Brevet FR2493186A1 — publié le 19820507

La présente invention concerne un centrifugeur pour la séparation de particules en suspension dans un fluide gazeux, du type comprenant un corps creux dans lequel le fluide gazeux chargé de particules est mis en rotation. La présente invention s'applique en particulier aux S séparateurscyclones utilisés notamment, mais non exclusivement, dans des installations de dépoussiérage industriel. Dans les dépoussiéreurs multicyclones, constitués par une batterie de plusieurs dizaines de cyclones ou cellules, on constate que la paroi interne des cyclones s'use par abrasion sous l'action des particules du produit qui est séparé par centrifugation du fluide gazeux à traiter. Cette usure est plus ou moins rapide selon la nature du produit à séparer, la vitesse du gaz à trai- ter, la résistance et l'épaisseur de la paroi du corps du cyclone, les conditions de température, d'hygrométrie, d'acidi- té, etc... et elle peut aboutir au percement de la paroi des cellules. Dès qu'une cellule est percée, le rendement du dépous- siéreur décroît et le fonctionnement est perturbé. Il est alors nécessaire de remplacer la cellule défectueuse dans les plus brefs délais pour deux raisons, d'une part afin de respecter les tolérances de la réglementation anti-pollution et, d'autre part, afin d'éviter que les fuites de suie ou de poussière n'entraînent d'autres dégâts sur les cellules ou les autres éléments voisins. A titre d'exemple, dans un dépoussiéreur multi- cyclone classique, comprenant 60 cellules qui traitent, avant rejet à l'atmosphère, les fumées d'un four d'incinération de déchets urbains ayant une capacité nominale de traitement de 1500 kg de déchets par heure, il est fréquent d'apercevoir les premiers percements des cellules en fontes les plus résistantes connues sur le marché après 2.000 à 3.000 heures de fonction- nement, avec une-baisse corrélative de rendement importan- te. En effet, les poussières contenues dans les fumées d'un four d'incinération de déchets urbains sont très abrasives et il est rare que la durée de vie des cellules dépasse 5.000 heures sans connaître aucune avarie. Il est donc néces- saire de procéder à des remplacements fréquents des cellules défectueuses, ce qui entraîne des coûts élevés de main-d'oeuvre et de pièces de rechange. De nombreuses tentatives ont été faites par les construc- teurs de cyclones pour rechercher le matériau susceptible de résister le plus longtemps à l'usure. Dans la technique de dépoussiérage des fumées, des fontes de diverses duretés et épaisseurs ont été testées. Certains constructeurs emploient des céramiques ou du verre "Pyrex" pour réaliser la paroi des cellules. D'autres.constructeurs garnissent d'un matériau dur la paroi interne des cellules. Ces solutions sont souvent onéreuses et ne permettent pas toujours d'obtenir une augmen- tation notable de la durée de vie des cellules. D'autre part, il est connu que les séparateurs-cyclones donnent des résultats relativement médiocres du point de vue du dépoussiérage, par rapport aux résultats obtenus avec des appa- reils plus sophistiqués comme les électro-filtres, qui sont réputés les meilleurs mais qui sont plus coûteux. Les dépoussié- reurs du type à cyclones nécessitent, pour l'obtention d'un dé- poussiérage acceptable, l'utilisation de batteries comportant un grand nombre de cyclones. On pourrait augmenter le rendement de dépoussiérage des cyclones individuels en augmentant la vi- tesse du gaz à épurer et, par suite, la vitesse de centrifugation. Toutefois, une telle solution augmente la rapidité d'usure des parois des cyclones, de sorte qu'il faut faire un compromis entre la vitesse de centrifugation et la rapidité d'usure, donc entre le rendement de dépoussiérage et la durée de vie des cyclones. La présente invention a donc pour but de protéger contre l'usure, par des moyens simples et peu coûteux, les centrifu- geurs du genre séparateur-cyclone, tout en augmentant leur rendement de séparation ou rendement de dépoussiérage. A