Bei konventionellen Systemen wird die Abreinigungsintensi- tät durch die Schallgeschwindigkeit als Obergrenze für die Durchströmung der Filterkanäle begrenzt. Da der Uberdruck in Filterkerzen, der für die Abreinigung notwendig ist, aus der Bewegungsenergie des Gases gewonnen wird, bleibt er deswegen begrenzt. Das Betriebsverhalten verschlechtert sich zusätzlich, wenn die Filter einen hohen Widerstand z. B. durch eingedrungenen Feinstaub, hohe Staubgehalte oder hohe Filtrationsgeschwindigkeiten aufweisen. Ver- stopfte Filter können daher kaum wieder freigeblasen wer- den.

Das neue Verfahren befaßt sich speziell mit der Hochtempe- ratur-Partikelfiltration vor allem keramischer Filterker- zen. Speziell ist die Problematik der Abreinigung und des gleichzeitigen Anlagenschutzes beim Bruch einer Filterkerze angesprochen. Zur Abreinigung der Filterkerzen wird derzeit reingasseitig ein Druckimpuls eingeleitet. Bei langen Ker- zen mit geringem Innendurchmesser ergeben sich hieraus im Bereich des Kerzenkopfes nur vergleichsweise geringe er- zielbare Abreinigungsintensitäten. Systembedingt muß das Spülmedium beim 2-fachen des Systemdruckes liegen, um eine optimale Abreinigungsintensität zu erzielen. Der Druck be- trägt dabei üblicherweise mindestens 6 bar. Bei der druck- betriebenen Kohlekonversion bedeuted dies Abreinigungsdrük- ke zwischen 15 und 60 bar, auf die gereinigtes Produktgas oder N2 als Abreinigungsgas komprimiert werden muß. Dazu führt der Bruch einer Filterkerze während des Betriebes zu unzulässig hohen Staubemissionen mit einer Staubverschlep- pung, durch die bei kombinierten Gas-/Dampfturbinenprozes- sen die hinter dem Heißgasfilter angeordnete Gasturbine beschädigt werden kann. Deshalb werden Maßnahmen ange- strebt, die auch beim Bruch einer Filterkerze die Aufrechterhaltung des Kraftwerksbetriebes erlauben. Die klassische Maßnahme dafür ist das Vorsehen einer zweiten Filterstufe in Form eines der Filterkerze nachgeschalteten Sicherheitsfilters.

Aus der EP 0 551951 A1 ist eine solche Methode für durch Rohgas von außen angeströmte Filterkerzen mit jeweils einem der einzelnen Filterkerze in Strömungsrichtung nachgeschal- teten, im Reingasraum angeordneten Sicherheitsfilter be- kannt, bei welchem die Abreinigung durch Rückspülen der Filterkerze von der Reingasseite her durch einen, in die Filterkerze eindringenden Freistrahl erfolgt. Dies bedingt eine relativ schlechte Abreinigung, wobei zusätzlich ein Verlust an Spülgas durch den Sicherheitsfilter stattfindet.

Die vorliegende Erfindung hat daher zur Aufgabe, ein Ver- fahren zum Abreinigen von Filterkerzen anzugeben, das ei- nerseits eine verbesserte Abreinigungsfunktion für die je- weilige Filterkerze aufweist und das andererseits auch noch nach dem Bruch einer einzelnen Filterkerze einer Filterker- zenbatterie oder-reihe für die Abreinigung der übrigen Filterkerzen ohne Kontaminationsverschleppung auf die Rein- gasseite geeignet ist.

Zur Lösung der Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung die Merkmale vor, die im kennzeichnenden Teil des Patentan- pruches 1 angeführt sind. Weitere, vorteilhafte Ausgestal- tungen der Erfindung sind in den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche zu sehen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden und anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen : die Figur 1 ein Anlagenschema zur Durchführung des Verfah- rens mit Gasführung beim normalen Filtrationsbetrieb, die Figur 2 dasselbe jedoch mit Gasführung bei der Abreini- gung, die Figur 3 der Übergang laminar/turbulent (auf/zu) am Schaltelement, die Figur 4 die Abreinigungsintensität des neuen Verfahrens im Vergleich zu einem konventionellen.

