DE60001267T2

DE60001267T2 - Dichtungsanordnung für kerzen- und röhrenfilter

Info

Publication number: DE60001267T2
Application number: DE60001267T
Authority: DE
Inventors: Anne Alvin; K. Atkian
Original assignee: Siemens Westinghouse Power Corp
Current assignee: Siemens Energy Inc
Priority date: 1999-03-04
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2020-03-03
Also published as: DE60001267D1; US6123746A; EP1159055A1; WO2000051711A1; EP1159055B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gegenstand der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Heißgas- Reinigungssysteme und insbesondere auf eine Dichtungsanordnung, die eine Partikel-Barrierendichtung zwischen dem Körper eines Kerzenfilterelements und der Filteraufnahme bildet.

Hintergrundinformation

Aus modernen industriellen Verfahren hat sich der Bedarf für eine Einrichtung ergeben, mit der sich Schwebstoffteilehen enthaltende Hochtemperatur- Verbrennungsgase effizient filtern lassen. Bei Verbrennungsturbinen- Anwendungen nutzen Verbrennungsturbinen zum Beispiel aus heißen, unter Druck gesetzten Verbrennungsgasen erzeugte Energie, die durch das Verbrennen von Erd- bzw. Propangas, Erdöldestillaten oder aschearmem Brennöl gewonnen wird. Wenn Kohle oder andere feste Brennstoffe verbrannt werden, so können von der Verbrennung dieser festen Brennstoffe übertragene Partikel Verschleiß und Verschmutzung an den Turbinenschaufeln hervorrufen. Ein effizientes System zur Filterung solcher heißen Verbrennungsgase würde den Einsatz derartiger fester Brennstoffe ermöglichen. Als weiteres Beispiel erfolgt im herkömmlichen Kesselbetrieb eine Routine-Abschaltung, der Kessel zur Reinigung der feuerseitigen Oberflächen und zur Inspektion. Ein effizientes Heißgas-Filterungssystem würde die Lebensdauer und die Betriebszeit des Kessels zwischen den Inspektionen stark erhöhen. Die Verschmutzung der feuerseitigen Oberfläche aufgrund von Ascheablagerung und Korrosion würde beseitigt bzw. minimiert werden.
Die US-Patentschrift Nr. 5,185,019 legt eine dickwandige Heißgas- Kerzenfilter-Halterungs-Anordnung offen. Die US-Patentschrift Nr. 5,474,586 legt eine dünnwandige Heißgas-Kerzenfilter-Halterungsanordnung offen, erörtert Dichtungsanordnungen im Allgemeinen, enthält aber wenig Informationen zu deren Bau. Zusätzlich wurde in US-Serien-Nr. 08/636,432, eingereicht am 23. April 1996 (Alvin et al.) versucht, eine Filtervorrichtung zu schaffen, die unter hoher Temperatur und hohem Druck stehende aggressive Gase mit einer leicht zu montierenden Doppel-Dichtungsanordnung filtern kann, welche mit einem herkömmlichen Kerzenfilter und einem dünnwandigen Verbundmaterial eingesetzt werden kann. Dort bestanden sowohl die oberste als auch die unterste Dichtung aus einem Zweikomponenten-System aus einem internen Keramik-Fasermattenfüller in einer nachgiebigen Ringform bedeckt mit einer kurzen Bahn eines gewebten oder geflochtenen, den Mattenfüller umgebenden oder einschließenden Schlauchmaterials, wobei dieses Schlauchmaterial am Außendurchmesser der Dichtung zusammengenäht war.
Betriebliche Erfahrungen zeigen, dass es bei den vorangehenden Zweikomponenten-Dichtungen zum Durchscheuern und zum Verlust des zentralen Mattenfüllers gekommen ist. Dadurch konnte im Falle der oberen Dichtung ein Leerraum zwischen dem Metall-Haltering und dem Oberteil des porösen Keramik- und/oder Metall-Kerzenfilter entstehen, wodurch das Ratschen des Kerzenfilters im Gehäuse das Versagen des Kerzenfilters und/oder den Durchgang von Feinpartikeln in den Reingasstrom verursachen kann. Dieses Zweikomponenten-System erfordert auch ein spezielles Zuschneiden der Innenmatte nach Toleranzvorgaben. Die Vielzahl von Dichtungen wurde eingesetzt, um eine Polsterung und Dichtung um ein Filterelement herum herzustellen und so den Durchgang von Schwebstoffteilchen zwischen dem Filterkörper und seinem dazugehörenden Metallgehäuse zu verhindern. Eine Gussmutter war als Verbindungsmittel zum Befestigen des montierten Gehäuses, des Filterelements und der Dichtungen vorgesehen.
