PL180640B1

PL180640B1 - Urzadzenie do filtrowania gazów o wysokiej temperaturze PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL180640B1
Application number: PL95317254A
Authority: PL
Inventors: Timo Eriksson
Original assignee: Foster Wheeler Energia Oy
Priority date: 1994-05-18
Filing date: 1995-05-18
Publication date: 2001-03-30
Also published as: WO1995031268A1; ES2129820T3; DE69507469T2; TW277002B; EP0759802A1; PL317254A1; KR0178771B1; EP0759802B1; JP2825665B2; JPH09506036A; KR970703188A; DE69507469D1; AU2185495A; DK0759802T3; US5482537A

Abstract

1. Urzadzenie do filtrowania gazów o wysokiej temperaturze, pochodzacych zarówno z ukladów o cisnieniu wyzszym od atmosferycznego jak i o cisnieniu atmosferycznym zawierajace pionowy zewnetrzny zbiornik posiadajacy wierzch, spód oraz scianke boczna przynajmniej jeden pionowy we- wnetrzny zbiornik umieszczony wewnatrz ze- wnetrznego zbiornika, przy czym zbiornik we- wnetrzny zbudowany jest z gazoszczelnych scianek obwodowych, które dziela zewnetrzny zbiornik na dwie przestrzenie, przy czym w tych sciankach obwodowych znajduja sie otwory, w których za- montowane sa liczne monolityczne ceramiczne elementy filtrowe, znamienne tym, ze scianki ob- wodowe (38, 138, 338, 438) pionowego wewnetrz- nego zbiornika (22, 322, 422) skladaja sie z plyt chlodzonych zbudowanych z pionowych rurek wodnych (60), polaczonych zeberkami (62), przy czym pomiedzy rurkami wodnymi (60) plyt chlo- dzonych sa zamontowane w otworach (48) monoli- tyczne ceramiczne elementy filtrowe (46, 346, 446). FIG. 1 A PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do filtrowania gazów o wysokiej temperaturze, takich jak gazy wysokociśnieniowe odprowadzane z obiegowego reaktora fluidyzacyjnego. Urządzenie filtrujące zawiera porowate monolityczne ceramiczne elementy filtrowe.

Z opisu patentowego USA nr. 5.284.498 znane jest urządzenie do filtrowania gazów o wysokiej temperaturze pochodzących zarówno z układów o ciśnieniu wyższym od atmosferycznego jak i o ciśnieniu atmosferycznym zawierające pionowy zewnętrzny zbiornik posiadający wierzch, spód oraz ściankę boczną, i co najmniej jeden pionowy wewnętrzny zbiornik umieszczony wewnątrz zewnętrznego zbiornika, przy czym zbiornik wewnętrzny zbudowany jest z gazoszczelnych ścianek obwodowych, które dzielą zbiornik na dwie przestrzenie, przy czym w tych obwodowych ścianach wewnętrznego zbiornika znajdują się otwory, w których umieszczone są monolityczne ceramiczne elementy filtrowe.

Zasadniczą sprawą jest oczyszczanie filtrów, na przykład po pewnych z góry określonych okresach działania, aby umożliwić utrzymywanie pożądanego spadku ciśnienia. Zazwyczaj stosowane sposoby oczyszczania filtra przewidują wprowadzenie wstecznie skierowanego impulsu gazu do przepłukiwania filtra.

W celu dostarczenia większych jednostek filtrowych zaproponowano dostarczenie osłony filtrowej posiadającej schłodzone ścianki i liczne rurki zamontowane poziomo wewnątrz przestrzeni zanieczyszczonego gazu w osłonie filtrowej. Rurki sięgają na przykład od jednej ścianki do ścianki przeciwległej wewnątrz osłony filtrowej. Jeśli jednakże duże ilości stałych cząstek mają zostać odfiltrowane z gazu, wówczas masa cząstkowa gromadząca się na rurkach może łatwo spowodować problemy związane z ich czopowaniem. Jednostki filtrowe powinny być często pulsowo przepłukiwane. Pulsowe przepłukiwanie rurek filtrowych powinno być wykonywane tak, aby nie zostały uszkodzone łamliwe ceramiczne rurki, co może być trudne do uniknięcia. Takie ustawienie poziomych rurowych filtrów stanowi korzyść w stosunku do tradycyjnych świecowych filtrów, jako, że mogą być konstruowane większe jednostki filtrowe, choć pożądane są jeszcze większe jednostki z obszarami o wyższym poziomie filtracji na jednostkę filtracyjną oraz filtry łatwiejsze do czyszczenia.

Proponowano także zastosowanie porowatych monolitycznych ceramicznych filtrów zapewniających wysoki stopień filtracji jednostki filtrującej o określonej objętości. Monolityczne ceramiczne filtry posiadają liczne korytarze rozciągające się podłużnie od końca wlotowego do końca wylotowego, które to korytarze są jednakże zaczopowane, aby zapobiec bezpośredniemu przejściu dostarczanego materiału przez korytarze od powierzchni wlotowej (strona gazu zanieczyszczonego) do powierzchni wylotowej (strona gazu oczyszczonego) zmuszając gaz oczyszczony do przechodzenia przez porowaty materiał ceramiczny do sąsiadującego korytarza połączonego ze stroną gazu oczyszczonego filtru. Zdolność oczyszczająca wiązek takich monolitycznych filtrów ceramicznych jest o wiele wyższa niż filtrów tradycyjnych lub ceramicznych rurowych filtrów. Monolityczne filtry ceramiczne zatem zajmują mniej miejsca niż tradycyjne rurowe lub świecowe filtry ceramiczne.

