KR20180095072A - 기체-고체 혼합물을 여과하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

기체-고체 혼합물을 여과하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
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Abstract

기체-고체 혼합물을 여과하기 위한 시스템(300)이, 하우징(302); 하우징(302)을 원료 가스 챔버(310) 및 청정 가스 챔버(312)로 분할하는 분리 몸체로서, 원료 가스 챔버(310)는, 기체-고체 혼합물을 위한 유입구를 통해 접속 가능하며 그리고 청정 가스 챔버(312)는, 청소된 가스를 방출하기 위한 배출구를 포함하는 것인, 분리 몸체; 분리 몸체에 매달리는 다수의 필터 요소; 필터 요소들의 하측 단부들에 연결되는 지지 격자(360)로서, 다수의 아암을 포함하는 것인, 지지 격자(360); 지지 격자(360)의 아암들 상에 그의 청소를 위해 제공되는 하나 이상의 청소 요소(380)를 포함한다.

Description

기체-고체 혼합물을 여과하기 위한 시스템 및 방법
본 발명은, 기체-고체 혼합물을 여과하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 기체-고체 혼합물은, 가스화 시스템에 의해 생성되는 합성 가스를 포함할 수 있을 것이다.
가스화 시스템들은 일반적으로, 탄소 포함 물질들을 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)의 혼합물로 변환하기 위한, 반응기 또는 가스화 장치를 포함한다. 혼합물은 또한, 약간의 이산화탄소(CO2)를 포함할 수 있을 것이다. 이는, 제어된 양의 산소 및/또는 증기와 더불어, 연소 없이, (전형적으로, 700℃를 초과하는) 상승된 온도에서 물질들을 반응시킴에 의해 달성된다. 가스화 반응은, 부분적 연소 또는 부분적 산화로 지칭될 수 있을 것이다. 생성되는 가스 혼합물은, 합성가스, 합성 가스, 합성 기체, 또는 생산자 가스로 지칭될 수 있으며, 그리고 그 자체가 연료이다.
합성 가스는, 예를 들어, (디젤, 가솔린 또는 합성 메탄과 같은) 합성 연료들, (메탄올 또는 암모니아와 같은) 화학 물질들, 왁스들, 또는 전력(전형적으로, 전기)의 생산을 위해, 사용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 통합형 가스화 조합 사이클(integrated gasification combined cycle: IGCC) 발전소가, 합성 가스를 생산하기 위해, 하나 이상의 가스화 장치를 포함한다.
공급 재료의 탄소 포함 물질들은, 미분탄, 바이오매스 또는 오일 잔류물과 같은, 임의의 탄소 포함 공급 재료를 포함할 수 있을 것이다. 오일 잔류물은 일반적으로, 액체 탄화수소들, 전형적으로 중질 탄화수소 오일들, 예를 들어 중질 원유들 또는 미정제 잔류물을 지칭한다. 미분탄 및 바이오매스는, 고체 탄소 포함 물질들의 예들이다.
공급 재료는 부분적으로, 가스화 유닛의 가스화 반응기 내에서 산화된다. 이러한 프로세스 도중에, 가스화 반응기 내의 온도는 예를 들어, 작동 압력은 일반적으로 약 3 내지 6.5 MPa일 수 있는 가운데, 약 1300 내지 1600℃만큼 높을 수 있다.
생성되는 합성 가스는, 타르 또는 회분(ash)과 같은, 불순물들을 포함할 수 있을 것이다. 합성 가스는, 합성 가스를 포화 온도로 냉각하기 위한 급냉 유닛을 통해 유도될 수 있을 것이다. 급냉 유닛은 또한, 슬래그(slag)로서 불순물들 중의 일부를 제거할 수 있을 것이다.
합성 가스의 회분 또는 고체 함량은 일반적으로, 공급 재료에 의존한다. 예를 들어, 석탄의 가스화는 전형적으로, 급냉 유닛 만에 의해 제거될 수 있는 것보다, 더 많은 회분을 생성할 것이다. 또한, 후속 프로세스가, 청소된 합성 가스를 요구할 수 있을 것이다. 여과 유닛이, 급냉 유닛으로부터 합성 가스를, 합성 가스의 추가적인 청소를 위해, 그리고 비산 회분의 제거를 위해, 수용할 수 있을 것이다.