In den US-Patenten 2,924,471 und 3,894,742 und dem deutschen Patent DE37 13 071 wird jeweils beschrieben, wie die Metalldichtung konfiguriert ist, um Dichtungen mit zusätzlicher Flexibilität und erhöhtem Rückfederungsvermögen zu erzielen. Die in diesen Bezugsschriften vorgeschlagenen Metallkonstruktionen passen jedoch nicht gut mit den Keramik-Komponenten der vorliegenden Erfindung zusammen. Weiterhin würden die vorgeschlagenen Materialien im ätzenden Heißgas- Reinigungssystem, in dem die vorliegende Erfindung angewendet wird, wahrscheinlich keinen Bestand haben. Angesichts der obigen Probleme wird eine Dichtungsanordnung eines anderen Typs benötigt, der weniger aufwendig und weniger kompliziert herzustellen ist, sich mit geringerer Wahrscheinlichkeit auftrennt und beim beginnenden Auftrennen den Abstand und die Dichtung zwischen dem Metall-Haltering, dem Metallgehäuse und dem Keramik- und/oder Sintermetall-Kerzenfilter aufrechterhält.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Daher besteht eine Hauptaufgabe dieser Erfindung darin, eine verbesserte nachgiebige Dichtung zu schaffen, die eine Abdichtung zwischen dem porösen Keramik-, Metall- oder intermetallischen Filter und der Filterhalterung herstellt.
Diese und andere Aufgaben werden durch die Schaffung einer Kerzenfilter- Aufnahme und Dichtungsanordnung zur Aufnahme eines Kerzenfilterelements in einem Heißgas-Reinigungssystem-Druckgefäß erfüllt, wobei das Filterelement einen Körper mit zwei entgegengesetzten Enden umfasst, von denen eines ein offenes Flanschende und das andere ein geschlossenes Ende definiert; der Filterelementkörper eine kleinere Innendurchmesserfläche und eine größere Außendurchmesserfläche aufweist und die benannte Kerzenfilteraufnahme und Dichtungsanordnung aus:
a. einem Filtergehäuse, wobei das benannte Filtergehäuse eine periphere Seitenwand aufweist, die eine Innenkammer definiert;
b. mindestens einer vom Filtergehäuse getrennten und beabstandeten nachgiebigen Dichtung, die neben dem Filterelement positioniert ist und eine wirkungsvolle Dichtung zwischen gefiltertem Gas und ungefiltertem Gas und zum Abpolstern des Filterelements bildet; und
c. Mitteln zum Koppeln des Filterelements und des Filtergehäuses und der Dichtung innerhalb des Druckgefäßes bestehen; wobei die Verbesserung die zumindest eine nachgiebige Dichtung umfasst, eine kreisförmige Manschette aufweist, die aus einem einzelnen Element besteht, das aus einer geflochtenen oder gewebten Bahn oder Umhüllung hergestellt wird, welche in sich gerollt und entlang ihres Außendurchmessers genäht wird, um eine Konfiguration zu bilden, die aus (1) einer einendig gerollten Einzelspirale oder (2) einer zweiendig gerollten Doppelspirale ausgewählt wird, wobei beide Konstruktionen kein getrenntes Zentralelement aufweisen und die benannten Dichtungen aus Keramik-Bahnen oder Schlauchmaterial bestehen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Abb. 1 ist eine Längsschnittansicht eines Druckgefäßes, das eine Filteraufnahme und Dichtungsanordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
Abb. 2 ist eine Seitenansicht einer Anordnung von Filterelementen, die an einen in Abb. 1 dargestellten Rohrboden angeschlossenen sind;
Abb. 3 ist eine Schnittansicht einer Filteraufnahme und Dichtungsanordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung im Einsatz mit einem herkömmlichen monolithischen dickwandigen Hohlkerzenfilter;
Abb. 4A ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Einkomponenten-Dichtung der Erfindung;
Abb. 4B ist eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Einkomponenten-Dichtung dieser Erfindung;
Abb. 5 ist eine Schnittansicht einer herkömmlichen Zweikomponenten- Dichtung nach dem bisher bekannten Stand der Technik mit einer mittigen, ummantelten ringförmigen Faserkonstruktion; und
Abb. 6 ist eine Schnittansicht einer Ausweich-Filteraufnahme und Dichtungsanordnung unter Verwendung eines dünnwandigen Verbund- Hohlkerzenfilters.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Abb. 1 zeigt eine Filtervorrichtung 20 zur Trennung von Schwebstoffteilchen aus einem Gasstrom. Diese Vorrichtung umfasst ein Druckgefäß 22, in dem eine Vielzahl von Clustern 24 montiert sind, die eine Vielzahl von Filterelementanordnungen 26 umfassen. Diese Filterelementanordnungen 26 enthalten eine Vielzahl von "Kerzenfilterelementen" 28.