Wysoka temperatura i jej zmiany podczas montowania monolitycznych elementów w zbiornikach filtrowych miały wpływ na powstawanie bardzo skomplikowanych i kosztownych konstrukcji zabezpieczających. Przy oczyszczaniu gazów o wysokiej temperaturze z zespołów komór spalających, generatorów gazu lub tym podobnych, cała konstrukcja zbiornika filtrowego jest ogrzewana, przez co powinna być wykonana z kosztownego materiału odpornego na działanie ciepła. Jest więc ekonomicznie niepraktyczne konstruowanie dużych jednostek filtrowych.

Boczne ścianki w wysokotemperaturowej jednostce filtrowej, włączając w to monolityczne elementy filtrowe, mają tendencję do przemieszczania się, rozszerzania w momencie, gdy jednostka jest ogrzewana, przez co złącza pomiędzy monolitycznymi elementami filtrowymi i boczne ścianki także przemieszczają się i powodują trudności.

Celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie ulepszonego urządzenia do filtrowania gazów o wysokiej temperaturze.

Szczególnym celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie wysokotemperaturowej i wysokociśnieniowej ceramicznej jednostki filtrowej przy ciśnieniowym spalaniu, gazyfika

180 640 cji lub podobnych procesach, aby przezwyciężyć wyżej wspomniane trudności i umożliwić powstanie niekosztownego, prostego i pewnego urządzenia oczyszczającego gaz.

Urządzenie do filtrowania gazów o wysokiej temperaturze zarówno z układów o ciśnieniu wyższym od atmosferycznego jak, i o ciśnieniu atmosferycznym zawierające pionowy zewnętrzny zbiornik posiadający wierzch, spód oraz ściankę boczną, przynajmniej jeden pionowy wewnętrzny zbiornik, umieszczony wewnątrz zewnętrznego zbiornika, przy czym zbiornik wewnętrzny zbudowany jest z gazoszczelnych ścianek obwodowych, które dzielą zewnętrzny zbiornik na dwie przestrzenie, przy czym w tych ściankach obwodowych znajdują się otwory, w których zamontowane są liczne monolityczne ceramiczne elementy filtrowe według wynalazku charakteryzują się tym, że ścianki obwodowe pionowego wewnętrznego zbiornika składają się z płyt chłodzonych zbudowanych z pionowych rurek wodnych połączonych żeberkami, przy czym pomiędzy rurkami wodnymi płyt chłodzonych są zamontowane w otworach monolityczne ceramiczne elementy filtrowe.

Monolityczne ceramiczne elementy filtrowe są połączone wlotowymi końcami od strony przestrzeni gazu zanieczyszczonego z otworami w płytach chłodzonych, przy czym długość monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych jest większa niż grubość ścianek obwodowych, w których są zamontowane te elementy, przy czym ze ścianek obwodowych w postaci płyt chłodzonych wy stają końce wylotowe do przestrzeni gazu oczyszczonego.

Monolityczne ceramiczne elementy filtrowe większą częścią swojej długości od strony końców wylotowych wystajądo przestrzeni gazu oczyszczonego.

Urządzenie zawiera zespół do wprowadzania wstecznego strumienia gazu w postaci impulsu, składający się z komory wstecznego przepłukiwania, zwężkowego wylotu i dyszy wprowadzającej gaz do elementów filtrowych, od strony gazu oczyszczonego.

Urządzenie charakteryzuje się ponadto tym, że zewnętrzny zbiornik podzielony jest na dwie przestrzenie gazu zanieczyszczonego i jedną przestrzeń gazu oczyszczonego, przy czym przestrzeń gazu zanieczyszczonego połączona jest z wlotem gazu zanieczyszczonego usytuowanym w wierzchu i znajduje się w górnej części zewnętrznego zbiornika nad pytką wspierającą, zaś przestrzeń gazu zanieczyszczonego stanowi wnętrze wewnętrznego zbiornika, przy czym obie te przestrzenie są połączone wlotowym otworem w górnej części wewnętrznego zbiornika łączącym się z otworem w płytce wspierającej, ponadto przestrzeń gazu oczyszczonego znajduje się pomiędzy wewnętrznym zbiornikiem a zewnętrznym zbiornikiem poniżej płytki wspierającej, przy czym w ściankach obwodowych wewnętrznego zbiornika znajdują się elementy filtrowe, które wy stają poprzez ścianki obwodowe do przestrzeni gazu oczyszczonego łącząc przestrzeń gazu zanieczyszczonego z przestrzenią gazu oczyszczonego, przy czym przestrzeń gazu oczyszczonego połączona jest wylotem gazu oczyszczonego umieszczonym w bocznej ściance zewnętrznego zbiornika z urządzeniami zewnętrznymi, poza tym w dolnej części wewnętrznego zbiornika znajduje się otwór wylotowy dla cząstek stałych usytuowany w spodzie wewnętrznego zbiornika, który jest wyprowadzany przez spód zewnętrznego zbiornika.

Przynajmniej niektóre z monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych są zamontowane w otworach usytuowanych w szerokich żeberkach pomiędzy sąsiadującymi rurkami wodnymi, przy czym szerokość żeberek jest taka sama jak średnica otworów.

Przynajmniej niektóre z monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych są zamontowane w otworach usytuowanych pomiędzy rozszerzonymi rurkami wodnymi należącymi do płyty chłodzonej, przy czym odległość między rurkami wodnymi jest powiększona lokalnie a jej wielkość jest przynajmniej równa średnicy monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych.

