Brevet FR2115410A1 — publié le 19720707

L'invention est relative à un appareillage électrique d'épuration de gaz d'échappement destiné à éliminer des gaz d'échappement, les substances contaminantes telles que des substances contenant des fines particules, et des substances contaminantes 5 gazeuses telles que SC^, SO^ etc. Les gaz d'échappement produits dans l'industrie minière et dans les usines de toutes sortes contiennent en général toujours des substances contaminantes sous forme de particules telles que des poussières, des fumées, des brouillards etc., et des subs-1D tances contaminantes gazeuses telles que SC>2, SO^, ^2 e*-c* Pour l'élimination de ces divers contaminants il faut utiliser un appareillage collecteur de poussières. Toutefois, dans le cas où les diamètres des fines particules sont inférieures à quelques microns}un système électrique collecteur convient particulière-15 ment bien à l'élimination de ces poussières. A cet effet on a proposé divers systèmes et, parmi eux, il existe un système consistant à laver les gaz d'échappement à l'aide d'une solution aqueuse d'un agent absorbant: cet agent a une action absorbante pour les substances contaminant le gaz, cette action consistant à 20 absorber après transformation des substances contaminantes gazeuses en substances facilement absorbables au moyen d'une catalyse appropriée. Ceci permet au matériau solide absorbant (par exemple un charbon activé) d'absorber les substances gazeuses contaminantes, ou, dans le cas où les systèmes ci-dessus sont difficiles 25 à mettre en oeuvre, permet aux matériaux liquides ou solides absorbants de le faire. Toutefois un système électrique collecteur de poussières, en tant que moyen destiné à éliminer des substances contaminantes telles que des particules, est limité dans son rendement par deux 30 difficultés, du fait que, dans le cas où les particules sont solides, il se pose un problème de redispersion des poussières ou des fumées une fois celles-ci collectées et, dans le cas où la résistance électrique des poussières est extrêmement élevée, il se pose le problème de l'ionisation inverse qui est produite p^ 35 l'effet rorona de l'électrode collectrice de poussière. En principe, il est impossible de résoudre ces deux problèmes sans avoir recours aux moyens électriques collecteurs de poussière dits du type par voie humide dans lesquels une pellicule d'eau est formée sur l'électrode collectrice de poussière pour éliminer par lava-40 ge les poussières ou les fumées déposées sur cette électrode 71 42320 2 2115410 collectrice. Toutefois, il convient de signaler les deux points suivants : d'une part, dans les collecteurs électriques de poussières 5 du type par voie humide antérieurs, il se produisait une grande quantité de boues constituées par un mélange d'eau et de poussières collectées et on se heurtait à de grandes difficultés pour l'évacuation de ces boues; l'usage de ces collecteurs s'est donc trouvé naturellement limité, 10 et d'autre part, le système d'élimination de substances contaminantes gazeuses décrit ci—dessus, dont les caractéristiques ont suivant les cas des avantages et des inconvénients et qui est d'un fonctionnement économique et sûr, ne s'est pas encore actuellement révélé parfait du point de vue technique. 15 L'invention a donc pour but de fournir des moyens pour ré soudre fondamentalement toutes ces difficultés et pour mettre à profit pratiquement la capacité collectrice extrêmement élevée d'un système électrique collecteur de poussières par voie humide pour éliminer les substances contaminantes même gazeuses, d'une 20 manière très économique et très efficace. Conformément à l'invention, on ajoute à l'eau utilisée pour la collection par voie humide des poussières, des matériaux absorbant les substances contaminantes gazeuses, ces matériaux étant sous forme de fines particules liquides ou solides. 