Das Druckgefäß 22 weist einen kuppelfömägen Kopf 30 und einen Körper 32 auf. Der kuppelförmige Kopf 30 endet in einer linearen Spitze 34, die eine Austrittsöffnung oder Düse 36 definiert, damit das gefilterte Gas aus dem Gefäß 22 entfernt wird. Der Körper 32 enthält einen Schmutzgaseintritt 25, ein Oberteil 38 mit einer im Allgemeinen kreisförmigen zylindrischen Form verbunden mit einem kegelstumpfförmigen Aschetrichter 40 zur Aufnahme der Schwebstoffteilchen, der in einer linearen Spitze endet, die eine Öffnung oder Düse 42 definiert, welche an eine Aschenaustragslinie angeschlossen ist. Eine Vielzahl von Anschlüssen 44 erstreckt sich vom kuppelförmigen Kopf 30. Die Anschlüsse 44 bilden eine Position zum Einsetzen von Instrumenten und zur Einsicht in das Innere des kuppelförmigen Kopfes 30 während Stillstandsperioden. Durch jeden Anschluss können Röhren 46 zum Zuführen eines Gegenimpuls-Gasstoßes zum Reinigen der Kerzenfilter 28 eingebracht werden.
Mit Bezug auf Abb. 2 enthält das Druckgefäß einen Rohrboden 48. Jeder Rohrboden 48 besteht aus einer oberen Platte 50 und einer unteren Platte 52. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird jedes Filterelement 28 in einer Filteraufnahme- und Dichtungsanordnung 60 gehalten und mit der entsprechenden unteren Platte 52 des Rohrbodens 48 verbunden. Die Filterelemente 28 sind durch Plenum-Tragrohre 54 in einer strukturellen Einheit integriert. Jedes Plenum-Tragrohr 54 ist zentral (koaxial) innerhalb des Druckgefäßes 22 befestigt. Ein Staubschirm oder Partikel-Abweiser 56 mit einer allgemeinen Kegelstumpf-Form ist über jedem Rohrboden 48 befestigt.
Die bevorzugte Filteraufnahme- und Dichtungsanordnung 60 der vorliegenden Erfindung zum Einsatz mit einem herkömmlichen dickwandigen monolithischen Hohlrohr-Keramik- und/oder Sintermetall-Kerzenflter 28 wird nachfolgend beschrieben. Mit Bezug auf die Abb. 3 und 4 bildet die Filteraufnahme- und Dichtungsanordnung 60 eine Partikel-Barrierendichtung zwischen den Reingas- und Schmutzgasoberflächen des Filterelements 28. In Abb. 3 ist die Filteraufnahme- und Dichtungsanordnung 60 zusammengesetzt dargestellt. Die Filteraufnahme- und Dichtungsanordnung 60 besteht aus einem Filtergehäuse 62 mit einer peripheren Seitenwand 64, die eine Innenkammer 66 definiert, einer fest oder herausnehmbar in der Innenkammer 66 eingebauten Fallsafe-/Regenerator-Vorrichtung 68, einem fest oder herausnehmbar in der Innenkammer 66 eingebauten ringförmigen Abstandsring 70, einem Dichtungsstutzen bzw. einer -manschette 72, einer oberen bzw. obersten nachgiebigen Dichtung 74, gewöhnlich einer unteren oder untersten nachgiebigen Dichtung 76 und einer Gussmutter 78 als Verbindungsmittel.
Vorzugsweise wird der Abstandsring 70 fest an der Failsafe-/Regenerator- Vorrichtung montiert, um so eine einstückige Einheit herzustellen, die innerhalb der Innenkammer 66 des Filtergehäuses angeordnet wird. In diesem Fall kann der Abstandsring 70 an die Failsafe-/Regenerätor-Vorrichtung 68 angrenzend geschweißt werden, um die Failsafe-/Regenerator- 68 -Einheit zu sichern und zu verhindern, dass sich das Filterelement 28 bewegt und das Filtergehäuse 62 berührt und um somit eine mögliche Beschädigung des Filterelements 28 zu vermeiden. Wenn die Fallsafe-/Regenerator-Vorrichtung 68 nicht in die vorliegende Erfindung aufgenommen wird, so wird nur der Abstandsring 70 fest innerhalb der Filteraufnahme-Innenkammer 66 montiert. Alternativ kann die Failsafe-/Regenerator-Vorrichtung 68 herausnehmbar in der Gehäuse-Innenkammer 66 mit fest und/oder herausnehmbar in der Gehäuse-Innenkammer 66 montiertem Abstandsring 70 montiert werden. Die Failsafe-/Regenerator-Vorrichtung 68 wird bereitgestellt, um das Vordringen von Schwebstoffteilchen in den Reingasbereich des Druckgefäßes zu verhindern, wenn ein Filterelement versagt, beschädigt ist oder bricht. Zusätzlich erwärmt der Failsafe-Regenerator 68 das Gegenimpulsgas, das im Allgemeinen kälter als der Gasstrom ist, damit die Filterelemente 28 keiner thermischen Ermüdung bzw. Rissbildung ausgesetzt werden.
Ein dickwandiger monolithischer Kerzenfilterkörper 28 umfasst gewöhnlich einen Außendurchmesser von ungefähr 60 mm und einen von etwa 30 mm bis etwa 40 mm reichenden Innendurchmesser. Das Filtergehäuse 62, der ringförmige Abstandsring 70 und die Fallsafe-/Regenerator-Vorrichtung 68 bestehen aus einem Material, welches den in einem bestimmten System erreichten relativ hohen Temperaturen standhalten kann und die Festigkeit und Dauerbeständigkeit aufweist, um die Filterkomponenten tragen zu können, bzw. vorzugsweise aus einem Hochtemperatur-Metallmaterial wie Edelstahl 310.
