DE3705793A1 - Filterapparat zur gasreinigung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Filterapparat zur Gas­ reinigung und/oder Entgiftung von Abgasen aus ther­ mischen Prozessen, z. B. Feuerungen, Brennöfen, Schmelzöfen, Trocknungsanlagen, wobei Staub und/ oder gasförmige Schadstoffe aus den Abgasen ent­ fernt werden sollen.

Beispielsweise sind Feuerungen für Holzabfälle oder Rinde in großer Anzahl bei mittelständischen Unternehmen, wie Möbelfabriken, Sägewerken und dgl., installiert und haben naturgemäß sehr viel geringere Wärmeleistung als Großkraftwerke.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß die Rauchgas­ reinigung in Relation zur gesamten Feuerungs­ und Kesselanlage um so aufwendiger wird, je kleiner die Verbrennungsanlage ist. Beispiels­ weise wäre eine Rauchgaswaschanlage, wie sie bei Kohlekraftwerken zur Rauchgasentschwefelung oder bei Müllkraftwerken üblich ist, wahrscheinlich teurer als die gesamte Feuerungs- und Kesselan­ lage bei einer derartigen Holzabfallfeuerung.

Gerade bei Holzabfallfeuerungen sind beispiels­ weise auch die Stäube zu fein, um in Elektro­ filtern ausreichend abgeschieden zu werden. Darüber hinaus sind Elektrofilteranlagen auch ge­ nerell zu aufwendig für alle kleineren Feuerungs­ anlagen oder ähnlichen Abgasemittenten.

Bekannt sind beispielsweise auch Einrichtungen zur Entstaubung, bei denen das Gas in ein zyklonartiges Gehäuse wie in einen Zyklonabscheider tangential eingeblasen wird. Dabei werden gröbere Teilchen an der Gehäuseinnenwand ausgeschleudert und feinere Teilchen an einem Gewebefilter, z. B. aus einem oder mehreren Schlauchfiltern, im Innenraum des zyklonartigen Gehäuses abgeschieden. Filterschläu­ che oder Filtertaschen mit Geweben oder Faser­ fliesen haben aber den Nachteil, daß sie bei heißen Abgasen, in denen auch Funken enthalten sein kön­ nen, sehr schnell zerstört werden. In vielen Fällen ist sogar die Abscheidung in einem Temperaturbe­ reich wünschenswert, in dem Gewebe- oder Faser­ fliese selbst aus Glasfasern nicht mehr einsetz­ bar sind.

Die katalytische Umwandlung gasförmiger Schadstoffe erfordert ein Trägermaterial für eine katalytisch wirksame Beschichtung, das ebenfalls möglichst hohe Temperaturen, Funkenflug und dgl. aushält.

Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines Filterapparates zur Gasreinigung, in dem sowohl die Filterelemente zur Staubabscheidung als auch Elemente zur katalytischen Umwandlung gasförmiger Schadstoffe hohen Temperaturen und Funkenflug standhalten können.

Die Erfindung löst diese Aufgabe,wie es in den Patentansprüchen beschrieben worden ist.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Tatsache, daß Elemente aus offenporiger Schaum­ keramik auch bei sehr hohen Temperaturen einge­ setzt werden können und völlig unempfindlich, beispielsweise gegen Funkenflug, sind. Dies trifft sowohl für Staubfilterelemente mit entsprechend feinporiger Feinkeramik als auch für katalytisch beschichtete Elemente zu, deren Porenstruktur im allgemeinen wesentlich größer ist.

Auch wenn zur Staubabscheidung oder Staub-Vorabschei­ dung an sich bekannte Trenndüsen vor den weiteren Elementen aus Schaumkeramik eingesetzt werden, so ist es möglich, diese Trenndüsen ebenfalls aus keramischen Werkstoffen für sehr hohe Temperaturen herzustellen. Im Bereich niedrigerer Abgastemperaturen, wie beispielsweise hinter Holzabfallfeuerungen, sind aber auch Trenndüsen aus Metall völlig unempfindlich gegen Funkenflug.

