Brevet FR2328516A1 — publié le 19770520

La présente invention concerne les dépoussiéreurs électrostatiques destinés à extraire des particules de nature solide ou semi-solide, telles~que des composants toxiques, de l'air ou autre milieu gazeux contaminé et plus spécialement un dépoussiéreur électrostatique en milieu humide à plusieurs Ca- naux concentriques présentant une grande capacité, ledit dé poussiéreur étant auto-nettoyant et destiné à fonctionner efficacement pendant de longues périodes sans maintenance. l'aggravation de la pollution de l'atmosphère dans les centres industriels et les villes à forte densité de population est devenue une cause d'inquiétude dans le monde entier. Dans les grandes régions urbaines, un volume considérable de polluants est déchargé dans l'atmosphère par les usines, les centrales électriques, les hôtels, les résidences et autres établissements industriels et non industriels qui font appel à des systèmes de chauffage, des appareils de traitement chimique, des incinérateurs et autres dispositifs dégageant des produits de combustion et résiduaires. Pour atténuer la pollution, il est connu d'utiliser des dépoussiéreurs électrostatiques dans lesquels les gaz chargés d'jmpuretés tels- que ceux provenant d'une chaudière de chauffage, d'un incinérateur ou d'une décharge industrialle,sont dirigés à travers une enceinte chargée électriquement dans laquelle ils sont soumis à un champ électrostatique qui a pour effet d'ioniser les particules et de provoquer leur migration d'une électrode de décharge à une électrode collectrice qui peut ventre plane ou tubulaire, en extrayant ainsi les particules du courant gazeux. Su cours du fonctionnement continu, les particules s'accumulent sur la surface de ltélectrode collectrice et sur d'autres surfaces exposées. Par conséquent, il est nécessaire de nettoyer fréquemment l'appareil, ce qui nécessite un arr8t du fonctionnement du dépoussiéreur pour permettre d'enlever les particules agglomérées des surfaces par raclage ou l'utilisation d'un nettoyage par vibration, d'un secouage ou d'un lavage. Áinsi,l'installa- tion électrostatique classique ne peut pas fonctionner en continu et doit être soumise à de fréquentes opérations de maintenance. On connatt des dépoussiéreurs électrostatiques fonctionnant en milieu humide dans lesquels les surfaces collectricessont constituées par des films uniformes d'eau qui entratnent les particules. Les dépoussiéreurs de ce type sont auto-nettoyants dans une large mesure. Etant donné qu'ils ne nécessitent aucun entretien, ils conviennent particulièrement bien pour précipiter une matiere particulaire complexe du type provenant de certaines installations chimiques, de résidences et d'incinérateurs municipaux. Ils peuvent etre aussi utilisés avantageusement pour extraire des particules radio-actives de latmosphère en cas de retombées, car ces particules sont entratnées par le liquide collecteur qui peut etre stocké sans risque ou décontaminé. Un tel dépoussiéreur en milieu humide est constitué de tubes interne et externe concentriques qui définissent un seuI passage vertical -réservé au gaz, un film de liquide~coulant de haut en bas étant formé sur les surfaces des tubes qui délimitent le passage. Une haute tension est appliquée entre une électrode de décharge montée dans le passage et les films de liquide qui constituent des collecteurs efficaces de sorte que les impuretés entraînées par un courant gazeux dans le passage sont ionisées et contraintes de migrer vers les films collecteurs pour ventre entratnées vers le bas en vue de leur élimination, un gaz épuré sortant de l'extrémité supérieure du passage. Bien que le film de liquide ait naturellement tendance à nettoyer les surfaces des tubes qui délimitent le passage, en particulier à partir de la surface externe du tube interne, un tube venturi d'entrée par lequel le gaz d'admission est introduit dans lwextrémité inférieure du passage, provoque une expansion du gaz qui se déplace à contre-courant par rapport au film de liquide coulant vers le bas et qui repousse le liquide contre les surfaces des tubes en maintenant ainsi sur ces dernières un film uniforme qui favorise une précipitation efficace. Lorsquton cherche à accroître la capacité de fonctionnement d'un dépoussiéreur en milieu humide du type décrit cidessus, il n'est pas