JPH10503967A - 高温フィルタから微粒子堆積物を除去するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 燃料及び空気の混合物の燃焼を利用して、気体状の燃焼生成物から成る高温高圧のパルスを発生させ、隔膜フィルタ装置に収容されると共に、微粒子を含む高温高圧のプロセスガスから微粒子を分離するために用いられるセラミック製のフィルタ要素の逆流洗浄を行う。燃料及び空気の混合物の燃焼によって発生する気体状の燃焼生成物の体積を複数の流れに分割するのが好ましく、各々の流れを音響オリフィスに通して高圧パルスとして各々のフィルタ要素の開放端へ搬送し、フィルタ要素を通過させてフィルタ要素の表面に担持されたダストケーキを除去させる。

Description

【発明の詳細な説明】 高温フィルタから微粒子堆積物を除去するための装置及び方法 技術分野 本発明は一般に、高温高圧の微粒子を含んだガスの流れを浄化するために使用 されるフィルタの表面から微粒子の堆積物すなわちダストケーキを除去する技術 に関し、より詳細には、燃焼機構からの熱いガス（ｈｏｔ ｇａｓ）のパルスで （ｐｕｌｓｅ）上記フィルタを逆流洗浄することにより、上記フィルタを清掃す るための装置及び方法に関する。 背景技術 合衆国政府は、米国エネルギー省と本発明者との間の雇用者／雇用人の関係に 従い、本発明の権利を有する。 石炭、ピート（泥炭）、バイオマス、並びに、廃棄物の如き炭素を含む物質の ガス化又は燃焼により、微粒子物質を含むプロセスガスが発生する。そのような 熱ガス（ｈｏｔ ｇａｓ）を大気中に排出したり、あるいは、ガスタービン等の エネルギ消費装置で使用する前に、上記プロセスガスの中の総てあるいは概ね総 ての微粒子物質をプロセスガスから除去し、環境規制を満足すると共に、ガスタ ービン又は熱交換器の如き装置の要素を保護する必要がある。廃棄物焼却炉も、 大気に排出するかあるいは別の用途に使用する前に微粒子を除去する必要のある プロセスガスを発生する。ガスタービン用の動力流体として使用されるようなプ ロセスガスの流れは、比較的高い温度及び圧力でタービンに供給され、これによ り、プロセスガスの中のエネルギ量が効率的に取り出される。 種々の濾過技術が上述の如き高い温度及び高い温度のガスを含むプロセスガス の流れから微粒子物質を除去するために使用されている。例えば、隔膜フィルタ 、「スクリーンのない粒状」のベッドフィルタ、音響的な凝集、及び、サイクロ ンが、高温及び高圧のガスの流れから微粒子を除去するために満足に使用されて いる。 上記技術の中で、セラミック製のフィルタ要素を用いた隔膜フィルタ装置が、 高温高圧のプロセスガスの流れから微粒子物質を除去するための最も効果的な機 構の１つである。隔膜フィルタ装置は通常、複数のセラミック製のガスフィルタ 要素を圧力容器の中で支持することにより形成される。フィルタ要素を有する管 板が、圧力容器を、微粒子を含んだガスを収容する汚染ガスゾーンと、実質的に 微粒子を含まないガスを収容する清浄ガスゾーンとに分離する。ガスフィルタ要 素は通常管板に直接取り付けられるが、管板によって支持されたプリナムの中に 設けることもできる。隔膜フィルタ装置は、米国特許第４，３４３，６３１号、 第４，７３５，６３８号、及び第４，７６４，１９０号に開示される直交流式の フィルタの如き種々の形態のフィルタ要素、あるいは、米国特許第２，５４８， ８７８号、並びに、ドイツ特許第３５１５３４５号及び第３５１５３６４号に開 示されるようなキャンドルフィルタを用いる。好ましい隔膜フィルタ要素は、炭 化ケイ素、マライト、あるいはアルミン酸塩の如きセラミック材料から形成され るが、その理由は、そのような材料は、石炭の燃焼又はガス化によって発生する ような微粒子を含んだ高温高圧のプロセスガスに露呈された時に、耐食性が高く 且つ機械的な劣化が少ないからである。 隔膜フィルタの作用においては、気体透過性のフィルタ要素の露出表面に接触 する汚染ガスゾーンの中のプロセスガスの大部分の微粒子が、フィルタ要素の表 面の上にあるいはそのすぐ下に留まり、これに より、通常はフィルタケーキ又はダストケーキと呼称される微粒子物質の層を形 成する。フィルタ要素は細孔構造を有しているので、フィルタ要素の前後の差圧 は、フィルタ要素の前後の圧力降下が使用できない高いレベルに到達するまで、 ダストケーキの厚みの増加と共に増大し、これにより、ダストケーキを除去する 必要がある。