KR0178771B1 - 고온가스를 여과하는 장치 - Google Patents

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티모 에릭손
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마티 힐투넨;자르모 쿨헬름
포스터 휠러 에너지아 오와이
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Abstract

예컨대 유동상 반응기로부터 대기압이나 초대기압의 고온가스가 적어도 하나의 수직 내측용기를 내측에 갖는 수직 외측용기에서 여과된다. 내측용기를 가스 불투과성 주변벽을 갖고 외측용기의 가스용적을 청정가스와 오염가스로 분리한다. 다수의 단결정 세라믹 필터요소가 내측용기의 주변벽에 배치된 개구부에 설치되어 청정가스가 필터요소를 통해 오염가스용적으로부터 청정가스용적으로 유동가능하다. 주변벽은 냉각튜브로 이루어진 냉각패널을 포함하고, 이 튜브는 필터 설치구조물의 온도를 낮출 수 있다. 냉각튜브는 필터설치구조물만이 냉각되도록(즉, 가스는 상당히 냉각되지 않음) 가스와 직접 접촉되는 내화성물질에 의해 보통 보호되고, 그러나 필터설치 구조물은 냉각 또는 기타 냉각유체의 고처리량이 냉각튜브를 통과하는 경우, 또한 가스를 냉각시키도록 사용될 수 있고, 그리고/또는 냉각된 부품과 가스사이에 직접적인 접촉이 제공된다.

Description

[발명의 명칭]
고온가스를 여과하는 장치
[발명의 배경 및 요약]
본 발명은 순환유동상 반응기로부터 배출되는 고압가스와 같이 고온가스를 여과하는 장치에 관한 것이다. 여과장치는 전형적으로 다공성 세라믹 필터요소를 포함한다. 본 발명은 또한 고형체 오염물을 함유하는 고온가스를 여과시키고 축적된 고형체를 필터요소로부터 안전한 방식으로 효율적으로 제거하는 방법에 관한 것이다.
고온 가스흐름으로부터 입상물을 제거하기 위해 세라믹필터를 사용하는 것이 종래기술에 공지됐다. 예컨대 고온가스를 정화하기 위해 냉각된 튜브시트로 지지된 캔들형 세라믹필터(미합중국 특허 제4,869,207호)를 사용하는 것이 공지됐다. 그러나, 이와같은 필터장치의 크기는 현재 제한되고, 캔들형 필터를 갖춘 압력용기의 직경에 대한 실제적인 제한은 약 3-5m이다.
또한, 필터장치에서 냉각된 지지판에 의해 수직으로 지지된 유동필터튜브를 관통하는 세라믹을 사용하는 것을 공지됐다. 이들 필터장치하우징의 크기는 용기 자체의 팽창 때문에 그리고 지지판에 요구되는 강성 때문에 예컨대, 2m 이상의 큰 직경을 갖는 물로 냉각되는 큰 지지판을 만드는 것이 어려우므로 실제 제한된다.
예컨대 특정의 예비동작기간후에 소정 압력강하를 유지할 수 있도록 하기 위해 필터를 정화하는 것이 필수적임은 또한 공지됐다. 일반적으로 사용된 필터를 정화하는 방법은 필터를 세척하기 위해 가스의 역방향 펄스를 사용한다.
큰 필터장치를 제공하기 위해 냉각된 벽과, 필터 하우징의 오염가스공간내에 다수의 수평으로 설치된 튜브를 갖는 필터하우징을 제공하는 것이 제안되었다. 이들 튜브를 예컨대 필터하우징내의 한 벽으로부터 반대벽으로 닿는다. 그러나, 고형체입자의 상당량은 가스로부터 여과되는 경우 그다음 튜브에 축적되는 입자 물질은 폐쇄문제를 용이하게 일으킨다. 취성 세라믹튜브에 손상이 일어나지 않을 정도로 필터튜브를 펄스시키는 것이 이루어져야 하고, 이와같은 손상을 방지하는 것이 곤란할 수 있다. 더 큰 필터장치가 제조될 수 있으나 필터하우징에 대해 더 큰 필터면적을 갖춘 더 큰 장치와 더욱 용이하게 세척되는 필터가 요구되는 한 수평튜브필터의 배치는 종래의 캔들형 필터보다 장점을 제공한다.
또한 필터하우징용적에 대해 고도의 여과작용을 제공하는 다공성 단결정 세라믹필터를 사용하는 것이 제시되었다. 이 단결정 세라믹필터는 입구단부로부터 출구단부까지 길이방향으로 연장되는 다수의 통로를 가지나, 이 통로는 입구쪽(오염가스측)으로부터 출구측(청정가스측)까지의 통로를 통해 공급원료(feed stock)의 직접적인 통과를 방지하도록 폐쇄되어 청정가스가 다공성 세라믹재료를 통과하여 필터의 청정가스측에 연결된 인접통로로 강제로 이동되게 한다. 이와 같은 단결정 세라믹필터 다발(cluster)의 정화능력은 종래의 캔들형 또는 관형 세라믹필터보다 훨씬 크다. 이 단결정 세라믹필터는 이 때문에 종래의 관형 또는 캔들형 세라믹필터보다 작은 공간을 차지한다.
