KR100197458B1 - 여과장치 - Google Patents

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KR100197458B1
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발챈드라 핼디퍼 가우랑
조셉 딜모어 윌리엄
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드폴 루이스 에이
웨스팅하우스 일렉트릭 코포레이션
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Abstract

용기(34)를 포함하며, 가스 스트림 입구 수단(116)이 상기 용기(34)에 연결되고, 처리된 가스를 방출하기 위한 출구 수단(61)이 상기 용기에 연결되고, 상기 가스에서 미립자를 제거하기 위한 하나 이상의 필터 다발(40)이 상기 용기(34)내에 배치되고, 상기 다발(40)은 복수개의 필터 유닛(43)(46)을 포함하고, 상기 필터 유닛 각각은 필터 튜프(52)의 어레이(50)(51)을 포함하고, 상기 필터 유닛이 상기 용기의 종방향으로 연달아 연장되어 있는 필터 다발을 장착하기 위한 수단(100)(190)(193)(203)이 상기 다발 및 상기 용기에 연결되어 있는, 가스 스트림에서 미립자를 분리하기 위한 여과장치(31)에 있어서: 전도체(154)(160)(175)가 각 어레이(50)(51)까지 연장되고 연결되어 상기 출구 수단(61)과 연통함으로서 상기 어레이에 의해 처리된 가스를 전달하여 상기 출구수단으로 방출되도록 하고, 상기 전도체(154)(160)(175)가 세척용 가스 공급 수단에도 연결되어, 세척용 가스를 상기 필터 유닛(43)(46)으로 계속해서 유입시킨 것을 특징으로 하는 여과장치.

Description

여과장치
제1도는 본 발명의 실시예에 따른 내부구조를 도시한 종단면도.
제2도는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 평면도로서, 제1도에 대해 원주방향 반시계방향으로 30°회전하여 나타낸 도면.
제3도는 제1도의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 횡단면도로서, 제1도에 대해 원주방향 반시계방향으로 30°회전하여 나타낸 도면.
제4도는 본 발명에 따른 필터 다발의 측면도로서, 필터 튜브 조립체의 상부만을 도시하고, 또 처리된 가스를 외부로 이송하고 그리고 세정용 펄스를 내부로 이송하는 튜브를 명료성을 위해 파단선으로 나타낸 도면.
제5도, 제6도 및 제7도는 전 길이의 필터 튜브가 보조 튜브 시트로부터 연장되어 있다고 가정한 경우의 제4도의 각각의 Ⅴ-Ⅴ선, Ⅵ-Ⅵ 및 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 횡단면도.
제8도는 제1도 및 제4도에 도시된 필터 다발의 상측 필터 유닛과 그의 지지 구조체를 도시하는 부분 측면도.
제9도는 중앙 필터 유닛과 그의 지지 구조체를 도시하는 부분 측면도.
제10도는 최하측 필터 유닛과 그의 지지 구조체를 도시하는 부분 측면도.
제11도는 최하측 필터 챔버를 하부에서 바라 본 평면도.
제12도는 제11도의 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 측면도.
제13도는 중앙 필터 챔버를 하부에서 바라 본 평면도.
제14도는 제13도의 ⅩⅣ-ⅩⅣ선에 따른 측면도.
제15도는 최상측 필터 챔버를 하부에서 바라 본 측면도.
제16도는 제15도의 ⅩⅥ-ⅩⅥ선에 따른 측면도.
제17도는 제13도 및 제14도에 도시된 필터 챔버의 튜브 시트(tube sheet), 링 및 슬리브를 도시한 종단면도.
제18도는 본 발명에 따른 필터 튜브의 지지체의 부분 종단면도.
제19도는 필터 튜브의 지지체의 일부를 형성하는 필터 튜브의 헤드부용 하우징의 종단면도.
제20도는 축방향 압력을 필터 튜브 지지체의 환상 개스킷에 가하기 위한 너트의 종단면도.
제21도는 제20도에 도시한 너트에 의해 압력이 가해지는 환상부재의 횡단면도.
제22도는 필터 튜브의 헤드부의 하우징의 하부 링에 대한 횡단면도.
제23도는 필터 튜브의 지지체의 상부에 대한 종단면도.
제24도는 본 발명의 실시에 이용될 수 있는 다수의 필터 튜브를 구비한 필터 다발의 어레이를 도시하는 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31 : 여과장치 34 : 용기
40 : 필터 다발 43, 46, 49 : 필터 유닛
50, 51 : 어레이 52 : 필터 튜브
61 : 노즐 78 : 세정용 가스 공급수단
100 : 튜브 시트 116 : 입구 노즐
124, 127, 130 : 필터 챔버 133, 142, 148 : 플레이트
136, 145, 151 : 튜브 시트 190, 193 : 관형부재
본 발명은 연소공정 또는 가스화 공정 및 이와 유사한 기타 공정에서 얻어지는 연도가스 흐름과 같은 반송 유체(carrier fluids)로부터 고형 입자 또는 액체I에어로졸) 입자를 분리하기 위한 여과장치에 관한 것이다. 본 발명은, 특히 발전시에 가압 유동상(fluid-bed) 연소장치 및 가압 석탄 가스화장치로부터의 가스 흐름과 같은 고압을 발생시키는 고온 가스 흐름으로부터 미립자(입자)를 분리하는 장치에 연관되어 있다.
이하의 설명에 있어서, 당업자가 본 발명을 이해하도록 구체적인 예를 들어 발전기와 관련하여 설명할 것이다. 그러나, 본 발명의 원리를 다른 유형의 장치에 적용하는 예는 본 발명의 균등의 범위에 속한다는 것을 이해하여야 한다.
