Brevet FR2101249A1 — publié le 19720331

La présente invention concerne de manière générale les dispositifs collecteurs destinés au retrait de la poussière, des fumées et d'autres matières polluantes solides et liquides d'un courant gazeux. Plus précisément, elle concerne un nouveau précipitateur électrostatique d'un tel dispositif collecteur. L'écologie dans son ensemble intéresse de nombreuses personnes. I1 existe de nombreux dispositifs pour retirer la pous- sière, les fumées et d'autres matières polluantes solides et liquides d'un courant d'air. Ces dispositifs, appelés collecteurs, sont des précipitateurs mécaniques et électrostatiques , des laveurs humides ou des filtres à tissu . lie dispositif du présent mémoire appartient à la classe des précipitateurs électrostatiques. lie type le plus courant de précipitateur industriel est celui du type "Cottrell" dont le mécanisme d'enlèvement des particules implique l'utilisation d'une effluve positive et parfois négative dans ltespace laissé au passage du gaz sec. Les particules chargées dans cet espace sont attirées par des plaques collectrices à potentiel nul où elles se déposent et d'ou on ssetire. On prévoit normalement ce type de précipitateur pour retirer des particules dont la dimension est comprise entre 0,1 et 10 microns et dont la résistivité est comprise entre 106 et 1010 ohm/cm. On a essayé de réaliser diverses variantes pour accroître le rendement de recueil. Par exemple, le brevet des Etats Unis d'bmérique 1ff 1 958 406 décrit un tel dispositif et il note qutil est souhaitable de réaliser une fine pulvérisation de gouttelettes de petit diamètre. L'appareil décrit comprend un conducteur ou une électrode annulaire placé près d'une buse d'évacuation de fluide. On appelle couramment ce conducteur une plaque d'extraction. Son rôle est de donner une vitesse élevée aux gouttelettes éjectées sous pression par la buse. lies brevets des Etats Unis d'Amérique N02 357 354 et 2 357 755 représentent d'autres exemples de dispositifs de la technique antérieure. Comme les dispositifs classiques de ce type, ils comprennent une plaque d'extraction qui induit la charge des gouttelettes. Selon une autre caractéristique, le fluide est pulvérisé sous pression par les buses et forme des gouttelettes relativement grosses. L'utilisation d'une plaque d'extraction pour donner une vitesse élevée aux gouttelettes implique qu'il est nécessaire d'utiliser des gouttelettes à énergie élevée donc i grand diamètre, pour les faire passer dans l'espace laissé à la circulatioz des gaz. Le fait que le liquide parvient sous pression contribue aussi à limiter la réduction de la dimension des gouttelettes. Ces dispositifs de la technique antérieure , qui compren que nent une plaque d'extraction, ont aussi comme vitesse des gouttelettes diminue lorsqu'elles passent dans le gaz, après introduction à grande vitesse. Cette variation de la vitesse de balayage a tendance à faire varier les qualités de nettoyage d'une zone à l'autre. L'invention concerne un précipitateur électrostatique qui ne présente pas les inconvénients cités de la technique antérieure. lis pression d'alimentation du fluide ne joue pas de rtle notable pour la formation des gouttelettes. Il forme des gouttelettes chargées électrostatiquement sans comprendre de plaque d'extraction. Ces caractéristiques optimales sont obtenues par saturation de l'espace laissé à la circulation des gaz par de minuscules gouttelettes de liquide très chargées, dont la dimension est de préférence comprise entre 0,1 et 50 microns. lie présent mémoire décrit un dispositif optimal permettant de respecter ces conditions. L'invention concerne plus précisément un procédé et un appareil de formation de gouttelettes d'un fluide chargées électro dans un stafiiquerzel, qui peuvent etre utiles/précipitateur électrostatique. Selon le procédé, on introduit du fluide par une buse à une pression qui est insuffisante pour provoquer la formation d'une pulvérisation, et on l'appelle pression minimale dans le présent mémoire. Ensuite, on applique une différence de potentiel élevée entre le bout de la buse et une plaque de recueil mise à la masse ou de signe opposé et éloignée de la buse. lie champ électrostatique qui existe entre la buse et la plaque retire les gouttelettes de la buse sous forme d'une pulvérisation très fine comprenant de minuscules gouttelettes fluides extrèmement chargées attirées par la plaque collectrice. L'appareil comprend au moins une buse et de préférence un réseau ou plusieurs buses analogues à des épingles creuses ou des dispositifs à orifices analogues, qui se trouvent dans le trajet du gaz à nettoyer. Une électrode collectrice peut comprendre une pie de la paroi du conduit qui guide le gaz vers les buses. On alimente les buses en fluide tel que de l'eau peton applique une différence de potentiel élevée entre les buses et la plaque collectrice. Cette disposition assure la formation d'un champ électrostatique qui attire les gouttelettes des buses vers la plaque collectrice. