Brevet FR2380818A1 — publié le 19780915

La présente invention concerne un appareil pour le traitement d'une phase gazeuse ( vapeur ou gaz ) contenant un solide ou un liquide très finement divisé sous forme de particules, notamment en vue de l'épuration de cette phase gazeuse. On connait déjà un appareil de ce genre comportant au moins une paire d'électrodes dont l'une est mise à la terre et autre, qui est dispQseRe en regard de la précédente et parallèle à cette dernière, est por tée à une haute tension de manière à créer entre les deux électrodes un espace soumis à un champ électrique monoionisé. Cet appareil comporte par ailleurs des moyens pour faire circuler la phase gazeuse dans cet espace et d'autres moyens pour disperser mécaniquement un liquide sous forme de gouttelettes grossières dans le courant gazeux afin de former un ruissellement sur les électrodes. L'eau qui ruisselle le long de la ou des électrodes au potentiel de la terre peut etre fournie par des canalisations d'alimentation alors que l'eau qui ruisselle le long de la ou des électrodes à haute tension peut être amenée soit par pulvérisations mécaniques de grosses gouttes qui atteignent alors,l'electrode à haute tension par effet inertie, soit par pulvérisation s dlectrostatiques de petites gouttes qui sont alors attirées, sous l'effet du champ électrostatique, par ltélectrode à haute tension constituant une élec- -trode collectrice. Les appareils de ce genre connus actuellement présentent certaines limitations d'emploi, du fait de leur conception, car ils sont souvent amenas à traiter une phase gazeuse corrosive et de ce fait les électrodes métalliques, entre lesquelles est créé le champ électrique monoionisé, sont progressivement corrodes et doivent être très fréquemment changées. En outre le remplacement périodique d'électrodes rigides planes de plusieurs mètres de haut pose un problème technologiquement difficile. Enfin le poids d'électrodes en métal, suspendues à des isolants électriques, xJcessite des structures mécaniquement très résistantes, particulièrement couteuses. La présente invention vise essentiellement à remédier à ces inconvefniènts en procurant un appareil de ce genre de conception particulik- rement simple. - A cet effet, cet appareil de traitement d'une phase gazeuse (vapeur ou gaz) contenant en suspension un liquide ou un solide très finement divisé, notamment en vue de la séparation de la phase liquide ou solide de la phase gazeuse, comportant au moins une première électrode émissive et au moins une seconde électrode collectrice disposée en regard de la première électrode et parallèlement à cette dernière, des moyens pour porter la première ou la seconde électrode à une haute tension continue tandis que ltélectrode en regard est au potentiel de la terre, de manière à créer entre les première et seconde électrodes un espace soumis à un champ électrique monoionisé, des moyens pour faire circuler la phase gazeuse dans l'espace compris entre les deux électrodes, des moyens pour réaliser un ruissellement sur les électrodes notamment par une dispersion mécanique d'un liquide sous forme de gouttelettes grossières qui atteignent les électrodes par inertie, et des organes effilés en saillie portés par la première électrode sur sa face tournée vers la seconde électrode, pour assurer, à l'extrémité de ces organes, l'ionisation et la localisation de gouttes pendantes atomisées sous forme de fines gouttelettes, par pulvérisation électrostatique, lesquelles sont attirées par la seconde électrode jouant le ralle d'électrode collectrice, caractérisé en ce que la seconde et/ou la première électrodes sont constituées en un matériau non conducteur électronique, la conduction électrique à la surface des électrodes étant assurée par la conductivité électrolytique du film de liquide continu qui ruisselle sur cette surface. Suivant l'un des modes de réalisation de l'invention les secondes électrodes ou parois collectrices portées à haute tension ne comportent pas d'organes effilés en saillie tels qu'aspérités ou pointes, en regard des premières électrodes au potentiel de la terre qui constituent des électrodes émissives. En effet de telles aspérités ou pointes seraient susceptibles soit de s'opposer au