KR20020061615A - 튜브형 및 벌집형 금속 페일-세이프 리제너레이터 필터 장치 - Google Patents

튜브형 및 벌집형 금속 페일-세이프 리제너레이터 필터 장치 Download PDF

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Abstract

필터 조립체는 클린업 시스템의 압력 용기 내부에서 고온 가스를 여과하기 위해 제작되고, 필터 조립체(60)는 내측 챔버(66), 및 다공성 금속 매체 튜브형(120) 또는 다공성 금속 매체 벌집형 카트리지 부재형 중의 어느 하나의 복수의 기다란 통로 부재를 포함하는 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치(129)의 바닥부에 부착되는 필터 요소(28)를 가진 필터 하우징(62)을 포함하며, 통로 부재는 필터 요소(28)의 고장시에 입자의 포획의 강화를 촉진하는데 효과적이다.

Description

튜브형 및 벌집형 금속 페일-세이프 리제너레이터 필터 장치{TUBULAR AND HONEYCOMB METAL FAIL-SAFE REGENERATOR FILTER DEVICES}
현대의 산업상의 방법들은 미립자를 함유하고 있는 고온의 연소 또는 기화 가스를 효과적으로 여과할 수 있는 장치를 필요로 한다. 예컨대, 연소 터빈에 적용하는데 있어서, 연소 터빈은 천연 가스 또는 프로판 가스, 석유화학물질 또는 저회분 연료 오일을 연소시킴으로써 생성되는 고온의 가압 연소 가스로부터 발생되는 에너지를 사용한다. 석탄 및 기타 고체 연료가 연소될 때, 그러한 고체 연료의 연소로부터 전해지는 입자들은 터빈 블레이드의 부식 및 오손을 야기할 수 있다. 그러한 고온의 연소 가스의 여과를 위한 효과적인 시스템은 그러한 고체 연료의 사용을 허용한다. 또 다른 예로서, 종래의 보일러를 작동하는데 있어서, 화염측 표면의 클리닝 및 점검을 위해서는 정기적으로 보일러를 중지시켜야 한다. 효과적인 고온 가스 여과 시스템은 보일러의 수명과, 점검과 점검 사이의 보일러 작동 시간을 아주 크게 연장시켜 준다. 회분 축적 및 부식으로 인한 화염측 표면의 오손이 제거될 수 있고 최소화될 수 있다.
또한, 개량형 석탄-또는 바이오매스-기제 파워 어플리케이션에서의 주요 구성요소로서, 고온 가스 여과 시스템은 입자로 인한 오손 및 부식으로부터 하류측의 열교환기 및 가스 터빈 구성요소를 보호하고, 처리 가스를 클리닝하여 배출 조건을 충족시킨다. 가압 유동층 연소(pressurized fluidized-bed combustion : PFBC) 플랜트, 가압 순환 유동층 연소(pressurized circulating fluidized-bed combustion : PCFBC) 플랜트, 또는 일체식 기화 결합 사이클(integrated gasfication combined cycle : IGCC) 플랜트에 설치될 경우에는, 하류측의 구성요소 비용이 절감되고, 게다가 에너지 효율이 향상되고, 유지비용이 낮아지며, 고가의 연료 또는 연료 가스 처리 시스템의 추가 필요성을 제거한다. 주요 특성으로서, 장시간의 운전성능, 장시간의 내구성, 및 필터 요소 및 이와 관련된 고온 개스킷 밀봉성의 장시간의 수명은 개량형 연소 및 기화 어플리케이션에서의 고온 가스 여과 시스템의 성공적인 작동에 있어서 필수적이다.
미국특허 제 5,185,019 호; 제 5,433,771 호 및 제 5,876,471 호(각각 Haldipur et al.; Bachovchin et al. 및 Lippert et al.)는 종래의 또는 얇은 벽의 세라믹 캔들형 필터에 채용될 수 있는 개량형 개스킷 조립체를 개시하고 있다. 3개 모두는 페일-세이프 리제너레이터 유닛을 위한 분리형 홀더/챔버를 개시하고 있다. Bachovchin et al.은 도 6에 도시되어 있는 것과 같은 스테인리스강의 래쉬히 링과 같은 입자의 베드와 조합하여 4개의 금속 스크린의 조합을 개시하고 있다. 미세 스크린은 유닛 내부에서 미립자를 포획하고 집진된 미립자가 리버스 클리닝 펄세이션 동안 유리화되는 것을 방지한다. 래쉬히 링은 리버스 플로우 클리닝 동안 저온 가스의 펄스를 가열하는 열 제너레이터를 형성한다. Lippert et al.은, 도 4에서, 세라믹 캔들형 필터와 접촉하는, 관련 개스킷을 가진 필터 하우징 내부에 영구히 장착되어 있는 또 다른 페일-세이프/리제너레이터 장치를 개시하고 있다. 유사하게 이 페일-세이프/리제너레이터는 세라믹 필터 요소가 고장나는 경우 압력 용기의 클린 가스 영역 내로 미립자가 주행하는 것을 방지한다. 추가적으로, 1999년 3월 4일 출원의 미국 출원번호 제 09/263,436 호는 개량형 개스킷 조립체를 제공하고, 스탠다드 세라믹 캔들형 필터와 동일한 연결과 구성을 가진 금속성 필터 요소의 가능한 이용을 개시하였고, 1999년 9월 10일 출원의 미국 출원번호 제 09/393,561 호는 개스킷의 사용이 감소된 모든 금속 필터의 구성과 Bachovchin et al.과 유사한 일체식 필터-세이프/리제너레이터 장치를 보여주고 있다.