그러나, 주변이 고온이고 온도 변화가 가능한 필터용기에 이들 단결정요소를 설치하는 것은 매우 복잡하고 비용이 드는 구조를 갖는다. 연소실, 기화실 등의 고온가스를 정화시킬 때, 전체 여과용기구조물은 가열되므로 값비싼 내열 물질로 제조되어야 한다. 그러므로 큰 필터장치로 제조하는 것은 경제적으로 비실용적이다.
단결정 필터요소를 포함하는 고온 필터장치의 측벽은 이 필터장치가 가열될 때 파손되지 않고 팽창되기 쉬우며, 이에 의해 단결정필터요소와 측벽사이의 접합부는 또한 파손되지 않고 문제를 발생시킨다.
본 발명의 목적은 고온가스를 여과하는 개선된 장치를 제공하는 것이다.
특히 본 발명의 목적은 상기 언급된 문제들을 극복하고, 값싸고 간단하며 신뢰성있는 가스정화장치를 갖추도록 가압연소, 연소와 이에 관련된 방법에 고온·고압 세라믹 필터장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따라, 가압(즉, 초대기압) 시스템과 대기압 시스템으로부터 고온가스를 여과하는 장치가 제공된다. 이 여과장치는 다음의 요소를 포함한다;
-상부, 바닥, 측벽을 갖는 일반적으로 수직의 외측 용기;
-상기 외측용기내에 배치되고, 가스가 상기 벽들을 통해 유동하는 것을 방지하고 상기 외측용기의 가스공간을 오염가스공간과 청정가스공간으로 분리하는 일반적으로 비투과성 주변벽을 갖춘 적어도 하나의 대체로 수직의 내측용기;
-상기 내측용기의 상기 주변벽에 배치된 개구부에 배열되어 청정가스가 상기 내측용기의 주변벽의 일측으로부터 타측으로 상기 필터요소를 통해 유동하는 것을 가능하게 하는 다수의 단결정 세라믹필터 요소;
-상기 주변벽은 수관(water tube)으로 형성된 냉각패널을 포함한다.
바람직한 장치의 실시예에서, 수직의 내측용기는 수관패널로 제조되고, 여기에서 인접한 수직의 수관은 핀에 의해 서로 연결된다. 내측용기는 외측용기에 동심원으로 배열되고, 단결정 세라믹필터 요소는 요소의 입구 오염단부(dirty end)에 의해 수관패널의 개구부로 연결된다.
청정가스단부를 구비하는 필터요소의 주요부는 수관패널을 통해 청정가스공간으로 돌출되고, 필터요소길이의 1/3미만의 매우 작은 부분만이 오염가스공간으로 돌출되거나 필터요소의 거의 아무 부분도 오염가스공간으로 돌출되지 않는다. 필터요소의 백펄스(back pulse) 수단은 필터요소의 청정가스단부 전방에 설치된다.
필터장치의 일실시예에서, 오염가스용 입구는 외측용기의 상부에 설치되고, 지지판은 외측용기의 상측부분에 설치되며, 지지판은 외측용기의 가스공간을 지지판 상측의 오염가스측과 지지판 하측의 청정가스측으로 분리시킨다. 내측용기의 상측단부를 지지판의 개구부에 연결되고, 그래서 내측용기의 주요부분은 지지판 하측에 배치된다. 내측용기의 내부는 지지판의 개구부를 통해 지지판 상측의 오염가스측에 연결된다. 청정가스공간은 내측용기의 외측에 광범위하다. 필터요소는 내측용기 외측의 오염가스측으로부터 내측용기 외측의 청정가스측으로 돌출된다. 청정가스출구는 지지판 하측의 외측용기의 측벽에 설치된다. 고형체 입자 출구는 내측용기의 바닥에 설치되고, 고형체 입자출구는 외측용기의 바닥에 있는 고형체입자출구에 연결된다.
단결정 세라믹필터요소는 수관패널 또는 벽의 개구부에 상이한 모드(mode)로 연결될 수 있다. 이 개구부는 인접 수관사이의 넓은 핀에 설치될 수 있고, 상기 넓은 핀의 폭은 상기 필터요소의 직경과 동일크기로 주로 이루어지며, 그래서 필터요소는 개구부에 삽입될 수 있다. 필터요소는 예컨대 원형, 사각형, 또는 다각형 단면이다. 단결정 세라믹필터요소는 상기 세라믹필터요소의 직경에 상응하는 상기 수관사이에 간격을 제공하도록 두 개 이상의 인접한 수관을 이격되게 만곡시킴으로써 수관패널에 설치된 개구부에 교대로 연결될 수 있다.
내화성 라이닝(refractory lining)층이 수관패널의 각 측면을 피복하도록 제공될 수 있고, 그래서 세라믹요소의 단부와 내화성 라이닝층의 표면은 내측용기에 대부분 평평한 외측면과 내측면을 형성한다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따라, 가스정화장치는 내측용기벽을 포함할 수 있고, 여기에서 필터요소용 개구부는 서로 일정간격으로 다수의 평행한 수직열(row)에 설치된다. 이 개구부는 서로 일정 간격으로 한 개구부가 다른 개구부 위에 설치된다. 연결요소는 필터요소를 주변벽 구조물에 연결하도록 즉, 개구부에 있는 단결정 세라믹필터요소에 시트(seat)를 제공하기 위해 적어도 개구부의 수직부분에 설치된다.