25 L'appareillage électrique d'épuration des gaz d'échappement conforme à l'invention comporte un collecteur électrique de poussières par voie humide dans lequel une partie ou la totalité de la chambre collectrice de poussières est du type par voie humide. Conformément aux caractéristiques dudit appareil, les poussières 30 et les fumées sont collectées parfaitement avec un très haut rendement de collection de poussières sans aucune redispersion ni aucune production d'ionisation inverse. De plus, grâce à l'utilisation d'un liquide dans lequel un matériau absorbant (d'un genre absorbant bien les substances 35 contaminantes gazeuses)à l'état liquide ou à l'état solide finement dispersé, est dissous et dispersé, à la place de l'eau utilisée pour la collection électrique de poussières par voie humide, les substances telles que S02, NO2, HgS et les autres substances contaminantes gazeuses se trouvent efficacement absorbées et 40 éliminées en même temps dans la pellicule liquide située sur les 71 42320 3 2115410 électrodes collectrices de poussières : dans ce cas en général,les substances contaminantes gazeuses sont connues pour être absorbées avec un rendement remarquablement élevé dans la pellicule liquide absorbante de l'électrode collectrice de poussières, en 5 présence d'une décharge corona. De plus, encore, cet appareillage est caractérisé en ce que les boues contenant les fines particules de poussières produites dans la partie collectrice de poussières par voie humide, et les substances contaminantes gazeuses absorbées, sont, lorsqu' 10 elles sont compactes, ou après élimination du milieu liquide au moyen de bacs de décantation ou de filtres, parfaitement séchées par le gaz chaud traversant le collecteur électrique de poussières à l'intérieur de la chambre de dessication prévue à l'entrée du collecteur électrique de poussières ou sur le trajet allant 15 à la chambre collectrice de poussières, et sont ensuite évacuées. Grâce à ces moyens de procéder, en tirant le meilleur parti possible du haut rendement de collection de poussières et de fumées du collecteur électrique de poussières par voie humide et du haut rendement d'absorption pour les substances ccntaminan-20 tes gazeuses, les difficultés d'évacuation des boues se trouvent résolues très facilement et aussi très économiquement. Les matériaux suivants conviendront parfaitement comme exemple comme matériaux absorbants précités pour les substances contaminantes gazeuses : soude caustique (NaOH),carbonate de so-25 dium (00^32), sulfite de sodium ($0^32), hydroxyde de calcium (CaCOH^), ammoniac (NH^), amrroniaque (NH^OH), sulfite d'ammonium ( (NH^^SO^), oxyde de magnésium (MgO) et dioxyde de manganèse (Hn02), et d'une façon plus générale, les matériaux absorbants du groupe magnésium-manganèse (Mg (MnO) ). x y 30 Comme procédé de dessication, dans la chambre de dessi cation on dispose de plusieurs spécimens de dessication : un système par pulvérisation, permettant de sécher et de disperser instantanément les boues ou les concentrés de boues mettant en jeu des buses ou un disque tournant à l'intérieur d'un 35 gaz chaud et séchant instantanément, un système de dessication du type à projection vers le haut par un rateau, assurant une courte durée de séchage, dispersant mécaniquement par projection vers le haut par un rateau les boues ou les gâteaux de boues dans un gaz chaud,mettant en oeuvre 40 des ailettes mobiles tournant autour d'un axe horizontal à 1'in- 71 42320 4 2115410 térieur d'une chambre de dessication horizontale; un système de séchoir tournant séchant les boues ou les gâteaux de boues au moyen de gaz chaud en les faisant passer à travers une chambre de dessication constitué par un cylindre tour-5 nant incliné légèrement; ou un système de dessication mettant en oeuvre une grille à chaîne à l'intérieur de la chambre de dessication, en déposant les boues ou les gâteaux de boue sur cette grille a chaîne et en les faisant passer à travers un gaz chaud et n'importe quel autre 10 système de dessication possible. Dans tous ces cas, une partie des poussières ou des fumées contenues dans les gaz d'échappement est habituellement enlevée par fixation sur les boues contenues dans l'enceinte et sur les parois de l'enceinte, à l'intérieur de la chambre de des-15 sication. Dans ce cas,aux boues ou aux gâteaux de boues à sécher il faudrait ajouter des matériaux absorbant les substances contaminantes du gaz et, en utilisant le procédé de mise en contact avec les gaz d'échappement à l'intérieur de la chambre de dessication une