Monolityczne ceramiczne elementy filtrowe są wmontowane w otwory płyty chłodzonej przez powierzchnię zewnętrzną i wewnętrzną w zbiorniku wewnętrznym, a długość elementów filtrowych jest większa niż grubość płyty chłodzonej, przy czym powierzchnią co najmniej zjednej strony płyty chłodzonej jest gładka warstwa materiału ogniotrwałego.

Otwory pod elementy filtrowe są usytuowane w kilku równoległych kolumnach odsuniętych od siebie, w których to kolumnach otwory są usytuowane jeden nad drugim, przy czym szerokość pionowych płyt chłodzonych jest taka sama jak długość monolitycznych

180 640 ceramicznych elementów filtrowych i są one umieszczone pomiędzy monolitycznymi ceramicznymi elementami filtrowymi pod kątem 90° do płaszczyzny ścianki obwodowej wewnętrznego zbiornika.

Płyty chłodzone są zbudowane z dwóch do czterech pionowych wodnych rurek chłodzących połączonych za pomocą żeberek.

Urządzenie zawiera wlot gazu zanieczyszczonego usytuowany w bocznej ściance zewnętrznego zbiornika, płytkę wspierającą znajdującą się w górnej części zewnętrznego zbiornika, nad którą znajduje się przestrzeń gazu oczyszczonego oraz przestrzeń gazu zanieczyszczonego położoną poniżej płytki wspierającej, złącze pomiędzy górnym końcem wewnętrznego zbiornika a otworem w płytce wspierającej, przy czym większa część wewnętrznego zbiornika usytuowana jest poniżej płytki wspierającej, a wnętrze wewnętrznego zbiornika jest połączone z przestrzenią gazu oczyszczonego poprzez otwór w płytce wspierającej, natomiast przestrzeń gazu zanieczyszczonego znajduje się pomiędzy wewnętrznym zbiornikiem a zewnętrznym zbiornikiem, zaś elementy filtrowe wy stają z przestrzeni gazu zanieczyszczonego do przestrzeni gazu oczyszczonego, przy czym wylot gazu oczyszczonego znajduje się· w wierzchu górnej części zewnętrznego zbiornika usytuowanego powyżej płytki wspierającej, a otwór wylotowy oddzielonych cząstek stałych usytuowany jest w spodzie zewnętrznego zbiornika.

Urządzenie zawiera wlot gazu zanieczyszczonego usytuowany w wierzchu górnej części zewnętrznego zbiornika, wewnętrzny zbiornik znajdujący się poniżej wlotu zanieczyszczonego gazu, element prowadzący usytuowany pomiędzy wlotem a wewnętrznym zbiornikiem, skierowany promieniowo na zewnątrz do zewnętrznego zbiornika i do przestrzeni gazu zanieczyszczonego rozpostartej na zewnątrz wewnętrznego zbiornika oraz przestrzeń gazu oczyszczonego stanowiącą wnętrze zbiornika wewnętrznego, przewód wylotowy cząstek stałych w spodzie zewnętrznego zbiornika oraz przewód wylotowy gazu oczyszczonego ze zbiornika wewnętrznego.

Ścianki obwodowe wewnętrznego zbiornika są wykonane z płyt chłodzonych.

Rurki wodne stanowią część układu do obiegu wody.

W innym wykonaniu rurki wodne stanowią część układu do obiegu pary wodnej.

W jeszcze innym wykonaniu rurki wodne stanowią część układu do obiegu powietrza.

Zgodnie z niniejszym wynalazkiem łatwe jest kontrolowanie temperatury konstrukcji wokół monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych zamontowanych w otworach w ściance obwodowej komory filtrowej. Temperatura ścianki obwodowej wewnętrznego zbiornika filtrowego, wspierającej elementy filtrowe, jest łatwa do przewidzenia w każdym momencie. Nie dopuszczono do nagłych skoków temperatury, minimalizując niebezpieczeństwo uszkodzeń spowodowanych szokiem termicznym.

Inne zalety pochodzące ze schładzania ścianek obwodowych wewnętrznego zbiornika filtrowego to między innymi: umożliwienie łatwiejszego kontrolowania rozszerzania wewnętrznego zbiornika, umożliwienie łatwiejszego ustawienia konstrukcji wspierającej elementów ceramicznych, umożliwienie łatwiejszego utrzymywania i sterowania temperaturą w zbiorniku filtrowym, umożliwienie szybszego uruchomienia systemu filtrującego oraz wytrzymywania zmian wyższych temperatur, przy czym zmiany temperaturowe podczas wstecznego przepłukiwania impulsowego nie powodują trudności.

Ponadto monolityczne ceramiczne elementy filtrowe mogą być wspierane tak, aby jeden koniec monolitycznego ceramicznego elementu filtrowego lub oba końce tego elementu filtrowego mogły swobodnie rozszerzać się pod wpływem ciepła, przy czym element taki jest raczej krótki w porównaniu z rurowymi ceramicznymi filtrami wymagającymi wsporników na obu końcach. Monolityczne ceramiczne elementy filtrowe mogą, być pakowane w bardzo ściśniętym układzie umożliwiającym powstanie mniejszego zewnętrznego zbiornika ciśnieniowego.

