DE3712113C2 - Selbstreinigendes Filter für gasförmige Medien und Verfahren zum Betreiben eines solchen Filters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein selbstreinigendes Filter für gasförmige Medien nach DE Patent 36 35 085 mit senkrecht stehenden Filterflächen und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Filters.

Das im Hauptpatent beanspruchte Filter bzw. das dort beschriebene Filtersystem für gasförmige Medien, bei denen es sich insbesondere um Luft handelt, wird durch senkrecht stehende V-förmige angeordnete Filterflächen gebildet. Jede Filterfläche wird reinluftseitig über ihre gesamte Fläche verteilt aus einer Vielzahl der Strahldüsen, die im weitgehend gleichen Abstand von den Filterflächen angeordnet sind, mit Spülluft beaufschlagt. Die dabei von den Filterflächen großflächig abgelösten Staubteilchen, die gezielt in Richtung auf die Winkelhalbierende der durch zwei nebeneinander liegende Filterflächen gebildeten V-Form geblasen werden, werden jeweils ohne mechanisch bewegte Teile über mit Schlitzen versehene Abluftkanäle, die staubluftseitig vor den Filterflächen angeordnet sind, auf kürzestem Weg abgesaugt und damit aus dem Filterbereich entfernt. Das in dem Hauptpatent beschriebene Filter hat gegenüber den bekannten selbstreinigenden Filtern beachtliche Vorteile, wie insbesondere die kontinuierliche, vollständige Reinigung der Filterflächen. Seine Kompaktheit läßt sich aber noch zu wünschen übrig.

Selbstreinigende Filter, bei denen die Kompaktheit als besonderer Vorteil herausgestellt wird, sind in Prospekten der Firmen American Air Filter in Louisville, USA und LUWA AG in Zürich für ihre Produkte "Augmented Self-Cleaning (ASC) Intake Filtersystem" beziehungsweise "Self-cleaning Rotary Air Intake Filtersystem" beschrieben. Diese Filter weisen aber die Nachteile der bekannten selbstreinigenden Filter auf, wie zum Beispiel eine unvollständige Entfernung des abgelagerten Staubs vom Filter, oder eine Rezirkulation des vom Filter entfernten Staubs zurück auf das Filter. In dem erstgenannten Prospekt (siehe dort die Kurve C mit zugehörigen Erläuterungen) wird ausdrücklich ausgeführt: "After each cleaning cycle the P will rise to a progressively higher "cleaned" point until the operating band pressure is reached."

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein selbstreinigendes Filter anzugeben, welches bei kleinem Bauaufwand einen wirtschaftlichen Dauerbetrieb ermöglicht, und ein Verfahren, um ein solches Filter optimal zu betreiben, anzugeben.

Diese Aufgabe wird mit einem Filter der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 und mit einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 12 gelöst.