Die Dichtungen 72, 74 und 76 sind einzelne Komponenten, die vom Filtergehäuse 62 getrennt und beabstandet sind. Der Dichtungsstutzen 72 bzw. die Manschette besteht vorzugsweise aus Hochtemperatur-Keramikfasern, die zu einer kreisförmigen Manschette geweht oder geflochten sind. Die Form und Größe jeder Dichtung 72, 74, 76 muss groß genug sein, damit sie auf oder um den Kerzenfilter 28 positioniert werden kann, um eine adäquate Partikel- Barrierendichtung zum Vermeiden des Entweichens von feine Partikel enthaltendem ungefiltertem Schmutzgas in reines, gefiltertes Gas herzustellen. Insbesondere wird die obere Dichtung 74 und die untere Dichtung 76 vorzugsweise vollständig aus einem in Abb. 4A und 4B dargestellten geflochtenen oder gewebten oxidbasierten Einkomponenten-Gewebe hergestellt, das ungleich den in Abb. 5 dargestellten Dichtungen nach dem bekannten Stand der Technik ist, welches die kontinuierliche oder geschnittene nachgiebige Oxidfaser-Matte 83 umschließt.
Alle drei Dichtungen werden vorzugsweise aus einem Aluminium-Borsilikat wie zum Beispiel 9Al&sub2;O&sub3; : 2B&sub2;O&sub3; mit im amorphen Zustand vorhandenem SiO&sub2; hergestellt. Ein sehr nützliches Material besteht aus 62 Gew.-% Al&sub2;O&sub3;, 14 Gew.-% B&sub2;O&sub3; und 24 Gew.-% SiO&sub2; (von 3M unter der Handelsbezeichnung NextelTM 312 Faser kommerziell vertrieben). Die maximale Dauereinsatz-Temperatur beträgt ungefähr 1200ºC. Die Manschette 72 ist etwa 15 cm bis 18 cm lang mit einem Innendurchmesser von 6 cm bis 7,4 cm und einer Wanddicke von 1 mm bis 3 mm. Der Außendurchmesser ("OD") für die oberen und unteren Dichtungen beträgt etwa 7 cm bis 8 cm bei einem Innendurchmesser ("ID") von etwa 3,6 cm bis 4,6 cm. Zusammengedrückt beträgt die Dicke der oberen und unteren Dichtungen etwa 5 mm.
Der Dichtungsstutzen oder die Manschette 72 ist um die Außenfläche des Filterflansches 61 positioniert und erstreckt sich teilweise in der Länge des Filterkörpers 28 nach unten. Die obere nachgiebige Dichtung 74 ist um die obere Fläche 18 des Filterflansches angeordnet, um eine nachgiebige Polsterung und Schwebstoffteilchen-Barrierendichtung zwischen dem Filtergehäuse 62 und seinem Abstandsring 70 und dem Filterflanschoberteil 18 herzustellen. Die nachgiebige untere Dichtung 76 ist wie in Abb. 3 dargestellt an der Basis des Filterflansches über der Manschette 72 angeordnet. Die untere nachgiebige Dichtung 76 stellt eine nachgiebige Polsterung und Partikel-Barrierendichtung zwischen dem Filterkörper 28, dem Filtergehäuse 62 und der Gussmutter 73 her. Die zusammengesetzte Filteraufnahme- und Dichtungsanordnung 60 wird dann an den in Abb. 2 gezeigten Rohrboden 52 angeschlossen. Alle drei Dichtungen 72, 74 und 76 bilden eine Schwebstoffteilchen-Barrierendichtung.
Mit Bezug auf die Abb. 4A und 4B werden nun die beiden bevorzugten Konfigurationen der oberen und/oder unteren nachgiebigen Dichtungen 74 bzw. 76 dargestellt. Abb. 4A zeigt eine zweiendig gerollte "gelappte" Doppelspiral-Dichtung 71, die aus langem Bahn- oder Schlauchmaterial 73 mit durch gestrichelte Linien dargestellten Wendefalten hergestellt wird. Abb. 4B zeigt eine einseitig gerollte Einspiralen-Dichtung 75, die aus langem Bahn- oder Schlauchmaterial 77 mit durch gestrichelte Linien dargestellten Wendefalten hergestellt wird. Die Bahn oder das Schlauchmaterial 73 und 77 besteht aus geflochtener oder gewebter Keramik, zum Beispiel x(Al&sub2;O&sub3;)y(SiO&sub2;) mit x und y = 1-10 sind.
Obwohl sie von den Abmessungen der in Abb. 5 gezeigten mattengefüllten oberen und mittleren Dichtung 81 nach dem Standard des bekannten Stands der Technik ähnelt, wird dort ein Keramik-Innenerkern aus keramischem Mattenfüller 83 als getrennte Komponente zusätzlich zur äußeren geflochtenen Manschette 85 mit einem getrennten Mattenfüller 83 und der kurzen gewobenen oder als Gewebe geflochtenen Manschette oder Bahn 85 mit durch gestrichelte Linien dargestellten Wendefalten eingesetzt.
