DE69322417T2

DE69322417T2 - Methode zum Filtern von Abgasen aus einem Heizkessel

Info

Publication number: DE69322417T2
Application number: DE69322417T
Authority: DE
Inventors: Katsumi C/O Asahi Glass Company Ltd. Saiwai-Ku Kawasaki-Shi Kanagawa-Ken Higashi; Hiroshi C/O Asahi Glass Company Ltd. Saiwai-Ku Kawasaki-Shi Kanagawa-Ken Maeno; Noriyuki Chiyoda-Ku Tokyo Oda; Hiromi 3-2-16 Toyosu Koto-Ku Tokyo Shimoda; Akira Chiyoda-Ku Tokyo Toriyama
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1992-02-05
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2013-02-06
Also published as: DE69330182T2; EP0754486A3; EP0754486A2; EP0554886A3; US5348568A; DE69322417D1; DE69330182D1; ES2159667T3; ES2125915T3; EP0754486B1; EP0554886B1; EP0554886A2

Description

METHODE ZUM FILTERN VON ABGASEN AUS EINEM HEIZKESSEL

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Filtern bzw. Filtrieren von aus einem Heizkessel, wie einem solchen, bei dem ein unter Druck stehendes Fließbett verbrannt wird oder einem Heizkessel zum direkten Verfeuern von Kohle abgegebenem Rauchgas bzw. Abgas, wobei der Heizkessel eine plattenartige Filtern oder Filterrohren umfassende Filter-Vorrichtung benutzt, deren Filter hauptsächlich aus Keramik, wie Mullit, Cordierit, Siliciumcarbid oder ähnlichem, hergestellt sind, sowie auf eine Filter-Vorrichtung für heißes Gas, die vorzugsweise beim Filtrieren von Abgas eines Heizkessels eingesetzt wird.
Die WO-A-88/07404 offenbart ein Verfahren zum Filtrieren, bei dem auf der äußeren Oberfläche von Filterelementen abgeschiedener Staub durch Gasimpulse entfernt wird, die auf das Innere der Filterelemente auftreffen. Die WO-A-88/07404 offenbart nicht ein Verfahren zum Filtrieren von Abgas aus einem Heizkessel, bei dem eine nicht verbrannte Komponente im Abgas nachgewiesen und eine Umkehr-Reinigungsoperation aufgrund eines Signals ausgeführt wird, das von einer Regeleinrichtung übertragen wird, wenn die nicht verbrannte Komponente nachgewiesen wird. Weiter offenbart die WO-A-88/07404 nicht eine Umkehr-Reinigungsoperation, die in kürzeren Intervallen als vier Minuten ausgeführt und fortgesetzt wird, bis die nicht verbrannte Komponente bis zu einem voreingestellten Wert abgenommen hat.
Eine Keramikfilter umfassende Filtervorrichtung wurde bereits zum Filtrieren von Abgas bei einer erhöhten Temperatur aus einem Abfallbrenner mit geringem radioaktivem Niveau eingesetzt. Die Staubkonzentration des Abgases ist jedoch gering, und die Variation der Verbrennungs- Belastung damit ist außerordentlich gering. Sie wurde daher derzeit nur außerordentlich begrenzt eingesetzt.
Die Keramikfilter umfassende Filtervorrichtung wurde andererseits als eine Komponenten- Technologie oder eine Schlüssel-Technologie zur Realisierung einer Energie-Erzeugungsanlage mit Kohlevergaser oder einer Energie-Erzeugungsanlage angesehen, die einen Heizkessel benutzt, bei dem ein unter Druck stehendes Fließbett verbrannt wird, was eine saubere (bei dem das emittierte Abgas aus wenig NOx und SOx zusammengesetzt ist) Energie-Technologie der nächsten Generation ist, die Kohle als Brennstoff einsetzt. Derzeit wurden intensive Anstrengungen für die praktische Ausführung in verschiedenen Ländern der Welt unternommen.
Bei einer solchen Art von Energie-Erzeugungsanlage wird Energie durch einen kombinierten Zyklus in zwei Stufen erzeugt, bei dem Energie durch Dampf erzeugt wird, der durch einen Heizkessel erzeugt wird und durch Antreiben einer Gasturbine mit gereinigtem Abgas, das erhalten ist durch Entfernen von Staub aus dem Abgas nach der Verbrennung im Druckzustand. Die Effizienz der Energieerzeugung daraus ist daher hoch. Da Kalk oder Dolomit zusammen mit Kohle in das Fließbett eingebracht wird, wird fast kein Schwefeloxid (SOx) erzeugt. Da die Verbrennungs- Temperatur auf etwa 900ºC oder darunter beschränkt wird, erfolgt die Erzeugung von Stickoxid (NOx) in geringer Menge.
Beim Anwenden der Keramikfilter umfassenden Filtervorrichtung zum Filtrieren heißen Abgases aus einer Energie-Erzeugungsanlage oder ähnlichem ist es erforderlich, daß die Filtervorrichtung der Variation der Bestriebsbedingungen der gesamten Anlage entspricht. Insbesondere beim Filtrieren von Abgas, das von einem Heizkessel emittiert wird, in dem ein unter Druck stehendes Fließbett verbrannt wird, das Kohle als Brennstoff benutzt, ist Sauerstoff zur Verbrennung im Heizkessel, wenn dessen Leistung erhöht wird, im Unterschuß vorhanden, und es wird eine große Menge nicht verbrannter Komponenten, einschließlich Ruß, emittiert.
Im Falle eines Heizkessels, bei dem ein unter Druck stehendes Fließbett mit Blasen verbrannt wird, wird bei variierender Leistung im Zustand geringer Leistung, bei der die Betthöhe des Fließbettes gering ist, selbst bei hoher Sauerstoff Konzentration, eine große Menge nicht verbrannter Komponenten im Abgas emittiert, und es ist häufig Kohlenmonoxid mit einer Konzentration von mehr als 1000 ppm im Abgas enthalten. In einer solchen Situation erhöht sich, gegenüber einem stationären Zustand, die Konzentration von Stäuben im Abgas um das 5- bis 10-fache durch die nicht verbrannte Komponente, und das Verhältnis der nicht verbrannten Komponente, wie Ruß, die in den Stäuben enthalten sind, mag nicht geringer als 30% sein.
Beim Filtrieren von Abgas aus dem Heizkessel, bei dem ein unter Druck stehendes Fließbett verbrannt wird, ist es allgemeine Tendenz, ein System anzuwenden, das die Erosion einer Gasturbine durch Stäube verhindert, indem man Abgas reinigt, das durch ein Zyklon an einer Vorstufe durch eine Filtervorrichtung vorgereinigt wurde, die Keramikfilter umfaßt. Im Falle des Zyklons strömen die Stäube in einem Übergangszustand, bei dem die Staub-Konzentration des Abgases rasch zunimmt, häufig darüber hinweg, und eine wirksame Filterfunktion kann nicht ausgeführt werden.
Darüber hinaus erreichen die Stäube, die eine große Menge unverbrannter Komponente enthalten, die durch das Zyklon hindurchgehen, die Keramikfilter der Filtervorrichtung. Bei dieser Gelegenheit wird die Staub-Konzentration im Abgas das 5- bis 10-fache dessen in einem stationären Zustand, und eine zunehmende Rate des Filterdruck-Unterschiedes wird das 5- bis 10-fache des stationären Zustandes. In einem solchen Falle werden die Betriebsbedingungen der Filtervorrichtung instabil, und schließlich geht die Filterfunktion der Filtervorrichtung verloren.
Weiter gibt es einen Fall, bei dem Brennstoff gespült wird, wenn der Betrieb des Heizkessels beendet wird, wodurch Brennstoff, der in einer Brennstoffleitung verblieben ist, in den Heizkessel geblasen wird. Wird diese Operation unmittelbar nach einem Betrieb mit geringer Leistung ausgeführt, dann wird eine große Menge von Kohlepulver augenblicklich durch den unter Verbrennung eines unter Druck stehenden Fließbettes arbeitenden Heizkessels, durch das Zyklon geblasen und erreicht die Keramikfilter der Filtervorrichtung, und die Staub-Konzentration im Abgas erreicht einen Wert vom 100- bis 300-fachen von dem des stationären Zustandes.
Bei vielen Tests in der Filtervorrichtung, bei der das Filtrieren von Abgasen aus dem Heizkessel, bei dem ein unter Druck stehendes Fließbett verbrannt wird, getestet wurde, wurde die Bewertung unter der Bedingung ausgeführt, daß es quasi keine Variation der Heizkessel-Leistung gibt. Der Grund ist, daß die Struktur der Keramikfilter und der Filtervorrichtung der Zunahme des Filterdruck-Unterschiedes durch das mit Staub beladene Gas mit einer hohen Staub-Konzentration, die die nicht verbrannte Komponente enthält und durch die Variation der Heizkessel-Leistung oder durch eine Temperatur-Variation erzeugt wird, die durch die Verbrennung der nicht verbrannten Komponente verursacht wird, was gelegentlich stattfindet, nicht widerstehen kann.
Bei einer Filtervorrichtung, bei der keramische Filterrohre, von denen jeweils ein Ende verschlossen ist, in einer kerzen(Kerzenstand)-artigen Form angeordnet sind (im folgenden als Filtervorrichtung von Kerzenart bezeichnet), offenbart in der US-A-4,904,287 und US-A-5,059,227, gibt es ein Problem bei einer Stützstruktur der Rohrbleche, hergestellt aus einer hochschmelzenden Legierung, da bei Ausführung eines starken Umkehr-Reinigens das Rohrblech und die Filterrohre separat vibrieren, die Filterrohre oder Dichtungsteile davon beschädigt werden, und der Staub zur stromabwärts liegenden Seite durchtritt. Die Bedingungen des Umkehr-Reinigens werden daher nicht durch die erforderliche Intensität des Umkehr-Reinigens sondern durch die strukturellen Beschränkungen bestimmt. Wenn der Filterdruck-Unterschied groß wird, funktioniert das Umkehr- Reinigen nicht mehr, und als ein Ergebnis wird das Filtrieren unmöglich aufgrund der Zunahme des Unterschiedes im Filterdruck.
Als ein anderer Grund, bei dem ein starkes Umkehr-Reinigen des Filters in einer Filtervorrichtung vom Kerzentyp nicht ausgeführt werden kann, wird ausgeführt, daß das Rohrblech nicht gekühlt wird. Normalerweise liegt die Temperatur des Abgases, die aus einem Heizkessel mit Verbrennung eines unter Druck stehendes Fließbettes emittiert wird, in einem Bereich von 800 bis 950ºC. Es findet daher ein Kriechen des Rohrbleches statt, wenn der Unterschied im Filterdruck zu groß wird, selbst wenn Rohrbleche, die aus einer hochschmelzenden Legierung hergestellt sind, benutzt werden.
