ES2199823T3 - Procedimiento para la limpieza de elementos de filtro de forma tubular. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la limpieza de elementos de filtro (2) de forma tubular, atacados por la corriente de gas bruto, con un filtro de seguridad (16) dispuesto en el espacio de gas puro (5), conectado aguas abajo de los elementos de filtro (2) en la dirección de la corriente, a través de aclarado desde atrás del elemento de filtro (2) desde el lado de gas puro, caracterizado porque la corriente de gas de aclarar, necesaria para el aclarado desde atrás, es conducida desde el espacio de gas puro (5) detrás del elemento de filtro (2), bajo el bloqueo del mismo hacia el lado de salida de aire (10) a través del filtro de seguridad (6) en o bien a través del cartucho de filtro (2).

Description

Procedimiento para la limpieza de elementos de filtro de forma tubular.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la limpieza de elementos de filtro de forma tubular, atacados por la corriente de gas bruto, con un filtro de seguridad dispuesto en el espacio de gas puro, conectado aguas abajo de los elementos de filtro en la dirección de la corriente, a través de aclarado desde atrás del elemento de filtro desde el lado de gas puro, así como a un dispositivo para la realización del procedimiento. Como elementos de filtro deben considerarse, por ejemplo, en este caso sobre todo los llamados cartuchos filtrantes, que se utilizan en la filtración de gas caliente. No obstante, se entiende que el procedimiento según la invención se puede aplicar a todos los elementos de filtro de forma tubular o cilíndricos huecos.

En los sistemas convencionales, la intensidad de la limpieza está limitada a través de la velocidad del sonido como límite superior para la circulación a través de los canales del filtro. Puesto que la sobrepresión en cartuchos de filtro, que es necesaria para la limpieza, se obtiene a partir de la energía de movimiento del gas, permanece, por lo tanto, limitada. El comportamiento funcional se empeora adicionalmente cuando los filtros presentan una resistencia alta, por ejemplo debido a polvo fino introducido, altos contenidos de polvo o altas velocidades de filtración. Por lo tanto, los filtros obstruidos apenas se pueden liberar de nuevo por soplado.

El nuevo procedimiento se ocupa especialmente con la filtración de partículas a alta temperatura, sobre todo de cartuchos de filtros cerámicos. Es especialmente pronunciada la problemática de la limpieza y de la protección simultánea de las instalaciones en el caso de rotura de un cartucho de filtro. Para la limpieza de los cartuchos de filtro se introduce actualmente un impulso de presión en el lado de gas puro. En el caso de cartuchos largos con diámetro interior reducido se obtienen a partir de ello, en la región de la cabeza del cartucho, intensidades de limpieza alcanzables sólo comparativamente reducidas. Condicionado por el sistema, el medio de limpieza debe estar a 2 veces la presión del sistema, para conseguir una intensidad de limpieza óptima. La presión es en este caso habitualmente al menos 6 bares. En el caso de la conversión del carbón accionada con presión, esto significa presiones de limpieza entre 15 y 60 bares, a las que debe comprimirse el gas producto purificado o N_{2} como gas de limpieza. A este respecto, la rotura de un cartucho de filtro durante el funcionamiento conduce a emisiones de polvo inadmisiblemente altas con un arrastre del polvo, a través del cual, en los procesos de turbinas combinadas de gas/vapor, se puede dañar la turbina de gas que está dispuesta detrás del filtro de gas caliente. Por lo tanto, se pretenden medidas que permitan el mantenimiento del funcionamiento de la central eléctrica también en el caso de la rotura del cartucho de filtro. La medida clásica a este respecto es la presión de una segunda etapa de filtro en forma de un filtro de seguridad conectado aguas abajo del cartucho de filtro.

Se conoce por el documento EP 0 551951 A1 un método de este tipo para cartuchos de filtro que son atacados por la corriente de gas bruto desde el exterior, con un filtro de seguridad respectivo dispuesto en el espacio de gas puro, conectado aguas debajo del cartucho de filtro individual en la dirección de la circulación, en el que la limpieza se realiza a través de aclarado desde atrás del cartucho de filtro desde el lado de gas puro, a través de un chorro libre que penetra en el cartucho de filtro. Esto condiciona una limpieza relativamente mala, donde adicionalmente tiene lugar una pérdida de gas de aclarar a través del filtro de seguridad.