Dzięki wstecznemu przepłukiwaniu impulsowemu filtrów ceramicznych osiągane są inne korzyści gdy elementy filtrowe są umieszczone końcami oczyszczonymi wystającymi głęboko, na przykład więcej niż 1/2, tych elementów do przestrzeni gazu oczyszczonego, korzystnie do wewnątrz zbiornika. Wysokociśnieniowy impuls oczyszczający w ten sposób

180 640 ściska części monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych znajdujących się wewnątrz rurowej komory ze wszystkich stron, zapobiegając mechanicznemu złamaniu monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na załączonym rysunku, na którym fig. 1A i IB przedstawia schematyczny widok z boku przekroju poprzecznego przykładowego urządzenia filtrującego zgodnego z niniejszym wynalazkiem, fig. 2 powiększony widok z przodu fragmentu zespołu ściany sitowej w przykładowym urządzeniu filtrującym z fig. 1A i IB według niniejszego wynalazku, fig. 3 - powiększony widok z przodu fragmentu innego zespołu ściany sitowej w innym przykładowym urządzeniu filtrującym według niniejszego wynalazku, fig.4 - poziomy przekrój poprzeczny wewnętrznego zbiornika kolejnego przykładowego urządzenia filtrowego według niniejszego wynalazku, fig. 5 - powiększony poziomy widok przekroju poprzecznego fragmentu ścianki obwodowej wewnętrznego zbiornika jeszcze innego przykładowego urządzenia filtrującego według niniejszego wynalazku oraz fig. 6 i fig. 7 - schematyczne widoki z boku przekrojów poprzecznych kolejnych dwóch przykładowych urządzeń filtrujących według niniejszego wynalazku.

Przykładowy zestaw filtrujący 10 dla gazów o wysokiej temperaturze jest pokazany na fig. 1. Zawiera on pionowy zewnętrzny zbiornik 12 posiadający wierzch 14, ściankę obwodową 16 i spód 18. W wierzchu 14 znajduje się wlot 20 zanieczyszczonego gazu o wysokiej temperaturze. Wlot 20 może na przykład być połączony z fluidyzacyjnym zespołem komory spalania, generatorem gazu lub tym podobnymi. Moduł filtrowy lub pionowy wewnętrzny zbiornik filtrowy 22 jest umieszczony w zewnętrznym zbiorniku.

W zewnętrznym zbiorniku 12 znajduje się pozioma płytka wspierająca 24 zbiornika wewnętrznego 22 w górnej części zewnętrznego zbiornika 12, która to płytka w tym przykładzie wykonania posiada przelotowy otwór 26. Płytka wspierająca 24 dzieli wnętrze zewnętrznego zbiornika 12 na przestrzeń 28 gazu zanieczyszczonego powyżej płytki wspierającej oraz przestrzeń 30 gazu oczyszczonego poniżej płytki wspierającej. Wylot 32 gazu oczyszczonego jest przewidziany w bocznej ściance 16 zewnętrznego zbiornika.

Moduł filtrowy lub wewnętrzny zbiornik 22 posiada wierzch 34 z otworem wlotu gazu 36, pionowe boczne ścianki tworzące główne ścianki obwodowe 38 w wewnętrznym zbiorniku, oraz spód 40 z otworem wylotowym dla cząstek stałych 42. Otwór wlotowy dla gazu 36 w wierzchu 34 jest połączony z otworem 26 w płytce wspierającej 24 w celu połączenia przestrzeni 28 gazu zanieczyszczonego powyżej płytki wspierającej z przestrzenią 44 dla gazu wewnątrz wewnętrznego zbiornika 22, ale powstrzymując przepływ gazu pomiędzy przestrzenią 30 gazu oczyszczonego, a wewnętrzną przestrzenią dla gazu 44 lub przestrzenią 28 gazu zanieczyszczonego powyżej płytki wspierającej 24. Wierzch 34 wewnętrznego zbiornika 22 jest elastycznie zamontowany razem z elementami 43 do otworu 26 w płytce wspierającej 24 i podtrzymywany za pomocą elastycznych prętów wspierających 45, umożliwiając pewną termiczną rozszerzalność i jednocześnie zapewniając nieprzepuszczające gazu połączenie pomiędzy wewnętrznym zbiornikiem, a otworem w płytce wspierającej. Otwór wylotowy dla cząstek stałych 42 jest połączony w sposób nieprzepuszczający gazu z otworem wylotowym w spodzie 18 zewnętrznego zbiornika.

Na fig. la ścianki obwodowe 38 wewnętrznego zbiornika tworzą obudowę nieprzepuszczającą gaz. Porowate monolityczne ceramiczne elementy filtrowe 46 są wprowadzane w otwory 48 utworzone w pionowych rzędach jeden nad drugim w ściance obwodowej 38 w celu umożliwienia przejścia oczyszczonego gazu przez monolityczne ceramiczne elementy filtrowe 46 ze strony obszaru gazu zanieczyszczonego wewnątrz wewnętrznego zbiornika 22 na stronę pierścieniowej przestrzeni 30 gazu oczyszczonego pomiędzy ściankami obwodowymi 16 i 38 zewnętrznego i wewnętrznego zbiornika. Monolityczne ceramiczne elementy filtrowe 46 są połączone w sposób nieprzepuszczający gaz z ścianką obwodową 38. Cząstki oddzielone za pomocą monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych 46 z niosącego cząstki gazu zanieczyszczonego gromadzą się na powierzchni monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych 46.

Monolityczne ceramiczne elementy filtrowe 46, które mogą być cylindryczne w formie i posiadać koniec wlotowy 50 oraz koniec wylotowy 52, wystają prawie na ich całą długość

180 640 na zewnątrz ścianki obwodowej 38 do przestrzeni 30 gazu oczyszczonego. Monolityczne ceramiczne elementy filtrowe 46 mogąbyć utwierdzone w otworach 48 za pomocą metalowej tulei, nie pokazanej na fig. la. Metalowa tuleja jest także cylindryczna i posiada tę samą średnicę co monolityczny ceramiczny element filtrowy 46. Tuleja jest na przykład obciśnięta wokół monolitycznego ceramicznego elementu filtrowego 46 i zespawana w sposób nieprzepuszczający gazu w otworze 48 w ściance obwodowej 38. Jeżeli jest to konieczne izolacja cieplna i uszczelnienie jest przewidziane pomiędzy tuleją, a monolitycznym ceramicznym elementem filtrowym 46.