Da es schwierig ist, die Stömung im Raum auf der staubbeladenen Gasseite oder auf der Außenseite der Filterrohre zu einer glatten Strömung zu regulieren, gibt es eine Neigung, daß sich die Stäube teilweise an der Oberfläche der Filterrohre in einer großen Menge absetzen und ansammeln. Wird die anhaftende und angesammelte, nicht verbrannte Komponente durch irgendeinen Zufall entzündet, dann verbrennt sie, und es wird eine ernste Beschädigung an den Filterrohren verursacht.
Bei einer Filtervorrichtung, die mit Querströmungs-Filtern versehen ist, die eine Struktur übereinandergestapelter Filterplatten aus Keramik aufweist (im folgenden als Filtervorrichtung mit Querströmung bezeichnet), beschrieben in der nicht geprüften, japanischen Patentveröffentlichung 198606/1990, wird der Gasdurchgang, wenn ein Abgas mit einer hohen Staub-Konzentration filtriert werden soll, wahrscheinlich durch den Staub blockiert. Ist ein starkes Umkehr- Reinigen erforderlich, dann ist die Festigkeit der Querströmung-Filter strukturell ungenügend. Diese Vorrichtung erzielt daher kein technisches Niveau, bei dem sie unter einer Variation der Heizkessel-Leistung betrieben werden kann.
Bei einer Filtervorrichtung mit Durchgängen von staubbeladenem Gas im Inneren der Keramikfilterrohre (im folgenden als Rohrfilter-Vorrichtung bezeichnet) offenbart in den US-PSn 4,584,003; 4,753,457; 4,867,769; 5,073,138 und ähnlichen, ist es strukturell möglich, ein starkes Umkehr-Reinigen auszuführen. Die Filtervorrichtung kann bei einer weiten Variation von Betriebsbedingungen benutzt werden, einschließlich solcher in einem Heizkessel mit Verbrennung eines unter Druck stehenden Fließbettes, in dem Siliciumcarbid- oder Cordierit-Keramiken für Filterrohre benutzt werden.
Bei der Rohrfilter-Vorrichtung beschädigt der Druckunterschied des Umkehr-Reinigens nicht die Filterrohre, da auf der Innenseite der Filterrohre Durchgänge für das staubbeladene Gas vorhanden sind, und der Druckunterschied des Umkehr-Reinigens von der Außenseite der Filterrohre ausgeübt wird, und daher hauptsächlich Kompressionsspannung auf die Keramiken ausgeübt wird. Außerdem ist die Rohrfilter-Vorrichtung mit einer Konstruktion versehen, die zum Erzielen einer großen Kapazität in der Lage ist, indem man die Filterrohre verbunden in der vertikalen Richtung benutzt und Kammern für gereinigtes Gas aufbaut. Da die Abmessungen der Rohrbleche relativ gering sind, können die Rohrbleche gekühlt werden, wenn es erforderlich ist. Ist das Kühlen wirksam, dann kriechen die Rohrbleche selbst beim Ausführen eines starken Umkehr-Reinigens nicht. Es ist daher möglich, das starke Umkehr-Reinigen genügend auszuführen. Die Vorrichtung kann unter weiten Bereichen der Bedingungen der Temperatur, des Druckes und der Staub- Konzentration benutzt werden.
Dies bedeutet, daß es bei der Rohrfilter-Vorrichtung selbst bei Zunahme der Staub-Konzentration zu einem gewissen Grade möglich ist, durch vorheriges Entwerfen der Vorrichtung derart, daß das starke Umkehr-Reinigen ausgeführt werden kann, dem zu entsprechen. Weiter ist in dieser Filtervorrichtung die Strömung des staubbeladenen Gases vollständig eine Strömung nach unten, und die Strömungsfläche des staubbeladenen Gases in der Filterkammer ist klein, und es ist schwierig, die Stäube dick auf dem Filter anzusammeln, solange eine absolute Menge der mitgenommenen, nicht verbrannten Komponente nicht beträchtlich variiert. Es verursacht, z. B., kein Problem der thermischen Beschädigung der Filterrohre oder ähnlichem, solange die nicht verbrannte Komponente von etwa unter 10% immer im Staub enthalten ist, und die nicht verbrannte Komponente in kleinen Mengen verbrennt. Selbst in der Rohrfilter-Vorrichtung haftet der Staub, wenn eine große Menge nicht verbrannter Komponente für eine kurze Zeit in die Vorrichtung strömt, auf den inneren Flächen der unteren Endabschnitte der Filterrohre und sammeln sich dort an, wo die Geschwindigkeit der Strömung nach unten fast null ist, der angesammelte Staub sich entzündet und in einer kurzen Zeit verbrennt, und die Temperaturen an den Teilen der Filterrohre durch die Verbrennungswärme rasch erhöht werden. In diesem Falle übersteigt der Temperatur- Unterschied zwischen der Innenseite und Außenseite der Filterrohre eine zulässige Temperatur- Differenz, und die Filterrohre werden durch die thermische Spannung zerstört.
Da die Viskosität von Gas bei einer erhöhten Temperatur groß ist, schwebt der Staub in dem heißen Gas gegen die Schwerkraft auf der Strömung des heißen Gases. Selbst wenn die Hauptströmung des staubbeladenen Gases in einer Filterkammer (einem Raum, in dem die Trennung von Festkörper und Gas in der Filtervorrichtung ausgeführt wird) in etwa eine Strömung nach unten ist, schwebt ein Teil des feinen Staubes gegen die Schwerkraft und ist schwierig nach unten auf den Boden eines Trichters zu bekommen.
In einer tatsächlichen Anlage fluktuiert die Strömung des staubbeladenen Gases in der Filterkammer konstant durch Störung der Strömung des staubbeladenen Gases, die durch die Betriebsbedingungen der Filtervorrichtung per se oder durch Störungen an einem System stromaufwärts oder stromabwärts der Anlage verursacht wird, wobei die turbulente Strömung des staubbeladenen Gases, die von verschiedenen Sekundärströmungen begleitet wird, konstant in der Filterkammer vorhanden ist.
Als ein Ergebnis werden verschiedene Erscheinungen, die Schwierigkeiten verursachen, die unten erwähnt sind, in der Filterkammer erzeugt. Eine der Erscheinungen ist ein Überbrücken von Staub, was häufig in der Filtervorrichtung vom Kerzentyp oder der Filtervorrichtung mit Querströmung beobachtet wird. Durch die Anwesenheit einer quer verlaufenden Sekundärströmung oder einer nach oben gerichteten Sekundärströmung fällt der Staub, selbst wenn das Umkehr-Reinigen des Keramikfilters ausgeführt wird, nicht auf den Boden des Trichters und haftet wieder an den naheliegenden Keramikfiltern. Schließlich wird ein Teil der Strömungsdurchgänge auf der Seite des staubbeladenen Gases der Keramikfilter durch den angesammelten Staub blockiert, oder ein Teil der Oberfläche der Keramikfilter ist mit einer dicken, angesammelten Staubschicht bedeckt.
Im Falle der Rohrfilter-Vorrichtung fluktuieren die Gasströmungen an den unteren Endabschnitten der Filterrohre zwischen den Filterrohren, da die Gasströmung durch eine Druck- und Geschwindigkeits-Verteilung des staubbeladenen Gases an einer Gaseinlaß-Kammer des Gefäßes beeinflußt wird. Es wird klargestellt, daß es dort selbst ein Filterrohr gibt, in dem das staubbeladene Gas vom Trichter zurückströmt. Finden solche Erscheinungen statt, und wird der Staub teilweise auf den Teilen der Filterrohre angesammelt, dann nimmt die wirksame Filtrationsfläche der Keramikfilter ab, wodurch die Filterkapazität der Filtervorrichtung abnimmt. Im Falle des Filtrierens des Abgases des Heizkessels, in dem ein unter Druck stehendes Fließbett verbrannt wird, das eine nicht verbrannte Komponente, wie Ruß, enthält, entzündet sich die in dem angesammelten Staub enthaltene, nicht verbrannte Komponente häufig und verbrennt, und die Keramikfilter erleiden eine ernste Beschädigung durch die durch die Verbrennungshitze verursachte, thermische Spannung.
Beim Filtrieren eines synthetiches Gases in einer Kohlevergasungs-Anlage entzündet sich die nicht verbrannte Komponente in dem angesammelten Staub und verbrennt, wodurch der Keramikfilter eine ernstliche Beschädigung durch thermische Spannung erfährt, wenn die innere Atmosphäre von einem Zustand, bei dem das Innengas mit nicht oxidierendem Gas gefüllt ist, unmittelbar nach Beendigung der Operation zu Luft umgeschaltet wird, oder Sauerstoff enthaltendes, oxidierendes Gas in die Filtervorrichtung eingeführt wird, wenn der Betrieb wieder aufgenommen wird.
In der japanischen, geprüften Patentveröffentlichung 24251/1991 wird eine Rohrfilter- Vorrichtung vorgeschlagen, bei der das staubbeladene Gas aus dem Tichter extrahiert wird (als nach unten blasen bezeichnet) und stromaufwärts der Filtervorrichtung zurückgeführt wird. Gemäß dieser Filtervorrichtung wird das staubbeladene Gas bei einer erhöhten Temperatur mit einem Energieniveau durch das Nachuntenblasen zurückgeführt, ohne das staubbeladene Gas auf der Außenseite abzuscheiden, wodurch eine Strömung nach unten in der Nähe der Filterrohre geschaffen wird und die konzentrierte Ansammlung von Staub an dem unteren Ende des Filters vermieden werden kann. Der Druckunterschied der Filtration kann daher als ganzes verringert werden, und die Häufigkeit des Umkehr-Reinigens kann verringert werden.
Es ist jedoch die richtige Energie erforderlich, um das staubbeladene Gas zurückzuführen. Es ist bevorzugt, einen Ausstoßer mit Dampf oder komprimierter Luft, als eine Antriebskraft, als ein Mittel zum Transportieren des staubbeladenen Gases einzusetzen. Die Effizienz davon ist jedoch mit etwa höchstens 4% gering. Dieses Verfahren kann in einem Falle benutzt werden, bei dem eine geringe Menge des staubbeladenen Gases zurückgeführt wird. Beim Rückführen einer großen Menge des staubbeladenen Gases ist der Energieverlust jedoch beträchtlich.