Die gelappte oder gerollte Dichtung der vorliegenden Erfindung verwendet das gewebte oder geflochtene Manschettenmaterial als Ersatz für die innere kontinuierliche oder geschnittene Matte. Die gelappte Einheit 71 wird dadurch geformt, dass beide Kanten des Manschettenmaterials 73 in einer geeigneten Breite gewendet werden, so dass die erforderlichen Maßtoleranzen für die definierte Dichtungsgeometrie erzielt werden. Dabei entsteht eine Reihe von Manschettenschichten, wobei die Anzahl der gelappten Schichten durch die erforderliche Nachgiebigkeit und die Maßtoleranzen der Einheit definiert wird. Die Einheit wird danach entlang ihres Außendurchmessers zum Bilden der nachgiebigen oberen oder unteren gelappten Dichtung genäht. Ersatzweise besteht die gerollte Dichtung 75 aus dem Wenden nur einer Kante des Manschettenmaterials 77 in einer geeigneten Breite zum Erzielen der geforderten Nachgiebigkeit und Maßtoleranzen der definierten Dichtungsgeometrie. Dabei entsteht eine Reihe von Manschettenschichten, wobei die Anzahl der gerollten Schichten durch die erforderliche Nachgiebigkeit und die Maßtoleranzen der Einheit definiert wird. Die Einheit wird danach entlang ihres Außendurchmessers genäht, wobei die nachgiebige obere oder untere gerollte Dichtung geformt wird. Die zum Aufbau der gelappten bzw. gerollten Dichtungen eingesetzten Werkstoffe sind hochtemperaturfeste, gewebte oder geflochtene, Keramikgewebe, Garne oder Zwirne wie zuvor beschrieben. Diese beinhalten unter anderem Materialien, die unter der Handelsbezeichnung NextelTM 312, 440, 550, 610 und 720 u. ä. vertrieben werden.
Nachfolgend wird unter Bezug auf Abb. 6 eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, die mit einem dünnwandigen Verbund-Kerzenfilter 90 eingesetzt wird. Die Filteraufnahme- und Dichtungsanordnung 100 besteht aus dem Filtergehäuse 62, der Failsafe- /Regenerator-Vorrichtung 68, den Dichtungen 72, 74, 76 und der Gussmutter 78 wie oben für die dickere monolithische Keramik- und/oder Sintermetall- Kerzenfilteraufnahme- und Dichtungsanordnung 100 beschrieben. Der ringförmige Abstandsring 102 ist jedoch aufgrund der anderen Abmessungen des dünnwandigen Verbund-Filters 90 anders konstruiert als der, welcher bei dickwandigen Filterelementen eingesetzt wird.
Das dünnwandige Filterelement 90 weist einen Hohlkörper mit zwei entgegengesetzten Enden auf, wobei ein Ende ein offenes Flanschende 92 und das andere ein geschlossenes Ende ist (nicht dargestellt). Der Filterkörper 90 verfügt über eine Innendurchmesserfläche und eine Außendurchmesserfläche. Das Flanschende 92 hat eine Innenoberfläche und eine Außenoberfläche. Dünnwandige Verbundfilter bestehen gewöhnlich aus Fasern und einer versteiften Matrix aus SiC, Aluminium oder Aluminiumsilikat. Diese Filterelemente sind porös und weisen eine reduzierte Seitenwanddicke von etwa 1,0 mm bis etwa 5,0 mm auf. Verbund-Filterflansch-Wanddicke und Körper sind dünner als die von herkömmlichen Keramik- Filterelementflanschen.
Zusätzlich sind die obere nachgiebige Dichtung 74 und die untere Dichtung 76 so konstruiert, dass sie entlang und in eine dünnwandige Verbund- Filterflanschfläche und entlang der Außenoberfläche des Kerzenfilters an der Basis des Flansches passen bzw. eine Primärdichtung bilden, um den Durchgang von Partikeln von der verschmutzten Gasstromseite auf die gereinigte Gasseite zu verhindern. Die Dichtungsmanschette 72 ist so geformt, dass sie um die Außenfläche 97 des oberen Kerzenkörperflansches und einen Teil der Filterkörper-Außenfläche 95 positioniert wird, den Raum zwischen dem Filterkörper 95 und dem Gehäuseinneren 66 füllt und eine Dichtung dazwischen bildet. Die obere oder oberste nachgiebige Dichtung 74 ist so geformt, dass sie anliegend an die Innenfläche 96 des dünnwandigen Filterflansches positioniert wird und eine nachgiebige Polsterung sowie eine Partikel-Barrierendichtung zwischen der Filterflansch-Innenfläche 96 und einem ringförmigen Abstandsring 102 bildet. Die untere oder unterste Dichtung 76 ist so geformt, dass sie zwischen die Außenfläche 97 des oberen Kerzenkörperflansches und das Filtergehäuseinnere 66 positioniert wird, um eine Partikel-Barrierendichtung zwischen der Filterflansch-Außenfläche 97 und dem Filtergehäuseinneren 66 zu bilden. Wie zuvor erwähnt wird mindestens eine der in den Abb. 4A und 4B dargestellten und beschriebenen Dichtungen in den in Abb. 3 und 6 gezeigten Anordnungen verwendet.
Die vorliegende Erfindung kann auch in anderen Formen ausgeführt werden, ohne dass dadurch von ihrem Grundgehalt bzw. ihren wesentlichen Eigenschaften abgewichen wird und dementsprechend ist zur Angabe des Umfangs der Erfindung auf die beigefügtem Patentansprüche und nicht auf die vorstehende Spezifikation Bezug zu nehmen.