Zespół do wprowadzania wstecznego strumienia gazu w postaci impulsu do monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych 46 znajduje się z przodu strony wylotowej gazu oczyszczonego 52 monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych 46. Zespół do wprowadzenia wstecznego strumienia gazu w postaci impulsu zawiera komorę wstecznego przepłukiwania impulsowego 54 posiadającą zwężkowy wylot 56 i dyszę wprowadzającą gaz 58. Komora wstecznego przepłukiwania impulsowego 54 pokazana na fig. la zawiera wydłużoną komorę, pokrywającą wszystkie monolityczne ceramiczne elementy filtrowe 46 w jednej pionowej kolumnie, przy czym każda kolumna posiada oddzielną komorę wstecznego przepłukiwania impulsowego z przodu monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych 46 po ich stronie wylotu oczyszczonego gazu 52. Oczyszczony gaz przepływający przez monolityczne ceramiczne elementy filtrowe 46 do komory wstecznego przepłukiwania impulsowego jest odprowadzany z komory wstecznego przepłukiwania impulsowego przez zwężkowy wylot 56 do swobodnej przestrzeni 30 gazu oczyszczonego. Dysza wstecznego przepłukiwania pulsowego 58 jest umieszczona w celu wprowadzania impulsu oczyszczającego gazu pod wysokim ciśnieniem do zwyżkowego wylotu 56 w ten sposób powodując wysokociśnieniowy impuls wewnątrz komory wstecznego przepłukiwania impulsowego i powodując przepływ gazu z komory wstecznego przepłukiwania pulsowego do wewnętrznego zbiornika jednocześnie odprowadzając stałe cząstki zgromadzone po stronie zanieczyszczonego gazu 50 elementów filtrowych. Odprowadzony materiał w postaci stałych cząstek opada do wylotu 42 i jest usuwany.

Mogą być zastosowane komory wstecznego przepłukiwania impulsowego wiążące monolityczne ceramiczne elementy filtrowe w różnych układach, takie jak komory impulsowego przepłukiwania w kształcie pierścienia lub komory wstecznie przepłukujące jedynie kilka monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych na raz, lub tylko jeden monolityczny ceramiczny element filtrowy.

To, że monolityczne ceramiczne elementy filtrowe 46 wystają głęboko do komory wstecznego przepłukiwania impulsowego, zapobiega złamaniu monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych 46 nawet podczas wysokociśnieniowego przepłukiwania wstecznego jako, że ciśnienie wstecznego impulsu ściska monolityczny ceramiczny element filtrowy 46 ze wszystkich stron i w ten sposób na przykład zapobiega rozwarstwieniu różnych warstw ceramicznych.

Ścianka obwodowa 38 wewnętrznego zbiornika 22 jest płytą chłodzoną utworzoną z rurek wodnych 60, jak to jest widoczne na fig.2. Sąsiadujące rurki wodne 60 są połączone za pomocą żeberek 62, 64. Niektóre żeberka 64 są wystarczająco szerokie, aby pomieścić otwory 48, w które mogą zostać wprowadzone monolityczne ceramiczne elementy filtrowe 46.

Figura 3 przedstawia inną ściankę sitową z rurek wodnych 60, w której wszystkie rurki wodne 60 są zasadniczo powiązane za pomocą tradycyjnych wąskich żeberek 62. Przed wykonaniem otworów 48 pod monolityczne ceramiczne elementy filtrowe 46 dwie sąsiadujące rurki wodne 60 są rozginane w celu utworzenia wystarczająco dużego miejsca na wykonanie otworu 48 i wprowadzenie monolitycznego ceramicznego elementu filtrowego 46.

Figura 4 przedstawia poziomy przekrój poprzeczny wewnętrznego zbiornika utworzonego z zespołów rurek wodnych 160. Na fig. 4 elementy porównywalne do tych z przykładów wykonania na fig. 1 do 3 są pokazane pod tymi samymi numerami odnośnikowymi poprzedzonymi jedynie przez 1. Ścianka obwodowa 138 posiada otwory pomiędzy zespołami rurek wodnych 160 połączonych żeberkami 162, 164 dla elementów filtrowych 146. Elementy filtrowe są otoczone przez tuleję metalową 166, która jest połączona na przykład przez

180 640 spawanie z zespołami rurek wodnych 160, przez co zespoły te skutecznie schładzają tuleję. Zespoły rurek wodnych są pokryte wyłożeniem ogniotrwałym 168 w celu nie schładzania gazu przepływającego wewnątrz i na zewnątrz zbiornika wewnętrznego. Powierzchnie zewnętrzna i wewnętrzna zbiornika mają gładkie wyłożenie ogniotrwałe. Gładka powierzchnia po stronie gazu zanieczyszczonego zapobiega zbieraniu się stałych cząstek na zewnątrz monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych.