Das Rückführen des staubbeladenen Gases bei einer erhöhten Temperatur unter Druck durch einen Bläser ist kein bevorzugtes Verfahren, da die Installation des Bläsers nicht einfach ist, und die Schaufeln des Bläsers durch den Staub erodiert werden. Die Rückführung des staubbeladenen Gases ist ein potentielles Verfahren zum Lösen des Problems, selbst im Falle der Kerzenfilter-Vorrichtung. Bei dieser Art von Filter-Vorrichtung ist die Strömungsfläche des staubbeladenen Gases in der Filterkammer jedoch groß. Es ist erforderlich, eine große Menge des staubbeladenen Gases zurückzuführen, und die Ausführung dieses Verfahrens in der Praxis ist weiter schwierig.
Das Nachuntenblasen, bei dem das staubbeladene Gas aus dem Trichter herausgenommen und abgeschieden wird, wird experimentell mit dem gleichen Effekt ausgeführt, mit dem das Nachuntenblasen bei der Umwälzung ausgeführt wird. Der Einfluß davon auf die Effizienz der Anlage ist jedoch beträchtlich, und die extrahierte Menge in einer Energie-Erzeugungsanlage wird auf höchsten 1% bis 2% des gesamten beschränkt. Daher kann ein genügender Effekt des Nachuntenblasens nicht geschaffen werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das obige Problem in der Filtervorrichtung zu lösen, die Keramikfilter umfaßt, wobei das Regenerieren des Filters durch Umkehr-Reinigen ausgeführt wird, und ein Verfahren zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels zu schaffen, das die Schwierigkeiten vermeidet, die die thermische Beschädigung der Keramikfiltr begleitet, und die verursacht wird durch Einführen des staubbeladenen Gases, das die nicht verbrannte Komponente, wie Ruß, enthält, da es gelegentlich in einer großen Menge aus einem Brenner, wie einem Heizkessel, in dem ein unter Druck stehendes Fließbett verbrannt wird, in die Filtervorrichtung emittiert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels, der eine Filtervorrichtung benutzt, geschaffen, umfassend Keramikfilter sowie eine Regel-Einrichtung zum Regenerieren der Keramikfilter durch Umkehr-Reinigen, wobei das Verfahren die Stufen umfaßt:
Nachweisen einer nicht verbrannten Komponente in dem Abgas durch Einsatz einer Nachweis- Einrichtung, die in die Filtervorrichtung eingeführt wird, wenn die Verbrennung im Heizkessel unvollständig ist;
Zuführen eines komprimierten Gases aufgrund eines von der Regel-Einrichtung übertragenen Signals, wenn die nicht verbrannte Komponente nachgewiesen wird und Ausführen eines Umkehr- Reinigens durch Blasen des komprimierten Gases in Räume an der Gasseite der Filtervorrichtung, wobei dieses Umkehr-Reinigen in einer Frequenz des mehr als zweifachen als beim Normalbetrieb, in Intervallen kürzer als vier Minuten ausgeführt und fortgesetzt wird, bis die nicht verbrannte Komponente auf einen voreingestellten Wert vermindert ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Filtern von Abgas eines Heizkessels kann als Filtervorrichtung eine solche Filtervorrichtung vom Kerzentyp, eine Filtervorrichtung mit Querströmung, eine Filtervorrichtung vom Rohrtyp oder ähnliches, umfassend einen Keramikfilter, benutzt werden, wobei das Regenerieren des Filters durch Umkehr-Reinigen ausgeführt wird. In vielen Fällen wird komprimierte Luft als ein komprimiertes Gas benutzt. Die nicht verbrannte Komponente ist ein Feststoff, hauptsächlich Ruß, oder brennbares Gas, das durch thermisches Zersetzen von Brennstoff erzeugt wird.
Die nicht verbrannte Komponente kann direkt durch einen Sensor nachgewiesen werden. Darüber hinaus kann sie indirekt durch die Sauerstoff-Konzentration oder Änderung der Temperatur in der Nähe des Filters nachgewiesen werden. Sind die verschiedenen Bedingungen zum Emittieren der nicht verbrannten Komponente bekannt, dann können die verschiedenen Bedingungen nachgewiesen werden. Ein Index, wonach die nicht verbrannte Komponente emittiert wird oder wurde, wird zu einer Regel-Einrichtung, die mit einem Computer integriert ist, übertragen. Durch die Bestimmung des Computers wird ein Signal zu Ventilen übertragen, die komprimiertes Gas zu Düsen zum Umkehr-Reinigen liefern, wobei die Ventile für eine kurze Zeit (z. B. 0,3 Sekunden) offen bleiben, und das komprimierte Gas in einen Raum auf der Seite des gereinigten Gases der Filtervorrichtung geblasen wird.
In diesem Falle strömt das komprimierte Gas, das aus den Düsen zum Umkehr-Reinigen austritt, in einer Richtung entgegengesetzt zu der beim normalen Filterbetrieb über die Wandungen der Keramikfilter, bildet eine starke Strömung durch Mitreißen des umgebenden, heißen, gereinigten Gases, beseitigt den auf der Oberfläche der Keramikfilter angesammelten Staub und läßt den Staub in einen Trichter fallen, der am unteren Abschnitt des Filterkessels vorhanden ist. Auf diese Weise werden die Keramikfikter regeneriert, und der Unterschied des Filterdruckes unmittelbar nach dem Umkehrreinigen nimmt wieder einen Wert an, der einer Volumenströmungsmenge des Gases entspricht, und die Menge des auf der Oberfläche der Keramikfilter angesammelten Staubes wird gering gehalten durch Verkürzen des Intervalles des Umkehr- Reinigens.
Da ein häufiges Umkehr-Reinigen unmittelbar nach dem Nachweis der nicht verbrannten Komponente begonnen wird, bevor oder wenn die nicht verbrannte Komponente, wie Ruß oder ähnliches, den Keramikfilter erreicht, sammelt sich die nicht verbrannte Komponente nicht dick auf dem Keramikfilter an.
Das häufige Umkehr-Reinigen wird mindestens auf einem Teil der Keramikfilter ausgeführt, auf dem sich der Staub leicht ansammelt, und zwar in einer Frequenz von mehr als dem zweifachen beim Normalbetrieb, d. h., in einem kurzen Intervall von unter vier Minuten. Selbst wenn die nicht verbrannte Komponente in der Nähe der Keramikfilter vorhanden ist, und ein Sauerstoff enthaltendes Gas eingeführt wird, und die nicht verbrannte Komponente auf der Oberfläche der Keramikfilter oder in der Nähe der Keramikfilter verbrennt, wird die Verbren nungswärme davon gering gehalten, da die zu verbrennende Menge der nicht verbrannten Komponente gering ist, und die erzeugte Wärmemenge nicht so groß ist, daß der Keramikfilter dadurch thermisch beschädigt wird. Die Schwierigkeiten aufgrund der Zerstörung des Keramikfilters können damit vermieden werden.
Als eine Einrichtung zum Nachweisen der nicht verbrannten Komponente gibt es verschiedene Einrichtungen. Bei einem bevorzugten Verfahren zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Nachweis-Einrichtung der nicht verbrannten Komponente die Zunahme der Staub-Konzentration des Abgases nach. Die Zunahme der Staub- Konzentration des Abgases zeigt an, daß Ruß als Staub in vielen Fällen eittiert wird, und die nicht verbrannte Komponente wird direkt nachgewiesen.
Bei einem bevorzugten Verfahren dieser Erfindung zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels ist die Nachweis-Einrichtung der nicht verbrannten Komponente ein optischer Sensor. In diesem Falle wird an der Öffnung des optischen Sensors ein Spülen durch Blasen trockenen Gases derart ausgeführt, daß Fenster oder die Öffnung des optischen Sensors nicht durch das Anhaften von Ruß oder Feuchtigkeit undurchsichtig wird. Der Nachweis des optischen Sensors erfolgt durch eine Änderung der Intensität des übertragenen Lichtes, wobei Licht von einer Lichtquelle, wie einer Lampe oder einem Laser, durch das staubbeladene Gas übertragen wird oder durch eine Änderung der Intensität des Lichtes, das durch den Staub gestreut wird. Der optische Sensor schafft daher ein Nachweisverfahren mit hoher Zuverlässigkeit.
Bei einem anderen bevorzugten Verfahren dieser Erfindung zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels weist die Nachweis-Einrichtung der nicht verbrannten Komponente die Zunahme des Druckunterschiedes der Keramikfilter oder eine Erhöhung der Zunahmegeschwindigkeit des Druckunterschiedes der Keramikfilter nach. Der Grund für die Zunahme des Druckunterschiedes der Keramikfilter ist die Ansammlung von Staub auf den Keramikfiltern. Die Vergrößerung der Zunahmerate des Druckunterschiedes der Keramikfilter zeigt an, daß sich der Staub auf den Keramikfiltern beschleunigt ansammelt.
Bei einem anderen bevorzugten Verfahren nach dieser Erfindung zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels weist die Nachweis-Einrichtung der nicht verbrannten Komponenten die Zunahme des Temperatur-Unterschiedes zwischen Positionen entsprechender Keramikfilter oder die Zunahme des Temperatur-Unterschiedes zwischen Kammern gereinigten Gases, die durch Rohrbleche abgetrennt sind, nach. Der Grund für die Zunahme der Temperatur eines Teiles der Keramikfilter ist, daß sich an diesem Teil der die nicht verbrannte Komponente enthaltende Staub ansammelt und brennt. Der Grund für die Zunahme der Gas-Temperatur in einer Kammer für gereinigtes Gas ist der, daß sich die unverbrannte Komponente enthaltenden Stäube, die sich auf den Keramikfiltern in der Kammer für gereinigtes Gas ansammeln, brennen.