이러한 발명은 종래 기술에서 향상점을 제공하는 반면, 임의의 새로운 조립체가 기존의 필터 시스템에 개선장착될 뿐만 아니라, 스크린 및 래쉬히 링 이상의 강화된 미립자 포획 능력이 필요하다. 이러한 특정 타입의 캔들형 필터 외에도, 다른 것은, 미국특허 제 4,364,760 호 및 미국특허 제 5,069,697 호(각각 Higuchi et al., Hamaguchi et al.)에서 보여주고 있는 바와 같이, 필터로서 사용되는 벌집형 구조를 제공하였다. 이러한 구조는, 디젤 엔진에서의 가스로부터 더스트를 포획하기 위해, 반쪽은 한쪽 끝에서 밀봉되어 있고 다른 반쪽은 다른 끝에서 밀봉되어 있는 보디를 통하는 평행한 채널을 가지고 있다. 이 특허는 필터 기술 분야에서 "벌집형" 구조를 정의하고 있다.
개량형 석탄 연료 작동 어플리케이션에서의 사용을 위해 더 높은 신뢰도의 필터 구성을 개발할 필요성이 여전히 있다. 필터 요소의 역압력 클리닝 동안 유입되는 가스 유동으로부터 필터 요소로의 열전달을 향상시킬 필요성이 또한 있다. 최종적으로, 임의의 개량형 필터 조립체가 기존의 시스템 내에 대체될 수 있는 것이 바람직하다.
개괄적으로, 본 발명은 터빈에 가스를 공급하기 위한 고온-가스 클린업 시스템에 관한 것으로서; 특히, 입자를 포획하는 벌집형 금속 매체 수단과 같은 개개의 소형 다공성의 금속 매체 튜브의 정렬부, 또는 교호식 채널의 다공성 구조부를 포함하고 있고, 래쉬히 링(Raschig rings)과 같은 추가의 열전달 표면, 및 입자 제거 수단으로서의 스크린 조립체를 필요로 하지 않는 모든 금속 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치를 포함하고 있는 시스템을 위한 필터 조립체에 관한 것이다. 이 금속 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치는 금속형 필터 요소에 부착된다
도 1은 본 발명에 따른 필터 조립체를 포함하는 압력 용기의 종단면도;
도 2는 필터 요소를 포함하는, 도 1에 도시되어 있는 것과 같은 튜브 시트에 연결되어 있는 필터 조립체 정렬부의 측면도;
도 3은 도 6에서 조립되어 있는 상태로 도시되어 있는 튜브형 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치의 사시도;
도 4는 도 7에서 조립되어 있는 상태로 도시되어 있는 다공성 금속 매체 벌집형 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치의 사시도;
도 5는 내부의 벌집형 구성을 도시하고 있는, 도 4의 필터 장치의 부분 단면도;
도 6은 본 발명을 가장 잘 나타내고 있는 도면으로서, 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치를 포함하고, 튜브형 통로를 채용하고, 관련된 연결 다공성 중공 필터 요소를 가지고, 개스킷 배치의 한 실시예를 이용하는, 기다란 튜브형 필터 조립체의 단면도;
도 7은 다공성 금속 매체 벌집형 통로를 채용하고, 관련된 연결 다공성 중공 필터 요소를 가지고, 개스킷 배치의 한 실시예를 이용하는, 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치를 포함하는 벌집형 필터 조립체의 단면도.
그러므로, 본 발명의 주 목적은 여과 성능이 향상되고, 황, 알칼리, 염화물, 증기 및 석탄 가스류에서 발견되는 기타 오염원에 대한 저항성이 있는 개량형 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치를 제공하는 것이다.
또한, 클리닝 작업 동안 페일-세이프/리제너레이터의 열전달 효율을 향상시키고, 기존의 유닛 내에 용이하게 대체될 수 있는 디자인을 제공하는 것이 목적이다.
이러한 목적과 기타의 목적은, 고온의 오염 가스가 유입되는 고온 가스 클린업 시스템의 압력 용기 내부에, 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치 및 기다란 필터 요소를 포함하는, 가스를 여과하기 위한 필터 조립체를 제공함으로써 달성되고, 상기 필터 조립체는: 내부 챔버를 형성하는 외주 측벽을 가지고 있는 필터 하우징;페일-세이프/리제너레이터 필터 장치의 바닥부 끝에 부착되어 있는 다공성의 기다란 필터 요소 보디부; 및 필터 하우징의 내측 챔버 내부에 배치되어 있는, 정상부 및 바닥부 끝을 가지고 있는 단일편의 모든 금속 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치를 포함하고 있고; 상기 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치는 복수의 다공성의 기다란 통로 부재에 부착되어 있는 금속 지지부를 포함하고, 이 통로 부재는: 1) 개구부가 있는 바닥부 끝을 가진 기다란 튜브, 및 2) 개구부가 있는 바닥부 끝 및 정상부 끝 및 바닥부 끝에서 밀봉되어 있는 교호식 통로가 있고 개방 바닥부 끝은 필터 요소와 대향하고 있는, 복수의 평행 통로를 가진 벌집형 부재 중에서 선택된다. 그래서 이 통로는 튜브형 또는 벌집형 카트리지 중 어느 하나이다. 이 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치는 래쉬히 링, 금속 스크린 등의 사용을 제거하는 것이 바람직하고, 가스 통로의 다공성 벽은 유입하는 펄스 가스를 가열하고 미세한 미립자를 포획하는 큰 표면적을 제공한다.