Figura 5 przedstawia fragment poziomego przekroju poprzecznego innego wewnętrznego zbiornika zawierającego zespoły wodnych rurek w ściance obwodowej. Na fig. 5 elementy porównywalne do tych z przykładów wykonania na fig. 1 do 4 są pokazane pod tymi samymi numerami odnośnikowymi poprzedzonymi jedynie przez 2. Na fig. 5 zespoły rurek wodnych 264 są umieszczone w ściance obwodowej 238 pomiędzy monolitycznymi ceramicznymi elementami filtrowymi 246 prostopadle do płaszczyzny ścianki. Monolityczne ceramiczne elementy filtrowe 246 są umieszczone w otworach w ściance obwodowej za pomocą elementów łączących 270. Zespoły rurek wodnych 264 i elementy łączące 270 są połączone złączem w postaci żeberek lub prętów 272 przewodzącym ciepło. Zespoły rurek wodnych 264 są przykrywane wyłożeniem ogniotrwałym 268. Powyżej i poniżej monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych ścianka obwodowa 238 jest utworzona przez płytkę metalową łączącą sąsiadujące zespoły rurek 264 i przykrytą wyłożeniem ogniotrwałym. Zespoły rurek 264 zapewniają bardzo skuteczne schładzanie elementów łączących 270 wzdłuż ich całej długości. Dodatkowo zespoły wodnych rurek tworzą dobrą strukturę wspierającą w ściance obwodowej wewnętrznego zbiornika.

Figura 6 przedstawia schematyczny widok z boku przekroju poprzecznego jeszcze innego przykładowego urządzenia filtrującego według niniejszego wynalazku. Na fig. 6 elementy porównywalne do tych z przykładów wykonania na fig. 1 do 3 są pokazane pod tymi samymi numerami odnośnikowymi poprzedzonymi jedynie przez 3. Urządzenie to zawiera zasadniczo pionowy zewnętrzny zbiornik 312 posiadający wlot gazu 320 w jego bocznej ściance 316 oraz wylot gazu 332 w jego wierzchu 314. Zasadniczo pionowy zbiornik filtrowy 322 jest umieszczony wewnątrz zewnętrznego zbiornika poniżej płytki wspierającej 324, dzielącej wnętrze zewnętrznego zbiornika 312 na przestrzeń gazu zanieczyszczonego 328 poniżej płytki wspierającej oraz przestrzeń gazu oczyszczonego 330 powyżej płytki wspierającej. Wewnętrzny zbiornik 322 posiada zamknięty spód 340 i otwór 336 w jego górnej części. Monolityczne ceramiczne elementy filtrowe 346 są wprowadzane w obwodową ściankę 338 wewnętrznego zbiornika.

Przestrzeń gazu zanieczyszczonego 328 dla gazu wprowadzonego przez wlot 320 jest utworzona w pierścieniowej przestrzeni pomiędzy ściankami obwodowymi 316 i 338 zewnętrznego zbiornika 312 i wewnętrznego zbiornika 322. Gaz oczyszczony przepływa przez monolityczne ceramiczne elementy filtrowe 346 do wnętrza wewnętrznego zbiornika 322 i jest odprowadzany przez przestrzeń gazu oczyszczonego 330 powyżej płytki wspierającej 324 i otwór wylotowy 332. Monolityczne ceramiczne elementy filtrowe 346 są wsunięte do wewnętrznego zbiornika 322 na długość tych elementów, które są przepłukiwane impulsowo poprzez skierowanie strumienia gazu o kierunku przeciwnym do kierunku strumienia gazu oczyszczonego za pomocą zespołu wstecznego przepłukiwania impulsowego składającego się z komory wstecznego przepłukiwania impulsowego 354, zwyżkowego wlotu 356, i dyszy wprowadzającej gaz 358. Zespół wstecznego przepłukiwania impulsowego jest zamontowany po stronie końca wylotowego gazu oczyszczonego 352 monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych 346. Ścianka obwodowa 338 wewnętrznego zbiornika jest utworzona z zespołów rurek wodnych 60, i stanowi pewną podstawę wsporczą dla monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych 346.

Figura 7 przedstawia schematyczny widok z boku przekroju poprzecznego jeszcze innego przykładowego urządzenia filtrującego według niniejszego wynalazku. Na fig. 7 elementy porównywalne do tych z przykładów wykonania na fig. 1 do 6 są pokazane pod tymi samymi numerami odnośnikowymi poprzedzonymi jedynie przez 4.

Urządzenie z fig. 7 zawiera pionowy zewnętrzny zbiornik 412, posiadający wlot gazu 420 w jego wierzchu 414. Pionowy wewnętrzny zbiornik filtrowy 422 jest umieszczony

180 640 wewnątrz zewnętrznego zbiornika 412. Wewnętrzny zbiornik 422 posiada zamknięty spód 440 i zamknięty wierzch 441. Monolityczne ceramiczne elementy filtrowe 446 są rozmieszczone w obwodowej ściance 438 wewnętrznego zbiornika filtrowego 422. Zanieczyszczony gaz jest wprowadzony przez wlot gazu 420 i dalej prowadzony przez element prowadzący 441 w kierunku promieniowym do zewnętrznych ścian zewnętrznego zbiornika 412 tworząc obszar gazu zanieczyszczonego 428. Gaz oczyszczony przepływający przez monolityczne ceramiczne elementy filtrowe 446 do wewnętrznego zbiornika filtrowego 422 tworzy obszar gazu oczyszczonego 430 wewnątrz wewnętrznego zbiornika filtrowego 422. Przewód gazu oczyszczonego 432 odprowadza gaz oczyszczony z wewnętrznego zbiornika filtrowego 422 przez zewnętrzny zbiornik 412 na zewnątrz.

Ścianka obwodowa 438 wewnętrznego zbiornika może na przykład być zbudowana zgodnie z tym, co zostało wcześniej pokazane na fig. 2 do 5.