partie des substances contaminantes du gaz se trouve 20 absorbée en premier lieu et éliminée. Par ces moyens, l'effet d'élimination composite peut être encore augmenté. Pour la concentration des boues on peut appliquer n'importe quel système approprié tel que la sédimentation naturelle, la sédimentation par agrégation consistant à ajouter un accélérateur de sédimentation 25 approprié, l'emploi d'un séparateur centrifuge, d'un filtre du type à disque tournant et d'autres systèmes de concentration artificielle mettant en jeu un autre concentrateur approprié, l'accélération de la concentration artificielle par addition d'agents d'agrégation appropriés etc., et dans tous ces cas l'eau séparée 30 peut être utilisée pour alimenter la circulation d'eau dans le collecteur électrique de poussières par voie humide. Pour la mise en application pratique de l'invention, la totalité de la chambre collectrice de poussière du collecteur électrique de poussières peut être réalisée selon le type par 35 voie humide, mais en général, il est judicieux de la réaliser ainsi uniquement à la sortie. La raison en est qu'après que la majeure partie des poussières ou des fumées ont été enlevées dans une chambre collectrice du type par voie sèche d'un étage ou d'un certain nombre d'étages située du côté de l'entrée, et qu'ainsi 40quelques pourcents de la totalité des particules sont entraînées 71 42320 5 2115410 dans l'air et collectées dans la chambre collectrice de poussières par voie humide située du côté de la sortie, la quantité de boues produites se trouve fortement diminuée. Par conséquent la diminution de contenu du concentrateur et du dessicateur de 5 boues, l'économie de matériaux absorbant les substances contaminantes gazeuses et l'absorption de substances contaminantes gazeuses à l'intérieur du collecteur de poussières par voie humide ayant pour objet le gaz déjà purifié, provoquent,d'une façon marquée, un effet important tel que l'augmentation du rendement 10 d'absorption etc. Le nouvel appareillage électrique d'épuration de gaz d'échappement conforme à l'invention, lorsqu'il comporte à son entrée une chambre de dessication mentionnée ci-dessus, collecte entièrement les poussières séchées dispersées à partir du dispo-15 sitif de dessication et le gaz, à l'entrée, est humidifié fortement au cours de la dessication des boues et en même temps refroidi. Même dans le cas où la chambre collectrice de poussières n'est du type par voie humide que du côté de la sortie, la résistance électrique est encore diminuée fortement et ainsi l'ionisation 20 inverse à l'intérieur de la chambre collectrice par voie sèche disparaît presque complètement provoquant ainsi un effet d'augmentation importante du rendement de collection des poussières. Les poussières dispersées hors de la cheminée sont constituées par les fines poussières ou les fumées difficiles à collecter et, 25 dans ce cas, lorsque le gaz à forte teneur en humidité est refroidi rapidement quand il arrive à la chambre collectrice de poussières par voie humide située du côté de la sortie, l'eau qu'il contient se condense sur ces fines particules servant de noyaux de condensation et se charge de brouillard à gouttelettes 30 de grandes dimensions (environ 200 microns). Par conséquent quelle que soit la finesse des particules de poussières, elles sont,en fait, déjà parfaitement captées et éliminées dans cette partie. Conformément à ces avantages importants, le nouvel appareillage électrique d'épuration de gaz d'échappement conforme 35 à l'invention peut être considéré comme ayant une supériorité qui fait date, en comparaison de tous les systèmes de la technique antérieure. La chambre électrique collectrice de poussières par voie humide conforme à l'invention peut être réalisée selon le 40 système de collection électrique de poussières, dit à deux étages, 71 42320 6 2115410 dans lequel la partie de chargement et la partie collectrice sont séparées et dont la partie collectrice de poussières est réalisée avec des électrodes planes parallèles, plutôt que selon le système de collection électrique de poussières, dit à un étage, dans 5 lequel entre les électrodes planes parallèles ou entre les électrodes cylindriques