예컨대 핀에 의해 연결된 2-4개의 수직 수관으로 이루어지고 주변벽을 냉각시키도록 사용되는 수직 수관패널은 세라믹요소의 길이와 동일한 수평폭을 대체로 갖고, 이 패널은 필터요소의 수직열 사이에 장착되고, 벽평면에 수직이다. 이 실시예에 따라, 수관패널은 내측용기의 내측면 평면에 대체로 90°이다. 이에의해 수관 패널은 용기에 종래의 수관벽을 형성하지 않는다. 예컨대 원통형용기에서, 독립된 수관패널은 필터요소 열 사이에 방사상으로 배열된 냉각패널을 형성한다.
내측용기용 주변벽을 형성하도록 내화성물질로 라이닝된 금속판 또는 내화성 물질로 라이닝된 기타 구조물과 같이 부가요소는 서로 인접한 수관패널을 결합시키도록 사용될 수 있고, 그래서 내측용기용 가스방지구조 담을 형성한다. 수관패널은 필터요소를 주변벽의 개구부로 고정시키는데 필요한 연결요소를 효과적으로 냉각시킨다. 이 냉각은 연결 봉(bar) 또는 핀을 냉각튜브와 연결요소 사이에 연결시킴으로서 더욱 향상될 수 있다. 연결요소의 냉각은 요소자체의 과도한 팽창을 방지하여 필터요소에 신뢰할만한 시트를 제공한다. 또한, 내측용기의 주변벽에 직각으로 배치된 튜브패널은 내측용기의 전체적인 구조에 고정 및 지지요소를 형성한다.
여과장치의 또다른 실시예에서, 외측용기의 측벽에 오염가스용 입구, 외측용기의 상측부분에 지지판이 있으며, 이 지지판은 외측용기의 가스공간을 지지판 상측의 청정가스측과 지지판 하측의 오염가스측으로 분리시킨다. 내측용기의 상측단부는 지지판의 개구부에 연결되고, 그래서 내측용기의 주요부는 지지판 하측에 배치된다. 내측용기의 내부는 지지판의 개구부를 통해 지지판 상측의 청정가스측에 연결되고, 오염가스공간은 내측용기의 외측에 광범위하게 된다. 이에 의해 필터요소는 내측용기의 오염가스측으로부터 내측용기 내측의 청정가스공간 안으로 돌출된다. 청정가스출구는 지지판 상측의 외측용기 상부에 설치되고, 고형체 입자출구는 외측용기의 바닥에 설치된다.
여과장치의 또다른 실시예에서, 외측용기의 상측에 오염가스용 출구, 오염가스용 출구 하측의 내측용기, 및 입구를 통한 오염가스유동을 외측용기로 방사상 외측으로 안내하기 위해 입구와 내측용기 사이에 안내요소가 있다. 오염가스공간의 내측용기의 외측에 제공되고 청정가스 공간은 내측용기의 내측면에 제공된다. 고형체 출구도관은 외측용기의 바닥에 제공되고 청정가스출구도관은 내측용기에 설치된다.
본 발명에 따라 여과실의 주변벽에 있는 개구부에 설치된 세라믹필터요소 둘레 구조물의 온도를 조절하는 것은 용이하다. 필터요소를 갖춘 내측여과용기의 주변벽의 온도는 항상 예보하는 것이 용이하다. 갑작스런 고온 피크가 방지되고, 이에 의해 손상과 관련된 열충격의 위험이 최소화된다.
내측여과장치의 주변벽을 냉각시키는 것에 의해 발생되는 다른 장점은
-내측용기의 팽창이 더욱 용이하게 조절되고;
-세라믹요소의 지지구조물이 더욱 용이하게 배치되며;
-여과장치의 온도는 낮게 유지되어 더욱 용이하게 조종될 수 있고;
-여과시스템은 더 짧은 시간으로 시동될 수 있고 더 높은 고온변화에 견딜 수 있으며;
-백펄스동안의 온도변화는 문제를 일으키지 않는다.
또한, 세라믹요소는 양단부에 지지를 필요로 하는 관형 세라믹필터와 비교하여 오히려 짧기 때문에, 세라믹 필터요소는 필터요소의 일단부 또는 필터요소의 양단부가 자유로이 열팽창되게 지지될 수 있다. 단결정 세라믹필터요소는 더 작은 외측 압력용기를 허용하는 매우 컴팩트한 형태로 제조될 수 있다.
또한, 다른 장점은 특히 세라믹필터가 백펄스될 때, 필터요소가 약간 깊게, 예컨대 이 요소의 1/3보다 크게 청정가스공간으로 예컨대 용기 내측으로 돌출하는 자체의 청정단부와 배치될 때 달성된다. 이에의해 고압세척펄스는 세라믹필터요소의 부분들을 압축하여 각 방면으로부터 관형챔버 내측에 위치되게 하여 필터요소의 기계적인 파손을 방지한다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명에 따른 전형적인 여과장치의 개략 측단면도.
제2도는 본 발명에 따른 제1도의 전형적인 여과장치에서 관벽패널부분의 확대 단면도.
제3도는 본 발명에 따른 또다른 전형적인 여과장치에서 다른 관벽패널부분의 확대 정면도.
제4도는 본 발명에 따른 전형적인 여과장치의 내측용기의 수평단면도.
제5도는 본 발명에 따른 또다른 전형적인 여과장치의 내측용기의 주변벽 부분의 확대 수평단면도.
제6도 및 제7도는 본 발명에 따른 또다른 두 개의 다른 전형적인 여과장치의 개략 측단면도.