Die Stelle, an der sich die Stäube in der Filtervorrichtung dick ansammeln, ist festgelegt und leicht vorhersehbar. Die nicht verbrannte Komponente und die Einleitung des Brennens können daher durch Installieren eines Temperatur-Sensors an dieser Stelle sicher nachgewiesen werden. Die Stelle, an der sich die nicht verbrannte Komponente dick ansammelt, liegt in der Nähe der unteren Enden der Filterrohre bei der Rohrfilter-Vorrichtung, und in der Kerzenfilter-Vorrich tung sind die Stellen an den Filterrohren in der Nähe eines Kopfes gereinigten Gases, an dem die Strömung des staubbeladenen Gases in die Filterkammer stagniert.
Bei einem anderen bevorzugten Verfahren nach dieser Erfindung zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels weist die Nachweis-Einrichtung für die nicht verbrannte Komponente die Abnahme der Sauerstoff-Konzentration im Abgas oder die Zunahme des absoluten Wertes der abnehmenden Rate der Sauerstoff Konzentration nach. Strömt die nicht verbrannte Komponente vorbei oder brennt die nicht verbrannte Komponente, dann nimmt die Sauerstoff-Konzentration ab. Die nicht verbrannte Komponente kann daher indirekt durch die Abnahme der Sauerstoff-Konzentration oder durch die Zunahme des absoluten Wertes der abnehmenden Rate der Sauerstoff-Konzentration nachgewiesen werden.
Bei einem anderen bevorzugten Verfahren nach dieser Erfindung zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels weist die Nachweis-Einrichtung für die nicht verbrannte Komponente die Zunahme der Kohlenmonoxid-Konzentration im Abgas oder eine Zunahme der steigenden Rate der Kohlenmonoxid-Konzentration nach. Kohlenmonoxid ist ein brennbares Gas, das eine Art nicht verbrannter Komponente ist, die normalerweise zusammen mit Ruß oder ähnlichem aus einem Heizkessel emittiert wird.
Bei einem anderen bevorzugten Verfahren nach dieser Erfindung zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels weist die Nachweis-Einrichtung für die nicht verbrannte Komponente die Leistungszunahme des Heizkessels nach. Nimmt die Leistung des Heizkessels zu, dann ist empirisch bekannt, daß eine große Menge nicht verbrannter Komponente kontinuierlich für eine gewisse Periode emittiert wird. Gemäß dieser Nachweis-Einrichtung kann die nicht verbrannte Komponente bei einer früheren Einstellung nachgewiesen werden.
Bei einem anderen bevorzugten Verfahren nach dieser Erfindung zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels weist die Nachweis-Einrichtung für die nicht verbrannte Komponente eine Spül- Instruktion einer Leitung für Brennstoffzufuhr des Heizkessels nach, wobei das Umkehr-Reinigen des Keramikfilters durch temporäres Blasen komprimierten Stickstoffgases ausgeführt wird.
Es ist bekannt, daß beim Spülen der Brennstoff Leitung kurze Zeit Staub, der eine große Menge nicht verbrannter Komponente enthält, aus dem Heizkessel emittiert wird. Die Keramikfilter stehen daher in der Gefahr der thermischen Beschädigung durch die Verbrennung der nicht verbrannten Komponente. Es ist daher bevorzugt, das Umkehr-Reinigen der Keramikfilter durch Blasen komprimierten Stickstoffgases statt komprimierter Luft, als einer Sicherheitsmaßnahme, auszuführen. Weiter ist es bevorzugt, eine strenge Kontroll-Bestimmung unter Einsatz einer Vielzahl von Nachweis-Einrichtungen beim Nachweis dieser nicht verbrannten Komponenten auszuführen.
Bei einem anderen bevorzugten Verfahren nach dieser Erfindung zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels kann das Abgas, das unter Druck stehendes Abgas ist, das von einem Heizkessel, der ein unter Druck stehendes Fließbett verbrennt, und insbesondere von einem Heizkessel, der ein unter Druck stehendes Blasen-Fließbett verbrennt und einen Druck von 8 bis 20 Atmosphären aufweist, emittiert wird, das konventionell nicht stabil filtriert werden kann, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Filtrieren stabil filtriert werden.
Bei dem Heizkessel, bei dem ein unter Druck stehendes Fließbett vom Blasentyp verbrannt wird, wird die Höhe des im Heizkessel gebildeten Fließbettes durch Regeln einer Menge zugeführten Sandes geändert, wodurch die Regelung der Heizkessel-Leistung leicht ausgeführt werden kann. Es kann daher eine Energie-Erzeugungsanlage, die gemäß der Anforderung an Elektrizität die Energie leicht regelt, geschaffen werden.
Nimmt die Staub-Konzentration des Abgases zu oder wird das staubbeladene Gas, das die nicht verbrannte Komponente enthält, emittiert, dann muß zum stabilen Aufrechterhalten des Betriebes der Filtervorrichtung das Umkehr-Reinigen der Keramikfilter ohne Fehler ausgeführt werden, oder es muß ein starkes Umkehr-Reinigen ausgeführt werden, um den Filterdruck-Unterschied wiederherzustellen, der unmittelbar nach dem Umkehr-Reinigen einen Wert hat, der immer der volumetrischen Strömungsmenge des Gases entspricht. Als komprimiertes Gas kann beim Umkehr-Reinigen Stickstoffgas, ein Prozeßgas oder Dampf anstelle komprimierter Luft benutzt werden. Im Falle des Spülens der Brennstoffleitung ist es besonders wirksam, das Umkehr-Reinigen mit einem nicht oxidierenden, komprimierten Gas auszuführen, um die Verbrennung der Stäube zu beschränken, die die nicht verbrannte Komponente vermischt mit Funken enthält, die zeitweise vorüberfliegen. Die gleiche Wirkung kann durch direktes Zuführen nicht oxidierenden Gases zu einem Raum einer Filterkammer auf der Seite des staubbeladenen Gases geschaffen werden.
Zieht man eine Neigung der raschen Abnahme der Sauerstoff Konzentration in Betracht, wenn das Vorbeiströmen der nicht verbrannten Komponente beginnt, dann findet ein intensives Verbrennen statt, selbst wenn das Verbrennen teilweise gelöscht wird, solange die Menge der nicht verbrannten Komponente, die im staubbeladenen Gas schwebt, nicht abnimmt, wenn die Sauerstoff-Konzentration danach zunimmt. Weiter ist es ein bevorzugtes Verfahren, komprimierte Luft beim Umkehr-Reinigen anzuwenden, und das häufige Umkehr-Reinigen in der anfänglichen Stufe auszuführen, wenn das Vorbeiströmen der nicht verbrannten Komponente startet, wodurch der Staub von den Keramikfiltern entfernt wird, und das Verbrennen der im Staub enthaltenen, unverbrannten Komponente jeweils nur in kleinen Mengen erfolgt.
Bei einem anderen bevorzugten Verfahren nach dieser Erfindung zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels wird das Nachuntenblasen, bei dem das staubbeladene Gas aus dem Trichter extrahiert wird, der am unteren Abschnitt des Filterkessels vorhanden ist, parallel mit dem Umkehr-Reinigen ausgeführt. Durch Ausführen des Nachuntenblasens werden die durch das Umkehr- Reinigen von den Keramikfiltern entfernten Stäube zusammen mit dem staubbeladenen Gas zu dem darunter vorhandenen Trichter übertragen. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Stäube wieder auf den Keramikfiltern abgefangen werden und sich dort ansammeln. Das Problem der thermischen Beschädigung der Keramikfilter kann weiter verhindert werden durch paralleles Anwenden des häufigen Umkehr-Reinigens und des Nachuntenblasens. Das nach unten geblasene, staubbeladene Gas kann in dem Falle, wo dessen Menge nur 1 bis 2% des eingeführten, staubbeladenen Gases beträgt, abgeschieden werden. Das Nachuntenblasen des staubbeladenen Gases von nicht weniger als 3% durch Zurückführen des staubbeladenen Gases zu dem stromaufwärts gelegenen Teil der Filtervorrichtung ist jedoch bevorzugt.
Das Verfahren zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels und die Filtervorrichtung für heißes Gas nach dieser Erfindung sind besonders bevorzugt für eine Energieerzeugungs-Anlage, die mit dem Heizkessel integriert ist, der ein unter Druck stehendes Fließbett verbrennt oder ähnlichem, was eine saubere und hocheffiziente Energie-Technologie ist, bei der Kohle als Brennstoff eingesetzt wird.
Bei der Energieerzeugungs-Anlage, die den kohlegefeuerten Heizkessel benutzt, bei dem unter Druck stehendes Fließbett verbrannt wird, ist das emittierte Abgas sauber, wie oben erläutert, und es wird eine hohe Energieerzeugungs-Effizienz geschaffen durch Anwenden sowohl einer Dampfturbine, die durch Dampf eines Heizkessels angetrieben wird, und einer Gasturbine, die durch das Abgas angetrieben wird. Die Filtervorrichtung wird für den Zweck der Entfernung der nachteiligen Stäube aus dem Abgas benutzt (die die Gasturbine erodieren und deren Dienstzeit verkürzen), wenn das Abgas unter Druck zum Antreiben der Gasturbine benutzt wird.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein konzeptuelles Diagramm einer Energieerzeugungs-Anlage unter Einsatz eines Heizkessels, der ein unter Druck stehendes Fließbett verbrennt, um ein Beispiel eines Verfahrens zum Filtrieren des Abgases eines Heizkessels gemäß der vorliegenden Erfindung zu erläutern;
Fig. 2 eine Teilschnittansicht (links) zum Erläutern eines Zustandes beim Gebrauch einer konventionellen Rohrfilter-Vorrichtung und eine graphische Darstellung (rechts), die die Verteilung der Geschwindigkeit staubbeladenen Gases in einem installierten Keramikfilterrohr nach unten zeigt;
Fig. 3 einen Längsschnitt, der ein Beispiel der Anwendung eines Verfahrens nach dieser Erfindung zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels auf eine Kerzenfilter-Vorrichtung zeigt.
Es folgt eine detaillierte Erläuterung von Ausführungsformen des Verfahrens nach dieser Erfindung zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.