通常、上記ダストケーキの除去は、フィルタ要素の前後の圧力降下 を使用可能な程度に維持するために定期的に行う必要がある。ダストケーキの成 長時間及び清掃の時間は、許容される最大圧力降下を選定することにより、ある いは、予め設定された間隔でフィルタを清掃することにより決定される。 隔膜フィルタ装置の中のフィルタ要素からのダストケーキの除去は、高圧のガ スでフィルタ要素を逆流洗浄することにより行うことができる。従来用いられて いる逆流洗浄技術は、高圧の比較的冷たい窒素又は酸素の流れを使用して、キャ ンドル型又は直交流型のフィルタ要素を清掃していた。上記逆流洗浄技術を使用 した場合には、清掃作業に使用されるガスを貯蔵するための高圧の圧力容器、あ るいは、そのようなガスを供給するための高圧のコンプレッサが必要とされる。 また、フィルタ要素を逆流洗浄するための窒素又は空気の高圧のパルスをフィル タ要素の「清掃側」に供給するために、迅速に応答する弁機構も必要とされる。 この清掃作業は、隔膜フィルタが運転中に、すなわち、プロセスガスがフィルタ 装置を通過している間に行うことができ、また、休止中に、すなわち、隔膜フィ ルタがプロセスガスの流れから絶縁されている時に行うこともできる。運転中に 隔膜フィルタを清掃すると、隔膜フィルタの容器の数を大幅に減少させ、フィル タ装置の全体的なコストを大幅に低減することが判明した。 しかしながら、比較的冷たい逆流洗浄ガスを使用すると、そのよう なガスは、運転中のフィルタ要素の温度よりもかなり低い温度で隔膜フィルタに 注入され、これにより、熱衝撃を生ずると共に、フィルタ要素が冷たい空気又は 窒素のパルスに接触することにより、セラミック製のフィルタ要素が早期に故障 することが度々あるので、幾つかの問題が生ずる。比較的冷たい逆流洗浄ガスを 、フィルタ要素に接触する前に暖めることにより、熱衝撃の問題を低減しようと する試みが行われている。そのような１つの試みにおいては、各々のフィルタ要 素の上方にベンチュリを設け、これにより、パルスガスが、逆流洗浄操作の間に 、熱いプロセスガスをフィルタ要素の中へ引き込む吸引器として機能するように している。この技術は空気を幾分暖めるが、フィルタ装置が運転中には、上記ベ ンチュリの存在により、清掃期間を除く運転の間にフィルタ装置に望ましくない 圧力降下が生ずることが判明した。 フィルタ要素を清掃するために使用される他の技術においては、入れ子式のフ ァイバの清掃で実施され、また、”Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｎｅｓｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｆｉｌｔｅｒ”（Ｂａｔｔｅｌｌ ｅ Ｓｔａｔｕｓ Ｒｅｐｏｒｔ，Ｂａｔｔｅｌｌｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａ ｂｏｒａｔｏｒｙ ａｔ Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，Ｏｈｉｏ，Ｍａｙ，１９９０）に 記載されているパルス燃焼器からの音響エネルギを使用している。通常は数千個 のフィルタ要素を用いる実用規模の隔膜フィルタ装置においては、パルス技術に は問題がある。その問題は、数千個のパルス燃焼器あるいはその数千個のパルス 燃焼器の何倍かのパルス燃焼器の作用を制御するための監視は実施不能であると 考えられることに関連する。 パルス燃焼器は、チャンバに音響的に接続することに基づき作動し、２０サイ クル／秒よりも高いのに対して、パルスは、数百分間の作用 の後に数秒の期間にわたって発生し、従って、パルス燃焼器に比較して時間が長 い。パルス燃焼器は、短いバースト時間にわたって作動するようにすることがで きるが、パルスの整形は実際的ではなく、適正なタイミングは不可能であると予 想される。その理由は、パルス燃焼器は、音響的なカップリングを発生する熱条 件を達成するために「長い」時間を要するからである。 フィルタの清掃を行うためにパルス型の燃焼器からの音響エネルギを使用する 際に予想される他の問題は、フィルタ清掃作業における音響エネルギによって、 フィルタ要素が不都合な過剰の振動を受けることである。 