überwachung der Strömung des aus einem topfförmigen Filter aus dessen offener Oberseite austretenden, gereinigten Gasstromes, dadurch gekennzeichnet, daß man mittels eines oberhalb der offenen Oberseite angeordneten, zur Innenseite des Filters offenen Staudruekrohres den Staudruck des aus dem Filter ausströmenden Gases bestimmt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einer Vorrichtung mit mehreren, parallel geschalteten Filtern die den einzelnen Filtern zugeordneten Staudruckrohre nacheinander mit einer einzigen Staudruckmeßeinrichtung verbindet.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Staudruckrohr ein Impulsabreinigungsrohr verwendet und daß man dieses Rohr abwechselnd mit einer einen in das Filter gerichteten Gasstoß erzeugenden Gasquelle bzw.

   mit einer Staudruckmeßeinrichtung verbindet.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man bei mehreren parallel geschalteten Filtern ein Filter automatisch verschließt, wenn der Staudruckwert dieses Filters einen bestimmten Wert überschreitet.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man in Filter, bei denen der Staudruckwert einen bestimmten Wert unterschreitet, zur Abreinigung einen Gasstoß einleitet.
6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Ansprüche 1 bis 5 mit mindestens einem topfförmigen Filter, gekennzeichnet durch ein zur Innenseite des Filters (7) offenes, oberhalb des oben offenen Filters (7) angeordnetes Staudruckrohr (9) sowie eine Staudruckmeßeinrichtung (16), mit der das Staudruckrohr (9) verbindbar ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Staudruckmeßeinrichtung eine Referenzleitung (17) zur Bestimmung des statischen Drucks im Bereich oberhalb der Filter (7) sowie ein Subtraktionsglied umfaßt, welches die Differenz des Druckes im Staudruckrohr (9) und des Druckes in der Referenzleitung (17) bestimmt.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Staudruckrohre (9) über Schließventile (14) nacheinander einzeln mit der Staudruckmeßeinrichtung (16) verbindbar sind.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Staudruckrohre (9) über Schließventile (10) mit einer einen in die Filter (7) einleitbaren Gasstoß erzeugenden Gasquelle verbindbar sind und daß die Staudruckrohre (9) stromabwärts der Schließventile (10) über durch weitere Schließventile (14) verschließbare Leitungen (12) mit der Staudruckmeßeinrichtung (16) verbindbar sind.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung (19) vorgesehen ist, die die Schließventile (10,14) verschiedener Filter (7) nacheinander öffnet, wobei bei einem Filter (7) gleichzeitig nur entweder das Schließventil (10) zur Gasquelle oder das Schließventil (14) zur Staudruckmeßeinrichtung(16) geöffnet ist.
11. 11 Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (19) das Schließ- ventil (10) zur Gasquelle eines Filters (7) kurzzeitig öffnet, bei dem sich bei der Staudruckmessung ein Wert des Staudruckes ergeben hat, der unter einem vorgegebenen Wert liegt.

    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Strömung des aus einem topfförmigen Filter aus dessen offener Oberseite austretenden, gereinigten Gasstromes sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit mindestens einem topfförmigen Filter.

    Bei der Filterung von Gasen, die beispielsweise durch Kohlevergasung gewonnen und bei Temperaturen von etwa 1000°C gereinigt werden sollen, werden Filterbehälter verwendet, in denen eine größere Anzahl von topf- oder kerzenförmigen Keramikfiltern nebeneinander in eine Lochplatte eingehängt sind. Die Loch platte unterteilt dabei einen großen abgeschlossenen Behälter in zwei Teilräume, wobei in den unteren Teilraum das zu reinigende Gas eingeleitet wird, das von außen nach innen durch die Filterelemente hindurchtritt. Aus dem Innenraum der an der Oberseite offenen Filterelemente gelangt das gereinigte Gas in den oberen Teilraum des Behälters und wird aus diesem zur weiteren Verwendung abgeleitet. Eine solche Filteranlage ist beispielsweise beschrieben in Proceedings of the Filtech Conference, London, Sept. 27-29, 1983, Seiten 384-395. Bei dieser Vorrichtung ist weiterhin eine Filterreinigungseinrichtung vorgesehen, die oberhalb von jedem Filterelement angeordnete Abreinigungsrohre aufweist, die unmittelbar oberhalb des offenen Endes der Filterelemente enden und mit einer Gasquelle verbindbar sind.

    Durch diese Rohre können kurze Gasstöße in den Filterinnenraum eingeleitet werden, die entgegengesetzt dem üblichen Strömungsweg des Gases bei der Filtration durch die Filterelemente hindurchtreten und diese an ihrer Außenseite abreinigen.

    Derartige Filteranlagen arbeiten mit einer sehr großen Anzahl von Filterelementen, und es ist daher außerordentlich schwierig, die einzelnen Filterelemente auf einwandfreie Funktion zu überwachen. Werden die Filterelemente zu stark verunreinigt, sinkt der Durchsatz durch die Filter unerwünscht stark ab, weisen die Filterelemente jedoch einen Schaden auf, beispielsweise eine Bruchstelle, kann durch sie ungereinigtes Gas hindurchtreten, so daß die Gesamtreinigung des Gases in Frage gestellt wird.

    Es ist bereits bekannt, die Strömung des durch die Filterelemente tretenden Gases dadurch zu überwachen, daß die Filterelemente in ihrem oberen, offenen Teil durch eine Querschnittsverengung venturiartig ausgebildet werden und daß an der engsten Stelle und kurz vor dem oberen Ende der Filterelemente seitliche Kanäle in die Filterelemente eingearbeitet sind, die den jeweiligen Druck des ausströmenden Gases an ihrer Einmündung in das Filterelement bestimmen können (Filtration & Separation, July/August 1983, Seiten 297/298).

    Obwohl auf diese Weise die Strömung des filtrierten Gases durch das Filterelement überwacht werden kann, ist es dazu erforderlich, die Filterelemente speziell auszubilden, d. h. dieses Verfahren kann bei herkömmlichen Filterelementen nicht verwendet werden.