또한 본 발명은 고온 가스 클린업 시스템의 압력 용기 내부에서 캔들형 또는 튜브형 필터 요소를 유지하기 위한 캔들형 또는 튜브형 필터 홀더 및 개스킷 조립체에 존재하고, 이 필터 요소는, 하나는 플랜지 개방 끝부를 형성하고 다른 하나는 폐쇄 끝부를 형성하는 대향 끝부를 가진 보디부를 포함하고, 이 필터 요소 보디부는 보다 작은 내경 표면과 보다 큰 외경 표면을 가지고 있고, 상기 캔들형 또는 튜브형 필터 홀더 및 개스킷 조립체는: (a) 내측 챔버를 형성하는 외주 측벽을 가진 필터 하우징; (b) 다공성 모노리틱 세라믹 매트릭스, 필라멘트 짜기식 세라믹 매트릭스, 연속 섬유 세라믹 복합재 매트릭스, 또는 금속 또는 금속간 매체로 구성되는그룹으로부터 선택되는 필터 요소; (c) 필터 요소 다음에 위치하고, 여과된 가스와 여과되지 않은 가스 사이에 밀봉을 제공하고 필터 요소를 완충하기에 효과적인, 필터 하우징으로부터 분리되고 떨어져 있는 적어도 하나의 유연 개스킷; (d) 압력 용기 내부에 필터 요소, 필터 하우징, 및 개스킷을 커플링하는 수단; 및 (e) 펄스 클리닝 가스를 가열하고, 필터 요소의 고장, 손상 또는 파괴 또는 개스킷의 고장시에 입자 포획의 강화를 용이하게 하기 위한 것으로서, 고밀도 천공 금속 플레이트의 구멍을 따라서 그리고 통해서 위치하고 용접되어 있고 금속 스페이서 링에 차례로 용접되어 있는, 복수의 다공성의 금속 매체 튜브, 및 금속 스페이서 링에 용접되어 있는 다공성의 금속 매체 벌집형 카트리지로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치로 이루어 진다. 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치를 위한 다공성 금속 매체 튜브 및/또는 실린더형 다공성 금속 매체 벌집형 카트리지는: 필터 하우징과 개스킷 조립체로부터 분리 및 제거가능하고, 또는 그 대안으로서 필터 하우징과 개스킷 조립체에 영구히 용접될 수 있고; 매우 얇은 벽의 연속 섬유 세라믹 복합재 필터 요소로의 사용을 위해 금속 삽입부를 포함하도록 수정될 수 있고; 다공성 금속 또는 금속간 캔들형 필터로부터 분리 및 독립적으로 사용될 수 있고, 스탠다드 밀도 금속 플랜지로 구성되어 있는 다공성 금속 또는 금속간 필터의 정상부 표면에 용접될 수 있다.
다양한 유연 시일 및 개스킷이 페일-세이프/리제너레이터 필터 유닛 및 필터 요소를 밀봉 또는 유지하기 위해 다양한 조합으로 사용될 수 있다.
페일-세이프/리제너레이터 필터 통로의 구성에 사용되는 다공성 금속 매체는단일 분말 입자 또는 섬유 크기일 수도 있고, 또는 바람직하게는 유닛의 내부 및/또는 대안으로서 외부 표면을 따라 보다 미세한 분말 입자 또는 섬유층(막)을 포함할 수도 있다. 이 통로는 또한 다공성 섬유 또는 바람직하게는 분말, 금속, 금속간, 부식 저항 슈퍼알로이 합성물로 제작될 수 있다. 이러한 타입의 통로는 1 내지 5 마이크론 "미립자" 이상으로 하기 위해 99.999％ 이상의 입자 집진효율과 0.25 내지 0.5 inches/water gauge(in-wg)/1 foot per minute(fpm) 이하의 압력 강하 특성을 달성한다.
본 발명의 명확한 이해를 위해서, 첨부한 도면에 도시되어 있는 실시예를 참조한다.
도 1은 가스류로부터 미립자를 분리하기 위한 여과 장치(20)를 도시하고 있다. 이 장치는 압력 용기(22)를 포함하고 있고, 그 내부에는 복수의 필터 요소 정렬부(26)로 이루어지는 복수의 클러스터(24)가 장착되어 있다. 이 필터 요소 정렬부(26)는 금속, 금속간 및/또는 세라믹 필터 요소(28)를 포함하고 있다.
압력 용기(22)는 돔형상 헤드부(30)와 보디부(32)를 가지고 있다. 돔형상 헤드부(30)는 선형 팁(34)에서 끝나게 되어 있고, 여과된 가스가 용기(22)로부터 제거되는 배출 개구부 또는 노즐(36)을 형성하고 있다. 보디부(32)는 더러워진 가스의 입구부(25)를 포함하고 있고, 이 입구부를 통해서 약 1100℉(600℃) 내지 약 1830℉(1000℃)의 온도로 가스가 유입된다. 또한 보디부는 대체로 원형인 실린더형상의 상부(38)를 포함하고 있고, 이 상부는 미립자를 수용하기 위한 절두원추형 회분 호퍼(40)에 결합되어 있으며, 이 절두원추형 회분 호퍼는 회분 배출 라인에 연결되는 개구부 또는 노즐(42)을 형성하는 선형 팁에서 끝나게 되어 있다. 이 돔형상 헤드부(30)로부터 복수의 포트(44)가 뻗어 있다. 포트(44)는 작동 중지 기간동안 기구를 삽입하고 돔형상 헤드부(30)의 내부를 관찰하기 위한 지점을 제공한다. 각각의 포트를 통해서, 필터(28)를 클리닝하기 위한 가스의 백 펄스 버스트(back pulse burst)를 제공하기 위한 튜브(46)가 위치할 수 있다.