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre , faite en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une coupe schématique d'un exemple de pré- cipitateur électrostatique réalisé selon l'invention; - la figure 2 est une coupe d'une partie de buse de la figure 1; - la figure 7 est une perspective partielle d'une variante de buse comportant un orifice en forme de fente selon l'invention;et - la figure 4 est une coupe d'une partie d'une autre buse d'évacuation, qui comporte un orifice annulaire selon l'invention. On se réfère maintenant à la figure 1 qui représente un exemple de précipitateur électrostatique selon l'invention. Un conduit convenable 10 dtentrée amène les gaz d'un point éloigné à la zone de précipitation. lies flèches 11 indiquent le sens d'écoulement des gaz. l'appareil doit retirer des particules solides et liquides et certaines vapeurs nocives transportées par le gaz. Il comprend une plaque collectrice 12 qui est dans cet exemple le conduit 10 d'éntrée et a la-meme configuration et la même surface que celui-ci. lies gaz circulant le long de la plaque 12 peuvent outre évacués directement dans l'atmosphère ou conduits en un point éloigné par le conduit 13 de sortie. Un tube 16 de répartition de liquide porte un réseau de buses 17a - 17é . Ce tube 16 est isolé électriquement de la plaque 12par'deux'blocs isolants 18, 19-qui assurent aussi le montage du tube en travers du conduit ou du courant de gaz, en maintenant les buses dans une direction choisie , dans le sens opposé à celui du courant de gaz tel que représenté sur la figure 1. Evidemment, on peut orienter les buses de manière que leur axe soit perpendiculaire au courant. Comme le montre la'figure 1, le précipitateur comprend de plus une source de tension 20 associée aux buses 17a - 17e. Dans cet exemple, les buses ainsi que le tube 16 sont des organes conducteurs de l'électricité et la source de tension est directement reliée au tube. lie dispositif décrit sert d'ensemble de précipitation qu'on peut incorporer à un sttème précipitateur. Celuici doit comprendre de plus une réserve/de fluide communiquant avec le tube 16 par une tuyauterie 22. Lors du fonctionnement , un liquide de lavage, par exemple de l'eau, parvient de la réserve 21 par le tube 22 et le tube 16 à chacune des buses 17a - 17e . Le fluide parvient aux buses à une pression suffisante pour surpasser les forces de viscosité dans le passage destiné au fluide seulement. Dans ces conditions, le liquide ne subit pas d'éjection hors des buses sous la pression du fluide. Une certaine quantité de liquide peut s'échapper des buses sans autre influence, sans que l'on sorte du cadre de l'invention, pourvu qu'il ne se forme pas de pulvérisation de gouttelettes liquides. La formation et la pulvérisation des gouttelettes des proviennent/ forces électrostatiques seules. L'alimentation en liquide dans ces conditions s'effectue à la pression dite minimale. Lors du fonctionnement du précipitateur, on applique une tension élevée entre les buses 17a - 17e et la plaque collectrice 12. Celle-ci peut hêtre mise à la masse en 23. Lorsqu'on applique une telle différence de potentiel, il se crée un champ électrostatique intense autour des bouts des buses et le fluide qui se trouve dans la busse charge. Le fluide chargé qui se;trouve aux extrémités des buses subit l'action d'une force électrostatique intense due au champ éLectrostatique qui règne au bout des buses. Cette force a tendance à aspirer le fluide hors de la buse. Lorsque le fluide sort, la force principale qui agit pour maintenir ce fluide sous forme d'un courant continu est sa tension superficielle. La force électrostatique est bien plus importante que les forces de tension superficielle . La différence provoque la rupture du fluide en petites gouttelettes. Celles-ci sont très chargées et -ont une petite dimension , du fait du mécanisme de leur formation. Grtce à ceci, les gouttelettee ont un rapport charge sur masse très élevé et subissent une accélération très importante du fait du champ électrique régnant