Por lo tanto, la presente invención tiene el cometido de indicar un procedimiento para la limpieza de cartuchos de filtro, que, por una parte, presenta una función de limpieza mejorada para el cartucho de filtro respectivo y que, por otra parte, es adecuado también, incluso después de la rotura de un cartucho de filtro individual de una batería o serie de cartuchos de filtro, para la limpieza de los restantes cartuchos de filtro sin arrastre de contaminación sobre el lado de gas puro.

Para la solución del cometido, la presente invención propone las características que están indicadas en la parte de caracterización de la reivindicación 1 de la patente. Otras configuraciones ventajosas de la invención se pueden ver en los rasgos característicos de las reivindicaciones dependientes.

Otros detalles de la invención se explican en detalle a continuación y con la ayuda de las figuras 1 a 4. En este caso:

La figura 1 muestra un esquema de la instalación para la realización del procedimiento con conducción del gas en el funcionamiento de filtración normal.

La figura 2 muestra el mismo esquema, pero con conducción del gas durante la limpieza.

La figura 3 muestra la transición laminar/turbulenta (abierto/cerrado) en el elemento de conmutación.

La figura 4 muestra la intensidad de la limpieza del nuevo procedimiento en comparación con uno convencional.

En las figuras 1 y 2 se representa de forma esquemática una carcasa 1 de filtro, que está dividida, a través de una pared de separación 3, en un espacio de gas bruto 4 y un espacio de gas puro 5. En la forma de realización representada de forma simplificada en la figura 1, en la pared de separación 3 está insertado desde arriba un cartucho de filtro 2 preferentemente cerámico como elemento de filtro de forma tubular, que es atravesado desde abajo por la corriente de gas a purificar. Las instalaciones de filtro habituales poseen varios cartuchos de filtro dispuestos en series o grupos en forma de baterías de filtros, que no se representan en detalle, para las que está previsto, sin embargo, igualmente el nuevo procedimiento y en representación de las cuales se considera el cartucho de filtro 2 representado en las figuras 1 y 2. En el espacio de gas puro 5 detrás del cartucho de filtro 2 -visto en la dirección de la circulación de la corriente de gas a purificar- se asienta un filtro de seguridad 6 directamente sobre el cartucho de filtro 2 sobre la pared de separación 3, que presenta una anchura mayor entre los poros y, por lo tanto, una permeabilidad más elevada que la del cartucho de filtro 2.

El filtro de seguridad 6, en la forma de realización representada un elemento cerámico de forma anular, está abierto hacia abajo hacia el espacio interior del cartucho de filtro 2, está cerrado hacia arriba a través de la tapa 7 de la carcasa 1, de manera que puede ser atravesado por la corriente desde el espacio de gas

\hbox{puro}

5 y hacia ésta. A través de la tapa 7 conducen uno o varios conductos de conexión 9 para el aire de aclarar 8, por medio del cual debe aclararse desde atrás el cartucho de filtro 2 para la limpieza de las partículas separadas sobre el lado de gas bruto en el espacio de gas bruto 4. Para la aplicación del aire de aclarar 8 está prevista, en el conducto de conexión 9, una válvula de limpieza 15 de apertura rápida, estando interconectada entre ésta y el espacio de gas puro caliente 5 una trampilla adicional 16, resistente a alta temperatura. Con esta trampilla 16 se protege la válvula de limpieza 15, eventualmente sensible a la temperatura, en aplicaciones a alta temperatura, contra la carga de temperatura debida a la actuación térmica del gas puro caliente.