parfait lavage des secondes électrodes collectrices, soit de réémettre par une nouvelle pulvérisation électrostatique un brouillard chargé de signe contraire à la charge créée dans le dépoussiéreur, produisant un espace biionisé préjudiciable à l'efficacité du dépoussiérage. Ces secondes électrodes sont constituées en un matériau non métallique, chimiquement inerte, de préférence léger afin d'éviter de suspendre aux isolateurs haute tension un poids trop élevé. On peut avantageu sement utiliser, pour constituer les secondes électrodes collectrices, une feuille de matière plastique souple ou une toile de fibres de verre ou de fibres synthétiques. Chaque seconde électrode collectrice est reliée à une borne métallique à haute tension et la conduction électrique entre cette borne et chaque point de la surface de ltélectrode collectrice est assurée par le ruissellement formé le long de l'électrode, ce ruissellement étant constitué par un électrolyte (eau par exemple plus ou moins chargée de sel ionisé). Les premières électrodes ou parois émissives qui portent les organes effilés en saillie, sont portées au potentiel de la terre et doivent présenter une surface importante pour recueillir la plus grande quantité possible de l'eau dispersée mécaniquement dans l'appareil. Ces électrodes émissives doivent comporter, disposées périodiquement, des pointes ou ailettes à l'extrémité desquelles se produisent l'ionisation etla localisation Ues gouttes pendantes atomisées sous forme de fines gouttelettes par l'effet d'eclatement électrostatique. La présence du brouillard formé dans l'espace soumis au champ électrique permet d'effectuer, en même temps que la séparation des phases de la suspension, une élimination des composants gazeux polluants absorbables présents dans la phase gazeuse empoussiérée. Les parois émissives mises à la terre peuvent être alimentées en eau non seuiement par pulvérisation grossière mais également par l'intermédiaire d'un déversoir ou de canalisations mises à la terre. La mise à la terre des électrodes émissives offre l'avantage que l'on obtient automatiquement une protection cathodique des parois de l'appareil qui sont mises à la terre et qui constituent en elles-mêmes certaines des électrodes émissives, dans le cas où celles-ci sont en métal. Toutefois les électrodes émissives, y compris les parois qui délimitent l'appareil, peuvent être aussi constituées en un matériau non conducteur électronique. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention en référence au dessin annexé sur lequel: Les figures 1 et 1A sont des vues de dessus de deux électrodes verticales respectivement émissive et collectrice en tissu de verre, illus trant le principe mis en oeuvre dans l'appareil suivant l'une des variantes de l'invention, l'électrode émissive étant mise la terre et ltélectrode collec trice étant portée à une haute tension positive. La figure 2 est une vue en coupe verticale et longitudinale d'un appareil de dépoussiérage suivant l'invention, comportant des électrodes planes en matériau non conducteur électronique et dans lequel le gaz empoussiéré circule horizontalement. La figure 3 est une vue en coupe horizontale schématique faite suivant la ligne III-III de la figure 2. La figure 4 est une vue en perspective schématique d'une électrode plane émissive et de deux parois latérales de l'appareil La figure 5 est une vue en perspective d'une variante d'exécution d'une électrode émissive : dans ce cas, les deux parois latérales de l'appa- reil ne portent les aspérités que sur la face intérieure. La figure 6 est une vue en perspective d'une autre variante d'exécution d'une électrode émissive, autre que l'une des deux parois latérales de l'appareil. La figure 7 est une vue en coupe verticale et transversale schématique d'un appareil utilisant des plaques électrodes émissives telles que représentées sur la figure 5, portées au potentiel de la terre, les secondes électrodes collectrices étant à la haute tension positive. La figure 8 est une vue en coupe verticale schématique d'une autre variante d'exécution de l'appareil suivant l'invention, dans laquelle les premières électrodes émissives sont portées à la haute tension négative, les secondes électrodes collectrices