[발명의 상세한 설명]
고온가스용의 전형적인 필터조립체는 제1도에서 일반적으로 도면부호 10으로 표시됐다. 이 조립체는 상부(14), 측벽(16), 바닥(18)을 갖는 일반적으로 수직의 외측용기(12)를 포함한다. 고온 오염가스를 많이 갖는 입자용 가스입구(20)는 상부(14)에 있다. 입구는 예컨대 유동상 연소기, 기화실 등에 연결될 수 있다. 여과모듈(module) 또는 일반적으로 수직의 내측여과용기(22)는 외측용기에 배치된다.
일반적으로 수평 내측용기(22) 지지판(24)은 외측용기(12)의 상측부분에 설치되고, 이 실시예에서 관통 연장개구부(26)를 갖는다. 지지판(24)은 외측용기(12)의 내부를 지지판 상측의 오염가스공간(28)과 지지판 하측의 청정가스공간(30)으로 분리시킨다. 청정가스출구(32)는 외측용기의 측벽(16)에 설치된다.
여과모듈 또는 내측용기(22)는 거기에 가스입구개구부(36)를 갖춘 상부(34), 내측용기에 주요한 주변벽(38)을 형성하는 수직 측벽과, 거기에 고형체 배출 개구부(42)를 갖춘 바닥(40)을 갖는다. 상부(34)의 가스입구개구부(36)는 지지판 상측의 오염가스공간(28)을 내측용기(2)내의 가스공간(40)과 연결시키기 위해 지지판(24)의 개구부(26)에 연결되나, 청정가스공간(30)과 내측가스공간(44) 또는 지지판 상측의 오염가스공간(28) 사이에 가스유동을 방지한다. 내측용기의 상부(34)는 지지판의 개구부(26)에 요소(43)와 함께 유연하게 설치되고 유연한 지지봉(45)에 의해 지지되며, 양자는 약간의 열팽창이 가능하나 내측용기를 지지판의 개구부와 가스방지구조의 연결로 유지시킨다. 고형체 배출개구부(42)는 외측용기의 바닥(18)에 있는 출구개구부에 가스방지구조로 연결된다.
제1a도에서, 내측용기의 주변측벽(3)은 일반적으로 가스방지구조 담으로 형성된다. 다공성 단결정 세라믹필터요소(46)는 청정가스를 필터요소(46)를 통해 내측용기 안쪽의 오염가스용적으로부터 환형 청정가스용적으로 통과시키기 위해 주변벽의 다른 개구부 상부에 한 개구부가 수직열로 형성된 개구부에 삽입된다. 필터요소(46)는 측벽(38)과 가스방지구조로 결합된다. 가스가 많은 오염입자로부터 필터요소에 의해 분리된 입자들은 필터요소(46)의 표면상에 축적된다.
원통형이고 입구단부(50)와 출구단부(52)를 갖는 단결정 세라믹필터요소(46)는 자체의 거의 전길이가 주변벽(38)밖의 청정가스용적(30)으로 돌출된다. 세라믹필터요소(46)는 금속 슬리이브에 의해 개구부(48)에서 보호될 수 있고, 이 슬리이브는 제1a도에 도시되지 않았으나 1994년 5월 18일(대리인 변리사 참고번호(atty, dkt) 1497-18)에 출원된 공동출원 제 호에 도시됐고, 이의 설명은 여기에 참고로 결합됐다. 또한, 금속 슬리이브는 원통형이고 일반적으로 세라믹필터요소(46)와 동일 직경을 갖는다. 이 슬리이브는 예컨대 세라믹필터요소 둘레로 수축되고 가스방지구조방식으로 주변벽(38)의 개구부(48)에 용접된다. 열전달 절연재 및/또는 시일(seal)은 필요한 경우 슬리이브와 세라믹필터요소 사이에 설치될 수 있다.
세라믹필터요소(46)를 백펄스(백플러싱(backflushing))시키는 백펄스 수단은 필터요소(46)의 청정출구측(52) 정면에 설치된다. 백펄스수단은 벤츄리형 출구(56)와 가스분사노즐(58)을 갖춘 백펄스챔버(54)를 포함한다. 제1a도에 도시된 백펄스 챔버(54)는 하나의 수직컬럼에 있는 모든 필터요소를 보호하는 세장챔버를 포함하고, 각 칼럼은 자체의 청정출구측의 필터요소 정면에 독립된 백펄스 챔버를 갖는다. 필터요소를 통해 백펄스 챔버로 유동하는 청정가스는 백펄스 챔버로부터 벤츄리형 출구(56)를 통해 자유 청정가스공간(30)으로 배출된다. 백펄스노즐(58)은 고압으로 청정가스를 벤츄리 출구로 펄스시키도록 배치되고, 이에의해 백펄스챔버 안쪽에 고압펄스를 일으키고 가스를 백펄스챔버로부터 내측용기속으로 유동하게하며 동시에 필터요소의 오염측(50)에 축적된 고형체 입자를 제거시킨다. 제거된 고형체 입자는 출구(42)로 떨어져서 배출된다.
상이한 형태로 필터요소와 결합되는 백펄스챔버가 사용될 수 있고 링형 백펄스챔버 또는 백펄스챔버는 백펄스 사이에 몇 개의 또는 단지 한 개의 필터요소를 백펄스시킨다.
백펄스챔버로 깊게 돌출되는 필터요소(46)는 고압백펄스 동안에도 필터요소가 파손되는 것을 방지하며, 백펄스 압력이 사방에서 필터요소(46)를 누르기 때문에 이에의해 예컨대 상이한 세라믹층이 서로 분리되는 것이 방지된다.