発明の開示 本発明の基本的な目的すなわち対象は、特に隔膜フィルタが運転モードにある 時に、特にキャンドル型又は直交流型のセラミック製の隔膜フィルタからケーキ 状の微粒子物質を逆流洗浄により清掃するための熱い燃焼ガスから成るかなり高 圧のパルスを発生するための、簡単で比較的廉価な燃焼装置を提供することであ る。高温高圧の気体状の燃焼生成物のパルスを使用することにより、セラミック 製のフィルタ要素の熱衝撃及び振動が大幅に減少されあるいは排除され、また、 装置の性能を制限する高温弁が必要とされず、従って、フィルタ要素の満足すべ き清掃を行うために必要とされる全体的な装置のコストが大幅に低減される。 本発明の他の目的は、プロセスガスの温度に概ね相当する温度のガスから成る 単一のパルスの形態の気体状の燃焼生成物の流れを形成し、これにより、セラミ ック製のフィルタ要素の熱衝撃を防止することである。 本発明の別の目的は、セラミック製のフィルタを清掃するためのパルスガス清 掃装置を提供することであり、該装置においては、気体状の燃焼生成物のパルス を発生する燃焼装置は、スパーク型の着火装置を用い、該着火装置は、空気及び 燃料（気体又は液体）の混合物を着火させ、これにより、フィルタ要素を逆流洗 浄により清掃するに十分な圧力の熱ガスから成る迅速に付与されるパルスを発生 させる。 他の目的は、微粒子を含んだプロセスガスの還元又は酸化の特性に相当する還 元又は酸化の特性を有する気体状の燃焼生成物から成る高温高圧のパルスを発生 させ、これにより、セラミック製のフィルタ要素並びに下流側の要素の腐食を極 力少なくすることである。本発明の装置は、第１及び第２のゾーンを有する圧力 容器手段の中に収容された気体透過性の複数のフィルタ手段を備える隔膜フィル タ装置のフィルタ要素の表面から微粒子物質をパルス清掃するために使用される 。上記各々のフィルタ手段は、上記第１のゾーンに整合する第１の表面と、上記 第２のゾーンに整合する第２の表面とを有している。各々のフィルタ手段の第１ の表面は、微粒子を含んだ高温高圧のプロセスガスに接触し、プロセスガスがフ ィルタ手段を通って上記第２のゾーンの中へ入っている間に、上記プロセスガス の流れから微粒子物質を除去するようになされている。概略的には、本装置は、 燃焼室手段と、燃料及び酸化剤の装填物を上記燃焼室手段の中へ導入するための 手段と、上記燃料及び酸化剤の装填物を急速に燃焼させ、高温高圧の気体状の燃 焼生成物を発生させるための選択的に作動可能な点火手段と、上記燃焼室手段、 並びに、上記複数のフィルタ手段の各々の上記第２の表面に各々整合する複数の 導管手段とを備える。これらの導管手段は各々、上記燃焼室手段から気体状の燃 焼生成物の流れを搬送し、上記フィルタ手段を通過して該フィルタ手段の第１の 表面に担持される 上記微粒子物質に係合して該微粒子物質を除去するに十分な高い圧力で、上記気 体状の燃焼生成物の流れを上記各々のフィルタ手段の第２の表面に接触させる。 各々の導管手段に作動的に関連して音響オリフィスが設けられ、気体状の燃焼 生成物の流量を制御して各々の高圧のパルスを形成する。 フィルタ手段の第１の表面に担持される微粒子物質を除去するための方法は、 ある量の気体状の燃焼生成物を発生する段階と、該ある量の気体状の燃焼生成物 を別個の気体状の燃焼生成物の流れに分割する段階と、上記第２のゾーンに整合 する各々のフィルタ手段の第２の表面を、上記気体状の燃焼生成物の流れの１つ に接触させて該流れを各フィルタ手段を通して通過させ、これにより、上記各々 のフィルタ手段の上記第１の表面に担持される微粒子物質に係合させこれら微粒 子物質を除去する段階とを備える。 本発明の他の及び別の目的は、以下に述べる、あるいは、添付の請求の範囲に 示される例示的な実施例及び方法を理解することにより明らかとなろう。また、 本明細書では触れない種々の効果は、本発明を実施することにより当業者には理 解されよう。 以下の記載は基本的には、キャンドル型の隔膜フィルタ装置の逆流洗浄式のパ ルス清掃の使用に関するが、本発明の装置及び方法は、直交流型のフィルタ要素 を備える隔膜フィルタを逆流洗浄によりパルス清掃するために容易に使用するこ とができる。 図面の簡単な説明 図１は、複数のセラミック製のキャンドル型フィルタ要素を収容する隔膜フィ ルタを一部断面で示す立面図であり、上記複数のフィルタ要素は、高温高圧のプ ロセスガスの流れから微粒子を除去するために 使用され、各々のフィルタ要素は、本発明に従って、高温高圧の気体状の燃焼生 成物から成るパルスで逆流洗浄することにより清掃される。 