In den Figuren 1 und 2 ist schematisch ein Filtergehäuse 1 dargestellt, welches durch eine Trennwand 3 in einen Roh- gasraum 4 und einen Reingasraum 5 aufgeteilt ist. In die Trennwand 3 ist bei der in der Figur 1 vereinfacht darge- stellten Ausführung von oben her eine vorzugweise kerami- sche Filterkerze 2 als rohrförmiges Filterelement einge- setzt, die von unten her von dem zu reinigenden Gasstrom durchströmt wird. Gebräuchliche Filteranlagen besitzen da- von mehrere in Reihen oder Clustern angeordnete Filterker- zen in Form von Filterbatterien, die nicht näher darge- stellt sind, für die das neue Verfahren jedoch ebenfalls vorgesehen ist und für die die in den Figuren 1 und 2 dar- gestellte Filterkerze 2 stellvertretend betrachtet wird. Im Reingasraum 5 hinter der Filterkerze 2-in Strömungsrich- tung des zu reinigenden Gasstromes gesehen-sitzt ein Si- cherheitsfilter 6 direkt auf der Filterkerze 2 über der Trennwand 3, der eine größere Porenweite und damit eine hö- here Durchlässigkeit als die der Filterkerze 2 aufweist.

Der Sicherheitsfilter 6, bei der dargestellten Ausführungs- form ein ringförmiges, keramisches Element, ist nach unten zum Innenraum der Filterkerze 2 hin geöffnet, nach oben hin durch den Deckel 7 des Gehäuses 1 verschlossen, so daß er auch vom Reingasraum 5 her und zu diesem hin durchströmbar ist. Durch den Deckel 7 führen ein oder mehrere Anschluß- leitungen 9 für die Spülluft 8, mittels welcher die Filter- kerze 2 zur Abreinigung der auf ihrer Rohgasseite im Roh- gasraum 4 abgeschiedenen Partikel rückgespült werden soll.

Zum Aufbringen der Spülluft 8 ist in der Anschlußleitung 9 ein schnell öffnendes Abreinigungsventil 15 vorgesehen, wo- bei zwischen diesem und dem heißen Reingasraum 5 eine zu- sätzliche, hochtemperaturbeständige Klappe 16 zwischenge- schaltet ist. Mit dieser Klappe 16 wird das eventuell tem- peraturempfindliche Abreinigungsventil 15 bei Hochtempera- turanwendungen gegen Temperaturbelastung durch Hitzeeinwir- kung des heissen Reingases geschützt.

Der Reingasraum 5 ist an seiner, dem Abluftkanal 10 zuge- ordneten Seite diesem gegenüber durch ein besonderes "Schaltelement"abgeschlossen, welches einerseits den unge- störten Durchtritt der gereinigten Abluft ermöglicht, ande- rerseits aber den Durchtritt der Spülluft 8 in den Abluft- kanal 10 verhindert. Dieses"Schaltelement"besteht aus ei- nem strömungsdynamischen, pneumatischen Schalter 12 ohne bewegliche Teile, dessen Durchlaß wechselweise durch den an ihm vom Reingasraum 5 her anliegenden niedrigeren Prozess- druck freigegeben und durch den höheren Rückspüldruck ge- sperrt wird. Der Schalter 12 besteht dabei in einer beson- ders vorteilhaften Ausführung aus einem porösen keramischen Element, das,-in den Figuren 1 und 2 zur Prinzipdarstellung vergrößert abgebiidete-, innere Durchgangskanäle 13 vom Reingasraum 5 zum Abluftkanal 10 aufweist. Das Verhältnis von freier Kanalfläche zum Restmaterial des Schalters 12 ist dabei so gewählt, daß beim Prozeßdruck eine wider- standsarme Durchströmung erfolgen kann, bei dem pulsweise aufgebrachten höheren Rückspül-bzw. Abreinigungsdruck der Strömungswiderstand so groß ist, daß der Durchgang durch das poröse Element 12 praktisch gesperrt ist. Dadurch wird es nun möglich, daß der zum Rückspülen erforderliche Spül- gasstrom vom Reingasraum hinter der Filterkerze 2 unter Ab- sperren desselben gegen die Abluftseite durch den Sicher- heitsfilter 6 in bzw. durch die Filterkerze 2 geführt wer- den kann. Als"Schaltelement"zum Absperren sind natürlich auch andere Schalter als das poröse keramische Element 12 denkbar, wichtig für den Hochtemperaturbetrieb ist dabei, daß für den Schaitvorgang ohne bewegliche Teile ausgekommen werden sollte. Wesentlich ist dabei, daß der Sicherheits- filter 6 eine höhere Durchlassigkeit als die Filterkerze 2 und der stromungsdynamische Schalter 12 eine höhere als der Sicherheitsfilter 6 aufweist.

