Brevet FR2217054A1 — publié le 19740906

L'invention est relative aux dispositifs et aux procédés pour capter des particules solides et/ou liquides, microniques (c'est-à-dire dont la dimension est de l'ordre du micron) ou submicroniques (c'est-a-dire dont la dimension est de l'ordre du dixième de micron ou mme inférieure), et qui sont en suspension dans un gaz. L'invention s'applique plus particulièrement, parce que c'est dans ce cas que son application semble devoir présenter le plus d'intért, mais non exclusivement, parmi ces dispositifs et ces procédés, à ceux pour capter les particules submicroniques constituant, en suspension dans de l'air, des fumées, notamment des fumées provenant de divers moyens de traitement mis en oeuvre en métallurgie. On a déjà proposé, pour réaliser de tels dispositifs et pour mettre en oeuvre de tels procédés, d'avoir recours à une captation de particules microniques ou submicroniques par des gouttelettes de liquide pulvérisé dans un écoulement rapide de gaz contenant en suspension les susdites particules. La présente invention a pour but de perfectionner les dispositifs et procédés de ce type, en augmentant l'énergie d'impact entre les gouttelettes de liquide et les particules à capter. Un objet de l'invention est donc un dispositif et un procédé qui permettent une efficacité de captation accrue par rapport aux dispositifs et procédés connus jusqu'à ce jour. Un autre objet de l'invention est un dispositif et un procédé qui soient de conception simple et de réalisation facile. Un autre objet encore de l'invention est un dispositif et un procédé qui évitent les risques de colmatage par le liquide recyclé. Le dispositif conforme à l'invention comporte des moyens de pulvérisation pour pulvériser dans le gaz contenant en suspension les particules microniques ou submicroniques des gouttelettes de liquide formant un nuage, et il est caractérisé par le fait qu'il comporte en outre : des moyens de guidage pour créer et accélérer, avec ça gaz contenant en suspension les susdites particules et le susdit nuage, au moins deux écoulements de directions opposées, une zone d'interaction où ces deux écoulements se rencontrent et pénètrent l'un dans l'autre, les particules microniques ou submicroniques étant alors captées par le nuage de gouttelettes de liquide, des moyens d'évacuation agencés pour extraire le gaz de cette zone d'interaction, et des moyens de séparation agencés pour obtenir une sé- paration entre le gaz et les susdites gouttelettes de liquide ayant capté les susdites particules microniques ou submicroniques dans la zone d'interaction. Le procédé conforme à l'invention consiste à pulvériser dans le gaz contenant en suspension les particules microniques ou submicroniques des gouttelettes de liquide formant un nuage, et il est caractérisé par le fait, qu'on crée et qu'on accélère, avec ce gaz contenant en suspension les susdites particules et le susdit nuage, au moins deux écoulements de directions opposées de manière à obtenir, d la rencontre de ces deux écoulements, une zone d'interaction où il se produit des vitesses relatives élevées entre les particules microniques ou submicroniques et les gouttelettes de liquide, les susdites particules étant alors captées par les susdites gouttelettes, qu'on évacue le gaz résultant de la rencontre des deux écoulements dans la susdite zone d'interaction, et qu'on opère une séparation entre le gaz et les susdites gouttelettes de liquide ayant capté les susdites particules microniques ou submicroniques dans la zone d'interaction. L'invention consiste, mises à part les dispositions dont question ci-dessus, en certaines autres dispositions qui s'uti- lisent de préférence en mme temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après. L'invention pourra, de toute façon, tre bien comprise à l'aide du complément de description qui suit ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont relatifs à des modes de réalisation préférés de l'invention et ne comportent bien entendu aucun caractère limitatif. La figure 1, de ces dessins, est une coupe d'un dispositif établi conformément à