도 2를 참조하면, 압력 용기는 튜브 시트(48)를 포함하고 있다. 이 튜브 시트(48)는 복수의 필터 요소 정렬부(26)를 지지하고 있다. 각각의 필터 요소 정렬부(26)는 상부 플레이트(50) 및 하부 플레이트(52) 및 측부 플레이트로 이루어지는 매니폴드 플레넘(manifold plenum)을 포함하고 있다. 본 발명에 의하면, 각각의 필터 요소(28)는 필터 조립체(60)에 의해 유지되고 매니폴드 플레넘의 대응 하부 플레이트(52)에 연결되어 있다. 필터 조립체(60)는 플레넘 지지 파이프(54)에 의해 구조 유닛으로 일체화되어 있다. 각각의 플레넘 지지 파이프(54)는 압력 용기(22) 내부에서 중심에 맞추어 체결되어 있다. 대체로 절두원추형상의 더스트 셰드(dust shed) 또는 파티클 디플렉터(particle deflector)(56)가 또한 도시되어 있다.
종래의 경험을 통해서 비산화물-기제 세라믹 모노리틱(nonoxide-based ceramic monolithic), 연속 섬유 강화 세라믹 복합재(continuous fiber reinforced ceramic composite:CFCC), 및 그물형상 포말 세라믹 매트릭스(reticulated foam ceramic matrices)의 산화는 이러한 재료가 가압 유동층 연소(pressurized fluidized-bed combustion:PFBC), 또는 가압 순환 유동층 연소(pressurized circulating fluidized-bed combustion:PCFBC)의 500 - 3000 시간인 장시간의 현장운전을 겪은 다공성 캔들형 필터 요소의 구성에 사용될 때의 결과라는 것을 알 수있다. 이와 유사하게, 산화물-기제 모노리틱은 공정 작업 동안 열피로 및/또는 열충격을 받기 쉽다는 것을 알 수 있다. 산화물-기제 CFCC 및 필라멘트 짜기식 매트릭스는 저강도의 중간밀도의 플랜지를 가지고 있고; 저강도 및 로드 베어링 필터 보디를 가지고 있고; 함유된 CFCC 섬유의 취성에 대한 잠재성을 가지고 있고; 그리고 삽입된 플러그, 시임, 적용된 막, 구성요소층 등을 따라 접합해제가 가능하다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 고온 가스의 연소 기술에 있어서의 근래의 노력은 캔들형 필터 또는 다른 대안의 필터 구성 및 다른 구성요소들을 위한 향상된 석탄 연소 용도에서 금속 및 금속간 매체의 잠재적인 사용의 개발 및 평가에 향해져 있다.
PFBC, PCFBC, IGCC, 바이오매스(biomass) 및 산업 어플리케이션에 설치되어 작동되는 개량형 입자 여과 시스템에서의 사용을 위해, 다공성 세라믹, 금속, 또는 금속간 필터 요소는 입자 집진 효율, 압력 강하 특성, 및 구성 및 치수 공차를 다음과 같이 달성하는 것이 유리하다: 입자 집진 효율은 99.999％ 이상이고; 초기 압력 강하는 10 in-wg(inch-water guage)/10 fpm(feet per minute) 이하이거나 동일하고; 다공성 세라믹 및/또는 금속 매체 및/또는 용접 재료가 증기, 가스황, 염화물, 및/또는 알칼리 종류를 함유하는 높은 온도의 처리 가스류로부터의 산화 및/또는 부식공격에 견디도록 보장하고; 펄스를 클리닝하여 여과 표면으로 부터의 회분을 제거하고 낮아진 압력 강하로 복귀할 수 있어야 한다. 본 발명의 바람직한 필터 조립체(60)는 이하에 설명되는 다공성의 기다란 필터 통로를 활용하는 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치로 사용된다.
본 발명은 개량형 석탄-기제 파워 시스템, 및/또는 바이오매스 및 산업 어플리케이션에서의 작업 동안 다공성 캔들형 필터의 고장, 손상, 또는 파손시 입자를 포획하기 위한 2개의 대안의 금속 페일-세이프/리제너레이터 필터 실시예를 개시하고 있다. 게다가, 상기 금속, 페일-세이프/리제너레이터 필터는 금속 및 금속간 필터 요소에 직접 부착될 수 있으며, 통합 유닛을 제공하고, 기존의 여과 시스템 내부에 설치를 용이하게 한다. 이러한 금속 페일-세이프/리제너레이터 필터는, 큰 표면적과 입자유지력을 제공하고, 다공성 모노리틱 세라믹, 세라믹 필라멘트 짜기식 및/또는 연속 섬유 세라믹 복합재(CFCC) 캔들형 또는 튜브형 필터와, 다공성 금속 및/또는 금속간 캔들형 또는 튜브형 필터의 열충격의 영향을 줄이기 위해 펄스 크리닝 가스를 가열할 뿐만 아니라 필터 또는 개스킷 고장시에 클린 가스류 내로의 입자 미립자의 통과의 방지를 보장하는 방식으로 조립된 다공성 금속 매체를 활용한다. 이것들은 하류측의 가스 터빈 및 열교환기 설비를 또한 보호하고, 공장 운전을 위한 대기 오염 제어 방출 기준을 유지한다.