BEISPIEL

Fig. 1 zeigt eine konzeptuelle Darstellung eines Beispiels der Anwendung einer Filtervorrichtung für heißes Gas nach dieser Erfindung in einer Energieerzeugungs-Anlage mit einem Heizkessel, in dem ein unter Druck stehendes Fließbett verbrannt wird. In Fig. 1 weist eine Rohrfilter-Vorrichtung 4, die mit Keramikfilter-Rohren 6 intergriert ist, Strömungsdurchgänge für staubbeladenes Gas auf, die vertikal durch die Filterrohre 6 durchdringen.
In Fig. 1 ist der Heizkessel 1, der ein unter Druck stehendes Fließbett verbrennt, aus einem Hauptkörper 19, einem Zyklon 3 zum Vorreinigen stromaufwärts der Filtervorrichtung 4 und einem Druckkessel 2 zusammengesetzt, der eine Leitung C zur Brennstoffzufuhr und die beiden obigen Gegenstände enthält.
Das Staub enthaltende Abgas, das aus dem Hauptkörper 19 des Heizkessels 1, der ein unter Druck stehendes Fließbett verbrennt, emittiert wird, wird zur Filtervorrichtung 4 für heißes Gas durch ein auf der stromaufwärts liegenden Seite befindliches Rohr 20 durch ein Zyklon 3 übertragen. In der Filtervorrichtung 4 ist die Innenseite eines Druckkessels 5 durch vier etwa horizontale Rohrbleche 7 unterteilt. Der Kessel 5 der Filtervorrichtung 4 ist in eine Gaseinlaß-Kammer 18, Kammern 4a, 4b, 4c für gereinigtes Gas und einen Trichter 8, in dieser Reihenfolge von oben, unterteilt. Die entsprechenden Rohrbleche 7 tragen beide Seiten der Filterrohre 6. Auslaßrohre 12a, 12b und 12c für gereinigtes Gas, die mit Umkehrreinigungs-Einrichtungen versehen sind, sind an jeder der Kammern 4a, 4b und 4c für gereinigtes Gas installiert.
Die Rohrbleche 7 sind aus einer Doppelschicht-Struktur zusammengesetzt, von der die Innenseite durch heißes Wasser oder Dampf gekühlt wird. Die Auslaßrohre 12a, 12b und 12c für gereinigtes Gas sind zu einem Auslaß 30 für gereinigtes Gas kombiniert. Düsen 9a, 9b und 9c für das Umkehr-Reinigen sind in den Auslaßrohren 12a, 12b und 12c für gereinigtes Gas als Einrichtungen zum Umkehr-Reinigen vorgesehen. Diffusions-Vorrichtungen (nicht gezeigt) sind vor Ausgängen komprimierter Luft der entsprechenden Düsen 9a, 9b und 9c zum Umkehr-Reinigen vorgesehen. Ejektoren sind daher aus den Diffusions-Vorrichtungen und den Düsen zum Umkehr- Reinigen zusammengesetzt. Tritt komprimierte Luft aus den Düsen 9a, 9b und 9c zum Umkehr- Reinigen aus, dann wird dieses Umkehrreinigungs-Gas in die Kammern 4a, 4b und 4c für gereinigtes Gas mit einer Strömungsrate geblasen, die um mehrere Male größer ist als die der komprimierten Luft, die in das umgebende heiße, gereinigte Gas gezogen wird.
Die Ventile 10a, 10b und 10c, die sich mit hoher Geschwindigkeit öffnen und schließen, sind mit Rohren zu den Düsen 9a, 9b und 9c zum Umkehr-Reinigen verbunden. Weiter sind die Ventile 10a, 10b und 10c mit einer Quelle für komprimierte Luft, wie einem nicht gezeigten Kompressor, durch Rohre durch einen Puffertank 11 verbunden.
Als zum Umkehr-Reinigen eingesetztes komprimiertes Gas ist komprimierte Luft billig und bequem. Es können jedoch auch gereinigtes Prozeßgas, unter Druck stehender Dampf, komprimiertes Stickstoffgas oder ähnliches benutzt werden. Insbesondere wenn das Spülen der Brennstoff-Leitung C ausgeführt wird, wird vorzugsweise Stickstoffgas als das Umkehr-Reinigungsgas als Sicherheitsmaßnahme eingesetzt, da das staubbeladene Gas, das eine große Menge nicht verbrannter Komponente enthält, zeitweilig in die Filtervorrichtung 4 eingeleitet wird, damit die nicht verbrannte Komponente sich nicht in der Nähe der Filterrohre 6 entzündet und brennt.
Es sind Meßgeräte Dp für die Druckdifferenz zum Messen von Druckdifferenzen zwischen der Gas-Einlaßkammer 18 und den entsprechenden Kammern 4a, 4b und 4c für gereinigtes Gas vorgesehen, von denen ein Teil in Fig. 1 gezeigt ist. Ein Meßgerät Ox für die Sauerstoff Konzentration und ein Meßgerät Co für die Kohlenmomoxid-Konzentration sind an der Gas-Einlaßkammer 18 vorgesehen. Dieses Meßgerät Ox für die Sauerstoff-Konzentration und das Meßgerät Co für die Kohlenmonoxid-Konzentration können am stromaufwärts gelegenen Rohr 20 vorhanden sein.
Das Meßgerät Ox für die Sauerstoff-Konzentration und das Meßgerät Co für die Kohlenmonoxid-Konzentration können aber auch an dem stromabwärts gelegenen Rohr 21 vorhanden sein. Diese Meßgeräte Ox für die Sauerstoff-Konzentration und die Meßgeräte Co für die Kohlenmonoxid-Konzentration sind als Monitoren gezeigt, die nicht mit einer Regeleinheit 17 verbunden sind. Wenn die gemessenen Werte dieser Meßgeräte jedoch zum Nachweisen und Kontrollieren der nicht verbrannten Komponente benutzt werden, dann sind diese Meßgeräte mit der Regeleinheit 17 verbunden.
Weiter sind umhüllte Thermoelemente Ta, Tb und Tc zum Messen der Gastemperatur an den Kammern 4a, 4b und 4c für das gereinigte Gas vorhanden. Signale von den Meßgeräten Dp für die Druckdifferenz, Signale von den umhüllten Thermoelementen Ta, Tb und Tc, ein Signal vom Meßgeräte Ox für die Sauerstoff-Konzentration und ein Signal vom Meßgerät Co für die Kohlenmonoxid-Konzentration gelangen in die Regeleinheit 17, die mit einem Computer als einer Regel- Einrichtung integriert ist, und sie werden in einem Speicher des Computers als Daten gespeichert. Auf der Grundlage dieser Daten werden Analyse, Umwandlung, Berechnung und Bestimmung in der Regeleinheit 17 ausgeführt. Die Ventile 10a, 10b und 10c werden durch Übertragen von Signalen von der Regeleinheit 17 zu den Ventilen 10a, 10b und 10c, die mit den Düsen 9a, 9b und 9c zum Umkehr-Reinigen verbunden sind, geöffnet und geschlossen, um komprimiertes Gas im Zeittakt des Umkehr-Reinigens abzugeben, wodurch das Umkehr-Reinigen und die Regeneration der Filterrohre, die in den entsprechenden Kammern der Filtervorrichtung für gereinigtes Gas vorhanden sind, ausgeführt wird.
Das stromabwärts gelegene Rohr 21 wird mit einer Gasturbin 13 verbunden. Aus der Gasturbine 13 austretendes Gas wird durch einen Schornstein 16 durch ein Abgaberohr 23 nach außerhalb abgegeben. Die rotierende Welle der Gasturbine 13 ist koaxial mit der rotierenden Welle des Kompressors 14 sowie mit der rotierenden Welle eines Generators 15 verbunden, wodurch die Energieerzeugung erfolgt. Vom Kompressor 14 erhaltene komprimierte Luft wird dem Druckkessel 2 des Heizkessels 1, der unter Druck stehendes Fließbett verbrennt, durch ein Rohr 22 für komprimierte Luft zugeführt.
In einer bevorzugten Filtervorrichtung für Abgas nach dieser Erfindung wird ein Signal, das eine rasche Zunahme des Druckunterschiedes des Filters zeigt und durch das Meßgerät Dp für Druckdifferenzen nachgewiesen wird, als ein Index zum Beginnen häufigen Umkehr-Reinigens benutzt. Wenn ein Mittelwert einer zunehmenden Rate des Druckunterschiedes in einer vorbestimmten Zeit (z. B. 90 Sekunden), als einem spezifischen Beispiel, das zweifache des Mittelwertes der zunehmenden Rate des Druckunterschiedes des Filters in einer vorbestimmten Zeit (z. B. 90 Sekunden) unmittelbar vor der vorherigen, vorgesehenen Zeit übersteigt, ausgenommen eine Periode der rasch zunehmenden Rate, wenn der Druckunterschied des Filters unmittelbar nach dem Umkehr-Reinigen (etwa 1 bis 2 Sekunden) wiederhergestellt ist, dann stellt der Computer in der Regeleinheit 17 fest, daß diese Änderung stattfindet, und erteilt den Auftrag zum Umkehr- Reinigen, und sofort beginnt das häufige Umkehr-Reinigen. In dieser Beschreibung bezeichnet die zunehmende Rate des Filterdruck-Unterschiedes einen differenziellen Wert, wobei eine zunehmende Menge des Filterdruck-Unterschiedes durch eine sehr kleine Zeit dividiert wird.
Das Zeitintervall zum Erhalten des Mittelwertes der zunehmendes Rate des Filterdruck- Unterschiedes ist vorzugsweise kurz in einem Bereich des Nichtaufnehmens einer Druckvariation, wie einer Variation des Filterdruck-Unterschiedes, der durch das Meßgerät Dp für den Druckunterschied nachgewiesen wird, wenn das Umkehr-Reinigen ausgeführt wird, der Änderung des Filterdruck-Unterschiedes, die durch die impulsartige Veränderung des Druckunterschiedes des Kompressors verursacht wird, der Impulse, die von einer Bewegung eines Strömungsmediums im Hauptkörper 19 des Heizkessels begleitet werden, oder ähnliches. Die Beurteilung von Arten des Pulsierens, die durch das Meßgerät Dp für den Druckunterschied nachgewiesen werden, kann durch den Computer ausgeführt werden, und die Änderungend des Filterdruck-Unterschiedes durch diese Pulsierungen, die sich von der nachzuweisenden Filterdruck-Differenz unterscheiden, werden ausgeschlossen.
Das Intervall des Umkehr-Reinigens bei einem stationären Betrieb in diesem Beispiel beträgt 10 bis 20 Minuten bezüglich jeder der Kammern 4a, 4b und 4c für gereinigtes Gas. Wenn das häufige Umkehr-Reinigen jedoch durch Nachweisen der nicht verbrannten Komponente begonnen wird, dann wird das Umkehr-Reinigen vorzugsweise in einem Intervall innerhalb von vier Minuten, vorzugsweise drei Minuten, für eine gewisse Zeit ausgeführt. Danach wird der Mittelwert der zunehmenden Rate des Filterdruck-Unterschiedes in einer vorbestimmten Zeit (vorzugsweise inerhalb 60 Sekunden), ausgenommen eine Periode der raschen Variation des Filterdruck-Unterschiedes von 1 bis 2 Sekunden unmittelbar nach dem Umkehr-Reinigen, erhalten und das häufige Umkehr-Reinigen wird vorzugsweise fortgesetzt, bis einer der folgenden Zustände resultiert.