내측용기(22)의 주변벽(38)은 제2도에서 볼 수 있는 바와 같이 수관(60)으로 제조된 냉각벽이다. 인접한 수관(60)들은 핀(62, 64)에 의해 연결된다. 몇몇 핀(64)들은 개구부를 포함하기에 충분히 넓고, 이 개구부에 필터요소(46)가 삽입될 수 있다.
제3도는 다른 수관벽을 나타내며, 여기에서 모든 수관(60)은 일반적으로 종래의 좁은 핀(62)에 의해 결합된다. 필터요소(46)를 위한 개구부(48)를 제공할 수 있도록 두 개의 인접한 수관은 서로 이격되게 만곡되어 필터요소를 삽입하기에 충분한 큰 공간을 제공한다. 개구부는 필터요소에 대한 개구부를 제공하도록 수관벽에 직각인 평면내에 또는 필요한 경우 평면밖으로 다수의 인접 수관을 만곡시킴으로써 제조될 수 있다.
제4도는 수관패널로 형성되는 내측용기의 수평단면도이다. 제4도에서 제1도 내지 제3도 실시예의 부품과 유사한 부품들은 단지 앞에 1이 첨가된 동일 도면부호로 도시됐다. 주변벽(138)은 필터요소(146)를 위해 수관패널(164) 사이에 개구부를 갖는다. 필터요소들은 금속 슬리이브(166)에 의해 둘러싸이고, 이 슬리이브는 예컨대 용접에 의해 수관패널(164)들에 연결되고, 이 수관패널들은 이에의해 슬리이브를 효과적으로 냉각시킨다. 수관패널들은 내측용기의 내측 및 외측으로 유동하는 가스를 냉각시키지 않도록 내화성 라이닝(168)으로 피복된다. 또한 내화성 라이닝은 내측용기에 평평한 외측면 및 내측면을 제공한다. 오염가스측상의 평평한 면은 고형체 입자들이 필터요소의 외측상에 축적되는 것을 방지한다.
제5도는 주변벽에 수관패널을 포함하는 다른 내측용기의 수평단면부분을 보여준다. 제5도에서, 제1도 내지 제4도 실시예의 부품들과 유사한 부품들은 앞에 2를 첨가하여 동일 도면부호로 도시됐다. 제5도에서 수관패널(264)은 벽의 평면에 수직으로 필터요소(246)사이의 주변벽(238)에 설치된다. 필터요소(246)는 연결요소(270)의 도움으로 주변벽의 개구부에 끼워진다. 수관패널(264)과 연결요소(270)는 이들을 서로 연결하는 핀 또는 봉(27)에 의해 열전달연결이 된다. 수관패널(264)은 내화성 라이닝(268)으로 피복된다. 필터요소 상방 및 하방의 주변벽(238)은 인접 수관패널(264)을 연결하는 금속판으로 형성될 수 있고 내화성 라이닝으로 피복될 수 있다. 수관패널(264)은 자체의 전체 길이를 따라서 연결요소(270)의 매우 효율적인 냉각을 제공한다. 이외에 수관패널은 내측용기의 주변벽에 양호한 지지구조를 제공한다.
제6도는 본 발명에 따른 더욱 다른 전형적인 여과장치의 개략 측단면도를 도시한다. 제6도에서 제1도 내지 제3도 실시예의 부품들과 유사한 부품들은 앞에 3을 첨가한 동일 도면부호로 도시됐다. 이 장치는 일반적으로 자체의 측벽(316)에 가스입구(320) 및 상부(314)에 가스출구(332)를 갖는 수직의 외측용기(312)를 포함한다. 일반적으로 수직의 내측 여과용기(322)는 지지판(324) 하방의 외측용기내에 배치되고, 외측용기(312)의 내부를 지지판 하방의 오염가스공간(328)과 지지판 상방의 청정가스공간(330)으로 분리한다. 내측용기(322)는 폐쇄된 바닥(340)과 상측부분에 개구부(336)를 갖는다. 필터요소(346)는 내측용기의 주변벽(338)에 삽입된다.
입구를 통해 유입되는 가스의 오염가스공간(328)은 외측 및 내측용기의 측벽 사이에 환형공간으로 형성된다. 청정가스는 필터요소(346)를 통해 내측용기의 내부로 유동하고 지지판 상방의 청정가스공간(330)과 출구개구부(332)를 통해 배출된다. 필터요소는 내측용기속으로 깊숙이 돌출되고 필터요소의 청정단부(352) 정면에 장착된 백펄스수단(354, 356, 358)에 의해 백펄스된다. 내측용기의 주변벽(338)은 초기에 기술된 바와같이 수관패널로 형성되고, 이에의해 세라믹필터요소에 대해 신뢰성있는 기부(base)를 제공한다. 관형 배플(54)은 1994년 5월 18일 출원된 공동출원 제 호(대리인 서류번호 1497-18)에 기술된 바와같이 설치될 수 있다.
제7도는 본 발명에 따른 더욱 또 다른 전형적인 여과장치의 개략 측단면도를 도시한다. 제7도에서, 제1도 내지 제6도 실시예의 부품들과 유사한 부품들은 앞에 4를 첨가한 동일 도면번호로 도시됐다.