이들 금속 페일-세이프/리제너레이터 필터는 금속 필터 하우징 내부에 설치 및/또는 배치를 개선장착하기 위한 조립체; 현재 및 종래의 필터 플랜지, 개스킷, 및/또는 페일-세이프/리제너레이터 필터 유닛 둘레에서의 입자 누출 경로의 완화의 보장성; 다공성 모노리틱 세라믹, 세라믹 필라멘트 짜기식, 및/또는 CFCC 캔들형 또는 튜브형 필터와, 다공성 금속 및/또는 금속간 캔들형 또는 튜브형 필터 등의 활용성을 제공한다. 일체식 금속 플랜지/페일-세이프/리제너레이터 필터 유닛의 홀더 조립체로의 직접 용접의 실시예는 본 발명의 요소인 것으로 또한 간주된다.대안으로서, 일체식 페일-세이프/리제너레이터 필터/금속 또는 금속간 필터 요소는 필터 하우징에 용접될 수 있으며, 유연 개스킷의 사용을 제거하고, 기존의 여과 시스템 내부에서의 완전한 배리어 여과를 제공한다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 페일-세이프/리제너레이터 필터(129)의 다공성의 기다란 금속 매체 튜브(120)는 폐쇄된 다공성 정상부(122)를 가지고 있고, 조립체를 통해서 고밀도의 천공 금속 플레이트 지지부(121)를 통해서 위치하는 구멍 내로 채워 넣어지고, 영구히 용접되거나 그렇지 않으면 도 6에 도시된 바와 같은 금속 스페이서 링(123)에 차례대로 부착되어, 튜브형 금속 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치를 형성한다. 대안으로서, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 실린더형 다공성의 기다란 금속 매체 벌집형 카트리지(130)로 이루어지는 필터-세이프/리제너레이터 필터 장치(129)는 금속 지지 플레이트(122)에 직접 용접되고, 이어서 도 7에 도시되어 있는 금속 스페이서 링(123)에 직접 용접되어, 벌집형 금속 매체 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치를 형성한다. 도 5는 부분 벌집형 단면을 도시하고 있다. 여기에서 "벌집"이란 용어는 정상부 끝부(150), 및 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 다른 끝부(155)에서 밀봉되어 있어서 필터 또는 개스킷 고장, 손상 또는 파손시에 입자를 많이 가진 가스(151)가 통로(152)에 유입되어야 하는 교호식 채널을 가지고 있는 보디를 통해서 뻗어 있는 복수의 평행 통로 또는 채널(200)을 가지고 있는 보디로 정의된다. 가스는 인접 채널의 벽(150')을 통해서 통과하고, 통로(152) 내부에 입자를 유지하면서 통로(152')를 통해서 배출된다. 교호식 개방 바닥부 통로(152') 및 폐쇄 정상부 통로(152) 또한 도 7에 도시되어있다. 또한 "벌집"이란 용어는 상기 설명의 소규모 변동을 포함하는 것을 의미한다. 예컨대, 이 용어는 선택된 채널이 한 끝부에서 밀봉되는 한편 채널의 남아 있는 부분은 반대쪽 끝부에서 밀봉될 때 그것을 통해서 복수의 평행 채널을 가지는 구조화된 보디를 또한 포함한다. 일체식 다공성 또는 고밀도 외측 비채널 통로 영역(157)은 금속 매체 벌집형 카트리지의 외주를 포위하고 있다.
벌집형 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치와 유사하게, 필터 또는 개스킷 고장, 손상, 또는 파손시에 입자를 많이 가진 가스는 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 다공성의 기다란 금속 매체 튜브(120)의 통로(152)에 유입되고, 통로(152) 내부에서 입자를 유지하면서 통로(152')를 통해서 배출된다.
다공성 금속 매체 튜브(120) 및 실린더형 다공성 금속 매체 벌집형 카트리지(130)는 가스 플로우 저항, 및 필터 요소 및 개스킷 고장, 손상, 또는 파손시에 더러워진 공정 가스류로부터 클린 가스류로의 입자의 배출을 완화하는 입자의 포획에 대한 조건을 충족하는 한정된 다공성으로 제작된다. 도 6 및 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 다공성 금속 매체 튜브(120) 및 벌집형 채널(152, 152')은 다공성 금속 매체 벽의 내부 구멍 뿐만 아니라 작은 다공성 금속 튜브 또는 벌집형 채널의 내부 구멍 내부에서 강화된 입자 포획력을 가진 기다란 통로(200)를 제공한다. 튜브형 및/또는 벌집형 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치(129)의 구성에 사용되는 큰 표면적, 다공성, 금속 매체는 유입 펄스 클리닝 가스를 또한 가열하고, 도 1에 도시된 바와 같이 필터 정렬부(26) 내부의 필터 요소(28)의 열피로의 영향을 감소시킨다.
금속 플레이트 지지부(121)에 용접된 상기 다공성 금속 매체 튜브(120) 및/또는 원통형 다공성 금속 매체 벌집형 카트리지(130) 사이의 영역(210)은 금속 플레이트 지지부(122), 및 금속 스페이서 링(123)에 용접되어 있으며, 도 6 및 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 비어 있을 수도 있고, 또는 용접 천공 금속 플레이트, 미세한 메시 및 조잡한 메시 스크린 및 래쉬히 링을 포함할 수도 있다. 용접된 천공 금속 플레이트, 미세한 메시 및 조잡한 메시 스크린 및 래쉬히 링의 추가는, 필요할 경우, 펄스 클리닝 가스의 추가의 가열뿐만 아니라, 추가의 입자 포획력을 제공할 수도 있지만, 이러한 종래 기술에서의 특징은 선택적인 것이다.
다공성 금속 매체 튜브 및/또는 실린더형 다공성 금속 매체 벌집형 카트리지 페일-세이프/리제너레이터의 합성은 310S, Inconel 600, Hastelloy X, 다른 고온의 합금, 금속간 화합물 등을 포함하지만 거기에 한정되는 것은 아니다. 상기 합금은 바람직하게는 분말 또는 섬유 금속으로부터 구성될 수도 있다. 이와 유사하게, 다공성 금속 매체 튜브 및/또는 실린더형 다공성 금속 매체 벌집형 카트리지 페일-세이프/리제너레이터 필터는 심리스 모노리틱 구성으로서 제작될 수도 있고, 참조번호 127에서 내부막층 및 127'에서의 외부막층을 함유할 수도 있으며, 하부의 다공성의 소결 금속 매체를 포함하여 강화된 페일-세이프/리제너레이터 필터 유닛 내부에서의 입자 포획을 용이하게 한다.
