Brevet FR2125364A1 — publié le 19720929

La présente invention concerne un dispositif pour une installation de traitement d'un milieu gazeux par des particules, à l'état solide ou liquide, dans une enceinte fermée, de préférence de refroidissement de fumées ou vapeurs chaudes chargées de poussières, par vaporisation directe d'eau, ladite installation comportant une tour verticale qui est munie d'un conduit d'alimentation débouchant dans un orifice d'admission pour délivrer ledit milieu gazeux à- là partie supérieure de la tour et un conduit de drainage ou d'évacuation pour éliminer le milieu traité à la partie inférieure de la tour, cette installation étant munie, de préférence au fond de la tour, de moyens d'évacuation pour les particules qui ont été séparées pendant le traitement. Dans de nombreux procédés utilisant des moyens effectuant une précipitation électrostatique tels que des séparateurs de poussières, il est nécessaire de refroidir les gaz par vaporisation directe avec de l'eau avant qu'ils s#i#menésauxmoyens effectuant une précipitation électrostatique. la vaporisation est réalisée dans des enceintes ou chambres fermées ayant la forme des tours dites de conditionnement, qui souvent sont très volumineuses, car la totalité de l'eau injectée dans la tour de conditionnement doit avoir été évaporée avant que les gaz ne quittent la tour. les dimensions de la tour dépendent de la distribution des gaz dans ladite tour. On a constaté dans de nombreux cas que les gaz traversant la tour forment des veines d'écoulement distinctes.Dans de tels cas la hauteur de la tour doit être réglée pour la veine qui la traverse le plus rapidement car le temps de vaporisation est sensiblement indépendant de la vitesse des gaz. Dans de nombreux cas cependant il n'est pas possible d'utiliser la totalité de l'aire transversale de la tour. Un facteur de grande importance est également la distribution de l'eau. Lorsqu ' une quantité trop grande d'eau est injectée dans une veine concetrée, constituant une petite partie de l'écoulement des gaz, la saturation est obtenue uniquement dans cette veine et la partie restante de l'eau n'est pas vaporisée totalement. On a constaté que ceci entrain un transfert d'eau non vaporisée à l'organe de précipitation électrostatique qui suit, ce qui implique le risque que les poussières collent ensemble et compromettent la fonction et le rendement des moyens de précipitation électrostatiques. les installations du type précité sont jugées, d'un point de vue technico-économique, en fonction d'un facteur de rendement qui est défini par la formule 100 formule dans laquelle 100 -e, t est le degré de séparatinn . Cette formule permet de comprendre combien il est important de prévoir des conditions prérequises telles que le degré de séparation soit proche de 100%. La présente invention a pour but d'effectuer une bonne distribution des gaz dans la totalité de l'aire transversale de la tour ainsi qu'une distribution parfaite de l'eau dans les gaz et par conséquent de réduire au minimum les exigences de latour en ce qui concerne ses dimensions. Ceci entraîne un avantage économique considérable. Dans un mode de réalisation connu de tours de conditionnement classiques, qui en pratique ont souvent une hauteuÇde 20 mètres et davantage, les gaz sont délivrés par un conduit d'alimentation débouchant dans un cône d'admission prévu au-dessus de la section transversale de la tour.On donne au cône un angle au sommet relativement important afin qu'il ne soit pas trop haut. le cône d'admission diffère de ce fait, par sa forme, sensiblement de celui du diffuseur naturel dont on a constaté qu'il donne naissance à une distribution instable des gaz dans des tours connues,#de telle sorte qu'il passe, le long des parois latérales de la tour, une veine concentrée de gaz. I1 y iwans de telles tours un grand risque d'une distribution instable des gaz car ces veines concentrées, peuvent, pour une raison mineure, changer soudainement leur position, en même temps que dans d'autres parties de la section transversale de la tour s'effectue un écoulement en retour des gaz qui perturbe la fonction de ladite tour.Afin de pallier cet inconvénient, les tours de conditionnement de cette construction précitée simple et peu coûteuse doivent souvent etre surdimensionnées de façon substantielle,ce qui est désavantageux pour l'économie globale de 11 installation. Dans un autre mode de réalisation connu de tours de conditionnement,les fumées ou analogues sont introduites par un conduit d'alimentation se terminant dans un diffuseur d'admission qui s'étend dans la totalité de la section transversale de la tour.Dans ce diffuseur sont montées plusieurs barres de guidage en forme d'éléments minces recourbés angulairement disposés perpendiculairement à la direction d'écoulement et espacées relativement les unes aux autres, ces barres de guidage étant disposées diagonalement vers le haut dans l'admission du diffuseur à partir du bord frontal inférieur de celui-ci#jusqu'au bord supérieur postérieur dudit diffuseur afin de distribuer, de façon uniforme, les gaz entrant dans la totalité de la section transversale de la tour de conditionnement. Au dessous de ce système de barres de guidage il est prévu une pluralité de tuyères cru analogues pour délivrer l'eau