Schładzanie bocznych ścianek ułatwia łączenie monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych 446 ze ścianką ponieważ różnice temperaturowe pomiędzy boczną ścianką a filtrem ceramicznym są minimalizowane. W warunkach wysokiej temperatury zarówno boczna ścianka, jak i konstrukcja złącza mogą być wykonane z mniej kosztownego materiału, jeżeli jest on schładzany. Ponadto, jeżeli konieczne jest schładzanie gazu, może być on korzystnie schładzany w filtrze jednocześnie z jego odfiltrowywaniem. Ciepło może być odzyskiwane za pomocą łączenia rurek wodnych z tradycyjnym urządzeniem odzyskiwania ciepła oraz może być użyte w celu wyprodukowania pary wodnej lub gorącej wody.

Części wewnętrznego zbiornika 22, 322 i tak dalej, są korzystnie schładzane do temperatury mniejszej niż około 500°C. Całe schładzanie jest prowadzone tak, aby wyrównywać gradient temperatury w strukturze stalowej zasadniczo wszystkich elementów wnętrza oraz poziomy naprężeń i napięć w stalowej strukturze, unikając również przegrzania, które mogłoby ją zniszczyć.

W opisie podano kilka przykładów wykonania według niniejszego wynalazku, jednakże i inne modyfikacje są możliwe w zakresie niniejszego wynalazku. Na przykład, monolityczne ceramiczne elementy filtrowe mogą posiadać inne formy niż opisana powyżej forma cylindryczna. Monolityczne ceramiczne elementy filtrowe mogą dodatkowo zawierać katalityczne materiały oddziaływujące na procesy katalityczne w gazach spalinowych przechodzących przez monolityczne elementy filtrowe.

Urządzenie według niniejszego wynalazku jest zazwyczaj używane do filtrowania gazów o temperaturze wyższej niż 400°C. Zespoły schładzające powodują obniżenie temperatury urządzenia, zwłaszcza elementów do montowania filtrów, o 200°C lub więcej, poniżej temperatury filtrowanego gazu.

Niniejszy wynalazek zatem powinien być szerzej interpretowany w odniesieniu do załączonych zastrzeżeń tak, aby objąć wszystkie równoważne urządzenia.

180 640

FIG. 4

264

180 640

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie do filtrowania gazów o wysokiej temperaturze, pochodzących zarówno z układów o ciśnieniu wyższym od atmosferycznego jak i o ciśnieniu atmosferycznym zawierające pionowy zewnętrzny zbiornik posiadający wierzch, spód oraz ściankę boczną przynajmniej jeden pionowy wewnętrzny zbiornik umieszczony wewnątrz zewnętrznego zbiornika, przy czym zbiornik wewnętrzny zbudowany jest z gazoszczelnych ścianek obwodowych, które dzielą zewnętrzny zbiornik na dwie przestrzenie, przy czym w tych ściankach obwodowych znajdują się otwory, w których zamontowane są liczne monolityczne ceramiczne elementy filtrowe, znamienne tym, że ścianki obwodowe (38,138, 338, 438) pionowego wewnętrznego zbiornika (22, 322, 422) składają się z płyt chłodzonych zbudowanych z pionowych rurek wodnych (60), połączonych żeberkami (62), przy czym pomiędzy rurkami wodnymi (60) płyt chłodzonych są zamontowane w otworach (48) monolityczne ceramiczne elementy filtrowe (46, 346,446).
2. Urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że monolityczne ceramiczne elementy filtrowe (46, 346, 446) są połączone wlotowymi końcami (50, 350, 450) od strony przestrzeni (28, 328, 428) gazu zanieczyszczonego z otworami (48) w płytach chłodzonych, przy czym długość monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych (46, 346, 446) jest większa niż grubość ścianek obwodowych (38, 338, 438), w których są zamontowane te elementy, przy czym ze ścianek obwodowych (38, 338, 438) w postaci płyt chłodzonych wystają końce wylotowe (52,352,452) do przestrzeni (30,330,430) gazu oczyszczonego.
3. Urządzenie, według zastrz. 2, znamienne tym, że monolityczne ceramiczne elementy filtrowe (46, 346, 446) większą częścią swojej długości od strony końców wylotowych (52) wystają do przestrzeni (30,330, 430) gazu oczyszczonego.
4. Urządzenie, według zastrz. 2, znamienne tym, że zawiera zespół do wprowadzania wstecznego strumienia gazu w postaci impulsu, składający się z komory wstecznego przepłukiwania (54), zwężkowego wylotu (56) i dyszy wprowadzającej gaz (58, 358) do elementów filtrowych (46,346) od strony gazu oczyszczonego.
5. Urządzenie według zastrz. 2, albo 3 albo 4, znamienne tym, że zewnętrzny zbiornik (12) podzielony jest na dwie przestrzenie (28 i 44) gazu zanieczyszczonego i jedną przestrzeń (30) gazu oczyszczonego przy czym przestrzeń (28) gazu zanieczyszczonego, połączona jest wlotem (20) gazu zanieczyszczonego usytuowanym w wierzchu (14) i znajduje się w górnej części zewnętrznego zbiornika (12) nad płytką wspierającą (24), zaś przestrzeń (44) gazu zanieczyszczonego stanowi wnętrze wewnętrznego zbiornika (22), przy czym obie te przestrzenie (28 i 44) są połączone wlotowym otworem (36) w górnej części wewnętrznego zbiornika (22) łączącym się z otworem (26) w płytce wspierającej (24), ponadto przestrzeń (30) gazu oczyszczonego znajduje się pomiędzy wewnętrznym zbiornikiem (22) a zewnętrznym zbiornikiem (12) poniżej płytki wspierającej (24), przy czym w ściankach obwodowych (38) wewnętrznego zbiornika (22) znajdują się elementy filtrowe, które wystają poprzez ścianki obwodowe (38) do przestrzeni (30) gazu oczyszczonego łącząc przestrzeń (44) gazu zanieczyszczonego z przestrzenią (30) gazu oczyszczonego, przy czym przestrzeń (30) gazu oczyszczonego, połączona jest wylotem (32) gazu oczyszczonego umieszczonym w bocznej ściance (16) zewnętrznego zbiornika (12) z urządzeniami zewnętrznymi, poza tym w dolnej części wewnętrznego zbiornika (22) znajduje się otwór wylotowy (42) dla cząstek stałych usytuowany w spodzie (40) wewnętrznego zbiornika (22), który jest wyprowadzony przez spód (18) zewnętrznego zbiornika (12).
6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przynajmniej niektóre z monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych (46) są zamontowane w otworach (48) usytuowanych w szerokich żeberkach (64) pomiędzy sąsiadującymi rurkami wodnymi (60), przy czym szerokość żeberek (64) jest taka sama jak średnica otworów (48).