발전시에, 보일러는 석탄 및 석회석에 의해 통상적으로 1600℉(871.12℃) 내지 2000℉(1091℃)의 온도가지 가열된 연도가스와 같은 구동 유체를 공급한다. 연도가스는 여과되어 입자를 분리하며, 여과된 가스는 가스 터어빈을 구동한다. 이스라엘손 등(Israelson et al.)의 미국 특허 제 4,764,190 호(이하, 이스라엘손 특허로 함)에는 고온 연소가스의 여과에 대하여 상세하게 개시되어 있다.
본 발명 자체는 산업용 및 일반 폐기물용 소각장치와 같은 발전소 및 기타 설비의 여과장치, 즉 입자의 분리를 세라믹제의 소위 캔들 필터(candle filters)에 의해 행하는 여과장치에 관한 것이다. 소위 캔들 필터는 중공의 세라믹제 다공성 필터 튜브이며, 본 명세서에서는 이것을 간단히 필터 튜브로 언급할 것이다. 캔들 필터는 현재 독일 크라일샤임 소재의 슈마처(Schumacher)사, 독일 아이젠버그 소재의 디디어(Didier)사, 미국 뉴욕주 로체스터 소재의 리프랙션(Refraction)사 및 미국 콜로라도주 소재의 코오스 골든(Coors Golden)사로부터 입수할 수 있다. 전형적인 캔들 필터는 그 외경이 2.36인치(60mm)이고, 헤드부 아래쪽의 내경은 1.57인치(40mm)이며, 길이는 4.92피트(1.5m)까지 되어 있다. 청정될 가스는 필터의 외측을 가로질러 유동하고, 청정된 가스는 필터의 내부를 통해 유동된다. 캔들 필터의 하부는 밀봉되어 있다.
종래에 캔들 필터는 주로 저온이고 소규모 용도를 위해 제품화되어 있었다. 고온 용도는, 내경이 8.4 피트(2.56M)이고, 길이가 29피트(8.84M)인 용기를 사용하는 이스라엘손 특허에 개시되어 있다. 필터 튜브 또는 캔들 필터는 7.5피트(2.29M)의 튜브 시트로부터 현가(suspend)되어 있다. 130개의 필터봉(filter rods)이 설치되어 있다. 이스라엔손 특허의 개시내용은 소규모 용도에는 만족하지만, 다수의 필터 튜브가 필요한 대규모 용도에는 매우 큰 직경이 용기가 필요하게 된다.
본 발명의 목적은, 지나치게 큰 직경의 여과 용기를 이용하지 않고, 캔들 필터를 사용하는 대규모 용도를 위한 여과장치를 제공하는 것이다.
태시커(Tassicker)의 미국 특허 제 4,525,184 호(이하, 태시커 특허라 함)에는 청정될 가스가 횡방향으로 또는 용기의 상부를 통해서 도입되는 중앙 지지 튜브로부터 수직방향으로 지지된 복수의 필터 튜브의 어레이를 구비하는 여과장치가 개시되어 있고, 상기 중앙 지지 튜브는 처리된 가스를 용기의 상부 또는 하부에 각각 설치되어 있는 출구까지 축방향으로 유도한다. 필터 튜브 어레이를 수직방향으로 장착한 상태에서, 다수의 필터 튜브를 직경이 지나치게 크지 않은 용기내에 설치할 수도 있다.
태시커 특허의 변형예로서, 중앙 지지용 관형부재에 고정된 튜브 시트로부터 연장되는 2열의 필터 튜브로 구성할 수도 있다. 이러한 경우에, 입구는 용기의 상부에 설치되어 있고, 청정된 가스는 중앙 지지 관형부재를 통해 하부 출구로 유동한다. 이러한 응용예에 있어서, 용기의 직경은 26피트(7.92M)이고, 길이는 66피트(20.12M)이다.
태시커 특허의 장치 및 그의 변형예는 많은 결점을 갖고 있다. 양자의 경우에 있어서, 필터 튜브의 어레이를 지지하는 튜브 시트는 큰 면적을 갖고 있으며, 또 튜브 시트가 지지하고 있는 상당히 많은 필터 튜브에 의해 큰 응력을 받기 쉽고, 이와 동시에 상당히 많은 필터 튜브가 고정되어 있는 구멍에 의해 강도가 약화된다. 1600℉(871.12℃) 내지 2000℉(1091℃)의 용기내의 온도에서, 튜브 시트의 응력저항은 작다. 튜브 시트가 크기 때문에 굽힘 응력은 크다. 두께가 큰 튜브 시트를 사용할 필요가 있다. 튜브 시트를 지지하기 위해서 상당한 두께의 중앙 지지용 관형부재가 필요하게 된다. 이러한 중앙 지지용 관형부재는 열전도율이 크기 때문에, 과도한 열이 이러한 중앙 지지용 관형 부재와 용기 사이의 접합부에 전달되어 접합부의 밀봉이 파손될 우려가 있다. 또, 큰 하중이 걸려있는 상태하에서 열팽창자(differential thermal expansion)로 인해서 파손이 발생될 수도 있다.
캔들 필터를 이용하고 있는 여과장치에 있어서, 캔들 필터는 이들에 형성된 구멍을 통해서 맥동 또는 펄스상태(pulses)로 전송되는 비교적 저온의 가스에 의해 세정된다. 태시커 특허의 장치 및 변형예에 있어서, 펄스는 직각의 굴곡부를 갖는 튜브의 분기로부터 연장되고 그리고 그 분기부에 의해 공급되는 노즐을 통해 필터 튜브내로 유입된다. 펄스에 의해 냉각되는 튜브의 내부와 용기내에서 고온상태로 있는 튜브의 외부 사이에 열팽창차가 발생하기 때문에 펄스 공급 튜브는 이들의 절곡부에서 큰 응력을 받게 된다. 펄스 튜브는 반복적 펄스 때문에 피로를 받게 되며, 이러한 피로에 의한 손상의 가능성은 높은 응력에 의해서 더욱 커진다. 또한, 노즐을 갖는 분기부의 열팽창은 필터 튜브를 현수되는 튜브 시트의 열팽창과는 상이하기 때문에, 노즐은 펄스가 유동되는 필터 튜브로부터 변위될 수도 있다.