cet effet, le centrifugeur selon la présente invention est caractérisé en ce que la paroi interne de son corps creux est munie d'éléments en relief constituant un dispositif anti-abrasion. De préférence, les éléments en relief s'étendent trans- versalement au sens d'écoulement du fluide, le long de la paroi interne du corps creux. Dans le cas o le corps creux a une forme cylindro- conique et o le fluide gazeux à traiter est mis en rotation autour de l'axe du corps creux, les élé- ments en relief s'étendent dans le sens axial. Il peut être aussi prévu d'autres éléments en relief qui s'étendent dans le sens circonférentiel et qui sont espacés axialement de manière à former un quadrillage alvéolaire avec les éléments en relief qui s'étendent dans le sens axial. En fait, la présente invention utilise la force centri- fuge des cyclones pour former et maintenir contre leur paroi interne une couche protectrice faite des particules séparées du fluide gazeux. Les éléments en relief formant le dispositif anti-abrasion selon l'invention permettent à cette couche pro- tectrice de s'établir sur la paroi interne et de s'y maintenir. En effet, sans le dispositif anti-abrasion selon l'invention, cette couche protectrice glisse sur la paroi interne, sans s'y fixer, et le phénomène d'usure apparaît plus ou moins rapidement selon la nature du produit à séparer,la vitesse du gaz à traiter, la résistance-et l'épaisseur du corps du cyclone, et d'autres facteurs. En autorisant la formation et-le maintien de cette couche protectrice et en interdisant son glissement sur la paroi interne du corps du cyclone à l'aide des éléments en relief, en nombre et épaisseur convenables, il a été constaté que, sans nuire à la fonction du cyclone, la paroi interne de ce dernier reste constamment recouverte, donc protégée mécani- quement par ladite couche, ainsi que le dispositif anti-abrasion lui-même. Dans ce cas, le glissement et les frottements s'effec- tuent produit sur produit et non plus produit sur paroi. Il est important de noter que, même si le ou les cyclones doivent, pour toute autre raisons être soumis périodiquement à des vibrations, la couche protectrice se reconstitue immédiatement après cessation des vibrations. On décrira maintenant, à titre d'exemple, diverses formes d'exécution de la présente invention en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure la montre, en coupe axiale, un séparateur-cy- clone classique équipé d'un dispositif anti-abrasion selon l'invention. La figure lb est une demi-coupe, suivant la ligne A-A, du séparateur-cyclone représenté sur la figure la. Les figures 2a et 2b, 3a et 3b, 4a et 4b, Sa et Sb sont des vues similaires aux figures la et lb, montrant quatre autres formes d'exécution de l'invention. Le cyclone représenté sur les figures la et lb comprend un corps creux 1, par exemple en fonte, de formecylindro- conique d'axe vertical, ouvert à ses deux extrémités. Un tube d'évacuation 2, d'un diamètre extérieur plus petit que le diamètre intérieur'du-corps-l est disposé coaxialement dans l'extrémité supérieure ouverte-du-corps -1 et s'étend vers le bas à l'inté- rieur de celui-ci sur une partie de sa hauteur. Une couronne d'aubes directrices fixes 3 est fixée à l'extrémité supérieure du corps 1 dans l'espace annulaire entre ce corps 1 et le tube 2. Le gaz G chargé de particules P est admis à grande vitesse dans le corps 1 à travers son extrémité supérieure, comme indiqué par les flèches, et il est canalisé par les aubes directrices 3 qui lui impriment un mouvement de rotation autour de l'axe du corps 1. Sous l'action de la force centrifuge, les particules P sont projetées contre la paroi interne du corps 1, le long de laquelle elles glissent vers le bas suivant un trajet approximativement hélicoïdal pour être évacuées à travers l'extrémité inférieure ouverte 4 du corps 1. Le gaz G, débarrassé des particules P est évacué à travers le tube 2. En l'absence du dispositif anti-abrasion 5 qui va mainte- nant être décrit, le frottement des particules