180 640
7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przynajmniej niektóre z monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych (46, 346, 446) są zamontowane w otworach usytuowanych pomiędzy rozszerzonymi rurkami wodnymi (60) należącymi do płyty chłodzonej, przy czym odległość między rurkami wodnymi (60) jest powiększona lokalnie, a jej wielkość jest przynajmniej równa średnicy monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych (46).
8. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że monolityczne ceramiczne elementy filtrowe (46) są wmontowane w otwory płyty chłodzonej przez powierzchnię zewnętrzną i wewnętrzną w zbiorniku wewnętrznym (22), a długość elementów filtrowych (46) jest większa niż grubość płyty chłodzonej, przy czym powierzchnią, co najmniej z jednej strony płyty chłodzonej, jest gładka warstwa materiału ogniotrwałego.
9. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że otwory (48) pod elementy filtrowe (46) są usytuowane w kilku równoległych kolumnach odsuniętych od siebie, w których to kolumnach otwory (48) są usytuowane jeden nad drugim, przy czym szerokość pionowych płyt chłodzonych jest taka sama jak długość monolitycznych ceramicznych elementów filtrowych, (46, 346, 446) i są one umieszczone pomiędzy monolitycznymi ceramicznymi elementami filtrowymi (46, 346, 446) pod kątem 90° do płaszczyzny ścianki obwodowej (38, 338, 438) wewnętrznego zbiornika (22, 322, 422).
10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że płyty chłodzone są zbudowane z dwóch do czterech pionowych wodnych rurek chłodzących (60) połączonych za pomocą żeberek (62, 64).
11. Urządzenie według zastrz. 2, albo 3 albo 4 znamienne tym, że zawiera wlot (320) gazu zanieczyszczonego usytuowany w bocznej ściance (316) zewnętrznego zbiornika (312), płytkę wspierającą (324) znajdującej się w górnej części zewnętrznego zbiornika (312), nad którą znajduje się przestrzeń (330) gazu oczyszczonego oraz przestrzeń (328) gazu zanieczyszczonego położoną poniżej płytki wspierającej (324), złącze pomiędzy górnym końcem wewnętrznego zbiornika (322), a otworem (336) w płytce wspierającej (324), przy czym większa część wewnętrznego zbiornika (322) usytuowana jest poniżej płytki wspierającej (324), a wnętrze wewnętrznego zbiornika (322) jest połączone z przestrzenią (330) gazu oczyszczonego poprzez otwór (336) w płytce wspierającej (324), natomiast przestrzeń (328) gazu zanieczyszczonego znajduje się pomiędzy wewnętrznym zbiornikiem (322) a zewnętrznym zbiornikiem (312), zaś elementy filtrowe (346) wystają z przestrzeni (328) gazu zanieczyszczonego do przestrzeni (330) gazu oczyszczonego, przy czym otwór wylotowy (332) gazu oczyszczonego znajduje się w wierzchu (314) górnej części zewnętrznego zbiornika (312) usytuowanego powyżej płytki wspierającej (324), a otwór wylotowy oddzielonych cząstek stałych usytuowany jest w spodzie zewnętrznego zbiornika (312).
12. Urządzenie według zastrz.2, albo 3 albo 4 znamienne tym, że zawiera wlot (420) gazu zanieczyszczonego usytuowany w wierzchu (414) górnej części zewnętrznego zbiornika (412), wewnętrzny zbiornik (422) znajdujący się poniżej wlotu (420) zanieczyszczonego gazu, element prowadzący (441) usytuowany pomiędzy wlotem (420) a wewnętrznym zbiornikiem (422) skierowany promieniowo na zewnątrz do zewnętrznego zbiornika (412) i do przestrzeni (428) gazu zanieczyszczonego rozpostartej na zewnątrz wewnętrznego zbiornika (422) oraz przestrzeń (430) gazu oczyszczonego stanowiącą wnętrze zbiornika wewnętrznego (422), przewód wylotowy cząstek stałych w spodzie zewnętrznego zbiornika (412) oraz przewód wylotowy (432) gazu oczyszczonego ze zbiornika wewnętrznego (422).
13. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ścianki obwodowe (38, 338, 438) wewnętrznego zbiornika (22, 322, 422) są wykonane z płyt chłodzonych.
14. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że rurki wodne (60) stanowią część układu do obiegu wody.
15. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że rurki wodne (60) stanowią cześć układu do obiegu pary wodnej.
16. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że rurki wodne (60) stanowią część układu do obiegu powietrza.

* * *

180 640