태시커 특허의 장치 및 변형예에 있어서, 순환가스내의 입자중 일부와 세정용 펄스에 의해 캔들 필터의 미세한 구멍(pores)으로부터 분출된 입자중 일부는 필터 조립체의 후드(hoods)상에 낙하된다. 각각의 후드는 필터 튜브가 현수되는 튜브 시트의 외측 림(outer rim)으로부터 연장된다. 튜브 시트의 직경은 크기 때문에, 수평에 대한 후드의 각도는 비교적 작다. 후드상에 침적되어 있는 입자는 그 후드상에 잔류하게 된다. 태시커 특허에서, 경사형 후드는 이러한 입자를 제거하기 위한 바이브레이터(vibrator)를 구비한다. 고온의 조건에서 이러한 바이브레이터의 신뢰성은 의문시되며, 또 세라믹제의 필터 튜브에 대한 진동 손상은 심각한 기능고장을 야기시킬 수도 있다.
본 발명의 주 목적은 상술한 종래기술의 단점 및 결점을 극복하는 것으로, 캔들 필터를 효율적이고 매우 효과적인 방법으로 세정할 수 있는 적당한 횡단면적(직경)을 갖는 용기에서 입자를 가스 흐름으로부터 분리하기 위해 캔들 필터를 병용하는 여과장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적에 의하면, 본 발명은 용기와, 상기 용기에 연결된 가스 흐름 입구수단과, 상기 여과장치에 의해 처리된 가스를 배출하기 위한 상기 용기에 연결된 출구수단과, 입자를 가스로부터 제거하기 위해 상기 용기내에 배치되며 각각의 필터 튜브의 어레이를 구성하는 복수의 필터 유닛을 구비하는 적어도 하나의 필터 다발과, 상기 필터 다발 및 상기 용기에 연결되고, 상기 필터 유닛이 상기 용기의 길이방향으로 연속적으로 연장된 상태에서 상기 필터 다발을 장착하기 위한 수단을 포함하는 여과장치에 있어서, 가스 유도수단은 상기 어레이에 의해 처리된 가스를 유동하여 상기 출구 수단에 의해 배출되기 위해 상기 출구수단과 연통하도록 상기 각각의 어레이까지 연장 및 연결되며, 또한 상기 가스 유도수단은 세정용 가스를 상기 필터 유닛에 순차적으로 유입할 수 있도록 세정용 가스 공급수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 여과장치이다.
본 발명의 장치에서는, 세정용 가스가 맥동상태, 즉 펄스화되어 필터 유닛에 개별적으로 이송될 수 있고, 또 상부 필터 유닛으로부터 하부 필터 유닛으로 순차적으로 이송하는 것이 가능하므로 한층 효과적인 세정을 얻을 수 있다.
바람직하게는, 복수의 필터 다발은 용기를 횡단하여 수평방향으로 연장되는튜브 시트로부터 수직방향으로 현수된 용기내에 설치된다. 본 명세서에서, 튜브 시트는 주 튜브 시트라고 불려지며, 필터 튜브가 현수된 튜브 시트는 보조 튜브 시트라고 불려진다. 통상적으로, 각각의 필터 다발은 상부 필터 유닛의 필터 챔버의 플레이트에 고정되며 또한 플랜지에 의해 주 튜브 시트에 고정된 관형부재로부터 현수된다. 주 튜브 시트는 입자를 함유한 보일러로부터의 연도 가스 흐름이 유입되는 입구수단을 갖는 입구축 밀폐체와, 처리된 가스를 터어빈에 전달하는 출구수단을 갖는 출구측 밀폐체로 용기를 분할한다. 본 명세서에서, 처리된 가스란 입자를 제거 처리한 가스를 의미하며, 이것은 모든 입자가 청정가스로부터 제거 되었는지의 여부에 대한 논쟁을 피하도록 청정가스 보다 우선하는 용어로서 사용된다. 입자를 함유한 가스, 일반적으로 보일러에 의해 발생된 연도가스는 압축기에 의해 입구측 밀폐체내로 이송된다. 필터 챔버로부터 처리가스를 운송하는 튜브는 필터 다발을 통해 직선상으로 연장되고, 주 튜브 시트를 통해 출구측 밀폐체내로 개방한다. 전향판(shrord) 또는 배플(baffle)은 용기내에 설치되어 입구 가스 흐름을 필터 다발 사이의 영역으로 안내하며, 튜브 다발은 가스 흐름이 필터 튜브의 외측면과 밀접하게 접촉하여 순환한다. 입구 밀폐체내의 가스는 통상적으로 약 10 기압의 압력하에 있다. 필터 튜브는 다공성으로 되어 있어 가스 흐름으로부터의 입자는 필터 튜브의 표면내로 통과한다. 청정가스 또는 처리된 가스는 필터 튜브의 내부로 유입되고, 출구측 밀폐체내로 출구 노즐을 통해 터어빈으로 유동한다.
본 발명의 실시에 있어서, 필터 튜브를 세정하는 펄스는 입구측 밀폐체내에 설치된 직선형 가스 유도수단에 의해 공급된다. 처리된(청정된) 가스를 이송하는 각각의 튜브를 위한 가스 유도수단이 설치되며, 각각의 가스 유도수단은 그 결합된 튜브와 동축상으로 장착된다. 세정용 가스 유도수단을 통해 공급된 펄스는 필터 챔버를 통해 필터 튜브의 미세한 구멍내로 유입되어, 필터 튜브의 미세한 구멍내에 포획된 입자를 제거한다. 세정용 펄스는 저온상태에 있다. 펄스를 운송하는 가스 유도수단에는 절곡부가 없기 때문에, 절곡부에서 나타나는 응력이 발생되지 않는다. 직선형 가스 유도수단은 처리된 가스를 운송하는 튜브를 따라 동축상으로 배치되어 있기 때문에, 이러한 튜브에 애한 펄스 출구의 변위가 방지된다.