Die Funktion des Abreinigungsventiles 15 und der Klappe 16 ist nun wie folgt : Im normalen Filtrationsbetrieb gemäß der Figur 1 bleibt die Klappe 16 geschlossen und schirmt dadurch das ebenfalls ge- schlossene Abreinigungsventil 15 gegen direkte Hitzebela- stung ab. Bei Einleitung eines Abreinigungsvorganges wird zunächst die Klappe 16 geöffnet, ihre Schaltzeit liegt etwa im Sekundenbereich. Danach wird das schnellöffnende Abrei- nigungsventil 15 mit einer Schaltzeit im Bereich von eini- gen 10 msec geöffnet und die Spulluft 8 strömt nacheinander durch das Abreinigungsventil 15 und die Klappe 16 in den Reingasraum 5 und gelangt über den Sicherheitsfilter 6 und die Filterkerze 2 an die abzureinigende Staubschicht 17 auf der Außenseite der Filterkerze 2. Zur Beendigung des Abrei- nigungsvorganges schließt zunachst das Abreinigungsventil 15 und danach die temperaturbeständige Klappe 16. Da der Abreinigungsvorgang selbst nach einer Zeit von weit unter lsec abgeschlossen ist, ergibt sich entsprechend für die Klappe eine Gesamtöffnungszeit von lediglich wenigen Sekun- den, in welcher das Abreinigungsventil 15 hohen Temperatu- ren ausgesetzt ist.

Durch die direkte Koppelung der Abreinigungseinheit für ei- ne oder mehrere Filterkerzen 2 über den porösen Sicher- heitsfilter 6 kann nun einerseits die Abreinigungsintensi- tät beliebig eingestellt werden, andererseits fungiert die- ses Sicherheitsfilter 6 als integriertes Sicherheitsele- ment. Die Freischaltung der Spülluft 8 im Abreinigungsfall bzw. der gereinigten Abluft 11 ermöglicht dabei der im Vor- stehenden erwähnte Schalter 12. Die erzielbare Abreini- gungsintensität wird dabei allein durch den statischen Druck im Abreinigungssystem vorgegeben. Sie ist daher nicht mehr hydraulisch begrenzt und kann entsprechend dem erfor- derlichen Überdruck in der Filterkerze 2 eingestellt wer- den. Insbesondere im kritischen Einlaufbereich der Kerzen lässt sich dadurch die Abreinigungsintensität anheben, bei gleichzeitig signifikant verringertem Abreinigungsvordruck (siehe die Figur 4). Auch verstopfte Filterkerzen lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wieder freiblasen, da die Abreinigungsintensität nahezu unabhängig vom Bela- dungszustand der Filterkerze ist.

Der Schalter 12 besteht vorteilhafterweise aus einem Waben- körper mit durchgehenden Längskanälen mit Querschnitten im Bereich von wenigen mm-, wobei als Material für den Waben- körper Keramik wie z. B. SiC, Al 03, Cordierit oder Spinell verwendet werden kann. Er kann aber auch aus porösen Mate- rialien wie Schäumen, Metallfasern,-geweben oder anderen Fasermaterialien, Kornkeramik oder Sintermetallen mit einem durchgehenden Porensystem mit wenigen 100 um Querschnitten bestehen. Die porösen Materialien können dabei Si3N4, Zr02, SiC, A1203 oder Spinell sein.