US 20140047806은, 타르 또는 회분 함유 가스를 청소하기 위한 고온 및 고압 비산 회분 필터 시스템을 개시한다. 필터 시스템은, 자체의 상측 단부에서 돔-형상 커버에 의해 폐쇄되며 그리고 자체의 하측 단부에서 원추 형상을 갖는 집진기에 연결되는, 본질적으로 원통형 벽 부분으로 구성되는, 하우징을 포함한다. 하우징은, 그의 상측 단부에서 원통형 벽 부분의 전체 단면을 가로질러 연장되는 튜브형 시트에 의해, 원료 가스 챔버와 청정 가스 챔버로 분할된다. 원료 가스 챔버는, 공급 가스 유입구를 통해 접속 가능하고, 공급 가스 유입구를 통해 원료 가스가 원료 가스 챔버 내로 도입될 수 있다. 하우징의 돔-형상 부분은, 청정 가스가 그를 통해 방출될 수 있는 것인, 청정 가스 배출구를 포함한다. 튜브형 시트는, 복수의 양초-형상 필터 모듈을 수용하는, 복수의 개구를 포함한다.
US 20140047806의 시스템의 이점이, 필터 모듈들의 하측 단부들이 사용 도중에 진동하는 경향을 갖는다는 것이다. 이러한 진동은, 인접한 필터 모듈들이 잠재적으로 필터 모듈들을 손상시키거나 파괴하도록 서로 연계될 정도로, 매우 심할 수 있다.
예를 들어, 미국 워터포드에 소재한, Herding Filtration L.L.C.에 의해 판매되는, ALPHA 필터 요소 내에 포함되는, 개선예에서, 필터 모듈들의 하측 단부들은, 지지 격자에 의해 연결될 수 있을 것이다. 이는, 모듈들의 하측 단부들을 고정하며, 그리고 그에 따라 진동에 의한 손상을 방지한다. 그러나, 사용 도중에, 회분이, 지지 구조물 상에 축적될 것이며, 그리고 일부 지점에서, 필터 요소들 중의 적어도 일부의 하측 단부들을 막기 시작하여, 지지 구조물의 유지보수 및 수동 청소를 위한 작동 중단을 요구한다.
본 발명의 목적은, 가스 여과를 위한 개선된 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 기체-고체 혼합물을 포함하는 가스를 여과하기 위한 시스템으로서:
하우징;
상기 하우징을 원료 가스 챔버와 청정 가스 챔버로 분할하는 분리 몸체로서, 상기 원료 가스 챔버는, 기체-고체 혼합물을 위한 유입구를 통해 접속 가능하며 그리고 상기 청정 가스 챔버는, 청소된 가스를 방출하기 위한 배출구를 포함하는 것인, 분리 몸체;
상기 분리 몸체에 매달리는 다수의 필터 요소;
상기 필터 요소들의 하측 단부들에 연결되는 지지 격자로서, 다수의 아암을 포함하는 것인, 지지 격자; 및
상기 지지 격자의 상기 아암들 상에 그의 청소를 위해 제공되는 하나 이상의 청소 요소
를 포함하는 것인, 여과 시스템을 제공한다.
필터의 작동 도중에, 청소 요소들은, 지지 격자 상의 고체 축적물 중의 적어도 일부를 제거한다. 청소 요소들은, 고체 축적물이 절대로 임계치를 초과하지 않도록 하여, 필터 모듈들의 하측 단부들의 막힘을 미연에 방지하도록, 치수 결정될 수 있다. 본 개시의 필터는, 운영 비용을 제한하도록, 장기간 동안 연속적으로, 작동할 수 있다.
실시예에서, 청소 요소들은, 고체의 축적물을 제거하기 위해 진동하도록 맞춰진다.
다른 실시예에서, 청소 요소들은, 지지 격자의 아암들 둘레에 감기게 되는, 나선형 스프링들을 포함한다. 나선형 스프링들은, 단면이, 원형, 정사각형, 또는 직사각형일 수 있을 것이다. 실시예에서, 나선형 스프링들의 후속 권선들이 증가하는 직경을 갖는다.
청소 장치들은, 개별적인 청소 장치를 지지 격자에 대해 고정하기 위한 고정 섹션, 및 지지 격자에 대해 진동시키기 위해 고정 섹션에 연결되는 하나 이상의 진동 연장부를 포함할 수 있을 것이다. 진동 연장부들은, 나선형으로 감긴 섹션들을 포함할 수 있을 것이다. 나선형으로 감긴 섹션들은, 고정 섹션으로부터 멀어지는 방향으로 증가하는 직경을 가질 수 있다. 고정 섹션은, 밴드(band)를 포함 할 수 있다.
진동 연장부들은, 밴드에 연결되는 제1 단부를 구비하는, 세장형 진동 요소들을 포함할 수 있을 것이다. 선택적으로, 세장형 진동 요소들의 일단부가, 무게추를 갖도록 제공될 수 있을 것이다.
