Brevet FR2229468A1 — publié le 19741213

La présente invention concerne un appareil de traitement d'une vapeur ou d'un gaz contenant un solide ou liquide très finement divisé, sous forme de particules, notamment en vue de son épuration. On sait que des pous sières fortement chargées électriquement dans un espace ionisé au moyen de fils ou de pointes portées à un potentiel élevé (décharge couronne) peuvent être collectées par attraction électrique sur des électrodes cylindriques ou planes au potentiel de la terre, selon le principe des dépoussièreurs électrostatiques de type connu. Ces appareils présentent un certain nombre d'incon vénients dont les plus importants sont les suivants 1) Pour une teneur importante de poussières de faible diamètre, la décharge couronne est étouffée et le rendement de l'appareil lié au courant de décharge diminue rapidement. 2) Quand le dépôt de particules solides de résistivité élevée sur des électrodes collectrices est important, le phénomène de contre-émission (ionisation inverse à la surface de la couche de poussières déposées et réentraînement dans le gaz de particules de charge opposée à celle de la couronne) fait chuter le rendement. On évite cet inconvénient en nettoyant les électrodes collectrices par frappage (d'où arrêt obligatoire des cellules concernées par cette opération)ou par ruisellement d'eau. On connaît également un autre procédé d'épuration qui consiste à pulvériser de l'eau dans une veine gazeuse chargée de poussières. Cette pulvérisation d'eau a la propriété de capter une partie des poussières, soit par effet de choc, soit par condensation de vapeur d'eau sur les particules quand certaines conditions de sursaturation locales sont réalisées. n s'agit ensuite de retenir le brouillard d'eau, soit par effet cyclone, soit sur des parois de choc. Ce procédé présente l'inconvénient être pratiquement inefficace pour retenir des poussi ères submicroniques. On connaît enfin un autre procédé d'épuration utilisant une pulvérisation d'eau sous champ électrique (brouillard de gouttes chargées électriquement) réalisé au sein d'une veine gazeuse chargée de poussières. On obtient de ce fait, une partie des avantages d'un dépoussiéreur électrostatique associés à ceux d'un laveur. Malheureusement les dispositifs proposés sont de réa lisation complexe car ils comportent des buses de pulvérisation mécanique régulièrement réparties à la surface des plaques collectrices sous tension, ou au potentiel de la terre, et nécessitent des consommations impor tantes de liquide propre n encrassant pas les gicleurs à ouverture nécessaire ment très fine.En outre, s'il est facile d'alimenter en liquide électriquement conducteur des buses de pulvérisation placées au potentiel de la terre. il est beaucoup plus compliqué d'alimenter des buses placées sur les électrodes à haute tension. La présente invention vise à pallier les inconvénients des procé dés et appareils d'épuration mentionnés ci-dessus en combinant les avantages de ces procédés et en renforçant l'efficacité de la séparation des particules solides en assurant sur le trajet de la veine gazeuse une remise en suspension par effet purement électrostatique d'un brouillard secondaire provenant de la sédimentation aux parois d'un brouillard primaire pulvérisé mécaniquement ou/et électriquement dans celle-ci. A cet effet, cet appareil de traitement d'une vapeur ou d'un gaz con tenant un solide ou un liquide très finement divisé sous forme de particules, notamment en vue de son épuration, comprenant une enceinte traversée par la veine gazeuse chargée de particules, et constituée d'u n caisson contenant un nombre impair de plaques verticales, les plaques de rangs impairs étant por tées à une haute tension électrique, positive ou négative, tandis que les plaques de rangs pairs ainsi que l'enceinte sont portées au potentiel de la terre, des moyens pour ioniser le gaz et pour charger électriquement avec la même polarité les particules du suspensoide gazeux, des moyens pour pulvériser mécaniquement dans l'espace