P sur la paroi interne du corps 1 use ladite paroi. Cette usure peut être considérablement réduite, voire complètement supprimée au moyen du dispositif anti-abrasion 5 qui, dans ia forme d'exécution représentée sur les figures la et lb, est constituée par des barrettes 6 s'étendant dans le sens axial et pliées au profil de la paroi interne du corps 1. Les barrettes 6 sont maintenues en contact étroit avec la paroi interne du corps I par des anneaux de maintien 7. Le nombre des barrettes 6 et des anneaux 7 peut varier selon le diamètre intérieur et la longueur axiale du corps 1 et selon les conditions de fonctionnement. EXEMPLE: Dans un dépoussiéreur multicyclone classique comprenant cellules semblables à celles montrées- sur les figures la et lb, et associées à un four d'incinération de déchets urbains d'une capacité nominale de 1.500 kg de déchets par heure, six des 60 cellules ont été équipées d'un dispositif anti-abra- sion 5 conforme à celui montré sur les figures la et lb. Chaque cellule avait un diamètre intérieur d'environ 250 mm. Chaque dispositif anti-abrasion 5 était constitué par quatre barrettes verticales 6 espacées circonférentiellement de 90 et par deux anneaux de maintien 7. Les quatre barrettes 6 et les deux anneaux de maintien étaient réalisés en fer rond de mmn de.diamètre et leur longueur totale développée était d'environ 4.000 mm. Jusqu'à ce jour, l'essai a porté sur 10.500 heures ou deux années de fonctionnement du four à sa puissahce nominale. Après 2.000 à 3.000 heures de fonctionnement, on a constaté les premiers percements des cellules non équipées du dispositif anti-abrasion S de l'invention. Par contre, après deux années d'utilisation,-on a constaté que les six cellules équi- pées du dispositif anti-abrasion 5 de l'invention n'ont subi aucun dommage ni obstruction et que le dispositif anti-abrasion 5 lui-même s'est trouvé aussi auto-protégé contre l'usure. Ceci tient au fait que les barrettes 6 retiennent une partie des particules P séparées du gaz G et permettent l'établissement d'une couche protectrice C faite desdites particules, comme montré sur la figure lb. D'après ce qui précède, on voit que le dispositif anti- abrasion 5 permet d'augmenter considérablement la durée de vie des cyclones. Les essais effectués jusqu'à ce jour montrent que la durée de vie est, dès à-présent,triplée, voire quintuplée dans certains cas. La poursuite de ces essais permettra d'en fixer raisonnablement la limite. Le dispositif anti-abrasion 5 de l1invention*st de cons- truction très simple et peu coûteuse dans la mesure o sa fabri- cation nécessite seulement un petit nombre d'opérations très simples et l'utilisation d'un métal très ordinaire, d'usage cou- rant et peu onéreux. La seule précaution à prendre pour sa mise en place dans le corps 1 du cyclone est-de prendre soin que les barrettes 6 soient en contact étroit avec la paroi à protéger. Outre le fait que le dispositif anti-abrasion 5 de l'in- vention permet d'augmenter considérablement la durée de vie des cyclones, il permet également de -maintenir dans le temps les performances prévues par les constructeurs, voire même d'augmenter le rendement de dépoussiérage. En effet, du fait que la couche protectrice C diminue la section de passage des gaz chargés de particules, la vitesse de ces gaz s'en trouve accélérée et la centrifugation est accrue. Par suite, la sépa- ration des particules est améliorée et l'adhérence de la couche protectrice C sur la paroi est plus grande, ce qui améliore encore la protection contre l'usure. Du fait que la paroi interne du corps 1 du cyclone est parfaitement protégée contre l'usure, on peut envisager main- tenant d'admettre les gaz chargés de particules dans le cyclone à des vitesses plus importantes qu'auparavant, afin d'augmenter la vitesse de centrifugation, et par suite le rendement de dépoussiérage, sans pour autant augmenter l'usure et réduire la durée de vie du cyclone. Ceci permet d'obtenir des résultats de dépoussiérage proches de ceux obtenus