Natürlich können auch funkenflug-unempfindliche und relativ temperaturbeständige Gewebefilter aus hoch­ temperaturbeständigen Edelstahl-Faserfliesen oder aus reinen Quarzfasern vor den katalytisch be­ schichteten Schaumkeramik-Elementen zur nachfol­ genden katalytischen Schadstoffumwandlung einge­ setzt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Staubfilter­ elemente mit den katalytisch beschichteten Elemen­ ten in einem Apparat bzw. einem Gehäusebauteil zu­ sammengefaßt sind. Bisher benötigte man praktisch immer eine Staubfiltereinheit in einem gesonderten Gehäuse, sei es ein Elektrofilter oder Gewebefilter, und in einem separaten Apparat den Katalysator zur Um­ wandlung gasförmiger Restschadstoffe.

Die Figuren zeigen einige Beispiele einer erfindungs­ gemäßen Filterapparatur zur Gasreinigung:

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Filterapparates mit einem einzigen rohrförmigen Körper aus hitze­ beständiger Schaumkeramik, der gleichzeitig als Staubfilter und mit entsprechender Beschichtung als Katalysator wirksam ist. Fig. 2 zeigt ein analo­ ges Beispiel, bei dem der eigentliche Filterkörper und ggf. Katalysator aus Schaumkeramik polygon­ förmig aus plattenförmigen Elementen zusammengesetzt ist. Fig. 3 zeigt einen Filterapparat, in dem eine Staubfiltereinheit - im Beispiel aus mehreren Filter­ kerzen oder Filterschläuchen bestehend - mit einer Katalysatoreinheit - im Beispiel ebenfalls mit mehreren Filterkerzen - in einer Bau- bzw. Gehäuseeinheit zu­ sammengefaßt ist.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel, in dem eine Einheit zur Staubabscheidung mit einer Trenndüse und einer weiteren Einheit zur katalytischen Gasumwandlung mit beschich­ teten Elementen aus Schaumkeramik in einer Baueinheit bzw. Gehäuseeinheit zusammengefaßt ist.

In Fig. 1 wird in das zyklonartige Gehäuse 1 das Ab­ gas 2 tangential eingeblasen. Im Abgas 2 enthaltene Partikel werden durch die Zellenradschleuse 3 oder eine äquivalente Schleuse ausgetragen.

Im Gehäuse 1 ist konzentrisch der Rohrkörper 4 aus Keramik-Schaum angeordnet. Dieser ist innenseitig durch radiale Wände 5 in mehrere Kammern 6 unter­ teilt. Bei einem zylindrischen Rohrkörper 4 - wie dargestellt - haben die Kammern 6 den Querschnitt von Kreissegmenten, bei einem polygonförmigen Rohr­ körper ist der Querschnitt dreieckförmig. Der Rohr­ körper 4 ist unten durch eine Platte 7 oder durch eine entsprechende Scheibe aus Schaumkeramik abge­ schlossen. Oben mündet der Rohrkörper 4 in einen Klappen-Regelapparat 8, in dem nicht dargestellte Verschlußklappen bzw. Ventile für die einzelnen Kammern 6 mit einer Regelautomatik eingebaut sind. Jeweils mindestens eine Kammer 6 wird durch eine Klappe oder ein Ventil verschlossen und gleich­ zeitig durch einen Druckgas-Strom von innen nach außen beaufschlagt. Das Druckgas wird durch den Kanal 9 in den Regelapparat 8 geleitet. Das der vom Druckgas beaufschlagten Kammer 6 zugeordnete Umfangs-Teilstück des Rohrkörpers 4 wird dabei von dem außen angelagerten Staub abgereinigt. Alle übrigen Kammern 6 sind durch den Regel­ apparat 8 unmittelbar mit dem Reingasstutzen 10 verbunden, durch den das gereinigte Abgas - beispielsweise über einen Saugzugventilator in einem Kamin - weitergeleitet wird. Der Apparat ge­ mäß Fig. 2 ist praktisch analog, nur daß anstelle des Rohrkörpers 4 ein - in diesem Beispiel polygon­ förmiger - äußerer Rohrkörper 11 und ein ebensolcher innerer Rohrkörper 12 angeordnet sind, wobei die radialen Wände 5 nur in dem Ringraum zwischen den beiden Rohrkörpern 11 und 12 die Kammern 6 bilden. In diesem Falle haben diese Kammern einen trapez­ förmigen Querschnitt. Durch diese Anordnung zweier oder mehrerer konzentrisch ineinander angeordneter Rohrkörper ist die wirksame Filterfläche wesentlich vergrößert. Alle Funktionen sind analog der Schema­ darstellung und Beschreibung von Fig. 1.