청소 장치들은, 기체-고체 혼합물의 유량; 기계적 및/또는 유압적 충격의 에너지; 충격으로부터 초래되는 지지 격자 내의 진동; 기계적 및/또는 유압적 충격을 반복시키는 빈도; 한 번에 일어나는 기계적 및/또는 유압적 충격의 횟수; 및 기계적 및/또는 유압적 충격의 시간 기간의 그룹으로부터 선택되는, 하나 이상의 파라미터를 조정함에 의해, 최대 임계 레벨로 지지 격자 상에서의 고체의 축적을 제한하도록 맞춰질 수 있다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은, 기체 혼합물을 여과하는 방법으로서:
- 하우징, 상기 하우징 내에 고정적으로 배열되는 지지 격자로서, 노드들(nodes)에서 상호 연결되는 다수의 아암을 포함하는 것인, 지지 격자, 상기 지지 격자의 상기 노드들 상에 배열되는 다수의 필터 요소, 및 인접한 노드들 사이에서 상기 지지 격자의 상기 아암들 상에 이동 가능하게 배열되는 청소 요소들을 포함하는, 필터 시스템을 제공하는 단계; 및
- 상기 청소 요소들의 진동 및 이동에 의해 상기 지지 격자를 청소하는 단계
를 포함하는 것인, 기체 혼합물을 여과하는 방법을 제공한다.
방법은, 기체 혼합물의 동적 유체 힘에 의해 청소 요소들의 진동 및 이동을 유도하는 단계를 포함할 수 있을 것이다.
실시예에서, 방법은, 필터 요소들의 청소를 위해 필터 요소들을 통한 가스 펄스에 의해 청소 요소들의 진동 및 이동을 유도하는 단계를 포함하고, 상기 가스 펄스는, 운동 에너지에 의해 청소 요소들을 활성화시키도록 맞춰진다.
본 발명은 또한, 첨부 도면을 참조하여, 이하에 더욱 상세하게 그리고 예로서, 설명될 것이다:
도 1은, 본 개시에 따른 지지 구조물을 포함하는, 가스화 시스템을 위한 필터 시스템의 단면도를 도시하고;
도 2는, 본 개시에 따른 지지 구조물의 실시예에 대한 저면도를 도시하며;
도 3은, 본 개시에 따른 지지 구조물의 다른 실시예에 대한 사시도를 도시하고;
도 4는, 본 개시에 따른 청소 장치의 실시예와 함께 제공되는 지지 격자의 단면도를 도시하며;
도 5는, 본 개시에 따른 청소 장치의 다른 실시예와 함께 제공되는 지지 격자의 단면도를 도시하고;
도 6은, 도 5의 실시예에 대한 사시도를 도시하며;
도 7은 청소 장치의 실시예의 관점에서의 측면도를 도시하고;
도 8은 청소 장치의 다른 실시예의 관점에서의 측면도를 도시하며;
도 9a 및 도 9b는, 본 개시에 따른 청소 장치의 다른 실시예들과 함께 제공되는 지지 격자 섹션에 대한 사시도를 제공하고;
도 10은, 본 개시에 따른 청소 장치들과 함께 제공되는 지지 격자의 평면도를 제공하며; 그리고
도 11은, 도 10의 지지 격자의 세부사항에 대한 사시도를 도시한다.
도 1은 고온 및 고압 비산 회분 필터 시스템(300)의 예를 도시한다. 필터 시스템(300)은, 예를 들어, 자체의 상측 단부에서 돔-형상 커버(306)에 의해 폐쇄되며 그리고 자체의 하측 단부에서 원추 형상을 갖는 집진기(308)에 연결되는, 원통형 벽 부분(304)을 포함하는, 하우징(302)을 포함한다.
하우징(302)은, 그의 상측 단부에서 원통형 벽 부분(304)의 전체 단면을 가로질러 연장되는 튜브형 시트(314)에 의해, 원료 가스 챔버(310)와 청정 가스 챔버(312)로 분할될 수 있을 것이다.
원료 가스 챔버(310)는, 공급 가스 유입구(316)를 통해 접속 가능하고, 공급 가스 유입구를 통해 원료 가스가 원료 가스 챔버(310) 내로 도입될 수 있다. 하우징(302)의 돔-형상 부분(306)은, 청정 가스가 그를 통해 방출될 수 있는 것인, 청정 가스 배출구(318)를 포함한다. 기체 유동은 또한 반전될 수, 즉 도관(318)을 통해 들어가고 파이프(316)를 통해 나올 수 있다는 것을 알아야 한다.