étant au potentiel de la terre. La figure 9 est une vue en coupe verticale d'une électrode collectrice en tissu de fibres deverre ou de fibres synthétiques. La figure 10 est une vue en perspective de l'électrode de la figure 9. La figure 11 est une vue de dessus de l'électrode de la figure 9. La figure 12 est une vue en perspective d'une électrode émissive en tissu de fibres de verre ou de fibres synthétiques. La figure 13 est une vue en coupe verticale de l'électrode de la figure 12. La figure 14 est une vue en coupe horizontale faite suivant la ligne XIV-XIlT de la figure 13. On se référera tout d'abord aux figures 1 et 1 A qui illustrent les fonctions des ruissellements de liquide aussi bien sur 1 'électrode émissive que sur l'électrode collectrice construites en matériaux isolants souples, et qui constituent les caractéristiques essentielles de l'appareil suivant l'invention. L'appareil de dépoussiérage comporte essentiellement deux électrodes parallèles en regard l'une de l'autre à savoir, dans un mode de réalisation particulier, une électrode collectrice 10 portée à une haute tension positive + V et une électrode émissive 11 au potentiel de la terre, cette électrode portant des pointes 20 tournées vers l'électrode collectrice 10 qui est eile totalement exempte de pointes.Le gaz à dépoussiérer circule dans l'espace compris entre les deux électrodes 10 et 11 à la vitesse VO. L'appas reil comporte par ailleurs des moyens non représentés pour disperser méca uniquement un liquide tel que l'eau sous forme de gouttelettes grossières, dans le courant gazeux, afin de former des ruissellements rO et rl respectivement sur les électrodes collectrice 10 et émissive 11. Le ruissellement'rl formé sur l'électrode émissive 11 participe d'une part à la conduction électro lytique de l'électrode, d'autre part à l'ionisation aux pointes 20 et à la pulvérisation électrostatique des gouttes pendantes G en gouttelettes g, fortement chargées, qui se dirigent à grande vitesse vers l'électrode 10.Le ruissellement r0 , auquel s'incorpore les gouttelettes g en provenance de l'électrode émissive et les poussières recueillies, participe d'une part à la conduction ionique de l'électrode collectrice, d'autre part à l'élimination des poussières sous forme d'une boue qui s'écoule vers le bas. Ce double effet, conduction électrolytique d'un film liquide à la surface d'électrodes constituées de matériaux souples, légers et isolants électriques, et réalisation d'un brouillard liquide par pulvérisation électrostatique d'une partie du ruissellement de ltélectrode émissive pour augmenter la surface de contact entre la phase gazeuse et la phase liquide, confère à ce dépoussiéreur son caractère original et ses qualités particulières de dépoussiérage et de dépollution vis-à-vis de vapeurs nocives telles que SO2, HOl, 1, , etc...... On décrira maintenant,en se référant tout particulièrement aux figures 2 et 3, une forme d'exécution de l'appareil suivant l'invention dans lequel le gaz empoussiéré suit un trajet horizontal, de gauche à droite sur le dessin, matérialisé par les flèches 1. L'appareil comporte une enceinte 2 délimitée par deux parois verticales 3, une paroi horizontale supérieure 4 et une paroi inférieure dont la forme de trémie 5 permet le drainage des boues vers un ou plusieurs conduits d'évacuation tels que 6. ,Dans l'enceinte 2 sont disposés en série des groupes 7, 8, 9 de parois verticales parallèles 10, 11, portées alternativement au potentiel de la terre (électrodes émissives 11) et à une tension positive, fournie par un générateur haute tension 12 (électrodes 10).Les groupes 7, 8, 9 de parois constituent des champs indépendants, alimentés chacun par un générateur tel que 12 et dont le nombre peut varier de un à quatre. L'isolement électrique des éléments au potentiel élevé est assuré par des isolateurs 13 chauffés par des résistances 14 pour éviter toute condensation d'eau sur les parois. Les parois 10 sont fixées à des traverses 19 qui en assurent l'espacement constant. Des buses 15 de dispersion mécanique primaire grossière de liquide sont disposées dans un plan horizontal, parallèlement à la paroi supérieure 4, sur des rampes 16 et dans des plans verticaux sur des rampes 17 alimentées en