1) Die zunehmende Rate des Filterdruck-Unterschiedes konvergiert zu einem Wert, der der Strömungsrate des staubbeladenen Gases zu dieser Zeit entspricht.
2) Die zunehmende Rate des Filterdruck-Unterschiedes konvergiert zu einem vorbestimmten Wert (z. B. der zunehmenden Rate des Filterdruck-Unterschiedes, nachdem vier nacheinander ausgeführte Umkehr-Reinigungen innerhalb eines konstanten Wertes ±30%, vorzugsweise 20%, liegen).
Wird eine Neigung festgestellt, bei der die zunehmende Rate des Filterdruck-Unterschiedes rasch abnimmt, dann zeigt diese Neigung, daß die nicht verbrannte Komponente in dem abgefangenen Staub auf dem Filter brennt. Es ist daher bevorzugt, zu diesem Zeitpunkt das häufige Umkehr- Reinigen nicht zu stoppen.
Als ein anderes Beispiel der Verwendung des Signals der zunehmenden Rate des Filterdruck-Unterschiedes vom Meßgerät Dp für den Druckunterschied, als Index zum Beginn des häufigen Umkehr-Reinigens, ist es bevorzugt, einen konstanten Wert der zunehmenden Rate des Filterdruck-Unterschiedes einzustellen. D. h., wenn der mittlere Wert der zunehmenden Rate des Filterdruck-Unterschiedes in einer vorbestimmten Zeit (z. B. 60 Sekunden) beim Betreiben der Filtervorrichtung einen konstanten Wert übersteigt, z. B. wird ein Wert vom 1,3-fachen der zunehmenden Rate des mittleren Filterdruck-Unterschiedes bei der maximalen Leistung in der Regeleinheit eingestellt, wobei die zunehmende Rate ausgeschlossen wird, wenn der Filterdruck-Unterschied unmittelbar nach dem Umkehr-Reinigen rasch zunimmt, um das häufige Umkehr-Reinigen zu beginnen. Als ein Beispiel zum Auswählen eines konstanten Wertes beim Filtrieren des Abgases vom Heizkessel, der ein unter Druck stehendes Fließbett verbrennt, kann die zunehmende Rate von 40 mm/min Wassersäule vorzugsweise als ein Index zum Beginnen des häufigen Umkehr-Reinigens benutzt werden.
In anderen Beispielen dieser Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren auf eine Filtervorrichtung einer Art angewendet, bei der die Strömung des staubbeladenen Gases im Druckkessel der Filtervorrichtung aus einer Strömung nach unten oder einer Mischung aus einer Strömung nach unten und einer Radialströmung oder einer Horizontalströmung zusammengesetzt ist, d. h. der oben erwähnten erwähnten Rohrfilter-Vorrichtung, der Filtervorrichtung von Tiered, die in der US-PS 4,904,287 vorgeschlagen ist (im folgenden einer Filtervorrichtung mit Strömung nach unten) oder ähnlichem. Als ein Index für das Beginnen des häufigen Umkehr-Reinigens wird ein Unterschied zwischen einer Temperatur in der Bodenkammer für gereinigtes Gas oder in einem Bodenraum auf der Seite des gereinigten Gases (im folgenden der Bodenraum für gereinigtes Gas, z. B. 4c in Fig. 1) und der in einer anderen Kammer für gereinigtes Gas oder einem oberen Raum auf der Seite des gereinigten Gases (im folgenden der andere Raum gereinigten Gases, z. B. 4b in Fig. 1) oder vorzugsweise eine zunehmende Rate des Temperatur-Unterschiedes verwendet.
D. h., wenn die zunehmende Rate des Temperatur-Unterschiedes zwischen dem Bodenraum für gereinigtes Gas und einem der anderen Räume für gereinigtes Gas einen konstanten Wert übersteigt, z. B. 20ºC/min. vorzugsweise 5ºC/min. dann beginnt das häufige Umkehr-Reinigen sofort. Als ein Intervall für das häufige Umkehr-Reinigen wird ein Intervall innerhalb vier Minuten, vorzugsweise drei Minuten, für mindestens einen Teil der Keramikfilter benutzt, für die die rasche Ansammlung der die nicht verbrannte Komponente enthaltenden Stäube vorhergesagt wird.
Die Beendigungs-Instruktion des häufigen Umkehr-Reinigens wird ausgegeben, wenn die zunehmende Rate des Temperatur-Unterschiedes einmal null ist, einen negativen Wert annimmt und wiederum null ist, und wenn der Temperatur-Unterschied zwischen dem Bodenraum für gereinigtes Gas und dem anderen Raum für gereinigtes Gas gleich oder weniger als ±5ºC, vorzugsweise ±3ºC, wird. In diesem Falle wird die Beendigungs-Instruktion für das häufige Umkehr-Reinigen nach einer konstanten Zeit ausgegeben, wenn die zunehmende Rate des Temperatur-Unterschiedes null wird, sich in einen negativen Wert verkehrt und wiederum null wird, vorzugsweise z. B. 5 Minuten, bevorzugter 10 Minuten.
Zu diesem Zeitpunkt ist der Grund, weshalb die Ausgabe der Beendigungs-Instruktion des häufigen Umkehr-Reinigens für eine Zeitdauer von 5 bis 10 Minuten verzögert wird, der, daß die nicht verbrannte Komponente in dem Staub, der an der Oberfläche der Filter haftet und noch brennt, vollständig durch das häufige Umkehr-Reinigen entfernt werden soll. Das Verfahren zum Verhindern der thermischen Beschädigung der keramischen Filter, die durch das Verbrennen der nicht verbrannten Komponente in den festgehaltenen Stäuben auf der Oberfläche der Filter verursacht wird, indem man die Instruktion zum häufigen Umkehr-Reinigen ausgibt, indem man die Temperatur-Differenz zwischen den entsprechenden Räumen gereinigten Gases oder die zunehmende Rate des Temperatur-Unterschiedes nachweist, ist ähnlicherweise anwendbar auf die Filtervorrichtung vom Kerzentyp, bei der die Filtration auf den äußeren Oberflächen der Filterrohre stattfindet.
Im Falle der Kerzenfilter-Vorrichtung 24, die in Fig. 3 gezeigt ist, ist mindestens eines der Filterrohre 26 mit Thermoelementen Tc und Ta am inneren unteren Teil und am inneren oberen Teil versehen. Das Symptom des Brennens auf der äußeren Oberfläche des Filterrohres 26 wird durch die Zunahme des Temperatur-Unterschiedes oder durch die zunehmende Rate des Temperatur-Unterschiedes nachgewiesen. Das häufige Umkehr-Reinigen wird durch augenblickliches Ausgeben des Auftrages zum Umkehr-Reinigen ausgeführt, wodurch die die nicht verbrannte Komponente enthaltenden Stäube, die auf den Filterrohren festgehalten werden, entfernt und die thermische Beschädigung der Filterrohre, die durch das Verbrennen der nicht verbrannten Komponente verursacht wird, verhindert wird.
In einem anderen Beispiel der Erfindung wird als Index zum Beginnen des häufigen Umkehr-Reinigens eine Änderung der Sauerstoff-Konzentration im Gas durch das Meßgerät Ox für die Sauerstoff-Konzentration, das an der Filtervorrichtung 4 oder in der Nähe davon installiert ist, nachgewiesen, benutzt (Fig. 1). In diesem Falle wird der gemessene Wert der Sauerstoff-Konzentration des Gases zum Computer in der Regeleinheit 17 übertragen und temporär im Speicher gespeichert. Eine abnehmende Rate der Sauerstoff Konzentration wird errechnet. Erreicht die abnehmende Rate der Sauerstoff Konzentration einen Wert von nicht weniger als 0,4%/min. ausgenommen die Periode von etwa 1 bis 1,5 Minuten nach dem Umkehr-Reinigen (was sowohl das häufige Umkehr-Reinigen als eine Gegenmaßnahme gegen die nicht verbrannte Komponente im festgehaltenen Staub als auch das Umkehr-Reinigen einschließt, das vorher programmiert und periodisch ausgeführt wird), wird die Instruktion, das häufige Umkehr-Reinigen zu beginnen, ausgegeben.
Danach wird das häufige Umkehr-Reinigen vorzugsweise für eine Zeitdauer von 20 Minuten in einem Intervall von 30 Sekunden bis 4 Minuten fortgesetzt. Weiter ist es bevorzugt, das Intervall des häufigen Umkehr-Reinigens gemäß der zunehmenden Rate des Filterdruck-Unterschiedes zu ändern und das Intervall zu verkürzen, wenn die zunehmende Rate des Filterdruck-Unterschiedes groß ist.
Selbst in einem Falle, bei dem die abnehmende Rate der Sauerstoff Konzentration zu null wird, wenn die Sauerstoff-Konzentration gering ist, verglichen mit der beim Betrieb im stationären Zustand, setzt sich die Erzeugung der nicht verbrannten Komponente fort. Das häufige Umkehr- Reinigen wird daher besser nicht sofort nach dem Erreichen des Nullwertes für die abnehmende Rate der Sauerstoff-Konzentration beendet. Normalerweise ist es bevorzugt, das häufige Umkehr- Reinigen fortzusetzen, bis die Verbrennung im Heizkessel stabilisiert ist, und die Sauerstoff Konzentration zunimmt und sich stabilisiert.
Die Instruktion, das häufige Umkehr-Reinigen zu beenden, kann aufgrund eines Indexes einer zunehmenden Rate des Filterdruck-Unterschiedes ausgegeben werden. So wird die Instruktion, das häufige Umkehr-Reinigen zu beenden, ausgegeben,
1) wenn die zunehmende Rate des Druckunterschiedes zu einem erwarteten Wert in Übereinstimmung mit der Einführungs-Strömungsrate des staubbeladenen Gases konvergiert oder,
2) wenn die zunehmende Rate des Filterdruck-Unterschiedes zu einem festgesetzten Wert konvergiert (z. B. die zunehmende Rate des Filterdruck-Unterschiedes von vier nacheinander ausgeführten Umkehr-Reinigungen liegt innerhalb eines festgesetzten Wertes ±30%, vorzugsweise 20%).
Bei einem anderen Beispiel der Filtervorrichtung wird die Instruktion, das häufige Umkehr- Reinigen zu beginnen, auf der Grundlage des Index der Sauerstoff Konzentration des eingeführten staubbeladenen Gases ausgegeben. Die Meßgeräte für die Sauerstoff-Konzentration sind an der entsprechenden Kammer für gereinigtes Gas der Filtervorrichtung vom Typ mit Strömung nach unten oder am Bodenraum für gereinigtes Gas oder an einem der anderen Räume für gereinigtes Gas angebracht, und das häufige Umkehr-Reinigen beginnt, wenn der Unterschied zwischen den Sauerstoff-Konzentrationen der Räume für gereinigtes Gas oder die abnehmende Rate der Sauerstoff-Konzentration im gereinigten Gas einen vorbestimmten Wert erreicht.