또한, 본 발명에 따른 여과장치는 태시커 특허 및 다른 종래 기술의 기타 문제점을 해결하고 있다. 필터 다발을 지지하기 위한 구멍에 의한 본 발명의 주 튜브 시트의 강도 약화는 최소화된다. 구멍의 수는 필터 튜브의 수와 동일하지는 않지만, 필터 다발의 수와는 동일하며, 각각의 필터 다발은 다수의 필터 튜브를 포함한다. 3개의 필터 다발이 사용된 경우에, 주 튜브 시트내의 필터 다발 지지용 구멍은 3개만 있게 된다. 지지용 관형부재의 직경은 각각 약 20인치(0.51M)에 불과하다. 최하측 튜브 시트를 제외한 본 발명의 실시에 이용되는 보조 튜브 시트는 필터 다발 당 필터 튜브의 수의 1/3 이하를 지지하며, 최하측 튜브 시트는 약간 더 많다. 이러한 튜브 시트의 직경은 비교적 작을 수도 잇다. 본 발명은 두꺼운 주 튜브 시트가 필요 없으며, 또한 다수의 필터 튜브 및 두꺼운 튜브 시트를 지지하기 위한 두꺼운 관형부재도 필요 없다.
본 발명에 따르면, 필터 튜브용 홀더(holder)가 제공된다. 홀더는 각각의 필터 튜브의 헤드부용 하우징을 포함한다. 개스킷이 하우징과 헤드부 사이에 배치되며 하우징에 의해 압축된다. 하나의 개스킷은 입자를 포획하는 역할을 하며 또한 필터 튜브의 변위를 방지하는 역할도 한다. 다른 개스킷은 금속제 하우징과 세라믹제 필터 튜브 사이의 열팽창차를 흡수하는 역할을 하며, 또 헤드부 표면의 요철부분을 메우는 역할을 한다. 제 3 개스킷은 와셔를 개재하여 너트에 의해 압축되며, 필터 튜브의 편심상태의 하중을 억제함과 아울러, 헤드부의 상부의 요철부분을 메우는 역할을 한다. 하우징은 보조 튜브 시트에 고정된 튜브를 지지하는 상부를 갖는다.
본 발명은 단지 첨부 도면에 예시적으로 도시된 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
제1도 내지 제17도는, 입자를 가스 흐름으로부터 분리하기 위한 여과장치(33)를 도시하고 있다. 이러한 여과장치는 복수의 필터 다발(40)이 장착된 용기(34)를 구비하며, 각각의 필터 다발은 수직방향으로 장착된 복수의 필터 유닛(43, 46, 49)을 갖는다. 최상측 유닛은 참조부호(43)로 표시되어 있고, 최하측 유닛은 참조부호(49)로 표시되어 있다. 필터 유닛(43, 46)은 캔들 필터 또는 필터 튜브(52)의 어레이 (50)를 포함한다.
용기(34)는 돔형 헤드부(dome-shaped head)(55) 및 본체(58)를 갖는다. 헤드부(55)는 용기내에서 처리된 가스에 대한 유출구 또는 노즐(61)을 구비한 직선형 선단부에서 종지된다. 본체(58)는 입자를 수납하기 위한 절두원추형 하부(67)에 의해 접속된 대체로 원통형 상부(64)를 포함하며, 분리된 입자용 호퍼(hopper)(도시되지 않음)에 연결된 개구부 또는 노즐(70)을 구비한 직선형 선단부에서 종지된다. 헤드부(55)로부터 복수의 포트(ports)(73)(제2도),(76)가 등간격으로 배치되어 원주방향으로 연장된다. 포트(73)는 공정 계기를 삽입하고 또한 작동정치 기간 중에 헤드부의 내부를 관찰하는데 사용된다. 각각의 포트(76)를 통해서 필터 튜브(52)를 세정하기 위한 펄스를 공급하는 3개의 튜브(78)가 밀봉된다. 튜브(78)는 굽힘(whipping)을 억제하고 동심성을 확보하도록 브래킷(제1도)내에서 안내된다.
헤드부(55)(제1도)는 금속, 통상적으로 탄소강의 외부 쉘(shell)(82)에 의해 싸여진 내부 단열층(81)으로 구성된다. 단열층(81)은 그 하단부 또는 내측 단부에서 테이퍼진다. 쉘(82)은 그 하단부가 본체(58)와 연결하기 위한 플랜지(85)에 의해 연결된다. 단열층(81)내에는 열방사선 차폐체(heat radiation shield)(88)가 있다. 열방사선 차폐체(88)는 그의 외측면을 따라서는 단열층(81)의 내측면을 따라 안착되며, 그 내측면을 따라 열방사선 차폐체(88)는 원통형이다. 탄성 웨브(91)는 열방사선 차폐체(88)내로 연장된다. 웨브(91)는 그 외주 둘레의 단면이 열방사선 차폐체내로 연장된 정점을 갖는 각도로 이루어진 링형태이다. 웨브(91)는 밀봉 링(94)내의 그 하단부에서 종지된다. 웨브(91)내에는 단열 섬유재(97)가 설치되어 있다. 본 명세서에서 주 튜브 시트라고 불려지는 튜브 시트(100)는 웨브(91)의 내측 단부에 연결된다. 웨브(91)는 튜브 시트(100)를 위한 열팽창 접합부로서 기능한 한다. 일반적으로, 웨브(91)는 튜브 시트(100)는 RA 333, Inconel 617 또는 Hynes 556의 초합금(superalloy)으로 구성된다.