Vom Gegenstand des Hauptpatents unterscheidet sich das erfindungsgemäße Filter dadurch, daß das zu reinigende Gas nicht ab dem Eintritt in das Filtergehäuse waagrecht auf die senkrecht stehenden Filterflächen zuströmt, sondern am höchsten Punkt des Filtergehäuses eintritt, von dort zunächst an der Filteroberfläche entlang und parallel zu dieser nach unten strömt, und erst dann zu ihr umgelenkt wird. Dieser Aufbau bewirkt in vorteilhafter Weise, daß das Gas aus der Umgebung an einer Stelle entnommen wird, an der die Staubbelastung relativ gering ist, und daß die Staubbelastung des Gases noch reduziert wird durch die Gasführung im Filtergehäuse, bei der das Gas zunächst in der Fallrichtung der Staubpartikel strömt und dann umgelenkt wird, wobei die Kombination von Schwer- und Zentrifugalkraft bewirkt, daß die größeren und schwereren Staubpartikel vom Gas separiert werden und nach unten gefallen ist, beziehungsweise in die staubluftseitig vor den Filterflächen angeordneten Abluftkanäle gesaugt worden ist. Im Vergleich zu dem im Hauptpatent beschriebenen Filter ist deshalb die Staubbelastung des Gases wesentlich geringer, wenn dieses auf die Filter auftrifft. Außerdem ist im Vergleich zum Hauptpatent aufgrund der beschriebenen Gasführung die Rezirkulation des Staubs und damit sein Reentreinment zusätzlich vermindert. Die genannten Vorteile erlauben es, die Mittel, um den Staub vom Filter und anschließend aus dem Raum vor dem Filter zu entfernen, technisch weniger aufwendig, d. h. kompakter, auszulegen, beispielsweise können die Filterflächen kleiner sein (bzw. alternativ eine längere Standzeit haben) als bei dem aus dem Hauptpatent bekannten Filter. Die Einführung des Gases von oben in die Filtereinheit hat noch den weiteren Vorteil in Bezug auf die Kompaktheit des Filters, daß die für die Filtereinheit benötigte Grundfläche reduziert wird. Außerdem lassen sich aufgrund der genannten konstruktiven Merkmale mehrere dieser Filtereinheiten dicht gepackt, d. h. kompakt, nebeneinander stellen. Diese dichte Packung muß dabei nicht durch das bei den bekannten Filtern übliche und in Bezug auf die Rezirkulation ungünstige Aufeinanderstapeln erkauft werden. Die Parallelschaltung von zwei oder mehr Filtereinheiten hat den Vorteil, daß die Stirnflächen der Filterflächen pro Filtereinheit reduziert werden. Die Größe der Stirnfläche beeinflußt insofern die Tiefe des Filtergehäuses als sie die Abmessungen des konischen Übergangsstücks, von dem diese Tiefe abhängt und mit dem der Querschnitt des Gasstroms von dem der Filterfläche auf den des - kleineren - Querschnitts des Ansaugkanals - z. B. - einer Gasturbine oder eines Gebläses, verkleinert wird, mitbestimmt. Es kommt hinzu, daß würfelförmige Filtereinheiten eine bessere Gestaltfestigkeit als quaderförmige haben. Die Aussteifungen zum Auffangen von Windkräften und des Unterdrucks im Gehäuse können deshalb bei kubischen Gehäusen weniger aufwendig sein als bei quaderförmigen und die ersteren können deshalb kleiner und leichter sein als die letzteren. D. h. mit anderen Worten, daß das Verteilen der Filterfläche auf mehrere kubische Filtereinheiten aus den genannten Gründen insgesamt eine kompaktere Anordnung ermöglicht, als wenn die gesamte Filterfläche in einer quaderförmigen Filtereinheit untergebracht ist.

Besonders vorteilhaft läßt sich das erfindungsgemäße Filter aufbauen, wenn es einer Gasturbine vorgeschaltet ist. Es ist dann nämlich möglich, eine Zentripetal-Turbine vorzusehen, die mit der Kompressorluft der Gasturbine beaufschlagt wird, und die ein Zu- und/oder Abluftgebläse zur Förderung der Reinluft für das Spülen der Filter und der staubhaltigen Abluft antreibt. Diese Gebläse beziehungsweise die Zentripetal-Turbine bedürfen keiner besonderen Steuerung, da sie automatisch mit dem Start der Gasturbinen hochlaufen. Außerdem erübrigen sich Elektromotoren für den Antrieb der Gebläse. Die von der Gasturbine angetriebene Gebläseeinheit erspart also aufwendige Installationen und außerdem, da sie praktisch wartungsfrei läuft, Vorkehrungen für einen leichten Zugang zu den Gebläsen und ihrem Antrieb, was eine weitere Verdichtung, d. h. eine weitere Steigerung der Kompaktheit der Filtereinheit, ermöglicht. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Zu- und ggf. Abluftgebläses übernimmt die Zentripetal-Turbine gleichzeitig die Funktion des Zuluftgebläses, wobei mindestens ein Teil der Kompressorluft in die Reinluftkanäle geleitet wird, während die Abluft mit einem Axialgebläse abgesaugt wird. Dabei besteht Leistungsgleichgewicht zwischen der Zentripetal-Turbine und dem Abluftgebläse zuzüglich der Energie der Spülluftmenge, welche nach der Zentripetal-Turbine die Filterflächen (12) beaufschlägt.