entre'les buses et 1a plaque collectrice. La-force d'accélération qui s'exerce sur les gouttelettes provoque leur passage dans le courantgazeux vers la plaque collectrice à vitesse élevée. Lorsqu'on choisit le précipitateur deg nvention pour une application particulière, il est souhaitable de prévoir la disposition d'un champ électrostatique au niveau des aiguilles qui soit proche de la tension d'effluve du gaz. On pense qu'un gradient de tension au niveau des aiguilles d'évacuation de ltor- dre de 15.000 à 30.000 volts par centimètre suffit pour la plupart des gaz. il est aussi évident qùe la plaque 12 doit dépasser en anont des buses pour créer des orces qui agissent de manière a re tirér le timide de nettoyage des buses. La plaque collectrice peut aussi se trouver en aval aes buses de manière a attirer les gouttelettes transportées par le courant gazeux. lies gouttelettes qui se déplacent peuvent rencontrer des matières particulaires et les heurter dans le courant gazeux, en les retirant vers la plaque collectrice. Gråce à la réalisation de petites gouttelettes très chargées et à grande vitesse, la probabilité de collision avec les particules est bien plus élevée que celle de gouttelettes de grande dimension se déplaçant à la mEme vitesse ou plus lentement. D'autre part, les gouttelettes chargées peuvent simplement donner une charge analogue aux particules du courant d'air à proximité des gouttelettes, et les particules chargées sont attirées par la plaque collectrice. lies gouttelettes de liquide retirent aussi certaines vapeurs, par exemple N02, NO, 502 et NH3, du courant gazeux et les retiennent soit sous forme de solution, soit sous forme de combinaison chimique. Ta vitesse- d'absorption des vapeurs par les gouttelettes est importante du fait de la petite dimension de celles-ci qui assure un rapport surface sur volume très élevé, et gracie à l'attraction électrostatique entre les gouttelettes chargées et les vapeurs On peut faire arriver les gouttelettes sur la plaque collectrice avec un débit qui provoque le recouvrement de la plaque par le liquide pulvérisé. Dans ces conditions, le liquide peut s'écouler à la surface de la plaque collectrice par gravité et on le recueille à l'extérieur du précipitateur en vue de l'évacuer. il est souhaitable d'éviter l'accumulation--des matières retirées dans le précipitateur, car elles pourraient être entratnées dans le courant gazeux et être évacuées avec lui, ou lorsque la matière recueiliie a une résistivité électrique élevée lorsque sa présence sur la plaque collectrice peut modifier le champ électrostatique dans le précipitateur. il est nécessaire de retirer de manière continue le liquide pulvérisé de la plaque collectrice pour qu'il conserve les vapeurs nocives adsorbées. Comme les gouttelettes sont petites , ont une charge élevée et se déplacent à des vitesses importantes, leur temps de résidence dans le courant gazeux est faible . Ceci réduit la quantité de vapeur due aux gouttelettes qui peut se mélanger au courant gazeux. Ainsi, celui-ci ne devient pas saturé en liquide de nettoyage. On se réfère maintenant à la figure 2 qui représente une partie d'une des buses 17a de la figure 1. On pense qu'il est important que les buses aient une paroi relativement fine å leur bout 23. On peut obtenir ceci en utilisant des buses an forme d'aiguille creuse , du type des aiguilles hypodermiques qui ont des parois très fines. Dans une variante, on peut effiler la paroi de la buse de manière à former un bout à bord aigu tel que représenté sur la figure 2. La figure 3 représente une buse allongée ayant un orifice en forme de fente portant la référence 24. L'extrémité d'évacuation de la buse peut être effilée de manière analogue pour former un orifice à bord aigu où se forme un champ électrique intense. Les buses peuvent aussi être annulaires et avoir des orifices tel que représenté en coupe sur la figure 4. La référence 26 désigne le passage annulaire et la référence 27 la paroi externe effilée. La paroi interne dépasse de préférence le bord externe du passage. Avec cette disposition, le liquide forme une gaine à partir de laquelle sont extraites les gouttelettes. On essaie avec succès un précipitateur selon l'invention qui comprend un réseau de six buses d'évacuation dont le diamètre interne est de 0,38 millimètres, le diamètre externe de 0,69 millimètres; il est placé dans un conduit ayant une section de 103 centimètres carrés. On introduit de l'eau distillée à une pression de 5 millibars et l'on maintient une différence de