Brevet FR2329353A1 — publié le 19770527

La présente invention concerne le domaine de la précipitation électrostatique de particules dispersées dans de forts champs électriques et notamment les installations de précipitation lectrostati- que utilisées pour capter les poussières de gaz lors de leur épuration pour le dépit des particules chargées lors de la peinture élec- trostatique pour le dépôt de matières pulvérulentesf etc. Ces dernières années, les exigences concernant la protection de l'atmosphère contre la pollution sont devenues plus rigoureuses et la production d'énergie à l'aide de combustiblee de basse qualité Ca- ractérisée par un haut degré de cendres et une haute teneur en particules suspendues à haute résistivité s'est répandue de sorte que la 80- lution du problème de dépoussiérage des gaz utilisés est devenue ex- trémeient urgente. Si la précipitation des poussières à résistivité ne dépassant pas 10l J ce ne pose pas de problème particulier par suite d'une décharge rapide de la couche de poussières sur les électrodes de précipitation, le captage des poussières à une résistivité supérieure à 1010#cm, est un problème technique très compliqué à résoudre à cause des difficultés de décharge de la couche de poussières accumu- lées sur les électrodes. On connait une installatici de précipitation électrostatique utilisée polar le dépoussiérage électrique de gaz comportant au moins deux intervalles de décharge formés chacun par une électrode de précipitation et une électrode à décharge en couronne et, ainsi qu'un ensemble redresseur à haute tension. Ce dernier comporte un transformateur, les sorties de l'enroulement à haute tension de ce transformateur étant reliées par l'intermédiaire d'éléments redresseura aux électrodes à décharge en couronne.De plus, un circuit de deux élé- ments redresseurs branchés en opposition est mis en parallèle avec les sorties de l'enroulement à haute tensionAle point commun de ces redresseurs étant relié aux électrodes de précipitation. Etant donné que les installations de précipitation électrostatique présentent une grande capacité électrique de l'intervalle entre électrodes et que la résistance active équivalente de cet intervalle entre les électrodes est également élevée, ce qui est dû à la caraetéristique tension-courant non-linéaire de la décharge en couronne dans l'intervalle entre électrodes, la durée de décroissance de la tension dans cet intervalle ou, autrement dit, de la décharge de sa capacité, est très longue. Par conséquent, dans le cas où ces installations sont alimentées à partir du secteur à fréquence industrielle, la tension ne peut pas tomber jusqu' zéro durant deux alternances de la tension d'alimentation, alors que la décharge de la capacité de l'intervalle entre les électrodes vers d'autres circuits de l'installation est impossible étant donné qu'entre les sorties de l'enroulement à haute tension du transformateur et les électrodes à décharge en couronne sont insérés les redresseurs branchés en opposition. Il est donc impossible d'assurer la décharge de la couche de poussières accumulées sur les électrodes, ce qui aboutit au percement à travers la couche de poussières préoipités, dite "couronne inverse" et entratne une diminution de l'efficacité de l'installation de précipitation électrostatique des poussières à haute résistivité. L'invention vise à mettre au point une installation de précipitation électrostatique pouvant assurer une décroissance de la tension dans les intervalles entre les électrodes jusqu'd zéro durant chaque période de la tension d'alimentation, en facilitant ainsi la décharge de la couche de poussières à haute résistivité précipitées sur les électrodes et en éliminant le phénomène de la "couronne inverse" ce qui augmente l'efficacité de précipitation des poussières à haute ré- sistivité. Le problème posé est résolu du fait que l'installation de préei- pitation électrostatique, suivant l'invention, qui comporte au moins deux intervalles d'électrodes, formés chacun par une électrode de précipitation et une électrode à décharge en couronne, un bloc re > dres- seur à haute tension muni d'un transformateur dont un enroulement à haute tension est relié aux électrodes à décharge en couronne et un circuit de deux éléments redresseurs branchés en opposition mis en parallèle avec oet enroulement, le point commun des éléments redresseurs étant relié aux électrodes de précipitation, est caractérisée en ce que l'enroulement à haute tension du transformateur est branché sur les électrodes à décharge en couronne à travers des éléments électriques linéaires, et, en