Vorteilhaft ist es, wenn in den Sammelkanälen zur Wegführung der gefilterten Luft und gegebenenfalls im - in Strömungsrichtung - sich anschließenden Ansaugkanal Schalldämpferkulissen angeordnet sind, wobei die Reinluft in diesen Kulissen um einen Winkel von 90° umgelenkt wird. Der Einbau dieser Schalldämpferkulissen in die erfindungsgemäße Filtereinheit ist deshalb besonders vorteilhaft, weil dann direkt und raumsparend die Schallabstrahlung von den ungeschützten Außenwänden unterbunden wird und der Druckverlust in den Kulissen wegen der geringen Geschwindigkeit des Gases niedrig gehalten werden kann. Durch die Möglichkeit die Kulissen sowohl in den Sammelkanälen als auch im Ansaugkanal unterzubringen, lassen sich die Kulissen außerdem besonders platzsparend unterbringen. Werden zwei oder mehr Filtereinheiten nebeneinander angeordnet, können Kulissen in einem Teil der Filtereinheiten auch weggelassen werden, ohne daß die Lärmbelästigung dadurch wesentlich zunimmt (vgl. in diesem Zusammenhang auch die Ausführungen im speziellen Beschreibungsteil). Zum Teil ist diese Einsparung deshalb möglich, weil die Filterflächen der nebeneinander angeordneten Filtereinheiten selbst beachtlich dämpfen.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich die Effektivität der Filter, zum Beispiel indem die Rezirkulation des Staubs noch weiter verringert, die Entfernung des Staubs von den Filtern noch verbessert und der Lärmmpegel reduziert wird, optimieren, beziehungsweise ist es möglich, wenn bestimmte spezifizierte Sollwerte erreicht werden müssen, durch eine Optimierung des Verfahrens den Aufwand pro Filtereinheit entsprechend zu reduzieren und diese dadurch entsprechend billiger, aber auch kompakter zu machen.

Andere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Filters und des Verfahrens, um ein solches Filter zu betreiben, sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Anhand von Figuren wird im folgenden der Aufbau und die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Filters genauer beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Querschnittsdarstellung eine aus zwei erfindungsgemäßen Filtereinheiten bestehende Filterbatterie, wobei auch die Gasführung veranschaulicht ist und

Fig. 2 in Querschnittsdarstellung eine bevorzugte Ausführungsform eines kombinierten Zu- und Abluftgebläses gemäß der Erfindung zur Förderung der Reinluftmenge zum Spülen der Filter und zum Absaugen der staubhaltigen Abluft, das in die in Fig. 1 gezeigte Filtereinheit eingebaut werden kann.

Bei der erfindungsgemäßen - in der Fig. 1 gezeigten - Anordnung sind zwei gleiche Filtereinheiten (1) nebeneinander angeordnet und bilden eine Filterbatterie. Die Zahl zwei ist nur beispielhaft gewählt. Es kann auch nur eine Filtereinheit verwendet werden. Es ist aber ohne weiteres auch möglich und sogar vorteilhaft (s. o.), drei oder mehr Filtereinheiten nebeneinander anzuordnen. Bei der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß es sich bei dem zu reinigenden Gas um staubhaltige Luft handelt. Mit der erfindungsgemäßen Filtereinheit können aber auch Materialien, welche durch Filtration abgetrennt werden können, aus anderen Gasen oder Gasmischungen entfernt werden. Die zu reinigende Luft strömt aus der Umgebung am höchsten Punkt der Filtereinheit (1) in die Lufteintrittsöffnung (36) ein. Die Staubbelastung der Luft ist eine Funktion des Abstands vom Boden (s. das Diagramm in der Fig. 1 des DE Patents 36 44 986, bei dem es sich um einen Teil aus der dem Hauptpatent zugrunde liegenden Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen P 36 35 085.0 handelt), d. h. am höchsten Punkt der Filtereinheit ist die Luft am saubersten. Wie die Pfeile (44, 45, 46) in der Fig. 1 zeigen, strömt die Luft in den an die Filterflächen (12) grenzenden Luftverteilkanal (47), und in diesem senkrecht nach unten, wird dann zu den Filterflächen (12) umgelenkt, passiert diese und gelangt in den Sammelkanal (48), der in den Ansaugkanal (33) mündet, welcher die Gasturbine mit Reinluft versorgt. Entsprechend der niedrigen Staubbelastung der einströmenden Luft und der bereits oben erläuterten Abscheidung des Staubs im Luftverteilkanal (47) kommt man mit relativ kleinen Filterflächen (12) aus.

In den Sammelkanälen (48) sind bevorzugt Schalldämpferkulissen (34) über die ganze Höhe angeordnet. Wenn die Filtereinheit (1) zwei oder mehrfach vorhanden ist, kann die in der Hauptströmungsrichtung vorne liegende Schalldämpferkulisse (34) wegfallen, weil durch den dahinter liegenden und die gegebenenfalls im Ansaugkanal (33) angeordneten Schalldämpferkulissen (34) die Dämpfung bezüglich Luft- und Körperschall so groß ist, daß sich die vorn liegende Schalldämpferkulisse erübrigt.