de refroidissement. Ce montage a cependant l'inconvénient que la vitesse des gaz est réduite considérablement dans le diffuseur d'admission. les gaz perdent de ce fait leur vitesse de transfert pour les poussières qu'ils transportent de sorte que les poussières précipitent déjà sur le fend du conduit d'alimentation du diffuseur et amènent graduellement un changement appréciable de la configuration de l'écoulement. Ce mode de réalisation présuppose par conséquent des arrets occasionnels de l'installation et des nettoyages réguliers du diffuseur d'admission. Un problème correspondant de précipitation des poussières prend naissance également entre les différents éléments du système à barres de guidage Dans ce mode de réalisation connu les barres de guidage doivent être munies d'un dispositif secoueur d'un type quelconque. le diamètre des tours de ce mode de réalisation connu est souvent de 8 à 10 mètres pour les quantités de gaz considérées ici. En conséquence, les tubulures munies des tuyères susmentionnées pour l'injection d'eau doivent avoir une longueur de 3 à 4 mètres. les tuyères doivent toujours avoir une forme convenable et ne délivrer invariablement que de petites gouttes,car autrement le processus de vaporisation serait altéré.On a constaté qu'il était nécessaire cependant d'inspecter régulièrement les tuyères une fois par jour ou au moins une fois par semaine. les tuyères à longue tubulure sont très peu commodes en-particulier lorsque les opérations d'entn*ien doivent être réalisées souvent à partir d'une plate-forme entourant la partie supérieure de la tour et adjacente à la tour qui a souvent une hauteur supérieure à 20 30 mètres. La présente invention concerne une configuration prBiqleet et efficace, nouvelle et améliorée de conditionnement des tours qui ne présente pas lesdésavantages susmentionnés. La construction selon la présente invention est caractérisée en ce que l'orifice d'admission pour l'introduction du milieu gazeux à la partie supérieure de la tour comporte une pluralité de tubulures séparées distribuées de façon uniforme dans la section transversale de la tour et se terminant, de préférence, dans une partie en forme de diffuseur, la majorité desditestubulures étant munie de tuyères pour délivrer lesdites particules et effectuer une distribution uniforme du milieu gazeux délivré et un traitement complet par les particules délivrées immédiatement lors de l'introduction du milieu dans la partie supérieure de la tour. Un mode de réalisation commode de la construction selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'étranglement ou analogues dans la majorité desdites tubulures ou dans toutes ces tubulures pour régler, séparément la quantité du milieu gazeux passant dans chaque tubulure. Un mode de réalisation préfentiel est caractérisé en ce qu'il comporte une chambre d'égalisation commune pour le milieu gazeux, montée entre le conduit d'alimentation et lesdites tubulures. Selon un mode de réalisation commode la majorité desdites tubulures ou toutes ces tubulures peuvent être conformées comme des tubes de venturi avec une partie conique, une partie cylindrique et une partie y faisant suite allant en s'élargissant de façon conique dans la direction d'écoulement des gaz, cette dernière partie ouvrant à la partie supérieure de la tour. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Dans les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple - la figure 1 montre la partie supérieure d'un mode/de réalisation du dispositif selon l'invention vu en coupe; - la figure 2 montre le dispositif correspondant vu de-dessus dans la direction de la flèche II-II; - la figure 3 montre une coupe de la partie supérieure d'un autre mode de réalisation muni d'une chambre d'égalisation et d'une pluralité de tubulures pour délivrer le milieu gazeux à fa tour; - la figure 4 montre le mode de réalisation correspondant vu de-dessus dans la direction de la flèche IV-IV de la figure 3; - la figure 5 montre un mode de réalisation identique à celui de la figure 5 mais avec des tubulures hexagonales; - la figure 6 montre le mode de réalisation correspondant vu de-dessus dans la direction de la flèche VI-VI de la figure 5;; - la figure 7 montre la coupe de la partie supérieure d'un mode de réalisation du dispositif avec des tubulures de distribution en forme de venturi; - la figure 8 montre cet arrangement vu de-dessus selon la direction de la flèche Vil-Vil de la figure 7. Dans les figures le chiffre de référence 1 est utilisé pour désigner eo B civerent la partie supérieure de l'installation de traitement munie d'un dispositif selon la présente invention et la référence 2 est utilisée pour désigner la direction d'écoulement du milieu gazeux délivré et devant être traité par des particules en phase solide ou liquide. # La référence 3 désigne la partie supérieure d'une chambre fermée. La chambre est'ici supposée tre une tour de conditionnement verticale pour refroidir un milieu gazeux chaud chargé de poussières, ceci constituant un domaine de traitement d'air très important dans l'industrie.Le gaz, après refroidissement, est délivré à un dispositif de précipitation électrostatique pour être finalement débarrassé électriquement despoussères et autres particules étrangères. La référence 4 désigne un conduit