soumis au champ électrique un brouillard primaire de gouttelettes de liquide, ponctuellement et périodiquement sur le trajet d'écoulement de la veine gazeuse,est caractérisé en ce que la veine gazeuse s'écoule horizontalement, d'une extrémité à l'autre de l'appareil, entre les plaques dont celles d'une même polarité porte des goulottes pour repulvériser électrostatiquement, en direction des plaques de polarité opposée, le ruissellement formé sur les premipres plaques. L'appareil d'épuration suivant l'invention offre l'avantage que l'eau introduite dans l'appareil est partiellement réutilisée plusieurs fois sous forme de brouillard très fortement chargé du même signe que l'électrode d'émission, produisant une augmentation locale du champ, d'une part au voisi nage de chaque gouttelette , d'autre part en avant du brouillard, favorable à une vitesse de drainage plus importante des particules à sédimenter en direc tion des parois collectrices. Cet effet se combine avec l'effet de lavage plu sieurs fois réitéré du suspensorde, caractérisé en ce que les particules dépoussiérées, qui ont une charge opposée à celle du brouillard dteau émis localement, sont captées par choc et attraction électrostatique, pour assurer un meilleur dépoussiérage que dans le cas du seul lavage sous champ électrique par le brouillard primaire.La combinaison de ces deux effets dans une même enceinte permet, à efficacité égale, de diminuer le temps de contact brouillard/particules, donc de diminuer le volume des installations. On décrira ci-après, à titre d'exemp,lenon limitatif, diverses formes d'exécution de la présente invention en référence aux dessins annexés sur lesquels les figures 1 et la sont des vues en coupes schématiques, respectivement verticale et horizontale, d'une partie d'un appareil illustrant les actions mécaniques et physiques s'exerçant sur les particules de poussières et les gouttelettes de liquide pulvérisé. la figure 2 est une vue en coupe verticale longitudinale d'une forme d'exécution d'un apparei 1 d'épuration suivant l'invention. la figure 3 est une vue en perspective et en coupe verticale de cette forme d'exécution schématique de l'appareil. les figures 4, 5 et 6 sont des vues en coupe horizontale schématique de variantes d'exécution de l'appareil. les figures 7 et 8 sont des vues en coupe de diverses formes d'exécution des bornes à haute tension. la figure 9 est une vue en élévation partielle d'une grille métallique pouvant être utilisée à la place des plaques. L'appareil d'épuration suivant l'invention représenté sur les figures 2 et 3 comporte une enceinte 1 de forme générale parallèlépipè- dique, à parois latérales verticales, à l'intérieur de laquelle sont logées plusieurs plaques verticales équidistantes, parallèles aux grandes faces verticales de l'enceinte 1 et alternativement au potentiel de la terre et au potentiel haute tension négatif. Dans la forme d'exécution de la figure 3, l'enceinte 1 contient cinq plaques verticales à savoir- des plaques de rangs impairs 3, 5, 7, relies en commun, à travers des bornes 2, au pôle négatif d'une source de haute tension 8 dont l'autre pôle est mis à la terre, et des plaques intermédiaires de rangs pairs 4, 6, portéesau potentiel de la terre, de même que l'enceinte 1. La paroi horizontale supérieure de l'appareil est fermée et porte, outre les bornes à haute tension 2, des pulvérisateurs 9 reliés à une source d'eau sous de pression. Ces pulvérisateurs 9 débouchent àl'intérieur l'enceinte l,à sa partie supérieu re, pour pulvériser respectivement des brouillards d'eau. La paroi infdrieure de l'enceinte 1 forme un collecteur 11 relié à des canalisations 12 pour l'évacuation de la boue. Dans la forme d'exécution représenteésur la figure2, le suspen soie gazeux circule horizontalement à travers l'enceinte 1 de l'appareil, de la gauche vers la droite et il pénètre dans cette enceinte par un divergent 13 en travers duquel s'étend une grille 14 à faible perte de charge pour répartir régulièrement le flux gazeux dans l'appareil d'épuratioji. Des