BEISPIEL

Um die Funktionalität des Konzepts der gelappten bzw. gerollten Dichtung nachzuweisen, wurde ein Satz von gelappten oberen und mittleren Dichtungen hergestellt, über Keramik-Kerzenfiltern eingebaut und bei hoher Temperatur in einer Simulator-Prüfeinrichtung mit Hochdruck-Wirbelschichtfeuerung ("PFBC") getestet. Die Prüfung erfolgte bei Temperaturen von ungefähr 850ºC (1550ºF) und ungefähr 10 Atmosphären (150 psig) im stationären, Impulszyklus- und thermisch transienten Zustand für etwa 65 Stunden. Nach Abschluss der Prüfung und Herausnahme aus dem System war ein hervorragendes Betriebsverhalten und eine ausgezeichnete Funktionsfähigkeit der gelappten Dichtung festzustellen. Die neu konstruierte gelappte Dichtung verhielt sich dahingehend vergleichbar zu dem mattengefüllten Dichtungskonzept nach dem bekannten Stand der Technik, dass es das Eindringen von Staub in die Reingas-Durchführung verhindert, die geforderte Nachgiebigkeits-Dicke einhält, eine gleichmäßige Dicke, die eine gleichmäßige Lastübertragung entlang der gesamten Einheit bewirkt, aufweist und intakt bleibt, d. h. kein Durchscheuern, Reißen usw. bei Abschluss der Prüfung.
Wie durch das Beispiel gezeigt, sichert das Konzept der gelappten bzw. gerollten Dichtung die Herstellung einer integralen Einheit, welche die bei Dichtungen nach dem bekannten Stand der Technik bestehende Möglichkeit des Verlusts der kontinuierlichen oder geschnittenen Innenmatte im Prozessbetrieb aufhebt; die Produktion einer Einheit mit einer gleichmäßigeren Dicke gewährleistet und somit letztendlich zu einer gleichförmiger durch die Dichtung aufgebrachten Last beim Prozessbetrieb führt; den Einkauf, die Sicherung der Produktverfügbarkeit, des Bestandes sowie die Verarbeitung und Montage von aus zwei Materialien zusammengesetzten Einheiten überflüssig macht; eine einfache Fertigung und Qualitätssicherung für ein einziges Baumaterial ermöglicht und potentiell die Material-, Arbeits- und Baukosten verringert.

Claims

1. Eine Kerzenfilteraufnahme (62) und Dichtungsanordnung (60) zum Halten eines Kerzenfilterelements (28) innerhalb eines Heißgas-Reinigungssystem- Druckgefäßes (22), wobei das Filterelement (28) aus einem Körper mit zwei entgegengesetzten Enden besteht, von denen eines ein offenes Flanschende (61) und das andere ein geschlossenes Ende definiert; der Filterelementkörper (28) eine kleinere Innendurchmesserfläche und eine größere Außendurchmesserfläche aufweist, die benannte Kerzenfilteraufnahme (62) und Dichtungsanordnung (60) aus:

a. einem Filtergehäuse (62); wobei das benannte Filtergehäuse (62) eine periphere Seitenwand (64) aufweist und die benannte Seitenwand (64) eine Innenkammer (66) definiert;

b. mindestens einer vom Filtergehäuse getrennten und beabstandeten nachgiebigen Dichtung (72, 74, 76), die neben dem Filterelement (28) positioniert ist und als Dichtung zwischen gefiltertem Gas und ungefiltertem Gas und als Abpolsterung des Filterelements (28) wirkt; und

c. Mitteln (78) zum Koppeln des Filterelements, des Filtergehäuses und der Dichtungen innerhalb des Druckgefäßes; besteht,

dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine nachgiebige Dichtung (72, 74, 76) eine kreisförmige Manschettenkonstruktion aufweist, die aus einem einzelnen Element besteht, das aus geflochtenem oder gewebtem Bahn- oder Schlauchmaterial (73, 77) hergestellt wird, welches in sich gerollt und entlang seines Außendurchmessers genäht wird, um eine Konfiguration zu bilden, die aus (1) einer einendig gerollten Einzelspirale (75) oder (2) einer zweiendig gerollten Doppelspirale (71) ausgewählt wird, beide Konstruktionen ohne getrenntes Zentralelement (83), wobei die benannten Dichtungen aus Keramik- Bahn- oder Schlauchmaterial (73, 77) bestehen.