In Fig. 3 wird in das Gehäuse 1 das Abgas 2 in den Rohgasraum 13 eingeblasen. Bei einem zylindrischen Gehäuse 1 kann dies tangential geschehen, wie etwa bei einem Zyklonabscheider. Im Abgas 2 mitgeführte Staubpartikel werden nach ihrer Abscheidung durch eine Zellenradschleuse 3 oder eine äquivalente Schleuse bzw. Schnecke ausgetragen.

Innerhalb des Gehäuses 1 im Rohgasraum 13 sind zahl­ reiche kerzen- bzw. rohrförmige Filterelemente 14 angeordnet. Diese Filterelemente 14 können aus extrem feinporiger Schaumkeramik, aus Sinterkeramik oder aus Schlauchfiltern, vorzugsweise mit hitzebeständigem Faserflies oder Fasergewebe bestehen. Als hitzebestän­ diges Fasermaterial eignen sich beispielsweise Edel­ stahlfasern, bis zu gewissen Grenzen Glasfasern, Quarzfasern oder andere Fasern aus hitzebeständigem keramischen Material.

Diese Filterelemente 14 sind von unten durch eine Platte 7 abgeschlossen, dies kann jeweils auch eine Scheibe aus Filtermaterial, wie feinporiger Schaum­ keramik oder dgl., sein.

Die Filterelemente 14 münden oben in den Klappen- Regelapparat 8, der wie bei den Fig. 1 und 2 beschrieben ausgeführt ist. Wie bei diesen Fig. 1 und 2 wird das Druckgas (Spülgas) durch den Kanal 9 in den Regelapparat 8 geleitet.

Das entstaubte Gas gelangt dann vom Regelapparat 8 in den Reingasraum 15 im oberen Teil des Gehäuses 1. In diesem Reingasraum 15 sind die Katalysatorelemente 16 angeordnet, die kerzenförmige, rohrförmige oder taschenförmige Gestalt haben können. Diese Kataly­ satorelemente 16 bestehen vorzugsweise aus einer grobporigen Schaumkeramik, die mit geeigneten Me­ talloxyden oder Metallverbindungen oder auch un­ mittelbar mit reinen Metallen beschichtet ist. Als Trägermaterial für die Beschichtung für die Kataly­ satorelemente 16 können aber auch Gewebe oder Fliese aus hochtemperaturbeständigem Material, wie Quarz­ fasern oder Edelstahlfasern, verwendet werden.

Das entstaubte und katalytisch entgiftete Rauchgas verläßt dann den Filterapparat durch den Reingas­ stutzen 10.

In Fig. 4 wird der Rauchgasstrom 2 in einer an sich bekannten, sog. "Trenndüse" 17 in den staubfreien Gasstrom 18 und das Gas-Staubkonzentrat 19 aufge­ teilt. Das entstaubte Gas 18 gelangt wie in Fig. 3 in den Reingasraum 15 mit den Katalysatorelementen 16 und verläßt durch den Reingasstutzen 10 den Fil­ terapparat.

Das Gas-Staubkonzentrat 19 kann, wenn dies feuerungs­ technisch möglich ist, in die Feuerung zurückgeführt werden, damit die Staubteilchen agglomerieren und mit der Asche ausgetragen werden können.

Es kann aber auch für das Gas-Staubkonzentrat 19 eine Staubfiltereinrichtung gemäß den Fig. 1, 2 oder 3 (Fig. 3 untere Hälfte) nachgeschaltet werden, wobei dieser Staubfilterapparat wegen des wesentlich ge­ ringeren Gasvolumens kleiner ausgebildet werden kann. Bei einer Anordnung gemäß Fig. 3 kann die Trenndüse 17 neben dem Gehäuse 1 des Filterapparates angeord­ net werden, und das Gas-Staubkonzentrat 19 wird un­ mittelbar in den Rohgasstutzen für das Rohgas 2 ein­ geleitet, während das Reingas 18 unmittbar in den Reingasraum 15 im oberen Teil der Fig. 3 eingelei­ tet wird. So kann beispielsweise auch in diesem Falle eine Baueinheit oder sogar Gehäuseeinheit rea­ lisiert werden.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die darge­ stellten Beispiele. Bei größeren Rauchgasdurch­ sätzen können beispielsweise die Filterelemente 14 und die Katalysatorelemente 16 jeweils in größeren, ggf. rechteckigen Gehäusen untergebracht werden, wie dies auch bei bekannten Schlauchfilteranlagen üblich ist. Die Kombination mit einem zylindrischen Gehäuse mit tangentialem Rohgaseintritt, wie bei einem Zyklonabscheider, ist nur bei relativ kleinen Anlagen zweckmäßig und vorteilhaft. Die Trenndüse 17 kann natürlich auch als kreisrunde, konzentrische Trenndüse ausgebildet werden, wie dies allgemein bekannt und üblich ist. Derartige Trenndüsen kön­ nen auch aus hochhitzebeständigen Edelstahllegie­ rungen oder bei noch höheren Temperaturen auch aus keramischem Material hergestellt werden. Als Staub­ abscheider oder Staub-Vorabscheider sind sie völlig unempfindlich gegen höhere Temperaturen und insbe­ sondere gegen Funkenflug.