Zwischen den Flächen der V-förmig angeordneten Filterflächen (12) sind "staubluftseitig", d. h. im Luftverteilkanal (47), - nicht gezeigte - mit waagerechten Schlitzen versehene Absaugkanäle und "reinluftseitig" d. h. im Sammelkanal (48), - nicht gezeigte - senkrechte Schlitze bzw. Düsen aufweisende Reinluftkanäle vorhanden, welche mit den Gebläsen (35) beziehungsweise (27) verbunden sind. Das oben am Filtergehäuse angeordnete Gebläse (27) saugt die Reinluft aus dem Sammelkanal (48) an und drückt sie über einen Sammelkasten (42) in die Reinluftkanäle und von dort durch die Schlitze auf die reinluftseitige Oberfläche der Filterfläche (12), um diese zu spülen. Das unten am Filtergehäuse angebrachte Abluftgebläse (35) fördert die aus den staubluftseitigen Absaugkanälen in den Abluftsammelkasten (41) eingeströmte staubhaltige Luft nach außen. Die anhand der Fig. 1 erläuterte Filtereinheit weist zusätzlich zu den Vorteilen des im Hauptpatent beschriebenen Filtersystem erfindungsgemäß zusätzlich die folgenden vorteilhaften Merkmale auf:
- die verbesserte Staubeintrittsüberhöhung,
- die senkrecht nach unten führende Luftrichtung der staubhaltigen Außenluft,
- die Umlenkung dieser Luft mit der Wirkung einer Vorabscheidung der größeren und schwereren Staubpartikel und
- die senkrecht nach unten führende Luftrichtung der gereinigten Luft in platzsparender Anordnung.

Ist die Filtereinheit (1) - wie in dieser Beschreibung zugrunde gelegt - einer Gasturbine vorgeschaltet, können die Gebläse (27) und/oder (35) durch ein kombiniertes Zu- und/oder Abluftgebläse ersetzt werden, welches durch eine Zentripetal-Turbine angetrieben wird, die mit Hauptkompressorluft aus der zweiten oder dritten Axialstufe der Gasturbine beaufschlagt wird. Bei dem in der Fig. 2 gezeigten Zu- und Abluftgebläse (37) handelt es sich um eine vorteilhafte Ausführungsform eines solchen kombinierten Gebläses. Bei dem Zu- und Abluftgebläse (37) sitzen alle rotierenden Teile auf einer gemeinsamen Welle. Es wird bevorzugt am Boden des Gehäuses der Filtereinheit (1) etwa an der Stelle des in der Fig. 1 geezeigten Gebläses (35) eingebaut, indem eine Befestigungsplatte (38) am Gebläse mit einem - in der Fig. 1 nicht gezeigten Ring (32) unten am Gehäuse der Filtereinheit (1) verschraubt ist. Zwar wird der Einbau des Zu- und/oder Abluftgebläses (37) am Boden des Filtergehäuses bevorzugt, wenn aber besondere Umstände dagegen sprechen, kann das Zu- und Abluftgebläse (37) auch oben am Gehäuse, d. h. etwa an der Stelle des in der Fig. 1 gezeigten Gebläses (27) eingebaut werden. Die verdichtete Luft von der Gasturbine strömt über eine mit einem beweglichen Schieber ausgestattete Rohrleitung in das Spiralgehäuse der Zentripetal-Turbine (39). Die in die Zentripetal-Turbine (39) geleitete Luft verläßt diese über den axialen Austritt (40) und strömt von dort über gesteuerte Klappen zu den Reinigungskanälen, aus denen die reinluftseitige Oberfläche der Filterflächen (12) mit Spülluft beaufschlagt wird. Die Zentripetal-Turbine treibt ein Axialgebläse (28) an, mit dem die staubhaltige Luft aus den vor der staubluftseitigen Oberfläche der Filterflächen (12) angeordneten Absaugkanälen gesaugt und nach unten ins Freie befördert wird. Dabei besteht Leistungsgleichgewicht zwischen der Zentripetal-Turbine (39) und dem Abluftgebläse (28) zuzüglich der Energien aus der Reinluftmenge, welche nach der Zentripetal-Turbine (39) die Schlitzdüsen in den Reinluftkanälen beaufschlagt. Bei festgelegter Entnahmestufe der Kompressorluft kann mittels des beweglichen Schiebers, der gesteuerten Klappen und gegebenenfalls der Ausblasquerschnitte der Schlitzdüsen, durch die die Filterflächen (12) mit Spülluft beaufschalgt werden, die an der Zentripetal-Turbine ankommende Luftmenge und der zugehörige Eintrittsdruck sowie die Menge und der Druck der Spülluft eingestellt werden.