제7도의 장치는 일반적으로 자체의 상부(412)에 가스출구(420)를 갖는 수직의 외측용기(410)를 포함한다. 일반적으로 수직의 내측여과용기(422)는 외측용기내에 배치된다. 내측용기(422)는 폐쇄된 바닥(440)과 폐쇄된 상부(441)를 갖는다. 필터요소(446)는 내측용기의 주변벽(448)에 설치된다. 가스입구(420)를 통해서 유입되고 외측용기(412)내에서 방사상 외측으로 상부(441)에 의해 안내되는 오염가스는 외측용기에 오염가스용적(428)을 형성한다. 필터요소(446)를 통해 내측용기(422)로 유동하는 청정가스는 내측용기내에 청정가스용적(440)을 형성한다. 청정가스도관(432)은 청정가스를 내측용기로부터 외측용기를 통해 자체의 외측으로 배출한다.
내측용기의 주변벽은 예컨대 초기의 제2도 내지 제5도에 도시된 것과 같게 제조될 수 있다.
측벽의 냉각 때문에 측벽과 세라믹필터 사이의 온도차가 최소화될 때 측벽에 세라믹필터요소의 결합이 용이해진다. 주변의 고온에서 측벽과 결합구조물 양자는 냉각되는 경우 값싼 물질로 제조될 수 있다.
그리고 가스를 냉각시키는 것이 필요한 경우, 가스는 가스의 여과와 동시에 필터에서 냉각되는 것이 유리할 수 있다. 열은 연결수관에 의해 종래의 열회수장치로 회수될 수 있고, 증기 또는 온수(hot water)를 생산하도록 사용될 수 있다.
내측용기(22, 322) 등의 부분들은 약 500℃ 미만의 온도로 냉각되는 것이 바람직하다. 모든 냉각은 모든 내부부품에 필요한 강철구조에서 온도기울기를 균일하게 하도록 실행되고, 강철구조에 손상을 입히는 과열을 방지할 뿐만 아니라 강철구조의 능력 및 인장을 동일 수준으로 만든다.
본 발명의 다수의 전형적인 실시예가 도시됐을지라도, 또한 기타 변경이 본 발명의 범위내에서 가능함은 물론이다. 예컨대, 단결정 세라믹필터 요소들은 상기에 기술된 원통형 이외에 기타 형태들을 가질 수 있다. 필터요소들은 추가적으로 피복될 수 있거나 이와달리 필터요소 등을 통과하는 연도가스의 촉매처리를 위해 촉매물질과 결합될 수 있다.
본 발명의 장치는 전형적인 400℃ 이상의 온도에서 가스를 여과시키는데 사용된다. 냉각패널은 전형적으로 이 장치의 부품을 특히 필터를 장착하는 부품을 여과되는 가스온도 이하의 약 100℃ 이상으로 유지시킨다.
또한, 본 발명에 따른 것은 외측용기내에 적어도 하나의 수직의 내측용기를 갖춘 수직의 외측용기, 및 내측용기의 주변벽에 배치된 개구부에 장착된 다수의 단결정 세라믹필터요소를 사용하여 400℃ 이상의 온도에서 대기압이나 초대기압 가스를 여과시키는 방법이다. 이 방법은 (a) 가스로부터 입자를 여과시키도록 400℃ 이상 온도의 가스에 함유된 입자를 세라믹필터요소를 통해 통과시키는 단계; (b) 최소한 세라믹필터요소를 장착하는 내측용기의 부분을 냉각시켜서 이들이 여과되는 가스온도보다 낮은 적어도 약 100℃ 온도를 갖는 단계를 포함한다.
그러므로, 본 발명은 모든 동등한 장치 및 방법을 포함하도록 첨부된 특허청구범위의 최고로 광범위한 해석에 따를 것이다.

Claims (21)

  1. 상부(14), 바닥(18) 및 측벽(16)을 갖는 일반적으로 수직의 외측용기(16); 상기 외측용기(16)내에 배치되고, 벽을 통해 가스가 유동하는 것을 방지하고 외측용기의 가스용적을 오염가스용적(28)과 청정가스용적(30)으로 분리하는 일반적으로 가스비투과성 주변벽을 갖는 적어도 하나의 일반적으로 수직의 내측용기(22); 상기 내측용기의 상기 주변벽에 배치된 개구부(48)에 장착되고, 가스가 상기 필터요소를 통해 상기 오염가스용적으로부터 상기 청정가스용적으로 유동하여 정화되게 하는 다수의 단결정 세라믹필터요소(46)를 포함하는 가압 또는 대기압시스템으로부터 고온가스를 여과하는 장치에 있어서, 상기 수직의 내측용기(22)의 상기 주변벽(22)이 냉각튜브패널로 제조되고, 핀(62)에 의해 서로 연결된 수직의 냉각튜브(60)로 형성되며, 그리고 상기 단결정 세라믹필터요소(46)가 상기 냉각튜브패널의 냉각튜브(60) 사이에 형성된 개구부(48)에 연결되는 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단결정 세라믹필터요소(46)는 자체의 입구, 오염 단부에 의해 상기 냉각튜브 패널의 개구부에 연결되고, 상기 필터요소의 청정가스단부를 상기 냉각튜브패널을 통해 청정가스공간(30)으로 돌출하는 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 각 필터요소의 대부분이 청정가스용적으로 돌출하는 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 필터요소의 청정단부 정면에 장착되어 상기 필터요소를 백펄스하는 수단(54, 58)을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 외측용기의 상부에 오염가스용 입구; 상기 외측용기의 상측부에 있고 외측용기의 가스용적을 지지판 상측의 오염가스측과 지지판 하측의 청정가스측으로 분리하는 지지판; 상기 내측용기의 대부분이 상기 지지판 