Claims (11)

1. Filterapparat zur Gasreinigung, vorzugsweise zur Rauchgasreinigung mit einem Staubfilter im Rohgas­ raum des Filtergehäuses, dadurch gekennzeichnet, daß als Staubfilter im dem Filterapparat Elemente aus einer offenporigen Schaumkeramik angeordnet sind, die ggf. mit Metallen, Metalloxyden oder sonstigen Metall­ verbindungen beschichtet sind.

2. Filterapparat nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Filterelemente aus offen­ poriger Schaumkeramik parallel geschaltet im Rauchgasstrom angeordnet sind, von denen je­ weils ein Teil oder eines dieser Elemente durch entsprechend gesteuerte Klappen, Ventile oder dgl. von dem Rauchgasstrom abgetrennt und durch einen Druckgasstrom in umgekehrter Strömungs­ richtung von dem anhaftenden Staub abgereinigt wird.

3. Filterapparat nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einem Gehäuse nach Art eines Zyklonabscheiders ein rohrförmiges Filterele­ ment aus Schaumkeramik anstelle des sogenannten Tauchrohres angeordnet ist, welches von unten durch eine Platte oder eine Schaumkeramikplatte bzw. Schaumkeramikronde abgeschlossen ist.

4. Filterapparat nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Filterelement ein zylindrischer oder polygonförmiger Rohrkörper (4) aus Schaum­ keramik angeordnet ist, der innenseitig durch radiale Wände (5) in Kammern (6) vom Querschnitt eines Kreissegmentes oder Dreieckes unterteilt ist.

5. Filterapparat nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Filterelement zwei oder mehr Rohrkörper (11, 12) kreisförmigen oder polygon­ artigen Querschnittes konzentrisch ineinander angeordnet sind, deren Zwischenräume durch ra­ diale Wände (5) in Kammern (6) mit beispiels­ weise trapezförmigem Querschnitt unterteilt sind.

6. Filterapparat nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kammern (6) mit einem Klap­ pen-Regelapparat (8) zum Reingasstutzen (10) hin versehen sind, der jeweils mindestens eine Kammer (6) zum Reingasstutzen (10) verschließt, während gleichzeitig ein Gas mit einem Druckstoß über eine Druckgasleitung (9) in diese abgeschlos­ sene Kammer (6) eingeblasen wird.

7. Filterapparat nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein hitze- oder funkenflugbe­ ständiges Staubfilterelement mit einem Kataly­ satorelement aus beschichteter, offenporig Schaumkeramik in einer Baueinheit bzw. in einem Gehäuse zusammengefaßt ist.

8. Filterapparat nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Staubfilterelement (14) aus Filterkerzen oder Filtertaschen mit hitzebe­ ständigem Filtermaterial, z.B. Filze, Gewebe oder Fliese aus Glasfasern, Quarzfasern oder Edelstahl­ fasern angeordnet ist.

9. Filterapparat nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Staubfilterelement ein Schütt­ schichtfilter mit einer Schüttschicht aus hitze­ beständigem Granulat angeordnet ist.

10. Filterapparat nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die einzelnen Körner des Schütt­ gut-Granulates oder ein Teil derselben kataly­ tisch wirksam beschichtet sind.

11. Filterapparat nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elemente zur Staubabschei­ dung aus Teilen, beispielsweise rohrförmigen Filterkerzen oder plattenförmigen Filtertaschen, aus einer feinporigen Schaumkeramik oder aus feinporigen gesinterten Keramikwerkstoffen, bestehen, während die in der gleichen Bau­ einheit bzw. im gleichen Gehäuse angeordneten Katalysatorelemente aus einer grobporigen Schaumkeramik mit entsprechender Beschichtung bestehen.