본체(58)는 외부 쉘(106)내에 밀폐되고 내부에 라이너(109)를 갖는 섬유 단열층(103)을 포함하며, 쉘(106)과 라이너(109)는 모두 통상적으로 탄소강으로 구성된다. 라이너(109)는 환상 브래킷(112)에 의해 쉘(106)로부터 지지된다. 플랜지(115)의 상부는 쉘(106)에 접속되어 있다. 본체(58)는 입자를 분리시키는 가스, 통상적으로 보일러로부터의 연도가스를 수납하기 위한 입구 노즐(116)을 구비한다. 노즐(116)은 본체내에 개방되어 있다. 노즐로부터의 가스는 정향장치(shroud or deflector)(117)에 의해 상방으로 배향되며, 상기 전향장치(117)는 하부가 절두원추형으로 외향으로 테이퍼지며 라이너(109)에 접속된 원통형 상부를 구비한다. 용기(34)를 조립할때, 플랜지(85, 115)를 볼트(도시되지 않음)로 서로 결합하여, 플랜지 사이에 밀봉 링(94)을 가압하고, 또한 플랜지(85)와 밀봉 링(94) 사이 및 밀봉 링(94)과 플랜지(115) 사이에 각각 배치된 환상 개스킷(118, 121)을 가압한다. 용기(34)는 기밀하게 밀봉된다. 가스는 통상적으로 보일러에 연관된 압축기(도시되지 않음)에 의해 용기내에 도입된다. 용기내에서, 통상의 가스의 압력은 약 10기압이고, 그 온도는 1600℉(871.12℃) 내지 2000℉(1092℃)이다. 튜브 시트(100)는 용기를 본체(58)에 의해 규정된 입구측 밀폐체(122)와 헤드부에 의해 규정된 출구측 밀폐체(123)로 분할한다.
각각의 필터 다발(40)의 필터 유닛(43, 46, 49)(제4도)은 각기 필터 챔버(124, 127, 130)(제11도 내지 제16도)를 구비한다. 각각의 필터 챔버(124)는 플레이트(133), 튜브 시트(136) 및 링(139)으로 구성되고, 각각의 필터 챔버(127)는 플레이트(142), 튜브 시트(145) 및 링(139)으로 구성되며, 각각의 필터 챔버(130)는 플레이트(148), 튜브 시트(151) 및 링(139)으로 구성된다. 상기 튜브 시트(136, 145, 151)를 본 명세서에 보조 튜브 시트라고 불려진다. 필터 챔버(124의 링(139)은 플레이트(133) 및 튜브 시트(136)의 주위에 용접되고, 필터 챔버(127)의 링(139)은 플레이트(142) 및 튜브 시트(145)의 주위에 용접되며, 필터 챔버(130)의 링(139)은 플레이트(148) 및 튜브 시트(151)의 주위에 용접된다. 각 경우에 있어서, 용접부는 기밀 밀봉으로 형성된다.
튜브(154)(제10도)는 각각의 필터 다발(40)의 최하측 필터 챔버(130)의 플레이트(148)내에 형성된 원형 개구부(157)(제11도)의 림(rim)에 용접된다. 이러한 튜브(154)는 필터 챔버(130)와 연통 상태에 있다. 튜브(160)(제9도)는 중간 필터 챔버(127)의 플레이트(142)에 형성된 원형 개구부(163)(제13도)의 림에 용접된다. 튜브(175)(제8도)는 최상측 필터 챔버(124)의 플레이트(133)에 형성된 원형 개구부(178)(제15도)의 림에 용접된다. 최하측 필터 챔버(130)로부터 연장되는 튜브(154)는 중간 필터 챔버(127)를 통과하는 슬리브(181)(제14도 및 제17도) 및 최상측 필터 챔버(124)를 통과하는 하는 슬리브(182)에 의해 지지되어 있다. 중간 필터 챔버(127)로부터 연장되는 튜브(160)는 최상측 필터 챔버(127)를 통과하는 슬리브(184)에 의해 지지된다. 슬리브(181)는 중간 필터 챔버(127)의 플레이트(142) 및 튜브 시트(145)에 형성된 원형 개구부의 림에 용접되고, 슬리브(182)는 최상측 필터 챔버(124)의 플레이트(133) 및 튜브 시트(136)에 형성된 원형 개구부의 림에 용접되며, 슬리브(184)도 최상측 필터 챔버(124)의 플레이트(133) 및 튜브 시트(136)에 형성된 원형 개구부의 림에 용접된다. 슬리브(181, 182, 184)는 필터 챔버(127, 124)를 통과하며, 그들의 단부는 중간 필터 챔버(127)의 튜브 시트(154) 및 플레이트(142)와 최상측 필터 챔버(124)의 튜브 시트(136) 및 플레이트(133)의 각각의 외측면과 동일면에 있게 된다.
튜브(154)는 튜브(160, 175) 보다 실질적으로 큰 직겨을 갖는다. 통상적으로, 튜브(154)의 직경은 8인치(20.3cm)이고, 튜브(160, 175)의 직경은 6인치(15.2cm)이다. 통상적으로, 슬리브(181, 182)의 직경은 9인치(22.9cm)이고, 슬리브(184)의 직경은 7인치(17.8cm)이다. 슬리브(181, 182)는 최하측 필터 챔버(130)로부터 연장되는 튜브(154)를 지지하며, 슬리브(184)는 중간 필터 챔버로부터 연장되는 튜브(160)를 지지한다.
어레이(50)의 필터 튜브(52)는 튜브 시트(136, 145)로부터 현수되어 있다.
어레이(51)의 필터 튜브는 튜브 시트(151)로부터 현수되어 있다. 필터 유닛(43)은 필터 챔버(124), 튜브(175) 및 튜브 시트(136)로부터 현수된 어레이(50)를 구비하고, 필터 유닛(46)은 필터 챔버(127), 튜브(160) 및 튜브 시트(145)로부터 현수된 어레이(50)를 구비하며, 필터 유닛(49)은 필터 챔버(130), 튜브(154) 및 어레이(50)를 구비한다.