un premier mode de réalisation de l'in- vention. La figure 2 est une vue perspective avec arrachement montrant l'ensemble du dispositif illustré sur la figure 1. La figure 3 est une vue perspective montrant un dispositif établi conformément à un deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 4 est une vue perspective montrant un dispositif établi conformément à un troisième mode de réalisation de l'in- vention. La figure 5 est une coupe schématique montrant un dispositif établi conformément à un quatrième mode de réalisation de l'invention. Et la figure 6, enfin, est une coupe schématique montrant un dispositif établi conformément à un cinquième mode de réali- sation de l'invention. Sur les figures 1 a 6, on a montré un dispositif pour capter des particules microniques ou submicroniques en suspension dans un gaz, tellesque des particules submicroniques en suspension dans de l'air et constituant des fumées. Ce dispositif comporte des moyens de pulvérisation 1 pour pulvériser dans ces fumées des gouttelettes d'un liquide, généralement constitué par de l'eau, ces gouttelettes formant un nuage. Conformément à l'invention, le dispositif comporte en outre, des moyens de guidage 2 pour créer et accélérer, avec ces fumées-contenant leurs particules submicroniques et le nuage de gouttelettes d'eau, au moins deux écoulements E de directions opposées, une zone d'interaction Z (plus particulièrement visible sur les figures 1,5 et 6) où ces deux écoulements E se rencontrent et pénètrent l'un dans l'autre, les particules submicroniques étant alors captées par le nuage de gouttelettes d'eau, des moyens d'évacuation 3 agencés pour extraire l'air débarassé de partie au moins de ces particules submicroniques, de cette zone d'interaction Z, et des moyens de séparation 4 agencés pour obtenir une séparation entre l'air et les gouttelettes de liquide ayant capté les parties submicroniques dans ia zone d'interaction Z. On conçoit alors qu'en raison de leur inertie les gouttelettes d'eau d'un écoulement pénètrent dans l'écoulement opposé et présentent alors une grande vitesse relative par rapport aux particules submicroniques à capter. Sur la figure 1 on a montré en trait fin les trajectoires d'une gouttelette d'eau dans les deux écoulements. On va maintenant décrire un premier mode de réalisation de l'invention, illustré sur les figures 1 et 2. Les moyens de pulvérisation 1 sont constitués par des injecteurs 10 disposés perpendiculairement obliquement ou parallèlement par rapport à l'écoulement des fumées, ces in ec- teurs 10 étant alimentés par de l'eau sous faible pression grâce à un conduit 11, des moyens de vannage, tels que des robinets 12, pouvant tre prévus pour régler le débit d'eau dans chaque injecteur 10. Les moyens de guidage 2 sont alors constitués par deux conduits 13 disposés coaxialement en face l'un de l'autre et présentant chacun une entrée 13a convergente, dans laquelle se trouve disposé 1'injecteur 10, et une partie cylindrique 13b s'étendant en aval de l'injecteur 10. La zone d'interaction Z (en grisé sur la figure 1) intéresse les extrémités des deux parties cylindriques 13b et remonte meme dans chacune de ces deux parties cylindriques. Les moyens d'évacuation 3 sont constitués par un diffuseur annulaire 14 délimité par deux parois 15 se raccordant respectivement aux deux conduits 13. Avantageusement, ce diffuseur annulaire 14 comporte des aubes 16. Les moyens de séparation 4 peuvent alors tre constitués par un séparateur centrifuge 17 entourant le diffuseur annulaire 14 et présentant une forme cylindrique, un ou plusieurs conduits d'aspiration 18 partant de ce séparateur centrifuge 17 pour aboutir à des moyens de pompage (non représentés). Les gouttelettes d'eau sont centrifugées, elles se déposent sur la paroi intérieure du séparateur centrifuge 177et elles se rassemblent à la partie inférieure 17a dudit séparateur, d'où elles sont évacuées par un canal 19 aboutissant à une pompe basse pression 20 (figure 2). On va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation de l'invention, illustré sur la figure 3. Les moyens de pulvérisation 1 