하측에 배치되도록 상기 내측용기의 상측단부가 개구부에 연결되고, 상기 내측용기의 내부가 상기 지지판의 상기 개구부를 통해 상기 지지판 상측의 상기 오염가스측으로 연결되며 상기 내측용기의 외측에 설치된 청정가스용적; 상기 지지판 하측의 상기 외측용기의 측벽에 있는 청정가스출구; 및 상기 내측용기의 바닥에 있고 상기 외측용기의 바닥에 있는 입자출구에 연결된 입자출구를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 단결정 세라믹필터요소중 적어도 몇 개가 인접 냉각튜브사이의 넓은 핀에 설치된 개구부에 장착되고, 상기 넓은 핀의 폭은 주로 본질적으로 상기 필터요소의 직경과 동일한 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 단결정 세라믹필터요소 중 적어도 몇 개가 상기 세라믹 필터요소의 직경과 일치하는 상기 냉각튜브 사이에 공간을 제공하도록 두 개의 인접 냉각튜브를 이격되게 만곡시킴으로서 냉각 튜브패널에 설치된 개구부에 장착되는 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 단결정 필터요소는 냉각튜브패널의 개구부에 연결되고, 상기 필터요소는 상기 냉각튜브패널 양쪽 또는 어느 한쪽으로 돌출되며; 내화성물질층이 냉각튜브패널의 각 측면을 피복하고, 그래서 세라믹요소의 단부 및 상기 내화성물질의 표면이 상기 내측 용기에 주로 평평한 외측면 및 내측면을 형성하는 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  9. 제1항에 있어서, 필터요소용 개구부가 서로 이격된 다수의 평행한 칼럼에 설치되고, 이 칼럼에서 개구부는 다른 개구부의 상부에 한 개구부가 서로 이격되게 설치되며; 상기 단결정 세라믹필터요소에 시트를 제공하기 위해 적어도 주변벽에 있는 개구부의 수직부분에 연결요소를 또한 포함하고; 그리고 수직 냉각튜브패널은 상기 연결요소를 냉각하기 위해 내측용기 주변벽의 평면에 90°각으로 상기 세라믹필터요소 사이에 배치된 상기 세라믹필터요소의 길이와 동일한 수평폭을 주로 갖는 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 냉각튜브패널은 핀에 의해 연결된 2-4개의 수직 수냉튜브로 제조되고; 그리고 또한 상기 연결요소를 냉각하기 위해 상기 연결튜브를 상기 연결요소에 연결하는 열전달 핀 또는 봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  11. 제2항에 있어서, 상기 외측용기의 측벽에 오염가스용 출구; 상기 외측용기의 상측부분에 있고, 외측용기의 가스공간을 지지판 상측의 청정가스측과 지지판 하측의 오염가스측으로 분리하는 지지판; 상기 내측용기의 대부분이 상기 지지판 하측에 배치되고, 상기 내측용기의 내부가 상기 지지판에 있는 상기 개구부를 통해 상기 지지판 상측의 상기 청정가스측에 연결되며, 그리고 오염가스용적이 상기 내측용기의 외측에 한정되게 하는 상기 내측용기의 상측단부와 상기 지지판의 개구부사이의 연결; 상기 내측용기의 상기 오염가스측으로부터 상기 내측용기 내부의 상기 청정가스용적 내측으로 돌출되는 상기 필터요소; 상기 지지판 상측의 상기 외측용기의 상부에 있는 청정가스출구, 및 상기 외측용기의 바닥에 있는 독립된 입자출구를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  12. 제2항에 있어서, 상기 외측용기의 상부에 있는 오염가스용 입구; 상기 입구 하측의 오염가스용 내측용기; 오염가스유동을 상기 입구를 통해 상기 외측용기로 방사상 외측으로 안내하기 위해 상기 입구와 상기 내측용기 사이에 있는 안내요소; 상기 내측용기의 외측에 있는 오염가스 용적과 상기 내측용기의 내측에 있는 청정가스용적; 상기 외측용기의 바닥에 있는 고형체 출구도관; 및 상기 내측용기에 있는 청정가스출구도관을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  13. 제3항에 있어서, 상기 외측용기의 상부에 있는 오염가스용 입구; 상기 입구 하측의 오염가스용 내측용기; 오염가스유동을 상기 입구를 통해 상기 외측용기로 방사상 외측으로 안내하기 위해 상기 입구와 상기 내측용기 사이에 있는 안내요소; 상기 내측용기의 외측에 있는 오염가스 용적과 상기 내측용기의 내측에 있는 청정가스용적; 상기 외측용기의 바닥에 있는 고형체 출구도관; 및 상기 내측용기에 있는 청정가스출구도관을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  14. 제4항에 있어서, 상기 외측용기의 상부에 있는 오염가스용 입구; 상기 입구 하측의 오염가스용 내측용기; 오염가스유동을 상기 입구를 통해 상기 외측용기로 방사상 외측으로 안내하기 위해 상기 입구와 상기 내측용기 사이에 있는 안내요소; 상기 내측용기의 외측에 있는 오염가스 용적과 상기 내측용기의 내측에 있는 청정가스용적; 상기 외측용기의 바닥에 있는 고형체 출구도관; 및 상기 내측용기에 있는 청정가스출구도관을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  15. 