다공성 금속 매체 튜브 및/또는 실린더형 다공성 금속 매체 벌집형 카트리지 페일-세이프/리제너레이터 필터는 바람직하게는 금속 분말 또는 섬유로부터 만들어질 수도 있다. 상기 다공성 금속 매체 튜브는 압출 공정으로 형성될 수도 있지만거기에 한정되는 것은 아니며, 이후 진공 또는 비활성 기체 분위기에서의 고온 소결공정을 거친다. 상기 다공성 금속 매체 튜브형 및/또는 벌집형 페일-세이프/리제너레이터 필터(129)는 한정된 개방 다공성을 가지도록 제작되어 1-5μm(마이크론)의 미립자 이상으로 하기 위해서 99.999% 이상의 입자 집진 효율, 및 0.25-0.5 in/wg/1 fpm 이하의 압력 강하 특성을 달성한다.
다공성 튜브형 금속 매체 및/또는 다공성 금속 매체 벌집형 카트리지 페일-세이프/리제너레이터 필터(129)는 필터 하우징(62)의 내부 챔버(66) 내부에 영구히 또는 제거가능하게 설치될 수 있다. 제거가능한 유닛으로서 설치될 때, 다공성 튜브형 금속 매체 및/또는 다공성 금속 매체 벌집형 카트리지 페일-세이프/리제너레이터 필터(129)는 필터 하우징(19)의 계단식 섹션과 용접된 금속 스페이서 링(124)의 정상부 표면 사이의 제 1 시일로서 유연한 정상부 또는 최정상부 개스킷(74)을 활용한다. 정상부 또는 최정상부 유연한 개스킷(74)은 전통적인 파이버프랙스 페이퍼의 사용을 제거하고 더러워진 공정 가스류로부터 깨끗한 가스류로의 입자의 통과를 방지하는 제 1 시일로서 기능한다. 중간의 또는 최중간의 유연 개스킷(75)은 통상적으로 용접된 금속 스페이서 링(125)의 바닥부 표면과 필터 플랜지(18)의 정상부 표면 사이에 위치한다.
캔들형 필터(28)는 필터 홀더 및 개스킷 조립체(60) 내부에 설치될 때, 중간의 또는 최중간의 유연 개스킷(75)은 대략 5mm로 압축되며, 금속 페일-세이프/리제너레이터 필터 유닛(129) 및 필터 요소(28) 사이에 시일을 형성한다. 바닥부 또는 최바닥부 유연 개스킷(76)은 윤곽형성된 필터 플랜지(12)의 베이스에 통상적으로위치한다. 바닥부 또는 최바닥부 유연 개스킷(76)은 필터 요소(28), 필터 하우징(62), 및 캐스트 너트(78) 사이에서 쿠션 및 미립자 배리어 시일로서 활용된다. 세라믹 슬리브 또는 소크(sock)(72)는 필터 요소(28)의 외부 표면을 따라서 설치될 수 있다. 세라믹 슬리브 또는 소크(72)는 미립자의 축적을 방지하고 필터 요소(28), 및 필터 하우징(62), 및 캐스트 너트(78) 사이에서 쿠션으로서 기능하는데 활용된다. 정상부 또는 최정상부 유연 개스킷(74), 중간 또는 최중간 유연 개스킷(75), 또는 바닥부 또는 최바닥부 유연 개스킷(76)은 바람직하게는 산화물 기제 연속 또는 베어낸 파이버 매트, 단일 끝부 롤드 단일 스파이럴 또는 롤드 짜기식 산화물 페브릭 또는 슬리빙, 또는 2개 끝부 롤드 이중 스파이럴 또는 중첩 짜기식 산화물 페브릭 또는 슬리빙을 싸 넣는 단일 구성요소의 땋기 또는 짜기식 산화 페브릭 또는 슬리빙으로 제작된다.
도 6 및 도 7에 도시되어 있는 다공성 튜브형 금속 매체 및/또는 다공성 금속 매체 벌집형 카트리지 페일-세이프/리제너레이터 필터(129)는 모노리틱 다공성 세라믹 필터 요소 또는 다공성 금속 또는 금속간 필터 요소(28)로 활용되도록 설계되어 있다. 정상부 플랜지 표면(18) 뿐만 아니라 보다 작은 필터벽으로 제작되는 세라믹 필라멘트 짜기식 및 연속 섬유 세라믹 복합재(CFCC)는 용접 금속 스페이서 링(125)의 베이스 및 캔들의 정상부 표면(18) 사이에 중간 또는 최중간 유연 개스킷(75)를 체결하기 위해서 용접 금속 스페이서 링(123)의 베이스에서 확장 칼라(126)의 추가를 필요로 하며, 펄스 클리닝, 및 이어지는 필터 하우징 및 개스킷 조립체(60) 내의 캔들(28)의 래칭 동안, 캔들(28)의 내부 직경 보어 내부로의중간 또는 최중간 유연 개스킷(75)의 통과를 방지하고, 및/또는 캔들형 필터(28)의 종국적인 고장을 방지한다. 다공성 금속 매체 튜브형(및/또는 다공성 금속 매체 벌집형) 페일-세이프/리제너레이터 필터(129)는 CCFC 요소의 내경 플랜지 표면에 끼워맞춤되도록 윤곽형성되는 확장 금속 삽입부를 추가하고, 및 확장 금속 삽입부 및 내부 플랜지 표면 사이에 위치하는 관련된 유연 개스킷을 포함함으로써 매우 얇은 벽의 CCFC 필터 또한 사용될 수 있다.