potentiel de 15.000 volts. Dans cas conditions, chaque buse a un ddbit dtenviron 0,3 gramme par minute. On observe la formation de particules ou gouttelettes de fiuide extre me ment fines dont la dimension est de l'ordre de 50 microns ou moins. Gråce-à la-mise en oeuvre de l'invention, on peut réaliser des gouttelettes très petites et très chargées grtes au champ électrique intense qui règne au voisinage de l'électrode formée par le bout de la buse d'évacuation. On obtient des petites gouttelettes très chargées qui atteignent dans un champ électrostatique une vitesse supérieure à celle des gouttelattes plus grosses qui sont moins chargées. La probabilité de collision entre les gouttelettes et les particules portées par le gaz pollué augmente lorsqu'augmente la vitesse des gouttelettes et diminue leur dimension. De plus, une gouttelette ayant une charge importante émet une effluve lorsqu'elle perd une partie de sa masse par évaporation.L'effluve émise aide à charger les particules à retirer, car la plaque collectrice les attire. Un précipitateur selon l'invention permet de traiter du gaz à vitesse nettement supérieure-et dans une zone nettement plus courte que dans le cas d'un précipitateur classique, ce qui permet une réduction considérable des dimensions du précipitateur. Lorsque le liquide de lavage est de l'eau, il améliore les caractéristiques de charge des matières à faible conductivité, et on peut facilement recueillir de telles particules. L'invention convient particulièrement bien pour retirer les-particules dont la dimension est de l'ordre du micron et celles qui ont une résistivité élevée,-ces-deux-types de-particules étant très difficiles à retirer-lorsqu'on met en oeuvre les techniques classiques de précipitation. il est bien entendu que l'invention n ' éte-décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on-pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Dispositif destiné à former des gouttelettes chargées, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une buse conductrice de l'électricité etwdestinée à l'évacuation d'un fluide qu'elle reçoit, et une plaque collectrice placée à proximité de la buse de manière qu'un champ électrique appliqué entre la buse et la plaque chassa des gouttelettes de fluide de la buse. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une source de tension associée à la buse et à la plaque et destiné à appliquer une différence de potentiel entre elles. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la différence de potentiel appliquée assure la formation au niveau de la buse d'un gradient de potentiel équivalent à la tension d'effluve. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une réserve de fluide associée à la bus destinée à fournir du fluide à celle-ci à une pression minimale. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque collectrice comprend une surface sensiblement plane placée parallèlement à l'axe d'évacuation de fluide de la buse. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque collectrice a une configuration pratiquement tubulaire dont l'axe est sensiblement parallèle à l'axe d'évacuation de la buse, et en ce que la buse se trouve sur le trajet de passage délimité par ladite plaque tubulaire. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la buse se termine par un bord aigu. 8. Dispositif selon la revendication 1, fonctionnant comme précipitateur électrostatique et destiné à retirer des particules d'un gaz, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs buses conductrices de l'électricité destinées à l'évacuation d'un fluide qu'elles reçoivent, la plaque collectrice se trouve à proximité des buses de manière qu'une différence de potentiel appliquée entre les buses et la plaque provoque l'éjection de gouttelettea par les buses, les gouttelettes ayant une charge électrique induite par les buses, et un conduit d'entrée associé aux buses et destiné diriger sur elles le gaz portant les particules. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un conduit de sortie associé aux buses et destiné à conduire le gaz loin des buses 10. Procédé de formation de gouttelettes chargées, caractérisé en ce qu'on introduit du fluide à une pression minimale dans une buse d'évacuation et on applique une différence de potentiel élevée entre la buse et une plaque collectrice de manière à introduire une charge dans le fluide de la buse et à chasser simultanément une série de gouttelettes ayant une charge électrique, de manière que la plaque collectrice attire les gouttelettes.