El espacio de gas puro 5 está cerrado en su lado dirigido hacia el canal de salida de aire 10, frente a éste, a través de un "elemento de conmutación" especial que, por una parte, posibilita el paso ininterrumpido del aire de salida puro, pero, por otra parte, impide el paso del aire de aclarar 8 al canal de salida de aire 10. Este "elemento de conmutación" está constituido por un conmutador neumático 12 hidrodinámico, sin partes móviles, cuyo paso, de forma alternativa, es liberado a través de la presión del proceso más baja, que se aplica en el mismo desde el espacio de gas puro 5 y es bloqueado a través de la presión más elevada de aclarado desde atrás. El conmutador 12 está constituido en este caso, en una forma de realización especialmente ventajosa, por un elemento cerámico poroso que presenta canales de paso interiores 13 -representados ampliados en las figuras 1 y 2 para la representación de principio- desde el espacio de gas puro 5 hacia el canal de salida de aire 10. La relación entre la superficie libre del canal y el material restante del conmutador 12 se selecciona en este caso para que, a la presión del proceso, se pueda realizar una circulación pobre de resistencia, a la presión de aclarado desde atrás o bien la presión de limpieza elevada, aplicada en forma de impulsos, la resistencia a la circulación sea tan grande que está prácticamente bloqueado el paso a través del elemento poroso 12. De esta manera, se posibilita ahora que la corriente de gas de aclarar, que es necesaria para el aclarado desde atrás, pueda ser conducida desde el espacio de gas puro detrás del cartucho de filtro 2, bajo el bloqueo del mismo, hacia el lado de salida de aire a través del filtro de seguridad 6 a o bien a través del cartucho de filtro 2. Como "elemento de conmutación" para el bloqueo son concebibles, naturalmente, también conmutadores distintos al elemento cerámico poroso 12, siendo importante en este caso para el funcionamiento a alta temperatura que no sean necesarias partes móviles para el proceso de conmutación. En este caso es esencial que el filtro de seguridad 6 presente una permeabilidad más alta que el cartucho de filtro 2 y que el conmutador 12 hidrodinámico presente una permeabilidad más alta que el filtro de seguridad 6.

La función de la válvula de limpieza 15 y de la trampilla 16 e la siguiente:

En el funcionamiento de filtración normal según la figura 1, la trampilla 16 permanece cerrada y blinda de esta manera la válvula de limpieza 15 cerrada contra carga térmica directa. Cuando se inicia un proceso de limpieza, se abre en primer lugar la trampillas 16, su tiempo de conmutación está en el intervalo de segundos. A continuación, se abre la válvula de limpieza 15 de apertura rápida con un tiempo de conmutación en el intervalo de algunos 10 mseg. y el aire de aclarar 8 circula de forma sucesiva a través de la válvula de limpieza 15 y de la trampilla 16 a la cámara de gas puro 5 y llega a través del filtro de seguridad 6 y del cartucho de filtro 2 a la capa de polvo 17 a limpiar sobre el lado exterior del cartucho de filtro 2. Para la terminación del proceso de limpieza, se cierra en primer lugar la válvula de limpieza 15 y a continuación la trampilla 16 resistente a la temperatura. Puesto que el proceso de limpieza propiamente dicho está terminado después de un tiempo muy por debajo de un segundo, se obtiene de manera correspondiente para la trampilla un tiempo de apertura total de solamente pocos segundos, en el que la válvula de limpieza 15 está expuesta a altas temperaturas.

A través del acoplamiento directo de la unidad de limpieza para uno o varios cartuchos de filtro 2 a través del filtro de seguridad poroso 6, se puede ajustar ahora, por una parte, de manera discrecional la intensidad de la limpieza, por otra parte este filtro de seguridad 6 funciona como elemento de seguridad integrado. La conexión libre del aire de aclarar 8 en el caso de limpieza o bien del aire de salida 11 purificado es posibilitada en este caso por el conmutador 12 mencionado en lo que precede. La intensidad de la limpieza alcanzable es predeterminada en este casó exclusivamente a través de la presión estática en el sistema de purificación. Por lo tanto, no está limitada ya hidráulicamente y se puede ajustar en el cartucho de filtro 2 de acuerdo con la sobrepresión necesaria. Especialmente en la región de entrada crítica de los cartuchos se puede elevar de esta manera la intensidad de la limpieza, con una presión previa de limpieza reducida al mismo tiempo en una medida significativa (ver la figura 4). También los cartuchos de filtro obstruidos se pueden liberar por soplado de nuevo con el procedimiento según la invención, puesto que la intensidad de la limpieza es casi independiente del estado de carga del cartucho de filtro.