Bei einem anderen Beispiel einer Filtervorrichtung kann als Index zum Beginnen des häufigen Umkehr-Reinigens eine Änderung der Kohlenmonoxid-Konzentration, nachgewiesen durch ein Meßgerät für die Kohlenmonoxid-Konzentration, das an der Filtervorrichtung oder in der Nähe davon angebracht ist, benutzt werden. Nimmt, z. B., die Kohlenmonoxid-Konzentration bis zu einem festgelegten Wert im Bereich von 500 ppm bis 1000 ppm (Volumenbasis) zu, dann kann die Instruktion für den Beginn des häufigen Umkehr-Reinigens ausgegeben werden. Gemäß der Erfahrung der Erfinder ist es jedoch bevorzugt, daß die Änderung der Kohlenmonoxid-Konzentration als ein Index benutzt wird, der die anderen hauptsächlich benutzten Indices ergänzt, da die Kohlenmonoxid-Konzentration im zu behandelnden, staubbeladenen Gas durch die Bedingungen des Umkehr-Reinigens oder anderer Faktoren beträchtlich variiert.
Bei einem Beispiel, bei dem die Filtervorrichtung für einen Heizkessel, der unter Druck stehendes Fließbett vom Blasentyp verbrennt, angewendet wird, bezieht sich die Instruktion, das häufige Umkehr-Reinigen zu beginnen, auf eine Änderung in der Betthöhe des Fließbettes des Heizkessels, d. h. eine Änderung der Verbrennungsleistung des Heizkessels. Wenn die Instruktion zur Ausführung eines die Leistung erhöhenden Betriebes bei einer Rate von nicht weniger als 2%/min (vorzugsweise 1,5%/min) an einen Heizkessel (oder wenig vor oder nach der Instruktion) ausgegeben wird, dann wird der Beginn des häufigen Umkehr-Reinigens angeordnet. Die Periode des häufigen Umkehr-Reinigens in diesem Falle liegt innerhalb von 4 Minuten, vorzugsweise 3 Minuten.
Die Beendigung des häufigen Umkehr-Reinigens wird vorzugsweise aufgrund der Beurteilung des Computers in der Regeleinheit ausgeführt, wobei, nachdem der Betrieb der Leistungsänderung des Heizkessels oder der Änderung der Betthöhe beendet ist, und die normalen Bedingungen der zunehmenden Rate des Filterdruck-Unterschiedes, des Temperatur-Unterschiedes zwischen dem unteren Raum für gereinigtes Gas und dem anderen Raum für gereinigtes Gas, die Sauerstoff-Konzentration des staubbeladenen Gases und ähnliches sich wieder eingestellt und stabilisiert haben.
Bei der Rohrfilter-Vorrichtung, bei der die Strömung des staubbeladenen Gases in der Filtervorrichtung vollkommen eine Strömung nach unten ist, oder in der Kerzenfilter-Vorrichtung, bei der die Filtrations-Einheiten (Kerze) vertikal in mehreren Schichten oder mehreren Stufen angeordnet sind, wie bei der Filtervorrichtung vom Tiered-Typ, die in der US-PS 4,904,287 offenbart ist, bei der die Strömung des staubbeladenen Gases als eine Strömung nach unten vorgesehen ist, ist es bevorzugt, das Umkehr-Reinigen nacheinander, beginnend bei der unteren Kammer für gereinigtes Gas oder von der unteren Filtrations-Einheit aus, durchzuführen.
Der Grund dafür ist, daß, da die Viskosität des Gases bei einer erhöhten Temperatur groß ist, die feinen Stäube, die durch eine die Trägheit benutzende Vorreinigungs-Vorrichtung, wie ein Zyklon, hindurchgegangen sind, durch die viskose Strömung heißen Gases mehr beeinflußt werden als durch die Schwerkraft. Die Stäube werden nicht so sehr auf dem Filter am oberen Abschnitt festgehalten, wo die Geschwindigkeit der Gasströmung nach unten groß ist (insbesondere bei der Rohrfilter-Vorrichtung, bei der die Strömung vollständig eine Strömung nach unten ist, werden Stäube, die sich auf der oberen Wandung der Filterrohre sammeln, durch den Gasstrom nach unten, der eine große Strömungsgeschwindigkeit hat, nach unten gespült), und sie werden auf der unteren Wand der Filterrohre oder auf der Filtrations-Einheit am unteren Abschnitt der Vorrichtung festgehalten, wo die Geschwindigkeit der nach unten gerichteten Strömung des Gases null oder nahe null ist.
Eine Erläuterung der obigen Erscheinungen wird gemäß einem schematischen Diagramm (Fig. 2) gegeben. Die linke Seite des Diagramms der Fig. 2 ist eine Teillängsschnitt-Darstellung einer konventionellen Rohrfilter-Vorrichtung, während rechts eine graphische Darstellung zu finden ist, die die Geschwindigkeit der nach unten gerichteten Strömung des staubbeladenen Gases bei einer entsprechenden Höhe im Filterrohr 6 zeigt. In Fig. 2 bezeichnen die Bezugsziffern 4a, 4b und 4c Kammern für gereinigtes Gas, 5 einen Druckkessel, 6 eine Filterrohr, 7 ein gekühltes Rohrblech, 8 einen Trichter, 54 einen thermischen Isolator, S einen Abschnitt, bei dem die räumliche Staub-Konzentration gering ist, R einen Abschnitt, bei dem die räumliche Staub-Konzentration recht hoch ist, und Q einen Abschnitt, bei dem die räumliche Staub-Konzentration sehr hoch ist (in dieser Darstellung ist die Einrichtung zum Umkehr-Reinigen nicht gezeigt).
Wie in Fig. 2 gezeigt, nimmt in der Rohrfilter-Vorrichtung die Strömungsgeschwindigkeit nach unten etwa linear gemäß der Bewegung des staubbeladenen Gases im Filterrohr 6 nach unten ab und ist am Boden etwa null. Entsprechend nimmt die räumliche Staub-Konzentration im Filterrohr 6 in der Nähe des Bodens des Filterrohres 6 merklich zu. Weiter zeigt Fig. 2 schematisch eine Verteilung der räumlichen Staub-Konzentration (Menge des schwebenden Staubes pro Einheitsvolumen) im Filterrohr 6 und im Trichter 8. Es wird davon ausgegangen, daß die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit nach unten des staubbeladenen Gases im Druckkessel ähnlich der in Fig. 2 auch in der andern Filtervorrichtung mit Strömung nach unten ist.
Es wurde durch die Untersuchungen der Erfinder jedoch festgestellt, daß in der Rohrfilter- Vorrichtung das Verbrennen der nicht verbrannten Komponente nur an der inneren Oberfläche der unteren Hälfte des Filterrohres 6, in der Bodenkammer 4c für gereinigtes Gas, stattfindet, und das Filterrohr 6 wird daher in diesem Teil thermisch beschädigt.
Fig. 3 ist ein Längsschnitt-Diagramm einer Kerzenfilter-Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei der die Verteilung der räumlichen Staub-Konzentration in der Kerzenfilter-Vorrichtung schematisch dargestellt ist. In Fig. 3 ist eine Kerzenfilter-Vorrichtung 24 aus einem Druckkessel 25, in Kerzenform 26 installierten Filterrohren, einem Trichter 28, Düsen 29 zum Umkehr-Reinigen, einem Sauerstoff-Sensor Ox, einem Kohlenmonoxid-Sensor Co, einem Meßgerät Dp für den Druckunterschied und Temperatur-Sensoren Tc und Ta zusammengesetzt (die Regel-Einrichtungen sind nicht gezeigt).
In dieser Filtervorrichtung tritt das Staub enthaltende Abgas durch eine Gas-Einführungsöffnung 27 ein und strömt in Richtung der Pfeil-Markierung entlang den entsprechenden Filterrohren 26 nach oben. Das staubbeladene Gas wird durch Strömen von der Außenseite zur Innenseite der Filterrohre 26 filtriert und wird reines Gas, das innerhalb der Filterrohre 26 nach oben strömt und aus einem Auslaß 30 für gereinigtes Gas abgelassen wird.
Gemäß der Meinung der Erfinder wird der obere Raum der Filterkammer der benutzten Kerzenfilter-Vorrichtung von dem staubbeladenen Gas mit einer sehr hohen Staub-Konzentration eingenommen. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, daß selbst bei der Kerzenfilter-Vorrichtung vom Tiered-Typ die Umgebung der Filterrohre in der Nähe des Kopfteiles für gereinigtes Gas, der im zentralen Abschnitt der Filtrations-Einheit installiert ist, durch das staubbeladene Gas mit einer hohen Staub-Konzentration, wie in Fig. 3, eingenommen wird, obwohl dies nicht anwendbar sein mag auf die Filterrohre, die sich im peripheren Abschnitt der Filtrations-Einheit (Kerze) befinden, die in Berührung stehen mit der Gasströmung nach unten. Das Verfahren nach dieser Erfindung zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels ist vorzugsweise anwendbar auf eine Kerzenfilter- Vorrichtung.
In der Kerzenfilter-Vorrichtung, z. B. bei der eine einzelne Filtrations-Einheit angeordnet ist, wie in Fig. 3 gezeigt, ist das Meßgerät Dp für den Druckunterschied zum Messen von Druckunterschieden zwischen den Räumen auf der Seite des staubbeladenen Gases und des gereinigten Gases installiert, die Meßgeräte Ox für die Sauerstoff Konzentration und Co für die Kohlenmonoxid-Konzentration sind an den Räumen auf der Seite des staubbeladenen Gases oder an der Seite des gereinigten Gases (oder beiden) installiert, und sie weisen die Änderung dieser Gas-Konzentrationen nach, und das häufige Umkehr-Reinigen wird sofort ausgeführt, nachdem die nicht verbrannte Komponente enthaltender Staub nachgewiesen wird. In diesem Falle findet ein sehr häufiges Umkehr-Reinigen statt (das Intervall ist vorzugsweise nicht größer als 2 Minuten, bevorzugter eine Minute, was sich von der Filtervorrichtung mit Strömung nach unten unterscheidet).
Ähnlich dem Fall der Rohrfilter-Vorrichtung, beginnt das häufige Umkehr-Reinigen auf diese Weise unmittelbar nach dem Nachweis von nicht verbrannte Komponente enthaltendem Staub, und das häufige Umkehr-Reinigen wird für eine Weile fortgesetzt, bis sich die die nicht verbrannte Komponente enthaltenden Stäube nicht auf der Oberfläche der Filterrohre in der Nähe des Kopfraumes der Filtrations-Einheit für gereinigtes Gas ansammeln und sich nicht entzünden, oder sich die die nicht verbrannte Komponente enthaltenden Stäube nicht so dick ansammeln, daß die Filterrohre thermisch beschädigt werden, wenn sich die Stäube entzünden.