ce que pour chaque intervalle entre é- lectrodes, il se forme à tour de ruile un circuit de décharge à travers l'enroulement à haute tension du transformateur et un autre in tervalle entre électrodes. I1 est évantageux, dans certains cas, pour accélérer la décharge de la couche de poussières à haute résistivité, de brancher le point commun du circuit des éléments-redresseurs sur les électrodes de précipitation à travers une bobine d'inductance. L'installation de précipitation électrostatique, objet de l'invention, assure dans chaque période de la tension d'alimentation la décroissance jusqu'à zéro,de la tension aux intervalles entre Xlec- trodes, ce qui facilite la décharge de la couche de poussières précipitées et élimine le phénomène de la "couronne inverse", augmente 1'efficacité de dépoussiérage des gaz et réduit la consommation en énergie électrique pour la précipitation. En outre, l'installation selon l'invention est relativement simple et peut être facilement réalisée en partant des installations existantes sans les modifier pour l'es- sehtiel. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés : - la Pig. 1 représente un schéma électrique de principe de l'installation de précipitation électrostatique suivant l'invention; - la Pig. 2 représente un schéma électrique équivalent de l'ins- tallation de précipitation électrostatique, une bobine d' inductance étant insérée entre le point commun du circuit redresseur et les électrodes de précipitation; - la Fig. 3 représente un schéma de principe électrique du circuit des éléments redresseurs utilisé dans l'installation de précipitation électrostatique; Les Pig. 4 à 4d représentent des oscillogrammes des tensions sur le transformateur et les intervalles entre électrodes de l'installation de précipitation électrostatique, suivant l'invention. 11 installation de précipitation électrostatique (Fig. 1) comporte un transformateur élévateur monophasé d'alimentation 1 et un circuit constitué de deux éléments redresseurs à haute tension 3 et 4 branchés en opposition et mis en parallèle avec un enroulement à haute tension 2 du transformateur. Un point commun 5 des éléments redresseurs est mis à la terre. Des intervalles entre électrodes 6 et 7 dans l'espace desquels passent les gaz à dépoussiérer sont formés chacun par l'une des élec- trodes à décharge en couronne 8 ou 9 et l'une des électrodes de précipitation 10 ou 11. Ces électrodes de précipitation 10 et 11 sont reliées au point-commun 5 des éléments redresseurs et mises à la terre. Entre les sorties de l'enroulement à haute tension 2 du transformateur 1 et les électrodes 8 et 9, sont insérés des éléments électriques linéaires 12 et 13, en l'occurence des selfs à haute fréquence. Ces dernières peuvent être absentes et dans ce cas l'enroulêment à haute tension 2 peut être branché sur les électrodes à décharge en couronne 8 et 9 par l'intermédiaire des conducteurs. le primaire 14 du transfôrmateur à haute tension 1 est branché, à travers une bobine-d'inductance de limitation de courant 15 et un élément redresseur commandé à semi-conducteur 16, sur le secteur alternatif qui n'est pas montré sur les dessins. le schéma équivalent de l'installation de précipitation électrostatique (Pig. 2) diffère du schéma de principe (Pig. 1) en ce que les intervalles entre électrodes sont représentés par des capacités électriques concentrées 17 et 18 et des résistances actives non linéaires 19 et 20 déterminées par des caractéristiques tension-courant des intervalles entre électrodes. En outre, le point commun 5 (schéma équivalent) des éléments redresseurs est relié aux électrodes de précipitation et à la terre à travers une bobine d'inductance 21 à no- yau ferromagnétique. La Fig. 3 montre un exemple de schéma de principe électrique des éléments redresseurs 3 et 4 utilisés dans l'installation de précipitation électrostatique. Dans ce cas, on utilise, en tant qu'éléments redresseurs, des diodes à silicium 22 mises en série. En outre, chaque élément redresseur présente' deux; écrans métalliques plats 23 et 24 reliés chacun aux extr8mit8s "a et "b" du circuit de façon quela distance entre I'ecran-et le circuit aùginenteavec l'éloignement des écrans 23 et 24 a partir de l'endroit de leur connexion au circuit Les Fig. 4 à 4d représentent des oscillogrammes des tensions sur le transformateur et sur les intervalles entre électrodres de l'ins- tallation de précipitation électrostatique. 