possible de le réaliser simplement en augmentant les diamètres des tubes interne et externe, car bien qu'un accroissement de la dimension radiale du passage annulaire augmente son volume global et par suite la capacité de fonctionnement de l'appareil,il augmente également la tension nécessaire au-delà de valeurs pratiques et optimales.La tension requise pour assurer la précipitation électrostatique est déterminée par espace ou intervalle compris entre l'électrode de décharge et les films collecteurs et si cet espace, qui correspond à la dimensionxradiale du passage ou canal, est accru de manière à augmenter la capacité de l'installation, la tension nécessaire peut s'élever en meme temps au-delà des limites pratiques. Le moyen permettant d'accrore la capacité de l'installation sans modifier les dimensions radiales du passage réservé au gaz consiste à maintenir un espacement donné entre les tubes interne et externe tout en augmentant leurs diamètres. Ainsi, si un petit dépoussiéreur est constitué d'un tube interne de 100 cm de diamètre et d'un tube externe de 125 cm de dia- mètre, il est possible de réaliser un plus grand dépoussiéreur en utilisant des tubes de 150 et de 175 cm de diamètre, respectivement,la dimension radiale aussi bien dans le petit dépoussiéreur- que dans le grand étant de 25 em. Cependant, au fur et à mesure que les dimensions sont augmentées de cette manière; l'espace inutilisé à l'intérieur du tube interne augmente et par conséquent, les dimensions globales du dépoussiéreur deviennent excessivement grandes par rapport à sa capacité de fonctionnement. En conséquence, la présente invention a principalement pour objet un dépoussiéreur électrostatique fonctionnant en milieu humide, relativement ramassé présentant une grande capacité de fonctionnement, dans lequel espace perdu est réduit au minimum, ledit dépoussiéreur comportant plusieurs canaux annulaires concentriques ayant tous la même dimension radiale ou le même intervalle, de sorte que la tension électrostatique nécessaire pour chaque canal reste la même. le dépoussiéreur électrostatique de 11 invention est efficace et fiable et peut etre réalisé à relativement peu de frais pour fonctionner pendant de longues périodes sans nécessiter de maintenance. Brièvement, selon les caractéristiques essentielles de l'invention, dans un dépoussiéreur de ce type, des canaux annulaires concentriques de même dimension radiale sont délimités par~une série de tubes concentriques verticaux de diamètres croissants, les surfaces interne et externe des tubes adjacents de la série formant les parois des canaux annulaires d'écoulement sur lesquelles sont formés des films uniformes de liquide. Dans chaque canal est disposée une cage d'une électrode de décharge, une haute tension étant appliquée entre les électrodes de décharge et les films associés de liquide qui constituent des collecteurs pour provoquer l'ionisation des impuretés du courant gazeux montant dans les canaux et leur migration vers les films de liquide pour que ceux-ci les entratnent de haut en bas en vue de leur élimination,le gaz sortant de l'extrémité supérieure des canaux étant épuré ou exempt d'impuretés. Dans un dépoussiéreur selon ltinvention, du fait que les impuretés sont entrainées par un mince film uniforme de liquide, l'appareil peut fonctionner simultanément comme un réacteur chimique pour produire des composés intéressants qui peuvent entre extraits comme sous-produit-s d'une opération de lutte contre la pollution de luxait. Les liquides peuvent titre acides, basiques ou posséder d'autres propriétés chimiques de façon que la matière particulaire extraite qui heurte le film de liquide puisse produire un composé avantageux.En outre, il est possible d'injecter de la vapeur,des brouillards, des aérosols ou des particules dans le courant gazeux par l'ouverture du tube venturi, ce qui a pour effet de modifier la nature des gaz et dans certains cas, de les transformer en matière particulaire qui peut gtre.précipitée pour quelle se combine en composés chimiques avantageux dès qu'ils se rencontrent dans un film de liquide des électrodes collectrices. Ainsi, un dépoussiéreur selon l'invention remplit trois fonctions principales : 1) combattre la pollution de l'air, 2) modifier la nature du courant gazeux et 3) combiner une matière particulaire avec des liquides pour laver les électrodes collectrices et obtenir des produits utiles et intéressants renfermant des composés de valeur. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement-limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une coupe en partie schématique d'une forme de réalisation préférée d'un dépoussiéreur électrostatique en milieu humide selon l'invention la figure 2 est une vue par-dessus du dépoussiéreur de la figure 1 la figure 3 représente schématiquement et en coupe des détails des tubes collecteurs la figure 4 est une vue par-dessus des tubes collecteurs de la figure 3 la figure 5 représente séparément l'une des ondulations formées sur les tubes collecteurs représentés sur la figure 4 la figure 6 représente la façon dont le couvercle déflecteur est supporté au-dessus d'un tube collecteur la figure 7 représente une variante d'un tube collecteur la figure 8 est une coupe verticale d'une variante dtun dépoussiéreur électrostatique en milieu humide selon ltin- vention la figure 9 est une vue par-dessus du dépoussiéreur de la figure 8 la figure 10 est une coupe de l'un des supports d'électrodes de décharge représentés sur la figure 9 la figure Il est une vue 'par-dessus du filtre incorporé dans la partie représentée sur la figure 10 ; et la figure 12 représente une variante d'un tube collecteur qui peut Qtre chauffé ou refroidi. En se référant maintenant plus particulièrement aux figures 1 et 2, on a représenté une forme de réalisation préférée d'un dépoussiéreur en milieu humide comprenant trois tubes concentriques 10, 11 et 12 de diamètre croissant qui délimitent entre eux deux passages ou canaux annulaires concentriques A et B réservés aux gaz ayant les mimes dimensions radiales ou sectisons Les tubes sont orientés verticalement, ltentrée du courant gazeux à épurer se trouvant à ltestrémité inférieure et la sortie du gaz à l'axtrémité supérieure des tubes Bien qu'on ait représenté un appareil à deux canaux concentriques, il est évident qu'il peut entre agrandi de manière à comporter trois canaux concentriques ou davantage, tous ayant la même dimension radiale, de manière à accrottre dans une très grande proportion la capacité de fonctionnement de l'appareil sans espace perdu et sans augmenter la tension nécessaire, du fait que l'intervalle ou "entrefer" reste constant. Les tubes 10, Il et 12 sont de construction à double paroi ou creuse pour ménager un espace pour la tuyauterie afin d'alimenter les tubes en liquide. Un jeu de conduits 13 introduit de l'eau douce ou autre liquide quelconque utilisé dans l'installation à l'intérieur des tubes dans lesquels il est refoulé jusqu'à leur extrémité supérieure, le liquide heurtant des couvercles ou déflecteurs concaves annulaires 14, 15 et 16 qui sont montés légèrement- au-dessus des extrémités supérieures des tubes et qui sont destinés à rabattre le liquide qui les heurte pour qu'il coule le long des parois des tubes.La disposition est telle que le déflecteur 14, qui n'est ouvert que d'un celé, fait couler le liquide seulement sur la surface externe du tube 10, tandis que le déflecteur 15, qui est ouvert desdeux c8tés, fait couler le liquide sur les surfaces à la fois interne et externe du tube 11,alors que le déflecteur 16 qui est ouvert d'un c8té seulement, fait couler le liquide sur la surface interne du tube 12. Le liquide qui coule de haut en bas sur ces surfaces passe dans un conduit 17 qui transporte le liquide contaminé à l'égout ou vers un récipient convenable s'il contient des sousproduits intéressants. Ainsi, les surfaces des tubes qui délimitent les canaux A et B sont recouvertes de films de fluide qui constituent des électrodes collectrices. Il convient de noter que les conduits 13 d'eau douce passent dans le conduit 17 réservé au liquide contaminé qui passe ensuite dans un conduit 18 par lequel l'air filtré entre dans l'extrémité d'admission 19 d'un ensemble de balayage 20 du support 21 des électrodes de décharge pour éviter sa contamination par la poussière ou autres matières étrangères. Cet ensemble de balayage comporte des aubes aérodynamiques du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 238 702. La disposition est telle que lsair est dirigé en tourbillonnant et refoulé contre la surface à découvert du support isolant pour le débarrasser de toutespoussièreset impuretés pour