Brevet FR2388268A1 — publié le 19781117

La présente invention concerne un procédé pour mesurer les concentrations en particules solides dans les cheminées industrielles et les moyens de mise en oeuvre de ce procédé. On sait que différentes installations industrielles par exemple dans le domaine de la production d'énergie, de l'industrie chimique, pétrochimique, carbochimique, pharmacentique, et autres, ainsi que dans le domaine de la combustion telle que la combustion des déchets, etc., sont amenées à rejeter dans l'atmosphère des gaz chargés de particules solides. La connaissance des concentrations de ces particules dans ces gaz fournit des indications sur les rendements et conditions de fonctionnement de ces installations. Les législations des différents pays possédant de telles installations imposent, par ailleurs, des limites à ces concentrations, le rejet de poussières étant une atteinte aux conditions de vie des êtres humains, des animaux et des végétaux. Parmi les divers procédés employés pour mesurer les concentrations en particules solides, les seuls qui fournissent les résultats quantitatifs que l'on désire généralement obtenir consistent à effectuer, par aspiration, un prélèvement représentatif des gaz rejetés et à peser, par des procédés manuels ou automatiques, les particules solides contenues dans un volume déterminé des gaz prélevés. Pour qu'un tel prélèvement soit représentatif, le dispositif d'aspiration doit réaliser,parmi diverses conditions, un débit tel que la vitesse des gaz prélevés au niveau de 1J orifice d'aspiration soit la même que celle des gaz non perturbés circulant dans la cheminée (C.N. DAVIES : Brit. Journ. Appli. Phys Ser 2.1 (1968)). Aerosol Sciences, Acad. Press. New York (1967) - S. BADZIOCH - Journ. Inst. Fuel (1960). Cette condition est appelée "isocinétisme". On ne peut en effet pas considérer comme représentatif un échantillonnage effectué dans des conditions de non isocinétisme comme le montrent les écarts constatés (voir Tableau I ci-après) lors dtessais effectués avec des particules respectivement de 20 microns et de 50 microns de diamètre et de densité 2,4 prélevées par aspiration dans un courant d'air à 200C chargé de ces particules au moyen d'une sonde de dimensions courantes de 10 mm de diamètre, en appliquant la formule où:: Co = concentration vraie obtenue dans le cas d'un échantillonnage effectué dans des conditions d'isocinétisme C = concentration mesurée quand la vitesse d'aspira- tion au niveau de l'entrée de 1 t appareil de pré lèvement est égale à u u0 = vitesse du courant non perburbée dans la cheminée u = vitesse d'aspiration au niveau de Rentrée de 11 appareil de prélèvement t = temps de relaxation des particules donné par l'équation avec m et a représentant respectivement la masse et le rayon des particules et Q la viscosité du fluide par lequel sont véhiculées ces particules r = rayon de 11 ouverture de l'appareil de prélèvement Tableau I u C C C (20 ) u 20R 50R T C(50 ) T 20 0 50 0 0,5 1,4 1,9 0,74 1,0 1,0 1,0 1,0 2,0 0,7 0,5 1,40 3,0 0,5 0,3 1,67 L'examen d'une des colonnes (C/CO) montre ainsi que, meme dans le cas hypothétique de diamètre uniforme de particules, la concentration pondérale indiquée par la sonde est fortement déformée quand la vitesse de prélèvement dévie de l'isocinétisme.De plus, le rapport pondéral entre les divers diamètres de particules change : une distorsion de la granulométrie se superpose à l'erreur de concentration. La nécessité de ces conditions d'isocinétisme pour avoir un échantillonnage représentatif doit toutefois tenir compte du fait que la vitesse d'écoulement réelle dans la cheminée varie en fait en fonction des régimes de l'installation en fonction du régime de l'exploitation et d'incidents imprévisibles. Il s'ensuit qulen raison de ces variations, les conditions d'isocinétisme ne peuvent être atteintes que si l1on prévoit des dispositifs permettant de se rendre maître de la vitesse dtaspiration de l'appareil de prélèvement, soit manuellement, soit au moyen de systèmes d'asservissement.Ces deux solutions (qui sont du reste utilisées à l'heure actuelle) font a-ppel à des organes coûteux qulil est très souvent malaisé d'installer et dont la fiabilité est la plupart du temps problématique eu égard à la température, au degré d'humidité, à la présence de fluides corrosifs, à l'encrassement par les poussières, etc. Or, la présente invention obvie à ces inconvénients et vise un procédé dont les moyens de mise en oeuvre sont simples, Mon marché et d'un entretien quasiment nul. Ce procédé est essentiellement caractérisé par le fait qulil consiste à diriger ou à dévier une partie du flux gazeux de la cheminée dans une conduite de diamètre suffisant pour y créer un écoulement laminaire(avec le minimum de turbulence et un effet de paroi négligeable) à vitesse constante, indépendante de celle régnant dans la cheminée, et à prélever au sein de cette conduite, à cette même vitesse, les échantillons désirés au moyen d'une sonde de type classique. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, il suffit de disposer d'un tube d'au moins 10 cm de diamètre, que lion place dans le flux gazeux circulant dans la cheminée ou rejeté de celle-ci, tube branché sur un dispositif d'aspira tion à vitesse constante et , logée dans ce twbe tUbe, d'une sonde de diamètre couramment utilise (par exemple de l'ordre de 10 mm), elle-meme branchée sur le dispositif dlaspiration par l'intermédiaire de moyens régula teurs connus permettant dly maintènir la même vitesse que dans ledit tube. Bien entendu, pour la canalisation ou la dérivation du flux gazeux de la cheminée tube adopté de section circulaire ou polygonale sera réalisé de préférence en un matériau résistant aux conditions de température, d'humidité et/ou de corrosion, qui règnent dans la cheminée. Le dispositif dtaspiration utilisé peut être quelconque. I1 pourra être du type ventilateur à simple ou multiple étage, pompe, éjecteur à eau ou à air, dispositif à faire le vide (plus ou moins poussé) si l'usine ou l'installation industrielle en possède un, et c. Le moteur éventuel faisant fonctionner ce dispositif d'aspiration sera électrique ou mû par un fluide (vapeur, air ou gaz comprimé). Les gaz prélevés seront rejetés, soit à l'intérieur dela cheminée et/ou du tube utilisé pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, soit directement à l'atmosphère. D'autres caractéristiques et les avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé illustrant la mise en oeuvre de l'invention et représentant en élévation coupe une partie d'une cheminée dans laquelle est introduit un dispositif pour la mise en oeuvre de llinvention. En se référant à ce dessin, la référence C désigne la cheminée, M un tube pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, communiquant avec un ventilateur V, mu par un moteur à air comprimé MA. Ce .tube est monté à l'intérieur de la cheminée par des barres de soutien telles que BS. A l'intérieur de M est également montée une sonde de prélèvement SP reliée à sàn dispositif d'aspiration (non représenté). Le procédé de l'invention est mis en oeuvrede la façon suivante. Soit uO la vitesse du flux-gazeux à l'intérieur de la cheminée C. On aspire ce flux, dans le tube M, grâce au ventilateur V, mu par le -moteur MA à une vitesse constante u. On aspire également dans la sonde SP le flux gazeux circulant dans M à la même vitesse constante ut I1 est à noter que cette vitesse u peut être égale, inférieure ou-supérieure à la vitesse uO ou représenter un multiple ou sous-multiple entier de cette vitesse ; mais en règle générale, le procédé de l'invention n'est aucunement limité,dans sa mise en oeuvre, par les conditions de vitesse régnant dans la cheminée, ce qui constitue un avantage certain. Afin dtillustrer l'intérêt de l'invention, on a utilisé la cheminée C d'un diamètre de 3 mètres avec un flux gazeux chargé de particules de 20- microns et un flux gazeux chargé de particules de 50 microns Le tube M avait un diamètre de 20 cm et le tube SP un diamètre de 10 mmo On a maintenu constante la vitesse u dans M et SP pendant chaque essai. Les rapports des vitesses et les résultats obtenus sont indiqués pour chaque essai au Tableau Il ci-après. Tableau II u C G Uo Co Co 20 50 2,0 1,0 0,9 3,0 - ,9 - 0,8 I1 ressort de ce tableau que,pour un rapport des vitesses variant entre 0,5 et 3, l'erreur maxima ne dépasse pas 20 %. Une autre série d'essais effectués avec un tube M de 60 cm a permis de réduire encore davantage les écarts. Les résultats figurent au Tableau III ci-après. Tableau III u C C Uo Co Co 20 50 2,0 1,0 1,0 3,0 1,0 1,0 I1 va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et que toute modification -utile au niveau des moyens équivalents pourra y être apportée sans sortir de son cadre tel que défini par les revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Procédé pour mesurer les concentrations en particules solides dans les cheminées industrielles, caractérisé par le fait qu'il consiste à diriger ou à dévier une partie du flux gazeux de la cheminée dans une conduite de diamètre suffisant pour y créer un écoulement (avec - le minimum de turbulence et un effet de paroi négligeable) à vitesse constante, indépendante de celle régnant dans la cheminée, et à prélever au sein de cette conduite, à cette même vitesse, les échantillons désirés au moyen d'une sonde de type classique. 2. Moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'ils comprennent un tube d'au moins 10 cm de diamètre, équipé pour pouvoir être monté dans le courant gazeux et une sonde de diamètre courant équipée pour pouvoir être montée à l'intérieur de ce tube, et des moyens d'aspiration branchés sur ces deux canalisations équipés de moyens de régulation de manière à y créer des vitesses égales des flux gazeux les traversant.