Brevet FR2506086A2 — publié le 19821119

FR 2506086 A2 19821119 FR 8109646 A 19810514 La Demande de Brevet français nO 80 11945 du 29 Mai 1980 décrit un dépoussiéreur électrostatique propre à séparer des particules en suspension dans un courant gazeux, qui comprend une enceinte dans laquelle on fait circuler ce gaz, des moyens pour injecter des ions dans cette enceinte qui viennent se fixer sur les particules véhiculées par le courant gazeux, et des moyens de précipitation électrostatique des particules ainsi chargées en aval de ces moyens d'injection d'ions. Les dispositifs d'injection d'ions utilisés comprennent notamment des moyens pour produire une décharge corona dans un gaz circulant dans une chambre en direction d'un orifice ménagé dans un injecteur entre cette chambre et l'enceinte. La chambre comprend en outre des moyens pour provoquer la formation,dans la zone de décharge, de microparticules d'aérosol qui piègent des ions et sont éjectées par ledit orifice vers l'enceinte où elles changent d'état, par fusion ou sublimation notamment, en libérant ces ions. Grâce à une telle disposition, on obtient de façon très efficace un transfert d'ions dans le courant de gaz à dépoussiérer tout en limitant les interactions entre l'atmosphère de l'enceinte du séparateur et l'atmosphère propre de la chambre où l'on produit la décharge corona. On a constaté cependant que la charge d'espace obtenue dans des séparateurs électrostatiques du type décrit précédemment n'était pas toujours aussi élevée qu'on aurait pu le souhaiter pour effectuer le dépoussiérage avec un rendement optimum, notamment lorsqu'on opère dans des gaz très chauds, par exemple des gaz de combustion de foyers à combustible pauvre destinés à l'alimentation directe de moteurs tels que des turbines à gaz et dans lesquels on crée une charge d'espace positive en vue d'effectuer la précipitation des poussières. L'invention vise à remédier à cette difficulté en prévoyant d'équiper les dispositifs d'injection d'ions du séparateur à l'aide de moyens qui tendent à limiter la capture des ions dans l'enceinte à proximité immédiate de l'injecteur de microparticules chargées. Elle part en effet de l'observation que, notamment lorsque la température dans l'enceinte est extrêmement élevée, les microparticules d'aérosol injectées tendent à se sublimer très rapidement après leur arrivée dans l'enceinte et, par conséquent, à proximité immédiate de l'injecteur. Une partie des ions libérés retournent alors vers cet injecteur par lequel ils sont captés, ce qui diminue d'autant la charge d'espace disponible pour charger les particules transportées par le gaz à dépoussiérer. Conformément à un mode de réalisation, on crée une distribution de champ électrique au voisinage de l'injecteur qui tend à écarter de celui-ci les ions injectés dans l'enceinte,en évitant leur capture. On peut à cet effet isoler électriquement l'injecteur des parois de l'enceinte du séparateur, lesquelles sont en général à la masse, et établir une différence de potentiel élevée entre cet injecteur et ces parois. Dans le cas notamment Ofi les cornes iniétoes sont nositi=Tes, on norte l'injecteur à un potentiel positif par rapport aux parois de l'enceinte. Conformément à un autre mode de réalisation, on prévoit de retarder le changement d'état des microparticules dans l'enceinte. A cet effet, on peut notamment souffler un courant de gaz froid autour du flux de microparticules introduites par l'injecteur dans l'enceinte. Ce courant permet de retarder les transferts thermiques et par conséquent la fusion, l'évaporation ou la sublimation des microparticules jusqu'à ce qu'elles soient parvenues à une distance suffisante de l'injecteur pour éviter la capture des charges qu'elles libèrent. Quel que soit le mode de réalisation adopté, on peut avantageusement refroidir l'injecteur à l'aide de canalisations véhiculant un fluide réfrigérant approprié. Bien entendu, les deux modes de réalisation précédents peuvent être employés conjointement. La description suivante fait référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente un mode de réalisation de l'invention à l'entrée d'une enceinte de séparateur électrostatique - les figures 2 à 4 représentent de façon très schématique des variantes de réalisation - la figure 5 illustre une forme de mise en oeuvre d'un injecteur. Un