필터 유닛(43, 46, 49)은 관형부재(190, 193)에 의해 구조적 유닛(제4도)으로 통합된다. 관형부재(190)는 그의 하단부가 외측 필렛 용접부(191)에 의해 필터 챔버(130)의 플레이트(148)의 중앙에(동축상에) 용접되며, 그의 상단부가 필터 챔버(12730)의 튜브 시트(145)의 중앙에(동축상에) 용접된다. 관형부재(193)는 그의 하단부가 외측 필렛 용접부(192)에 의해 필터 챔버(127)의 플레이트(142)의 중앙에(동축상에) 용접되고, 그의 상단부가 필터 챔버(124)의 튜브 시트(136)의 중앙에(동축상에) 용접된다. 각각의 필터 다발(40)은 플랜지형 관형부재(203)(제1도 및 제4도)로부터 현수되고, 상기 관형부재(203)는 외측 필렛 용접부(204)에 의해 필터 챔버(124)의 플레이트(133)의 중앙에(동축상에) 용접되며, 주 튜브 시트(100)에 형성된 개구부를 통과하고, 또 관형부재(203)에 설치된 플랜지(206)에 의해 주 튜브 시트에 기밀상태로 연결된다. 플랜지(206)는 튜브 시트(100)와 결합하는 링(209)(제1도)의 홈내에 안착된다. 튜브(154, 160, 175)(제4도)와 슬리브(181)(제13도, 제17도),(182)(제15도),(184)(제16도)는 관형부재(190, 193, 203)와 슬리브(181, 182) 및 주 튜브 시트(100)를 통과하여 연장되어 주 튜브 시트의 상측에 있는 헤드부의 영역내로 개방된다. 튜브(160)는 플레이트(142)로부터 관형부재(193), 슬리브(184) 및 주 튜브 시트(100)를 통과하여 연장되어 헤드부의 동일 영역내로 개방된다. 튜브(175)는 주 튜브 시트(100)를 통과하여 튜브 시트의 상측에 있는 헤드부의 영역내로 개방된다.
후드 또는 입자편향 조립체(particle-deflector assemblies) (212)는 중간 필터 유닛(127) 및 최하측 필터 유닛(130)의 각각의 플레이트(142, 148) 상측에 장착된다. 각각의 조립체는 대응 관형부재(190 또는 193)에 결합하는 슬리브(218)(제4도)에 의해 관련 플레이트 상측에 현수된 대체로 절두원추형의 입자편향 후드(215)를 포함한다. 각각의 후드(215)는 통상적으로 수평에 대해 약 70°의 각도를 이룬다. 이 각도는 입자의 내부 마찰각 보다 크다. 다수의 필터 다발(40)이 설치되어 있으며 또 필터 챔버(127, 130)를 형성하는 플레이트의 대응 직경이 비교적 작기 때문에, 편향장치의 각도는 비교적 크게 될 수 있다는 것이 강조된다.
필터 튜브(52) 및 그 장착수단(220)의 조립체는 이하에 설명될 것이다. 각각의 필터 튜브(52)는 이를 보조 튜브 시트(136, 145, 151)로부터 현수하기 위한 장착수단 또는 필터 튜브 지지체(220)(제18도)를 구비한다. 각각의 필터 튜브(52)는 하부가 폐쇄되며 환상 헤드부(224)로부터 연장되는 길다란 환상부재(221)이다. 상기 헤드부(224)는 길다란 환상부재(221)로부터 연장되는 섹션(227)을 구비하며, 그 외측면은 구형(sphere) 세그먼트로 되어 있다. 이러한 섹션은 원통형 외측면을 갖는 섹션내에 합체된다. 길다란 부재(221) 및 헤드부(224)에 형성된 구멍(231, 228)은 동일한 공간에 걸쳐서 섹션(230)의 상부의 절두원추형 형상내로 확장된다. 필터 튜브(52)는 세라믹 재료로 구성된다.
장착수단(220)은 원통형 외측면을 갖는 헤드부(224)용 하우징(233)(제19도)을 구비한다. 하우징(223)의 내측면은 원통형상이지만, 그 하부에는 헤드부의 외형과 동일하고 또한 짧은 절두원추형 섹션(235)에서 종지되는 섹션(232)이 있다. 하우징의 내측면은 상부에 나사부(thread)(234)를 갖고 있다. 하우징(233)은 통상적으로 310 스테인레스 강으로 제조된다. 하우징(233)은 헤드부상에 장착되고, 그 상부는 헤드부 상측으로 연장되며, 헤드부와 하우징의 하부 사이에는 개스킷(236, 239)이 개시된다. 개스킷(236)의 외측면은 하우징의 하단부에서 내측면(232)과 일치하게 절두원추형으로 되어 있다. 개스킷(236, 239)은 하우징과 헤드부(224) 사이에서 압축된다. 개스킷(236)은 통상적으로 하우징(223)에 볼트고 고정된 310 스테인레스 강의 링(242)(제22도)에 의해 수직으로 유지된다. 이러한 개스킷은 입자가 하우징(233)내로 침투하는 것을 방지하는 트랩(trap)으로서의 역할을 하며, 또한 용기(34)(제1도)의 압력하에서 필터 튜브(52)의 변위를 방지한다. 개스킷(236)의상측으로 연장되는 개스킷(239)은, 헤드부의 외측면의 요철부분(asperities)을 메우는 역할을 한다. 이러한 개스킷은 탄성 섬유 재료로 구성되며, 그 탄성에 의해 필터 튜브와 하우징 사이의 열팽창차를 보상한다. 또한, 필터 튜브(52)의 장착수단(220)은 와셔형의 제 3 개스킷(245)을 구비한다. 이러한 개스킷은 또한 탄성섬유 재료로 제조된다. 이 개스킷(245)은 링(251)(제21도)을 통해 너트(248)(제20도)에 의해 압축하에서 헤드부(224)의 상면에 결합된다. 너트(248) 및 링(251)은 통상적으로 310 스테인레스 강으로 구성된다. 너트(248)은 하우징(233)내의 나사산(234)에 나사결합되며, 너트내에 형성되어 있는 슬롯(257)에 결합하는 핀(254)에 의해 하우징내에 유지된다. 개스킷(245)은 헤드부(224)의 상부 표면에 존재하는 요철부분을 메우는 역할을 하며 필터 튜브(52)의 편심하중을 최소화하고, 또 그의 탄성에 의해서 하우징과 필터 튜브 사이의 열팽창차를 보상한다. 환상의 상부(260)(제23도)는 하우징(233)의 상부 림에 기밀상태로 용접된다. 튜브 또는 파이프(263)는 상부(260)의 개구부의 림에 기밀상태로 용접되며, 또 상부와 동축상태로 되어 있다. 상부(260)와 튜브(263)도 통상적으로는 310 스테인레스 강으로 구성된다. 필터 튜브(52)는 튜브(263)에 의해 보조 튜브 시트(136, 145, 151)(제1도)로부터 현수되며, 이 튜브(263)는 튜브 시트의 구멍 주위에 기밀상태로 용접되어 잇다.