verticales, mises à la terre, sont disposées des électrodes de décharge parallèles aux précédentes. Dans ce dernier cas, on peut encore utiliser en outre comme électrode collectrice de poussières une feuilte métallique flexible d'une 10 épaisseur de 0,1 à 0,8 mm, en particulier une feuille d'acier inoxydable, sous une tension appropriée. Pour alléger la charge de poussières déposée sur le collecteur électrique de poussières, il est possible de prévoir, en combinaison, un appareillage mécanique supplémentaire approprié de collection de poussières, tel 15 qu'un collecteur de poussières multicyclone, un collecteur de poussières cyclone, un collecteur de poussières à persiennes, etc., disposé du côté de l'entrée. Lorsqu'on craint que le gaz de sortie dans la chambre collectrice de poussières par voie humide perde de son pouvoir ascendant si sa température est inférieure 20 et qu'après s'être échappé de la cheminée le gaz revienne au niveau du sol, il y a des cas où les soupapes de réglage de la durée du passage dans la partie par voie humide devraient être fermées lorsque la température à la sortie devient bien inférieure à la valeur fournissant un pouvoir ascendant suffisant du gaz, par 2 5 exemple bien inférieure à 80°C et des cas où il serait souhaitable de réchauffer ce gaz par combustion des gaz de sortie dans le foyer ou par échange thermique avec les gaz d'entrée. L'invention est expliquée plus en détail à l'aide d'exemples illustratifs mais nullement limitatifs de réalisation, en 30 se référant aux dessins annexés dans lesquels : -la figure 1 est une vue latérale d'un appareillage électrique d'épuration de gaz d'échappement conforme à l'invention et -la figure 2 est une vue latérale d'un autre mode de réali sation de l'invention. 35 La figure 1 représente un exemple de réalisation de l'invention dans lequel seule la chambre collectrice de poussière disposée du côté de la sortie du collecteur électrique de poussières est du type par voie humide, des matériaux absorbants appropriés, à l'état liquide ou sous forme de fines particules 40 solides, étant ajoutées à l'eau utilisée dans cette chambre et 71 42320 7 2115410 après concentration des boues produites, au moyen d'un séparateur centrifuge continu, les matériaux précités absorbant les substances contaminantes gazeuses sont ensuite ajoutés, les matériaux en résultant étant séchés par pulvérisation dans la tour de dessica-5 tion. On a désigné par 1 un collecteur électrique de poussière comportant trois chambres collectrices de poussières disposées à la suite suivant la direction d'écoulement du gaz, par 2 et 3 respectivement la chambre collectrice de poussières du premier et du second étage, et par 4 la chambre collectrice de poussières 10 par voie humide du troisième étage. On a désigné respectivement par 5 et 6 les électrodes collectrices de poussières et- les électrodes de décharge de chaque chambre. On a désigné par 7 un groupe de buses, montées à l'intérieur de la chambre collectrice par voie humide 4, qui servent à pulvériser le matériau absorbant 15 approprié, pour les substances contaminantes gazeuses, à l'état liquide ou sous forme de fines particules solides, dissous et dispersé dans l'eau, ce qui forme une pellicule liquide sur l'électrode collectrice de poussière 5. Les poussières ou les fumées collectées sur cette électro-20 de par l'action électrique de collection des poussières et les substances contaminantes gazeuses absorbées et collectées sont entraînées vers le bas dans une trémie 8 sous forme de boues, qui sont amenées dans le réservoir 10 à travers le tube 9. On a désigné par H un séparateur centrifuge au moyen duquel les 2 5 boues, envoyées dans le séparateur à travers le tube 12 raccordé au réservoir 10, sont concentrées : les boues ainsi concentrées sont envoyées à la partie supérieure de la tour de dessication 15, prévue à l'entrée du collecteur électrique de poussières 1, à travers le tube 13 par la pompe 14 et sont pulvérisées par les 30 buses 16 dans les gaz d'échappement entrant dans la tour. On a désigné par 17 un tube d'évacuation prévu au milieu du tube 13 pour les matériaux absorbants appropriés des substances contaminantes gazeuses, à l'état liquide ou