図２は、図１の線２−２に沿って取った破断断面図であって、個々のキャンド ルフィルタ要素を、気体状の燃焼生成物を発生させるために使用される燃焼装置 に接続するそれぞれの導管の各接続部で使用される音響オリフィスを詳細に示し ている。 図３は、図１の線３−３に沿って取った破断断面図であって、各キャンドルフ ィルタの開放端で各ガス搬送導管を接続する構造を示している。 本発明の好ましい実施例は、図示及び説明のために選択されたものである。図 示のこの好ましい実施例は、本発明を総て網羅しようとするものでもなく、また 、本発明を図示の厳密な形態に限定しようとするものでもない。この好ましい実 施例は、本発明の原理、並びに、その用途及び実際的な使用を最も良く説明し、 これにより、当業者が、意図する特定の用途に最も良く適合させて、本発明を種 々の実施例及び改善例において最も良く利用できるようにするために、選択され 且つ説明されるものである。また、図１に示す隔膜フィルタ装置は３つのセラミ ック製のキャンドルフィルタを備えた状態で図示されているが、適宜な数のキャ ンドルフィルタを圧力容器に含めることができることが明らかとなろう。３つの キャンドルフィルタを備えた構成は、単に図示及び説明の目的のために示したも のである。１つの燃焼装置すなわち燃焼室が、複数の導管を介して、３つのキャ ンドルフィルタに接続された状態で示されているが、幾つかの燃焼室を用いて高 温高圧のガスの適正なパルスを発生させ、これにより、特に相当数のキャンドル フィルタ要素を収容する圧力容器の中で、キャンドルフィルタを逆流洗浄するこ とができることは明らかとなろう。 発明を実施するための最良の形態 上に概略的に説明したように、本発明は、隔膜フィルタ装置の中のキャンドル フィルタを逆流洗浄及びパルス清掃するための装置及び方法に関する。図面の図 １乃至図３を参照すると、符号１０でその全体を示す高温高圧のキャンドル型の 隔膜フィルタは、垂直方向に配列された円筒形の圧力容器１２を備え、該圧力容 器は、この圧力容器１２の上方端と下方端との概ね間の位置でその側壁を貫通す る微粒子を含んだプロセスガス用の入口１４を有している。出口１６が、圧力容 器１２の頂部に設けられており、上記出口は、微粒子物質を実質的に含まないプ ロセスガスを搬送するが、上記微粒子物質は、圧力容器１２の空所２０の中に設 けられたフィルタ要素の列１８によってプロセスガスから除去される。ガスフィ ルタ要素の列１８は、垂直方向に伸長する細長い３つのフィルタ２２、２４、２ ６を備えた状態で図示されており、これらフィルタは、キャンドルフィルタと一 般に呼称されるタイプのものであり、各々のキャンドルフィルタは、その下方端 が閉止され、且つ、開放された頂部２８（図３）を有する管状の形態を有してい る。上記気体透過性のキャンドルフィルタは、上述の如きセラミック材料から形 成されるのが好ましい。キャンドルフィルタは、水平方向に伸長する管板３０を 用いることにより、その上端付近の位置において、容器１２の中で垂直方向に支 持されており、上記管板は、キャンドルフィルタ２２、２４、２６の開放端２８ に整合されて該管板を貫通する開口３２を有している。上記キャンドルフィルタ ２２、２４、２６は、適宜な手段によって管板２０に取り付けることができ、例 えば、開口２８に隣接するフィルタ要素の端部に、管板３０の水平方向に配列さ れた２つの部材３６、３８の間に支持することのできる 半径方向に伸長するフランジ３４を設けることにより取り付けることができる。 また、圧力容器１２の下方端には、固体すなわち微粒子用の出口４０が設けら れており、これにより、入口１４を通って圧力容器１２に入った微粒子を含んだ プロセスガスから、キャンドルフィルタの濾過作用によって除去された微粒子物 質は、適宜な弁構造（図示せず）を介して、圧力容器１２から除去される。圧力 容器１２の内側すなわち空所２０は、管板３０、並びに、キャンドルフィルタ２ ２、２４、２６によって、第１のゾーンすなわち汚染ガスゾーン４２と、第２の ゾーンすなわち清浄ガスゾーン４４とに分割される。微粒子を含んだプロセスガ スは、入口１４を介して圧力容器１２の中の汚染ガスゾーン４２に入り、気体透 過性のキャンドルフィルタ２２、２４、２６の外側面４６に接触する。プロセス ガスはキャンドルフィルタを通過し、その際に、プロセスガスに含まれた微粒子 物質はプロセスガスから分離される。