dispositif d'injecteur 10 (figure 1), fonctionnant sur un principe identique à celui décrit dans la Demande de Brevet français citée ci-dessus, comprend un tube injecteur 12 limitant une chambre 14 à l'intérieur de laquelle peut circuler un courant d'air humide sous pression dans le sens de la flèche 16 en direction d'un orifice à l'extrémité 18 du tube 12, dont le profil interne définit une tuyère. Coaxialement au tube 12 est montée une électrode-aiguille conductrice 20 dont l'extrémité 22 aboutit au voisinage du col 24 de cette tuyère. L'aiguille 20 et le tube 12 sont connectés électriquement à une source de haute tension 28 dont le niveau est choisi pour permettre l'établissement d'une décharge corona dans le gaz circulant entre l'extrémité 22 de l'aiguille 20 et la tuyère 18. En outre7 le tube 12 est maintenu à un potentiel électrique positif élevé, par exemple de 20 kilovolts, par rapport à la masse, par une source de tension 30. Le tube injecteur 12 est monté coaxialement à l'intérieur d'un tube métallique 32 dont les parois convergent vers une ouverture 36 à son extrémité 34 légèrement en aval de l'extrémité 18 du tube 12 dans le sens de l'écoulement du gaz à l'intérieur de la chambre 14. Le tube 32 est monté dans une ouverture pratiquée dans la paroi 40 d'une enceinte métallique 42 d'un dépoussiéreur électrostatique de gaz chauds tel que par exemple représenté à la figure 5 de la Demande de brevet ci-dessus. La paroi 40 est à la masse. Le tube 32 est polarisé à un potentiel qui peut être identique à, ou différent de, celui du tube 12 grâce à une source de tension 31. I1 traverse la paroi 40 par une traversée isolante 33. A l'intérieur de l'enceinte 42, le tube 32 est entouré d'un serpentin 44 dans lequel on peut faire circuler un courant d'un fluide de refroidissement non conducteur. Les conduites d'amenée de fluide au serpentin sont réalisées en un matériau diélectrique de façon à supporter la haute tension de la source 31. Des moyens non représentés sont prévus pour faire circuler un courant d'air en direction de l'enceinte 42 dans le sens de la flèche 46 dans l'espace annulaire entre les tubes 12 et 32. En fonctionnement, le-courant d'air humide circulant dans le tube 12 est détendu dans la tuyère à l'extrémité 18 du tube 12, ce qui provoque la formation de microparticules de glace qui viennent piéger des ions formés par la décharge corona entre l'electrode-aiguille 22 et le col 24 de cette tuyère. Ces microparticules sont injectées sous forme d'un flux 50 dans l'enceinte 42 du séparateur. Ce flux 50 est entouré d'une veine d'air froid sensiblement tubulaire au sortir de l'ouverture 36 du tube 32 qui retarde le réchauffement des microparticules et leur sublimation consécutive jusqu'à ce qu'elles se soient éloignées du tube d'injecteur 12. En outre, celui-ci est porté à un potentiel élevé par rapport aux parois 40, ce qui crée une distribution de potentiel à l'intérieur de l'enceinte 42, qui tend à éloigner du tube d'injecteur 12 les ions libérés par évaporation des microparticules. Le fait que le soufflage d'air froid ou de tout autre gaz à la sortie 36 du tube 32 refroidisse les gaz à dépoussiérer n'est pas un inconvénient dans les applications à l'alimentation en gaz chauds de moteurs tels que des turbines à gaz à partir de foyers à combustibles pauvres. En effet, les températures des gaz qui peuvent être obtenus à la sortie d'un foyer tel qu'un foyer à lit fluidisé sont très supérieures à la temperature maximale d'environ 9000C que peut supporter une turbine à gaz à son entrée dans l'état actuel de la technologie. I1 suffit donc de prévoir la température des gaz en sortie du foyer en fonction du débit de gaz de refroidissement des injecteurs de façon à obtenir, après mélange, la température désirée à l'entrée de la turbine. Le mode de réalisation de la figure 1 peut faire l'objet de bien des variantes. Ainsi, la figure 2 montre une construction dans laquelle le tube injecteur 12 est monté directement dans la paroi 40 de l'enceinte 42 à l'aide d'une traversée isolante 100. Comme dans le cas de la figure 1, le corps du tube 12 est porté à une haute tension positive par rapport aux parois 40 qui sont à la masse. Aucun soufflage d'air froid autour des microparticules n'est prévu. Sur la figure 3, la surface extérieure du tube d'injecteur 12, monté comme dans le cas de