튜브형 시트(314)는, 복수의 양초-형상 필터 모듈(330)의 상측 단부들을 수용하는, 복수의 개구(320)를 포함한다. 개구들(320)은, 필터 모듈들을 수용하기에 적합한 임의의 형상을, 예를 들어 원형 또는 직사각형의 형상을 가질 수 있을 것이다. 필터 모듈들은, 튜브형 시트(314)로부터 매달릴 수 있을 것이다. 각 필터 모듈(330)은, 복수의 양초-형상 필터 요소(미도시)를 포함할 수 있을 것이다. 하나의 필터 모듈 내에 복수의 필터 요소를 다발화하는 것은, 예를 들어 유지보수를 위한, 필터 모듈의 더욱 효과적인 교체를 가능하게 한다.
실제 실시예에서, 튜브형 시트(314)는, 모든 필터 모듈들(330)의 조합 중량을 지탱하기에 충분할 정도로 강하다. 튜브형 시트는 예를 들어, 강철로 이루어질 수 있을 것이다. 튜브형 시트는, 적절한 강도 및 굽힘 강성을 제공하기 위해, 50 mm 이상의 정도의 두께를 가질 수 있을 것이다.
지지 격자(360)가, 노드들(364)에서 연결되는, 복수의 상호 연결 지지 빔(362)을 포함한다. 필터 모듈들(330)의 하측 단부들(366)이, 지지 격자에 연결될 수 있을 것이다. 예를 들어, 각각의 하측 단부(366)는, 지지 격자의 개별적인 노드(364)에 연결될 수 있을 것이다. 상호 연결 스터브들(Interconnect stubs)(368)이, 필터 모듈들의 하측 단부들을 노드들에 연결할 수 있을 것이다. 지지 격자(360)는, 예를 들어 직사각형(도 2) 또는 삼각형(도 3)과 같은, 임의의 적절한 형태를 가질 수 있을 것이다. 하나 이상의 수직 기둥(372)이, 지지 격자(360)를 튜브형 시트(314)에 연결할 수 있을 것이다. 수직 기둥들은, (적어도 약간의 범위로) 지지 격자의 수직 및 수평 이동을 제한하도록, 지지 격자를 직접적으로 튜브형 시트에 연결할 수 있다. 또한, 수직 기둥들은, 필터 모듈들(330)의 필터 요소들 상에, 부가적인 지지를 제공하며 그리고 응력을 제거한다.
지지 격자(360)는, 필터 모듈들의 하측 단부들의 서로에 대한 수평 이동을 고정하고, 그에 따라 예를 들어 클리닝 펄스 도중에 또는 직후에 필터 모듈들이 서로 연계되어 손상되는 것을 방지하도록 한다.
개별적인 필터 모듈들(330)을 재생하기 위해, 필터 시스템(300)은, 개별적인 필터 모듈들(330) 상부의 돔-형상 커버(306) 내부에서 종결되는 복수의 공급 라인(354)뿐만 아니라, 압력 소스(352)를 포함하는, 백-펄스 생성 시스템(350)을 포함할 수 있을 것이다.
대안적인 백-펄스 생성 시스템이, 필터 모듈들의 상부 위에 원추형 기체 돔들을 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, CN 201329226을 예로서 참조한다.
대안적으로, 또는 부가적으로, 개별적인 필터 모듈들(330)을 재생하기 위해, 시스템은, 하나 이상의 충격 장치(370, 374)를 포함할 수 있을 것이다. 충격 장치는, 필터 모듈들에, 충격을, 즉 기계적 충격을 제공할 수 있을 것이다. 충격은, 필터 모듈들(의 일부분)에, 지지 격자(360)에, 하우징(302)에 및/또는 튜브형 시트(314)에, 직접적으로 제공될 수 있을 것이다. 충격 장치(370)는, 수평 방향으로 펄스를 제공할 수 있을 것이다. 충격 장치(374)는, 수직 방향으로 펄스를 제공할 수 있을 것이다. 수직 방향으로, 예를 들어 필터 요소들의 길이 방향으로 충격을 제공하는 것은, 필터 요소들의 재료 한계들 이내에서 필터 요소들 상의 변형을 제한하는데, 유익할 수 있을 것이다.
백-펄스 생성 시스템(350) 또는, CN 201329226에 개시되는 바와 같은 기체 원추 구조물을 사용하여, 가스 압력 펄스를 제공함에 의해, 회분 및 먼지가, 필터 모듈들(330)로부터 떨어져 날아갈 것이며, 그리고 중력으로 인해 낙하할 것이다. 유사하게, 충격 장치들(370, 374) 중의 하나 이상에 의해 제공되는 기계적 충격은, 필터 모듈들(330) 및 그 내부의 필터 요소들 내에 진동을 여기시키며, 이는, 필터 모듈들 내의 회분 및 먼지가 필터 모듈들 및/또는 필터 요소들로부터 해방되도록 그리고 중력으로 인해 낙하하도록 야기한다. 그러나, 해방된 회분 및 먼지의 일부가, 지지 격자(360) 상에 축적될 수 있을 것이다.