sont constitués par des injecteurs 21 disposés perpendiculairement obliquement ou parallèlement par rapport à l'écoulement des fumées, ces injecteurs 21 étant alimentés par de l'eau sous faible pression grâce à des moyens d'alimentation (non représentés). Les moyens de guidage 2 sont alors constitués par une pluralité de conduits 22 disposes deux par deux coaxialement en face l'un de l'autre, et répartis régulièrement en ce qui concerne leur écart angulaire ; chaque conduit 22 présente une entrée 22a convergente, dans laquelle se trouve disposé l'injec- teur 21, et une partie cylindrique 22b s'étendant en aval de l'injecteur 21. La zone d'interaction Z est constituée par une chambre cylindrique 23, dans laquelle débouchent les parties cylindriques 22b de chaque conduit 22. Les moyens d'évacuation 3 sont constitués par un diffuseur convergent-divergent 24 dont la partie convergente 24a se raccorde à la chambre cylindrique 23. Les moyens de séparation 4 peuvent alors tre constitues par un séparateur centrifuge 25 raccordé à la partie divergente 24b du diffuseur 24 ; un conduit d'aspiration 26 part de ce sépa- rateur centrifuge 25 pour aboutir à des moyens de pompage (non représentés). Les gouttelettes d'eau recueillies sur les parois du séparateur centrifuge 25 sont évacuées par un ou plusieurs canaux 27. On va maintenant décrire un troisième mode de réalisation de l'invention, illustré sur la figure 4. Les moyens de pulvérisation 1 sont constitués par une pluralité d'injecteurs 28 disposés perpendiculairement obliquement ou parallèlement par rapport à l'écoulement des fumées et répartis, de préférence régulièrement, sur une circonférence ; ces injecteurs 28 sont alimentés par de l'eau sous faible pression grâce à un conduit d'alimentation 29. Les moyens de guidage 2 sont alors constitués par un espace 30 délimité par deux parois circulaires en regard l'une de l'autre 31 et 32, la forme de ces deux parois 31 et 32 étant telle que le susdit espace 30 présente une partie extérieure convergente 30a, dans laquelle se trouvent disposés les injecteurs 28, et une partie intérieure divergente 30b ; la divergence des parois 31 et 32 au niveau de cette partie intérieure divergente 30b est telle que la vitesse de l'écoulement dans cette partie intérieure divergente 30b est à peu près constante. Il convient de signaler que les moyens de pulvérisation pourraient tre réalisés comme indiqué plus loin à propos du mode de réalisation illustré sur la figure 6. La zone d'interaction Z se trouve donc au centre de l'es- pace 30. Les moyens d'évacuation 3 sont constitués par un diffuseur convergent-divergent 33, dont la partie convergente 33a se raccorde à la partie centrale de l'une des deux parois délimitant'espace 30, par exemple à la partie centrale de la paroi 31. Les moyens de séparation 4 peuvent alors tre constitués par un séparateur centrifuge 34 raccordé à la partie divergente 33b du diffuseur 33 ; un conduit d'aspiration 35 part de ce séparateur centrifuge 34 pour aboutir à des moyens de pompage (non représentés). Les gouttelettes d'eau recueillies sur les parois du séparateur centrifuge 34 sont évacuées par un ou plusieurs canaux 36. On va maintenant décrire un quatrième mode de réalisation, illustré sur la figure 5. Les moyens de pulvérisation 1 sont constitués par la surface libre d'une réserve d'eau 37. Les moyens de guidage sont alors constitués par deux conduits 38 disposés en face l'un de l'autre et présentant chacun une entrée 38a convergente et une partie à section constante 38b ; ces deux conduits 38 présentent avantageusement une section rectangulaire et sont délimités par une paroi inférieure 39 et une paroi supérieure 40, l'entrée 38a convergente étant agencée de façon que la partie de la paroi inférieure 39 qui la délimite s'étende au moins en partie en dessous du niveau de la réserve d'eau. La zone d'interaction Z (en grisé sur la figure 5) intéresse les extrémités des deux parties à section constante 38b et remonte mme dans chacune de ces deux parties à section constante. Les moyens d'évacuation 3 sont constitués par un diffuseur convergent-divergent 