couramment avec des appareils plus sophistiqués comme les électro-filtres. Il y a lieu de noter que l'amélioration du rendement de chacune des cellules d'un tel dépoussiéreur multicyclone amène nécessairement une protection accrue de tous-les matériels-situés en aval du dépoussiéreur, tels que: tôleries, gaines de fumée, collecteurs, tuyauteries, appareils de contrôle, volutes et tur- bines de ventilateur de tirage, registre de réglage, fumisteries, cheminées, etc... Il y a également lieu de noter que grâce au dispositif anti-abrasion de l'invention, les opérations de remplacement des cellules endommagées sont considérablement plus espacées dans le temps, voire complètement supprimées, ce qui entraîne une économie très importante en pièces de rechange et en main-d'oeu- vre et permet une utilisation plus rationnelle des fours eux- mêmes. A titre indicatif, dans une installation d'incinération de déchets comprenant un four d'incinération et un dépoussié- reur multicyclone classique d'une soixantaine de cellules, il fallait auparavant remplacer une quarantaine de cellules chaque année. Sachant qu'une cellule classique coûte environ 600 Frs, il en coûtait annuellement, pour ce seul poste, environ 24.000 Frs (valeur-mai 1980, hors taxe, sans compter le prix du transport et la main-d'oeuvre). On notera également que le dispositif anti-abrasion de l'invention peut être mis en place dans n'importe quel type de - cyclone à entrée axiale ou tangentielle, de type vertical, horizontal ou oblique, etc... sans aucune modification des ins- tallations existantes. Ceci signifie que les cellules (encore saines) des multicyclones actuellement en service peuvent être immédiatement et facilement protégés contre l'usure en y incor- porant le dispositif anti-abrasion selon l'invention. D'autre part, les cellules qui étaient jusqu-'â présent fabriquées en fontes- nobles-et épaisses peuvent désormais être réalisées en fontes ordinaires et peu épaisses ou même en tôles fines ordinaires ou en acier inoxydable selon les applications envisagées (température, hygrométrie, acidité, etc...). Les figures 2a et 2b montrent une forme d'exécution du cyclone, dans laquelle le corps 1 est réalisé en t6le. Dans ce cas, chaque barrette 6 peut être constituée par une tôle pliée en L et fixée par l'une de ses ailes à la paroi interne du corps 1 par tout moyen approprié, par exemple par soudage par points. A la place d'une t6le pliée-en L, on peut aussi utiliser des profilés en fer à section en L, en I ou en C. Les figures 3a et 3b montrent une autre forme d'exécu- tion du cyclone selon l'invention, danslaquelle le corps 1 est en fonte moulée et présente sur sa paroi interne huit nervures longitudinales (seulement cinq d'entre elles sont visibles sur les figures Sa et 3b) qui sont espacées circonférentiellement de 450 et sont formées d'une seule pièce avec le corps 1 par moulage. Les nervures 8-jouent le même role que les barrettes 6 des formes d'exécution précédentes. Les figures 4a et 4b montrent une autre forme d'exécu- tion d'un cyclone, dans laquelle le corps 1 est aussi réalisé en fonte moulée. Dans ce cas, le corps l présente sur sa paroi interne six nervures longitudinales 8 espacées de 600 et venues de moulage avec le corps 1, ainsi que d'autres nervures 9, également venues de moulage avec le corps 1, qui s'étendent dans le sens circonférentiel et sont espacées axialement de manière à former avec les nervures 8 un quadrillage alvéolaire. Les figures Sa et Sb montrent une autre forme d'exécution de l'invention dans laquelle le corps 1 est encore réalisé en fonte moulée et présente dans sa paroi interne des rainures longitudinales 10 venues de moulage. Les arêtes longitudinales 11 entre les rainures adjacentes jouent le même râle que les barrettes 6 ou les nervures 8 des formes d'exécution précédentes. Bien que dans la description qui précède, il soit fait plus particulièrement référence au traitement des fumées d'une installation d'incinération de déchets urbains, la présente- invention