제4항에 있어서, 상기 외측용기에 있는 오염가스용 입구; 상기 외측용기의 상측부분에 있고 외측용기의 가스공간을 지지판 상측의 청정가스측과 지지판 하측의 오염가스측으로 분리하는 지지판; 상기 내측용기의 대부분이 상기 지지판 하측에 배치되고, 상기 내측용기의 내부가 상기 지지판에 있는 상기 개구부를 통해 상기 지지판 상측의 상기 청정가스측에 연결되며, 그리고 오염가스용적이 상기 내측용기의 외측에 한정되게 하는 상기 내측용기의 상측단부와 상기 지지판의 개구부 사이의 연결; 상기 내측용기의 상기 오염가스측으로부터 상기 내측용기의 상기 청정가스용적 내측으로 돌출되는 상기 필터요소; 상기 지지판 상측의 상기 외측용기의 상부에 있는 청정가스출구, 및 상기 외측용기의 바닥에 있는 독립된 입자출구를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  16. 제3항에 있어서, 상기 외측용기에 있는 오염가스용 입구; 상기 외측용기의 상측부분에 있고 외측용기의 가스공간을 지지판 상측의 청정가스측과 지지판 하측의 오염가스측으로 분리하는 지지판; 상기 내측용기의 대부분이 상기 지지판 하측에 배치되고, 상기 내측용기의 내부가 상기 지지판에 있는 상기 개구부를 통해 상기 지지판 상측의 상기 청정가스측에 연결되며, 그리고 오염가스용적이 상기 내측용기의 외측에 한정되게 하는 상기 내측용기의 상측단부와 상기 지지판의 개구부 사이의 연결; 상기 내측용기의 상기 오염가스측으로부터 상기 내측용기의 상기 청정가스용적 내측으로 돌출되는 상기 필터요소; 상기 지지판 상측의 상기 외측용기의 상부에 있는 청정가스출구, 및 상기 외측용기의 바닥에 있는 독립된 입자출구를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  17. 제3항에 있어서, 상기 외측용기의 상부에 있는 오염가스용 입구; 상기 외측용기의 상측부분에 있고 외측용기의 가스용적을 지지판 상측의 오염가스측과 지지판 하측의 청정가스측으로 분리하는 지지판; 상기 내측용기의 대부분이 상기 지지판 하측에 배치되고, 상기 내측용기의 내부가 상기 지지판에 있는 상기 개구부를 통해 상기 지지판 상측의 상기 오염가스측에 연결되고 청정가스용적이 상기 내측용기의 외측에 설치되도록 상기 지지판의 개구부에 연결되는 상기 내측용기의 상측단부; 상기 내측용기의 오염가스측으로부터 상기 내측용기 외측에 있는 청정가스용적 외측으로 돌출되는 상기 필터요소; 상기 내측용기의 바닥에 있고, 상기 외측용기의 바닥에 있는 입자출구에 연결된 독립된 입자출구를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  18. 제4항에 있어서, 상기 외측용기의 상부에 있는 오염가스용 입구; 상기 외측용기의 상측부분에 있고, 외측용기의 가스용적을 지지판 상측의 오염가스측과 지지판 하측의 청정가스측으로 분리하는 지지판; 상기 내측용기의 대부분이 상기 지지판 하측에 배치되고, 상기 내측용기의 내부가 상기 지지판에 있는 상기 개구부를 통해 상기 지지판 상측의 상기 오염가스측에 연결되고 청정가스용적이 상기 내측용기의 외측에 설치되도록 상기 지지판의 개구부에 연결되는 상기 내측용기의 상측단부; 상기 내측용기의 오염가스측으로부터 상기 내측용기 외측에 있는 청정가스용적 외측으로 돌출되는 상기 필터요소; 상기 내측용기의 바닥에 있고, 상기 외측용기의 바닥에 있는 입자출구에 연결된 독립된 입자출구를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 내측용기의 상기 주변벽은 냉각튜브패널로 제조된 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 냉각튜브는 물, 증기 또는 공기를 순환시키는 것을 특징으로 하는 고온가스를 여과하는 장치.
  21. 적어도 하나의 수직의 내측용기가 외측용기내에 있고, 가스가 벽을 통해 유동하는 것을 방지하며 상기 외측용기의 가스용적을 오염가스용적과 청정가스용적으로 분리하는 가스불투과성 주변벽을 가지며, 상기 주변벽이 냉각 튜브패널로 제조되고, 핀에 의해 서로 연결된 수직의 냉각튜브로 형성되며; 다수의 단결정 세라믹필터요소가 내측용기의 주변벽에 배치된 개구부에 장착되고, 상기 단결정 필터요소는 상기 냉각튜브패널의 냉각튜브사이에 형성된 개구부에 연결되는, 수직의 외측용기를 사용하여 400℃ 이상의 온도에서 대기압이나 초대기압 가스를 여과하는 방법이, (a) 가스로부터 입자를 여과시키도록 세라믹필터요소를 통해 400℃ 이상 온도에서 가스가 많은 입자를 통과시키는 단계; 및 (b) 적어도 세라믹필터요소를 장착하는 내측용기의 부분을 냉각시켜서 이부분이 여과되는 가스온도보다 낮은 적어도 약 100℃ 온도를 갖는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스를 여과하는 방법.
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