통상적으로, 각각의 어레이(50)에 있어서, 각기 16개 및 22개의 필터 튜브(52)로 구성된 내측링(269) 및 외측링(266)의 두개의 링(제1도, 제6도 및 제7도)이 있다. 어레이(51)는 외측링(266)내의 10개의 필터 튜브 및 중시에 위치된 4개의 필터 튜브로 구성된 링(272)(제1도 및 제5도)을 갖는다. 통상적으로, 각각의 필터 다발(40)에 있어서, 각각의 어레이(50)에는 38개의 필터 튜브가 포함되고, 어레이(51)에는 52개의 필터 튜브가 포함된다. 각각의 필터 다발(40)은 통상적으로 128개의 필터 튜브(52)를 현수하며, 3개의 필터 다발은 총 384개의 필터 튜브가 현수된다. 필터 튜브의 다른 배열 및 갯수도 본 발명의 범위내에 포함된다.
필터 튜브(52)를 제외한 용기내의 구성요소, 즉 주 튜브 시트(100), 편향장치(117), 플레이트(133, 142, 148), 링(139), 보조 튜브 시트(136, 145, 151), 관형부재(190, 193) 및 플랜지형 관형부재(203)는 세정용 펄스를 공급하는 튜브(78)와 같은 310 스테인레스 강으로 구성된다.
3개의 필터 다발(40)을 구비한 제1도에 도시된 바와 같은 장치에 있어서, 주 튜브 시트(100)의 직경은 통상적으로 76인치(1.93M)이고, 보조 튜브 시트(136, 145, 151)의 직경은 38인치(0.97M)이며, 플랜지형 관형부재(203)의 직경은 20인치(5.1M)이다. 필터 다발의 3개의 지지체에 의해 점유되는 주 튜브 시트의 면적은 주 튜브 시트의 총 면적의 약 20%에 불과하다. 주 튜브 시트(100)는 물리적인 강도(materially)면에서 약한 것은 아니다.
태시커 특허의 실시예에서는 직경이 26피트이고, 길이가 66피트인 용기가 사용되며, 이 용기의 내부에는 4,370개의 필터 튜브가 수납되어 있다. 2개의 튜브 시트가 설치되어 있고, 각각의 튜브 시트로부터 2,185개의 필터 튜브가 현수되어 있다. 본 발명의 변형예에 있어서, 제24도에 도시된 바와같이 3,5,7,7,7,5,3개로 배열된 필터 다발(40)로 구성된 8각형의 어레이가 이용될 수 있다. 이러한 어레이는 각각의 필터 다발에 128개의 필터 튜브(52)를 갖는 36개의 필터 다발(40)로 구성되며, 이에 따라 어레이는 4,608개의 필터 튜브를 수납한다. 보조 튜브 시트의 직경이 38인치(0.97M)이라고 가정하면, 이 어레이의 횡방향 길이는 266인치, 즉 22피트(6.79M)로 되며, 이것은 편향장치(117) 및 용기의 벽에 대해 4피트(1.22M)의 간격이 존재한다. 3개의 튜브 다발(40)을 수납하는 용기(34)의 전체 길이는 479.50인치, 즉 40피트(12.18M)이다. 35개의 필터 다발에 대한 용기의 전체 길이도 동일할 수 있다.
본 발명의 이용에 있어서, 노즐(116)에 유입되는 연도 가스는 편향장치(117)에 의해 상방으로 편향된 후, 용기(34)의 본체(58)의 상부 위로 연장되는 주 튜브 시트(1000를 포함하는 구조체에 의해 하방으로 편향된다. 가스의 필터 튜브의 외측면상으로 유동한다. 입자는 필터 튜브의 미세한 구멍내에 흡착된다. 통상적으로, 각각의 필터 튜브(52)의 직경는 약 2.36인치(6cm)이고, 길이는 492피트(1.5M)이다. 유효 흡수 면적은 11 x 2.36/12 x 4.92 = 3.04 평방ft(0.28평방M)이다. 입자의 분리는 제4도의 화살표(300, 303)로 도시되어 있다. 화살표(300)는 입자를 함유한 가스의 유동을 나타낸다. 가스는 필터 튜브(52)의 외측면을 통해 공간(231, 228)(제18도)내로 유입된다. 입자는 필터 튜브의 미세한 구멍내에 흡착되기 때문에, 화사살표(303)로 도시된 바와 같이 처리된 가스는 입자를 실질적으로 함유하지 않은 상태에 있다. 처리된 가스는 필터 튜브로부터 챔버(130, 127, 124)내로 유입된 후, 이 튜브(154, 160, 175)를 통해 주 튜브 시트(100) 위에 있는 밀폐체(123)내로 유입되며, 이 튜브(154, 160, 175)는 상술한 바와 같이 주 튜브 시트(100) 위에 있는 밀폐체(123)(제1도)내에 개방된다. 처리된 가스는 밀폐체(123)로부터 노즐(61)을 통해 유출된다.