TESTBEISPIELE

Es werden Testbeispiele für einen Fall ausgeführt, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Filtrieren benutzt wird, und für einen Fall, bei dem ein konventionelles Verfahren zum Filtrieren benutzt wird.
Die Rohrfilter-Vorrichtung (maximale Kapazität zur Behandlung staubbeladenen Gases 8000 Nm³/h) mit der oberen, mittleren und unteren Kammer 4a, 4b und 4c für gereinigtes Gas, wie in Fig. 1 gezeigt, wird in eine Test-Energieerzeugungsanlage eines Heizkessels integriert, der unter druck stehendes Fließbett vom Blasentyp verbrennt (maximale Leistungskapazität 6 MW, verbunden mit einem Zyklon zum Vorreinigen), in dem Kohle als Brennstoff eingesetzt wird, und die Heizkessel-Leistung von 50% auf 75% erhöht wird, wobei die Erhöhungsrate 3%/min beträgt.
1) Der Fall, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Filtrieren nicht benutzt wird (es wird ein konventionelles Umkehrkühlen benutzt, ohne die nicht verbrannte Komponente im Abgas nachzuweisen):
Gleichzeitig mit dem Beginn der Erhöhung der Heizkessel-Leistung nimmt die zunehmende Rate des Filterdruck-Unterschiedes rasch von 24 mm/min Wassersäule auf 56 mm/min Wassersäule zu, und die Sauerstoff Konzentration im Gas nimmt rasch ab. Die Temperatur der Bodenkammer 4c für gereinigtes Gas nimmt 2 Minuten nach Erhöhung der Heizkessel-Leistung auf 75% rasch zu (bis zu der Zeit, zu der die Gaskammern für gereinigtes Gas eine etwa gleiche Temperatur aufweisen). Nach weiteren 2 Minuten wird die Temperatur der Bodenkammer 4c für gereinigtes Gas um etwa 100ºC höher als die der anderen Kammern für gereinigtes Gas. Nach einer weiteren Minute nimmt der Filterdruck-Unterschied rasch ab, und es wird die Emission dunklen Rauches aus dem Schornstein 16, die nicht beobachtet worden war, festgestellt.
Wird der Betrieb des Heizkessels unmittelbar beendet und die Innenseite der Filtervorrichtung 4 überprüft, dann stellt man fest, daß sich von einem der Filterrohre 6 (hergestellt aus Cordierit-Keramik mit geringem Wärmeausdehnungkoeffizienten) etwa 30 cm vom unteren Ende abgespalten hat. Es wird festgestellt, daß das Filterrohr 6 durch die thermische Spannung beschädigt wurde, die durch die Verbrennungswärme der im Staub enthaltenen, nicht verbrannten Komponente verursacht wurde, und dies aufgrund des Aussehens der Risse des Filterrohres 6 und einer etwaigen Berechnung der thermischen Spannung.
2) Der Fall des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Filtrieren:
Das häufige Umkehr-Reinigen im Intervall von 3 Minuten wird begonnen, wenn die zunehmende Rate des Filterdruck-Unterschiedes 40 mm/min Wassersäule erreicht, indem man die gleiche Rohrfilter-Vorrichtung benutzt und, als einen Index zum Beginnen des häufigen Umkehr- Reinigens, ein Signal des Filterdruck-Unterschiedes verwendet, das durch das Meßgerät für den Druckunterschied nachgewiesen wurde. Die Beendigung des häufigen Umkehr-Reinigens von 3 Minuten Intervall wird zu einem Zeitpunkt angewiesen, bei dem die zunehmende Rate des Filterdruck-Unterschiedes nach viermaligem Umkehr-Reinigen auf einen Standard-Filterdruck-Unterschied bei 75% Heizkessel-Leistung zu ±10% konvergiert. Auf diese Weise nimmt mit Beginn der Zunahme der Verbrennungsleistung des Heizkessels die zunehmende Rate des Filterdruck- Unterschiedes rasch von 20 mm/min Wassersäule auf 40 mm/min Wassersäule zu. Unmittelbar danach wird das häufige Umkehr-Reinigen in dreiminütigem Intervall hinsichtlich jeder der Kammern für gereinigtes Gas begonnen.
In diesem Moment zeigt der Unterschied der Temperaturen der Bodenkammer 4c für gereinigtes Gas und der anderen Kammern für gereinigtes Gas 10 Minuten nach Beginn der raschen Zunahme des Filterdruck-Unterschiedes einen Spitzenwert. Der Temperatur-Unterschied beträgt etwa 8ºC, und die zunehmende Rate des Temperatur-Unterschiedes beträgt etwa 0,8ºC/min. was kleine Werte sind. Nach Beendigung des Testbetriebes der Anlage wurde die Filtervorrichtung 4 überprüft. Es wurden jedoch in den Filterrohren 6 keine Risse festgestellt, und auch eine Emission dunklen Rauches aus dem Schornstein wurde nicht festgestellt.
Gemäß dem Ergebnis des obigen Tests wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels unmittelbar nach dem direkten oder indirekten Nachweisen nicht verbrannter Komponente das häufige Umkehr-Reinigen begonnen. Die nicht verbrannte Komponente enthaltenden Stäube sammeln sich daher nicht bis zu einer Dicke auf den Filterrohren 6 an, bei der die Stäube leicht zu entzünden sind, und dies selbst nicht in der Nähe der unteren Enden der Filterrohre 6, bei denen die Strömungsgeschwindigkeit des staubbeladenen Gases nach unten gering ist. Selbst wenn die Stäube entzündet werden, sammeln sich die die nicht verbrannte Komponente enthaltenden Stäube nicht so dick auf den Filterrohren an, daß die Filterrohre thermisch beschädigt werden.
Während dieses Testbetriebes wurde festgestellt, daß die die nicht verbrannte Komponente enthaltenden Stäube in den Räumen kollidieren und sich an den oberen Abschnitten der Filterrohre zu größeren Teilchen zusammenballen, wenn man das häufige Umkehr-Reinigen ausführt, und diese größeren Teilchen fallen beschleunigt in den Trichter 8 nach unten.
Wird das Verfahren zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels gemäß der vorliegenden Erfindung auf eine Energie-Erzeugungsanlage oder ähnliches angewandt, die einen Heizkessel benutzt, der unter Druck stehendes Fließbett verbrennt, wobei Kohle als Brennstoff benutzt wird, dann wird selbst dann, wenn eine große Menge von Staub, die nicht verbrannte Komponente, wie Ruß, enthält, in dem Abgas vorhanden ist, das häufige Umkehr-Reinigen sofort begonnen und setzt sich für eine Zeitdauer fort, bei der die nicht verbrannte Komponente weiter erzeugt wird. Die die nicht verbrannte Komponente enthaltenen Stäube sammeln sich daher nicht dick auf der Oberfläche der Keramikfilter an, und die Erscheinung, daß die in der Filtervorrichtung vorhandenen Keramikfilter thermisch durch das Verbrennen der nicht verbrannten Komponente beschädigt werden, kann verhindert werden.
In der Energie-Erzeugung-Technologie, bei der ein Heizkessel, der unter Druck stehendes Fließbett verbrennt, oder ein Kohlevergaser benutzt wird, kann Energie wirksam durch Einsatz reichlich geförderter Kohle erzeugt werden, und es ist fast kein SOx oder NOx im emittierten Abgas enthalten. Die vollständige Ausführung dieser Technologien, die sich derzeit im Einführungsstadium befinden, kann daher beträchtlich beschleunigt werden. Der Einfluß des Verfahrens zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels gemäß der Erfindung auf die künftige Energieindustrie ist daher groß.

Claims

1. Verfahren zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels, der eine Filtervorrichtung verwendet, die Keramikfilter umfaßt und mit einer Regeleinrichtung zum Regenerieren der Keramikfilter durch Umkehr-Reinigen versehen ist, wobei das Verfahren die Stufen umfaßt:

Nachweisen einer nicht verbrannten Komponente im Abgas, das in die Filtervorrichtung eingeführt wird, mittels einer Nachweis-Einrichtung, wenn die Verbrennung im Heizkessel unvollständig ist;

Zuführen eines komprimierten Gases aufgrund eines Signals, das von der Regeleinrichtung übertragen wird, wenn die nicht verbrannte Komponente nachgewiesen wird, und Ausführen eines Umkehr-Reinigens durch Blasen des komprimierten Gases in Räume an der Gasseite der Filtervorrichtung, wobei das Umkehr-Reinigen in einer Frequenz von mehr als dem zweifachen der beim Normalbetrieb in Intervallen kürzer als vier Minuten ausgeführt und es fortgesetzt wird, bis die nicht verbrannte Komponente auf einen voreingestellten Wert abgenommen hat.

2. Verfahren zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels nach Anspruch 1, wobei die Nachweis-Einrichtung zum Nachweisen der nicht verbrannten Komponente eine Staub-Konzentration im Abgas nachweist.

3. Verfahren zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels nach Anspruch 1, wobei die Nachweis-Einrichtung zum Nachweisen der nicht verbrannten Komponente die Zunahme eines Druckunterschiedes der Keramikfilter oder die Zunahme einer steigenden Rate des Druckunterschiedes der Keramikfilter nachweist.

4. Verfahren zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels nach Anspruch 1, wobei die Nachweis-Einrichtung zum Nachweisen der nicht verbrannten Komponente die Zunahme eines Temperatur-Unterschiedes zwischen Positionen entsprechender Keramikfilter oder die Zunahme eines Temperatur-Unterschiedes zwischen Kammern für gereinigtes Gas, die durch Rohrbleche abgeteilt sind, nachweist.

5. Verfahren zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels nach Anspruch 1, wobei die Nachweis-Einrichtung zum Nachweisen der nicht verbrannten Komponente die Abnahme der Sauerstoff- Konzentration des Abgases oder die Zunahme des absoluten Wertes einer abnehmenden Rate der Sauerstoff Konzentration nachweist.

6. Verfahren zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels nach Anspruch 1, wobei die Nachweis-Einrichtung zum Nachweisen der nicht verbrannten Komponente die Zunahme einer Kohlenmonoxid-Konzentration des Abgases oder die Zunahme der steigenden Rate der Kohlenmonoxid- Konzentration nachweist.

7. Verfahren zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels nach Anspruch 1, wobei die Nachweis-Einrichtung zum Nachweisen der nicht verbrannten Komponente eine Leistungszunahme- Instruktion der Heizkesselleistung nachweist.

8. Verfahren zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels nach Anspruch 1, worin die Nachweis-Einrichtung zum Nachweisen der nicht verbrannten Komponente eine Spül-Instruktion einer Brennstoff-Leitung des Heizkessels nachweist, und das Umkehr-Reinigen zeitweise durch komprimiertes Stickstoffgas ausgeführt wird.

9. Verfahren zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Abgas ein unter Druck stehendes Abgas ist, das aus einem mit Kohle gefeuerten Heizkessel emittiert wird, der ein unter Druck stehendes Fließbett verbrennt.

10. Verfahren zum Filtrieren von Abgas eines Heizkessels nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9 wobei ein Nachuntenblasen zum Extrahieren staubbeladenen Gases aus einem Trichter, der an einem unteren Abschnitt des Filterkessels vorhanden ist, parallel mit dem Umkehr-Reinigen ausgeführt wird.