「清浄」なプロセスガスは、内側面４８を 通ってキャンドルフィルタから出、空所２０の上方部に位置する清浄ガスゾーン ４４に入る。清浄ガスゾーン４４の中のプロセスガスは、実質的に微粒子物質を 含んでおらず、ガス出口１６を通って圧力容器１２から大気へ排出されるか、あ るいは、ガスタービン（図示せず）の如き適宜な利用点まで搬送される。 本発明のパルス式のフィルタ清掃装置を採用する高温高圧の隔膜フィルタ装置 の特徴は、本発明の実施に極めて重要であるとは考えられず、その理由は、本発 明の装置は、図示の３つのキャンドルフィルタよりも多いあるいは少ないキャン ドルフィルタを収容する隔膜フィルタ装置のフィルタ要素を清掃するために利用 することができるからである。また、キャンドルフィルタは、圧力容器の中の幾 つかの別個の プリナムすなわち隔室の中に設けたり、及び／又は、種々のゾーン分離機構又は 管板によって支持することができる。また、上述のように、本発明の熱ガスパル スによる清掃装置は、米国特許第４，３４３，６３１号に記載されるタイプの直 交流式のフィルタを備える隔膜フィルタを清掃するために使用することができる 。従って、上述の如き高温高圧の隔膜フィルタを備える圧力容器の構造的な詳細 は、本発明のポイントであるとは見なされず、変更したり、あるいは、例えば、 セラミック製のメンブレン隔膜型、キャンドル型、あるいは直交流型のガスフィ ルタを備える周知の高温高圧の隔膜フィルタ装置とすることができる。 本発明によれば、微粒子を含んだ高温高圧のプロセスガスに適宜に使用される 上述の如き隔膜フィルタ装置は、高温高圧のガスの不連続的なパルスによって逆 流洗浄することにより、キャンドルフィルタ２２、２４、２６の如きガスフィル タ要素の外側面に担持されたフィルタケーキすなわち微粒子物質の層の清掃を定 期的に行われる。図１乃至図３に示すように、熱ガスパルスによる清掃装置は、 一般には細長い円筒形の形状を有する燃焼器５０を備え、該燃焼器の一端部には 、酸化剤すなわち空気の入口ライン５２と、燃料（液体又は気体状）の入口ライ ン５４とが設けられる。これらの入口ライン５２、５４には、電磁弁の如き迅速 に作動する弁５６、５８がそれぞれ設けられ、これら弁は、燃焼器５０の内部５ ９に供給される空気及び燃料の量を迅速且つ積極的に制御する。 点火プラグ６０の形態の点火装置が、空気及び燃料の入口５２、５４付近に、 好ましくはこれら入口の間で、燃焼器５０の一端部に設けられる。点火プラグ６ ０は、燃焼器５０の中の燃料及び空気の混合物すなわち装填物を着火させて、気 体状の燃焼生成物を形成する。この 気体状の燃焼生成物の圧力は、燃料及び空気の装填物の燃焼が進むに連れて、燃 焼器５０の内部５９で急速に増加する。点火プラグ型の点火装置を採用すること により、燃焼器５０の中の燃料及び空気の装填物の急速な燃焼が達成され、これ により、接触するセラミック製のフィルタ要素２２、２４、２６の熱衝撃を防止 するに十分な高い温度の気体状の燃焼生成物が生成される。また、気体状の燃焼 生成物は、高圧のパルスの形態でキャンドルフィルタの中へ注入されるに十分な 高い圧力にあり、上記高圧のパルスは、微粒子を含んだプロセスガスの方向とは 反対の方向において多孔質のフィルタ要素２２、２４、２６を通過し、キャンド ルフィルタ２２、２４、２６の外側面からフィルタケーキすなわちダストケーキ を離脱させる。 気体状の燃焼生成物のフィルタ清掃パルスをキャンドルフィルタに供給するこ とを可能にするために、上記燃料及び空気の入口とは反対側の燃焼器５０の端部 に排出ライン６２が設けられており、この排出ライン６２は、燃焼器５０から、 該ライン６２が適宜に取り付けられる圧力容器１２まで伸長している。排出ライ ン６２は、複数の導管６４、６６、６８を備える状態で図示されており、これら 各々の導管は、燃焼器５０の内部５９に整合する一端部と、各々のキャンドルフ ィルタ２２、２４、２６の開放された上方端２８まで伸長する反対側の端部とを 有している。図２に最も良く示すように、上記各々の導管６４、６６、６８の燃 焼器５０の内部５９に連通する端部には、音響オリフィスすなわち絞り７０が設 けられている。上記音響オリフィスは、各々の導管６４、６６、６８の適宜な箇 所に音響オリフィスを取り付けることにより、あるいは、燃焼器５０の端部にエ ンドプレート７２を設け、該エンドプレート７２に音響オリフィスを設けること により形成することができる。