El conmutador 12 está constituido de manera más ventajosa a partir de un cuerpo de panal de abejas con canales longitudinales continuos con secciones transversales en el intervalo de pocos mm, pudiendo emplearse como material para el cuerpo de panal de abejas cerámica, como por ejemplo SiC, Al_{2}O_{3}, cordierita o espinel. Pero también puede estar constituido por materiales porosos como espumas, fibras metálicas, tejidos metálicos u otros materiales de fibras, cerámica de grano o metales sinterizados con un sistema de poros continuos con secciones transversales de pocos 100 \mum. Los materiales porosos pueden estar constituidos por Si_{3}N_{4}, ZrO_{2}, SiC, Al_{2}O_{3} o espinel.

Los valores de funcionamiento característicos del procedimiento son los siguientes:

Presión de aclarar del aire de aclarar 8: de 0,5 a 1 bar sobre la presión del sistema

Pérdida de presión del cartucho de filtro 2 y del filtro de seguridad 6: de 500 a 1000 Pa a una velocidad de a circulación de 5 cm/seg.

Pérdida de presión del conmutador 12: de 30 a 250 Pa a 2,5 cm/seg.

En este caso, se trata, respectivamente, de la pérdida de presión que determina la permeabilidad.

La figura 3 muestra, con la ayuda de la corriente volumétrica sobre la presión diferencial la transición laminar/turbulenta (abierta/cerrada) en el elemento de conmutación de una disposición de tres cartuchos de filtro. La filtración se realiza aproximadamente hasta una presión diferencial de 2 mbares con una corriente volumétrica de 90 m^{3}/h. En este caso, en los canales 13 del conmutador 12 existe una circulación laminar. La relación entre la corriente volumétrica y la presión diferencial es todavía lineal. En el caso de elevación de los valores, aquí a través de la aplicación de la presión del aire de aclarar 8, la circulación en los canales 13 se transforma de laminar en turbulenta. La limpieza se realiza a una presión de aproximadamente 200 mbares, la circulación en los canales es turbulenta, la pérdida de presión allí está fuertemente elevada, de esta manera el conmutador 12 está prácticamente cerrado para una circulación.

En la figura 4, se representa la intensidad de la limpieza del nuevo procedimiento (círculos) en la posición respectiva de los cartuchos, es decir, más allá de la longitud de un cartucho, en comparación con un procedimiento convencional (cuadrados). Se requieren presiones de limpieza necesarias esencialmente más bajas en las posiciones respectivas, para obtener las presiones diferenciales necesarias para una limpieza efectiva.

Por lo tanto, el nuevo procedimiento proporciona una seguridad elevada frente a la penetración de polvo. La conducción del procedimiento a través del filtro de seguridad aplicado garantiza en cualquier instante y, por lo tanto, también en el caso de rotura del cartucho, el mantenimiento de los contenidos requeridos de polvo en el gas puro. Además, se posibilita una continuación segura del funcionamiento de los elementos de filtro no dañados. Los cartuchos de filtro 2, que están dispuestos en serie o en el mismo grupo, como un elemento dañado, pueden continuar siendo accionados con seguridad sin peligro de la entrada de polvo desde el lado de gas puro, con una intensidad de la limpieza inalterada alta. Como otra ventaja, no son necesarias ya tuberías especiales en la parte de alta temperatura del filtro. Los filtros de seguridad 6 necesarios se colocan fácilmente sobre el cartucho de filtro 2 existente, o son componente del mismo. El elemento de conmutación 12 se puede incorporar como parte rígida en el conducto de gas puro. De esta manera, toda la instalación de filtro se puede mantener más compacta. Para la limpieza solamente es necesaria en cada caso una sobrepresión constante entre 0,5 y 1 bar, independientemente de la presión del sistema. La ventaja es en este caso evidente a una presión alta del sistema. Durante el periodo de tiempo predominante del proceso de limpieza solamente llega gas caliente desde el espacio de gas puro de la unidad de filtro a los cartuchos de filtro 2. De esta manera no se produce ya una solicitación elevada de cambio térmico o de choque térmico de la cerámica del filtro. Por último, también los órganos de bloqueo 15 y 16 para el aire de aclarar 8 se pueden disponer a mayor distancia de la tapa 7, lo que es una ventaja considerable en condiciones de alta temperatura.