다공성 금속 또는 금속간 캔들이 사용될 때, 다공성 튜브형 금속 매체 및/또는 다공성 금속 매체 벌집형 카트리지 페일-세이프/리제너레이터 필터(129)는 앞에서 개시한 바와 같이 세라믹 캔들형 필터(28)에 대하여 사용될 수 있고 또는 필터 플랜지(18)의 정상부 표면에 직접 용접될 수 있으며, 일체식 유닛을 형성한다. 단지 정상부 또는 최정상부 유연 개스킷(74), 및 바닥부 또는 최바닥부 유연 개스킷(76)이 일체식 다공성 튜브형 금속 매체 및/또는 다공성 금속 매체 벌집형 카트리지 페일-세이프/리제너레이터/다공성 금속 또는 금속간 필터 요소를 필터 하우징 및 개스킷 조립체(60) 내부에 밀봉하도록 사용된다. 다공성 금속 및/또는 금속간 필터가 필터 하우징 및 개스킷 조립체(60) 내부에 설치될 때 세라믹 슬리브 또는 소크(72)의 사용은 임의적이다.
금속 또는 금속간 캔들형 또는 튜브 필터(28)에 대한 어플리케이션으로 영구 용접 장치로서의 사용을 위해서, 모든 유연 개스킷이 제거된다. 필요할 경우 필터 하우징(60)의 내측 챔버(66) 내부에 제공된 용적 증가와 함께 영구 용접 짜기의 결과는 금속 스페이서 링(124)의 정상부 표면과 필터 하우징(19)의 계단식 섹션 사이의 밀봉이다. 플랜지 캔들에 대향한 것과 같은 직선형 다공성 금속 또는 금속간 튜브의 활용, 및 플랫 플레이트 및 확장 섹션(126)을 배제하는 직선형 다공성 금속 또는 금속간 튜브를 용접된 튜브형 또는 벌집형 페일-세이프/리제너레이터 필터/금속 스페이서 링에의 용접, 및 필터 하우징(60)으로의 상기 유닛의 뒤이은 용접은 유연 개스킷 시일에 대한 필요성을 제거하고 더러워진 가스 처리류로부터 깨끗한 가스류로의 입자의 통과를 방지하는 내부 페일-세이프/리제너레이터 필터 능력을 가진 다공성 금속 매체 여과 장치를 제공한다. 다공성 금속 또는 금속간 캔들형 필터(18) 또는 다공성 금속 또는 금속간 튜브 필터의 정상부 표면의 두께는 변할 수 있다. 상기에 개시된 다공성 튜브형 및 벌집형 금속 페일-세이프/리제너레이터 필터 개념은 대안의 필터 요소 구성으로의 사용을 위해 수정될 수 있다. 대안으로서, 다공성 튜브형 또는 벌집형 금속 페일-세이프/리제너레이터 필터(129)는 필터 하우징(60) 내부에 영구히 용접될 수 있고 관련된 중간 또는 최중간 개스킷(75), 및 바닥부 또는 최바닥부 개스킷(76), 및 캐스트 너트(78)의 사용과 함께 다공성 세라믹 또는 금속 필터 요소로부터 분리된 그리고 떨어진 장치로서 활용될 수 있다.
다공성 튜브형 및 벌집형 금속 페일-세이프/리제너레이터 필터(129)의 제 1 기능은 다공성 매체 벽의 내부 구멍의 내부 뿐만 아니라 다공성 금속 튜브 또는 벌집형 채널 통로의 작은 내부 보어의 내부에서의 강화된 입자 포획력을 제공하고 펄스 클리닝 가스를 가열하는 것이다. 미립자의 추가적인 포획 및 유지는 영역(210) 내부에서 발생할 수 있다. 이러한 유닛(129)은 기존의 여과 시스템 내에 개선장착될 수 있고, 모노리틱 세라믹, 필라멘트 짜기식 세라믹, 연속 섬유 세라믹 복합재(CCFC), 금속 및/또는 금속간 필터 요소로 활용될 수 있다. 이와 유사하게 다공성 튜브형 및 벌집형 금속 페일-세이프/리제너레이터 필터 유닛은 작동되기만 하면 용이하게 변경되거나 대체될 수 있다. 게다가, 다공성 튜브형 및 벌집형 금속 페일-세이프/리제너레이터 필터는 분리될 수 있고 떨어져 있을 수 있으며, 또는 다공성 금속 또는 금속간 필터 요소에 직접 용접될 수 있으며, 일체식 금속 페일-세이프/리제너레이터/다공성 금속 또는 금속간 필터 요소를 형성한다. 상기 일체식 금속 페일-세이프/리제너레이터/다공성 금속 또는 금속간 필터는 캔들형 또는 튜브 형상을 가질 수도 있다. 상기 일체식 금속 페일-세이프/리제너레이터/다공성 금속 또는 금속간 필터는 필터 하우징으로부터 제거가능하거나 또는 직접 용접되어도 좋다. 또한, 다공성 튜브형 및 벌집형 금속 페일-세이프/리제너레이터 필터 개념은 크로스 플로우, 시트, 리버스 캔들형 필터 등의 것처럼 대안의 필터 요소 구성으로의 사용을 위해 수정될 수 있다.
다공성 금속 매체 튜브 및/또는 실린더형 다공성 금속 매체 벌집형 카트리지 페일-세이프/리제너레이터 필터는 기존의 페일-세이프/리제너레이터 필터 개념에 현재 설치되어 있는 미세한 메시 스크린 및 무거운 지지 와이어 메시의 사용을 제거하고, 얇은 파이버프랙스 개스킷의 사용을 제거하며, 유연 개스킷의 사용을 통해서 제 1 시일을 제공한다. 다공성 금속 매체 튜브 및 다공성 금속 벌집형 구조는 다공성 매체 벽 뿐만 아니라 다공성 금속 튜브 또는 벌집형 채널 통로의 작은 내부 구멍 내에서의 동시의 강화된 입자 포획력을 가진 펄스 클리닝 가스의 가열을 용이하게 하는 일체식 유닛으로서 기능한다. 펄스 클리닝 가스의 추가적인 가열 뿐만 아니라 입자 포획력이 요구된다면, 종래 기술에서 이미 개시된 바와 같은 용접된 천공 금속 플레이트, 미세한 메시 스크린, 조잡한 와이어 메시 스크린 및 래쉬히 링은 튜브형 다공성 금속 매체 및/또는 금속 매체 벌집형 카트리지 페일-세이프/리제너레이터 필터 개념에 용이하게 포함된다.