본 개시에 따르면, 지지 격자는, 청소 장치들(380)을 갖도록 제공된다. 청소 장치들은, 지지 격자로부터, 회분 및 먼지와 같은, 축적된 고체들의 적어도 일부분을 제거하도록 맞춰진다.
실시예에서, 청소 장치들은, 인접한 노드들(364) 사이에서, 지지 빔들(362)을 따라 이동 가능할 수 있을 것이다. 청소 장치들은, 지지 격자를 따라 이동할 수 있는, 적당한 가요성 구조물들을 포함할 수 있을 것이다.
실시예에서, 청소 장치들은, 지지 격자(360) 둘레에 감겨진, 스프링들이다. 지지 격자(360)의 하나 이상의 섹션들은, 개별적인 노드들(364) 사이에, 별개의 스프링을 갖도록 제공될 수 있을 것이다.
비용 효율적인 실시예에서, 스프링들은, 나선형 스프링들(도 1 내지 도 3)일 수 있을 것이다. 나선형 스프링들은, 시스템 내에서 이용 가능한 운동 에너지에 응답하여 적합한 청소 작용을 제공하도록 선택되는, 임의의 권선 수를 가질 수 있을 것이다. 압력 펄스 또는 다른 청소 작용 이후의 튜브형 시트(314)에 매달리는 구조물 내에서의 진동은, 지지 격자(360)로 울려 퍼질 것이다. 진동은, 도 1 및 도 2에 도시된 스프링들(380)과 같은, 청소 장치들을 활성화시킬 것이고, 이들은, 그들의 개별적인 격자 섹션들(362)을 따라 또는 그러한 격자 섹션들(362)에 대해 이동할 것이며, 그리고 축적된 먼지와 연관될 것이다. 먼지가, 비교적 느슨한 및/또는 분말형 구조를 구비함에 따라, 청소 장치들의 비교적 가벼운 접촉이, 먼지 축적물의 적어도 일부분을 미리 제거할 것이다. 청소 장치들은, 고체 축적물이, 필터 요소들을 막는 것을 방지하기에 충분할 정도로 제한되도록, 치수 결정된다.
단면에서, 나선형 스프링들은, 예를 들어, 원형, 정사각형, 또는 직사각형일 수 있을 것이다. 청소 장치들의 단면 형상은, 지지 격자의 외측 단면 형상에 어울리도록 선택될 수 있을 것이다.
격자 지지 빔들 또는 횡단 링크들(362)은, 그의 높이(392)가 폭(390)을 상당히 초과한다는 것을 의미하는, 비교적 얇고 높은 형상을 가질 수 있을 것이다. 선택적으로, 지지 빔은 또한, 날카로운 또는 뾰족한 상측 단부(394)를 갖도록 제공될 수 있을 것이다. 날카로운 상측 단부 뿐만 아니라, 얇은 격자 섹션은, 격자 섹션의 상측 표면을 제한하며, 그리고 그에 따라 집진을 제한한다.
도 3에 도시된 노드들(364)은, 평면도에서 실질적으로 원통형 형상을 갖는다. 노드들은 임의의 적당한 형상을 가질 수 있을 것이다. 노드들은, 예를 들어, 각 횡단 링크(362)가 노드의 별개의 측면에 연결되는 것을 허용하도록, 평면도에서 육각형 형상을 가질 수 있을 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 청소 장치(380)의 단면은, 개별적인 격자 빔(362)의 외측 표면을 가깝게 따를 수 있을 것이다. 여기서, 청소 장치(380)는 나선형 스프링일 수 있을 것이다. 대안적으로, 청소 장치는, 격자 빔(362)을 따라 이동 가능한, 하나의, 또는 복수의 단일 권선을 포함할 수 있을 것이다.
실시예(도 5 및 도 6)에서, 청소 장치(380)는, 격자 빔(362) 둘레에 감기는 스프링 유형 재료를 포함한다. 청소 장치는, 격자 빔(362)에 연결되는 고정 섹션(400)을 포함한다. 고정 섹션은, 하나 이상의 진동 요소 또는 진동 연장부(410, 412)에 연결된다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 진동 연장부들(410, 412)은, 개별적으로 점진적으로 증가하는 직경을 갖는 나선형 스프링 권선들(402, 404, 406, 408)을 포함할 수 있을 것이다.