2. Die Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Anordnung eine einzelne obere nachgiebige Dichtung (74) und eine einzelne untere nachgiebige Dichtung (76) enthält und wobei zumindest eine der Dichtungen (75, 76) eine Konstruktion aufweist, die aus einem einzelnen Element aus geflochtenem oder gewebtem Bahn- oder Schlauchmaterial (73, 77) hergestellt wird, das zum Bilden einer Konfiguration in sich selbst gerollt ist, die aus (1) einer einendigen gerollten Einzelspirale (75) oder (2) einer zweiendig gerollten Doppelspirale (71) ausgewählt wird, beide Konstruktionen ohne getrenntes Zentralelement (83).

3. Eine Kerzenfilteraufnahme (62) und Dichtungsanordnung (60) zum Halten eines Kerzenfilterelements (28) innerhalb eines Heißgas-Reinigungssystem- Druckgefäßes (22), wobei das Filterelement (28) einen Körper mit zwei entgegengesetzten Enden umfasst, von denen eines ein offenes Flanschende (61) und das andere ein geschlossenes Ende definiert; wobei das offene Flanschende (61) eine obere Oberfläche, eine Außenflansch-Durchmesserfläche und eine Flansch-Innendurchmesserfläche aufweist; der Filterelementkörper (28) eine kleinere Innendurchmesserfläche aufweist; der Filterelementkörper eine kleinere Innendurchmesserfläche und eine größere Außendurchmesserfläche aufweist, die benannte xxx Innendurchmesserfläche des Filterelementkörpers gleich oder kleiner als die Innendurchmesserfläche des Flansches (61) ist; benannte Kerzenfilteraufnahme (62) und Dichtungsanordnung (60) aus:

b. einem im Allgemeinen ringförmigen Abstandsring (70) innerhalb der benannten Innenkammer (66);

c. zumindest einem vom Filtergehäuse (62) getrennten und beabstandeten einzelnen Dichtungsstutzen (72), wobei der benannte Dichtungsstutzen (72) so geformt ist, dass er vollständig um die Außendurchmesserfläche des Filterflansches (61) und zumindest einen Teil des Filterkörpers positioniert wird, um eine Dichtung zwischen der Außendurchmesserfläche des Filterflansches, einem Teil des Filterkörpers und dem benannten Filtergehäuse (62) herzustellen;

d. zumindest einer vom Filtergehäuse (62) getrennten und beabstandeten einzelnen oberen nachgiebigen Dichtung (74), wobei die benannte obere nachgiebige Dichtung (74) so geformt ist, dass sie auf der oberen Endoberfläche des Filterflansches (61) zum Herstellen einer Dichtung zwischen dem benannten Abstandsring (70) und der oberen Oberfläche des Filterflansches (61) positioniert werden kann;

e. zumindest einer vom Filtergehäuse (62) getrennten und beabstandeten einzelnen unteren nachgiebigen Dichtung (76), wobei die benannte untere Dichtung (76) so geformt ist, dass sie zwischen dem benannten Dichtungsstutzen (72) und der benannten Filtergehäuse-Seitenwand (64) positioniert werden kann, um eine Dichtung zwischen einem Teil des Filterkörpers (28) und der benannten Filtergehäuse-Seitenwand (64) herzustellen; und

f. Mitteln (78) zum Koppeln des Filterelements (28), des Filtergehäuses (62) und der Dichtungen (72, 74, 76) innerhalb des Druckgefäßes (22); besteht,

dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die obere als auch die untere nachgiebige Dichtung (74, 76) eine kreisförmige Manschettenkonstruktion aufweist, die aus einem einzelnen Element besteht, das aus einem geflochtenen oder gewebten Bahn- oder Schlauchmaterial (73, 77) hergestellt wird, welches in sich gerollt und entlang seines Außendurchmessers genäht wird, um eine Konfiguration zu bilden, die aus (1) einer einendig gerollten Einzelspirale (75) oder (2) einer zweiendig gerollten Doppelspirale (71) ausgewählt wird, beide Konstruktionen ohne getrenntes Zentralelement, (83) wobei die benannten Dichtungen aus Keramik-Bahn- oder Schlauchmaterial (73, 77) bestehen.

4. Die Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der benannte Abstandsring (70) in der benannten Gehäuse-Innenkammer (66) geschweißt ist.

5. Die Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die obere als auch die untere Dichtung (74, 76) eine Konstruktion aufweist, die aus einem einzigen Element besteht, das aus geflochtenem oder gewebtem Bahn- oder Schlauchmaterial (77) hergestellt ist, welches zum Bilden einer einendig gerollten Einzelspirale (75) ohne getrenntes Zentralelement (83) in sich selbst gerollt ist.