Charakteristische Betriebswerte des Verfahrens sind wie folgt : Spüldruck der Spülluft 8 : 0,5 bis 1 bar über dem System- druck, Druckverlust der Filterkerze 2 und des Sicherheitsfilters 6 : 500 bis 1000 Pa bei 5 cm/sec Durchströmungsgeschwindig- keit Druckverlust des Schalters 12 : 30 bis 250Pa bei 2,5 cm/sec Dabei handelt es sich jeweils um den die Durchlässigkeit bestimmenden Druckverlust.

Die Figur 3 zeigt anhand des Volumenstromes über dem Diffe- renzdruck den Ubergang laminar/turbulent (auf/zu) am Schal- telement einer Anordnung von drei Filterkerzen. Die Filtra- tion erfolgt etwa bis zu einem Differenzdruck von 2 mbar bei einem Volumenstrom von 90 m3/h. Dabei liegt in den Ka- nälen 13 des Schalters 12 eine laminare Strömung vor. Der Zusammenhang zwischen Volumenstrom und Differenzdruck ist noch linear. Bei Erhöhung der Werte, hier durch Aufbringen des Druckes der Spülluft 8, schlägt die Strömung in den Ka- nälen 13 von laminar zu turbulent um. Die Abreinigung er- folgt bei einem Druck von etwa 200 mbar, die Strömung in den Kanälen ist turbulent, der Druckverlust darin ist stark erhöht, der Schalter 12 ist damit für eine Durchströmung praktisch geschlossen.

In der Figur 4 ist die Abreinigungsintensität des neuen Verfahrens (Kreise) an der jeweiligen Kerzenposition, das heisst über die Lange einer Kerze hinweg, im Vergleich zu einem konventionellen Verfahren (Quadrate) dargestellt. Es werdenwesentlich niederere, erforderliche Abreinigungs- drücke an den jeweiligen Positionen benötigt, um die für eine wirkungsvolle Abreinigung erforderlichen Differenz- drücke zu erhalten.

Das neue Verfahren bringt damit eine erhöhte Sicherheit ge- gen Staubdurchbruch. Die Verfahrensführung durch das aufge- setzte Sicherheitsfilter garantiert zu jedem Zeitpunkt und damit auch bei Kerzenbruch die Einhaltung der geforderten Reingasstaubgehalte. Weiter wird ein sicherer Weiterbetrieb der unbeschädigten Filterelemente ermöglicht. Filterkerzen 2, die in Reihe oder im selben Cluster angeordnet sind wie ein beschädigtes Element, können sicher weiterbetrieben werden ohne Gefahr des Staubeintrages von des Reingasseite her, bei unverändert hoher Abreinigungsintensität. Als wei- terer Vorteil sind keine speziellen Rohrleitungen im Hochtemperaturteil des Filters mehr erforderlich. Die er- forderlichen Sicherheitsfilter 6 werden auf die vorhandene Filterkerze 2 einfach aufgesetzt oder sind Bestandteil der- selben. Das Schaltelement 12 kann als starres Teil in die Reingasleitung eingebaut werden. Die gesamte Filteranlage kann dadurch kompakter gehalten werden. Für die Abreinigung ist jeweils nur ein konstanter Uberdruck zwischen 0,5 und 1 bar erforderlich, unabhängig vom Systemdruck. Der Vorteil bei einem hohen Systemdruck ist dabei offensichtlich. Wäh- trend der überwiegenden Dauer des Abreinigungsvorganges ge- langt nur heißes Gas aus dem Reingasraum der Filterenheit in die Filterkerzen 2. Ein erhöhte Thermowechsel-oder Thermoschockbeanspruchung der Filterkeramik tritt dadurch nicht mehr auf. Auch können letzlich die Absperrorgane 15 und 16 für die Spülluft 8 in größerem Abstand von dem Dek- kel 7 angeordnet werden, was unter Hochtemperaturbedingun- gen von erheblichem Vorteil ist.

Bezugszeichenliste : 1 Filtergehause 2 Filterelement 3 Trennwand 4 Rohgasraum 5 Reingasraum 6 Sicherheitsfilter 7 Deckel 8 Spulluft 9Anschluß <BR> 10 Abluftkanal<BR> 11 Abluft 12 poröses Element, strömungsdynamischer Schalter 13Kanäle 14 Rohgas 15Abreinigungsventil 16 Klappe<BR> 17 Staubschicht