41, de section rectangulaire, dont la partie convergente 41a se raccorde à la paroi supérieure 40. Les moyens de séparation 4 peuvent alors tre constitués par deux séparateurs centrifuges 42 disposés de part et d'autre du diffuseur 41 et se raccordant à la partie divergente 41a dudit diffuseur ; deux conduits d'aspiration 43 partent respectivement de ces deux séparateurs centrifuges 42 pour aboutir à des moyens de pompage (non représentés). Les gouttelettes d'eau recueillies sur les parois de ces deux séparateurs centrifuges 42 sont évacuées par deux canaux 44. On va maintenant décrire un cinquième mode de réalisation de l'invention, illustré sur la figure 6. Les moyens de pulvérisation 1 sont constitués par un dispositif à ruissellement 45 alimente en eau par un ou plusieurs conduits 46 munis à leur extrémité d'une tte d'aspersion 47. La zone située autour de la ou des ttes d'aspersion et dans laquelle il se produit une pulvérisation d'eau constitue une chambre de saturation du gaz ou des fumées. Les moyens de guidage 2 sont alors constitués par un espace 48 délimité par deux parois circulaires 49 et 50 disposées horizontalement ; la forme de ces deux parois 49 et 50 est telle que le susdit espace 48 présente une partie extérieure convergente 48a et une partie intérieure divergente 48b ; la divergence des parois 49 et 50 au niveau de cette partie intérieure divergente 48b est telle que la vitesse de l'écoulement dans cette partie intérieure divergente 48b est à peu près constante. La paroi circulaire supérieure 50 constitue avantageusement le fond du dispositif à ruissellement 45 qui se trouve donc constitué par les bords relevés de cette paroi supérieure 50 ; ces bords relevés présentent des encoches 51 régulièrement réparties sur sa périphérie et par lesquelles l'eau ruisselle dans la partie extérieure convergente 48a de l'espace 48. Ce dispositif à ruissellement 45 pourrait tre remplacé ou complété par une rampe circulaire d'injecteurs disposés comme indiqué à propos du mode de réalisation illustré sur la figure 4. Avantageusement, cet espace 48 est muni de séparations radiales 52 formées chacune en deux parties, à savoir la partie 53 solidaire de la paroi inférieure 49 et la partie 54 solidaire de la paroi supérieure 50.- Ces deux parties présentent une zone de recouvrement, de sorte qu'il est possible de faire varier l'écartement entre les deux parois circulaires 49 et 50 ; à cet effet, la paroi supérieure 50 est solidaire d'une tige de commande axiale 55 qui, sous l'action de moyens de commande (non représentés) peut se déplacer verticalement et provoquer ainsi un rapprochement ou un éloignement de la paroi supérieure 50 par rapport à la paroi inférieure 49. Cette disposition permet d'assurer une vitesse constante dans la zone d'accélération des gouttelettes d'eau lorsque le débit du gaz ou des fumées doit varier dans la paroi du circuit située en amont du dispositif, et de ce fait d'obte- nir une efficacité de captation constante ou sensiblement constante. La zone d'interaction Z (en grisé sur la figure 6) se trouve donc au centre de l'espace 48. Les moyens d'évacuation 3 sont constitués par un diffuseur convergent-divergent 56, s'étendant vers le bas, dont la partie convergente 56a se raccorde à la partie centrale de la paroi inférieure 49. Les moyens de séparation 4 peuvent alors tre constitues par un séparateur centrifuge 57 raccordé à la partie divergente 56b du diffuseur 56 ; ce séparateur centrifuge 57 comporte une ouverture supérieure 58 munie d'aubes radiales 59 et une ouverture inférieure 60 aboutissant à une réserve de liquide 61 ; il est entouré par un carter 62 dans lequel débouche un conduit d'aspiration 63 relié à des moyens de pompage (non représentés). Les gouttelettes d'eau recueillies sur les parois du séparateur centrifuge 57 et sur les parois du carter 62 tombent par gravité dans la réserve d'eau 61. Finalement et quel que soit le mode de réalisation adopté, le dispositif conforme à l'invention présente un certain nombre d'avantages, parmi lesquels on peut citer ceux résumés par les points suivants : -l'énergie d'impact entre les gouttelettes de liquide et les particules à capter est plus élevée que dans les dispositifs classiques à venturi, et il est alors possible d'obtenir une efficacité de captation plus élevée que dans les dispositifs classiques ; -le dispositif présente une conception simple et permet une réalisation facile ; -les risques de colmatage par le liquide recyclé sont évités ou tout au moins réduits dans de notables proportions. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour capter des particules microniques ou submicroniques en suspension dans un gaz, comportant des moyens de pulvérisation pour pulvériser dans ce gaz des gouttelettes de liquide formant un nuage, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre : des moyens de guidage pour créer et accélérer, avec ce gaz contenant en suspension les susdites particules et le susdit nuage, au moins deux écoulements de directions opposées, une zone d'interaction où ces deux écoulements se rencontrent et pénètrent l'un dans l'autre, les particules microniques ou submicroniques étant alors captées par le nuage de gouttelettes de liquide, des moyens d'évacuation agencés pour extraire le gaz de cette zone d'interaction, et des moyens de séparation agencés pour obtenir une séparation entre le gaz et les susdites gouttelettes de liquide ayant capté les susdites particules microniques ou submicroniques dans la zone d'interaction. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de pulvérisation sont constitués par des injecteurs disposés perpendiculairement, obliquement ou parallèlement par rapport à l'écoulement de gaz contenant en suspension les particules microniques ou submicroniques. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de pulvérisation sont constitués par la surface libre d'une réserve de liquide qui est balayée par le gaz contenant en suspension les particules microniques ou submicroniques. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de pulvérisation sont constitués par un dispositif à ruissellement à partir duquel le liquide ruisselle dans l'écoulement de gaz contenant en suspension les particules microniques ou submicroniques. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les moyens de guidage sont constitués par deux conduits disposés coaxialement en face l'un de l'autre. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les moyens de guidage sont constitués par une pluralité de conduits disposés deux par deux coaxialement en face l'un de l'autre. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les moyens de guidage sont constitués par un espace délimité par deux parois en regard l'une de l'autre. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que des moyens sont prévus pour régler la distance séparant les deux susdites parois. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les moyens d'évacuation sont constitués par un diffuseur annulaire. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les moyens d'évacuation sont constitués par au moins un diffuseur convergent-divergent. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que les moyens de séparation sont constitués par un séparateur centrifuge. 12. Procédé pour capter des particules microniques ou submicroniques en suspension dans un gaz, ce procédé consistant à pulvériser dans ce gaz des gouttelettes de liquide formant un nuage, ce procédé étant caractérisé par le fait, qu'on crée et qu'on accélère, avec ce gaz contenant en suspension les susdites particules et le susdit nuage, au moins deux écoulements de directions opposées de manière à obtenir, à la rencontre de ces deux écoulements, une zone d'interaction où il se produit des vitesses relatives élevées entre les particules m croniques ou submicroniques et les gouttelettes de li- quide, les susdites particules étant alors captées par les susdites gouttelettes, qu'on évacue le gaz résultant de la rencontre des deux écoulements dans la susdite zone d'interaction, et qu'on opère une séparation entre le gaz et les susdites gouttelettes de liquide ayant capté les susdites particules microniques ou submicroniques dans la zone d'interaction.