eau ou en liquide approprié sous pression par des conduits 18, de manière à assurer un ruissellement continu du liquide sur les parois 10 et 11. Les parois 11 mises à la terre sont des électrodes planes supportées par une charpente non représentée.Cette charpente assure l'espacement constant des parois Il et est reliée à l'enceinte 2 au potentiel de la terre. Les électrodes émissives 11 dont le rôle a été défini plus haut ont une forme appropriée pour obtenir les effets suivants a ) présenter une surface maximale au ruissellement de liquide en vue d'assurer sa bonne répartition; b ) assurer la pulvérisation électrostatique de ce ruissellement, de manière uniformément répartie en direction des parois 10. Les figures 4 à 6 montrent, en représentation partielle, plusieurs réalisations des parois 11 constituant les électrodes émissives. Sur la figure 4, une feuille souple en matériau isolant 11 porte, disposées en quinconce, des pointes ou goulottes 20 en matériau isolant ou métallique rigide à l'extrémité desquelles se produit simultanément l'ionisation du gaz et la pulvérisation électrostatique du liquide. Sur figure 5 une feuille souple en matériau isolant 11 porte des ailettes rigides 21 disposées horizontalement et inclinées latéralement vers le bas, c'est-à-dire ayant une section droite en V renversé. La pulvérisation électrostatique et l'ionisation sont localisées à l'endroit d'échancrures 23 présentées par les ailettes horizontales 21. Sur la figure 6, l'électrode émissive 11 comporte un ensemble d'ailettes symétriques horizontales rigides en matériau isolant 24 et des verticales s'étendent entre les ailettes horizontales 24. bandes souples 25 en matériau isolant. Les ailettes horizontales 24 ont une section droite en V renversé. La pulvérisation électrostatique etllionisation sont localisées à l'endroit d'échancrures 26 prévues dans les ailettes 24. Ces électrodes souples sont suspendues verticalement à des barres conductrices en tubes ou profilés appropriés non représentés, sur lesquels elles peuvent 8tre accrochées, rivées ou boulonnées. Dans un mode de réalisation elles sont utilisées comme parois 11 au potentiel de la terre en regard des parois 10 planes au potentiel positif haute tension selon le schéma de la figure 7 qui est une vue perpendiculaire au courant gazeux. Les modes de réalisation préférentielle de l'appareil de traite- ment humide suivant l'invention, qui ont été décrits précédemment, sont du type "h champ monoionisé négatif", à électrodes émissives au potentiel de la terre à pulvérisation électrostatique d'eau, à électrodes collectrices et émissives en matériau isolant et à conductibilité électrique par film liquide. Un tel appareil associe aux avantages déjà connus des dépoussiéreurs électriques humides les avantages suivants 1 ) du fait de l'ionisation négative, bonne stabilité du courant d'ionisation et tension d'amorçage élevée; 20) protection cathodique des électrodes émissives lorsque cellesci sont en métal; 30) protection cathodique de la caisse de l'appareil lorsque celle ci est en métal 4 ) légèreté des électrodes en matériau isolant suspendues aux isolateurs haute tension 5 ) limitation de l'énergie des décharges disruptives du fait de la résistance électrique des films d'eau 6 ) facilité d'alimentation en ean des électrodes émissives de mise à terre. 7 ) électrodes en matériau isolant électrique d'un cott moins élevé qu'en métal; 80) facilité de remplacement d'électrodes souples, légères, qui peuvent se rouler sur elles-mêmes 90) étouffement des bruits par les rideaux en films plastiques ou en tissu, constituant tout ou partie des électrodes. Tout en restant dans le type de dépoussiéreur ià champ monoionisé négatif", on peut concevoir un appareil tel que celui précédemment décrit mais dont toutefois les électrodes émissives, en matériau électriquement isolant, sont portées à une haute tension négative tandis que les électrodes collectrices, également en matériau électriquement isolant, sont portées au potentiel de la terre, comme il est illustré schématiquement sur la figure 8. On perd toutefois dans cette réalisation les avantages 3 et 6 de la conception précédente. On décrira maintenant en se référant plus particulièrement aux figures 