9ur la Pig. 4a, on voit l'oscillogramme de la tension U1 (t) de l'enroulement à haute tension du transformateur, cette tention étant identique à la tension aux bornes du primaire du transformateur et ayant une forme pratiquement sinusoSdale, lorsque l'élément redresseur commandé 16 (Pig. 1) est complètement conducteur. la Fig. 46 représente l'oscillcgramme de la tension U2 (t) au premier intervalle entre électrodes 6 (Fig.l) après sa mise en fonc- tionnement au moment to. Sur cette Pig. 4b tl est le moment d'obten- tion de la tension maximale sur le premier intervalle entre électrodes; - t2 est le moment de la décharge complète de la capacité du premier intervalle entre électrodes et - t3 est le moment où apparat la tension maximale sur le deuxième intervalle entre électrodes 7 (Fig. 1). La Fig. 4c montre l'oscillogramme de la tension U3 (t) sur le deuxième intervalle entre électrodes 7 (Fig. 1). La Pig. 4d montre l'oscillogramme de la tension U'3(t) sur le deuxième intervalle entre électrodes 7 (Pig. 1) dans le cas de la présence d'une bobine d'in inductance 21 (Fig. 2) dans le montage de l'installation. Les symboles sur les Fig. 4 b, 4 c, et 4 d sont les mimes. L'installation de précipitation électrostatique fonctionne de la façon suivante. A l'état initial, les intervalles entre électrodes 6 et 7 (Fig. 1) sont remplis de gaz résiduels. lorsque l'installation est branchée sur le secteur alternatif à l'aide de 11 élément redresseur commande 16, par exemple, au moment qui suit le passage de la tension par zéro (Fig. 4a), ou observe durant une alternance de la tension d'afin tentation du transformateur 1, la charge, à travers le redresseur 3, de la capacité 17 (Fig. 2) de l'intervalle entre électrodes 6 (Pig. 1) jusqu'd la tension maximale au moment tl (Pig. 4b. Puis l'élément redresseur 3 (Fig. 2) se bloque et la capacité 17 se décharge à travers sa résistance non linéaire 19 dans la capacité 18 de 1' interval- le entre électrodes 7. La tension à l'intervalle entre électrodes 6 tombe à zéro au moment t2 alors que la tension à l'intervalle entre électrodes 7 croit. Lorsque la tension à l'intervalle entre électrodes 6 ou 7 (Fig. 1) croit, les particules de poussière qui s'y trouvent, se chargent et se précipitent sur les électrodes de précipitation 10 et 11. Durant l'alternance suivante de la tension d'alimentation, après qu'elle soit tombée à zéro, la capacité 17 (Fig. 2) se recharge jus- qu'à la tension de déblocage de l'élément redresseur 4, le courant passant par l'élément redresseur 4 croU et simultanément la capacité 18 de l'intervalle entre électrodes 7 se charge jusqu'à la tension maximale au moment tl (Fig. 4 c), après quoi l'élément redresseur 4 (Pig. 2) se bloque. Alors commence la décharge de la capacité 18 de l'intervalle entre électrodes 7, à travers sa résistance non linéaire 20 dans la capacité 17 de l'intervalle entre électrodes 6. C'est le moment t3 (Fig. 4 b). Jusqu'aumomen t3, la tenion à l'intervalle entre électrodes 6 est é- gale à zéro. La décroissance de la tension à l'intervalle entre l'é- lectrode 6 jusqu'à zéro ainsi que la présence d'un intervalle de temps où cette tension est égale à zéro ventre t2 et t3) permettent à la couche de poussières à haute résistivité précipitées de se décharger. Ensuite, le processus décrit se répète et chaque intervalle en- tre électrodes se trouve attaqué par une tension redressée à une al teruanee tombant à zéro, et pour chaque intervalle entre électrodes se forme à tour de rôle un circuit de décharge à travers l'enroule- ment à haute tension 2 (Fig. 1) du transformateur 1 et un autre intervalle entre électrodes. Les selfs à haute fréquence 12 et 19 servent à limiter les courants impulsionnels et les surtensions agissant sur le transformateur 1 lors des décharges par étincelles dans les intervalles entre élec- trodes 6 et 7. La self 15 sert à limiter les courants lors des décharges disruptives et des court-circuits dans les intervalles entre électrodes 6 et 7, ainsi qu'à améliorer la forme de la tension d'alimentation sur l'enroulement 14 du transformateur 1 sous la commande de l'élément redresseur 16. Les poussières d haute résistivité accumulées sur les électrodes de précipitation 10 et 11 sont périodiquement secouées dans une tré- me (non représentée) et sont évacuées par des moyens classiques. Le principe de fonctionnement décrit de l'installation de précipitation électrostatique reate le mime lorsque, pour accélérer la décharge de la couche de poussières accumulées, on relie le point com- mun 5 (Fig. 2) du circuit des éléments redresseurs aux électrodes de précipitation 10 et 11 (Fig. 1) à travers la bobine d'inductance 21 (Pig. 2). Dans ce cas, la capacité de chaque intervalle entre électrodes 6 et 7 se recharge