pulvérisateurs additionnels 15 sont également prévus dans le divergent 13pour saturer d'eau la veine gazeuse à son entrée dans l'appareil. De l'autre côté de ce dernier, l'appareil est relié à une conduite de sortie de gaz épuré 16 , par l'intermé- diaire d'un convergent 17. Pour assurer un bon isolement des passage à haute tension, chaque borne isolante 2 peut être disposée de la façon représentée sur les figures 7 et 8. Cette borne est engagée partiellement dans un trou percé dans la paroi supérieure horizontale de l'enceinte 1, en étant distante du bord de ce trou De cette façon, un courant d'air frais allant de l'extérieur vers l'intérieur de l'appareil balaie la base de la borne isolante 2. Dans une réalisation plus compliquée illustrée sur la figure 8, la borne isolante haute tension 2 est creuse et éventoe llement chauffée à l'intérieur par un cordon chauffant de manière à éviter la condensation d'eau sur les surfaces interne et externe Dans une forme d'exécution non limitative de l'appareil qui vient d'être décrit, ce dernier comprend trois groupes de plaques , ces groupes étant disposés les uns après les autres dans le sens longitudinal. Chaque groupe comprend cinq plaques verticales parallèles de-1,50 m de large et de 3 m de haut. La distance entre les plaques est de 15 cm envirnn. Les plaques de rangs impairs 3, 5, 7 , qui sont portées à la haute tension négative, présentent verticalement une succession de goulottes 18 orientées vers le bas et de pointes 19 légèrement inclinées vers le haut et situées sous ces goulottes. L'extrémité de chaque pointe 19 est située immé au-dessous en forme de pointe diatement/de l'extrémité inférieure/de la goulotte 18 située au-dessus d'elle. Le fonctionnement de l'appareil d'épuration qui vient d' être décrit est le suivant : à leur entrée dans l'appareil, les particules de poussière a a (figure 1) , transportées par le gaz épuwr, peuvent être non chargées , ou chargées négativement ou positivement, ou en partie de chaque signe. Au cours de leur trajet dans lrappareil, elles tendent à se charger négativens't par suite de l'ionisation due aux goulottes 18 et éventuellement aux pointes 12. Les pulvérisateurs 9 situés à la partie supérieure de l'appareil, projettent mécaniquement, dans l'espace soumis au champ électrique,un brouil Iard primaire de goutte ettes liquides, et ce ponctuellement et périodiquement sur le trajet d'écoulement de la veine gazeuse. Ce brouillard primaire se condense sur les plaques négatives telles que 5 (figures 1 et 1S) et forme un ruissellement s'écoulant verticalement le long de cette plaque négative. Ce ruissellement est à son tour repulvérisé électrostatiquement par les goulottes 18 pour former un nuage secondaire de galttelettes b, chargées négativement. Le brouillard secondaire de gouttelettes b est attiré par la plaque 4 mise à la terre, jouant le rôle d'électrode positive, et il pousse devant lui les poussières négatives a qui se trouvent ainsi solli citées par un champ progressive ment croissant par l'effet d'écran du brouillard d'eau. La fraction des poussières qui sont restées positivement chargées est captée électriquement par l'effet du champ local des gouttelettes négatives b. Le brouillard de gouttelettes liquides b de charge négative qui est projeté électrostatiquement sur la paroi 4 et les particules de poussière a collectées forment u n ruissellement le long de cette paroi, ruissellement qui est évacué à la base de l'appareil par le collecteur 11. On donnera ci-dessous quelques résultats expérimentaux obtenus au moyen de l'appareil de la figure 2. 