9 à 1 1 une forme d'exécution non limitative, particulièrement avantageuse, d'une électrode collectrice 10. Cette électrode collectrice comprend une nappe 35 d'un tissu de fibres de verre ou de fibres synthétiques. Au moyen de coutures transversales 36 et 37, on réalise, aux deux extrémités de la nappe de fibres 35, deux logements cylindriques 38 et 39 respectivement pour le passage d'une barre supérieure de suspension 40 et d'une barre inférieure 41 formant lest. La barre supérieure de suspension 40 est soutenues par deux crochets de suspension métallique qui assurent la liaison électrique avec le générateur à haute tension.On voit également sur les figures un pulvérisateur d'eau 43, un ruissellement 44 formé sur l'électrode 10, et en 45 ltévacuation de l'eau de ruissellement et des boues vers une trémie sous-jacente non représentée, soit sous forme de grosses gouttes, soit sous forme de pulvérisations électrostatiques de très fines gouttelettes. On peut prévoir également, le long des deux bords verticaux de la nappe de fibres 35, une garde 46 diminuant l'effet de bord et limitant ainsi la contre-émission. La barre supérieure de suspension 40 est de préférence en matériau inerte du point de vue électro-chimique, par exemple en carbone ou en résine très fortement chargée de carbone. Si la conductibilité électrolytique du ruissellement est insuffisante pour que toute la surface de ltélectrode soit sensiblement au même potentiel de haut en bas, on peut incorporer au tissu de l'électrode des fils conducteurs électroniques tendus verticalement 49, régulièrement répartis, en respectant les conditions suivantes 10) Les fils conducteurs doivent être constitués d'un matériau résistant aux conditions chimiques imposées par la composition du gaz à traiter, la composition du liquide de ruissellement, et la température. Us pourront être en alliage métallique convenable, et dans les cas de grande agressivité chimique en carbone. 2") Pour éviter l'ionisation par les fils, et la "contre-émission" préjudiciable au dépoussiérage, l'électrolyte devra présenter une conductibilité ionique suffisante, et la distance des fils ne devra pas être trop grande. 30 ) Pour protéger les fils de la rupture par étincelage, et par échauffement d'arcs électriques accidentels, ces fils devront être tendus entre deux nappes de tissu cousues entre elles, qui maintiendront par capillarité un rideau liquide autour des fils. Si lton veut réaliser une électrode émissive de la manière décrite ci-dessus à propos de l'électrode collectrice 10, il est nécessaire de fixer des goulottes régulièrement réparties à la surface de l'électrode émissive et sur les deux faces, de manière à réaliser l'ionisation du gaz d'une part, la pulvérisation électrostatique du ruissellement d'autre part. La figure 12 représente un mode de réalisation d'une électrode émissive en tissu de fibres de verre ou de fibres synthétiques, constituée de deux nappes superposées 47, 48 cousues entre elles et protégeant des fils conducteurs électroniques verticaux 49 régulièrement répartis entre elles. Des pointes 50, découpées dans des matériaux plastiques profilés, sont rivées ou collées sur les deux faces du tissu. En cas de collage il est nécessaire de ne pas noyer les fils conducteurs dans le matériau de collage afin de ne pas supprimer la gaine de liquide qui les protège de l'échauffement et de la décharge électrique. Dans toutes les formes d'exécution de l'invention qui ont été décrites ci-dessus, le liquide de pulvérisation mécanique, de pulvérisation électrostatique et de ruissellement peut être de l'eau ordinaire, une solution aqueuse d'un sel ionisé, ou un liquide quelconque,pur ou non, suffisamment conducteur ionique pour assurer le transport du courant électrique à la surface des électrodes constituées d'un matériau électrique. REVENDICATIONS 1 Appareil de traitement d'une phase gazeuse contenant en suspension un liquide ou un solide très finement divisé notamment en vue de la séparation de la phase liquide ou-solide de la phase gazeuse comportant au moins une première électrode émissive et au moins une seconde électrode collectriaDdisposée en regard de la première électrode et parallèlement à cette dernière, des moyens pour porter la