maintenir les propriétés isolantes du support. Le support 21 est constitué d'une tige isolante au sommet de laquelle est fixé un croisillon conducteur 22 comprenant trois bras horizontaux en porte-à-faux 22A, 22B et 22O auxquels sont suspendues deuicages cylindriques ou electrodes de décharge. Une électrode de décharge 23 est logée dans le canal Â et une électrode de décharge 24 dans le canal B. Une haute tension appropriée est fournie par une source 25 de courant continu. Un c3té de la source est relié par un câble 26 à l'extrémité d'entrée 19 qui est reliéeélectrique- ment au croisillon 22 et donc aux électrodes de décharge. L'autre c8td de la source 26 est mis à la terre en 27 de meme que la source d'eau alimentant les tubes collecteurs. Par suite, il stétablit un champ électrostatique entre les films de liquide qui recouvrent les-parois des canaux annulaires A et B et les électrodes de décharge associées 23 et 24. Un gaz à épurer est introduit par l'extrémité inférieure des canaux A et B dans des lentes radiales 28 et 29, respectivement, des tubes venturi, le gaz étant soumis au champ électrostatique à haute tension qui provoque l'ionisation des particules solides et semi-solides entratnées par le courant gazeux et leur migration vers les films collecteurs recouvrant les surfaces des tubes délimitant les canaux. Ces films de liquide entratnent la matière extraite de haut en bas le long du conduit 17 vers une vidange ou un récipient. Les fentes 28 et 29 provoquent ltexpansion du gaz entrant dans les canaux, le gaz en expansion stélevant à à contre- courant par rapport au liquide en repoussant cé dernier contre les surfaces des tubes pour y former un film uniforme, en évitant ainsi qutil reste des parties sèches sur les surfaces et en empêchant des gouttelettes de liquide d'entrer dans les canaux réservés à l'écoulement du gaz, lesdites gouttelettes pouvant provoquer la formation d'un arc ou avoir d'autres effets g8nants. Afin de rendre l'installation de dépoussiérage beaucoup plus souple pour permettre de récupérer des produits, le dépoussiéreur est équipé de conduits circulaires concentriques 31A qui communiquent avec des tubes montants 31. Un récipient 32 contient un composé chimique ou un gaz contenant des aérosols désirés. Ces produits chimiques ou aérosols sont refoulés par une pompe convenable 32 à gaz ou à liquide dans les conduits 31A et injectés par les tubes montants dans le courant de gaz passant par les fentes des tubes venturi. Si nécessaire, les composés liquides peuvent être atomisés au moyen de buses appropriées assujetties à l'extrémité supérieure des tubes montants 31. Les matières chimiques atomisées ou les aérosols sont destinés à se mélanger avec les gaz effluents pour assurer une réaction chimique prédéterminée. Un sous-produit précipite sur les électrodes collectrices dans un film de liquide possédant les caractéristiques chimiques prédéterminées pour provoquer une réaction chimique secondaire avantageuse. Par exemple, 11 ammoniac ne peut pas précipiter, toutefois, si un brouillard d'acide chlorhydrique est inåecté par l'intermédiaire des tubes montants 31, dans un gaz chargé d'ammoniac passant dans les canaux, l'acide chlorhydrique atomisé réagit avec l'ammoniac pour former du chlorhydrate d'ammonium qui est une substance solide et par conséquent qui peut précipiter. Le chlorhydrate d'ammonium qui est soluble dans l'eau est ensuite évacué par le conduit 17 dans un récipient convenable pour Etre vendu. Il est également possible de régler la quantité d'acide chlorhydrique de manière à neutraliser les odeurs dégagées par l'ammoniac et le chlore. Ainsi, ce dépoussiéreur peut titre utilisé avantageusement dans des installations de production d'engrais dont certaines sont connues pour l'émis- sion de vapeur d'ammoniac ayant un effet gênant sur la faune et la flore.Ainsi, en utilisant diverses compositions chimiques dans le liquide qui lave les électrodes collectrices et en injectant divers composés chimiques et aérosols, le dépoussiéreur peut entre utilisé comme une installation chimique dans laquelle ces composés chimiques et aérosols sont combinés avec une matière précipitée pour former des substances intéressantes qui peuvent setre facilement récupérées et vendues. Entant donné que ce dépoussiéreur électrostatique est du type en milieu humide, dans