도 7은, 청소 요소가 진동 연장부들(410, 412)에 연결되는 고정 섹션(400)을 포함하는, 실시예를 도시한다. 청소 요소(380)는, 실질적으로 세장형 형상의 단면을 갖는다. 세장형 형상은, 휴지 상태에 있을 때 청소 요소 상의 먼지 축적을 제한하기 위해, 연장부들(410, 412)의 폭을 제한하는데 특히 적합할 수 있을 것이다. 동시에, 청소 요소(380)의 높이는, 격자에 대한 진동 연장부들의 상대적 이동을 위한 진동 연장부들과 격자 사이의 충분한 공간을 허용하는 가운데, 격자 빔(362)의 외부 형상을 가깝게 따르기 위해, 폭을 상당히 초과할 수 있을 것이다. 도 4와 비교된다.
도 8은, 청소 요소의 단면 형상이 실질적으로 원형 또는 타원형인, 실시예를 도시한다.
도 9는, 고정 섹션(400)이 밴드(420)를 포함하는, 실시예를 도시한다. 밴드(420)는, 격자 빔 섹션(362) 둘레에 밀접하게 감기게 된다.
진동 연장부들(410)은, 밴드(420)와 격자 섹션 사이에 고정되는 제1 단부(422)를 가질 수 있을 것이다. 진동 연장부들(410)은, 격자(362)를 따라 연장되며 그리고 격자(362)의 표면에 대해 진동할 수 있는, 세장형 부재들(430)을 포함할 수 있을 것이다. 세장형 부재(430)의 제2 단부(424)가, 무게추 또는 더 무거운 섹션(432)을 갖도록 제공될 수 있을 것이다. 무게추들(432)은, 필터 시스템 내에서 이용 가능한 진동 에너지에 응답한 청소 요소들의 진동 응답을 지지 또는 향상시킬 수 있을 것이다.
격자의 각각의 섹션은, 하나 이상의, 예를 들어 2개 또는 3개의, 세장형 부재(430)를 갖도록 제공될 수 있을 것이다. 청소 장치들의 세장형 부재들(430)은, 개별적인 격자 섹션(362)의 상부 섹션(94)을 따라 그리고 상부 섹션(94) 근처에서 연장될 수 있을 것이다.
세장형 부재(430)는 또한, 직선형 와이어(도 9a)일 수 있을 것이다. 대안적으로, 세장형 부재(들)(430)는, 세장형 부재가 격자(362)의 외측 형상에 합치하는 것을 가능하게 하도록, 만곡된 또는 굽은 와이어(도 9b)일 수 있을 것이다.
도 10은, 지지 격자(360)의 실시예에 대한 평면도를 도시한다. 여기서, 인접한 노드들(364)은, 예를 들어 3개의, 상이한 수직의 레벨들을 나타내도록, 숫자들, 1, 2, 및 3으로 개략적으로 지시되는, 상이한 수직 레벨에 위치하게 된다.
도 10의 실시예에서, 지지 격자는, 삼각형이며 그리고, 모든 노드들(364)이 인접한 노드들 중의 임의의 것과 상이한 수직 레벨에 놓이는 것을 보장하기 위해, 3개의 상이한 레벨들에 배치되는 노드들을 갖는다. 후자는, 2개의 인접한 노드를 상호 연결하는 격자 빔들(362)의 섹션들이 수평 평면(440)에 대해 경사지는 것을, 보장한다. 격자의 다른 형상들, 및 3개 초과의 레벨들, 또는 2개의 상이한 레벨이, 또한 고려될 수 있다.
상이한 수직 위치에 놓이는 인접한 노드들로 인해, 지지 격자의 빔들(362)의 상이한 섹션들이, 수평면(440)에 대해 경사지게 된다. 복수의 수직 레벨로 인해, 하나의 빔 섹션(362)은, 다른 빔 섹션이 수평 평면(440)에 대해 상이한 각도(β)로 놓일 수 있는 가운데, 각도(α)로 놓일 수 있다(도 11).
경사진 빔 섹션들은, 개별적인 빔 섹션들 둘레에 이동 가능하게 배열되는 청소 장치들(380)이 중력으로 인해 빔 섹션의 가장 낮은 지점을 향해 미끄럼 이동하는 것을, 보장한다. 필터 시스템 내에서의 진동이 청소 장치들을 여기시킬 때, 청소 장치들은, 진동할 것이며 그리고 그들의 개별적인 빔 섹션들을 따라 이동할 것이고, 그러는 동안 고체 축적물을 제거하도록 한다. 진동이 정지할 때, 청소 장치들은, 가장 낮은 지점으로 다시 낙하할 것이다. 도 10 및 도 11의 실시예는, 나선형 스프링 유형과 같은, 청소 장치들의, 이들이 중력으로 인해 빔 섹션들을 따라 이동하도록 강제됨에 따른, 개선된 청소 및 먼지 제거 작용을 제공한다.