ライン６２、並びに、導管６４、６６、６８は、 例えば、溶接により、あるいは、適宜なボルト止め構造を用いることにより、適 宜な態様でエンドプレート７２に取り付けることができる。音響オリフィスは、 各々の導管６４、６６、６８に関連して設けられており、各々の音響オリフィス は燃焼器５０を圧力容器から効果的に分離するので、燃焼器５０からの気体状の 燃焼生成物の流量を制御し、これにより、下流側の体積を考慮することなく、燃 焼器５０の中の点火プロセスを制御することを可能とする。 図３を参照すると、導管６６の一端部７４は、キャンドルフィルタ２２の開放 された上方端２８に整合された状態で示されており、導管６４は、管板３０の開 口３２の中の中央に位置するように上記管板に取り付けられるのが好ましい。導 管６４、６８は、キャンドルフィルタ２４、２６に関して同様に配列されている 。導管６６は、図示のように、符号７６でその全体を示す環状のプレートによっ て、管板３０に取り付けられており、上記環状のプレートは、微粒子を含まない プロセスガスが導管６６の外側の周囲を通過するための貫通したスロットすなわ ち穴７８を有している。管板３０を貫通する開口３２、並びに、プレート７６を 貫通する穴７８は、極力小さな圧力降下で熱いプロセスガスをキャンドルフィル タ２２から清浄なゾーン４４の中へ通過させるに十分な寸法を有している。導管 ６４、６６、６８は、キャンドルフィルタ２２、２４、２６へ入る開口付近の適 所で保持されるのが好ましく、これにより、上記導管は、キャンドルフィルタの 内部と適正に確実に整合され、また、上記導管は、燃焼器５０からキャンドルフ ィルタの中へ熱いパルス清掃ガスが通過する際に、脱落することがない。また、 導管６４、６６、６８には、その長さに沿って、熱膨張を許容する環状体を設け ることができる。 作動の際には、燃料及び空気は、キャンドルフィルタを逆流洗浄に よりパルス清掃するために必要とされる体積の気体状の燃焼生成物を生成させる に十分な量の燃料及び空気の混合物が装填されるまで、燃焼器５０の中に入るこ とができる。点火装置６０が作動して燃焼器５０の中の燃料及び空気の混合物を 着火させ、これにより、所望の温度及び圧力の気体状の燃焼生成物の必要量を生 成する。その気体状の燃焼生成物は、燃焼器５０から各々の音響オリフィス７０ を通り、それぞれの導管６４、６６、６８を介してフィルタ２２、２４、２６の 内部へ入り、これにより、フィルタ要素２２、２４、２６を逆流洗浄する。音響 オリフィス７０は、キャンドルフィルタを逆流洗浄するに十分な高い流速の気体 状の燃焼生成物のパルスを形成する。各々のパルスは、比較的少ない流量ではあ るが、透過性のキャンドルフィルタ２２、２４、２６を通過してこれらフィルタ の外側面４６からダストケーキを除去するに十分な高い圧力で供給される。 燃料及び空気の混合物によって形成される燃焼ガスの特定の温度及び圧力は、 キャンドルフィルタの特定の形態、並びに、単一の燃焼器によって使用されるフ ィルタ要素の数に依存する。勿論、図示の３つのフィルタ要素よりも十分に多い 数のフィルタ要素を備える圧力容器を用いた場合には、複数の燃焼器を用いるこ とができることは明らかであろう。これらの燃焼器は、フィルタ要素の清掃が効 果的に行われるように、同時に又は所定の順序で作動させることができる。オリ フィス７０を通って燃焼器５０を出る燃焼ガスの温度は、概ねフィルタ要素が受 けるプロセス温度であるのが好ましく、一方、該燃焼ガスの圧力は、システム圧 力の２乃至１０倍程度の範囲であるのが好ましい。 フィルタ要素を通る容積流量は、より高いガスの圧力においてより少なく、従 って、容積流量は、フィルタ装置の設計を支配するが、その理由は、必要とされ るフィルタ要素の数は、ガスの速度並びにフィ ルタ要素によりもたらされる流通面積に比例するからである。使用されるパルス ガス清掃装置の寸法及び数も、通過速度及びキャンドルフィルタによってもたら される流通面積に依存する。選択されるパルスガス清掃装置の寸法及び数は、十 分な体積の気体状の燃焼生成物がキャンドルフィルタに入り、フィルタ要素を逆 流洗浄して効果的に清掃することができるような寸法及び数とされる。 本発明の実施に際しては、隔膜フィルタ装置の中のフィルタ要素は、該隔膜フ ィルタ装置が休止している間に清掃することができる。