lequel un liquide constitue ltélectrode collectrice, les tubes 10, li et 12 qui constituent la structure de support des électrodes collectrices peuvent etre réalisés en tout matériau convenable ayant des propriétés appropriées, indépendamment du fait qu'il soit de nature isolante ou conductrice. Toutefois, il est préférable que les matériaux utilisés soient de nature poreuse et possédent une bonne mouillabilité. La figure 3 représente une forme préférée d'un tube collecteur, l'électrode collectrice 10 comprenant deux parois cylindriques concentriques lOA et 10B d'un diamètre relatif tel qu'elles laissent entre elles une fente intermédiaire 10C par laquelle un liquide peut & re introduit dans une auge 10D formée au sommet de l'électrode collectrice. Pour pue ltinstallation soit rigide, des ames verticales W ou entretoises peuvent entre fixées aux extrémités internes des parois 10A et lOB, comme on le voit sur la figure 4. Dès que le liquide remplit l'auge 101), il se déverse par-dessus des lèvres ou rebords 10E et 10F de chaque cOté de l'auge pour former un film F que heurte la matière particulaire sous l'influence de la tension élevée appliquée à l'électrode de décharge. Ce film passe entre la paroi de lrélectrode collectrice et le tube venturi 28 dans le conduit d'évacuation 17 de la mime manière quton l'a décrit en se référant à la figure 1. Le liquide peut Qtre introduit dans l'appa- reil soit directement par l'intermédiaire de la fente 100 soit, comme on le voit sur les figures 4 et 5, par un élément ondulé Co inséré dans la fente 10C de manière à mieux régler le volume du liquide.Pour créer un mouvement circulaire de l'eau dans sauge 10D, les ondulations Co peuvent titre inclinées comme on le voit sur la figure 5. Selon une autre variante, le liquide peut être introduit par la série des tubes montants St comme on le voit sur la figure 7. Lorsque ces tubes montants stapprochent de ltauge 101), ils peuvent astre pliés à angle droit pour éjecter l'eau horizontalement dans des évidements 10G et 10H, en faisant circuler lseau dans l'auge 10D. Ces éléments ondulés et tubes montants sont montés de manière à Qtre amovibles pour pouvoir les nettoyer.Toutefois, afin de minimiser la maintenance, les éléments ondulés et les tubes montants sont tous réalisés en des matières telles qurune matière plastique, le "Nylon" et le "Te- flon" auxquelles le calcium et autres matières particulaires contenues dans l'eau n'adhèrent pas. La fente 10C et l'auge 10D peuvent être revêtues d'une matière analogue dans le même but. Lorsque le gaz passe dans le dépoussiéreur à grande vitesse, un déflecteur circulaire concave 15 en forme de champignon est monté au sommet du tube formant l'électrode collectrice. Ce déflecteur est supporté sur le tube par des consoles 30, représentées sur la figure 6, qui ont une section profilée pour gainer le moins possible la circulation du liquide. Ce déflecteur empoche le détachement du film de liquide des rebords 11E et 11F par le gaz circulant rapidement. Lorsqu'un déflecteur ou couvercle en forme de champignon est utilisé, il est possible de refouler le liquide dans la fente 10C sous une pression suffisante pour qu'il heurte la surface interne du couvercle et se répande latéralement pour former le film sur les électrodes collectrices.Afin de faciliter la formation d'un tel film, le couvercle 15 comporte le long de son bord inférieur, comme on le voit sur la figure 6,une lèvre 15A repliée verts l'intérieur pour diriger le liquide- vers l'électrode collectrice. Le couvercle de l'électrode collectrice la plus externe est assujetti en un point de la surface externe de cette dernière de façon que le liquide ne se répande que sur la paroi interne de cette élec trode collectrice. Les figures 8 et 9 représentent une seconde forme de réalisation du dépoussiéreur en milieu humide à plusieurs canaux concentriques, qui diffère de celui représenté sur les figures 1 et 2 principalement par le mode de support du croisillon 22 soutenant les électrodes de décharge. Sur les figures 1 et 2, le support du croisillon se trouve au-dessous du moyeu central de ce dernier, tandis que sur les figures 8 et 9, le croisillon 22 est supporté aux extrémités des bras 22A, 22B et 22C par des colonnes 21A, 213 et 21C qui sont à l'extérieur de la périphérie du tube collecteur externe 12 et