Die Vorteile des erfinderischen Zu- und Abluftgebläses lassen sich wie folgt beschreiben:
- antreibende Elektromotoren sind entbehrlich,
- das Turbinen- und Gebläseaggregat läuft automatisch mit dem Start der Gasturbinen - und zwar gleichförmig mit deren Beschleunigung - hoch, so daß eine Ein- und Ausschaltsteuerung des Gebläses nicht mehr erforderlich ist, und
- die Drehzahlbegrenzung erfolgt automatisch, und zwar mit der Wahl der Entnahmestufe beim Axialkompressor.

Das von der Zentripetal-Turbine angetriebene Gebläse läßt sich auch in der Weise betreiben, daß es nur zur Förderung der Zu- oder Abluft eingesetzt wird, während das jeweils andere Gebläse nach wie vor mit einem Elektromotor angetrieben wird.

Claims (16)

1. Selbstreinigendes Filter für gasförmige, staubenthaltende Medien nach DE Patent 36 35 085 mit senkrecht stehenden Filterflächen, dadurch gekennzeichnet, daß es als Filtereinheit (1) ausgebildet ist, bei der die Gaseintrittsöffnung (36) oberhalb des oberen Endes der Filterflächen (12) angeordnet ist und in einen Verteilungskanal (47) mündet, welcher parallel zu den Filterflächen (12) und an diese grenzend verläuft.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ebenfalls parallel zu den Filterflächen (12) angeordneter und durch diese vom Verteilungskanal (47) getrennter Sammelkanal (48) vorhanden ist.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gereinigte Gas, wie z. B. Luft, in eine Gasturbine geleitet wird.

4. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zu- und/oder Abluftgebläse (37) zur Förderung von Spülluft zur Reinigung der Filter durch Reinluftkanäle zu Schlitzdüsen und/oder von staubhaltiger Abluft durch Schlitze und durch Abluftkanäle vorhanden ist, das eine Zentripetal-Turbine (39) einschließt, welche das Gebläse antreibt und welche von der Hauptkompressorluft der Gasturbine beaufschlagt wird.

5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zu- und/oder Abluftgebläse (37) und die Zentripetal-Turbine (39) auf einer Welle angeordnet sind.

6. Filter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Kompressorluft, mit der die Zentripetal-Turbine (39) beaufschlagt wird, über einen axialen Austritt (40) im Gebläse (37) zu den Reinigungskanälen abgezweigt wird und daß die Abluft mittels eines Axialgebläses (28) abgesaugt wird.

7. Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Klappen in den Zuleitungen zwischen der Zentripetal-Turbine (39) und den Reinigungskanälen vorhanden sind, um die Beaufschlagung der einzelnen Sektoren der Filterflächen (12) mit Spülluft zu steuern.

8. Filter nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schieber vorhanden ist, um die Menge der Kompressorluft zu regeln, mit der die Zentripetal-Turbine (39) beaufschlagt wird.

9. Filter nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zu- und/oder Abluftgebläse (37) an der Unterseite der Filtereinheit (1) angeordnet ist.

10. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Sammelkanal (48) und/oder im Ansaugkanal (33), durch den das gereinigte Gas weggeführt wird, Schalldämpferkulissen (34) angeordnet sind, wobei diese so ausgestaltet sind, daß das einströmende Gas in ihnen um 90° umgelenkt wird.

11. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr der Filtereinheiten (1) nebeneinander angeordnet sind.

12. Verfahren zum Betreiben des Filters nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Abluft zum Wegtransport des Staubs so geregelt wird, daß sie die Menge der Spülluft um 10 bis 40% übertrifft.

13. Verfahren nach Anspruch 12, unter Verwendung eines Filters nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Drehzahlbegrenzung der Zentripetal-Turbine (39) als auch die Regelung der Zu- bzw. Abluftmenge des Zu- und/oder Abluftgebläses (37) durch eine entsprechende Wahl der Entnahmestufe beim Axialkompressor der Gasturbine bewerkstelligt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13 unter Verwendung eines Filters nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Schiebers in der Zuleitung die Menge der aus einer der Stufen des Axialkompressors entnommenen Luft feineingestellt bzw. unterbrochen wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14 unter Verwendung eines Filters nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Klappen vor den Reinigungskanälen die reinluftseitige Beaufschlagung der einzelnen Sektoren der Filterkanäle (12) mit Spülluft feingeregelt bzw. unterbrochen wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15 unter Verwendung eines Filters nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei festgelegter Entnahmestufe die an der Zentripetal-Turbine ankommende Luftmenge, der dazu gehörende Eintrittsdruck, sowie die Menge und der Druck der Spülluft, mit der die Filterflächen beaufschlagt werden, mittels des Schiebers, der Klappen und gegebenenfalls der Schlitzdüsenquerschnitte eingestellt werden.