la figure 2, est entourée à l'intérieur de l'enceinte 42, d'un serpentin 102 dans lequel circule un fluide de refroidissement. Le fluide de refroidissement peut être de l'huile. Les amenées d'huile au serpentin 102 sont réalisées à l'aide de tuyauteries diélectriques de longueur suffisamment grande pour tenir la haute tension appliquée à l'injecteur 12. On peut également remplacer l'huile par de l'eau désionisée selon des techniques connues. Dans le dispositif de la figure 4, le tube injecteur 12 est polarise par une source de tension 109. I1 est entouré par le tube 32 pour souffler de l'air frais dans l'enceinte 42 autour du flux de microparticules injectées. Le tube 32 traverse la paroi 40 par une traversée isolante 106. I1 est maintenu à un potentiel positif élevé par une source de haute tension continue 108. Dans un exemple de réalisation, figure 5, on a monté un dispositif d'injecteur 112, tel que décrit en référence à la figure 1 précédente, a l'extrémité d'une canne coudée 110 dans une enceinte 142 parcourue dans le sens de la flèche 141, par un courant de gaz chauds a dépoussiérer à la vitesse de 3 m/sec. La canne 110 traverse la paroi 140 de l'enceinte pour alimenter l'injecteur 112 en air humide, air de soufflage pour le tube 32 et eau de refroidissement. L'injecteur 112 est orienté de façon que le courant d'air froid soufflé autour du flux de microparticules projetées soit de meme direction et même sens que celui de gaz à dépoussiérer et que la vitesse de ce courant d'air soit au moins égale à celle du gaz, soit dans cet exemple 3 m/sec. Le diamètre de sortie du tube 32 est d'environ 4 cm. Le débit de gaz froid est d'environ 28 du débit de gaz chaud à dépoussiérer, la température de ce dernier étant légèrement supérieure à 9000C. La zone d'action de l'injecteur est alors située dans un rayon d'environ 15 cm de l'extrémité de l'injecteur 112. REVENDICATIONS 1.- Dispositif selon la revendication 12 du Brevet principal pour l'injection d'ions dans une enceinte d'un séparateur électrostatique de particules en suspension dans un courant de gaz chauds, du type comprenant des moyens pour produire une décharge corona dans un gaz circulant dans une chambre vers un orifice (24) ménagé dans un injecteur (12) entre cette chambre et l'enceinte (42) et des moyens (22,18) pour provoquer la formation, dans la zone de décharge, de microparticules d'aérosols qui y piègent des ions et sont injectées par ledit orifice (24) dans cette enceinte (42) où elles changent d'état en libérant ces ions, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (30,32) propres à limiter la capture des ions introduits dans cette enceinte (42) à proximité immédiate dudit injecteur. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour limiter la capture des ions comprennent des moyens (30) propres à créer une distribution de champ électrique au voisinage de l'injecteur qui tend à écarter de celui-ci les ions injectés dans l'enceinte (42). 3.- Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les ions produits sont des ions positifs, caractérisé par des moyens (30) pour maintenir ledit injecteur (12) à un potentiel positif par rapport aux parois de l'enceinte (42). 4.- Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (102) propres à supporter une haute tension pour amener à l'injecteur un fluide de refroidissement non conducteur. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens pour limiter la capture des ions comprennent des moyens (32) propres à retarder le changement d'état desdites microparticules dans l'enceinte (42) à proximité de l'injecteur (12). 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens retardateurs de changement d'état comprennent des moyens (32) pour insuffler un courant (46) de gaz froid autour du flux de microparticules injectées dans l'enceinte. 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens d'insufflation de gaz froid comprennent un tube (32) monté autour de l'injecteur (12) et pénétrant dans ladite enceinte (42). 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérise en ce qu'il comprend des moyens (44) pour refroidir ce tube (32). 9.- Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le tube est isolé par rapport à la paroi (40) de l'enceinte, des moyens (31) étant prévus pour appliquer une différence de potentiel entre ce tube et cette paroi.