しかしながら、本発明の パルスガス清掃装置を採用することにより、隔膜フィルタ装置は、該装置が運転 されている間に清掃することができ、その理由は、フィルタのグループに一緒に パルスを与え、短い時間すなわちパルス清掃の時間にわたって、上記フィルタを 効果的に休止させることができるからである。その間に残りのフィルタが通常に 作動し、プロセスガスは清掃されていないフィルタ要素に分流される。また、燃 焼器によってもたらされる逆流洗浄パルス清掃ガスの温度は、十分に高く、微粒 子を含んだプロセスガスの温度に概ね相当し、これにより、フィルタ要素の危険 な熱衝撃が生ずることはない。 燃焼器から音響オリフィスを介してフィルタ要素に供給される圧力パルスのピ ーク圧力、継続時間及び形状は、使用するフィルタ要素から極力多いダストケー キを除去できるように設計することができる。パルスの圧力のピークの持続時間 並びに形状は、天然ガス、プロパン、ガソリン、ケロシン（灯油）の如き特定の 燃料の選定、及びその燃焼速度によって、また、圧力パルスの所望のピーク圧力 、持続時間、及び形状を得るように設計される燃料空気比によって効果的に制御 することができる。音響オリフィスすなわちノズル７０の寸法は、逆流洗浄によ る清掃によってキャンドルフィルタからダストケーキを離脱さ せるに十分な体積の燃焼ガスのパルスが確実に存在するように、燃焼器からフィ ルタ要素へのガスの流量を制御するように選定される。 燃焼器５０によって生成される熱い気体状の燃焼生成物は、微粒子を含んだプ ロセスガスの還元又は酸化の性質に対応させ、これにより、フィルタ要素及び下 流側の要素の腐食を最小限にするように制御することができる。空気燃料比を制 御することにより、また、使用する燃料を適正に選定することにより、燃料の濃 い又は燃料の薄い燃焼作用での気体状の燃焼生成物の必要とされる温度を得るこ とができ、これにより、気体状の燃焼生成物の所望の還元又は酸化特性をもたら すことができる。 本発明の逆流洗浄パルス清掃装置は、比較的低コストの高温の操作を提供し、 これにより、燃焼ガス弁を必要とせず、また、従来周知のフィルタ清掃装置に比 較して熱衝撃が極めて低いという利点をもたらすことが分かる。また、本発明の パルス清掃装置に音響オリフィスを使用することにより、他のガスパルス清掃装 置の流量を制御するために従来必要とされた高圧高温の弁機構を必要としない。 より以上に高い温度のプロセスガスを使用する装置を作動させる必要が益々高ま っている。従って、金属合金製の弁は、高温における強度に欠けることにより制 限される最高作動温度にやがて到達することになる。そのような温度は、タービ ンの入口温度よりもかなり低く、従って、金属製の弁は結局、タービン装置の最 高作動温度を限定することになる。この弁により支配される制約は、本発明を実 施することにより解消される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホルコム、ノーマン トッド アメリカ合衆国 15317 ペンシルバニア マクマーレイ トンプソンビル ロード 276 (72)発明者 ミッシェリ、ポール ロザー アメリカ合衆国 26505 ウエスト バー ジニア モーガンタウン パークウエイ ドライブ イー３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１及び第２のゾーンを有する圧力容器手段の中に収容されると共に、前 記第１のゾーンに整合する第１の表面、並びに、前記第２のゾーンに整合される 第２の表面を有する気体透過性の複数のフィルタ手段によって概ね画成される隔 膜フィルタ装置のフィルタ要素の表面から微粒子物質をパルス清掃する装置にお いて、燃焼室手段と、燃料及び酸化剤を前記燃焼室手段の中へ導入するための手 段と、前記燃料及び酸化剤を迅速に燃焼させて気体状の燃焼生成物を生成させる ように選択的に作動可能な点火手段と、前記燃焼室手段、並びに、前記複数のフ ィルタ手段の各々の前記第２の表面に各々整合される複数の導管手段とを備え、 これら導管手段は、気体状の燃焼生成物の流れを前記燃焼室手段から搬送して高 圧のパルスの形態で前記各々のフィルタ手段の前記第２の表面に接触させ、気体 状の燃焼生成物を前記フィルタ手段を通して通過させ、これにより、前記フィル タ手段の前記第１の表面に担持された微粒子物質に係合させて該微粒子物質を除 去することを特徴とする装置。 ２．請求項１の装置において、前記オリフィス手段は、前記複数の導管手段の 各々と作用的に関連して設けられ、前記高圧のパルスが前記各々の導管手段を通 過する際に、搬送される気体状の燃焼生成物の流量を制御することを特徴とする 装置。 ３．請求項２の装置において、前記燃料及び酸化剤の装填物を導入するための 手段は、前記燃料及び前記酸化剤用の別個の配管手段と、これら配管手段の各々 に設けられる弁手段とを備え、該弁手段は、前記装填物の中の燃料及び酸化剤の 体積を制御し、これにより、前記気体状の燃焼生成物が前記フィルタ手段を通過 するのに十分な高い圧力の前記気体状の燃焼生成物のパルスを前記各々の導管手 段に供給する ことを特徴とする装置。 ４．請求項３の装置において、前記気体透過性のフィルタ手段は、開放端を有 するフィルタ要素を備え、これらフィルタ要素を前記圧力容器手段の中で支持す るためのフィルタ支持手段が設けられ、前記フィルタ要素の前記開放端が前記第 ２のゾーンに整合して開放していることを特徴とする装置。 ５．請求項４の装置において、前記燃焼室手段は、前記圧力容器手段の外部に 設けられ、前記複数の導管手段は、前記燃焼室手段から、前記各々のフィルタ要 素の前記開放端に隣接する箇所まで伸長することを特徴とする装置。 ６．請求項５の装置において、前記導管手段を前記フィルタ支持手段に取り付 け、前記導管手段の端部を前記フィルタ要素の前記開放端に整合して保持するた めの手段が設けられることを特徴とする装置。 ７．請求項６の装置において、前記フィルタ要素は、細長い管状のセラミック フィルタを備え、前記フィルタ支持手段は、前記フィルタを前記圧力容器の中で 垂直方向に支持することを特徴とする装置。 ８．圧力容器手段を備える隔膜フィルタ装置であって、前記圧力容器手段は、 複数の気体透過性のフィルタ要素を収容し、これらフィルタ要素は、前記圧力容 器手段の第１のゾーンと第２のゾーンとの間に配列されると共に、前記第１のゾ ーンの中の前記フィルタ要素の第１の表面を微粒子を含んだプロセスガスの流れ に接触させることにより、高温高圧の微粒子を含んだプロセスガスから微粒子物 質を除去し、これにより、前記プロセスガスの流れが前記フィルタ要素を通って 前記第２のゾーンへ入る際に、前記プロセスガスの流れから微粒子物質を除去す るために使用されるようになされた隔膜フィルタ装置の中のガスフィルタ要素を 清掃するための方法において、ある体積の気体状の 燃焼生成物を形成する段階と、前記気体状の燃焼生成物を複数の気体状の燃焼生 成物の別個の流れに分割する段階と、前記第２のゾーンに整合する前記各々のフ ィルタ要素の第２の表面を前記気体状の燃焼生成物の流れの１つに接触させ、前 記各々のフィルタ要素を通る前記気体状の燃焼生成物の流れを、前記各々のフィ ルタ要素の前記第１の表面に担持される微粒子物質に接触させてこれら微粒子物 質を脱落させる段階とによって、前記フィルタ要素の前記第１の表面に担持され た微粒子物質の除去を行うことを特徴とする方法。 ９．請求項８の方法において、前記気体状の燃焼生成物は、燃料及び空気の混 合物を燃焼させることにより、前記微粒子を含んだプロセスガスの流れの温度に 概ね相当する温度になされることを特徴とする方法。 10．請求項９の方法において、前記燃料及び空気の混合物の量、並びに、該混 合物の中の空気に対する燃料の比を選定し、これにより、前記気体状の燃焼生成 物が前記フィルタ要素を通過するに適したある圧力の気体状の燃焼生成物をある 持続時間にわたって生成する段階を備えることを特徴とする方法。 11．請求項１０の方法において、前記各々の流れに対して圧力降下を与え、こ れにより、前記各々の流れを形成する前記気体状の燃焼生成物の流量を制御する 段階を備えることを特徴とする方法。 12．請求項１０の方法において、前記混合物の中の空気に対する燃料の比を選 定して燃料の濃い又は燃料の薄い混合物を生成し、これにより、前記微粒子を含 んだプロセスガスの還元又は酸化特性に相当する還元又は酸化特性を有する気体 状の燃焼生成物を形成する段階を更に備えることを特徴とする方法。 13．請求項１１の方法において、前記気体状の燃焼生成物は、前記 微粒子を含んだプロセスガスの圧力よりも高い圧力を有し、これにより、前記微 粒子を含んだガスが前記第１のゾーンにある時に、前記気体状の燃焼生成物の流 れを前記各々のフィルタ要素を通して通過させることを特徴とする方法。