6. Die Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die obere als auch die untere Dichtung (74, 76) eine Konstruktion aufweist, die aus einem einzigen Element besteht, das aus geflochtenem oder gewebtem Bahn- oder Schlauchmaterial (73) hergestellt ist, welches zum Bilden einer zweiendig gerollten Doppelspirale (71) ohne getrenntes Zentralelement in sich selbst gerollt ist.

7. Eine Kerzenfilteraufnahme (62) und Dichtungsanordnung (60) zum Halten eines dünnwandigen Verbund-Kerzenfilterelements (28) innerhalb eines Heißgas-Reinigungssystem-Druckgefäßes (22), wobei das Filterelement (28) einen Körper mit zwei entgegengesetzten Enden umfasst, von denen eines ein offenes Flanschende (61) und das andere ein geschlossenes Ende definiert; wobei das offene Flanschende (61) eine relativ dünnwandige Außenflansch- Durchmesserfläche und Flansch-Innendurchmesserfläche aufweist, die benannte Flansch-Innendurchmesserfläche einen geringeren Durchmesser als der benannte Außenflanschdurchmesser aufweist; der Filterelementkörper (28) eine kleinere Innendurchmesserfläche und eine größere Außendurchmesserfläche aufweist; benannte Filteraufnahmeanordnung aus:

a. einem Filtergehäuse (62); wobei das benannte Filtergehäuse (62) eine periphere Seitenwand (64) aufweist und die benannte Seitenwand (64) weiterhin eine Innenkammer (66) definiert;

b. einem im Allgemeinen ringförmigen Abstandsring (70) innerhalb der benannten Filtergehäuse-Innenkammer (66), wobei der benannte Abstandsring (70) weiterhin eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche umfasst;

c. zumindest einem vom Filtergehäuse (62) getrennten und beabstandeten einzelnen Dichtungsstutzen (72); wobei der benannte Dichtungsstutzen (72) so geformt ist, dass er vollständig um die dünnwandige Filterflansch-(61)- Außendurchmesserfläche und zumindest einen Teil des Filterkörpers herum und zumindest einem Teil des Filterkörpers positioniert ist, um eine Dichtung zwischen der Filterflansch-Außendurchmesserfläche, einem Teil des Filterkörpers und benanntem Filtergehäuse (62) herzustellen;

d. zumindest einer vom Filtergehäuse (62) getrennten und beabstandeten einzelnen oberen nachgiebigen Dichtung (i'4), wobei die benannte Dichtung (74) so geformt ist, dass sie anliegend an die innere Oberfläche des dünnwandigen Filterelementflansches (61) positioniert wird, um eine Dichtung zwischen der Innendurchmesserfläche des dünnwandigen Kerzenfilterflansches und dem Abstandsring (70) herzustellen;

e. zumindest einer vom Filtergehäuse (62) getrennten und beabstandeten einzelnen unteren nachgiebigen Dichtung (76); wobei die benannte untere Dichtung (76) so geformt ist, dass sie zwischen dem benannten Dichtungsstutzen (72) und der benannten Filtergehäuse-Seitenwand (64) positioniert wird, um eine Dichtung zwischen dem Filterkörper und der benannten Filtergehäuse-Seitenwand (64) herzustellen; und

c. Mitteln (78) zum Koppeln des Filterelements (28), des Filtergehäuses (62) und der Dichtungen (72, 74, 76) innerhalb des Druckgefäßes (22); besteht,

dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die obere als auch die untere nachgiebige Dichtung (72, 76) eine kreisförmige Manschettenkonstruktion aufweist, die aus einem einzelnen Element besteht, das aus einem geflochtenen oder gewebten Bahn- oder Schlauchmaterial (73, 77) hergestellt wird, welches in sich gerollt und entlang seines Außendurchmessers genäht wird, um eine Konfiguration zu bilden, die aus (1) einer einendig gerollten Einzelspirale (75) oder (2) einer zweiendig gerollten Doppelspirale (71) ausgewählt wird, beide Konstruktionen ohne getrenntes Zentralelement (83), wobei die benannten Dichtungen aus Keramik-Bahn- oder Schlauchmaterial (73, 77) bestehen.

8. Die Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der benannte Abstandsring (70) in der benannten Gehäuse-Innenkammer (66) geschweißt ist.

9. Die Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die obere als auch die untere Dichtung (74, 76) eine Konstruktion aufweist, die aus einem einzigen Element besteht, das aus geflochtenem oder gewebtem Bahn- oder Schlauchmaterial (77) hergestellt ist, welches zum Bilden einer einendig gerollten Einzelspirale (75) ohne getrenntes Zentralelement (83) in sich selbst gerollt ist.

10. Die Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die obere als auch die untere Dichtung (74, 76) eine Konstruktion aufweist, die aus einem einzigen Element besteht, das aus geflochtenem oder gewebtem Bahn- oder Schlauchmaterial (73) hergestellt ist, welches zum Bilden einer zweiendig gerollten Doppelspirale (71) ohne getrenntes Zentralelement in sich selbst gerollt ist.