sous forme de fines particules solides. D'autre part, l'eau séparée dans le 35 séparateur 11 est introduite dans le réservoir 19 à travers le tube 18 et est mélangée avec de la nouvelle eau amenée par le tube 20 et avec des matériaux absorbants appropriés pour les substances contaminantes gazeuses, à l'état liquide ou sous forme de fines particules, amenés par le tube 21, ce mélange étant 40 ensuite refoulé par la pompe 22 et pulvérisé par le groupe de 71 42320 8 2115410 buses 7 prévues à l'intérieur de la chambre collectrice de poussières par voie humide 4, par l'intermédiaire du tube 23. Sur la figure on a représenté le cas de deux buses à fluide où les buses 16 pulvérisent les boues sous l'action d'air conprimé ou de va-5 peur d'eau à haute pression amené par le tube 24 à l'intérieur de la tour de dessication et d'absorption 15. Toutefois on peut utiliser n'importe quel type de buses susceptibles de pulvériser des boues. On a désigné par 25 mti entrée de gaz dans la tour 10 de dessication et d'absorption 15, par 26 une entrée de gaz dans la chambre collectrice de poussières par voie sèche 2 du premier étage; les fines particules de boues 27, contenant le matériau absorbant approprié pour les substances contaminantes gazeuses, pulvérisées à l'intérieur de la tour par les buses 16, bien que 15 flottant dans le gaz d'échappement, sont séchées tout en absorbant rapidement une partie des substances contaminantes gazeuses contenues dans les gaz d'échappement du fait de leur grande surface spécifique et tombent et s'accumulent à l'intérieur de la trémie inférieure 28 de la tour, une partie de ces particules 20 s'échappant de l'entrée 26 en direction de la chambre collectrice de poussière par voie sèche 2 du premier étage. On a désigné par 29 et 30 un mécanisme de martèlement destiné à empêcher que des poussières s'accumulent et s'incrustent respectivement sur les parois intérieures de la tour de 25 dessication et d'absorption 15, et les parois extérieures des buses 16. On a désigné par 31 et 32 respectivement les trémies collectrices de poussières prévues dans la chambre collectrice de poussières par voie sèche des premier et second étages, par 30 33 le convoyeur destiné à transporter vers l'extérieur les poussières accumulées dans les trémies 28, 31 et 32, par 34 le conduit de sortie du collecteur électrique de poussières ^ et par 35 la cheminée destinée à l'évacuation dans l'atmosphère ambiante de l'air épuré. 35 La figure 2 illustre un nouveau procédé conforme à l'invention, dans lequel c'est uniquement la chambre collectrice de poussières située à la sortie du collecteur électrique de poussières qui est du type par voie humide; on utilise des matériaux absorbants appropriés pour les substances contaminantes 40 gazeuses, à l'état liquide ou sous forme de fines particules so X 71 42320 9 2115410 lides, dissous ou dispersés dans l'eau. Les boues produites sont amenées à s'agréger grossièrement par addition d'agents d'agrégation appropriés et aussi de matériaux absorbants appropriés pour les substances contaminantes gazeuses, à l'état liquide ou sous 5 forme de fines particules; celles-ci après avoir manifesté leur capacité aussi bien d'absorption du gaz contaminé que d'agrégation grossière, sont transformées en gâteaux par filtrage efficace à travers un filtre à disques. Ces gâteaux sont séchés par un séchoir à râteaux, comportant des ailettes mobiles disposées 10 sur un axe horizontal, et disposé à l'entrée du collecteur de poussières, pendant qu'au cours de ces processus une partie des substances contaminantes à l'état gazeux contenues dans le gaz d'échappement est amenée à être absorbée dans ces gâteaux. La figure montre un tel mode de réalisation dans le-15 quel les références numériques 1 à 10, 12 et 31 à 35 représentent à peu près les mêmes pièces que sur la figure 1. On a désigné par 36 un filtre à disques au moyen duquel les boues envoyées à travers les tubes 12 et 38 sont filtrées et séparées en eau et en gâteaux. On a désigné par 39 un tube injecteur destiné 20 à ajouter l'agent coagulant approprié et les matériaux absorbants appropriés pour les substances contaminantes gazeuses, mentionnés ci-dessus, aux boues contenues dans le