jusqu'à la valeur de la tension sur la bobine d'in- ductance 21. La bobine d'inductance 21 est insérée dans le circuit de courant redressé à la sortie du redresseur afin d'assurer le saut de tension sus-indiquée de polarité inverse sur les intervalles entre électrodes, ainsi que de limiter les courants impulsionnels et les surtensions agissant sur le redresseur durant les décharges par étincelles et en arc dans les intervalles entre électrodes. La valeur des impulsions de la tension négative montrées sur 1' oscillogramme (Fig. 4d) peut être changée en fonction de la nature des poussières à capter, par variation de l'inductance de la bobine 21. Dans certains cas, cette bobine d'inductance peut titre absente si l'on ne veut pas appliquer aux intervalles entre électrodes les impulsions de polarité inverse afin dtaccélérer la décharge de la couche de poussières accumulées. La bobine 21 peut être réalisée tant avec un seul enroulement qu avec deux enroulements, afin d'assurer la ré-aimantatioF du noyau et de réduire son encombrement. Un mode de réalisation d'un redresseur à haute tension est représenté sur la Pig. 3. Il comporte un circuit série de diodes à silicium 22 dont le nombre est choisi en fonction du niveau de tension à redresser, ce circuit ayant un blindage formé par deux écrans métalliques plats 23 et 24 reliés aux extrémités "a" et "b" du circuit, respectivement. Si ltélément redresseur est attaqué par une tension à flanc raide, celle-ci est répartie, grâce à ce système de blindage, d'une façon uniforme tout le long du circuit de diodes 22 de façon que chaque diode travaille dans des conditions identiques et que sa capacité soit fixe par rapport aux deux écrans 23 et 24. Dans le cas d'une mise hors service Runes intervalles entre électrodes 6 ou 7 (Fig. 1), afin de préserver le régime de travail décrit de l'intervalle entre électrodes en-bon état, on peut ramplacer l'intervalle entre électrodes défectueux par un condensateur de capacité équivalente inséré entre la terre et la sortie de ltenroule- ment à haute tension 2 du transformateur 1. Le principe suivant 1' invention permet de construire non seule- ment des systèmes monophasés mais aussi des systèmes polyphasés. l'alimentation de l'installation de précipitation électrostatique peut entre réalisée à partir du secteur alternatif de 380/220 V à une fréquence de 50 à 60 Hz. La tension de l'enroulement à haute tension 2 du transformateur à haute tension 1 est égale à 60 ou 80 kV (valeur efficace). On choisit les redresseurs à haute tension 3 et 4 pour une tension inverse de 120 à 160kV et un courant pouvant- aller jusqu'à 2 A. Les selfs à haute fréquence 12 et 13 ont une inductance de quelques dizaines de mH résistent à des impulsions de 200 à 300 kV. La bobine d'inductance 21 est choisie de manière à pouvoir être soumise à 40% de la tension nominale de l'intervalle entre électrodes, son inductance étant de quelques dizaines de H. La bobine d'inductance de limitation du courant 15 branchée ct- té alimentation, est choisie de façon à limiter les courants de courtcircuit dépassant de 3 à 5 fois le courant nominal de charge. 5'élément" redresseur à siliciu commandé 16 est- choisi en fonction du courant nominal de l'installation. Dans le cas du dépoussiérage électrique des gaz, les intervalles entre électrodes 6 et 7 sont des filtres électriques d'une capacité de l'ordre de 40.000 à 100.000 pF pour un courant de 250 à 1.600 mA. - REVEETDICBTIONS 1 - Installation de précipitation électrostatique comportant au moins deux intervalles entre électrodes, dont chacun est formé par une électrode à décharge en couronne et par une électrode de précipitation, et un bloc redresseur à haute tension, présentant un transformateur dont 11 enroulement à haute tension est relié aux électrodes de décharge en couronne et avec lequel est mis en parallèle un circuit de deux éléments redresseurs branchés eu opposition, leur point commun étant relié aux électrodes de précipitation, caractérisée en ce que l'enroulement à hante tension (2) du transformateur (1) est branché sur les électrodes à décharge en couronne (8,9) à travers des éléments électriques linéaires (12, 13) et en ce que pour chaque intervalle entre électrodes (6, 7), il se forme à tour de rtle un circuit de décharge à travers l'enroulement à haute tension (2) du transformateur (1) et un autre intervalle entre électrodes (6, 7) 2 - Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le point commun (5) des éléments redresseurs (3,4) est relié aux électrodes de précipitation (î0, 11) à travers une bobine d' inductan- ce (21).