Lista de signos de referencia

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 1 \+ Carcasa de filtro\cr  2 \+ Elemento de filtro\cr  3 \+ Pared
de separación\cr  4 \+ Espacio de gas bruto\cr  5 \+ Espacio de gas
puro\cr  6 \+ Filtro de seguridad\cr  7 \+ Tapa\cr  8 \+ Aire de
aclarar\cr  9 \+ Conexión\cr  10 \+ Canal de salida de aire\cr  11
\+ Salida de aire\cr  12 \+ Elemento poroso, conmutador
hidrodinámico\cr  13 \+ Canales\cr  14 \+ Gas bruto\cr  15 \+
Válvula de limpieza\cr  16 \+ Trampilla\cr  17 \+ Capa de
polvo\cr}

Claims (13)

1. Procedimiento para la limpieza de elementos de filtro (2) de forma tubular, atacados por la corriente de gas bruto, con un filtro de seguridad (16) dispuesto en el espacio de gas puro (5), conectado aguas abajo de los elementos de filtro (2) en la dirección de la corriente, a través de aclarado desde atrás del elemento de filtro (2) desde el lado de gas puro, caracterizado porque la corriente de gas de aclarar, necesaria para el aclarado desde atrás, es conducida desde el espacio de gas puro (5) detrás del elemento de filtro (2), bajo el bloqueo del mismo hacia el lado de salida de aire (10) a través del filtro de seguridad (6) en o bien a través del cartucho de filtro (2).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque cuando se inicia un proceso de limpieza, inmediatamente antes de la apertura de la válvula de limpieza (15) de apertura rápida para la corriente de gas de aclarar, se abre en primer lugar una trampilla (16) dispuesta entre la válvula y el espacio de gas puro (5) y se cierre de nuevo después o simultáneamente con el cierre de la válvula.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la limpieza se realiza bajo presión del proceso con una presión de aclarado desde atrás, que es más elevada que la presión del proceso.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque el medio de aclarado desde atrás se introduce en forma de impulsos.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la limpieza se realiza con gas caliente.

6. Dispositivo para la realización del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, con al menos un elemento de filtro (2) de forma tubular, aguas abajo del cual en la dirección de la corriente, en el espacio de gas puro (5), está conectado un filtro de seguridad (6), donde el espacio de gas puro (5) presenta al menos un orificio de salida de aire (10), caracterizado porque el espacio de gas puro (5) presenta al menos un conducto de conexión (9) para el aire de aclarar (8) y porque en o junto al orificio de salida de aire (10) está dispuesto un conmutador hidrodinámico (12) sin partes móviles, cuyo paso, de forma alternativa, es liberado por la presión del proceso más baja, que se aplica en el mismo desde el espacio de gas puro, y es bloqueado por la presión más alta de aclarado desde atrás.

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque en el conducto de conexión (9) está dispuesta una válvula de limpieza (15) de apertura rápida y entre ésta y el espacio de gas puro caliente (5) está interconectada una trampilla adicional (16).

8. Dispositivo según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque el conmutador (12) está constituido por un cuerpo de panal de abejas con canales longitudinales continuos (13) con secciones transversales en el intervalo de pocos mm.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque el cuerpo de panal de abejas está constituido por cerámica, como por ejemplo SiC, Al_{2}O_{3}, cordierita o espinel.

10. Dispositivo según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque el conmutador (12) está constituido por materiales porosos como espumas, fibras metálicas, tejidos metálicos u otros materiales de fibras, cerámica de grano o metales sinterizados con un sistema de poros continuos con secciones transversales de pocos 100 \mum.

11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque los materiales porosos están constituidos por Si_{3}N{4}, ZrO_{2}, SiC, Al_{2}O_{3}, espinel o metales sinterizados.

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 6 a 11, caracterizado porque el filtro de seguridad (6) presenta una permeabilidad más elevada que el cartucho de filtro (2) y el conmutador hidrodinámico (12) presenta una permeabilidad más elevada que el filtro de seguridad (6).

13. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque la pérdida de presión, que determina la permeabilidad del conmutador (12), está en el intervalo de 30 a 250 Pa a una velocidad de la circulación de 2,5 cm/seg.