réservoir 10.Le gâteau ainsi séparé est amené par le toboggan 40 au séchoir à râteau 41 prévu à l'entrée du gaz dans le collecteur électrique de 25 poussières. Le séchoir 41 comporte des moyens agitateurs, tels qu'un axe horizontal 4-3 tournant librement et portant des ailettes 42; par ces moyens d'agitation, le gâteau contenant un matériau absorbant approprié pour les substances contaminantes gazeuses envoyées dans celui-ci est séparé de manière à être en contact 30 en permanence avec le gaz d'échappement à haute température traversant l'entrée, provoquant un séchage rapide; au cours de ce processus le gâteau est amené en même temps à absorber et à collecter une partie des substances gazeuses contaminantes contenues dans le ^az d'échappement à haute température. Le gâteau une fois 35 £ éché tombe de la sortie 44 dans la trémie 31 de la chambre collectrice de poussière par voie sèche du premier étage. L'eau ainsi séparée est envoyée par la pompe 47 au réservoir 48 à travers les tubes 45,46 et en cet emplacement est mélangée avec de la nouvelle eau amenée par le tube 49 et Tin matériau absorbant 40 nouveau et approprié pour les substances contaminantes gazeuses; 71 42320 10 2115410 le mélange est ensuite refoulé par la pompe 51 et pulvérisé par le groupe de buses 7 à l'intérieur de la chambre collectrice de poussières à travers le tube 52. Dans ce cas, selon les circonstances, si un agent d'activation superficiel approprié, destiné 5 à ajuster en outre la tension superficielle de l'eau et à améliorer l'humidité des poussières ou des fumées à collecter, est ajouté, on peut obtenir une amélioration importante de l'effet de collection des poussières ou des fumées à l'intérieur de la chambre collectrice de poussières par voie humide. 10 Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 71 42320 n 2115410 REYENDICATIGHS 1. Appareillage électrique d'épuration de gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il comporte des buses pour pulvériser de l'eau dans laquel sont dissous et dispersés des matériaux appropriés 5 absorbant les substances contaminantes gazeuses, une partie pour l'accumulation des boues, des moyens de dessication des boues disposées sur le passage de gaz à haute température contenant des poussières, une partie d'évacuation des matériaux absorbant les substances contaminantes disposées sur le passage d'amenée d'eau 10 aux buses précitées, des moyens de transport des boues reliant la partie pour l'accumulation des boues et les moyens de dessication des boues. 2. Appareillage électrique d'épuration de gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il comporte des buses pour pulvériser de l'eau 15 dans laquelle sont dissous et dispersés des matériaux appropriés absorbant les substances contaminantes gazeuses, une partie pour l'accumulation des boues, des moyens de dessication des boues disposées sur le passage du gaz à haute température contenant des poussières, une partie d'évacuation des matériaux absorbant 20 les substances contaminantes gazeuses disposée sur le passage d'amenée de l'eau aux buses précitées, des moyens de transport des boues reliant la partie pour l'accumulation des boues et les moyens de dessication des boues, et une partie d'écoulement pour ajouter aux boues un matériau approprié absorbant les substances 25 contaminantes gazeuses. 3. Appareillage électrique d'épuration des gaz d'échappement, selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens de séparation de l'humidité des boues sont prévus sur le trajet des moyens de transport des boues. 30 4. Appareillage électrique d'épuration des gaz d'échappement, selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens de transport d'eau sont prévus qui relient les moyens séparateurs d'eau des boues et les buses de pulvérisation d'eau. 5. Appareillage électrique d'épuration des gaz d'échappement se-35 Ion la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu une partie d'écoulement pour ajouter un agent d'activation superficielle approprié pour ajuster la tension superficielle ou accélérer la coagulation et la précipitation sur le trajet d'une ou des deux arrivées d'eau aux buses de pulvérisation et sur le trajet 40 de transport des boues.