d'alimentation pour le milieu gazeux. Dans le mode de réalisation selon les figures 1 et 2, le conduit d'alimentation est relié à la partie supérieure de la tour et est distribué uniformément autour du centre. le conduit d'alimentation des modes de réalisation selon les figures 3, 4 et 5, 6 et 7, 8, débouche tangentiellement. Dans ce mode de réalisation le gaz prend un mouvement ntatif et en même temps sa direction est ramenée vers le bas de façon naturelle. les références 5, 6 et 7 désignent des tubulures pour diviser le milieu gazeux délivré, ces tubulures étant munies de tuyères à l'extrémité de courtes tubulures d'alimentation de liquide prévues pour projeter des particules d'eau atomiséesaussi régulièrement que possible dans la section transversale de chaque tubulure.Dans la majorité des tubulures ou dans toutes ces tubulures sont montés des moyens d'étranglement, indiqués schématiquement en 10/,afin d'assurer que le gaz est distribué uniformément dans la section transversale de la partie supérieure de la tour 3. Il en résulte que l'on peut régler de façon simple l'écoulement de telle façon que toutes les tubulures reçoivent très exactement la même quantité de gaz. La quantité de gaz peut être mesurée d'une façon simple car les tubulures 5,6 et 7 ont de petites dimensions et que la vitesse des gaz est élevée. Des mesures effectuées avec des modèles à l'échelle ont montré que la distribution des gaz dans la tour est très bonne. La référence 8 désigne une partie en forme de diffuseur des tubulures 5,6 et 7.En raison des faibles dimensions des diffuseurs, les tubulures des tuyères sont courtes et faciles à manipuler pour le montage et l'entretien. La référence 9 désigne les tuyères pour les particules. Dans le mode de réalisation représenté, les tuyères sont d'un modèle connu en soit pour l'atomisation de l'eau. Dans les figures 3,5 et 7 le chiffre de référence 11 désigne une chambre d'égalisation pour le milieu gazeux. La figure 7 montre un mode de réalisation avantageux dans lequel les tubulures sont des tubulures de venturi avec une partie conique 13, une partie cylindrique 14, constituant un étranglement pour les gaz, et une-partie allant en s'élargissant de façon conique 15. L'invention a été décrite ci-dessus en référence à des tours de conditionnement rondes et avec sept veines séparées distribuées uniformément. les mêmes#avantages sont obtenus également avec des tours carrées avec de préférence -neuf veines d'écoulement remplissant l'aire transversale de la tour. L'invention, bien qu'elle ait été décrite ci-dessus en se référant à des tours de conditionnement représentées sur les figures avec vaporisation complète de l'eau, est applicable également à des épurateurs et tours de refroidissement ou analogues dans lesquels les gaz et les particules doivent être mélangés aussi uniformément que possible. Bien entendu, l'invention ntest nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cire des revendicaions qui suivent. -REVENflICA#I0NS- 1.- Installation pour le traitement d'un milieu gazeux par des particules en phase solide ou en phase liquide dans une enceinte fermée, de préférence pour le refroidissement de fuméeschaudoechargées de poussières par vaporisation directe d'eau, du type comportant une tour verticale munie d'un conduit d'alimentation débouchant dans un orifice d'admission pour l'amenée du milieu gazeux à la partie supérieure de la tour et d'un conduit d'évacuation pour ltenlèvemeff dumilieu traité à la partie intérieure de la tour, cette dernière étant munie, à son fond, de moyens d'évacuation pour les particules séparées pendant le traitement, ladite installation étant caractérisée en ce que l'orifice d'admission pour l'amenée du milieu gazeux (2) à la partie supérieure de la tour(3) comporte une pluralité de tubulures séparées (5, 6, 7, 12) réparties unformément dans las ection transversalesse labour, fonctionnant en parallèle et se terminant,de préférence, dans une partie en forme de diffuseur (8), la majorité desdites tubulures étant munie de tuyères (9) pour délivrer directement lesdites particules dans les tubulures précitées,de façon à effectuer une distribution uniforme du milieu gazeux (2) délivré aux différentes parties de la section transversale de la tour et obtenir un traitement complet, par lesdites tubulures (9),des particules délivrées immédiatement lors de l'introduction du milieu gazeux à la partie supérieure de la tour. 2.- Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la majorité ou la totalité des tubulures précitées (5,6,7,12) comportent des moyens d'étranglement (10) pour régler séparément la quantité de milieu gazeux (2) délivrée par chaque tubulure. 3.- Installation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte une chambre d'égalisation commune (îî) pour le milieu gazeux, cette chambre étant montée entre le conduit d'alimentation (4) et la majorité ou la totalité des tubulures précitées (5,6,7,12). 4.- Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la majorité ou la totalité des tubulures (5,6,7,12) sont constituées par des tubulures de venturi (12) comportant une partie conique (13),une partie cylindrique (14) et une partie ultérieure allant en s'élargissant de façon conique (15), cette dernière partie débouchant à la partie supérieure de la tour (3).