본 개시의 시스템은, 비산 회분 및/또는 먼지의 축적의 경향이 가장 큰, 지지 구조물들의 선택된 부분들 둘레에 또는 상에 별개의 고체 몸체들을 적용함에 의해 작용한다. 청소 몸체들, 예를 들어 나선형 스프링들은, 이들이 정상적인 작동 도중에 회분 축적이 쉬운 영역들 위에서 일정하게 이동하고 진동하도록, 설계되고 배치된다. 진동 및 이동은, 동적 유체 힘에 의해 유도될 수 있을 것이다. 이동하고 진동하는 청소 장치들(380)은, 지지 격자(360)의 표면 상에서 회분 및 먼지 입자들의 정착을 방지한다. 청소 장치들은, 개별적인 노드들(364) 사이에서 이동하며, 그리고 회분의 축적을 제한다.
동적 유체 힘에 부가하여, 청소 장치들(380)은, 예를 들어, 충격 장치(370)로부터의 충격 및/또는 백-펄스 생성 시스템(350)에 의해 제공되는 가스 펄스에 의해 촉발되는, 지지 격자의 진동에 의해 활성화될 수 있을 것이다.
청소 장치들(380)은, 합성 가스 유동에 의한 이용 가능한 운동 에너지; 기계적 충격 또는 가스 펄스들의 에너지; 지지 격자 내에서 충격 또는 펄스로부터 초래되는 진동; 충격들 또는 펄스들의 빈도; 가스 펄스들의 시간 기간; 및 한 번에 복수의 기계적 충격 또는 가스 펄스를, 예를 들어 한 번에 2 내지 10회의 충격을, 제공하는 것의 그룹으로부터의 하나 이상의 파라미터를 조정함에 의해, 지지 격자 상의 회분 축적을 임계치로 제한하는 것을 허용한다.
실제 실시예에서, 청소 장치(380)는, 비교적 가요성의 와이어 재료로 이루어질 수 있을 것이다. 청소 장치들의 가요성은 바람직하게, 축적된 먼지를 제거하기에 충분할 정도로 강성이고 강한 가운데, 장치가 시스템 내에서 이용 가능한 에너지에 응답하여 진동하도록 허용하기에 충분하다. 바람직하게, 청소 요소들의 재료는, H2S와 같은 기체 내의 잠재적으로 침식성의 요소들로부터의 침식을 견딜 수 있다.
기체 및 그의 부식성 성분의 조성에 의존하여, 청소 장치(380)는, 예를 들어, 비교적 피로 저항성인, 크롬-실리콘 스프링강[5160(A689), 조성 0.55-0.65％ C, 0.75-1.00％ Mn, 0.70-0.90％ Cr], 및 내부식성 스프링-탬퍼링된 스테인리스강[(A666); 0.08-0.15％ C, 최대 2.00％ Mn, 16.00-18.00％ Cr, 6.00-8.00％ Ni]으로부터 선택될 수 있을 것이다. 청소 요소의 재료는 바람직하게, 격자 섹션(362)에 대해 상대적으로 휠 수 있도록, 비교적 얇은 와이어의 형태이다. 상대적으로, 와이어 재료의 스프링 상수는, 개별적인 격자 섹션의 스프링 상수보다, 적어도 100배, 그러나 바람직하게 적어도 1000배 더 작을 수 있을 것이다.
지지 격자 상의 회분 및 먼지의 정착을 방지함에 의해, 축적의 개시(수집, 응집) 및 회분 및 먼지 축적물의 더 큰 덩어리로의 성장이, 필터 요소들의 막힘을 방지하도록 그리고 수동 청소 및 연관된 작동 중단을 미연에 방지하도록, 사전 결정된 최대치로 제한될 수 있다. 본 개시의 청소 장치들은, 제한된 유지보수 및 늘어난 연속적인 작동으로 인해, 상당한 비용 절약을 제공한다.