3 Une veine de débit 10 000 m /h correspondant à une vitesse de pas sage de 2 m/s dans l'appareil, empoussiérée par des concentrations variables, de 3 l'ordre de 10 g/m d'oxydes de fer de diamètre moyen inférieur à un micron, a été traitée avec un rendement de 96 % indépendant de la concentration. L'unité de dépoussiérage fonctionne sous la tension de 55 000 volts continu 3 avec un débit d'eau de 2 m /h, la température des gaz d'entrée étant de o 250 C. Sur la figure 4 est représentée une variante d'exécution de l'appareil dans laquelle l'enceinte 1 et les plaques verticales de rangs pairs 4, 6 sont toujours mises à la terre mais les autres plaques verticales intermediaires 3, 5, 7 de rangs impairs sont portées à une haute tension positive. Dans ce cas, les goulottes 18 sont portées par l'enceinte 1 et les plaques 4, 6 mises à la terre. Dans la variante d'exécution représentée sur la figure 5, les goulottes 18 sont portées par les parois de l'enceinte 1 et les plaques verticales 4, 6 mises à la terre, tandis que les pointes 19 se trouvent sur les autres plaques verticales intermédiaires 3, 5, 7 portées à la haute tension négative. Dans la variante d'exécution représentée sur la figure 6, la pulvérisation primaire est réalisée par des buses de pulvérisation pneumatique 9 réparties réguliérement et périodiquement sur les plaques 3, 5 , 7 portées à la haute tension positive ou négative, et éventuellement sur les autres plaques intermédiaires 4, 6 et sur 1 'enceinte 1 mise àla terre. La figure 9 illustre schématiquement et partiellement une forme de réalisation dans laquelle les plaques verticales continues sont remplacées par des grilles métalliques 21 dont les fils 22, orientés convenablement, peuvent alimenter les goulottes 18, ces dernières éant à cet effet disposées avantageusement en-dessous des points d'intersection des fils 22. Naturellement, des unités de dépoussièrage peuvent être constituées de sectinns successives faisant appel aux divers dispositifs décrits ci-dessus, le caractère commun de toutes ces réaHsations étant la repulvérisation du ruissellement formé sur les parois verticales, au moyen de goulottes distribuées sur les plaques, associées ou non à des moyens d'ionisation auxilEires par point6rs, telles que les pointes 19. REVENDICATIONS 1. Appareil de traitement d'une vapeur ou d'un gaz contenant un solide ou un liquide très finement divisé sous forme de particules, notamment en vue de son épuration, comprenant une enceinte traversée par la veine gazeuse chargée de particules, et constituée d'un caisson contenant un nombre impair de plaques verticales, les plaques de rangs impairs étant portées à une haute tension électrique, positive ou négative, tandis que les plaques de rangs pairs ainsi que l'enceinte snnt portées au potentiel de la terre, des moyens pour ioniser le gaz et pour charger électriquement avec la même polarité les particules du suspensoïde gazeux, des moyens pour pulvériser mécaniquement dans l'espace soumis au champ électrique un brouillard primaire de gouttelettes de liquide, ponctuellement et périodiquement sur le trajet d'écoulement de la veine gazeuse, caractérisé en ce que la veine gazeuse s'écoule horizontalement, d'une extrémité à l'autre de l'appareil, entre les plaques dont celles d'une même polarité porte des goulottes pour repulvériser électrostatiquement , en direction des plaques de polarité oppo sée , le ruissellement formé sur les premières plaques. 2. Appareil suivant la revendicationl caractérisé en ce que les goulottes 18 sont inclinées vers le bas et se terminent en forme de pointe. 3. Appareil suivant la revendication 2 caractérisé en ce qu'un e pointe d'ionisation i9 inclinée vers le haut , est disposée sous la goulotte de pulvérisation 18, l'extrémité de cette pointe étant voisine de l'extrémité infér ieure de la goulotte. 4. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 carac térisé en ce que les goulottes 18 sont portées par les plaques 3, 5, 7 à haute tension négative ou positive. 5. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les goulottes 18 sont portées par les plaques 4, 6 au potentiel de la terre et éventuellement par les parois de l'enceinte. 6. Appareil suivant la revendication 5 caractérisé en ce que les plaques à haute tension 3, 5, 7 portent des pointes d'ionisation. 7. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les plaques sont constituées par des grilles 21 et les goulottes 18 sont disposées aux points de croisement des fils 22.