qui sont équipées de dispositifs de balayage équivalant à celui précédemment décrit. Dans le dispositif de balayage, comme on le voit en particulier sur les figures 10 et 11, ltair ambiant est aspiré à travers un filtre 33 sur lequel la colonne isolante 21A est montée, le filtre se composant d'aubes inclinées 34 destinées à créer un tourbillon d'air qui est dirigé contre la colonne par des stators. B'aspiration est produite par le courant ascendant du gaz dans les canaux du dépoussiéreur, ce qui crée une dépression et tend par conséquent à aspirer ltair ambiant par les seules ouvertures disponibles qui sont celles du filtre. il convient également de noter quten raison de l'absence d'une colonne isolante au centre de la structure des tubes concentriques, il est maintenant possible d'utiliser cet espace à des fins de précipitation comme canal tubulaire C réservé au gaz. Une tige 35 constituant une électrode de décharge est suspendue au croisillon coaxialement au canal C, le déflecteur 14 situé au sommet du tube central 10 étant disposé dans ce cas pour former un film d'eau sur la surface interne et sur la surface externe pour constituer un collecteur aussi bien pour le canal C que pour le canal B. Entant donné que ce dépoussiéreur est destiné à traiter des gaz chauds, les électrodes collectrices doivent etre refroidies pour éviter une évaporation excessive de liquide et,inversement, ltappareil peut être utilisé sous un climat froid et, dans ce cas ,les électrodes collectrices peuvent devoir entre chauffées pour éviter le gel. A cet effet, comme on le voit sur la figure 12, des serpentins 36 sont introduits soit dans la fente 10C, soit dans les parois 10A et 10B des électrodes ou tubes collecteurs pour transporter soit un réfrigérant destiné à refroidir la structure tubulaire, soit des liquides chauds pour la chauffer.Ces serpentins sont reliés à des tuyauteries convenables 37 qui traversent le btti de support et sont reliées à une installation de réfrigération ou de chauffage 38. En variante, des tiges chauffantes ou autres éléments de chauffage peuvent titre agencés parallèlement aux serpentins de refroidissement pour éviter la congélation du liquide des électrodes collectrices. Dans les cas où les variations de températures sont modérées, le liquide qui constitue le film sur les électrodes collectrices pourrait Qtre préchauffé ou prérefroidi pour atteindre les mimes résultats. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent ttre apportées à l'appareil décrit sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, les canaux concentriques réservés au gaz n'ont pas besoin d'avoir les mimes dimensions radiales pour délimiter des intervalles identiques. Il est également possible d'utiliser des canaux ayant des dimensions radiales différentes, à condition que les tensions appliquées aux électrodes de décharge situées dans les intervalles soient appropriées aux dimensions de ces derniers. REVENDICATIONS 1. ..Dépoussiéreur électrostatique en milieu humide, caractérisé en ce qu'il comporte des tubes collecteurs concentriques délimitant entre eux au moins un canal annulaire vertical réservé au gaz, un dispositif pour produire des films de liquide coulant vers le bas sur les surfaces complémentaires des tubes adjacents qui délimitent le canal pour former des collecteurs liquides, une électrode décharge logée dans ledit canal à distance des collecteurs liquides, un dispositif d'entrée comportant une ouverture d'un tube venturi pour introduire le courant gazeux à épurer dans l'extrémité inférieure de chaque canal et provoquer lrexpansion du gaz qui monte dans ce dernier à contre-courant par rapport aux films de liquide pour repousser ceux-ci contre les surfaces et assurer leur uniformité, un dispositif pour appliquer une forte tension entre l'électrode de décharge et les collecteurs liquides afin d'ioniser les impuretés entratnées par le courant gazeux dans le canal et provoquer leur migration vers les collecteurs liquides de manière à épurer le gaz, et un dispositif de sortie à l'extrémité supérieure du canal pour évacuer le gaz épuré. 2. Dépoussiéreur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une colonne isolante pour supporter l'électrode de décharge et un dispositif pour balayer la surface de la colonne avec l'air afin de lui conserver ses propriétés isolantes.