본 발명은 그 사상 또는 기본 특징을 일탈하지 않고 다른 형태로 실시될 수도 있고, 따라서 첨부된 청구의 범위와 본 발명의 범위를 개시하는 상기의 상세한 설명을 참조해야만 한다.
본 발명에 의하면, 여과 성능이 향상되고, 황, 알칼리, 염화물, 증기 및 석탄 가스류에서 발견되는 기타 오염원에 대한 저항성이 있는 개량형 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치를 제공할 수 있다.
또한, 클리닝 작업 동안 페일-세이프/리제너레이터의 열전달 효율을 향상시키고, 기존의 유닛 내에 용이하게 대체될 수 있는 디자인을 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 고온의 오염 가스가 유입되는 고온 가스 클린업 시스템의 압력 용기 내부에, 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치 및 기다란 필터 요소를 포함하는, 가스를 여과하기 위한 필터 조립체로서, 상기 필터 조립체는:
    (a) 내부 챔버를 형성하는 외주 측벽을 가지고 있는 필터 하우징;
    (b) 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치의 바닥부 끝에 부착되어 있는 다공성의 기다란 필터 요소 보디부; 및
    (c) 필터 하우징의 내측 챔버 내부에 배치되어 있는, 정상부 및 바닥부 끝을 가지고 있는 단일편의 모든 금속 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치를 포함하고 있고, 상기 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치는 복수의 다공성의 기다란 통로 부재에 부착되어 있는 금속 지지부를 포함하고, 이 통로 부재는: (1) 개구부가 있는 바닥부 끝을 가진 기다란 튜브, 및 (2) 개구부가 있는 바닥부 끝 및 정상부 끝과 바닥부 끝에서 밀봉되어 있는 교호식 통로가 있고 개방 바닥부 끝은 필터 요소와 대향하고 있는, 복수의 평행 통로를 가진 벌집형 부재 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치는 미립자를 여과하기 위한 기다란 통로 부재에만 의존하고, 상기 장치는 래쉬히 링과 같은 추가의 열전달 표면, 또는 입자 제거수단으로서의 금속 스크린을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서, 필터 요소 다음에 위치하고, 고온의 오연된 유입 가스와 여과된 가스 사이에 시일을 제공하는 유연 개스킷을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서, 필터 하우징, 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치 및 필터 요소를 커플링하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서, 통로는 튜브형 통로 및 벌집형 통로로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 통로 부재는 천공 플레이트에 용접되어 있는 복수의 다공성의 금속 매체 튜브, 및 다공성의 금속 매체 벌집형 카트리지로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서, 통로 부재는 천공 플레이트에 용접되어 있는 다공성의 금속 매체 튜브인 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서, 통로 부재는 다공성의 금속 매체 벌집형 카트리지로 구성되는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서, 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치는 필터 요소의 고장시에, 입자 포획의 강화를 촉진하고, 필터 요소의 리버스 펄스 클리닝 동안 미립자를 유지하는 것을 특징으로 하는 필터 조립체.
  10. 고온 가스 클린업 시스템의 압력 용기 내부에서 캔들형 또는 튜브형 필터 요소를 유지하기 위한 캔들형 또는 튜브형 필터 홀더 및 개스킷 조립체로서, 이 필터 요소는, 하나는 플랜지 개방 끝부를 형성하고 다른 하나는 폐쇄 끝부를 형성하는 대향 끝부를 가진 보디부를 포함하고; 이 필터 요소 보디부는 보다 작은 내경 표면과 보다 큰 외경 표면을 가지고 있고, 상기 캔들형 또는 튜브형 필터 홀더 및 개스킷 조립체는:
    (a) 내측 챔버를 형성하는 외주 측벽을 가진 필터 하우징;
    (b) 다공성 모노리틱 세라믹 매트릭스, 필라멘트 짜기식 세라믹 매트릭스, 연속 섬유 세라믹 복합재 매트릭스, 또는 금속 또는 금속간 매체로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 필터 요소;
    (c) 필터 요소 다음에 위치하고, 여과된 가스와 여과되지 않은 가스 사이에 시일을 제공하고 필터 요소를 완충하는, 필터 하우징으로부터 분리되고 떨어져 있는 적어도 하나의 유연 개스킷;
    (d) 압력 용기 내부에 필터 요소, 필터 하우징, 및 개스킷을 커플링하는 수단; 및
    (e) 필터 요소의 고장, 손상 또는 파괴 또는 개스킷의 고장시에 입자 포획의 강화를 촉진하고, 펄스 클리닝 가스를 가열하기 위한 것으로서, 천공 플레이트에 용접되어 있고, 금속 스페이서 링에 차례로 용접되어 있는, 복수의 다공성의 금속 매체 튜브, 및 금속 지지 플레이트에 용접되어 있고, 금속 스페이서 링에 차례로 용접되어 있는 다공성의 금속 매체 벌집형 카트리지로부터 선택되는 페일-세이프/리제너레이터 필터 장치로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 캔들형 또는 튜브형 필터 홀더 및 개스킷 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서, 통로 부재는 천공 플레이트에 용접되어 있는 다공성 금속 매체 튜브인 것을 특징으로 하는 캔들형 또는 튜브형 필터 홀더 및 개스킷 조립체.
  12. 제 10 항에 있어서, 통로 부재는 다공성 금속 매체 벌집형 카트리지로 구성되는 것을 특징으로 하는 캔들형 또는 튜브형 필터 홀더 및 개스킷 조립체.
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