본 발명은, 이상에 설명된 바와 같은 실시예들로 제한되지 않고, 다양한 수정들이, 첨부 청구항들의 범위 이내에서 고려될 수 있다. 상이한 실시예들의 특징부들이, 예를 들어, 조합될 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 기체-고체 혼합물을 여과하기 위한 시스템으로서:
    - 하우징;
    - 상기 하우징을 원료 가스 챔버와 청정 가스 챔버로 분할하는 분리 몸체로서, 상기 원료 가스 챔버는, 기체-고체 혼합물을 위한 유입구를 통해 접속 가능하며 그리고 상기 청정 가스 챔버는, 청소된 가스를 방출하기 위한 배출구를 포함하는 것인, 분리 몸체;
    - 상기 분리 몸체에 매달리는 다수의 필터 요소;
    - 상기 필터 요소들의 하측 단부들에 연결되는 지지 격자로서, 다수의 아암을 포함하는 것인, 지지 격자;
    - 상기 지지 격자의 상기 아암들 상에 그의 청소를 위해 제공되는 하나 이상의 청소 요소
    를 포함하는 것인, 여과 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 청소 요소들은, 고체의 축적물을 제거하기 위해 진동하도록 맞춰지는 것인, 여과 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 청소 요소들은, 상기 지지 격자의 상기 아암들 둘레에 감기게 되는, 나선형 스프링들을 포함하는 것인, 여과 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 나선형 스프링들은, 단면이, 원형, 정사각형, 또는 직사각형인 것인, 여과 시스템.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 나선형 스프링들의 후속 권선들이 증가하는 직경을 갖는 것인, 여과 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 필터 요소들의 표면으로부터의 축적된 고체의 제거를 위해 상기 필터 요소들에 기계적 충격 및 유압적 충격 중 적어도 하나를 제공하기 위한 적어도 하나의 충격 장치를 포함하고, 상기 충격은, 상기 청소 요소들의 진동을 야기하는 여기 에너지를 제공하도록 맞춰지는 것인, 여과 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    필터 요소들의 청소를 위해 상기 필터 요소들을 통해 가스 펄스를 제공하기 위한 백-펄스 생성 시스템을 포함하고, 상기 가스 펄스는, 유압식 충격을 제공하도록 맞춰지는 것인, 여과 시스템.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 청소 요소들은, 기체-고체 혼합물의 유량; 기계적 충격 및 유압적 충격 중 적어도 하나의 에너지; 충격으로부터 초래되는 지지 격자 내의 진동; 기계적 충격 및 유압적 충격 중 적어도 하나를 반복시키는 빈도; 한 번에 일어나는 기계적 충격 및 유압적 충격 중 적어도 하나의 횟수; 및 기계적 충격 및 유압적 충격 중 적어도 하나의 시간 기간의 그룹으로부터 선택되는, 하나 이상의 파라미터를 조정함에 의해, 최대 임계 레벨로 지지 격자 상에서의 고체의 축적을 제한하도록 맞춰지는 것인, 여과 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 청소 요소들은, 개별적인 청소 요소를 상기 지지 격자에 대해 고정하기 위한 고정 섹션, 및 상기 지지 격자에 대해 진동시키기 위해 상기 고정 섹션에 연결되는 하나 이상의 진동 연장부를 포함하는 것인, 여과 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 진동 연장부들은, 나선형으로 감긴 섹션들을 포함하는 것인, 여과 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 나선형으로 감긴 섹션들은, 상기 고정 섹션으로부터 멀어지는 방향으로 증가하는 직경을 갖는 것인, 여과 시스템.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 고정 섹션은, 밴드를 포함하는 것인, 여과 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 진동 연장부들은, 상기 밴드에 연결되는 제1 단부를 구비하는, 세장형 진동 요소들을 포함하는 것인, 여과 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    세장형 진동 요소들의 일단부가, 무게추를 갖도록 제공되는 것인, 여과 시스템.
  15. 기체 혼합물을 여과하는 방법으로서:
    - 하우징, 상기 하우징 내에 고정적으로 배열되는 지지 격자로서, 노드들에서 상호 연결되는 다수의 아암을 포함하는 것인, 지지 격자, 상기 지지 격자의 상기 노드들 상에 배열되는 다수의 필터 요소, 및 인접한 노드들 사이에서 상기 지지 격자의 상기 아암들 상에 이동 가능하게 배열되는 청소 요소들을 포함하는, 필터 시스템을 제공하는 단계; 및
    - 상기 청소 요소들의 진동 및 이동에 의해 상기 지지 격자를 청소하는 단계
    를 포함하는 것인, 여과 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    기체 혼합물의 동적 유체 힘에 의해 상기 청소 요소들의 진동 및 이동을 유도하는 단계를 포함하는 것인, 여과 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    필터 요소들의 청소를 위해 상기 필터 요소들을 통한 가스 펄스에 의해 상기 청소 요소들의 진동 및 이동을 유도하는 단계를 포함하고, 상기 가스 펄스는, 운동 에너지에 의해 상기 청소 요소들을 활성화시키도록 맞춰지는 것인, 여과 방법.
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