première ou la seconde électrode à une haute tension continue, l'autre étant au potentiel de la terre, de manière à créer entre les première et seconde électrodes un espace soumis à un champ électrique monoionisé, des moyens pour faire circuler la phase gazeuse dans l'espace compris entre les deux électrodes, des moyens pour réaliser un ruissellement sur les électrodes, notamment par une dispersion mécanique d'un liquide sous forme de gouttellettes grossières qui atteignent les électrodes par inertie, et des organes effilés en saillie portés par itélectrode émissive, sur sa face tournée vers l'électrode collectrice, pour assurer, à ltex- trémité de ces organes, l'ionisation et la localisation de gouttes pendantes atomisées sous forme de fines gouttelettes, par pulvérisation électrostatique, qui sont alors attirées par l'autre électrode jouant le ralle d'électrode collectrice, caractérisé en ce que la seconde électrode et/ou la première électrode sont constituées en un matériau non conducteur électronique, la conduction électrique à la surface de la ou des électrodes en matériau non conducteur étant assurée par la conductivité électrolytique du film de liquide continu qui ruisselle sur les surfaces. 2 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la ou lespremières électrodes émissives sont mises à la terre et les secondes électrode s collectricessont portées à une haute tension positive continue. 3 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les premières électrodes émissives sont portées à une haute tension négative continue et les secondes électrodes collectrices sont au potentiel de la terre. 4 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qutil comprend une enceinte mise à la terre comportant des parois verticales, une paroi supérieure et une paroi inférieure, formant trémie collectant la boue formée, au moins un groupe de plaques parallèles formées des premières électrodes émissives et des secondes électrodes collectrices logées dans l'enceinte, parallèles aux parois verticales de cellesci, des moyens assurant la circulation de la phase gazeuse à travers les espaces délimités entre les électrodes, des buses de pulvérisations mécaniques grossières de liquide sous pression formant des gouttes qui atteignent les électrodes par inertie et constituent des ruissellements conférant une conduction électrolytique aux électrodes, et des organes en saillie portéspar les premières -électrodes émissives à la terre ou à la haute tension. 5 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 , caractérisé en ce que chaque électrode est constituée d'un matériau non conducteur électrique, souple et léger, tel qu'un film de matière plastique, un tissu de fibrs de verre ou de fibres synthétiques, la conductibilité électrique étant assurée par l'électrolyte qui ruisselle sur les surfaces. 6 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fils conducteurs en métal chimiquement inerte, ou en carbone, sont incorporés au tissu de fibres de verre ou de fibres synthéti que s, dans le sens vertical, régulièrement répartis d'un bord à l'autre du tissu, protégés des décharges et des arcs électriques accidentels par l'épais- seur du tissu et le liquide qui l'imprègne par capillarité, et destinés à rendre la surface de l'électrode équipotentielle dans le cas où le liquide de ruissellement ne présente pas une conductibilité électrolytique suffisante. 7 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les électrodes émissives comportent des organes en saillie constitués de matière plastique ou de languettes métalliques rivées ou collées, assurant l'ionisation du gaz et la pulvérisation électrostatique d'une partie du ruissellement. 8 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les parois sont constituées d'un matériau non conducteur électronique, comme les électrodes. 9 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les électrodes émissives sont au potentiel de la terre, et alimentées directement en liquide par des canalisations distribuant l'eau par la partie supérieure et éventuellement à différents niveaux, les électrodes collectrices étant alimentées en liquide par pulvérisation électrostatique d'une partie du ruissellement des électrodes émissives.