세정용 가스의 펄스는 튜브(78)를 통해 전달된다. 튜브(78)는 각각의 튜브 다발(40)의 각각의 튜브(154, 160, 175)와 동축으로 장착된다. 세정용 가스는 튜브(154, 160, 175)를 통해 각기 필터 챔버(124, 127, 130)내로 유입되고, 각각의 챔버로부터 필터 튜브(52)의 구멍(228, 231)(제18도)을 통해 흐르며, 입자를 미세한 구멍으로부터 탈락시킴과 동시에 입자를 개구부(노즐)(70)(제1도)에 연결된 호퍼(도시되지 않음)상에 침적시킨다. 또한, 후드(212)상에 침적된 입자는 후드로부터 호퍼(도시되지 않음)내로 낙하된다. 튜브(154, 160, 175) 및 필터 챔버(126, 127, 130)를 통해 튜브(78)로부터 필터 튜브(52)내에 유입한 세정용 펄스는 제4도에서 화살표(306)로 도시되어 있다. 탈락된 입자를 함유한 세정용 펄스는 화살표(309)로 도시되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시예를 본 명세서에 개시하였지만, 그것에 대한 많은 변경예를 실행할 수 있을 것이다. 본 발명은 종래 기술의 정신에 의해 강요되지 않는 한은 제한되지 않는다.

Claims (8)

  1. 가스 흐름으로부터 분리하는 여과장치로서, 용기(34)와 상기 용기에 연결된 가스 흐름 입구수단(116)과, 상기 여과장치에 의해 처리된 가스를 배출하도록 상기 용기(34)에 연결된 출구수단(61)과, 입자를 가스로부터 제거하기 위해 상기 용기(34)내에 배치되며, 각기 필터 튜브(52)의 어레이(50, 51)로 구성된 복수의 필터 유닛(43, 46)을 구비한 적어도 하나의 필터 다발(40)과, 상기 필터 다발 및 상기 용기에 연결되고, 상기 필터 유닛(43, 46)이 상기 용기(34)의 길이방향으로 연속적으로 연장된 상태로 상기 필터 다발을 장착하기 위한 수단(100, 190, 203)을 포함하는 여과장치에 있어서, 가스 유도수단(154, 160, 175)이, 상기 필터 튜브의 어레이(50, 51)에 의해 처리된 가스를 상기 출구수단(61)에 의해 배출되도록 유도하기 위해, 상기 출구수단(61)과 연통하도록 상기 각각의 필터 튜브의 어레이(50, 51)까지 연장되어 이들에 연결되며, 또한 상기 가스 유도수단(154, 160, 175)은 세정용 가스를 상기 필터 유닛(43, 46)에 순차적으로 유입할 수 있도록 세정용 가스 공급수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 필터 유닛의 가스 유도수단과 결합된 가스 공급수단(78)은 가스의 펄스를 각각의 가스 유도수단을 통해 상기 필터 유닛에 연속적으로 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 필터 다발의 각각의 필터 유닛은 플레이트(133, 142, 148)와 상기 플레이트에 접속된 튜브 시트(136, 145, 151)에 의해 규정된 필터 챔버(124, 127, 130)를 포함하며, 상기 각 필터 유닛의 필터 튜브는 상기 필터 챔버와 연통되도록 상기 튜브 시트로부터 현수되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 용기를 횡방향으로 가로질러 연장되며 상기 용기를 제 1 밀폐체(122)와 제 2 밀폐체(123)로 분할하는 주 튜브 시트(100)를 포함하며, 상기 가스 흐름 입구수단(116)은 상기 제 1 밀폐체에 연결되고, 상기 출구수단(61)은 상기 제 2 밀폐체에 연결되며, 상기 필터 다발은 상기 필터 유닛의 연속적인 각각의 튜브 시트를 다음 필터 유닛의 필터 챔버의 플레이트에 연속적으로 연결하는중간 관형부재(190, 193)에 의해 물리적으로 통합된 유닛으로 형성되며, 현수 관형부재(203)가 상기 필터 유닛의 최외측 플레이트를 상기 제 2 밀폐체내의 상기 필터 다발을 현수하는 상기 주 튜브 시트에 연결시키는 상태로 설치되고, 처리된 가스의 상기 가스 유도수단은 주 관형부재내의 상기 중간 관형부재를 통과하며 상기 제 2 밀폐체와 연통되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  5. 제3항에 있어서, 가장 멀리 위치된 상기 필터 챔버(1300로부터의 가스 유도수단(154)은 다른 필터 챔버로부터의 가스 유도수단(160, 175)보다 횡단면적이 큰 것을 특징으로 하는 여과장치.
  6. 제5항에 있어서, 가스 유도수단이 각각의 처리된 가스 유도수단과 대체로 동축상으로 연장되어, 각각의 처리된 가스 유도수단을 통해 세정용 가스를 상기 각각의 처리된 가스 유도수단이 연통되어 있는 필터 챔버내로 전송하며 또한 상기 튜브 시트로부터 현수된 상기 필터 튜브의 내부 용적부내로 전송하는 것을 특징으로 하는 여과장치.
  7. 제1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 후드(212)가 상기 필터 유닛 중 소정의 필터 유닛 상측에 수직방향으로 장착되며, 상기 후드는 상기 입자가 상기 후드로부터 미끄러져 내리기에 충분한 각도로 경사진 것을 특징으로 하는 여과장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 각각의 필터 유닛용 후드는 상기 각 필터 유닛의 필터 챔버를 규정하는 상기 플레이트상에 장착되며, 상기 후드는 절두원추 형상으로 형상되는 것을 특징으로 하는 여과장치.
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