est applicable dans un grand nombre d'industries telles que: métallurgie, sidérurgie, verrerie, industries alimentaires, industrie du bois, industrie des matières plas- tiques, industrie chimique, voierie, stations d'enrobage et d'épuration, sablières, balastières, centrales thermiques, etc. En outre, le transport pneumatique, qui utilise des cyclones, devient envisageable dans les industries les plus diverses pour un grand nombre de denrées réputées abrasives, comme par exemple: poussières, suies, boues séchées, minerais, sables, gravillons, graviers, galets, farines, poudres, granulés, grains de céréales, charbons, machefers, fines, arachides, noix, coques, sciures, copeaux, ébarbages et tous produits susceptibles d'être cyclonés. D'après ce qui précède, il est clair que la présente invention présente un grand intérêt économique, tant par la possibilité qu'elle donne de protéger les cyclones existants avec les économies de pièces de rechange et de main-d'oeuvre qui en résultent, que par la possibilité de construire les fu- turs cyclones à un prix de revient plus faible, par les meil- leurs résultats qu'elle procure sur le plan de la séparation des particules, par la diminution de la pollution atmosphérique par les rejets dans l'atmosphère dans les techniques de dépoussiérage, par les économies d'énergie qu'elle permet d'obtenir, et par ses nombreux domaines d'application. Il est bien entendu que les formes d'exécution qui ont été décrites ci-dessus ont été données à titre d'exemple pure- ment indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent être apportées facilement par l'homme de l'art sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. C'est ainsi notamment que le nombre, la forme et la disposition des éléments en relief prévus sur la paroi interne du cyclone peut varier selon le domaine d'application, la nature du pro- duit à traiter et les conditions de fonctionnement. RE V E N D I C A T I ON S 1.- Centrifugeur pour la séparation de particules en suspension dans un fluide gazeux, comprenant un corps creux(1) dans lequel le fluide gazeux (G)chargé de particules(P)est mis en rotation, caractérisé en ce que la paroi interne du corps creux (1) est munie d'éléments en relief (6, 8, 9, 11) constituant un dispositif anti-abrasion (5). 2.- Centrifugeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments en relief (6, 8, 9, 11) s'étendent transversalement au sens d'écoulement du fluide gazeux(G)le long de la paroi interne du corps creux (1). 3.- Centrifugeur selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que les éléments en relief (6) sont constitués par des tiges en fer rond qui sont maintenus en contact étroit avec la paroi interne du corps creux (1). S 4.- Centrifugeur selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que les éléments en relief (6) sont constitués par des barrettes fixées à la paroi interne du corps creux (1). S.- Centrifugeur selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que les éléments en relief (8, 9, 11) sont d'une seule pièce avec la paroi du corps creux (1). 6.- Centrifugeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments en relief (8, 9) sont constitués par des nervures venues de moulage avec le corps creux (1). 7.- Centrifugeur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments en relief(11)sont constitués par des arêtes entre des rainures(10)formées dans la paroi interne du corps creux (1). 8.- Centrifugeur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, dans lequel le corps creux(1)a une forme cylindro- conique et le fluide gazeux(G)chargé de particules(P)est mis en rotation autour de l'axe du corps creux, caractérisé en ce que les éléments en relief (6, 8, 11) s'étendent dans le sens axial. 9.- Centrifugeur selon la revendication 8, caractérisé en ce que d'autres éléments en relief (9) s'étendent dans le sens circonférentiel et sont espacés axialement de manière à former un quadrillage alvéolaire avec les éléments en relief (8) qui s'étendent dans le sens axial.