Brevet FR2654648A1 — publié le 19910524

L'invention concerne un électrocyclone pour le dépoussiérage de gaz, notamment du type comprenant des unités multiples de dépoussiérage qui sont agencées en parallèle dans une même enceinte. Les électrocyclones combinent le principe du dépoussiérage d'un gaz par effet de la force centrifuge (le gaz étant mis en mouvement tourbillonnaire autour d'un axe de sorte que les particules solides véhiculées par le gaz s'écartent de cet axe sous l'effet de la force centrifuge et sont collectées sur une paroi environnante) et le principe du dépoussiérage électrostatique, qui consiste à charger électriquement les particules solides par effet corona et à créer un champ électrique radial pour précipiter les particules sur une paroi électroconductrice environnante. L'efficacité de la séparation des particules par effet centrifuge décroit lorsque la taille des particules solides diminue et est faible pour des particules ayant une taille inférieure à 1 micron, tandis qu inversement l'efficacité de la précipitation électrostatique reste sensiblement constante depuis le centième de micron. Ces deux actions sont donc complémentaires et ont des performances combinées qui sont supérieures à celles des cyclones de dépoussiérage par force centrifuge dans le domaine sub micronique et ont un rapport encombrement/débit bien inférieur à celui des installations de dépoussiérage électrostatique. L'efficacité de la précipitation électrostatique est également fonction de l'intensité du courant d'ionisation, émis lors de la décharge corona. L'efficacité est maximale lorsque la valeur du courant d'ionisation est maximale pour une valeur donnée de la haute tension appliquée à l'électrode. La présente invention a notamment pour but d'améliorer l'efficacité de la séparation électrostatique dans un électrocyclone par augmentation de la valeur du courant d'ionisation correspondant à une tension donnée d'électrodes. Elle a également pour but de simplifier la construction de cet électrocyclone, lorsqu'il est destiné à traiter des gaz ayant une température inférieure à 200 C. Elle a encore pour but de maintenir l'efficacité de l'électrocyclone pendant une période de temps prolongée. L'invention propose donc, à cet effet, un électrocyclone pour le dépoussiérage de gaz, notamment du type à unités multiples de dépoussiérage agencées en parallèle dans une même enceinte, chaque unité comprenant un conduit vertical cylindrique à section circulaire portant dans son extrémité supérieure un aubage annulaire d'entrée du gaz à dépoussiérer, une cheminée axiale de sortie du gaz épuré s'étendant vers le haut, une électrode montée dans l'axe du conduit, et des moyens de connexion de l'électrode et du conduit aux pôles d'une source de haute tension continue, caractérisé en ce que ladite électrode comprend un empilement axial de pièces annulaires portant chacune trois à six aiguilles radiales coplanaires également espacées, dont les extrémités libres formées en pointe sont situées sur un cercle de diamètre inférieur à celui de la cheminée et compris entre 20 et 40 % environ du diamètre interne du conduit. Le nombre optimal d'aiguilles de chaque pièce annulaire est compris entre trois et six, pour des raisons de symétrie dans le conduit, et d'efficacité d'ionisation du gaz : en dessous de trois, ce nombre ne permet pas une disposition symétrique quelconque des aiguilles par rapport au conduit ; au-dessus de six, les aiguilles sont inutilement rapprochées les unes des autres. Par ailleurs, les formes et dimensions des électrodes des unités de dépoussiérage résultent d'un compromis entre les impératifs suivants : déposer le maximum de charge électrique sur les particules solides véhiculées par le gaz circulant dans le conduit et perturber le moins possible l'écoulement du gaz descendant à la périphérie du conduit, puis remontant dans l'axe de ce conduit. On a constaté qu'une électrode formée conformément à l'invention constitue le meilleur compromis possible et permet notamment, par rapport à une simple électrode axiale, de multiplier par un coefficient d'au moins 1,5 à 2,5 l'intensité du courant d'ionisation, pour une valeur donnée de la tension appliquée à l'électrode. Il en résulte une amélioration considérable de l'efficacité de la séparation électrostatique. Avantageusement, chaque pièce annulaire comprend quatre aiguilles radiales å 90 les unes des autres. Cette disposition correspond à l'agencement le plus favorable des lignes de champ dans le conduit. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le pas entre pièces annulaires empilées axialement est de quelques millimètres au moins. Il est également préférable pour ne pas perturber l'écoulement du gaz que les aiguilles radiales d'une électrode aient une même orientation angulaire par rapport à l'axe de l'électrode d'une pièce annulaire à l'autre, de telle sorte que les aiguilles radiales se trouvent alors dans des plans verticaux communs qui se coupent sur l'axe de l'électrode. Selon une autre caractéristique de l'invention, lorsque le gaz à dépoussiérer est à une température inférieure à 200 C environ, chaque électrode comporte des garnitures de montage en une matière plastique telle que du polytétrafluoroéthylène, résistant aux fumées acides et ne contenant pas d'inclusions qui pour raient être la cause d'amorçages électriques. On évite ainsi d'utiliser des pièces en céramique pour le montage et l'isolation des électrodes. Avantageusement, au moins la partie inférieure de la cheminée de chaque unité peut alors être réalisée en une matière plastique semblable. De préférence, cette extrémité inférieure de la cheminée comprend des stries ou nervures circulaires parallèles, qui permettent d'augmenter la longueur de cheminement des courants de contournement, et donc de réduire les risques d'amorçage électrique entre la cheminée et l'électrode. Pour éviter l'accumulation de poussière sur les flancs de ces stries ou nervures, ces derniers font avec l'horizontale un angle supérieur à une valeur déterminée. Enfin, l'invention prévoit des moyens de décolmatage des unités de dépoussiérage, ces moyens comprenant par exemple des marteaux reliés à des moyens d'entraînement pour venir frapper périodiquement les conduits précités desdites unités. Pour réduire l'encombrement, les unités peuvent alors être disposées en quinconce dans l'enceinte précitée. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'une partie d'un électrocyclone selon l'invention la figure 2 est une vue en plan d'une pièce annulaire d'électrode selon l'invention ; la figure 3 est une vue à plus grande échelle de l'extrémité d'une aiguille radiale de cette pièce an nulaire d'électrode ; la figure 4 est une vue schématique en coupe axiale de l'extrémité inférieure d'une cheminée faisant partie d'une unité de dépoussiérage ; la figure 5 est une vue schématique de dessus de ltélectrocyclone, représentant la disposition en quinconce des unités de dépoussiérage ;; la figure 6 est une'vue schématique d'une partie de l'électrocyclone, représentant les moyens de décolmatage. On se réfère d'abord à la figure 1, dans laquelle on a représenté schématiquement une partie d'un électrocyclone selon l'invention, vue en coupe axiale. Cet électrocyclone comprend une enceinte 10 dans laquelle sont disposées une pluralité d'unités 12 de dépoussiérage au-dessus d'une trémie 14 de collecte des poussières, qui forme la partie inférieure de l'enceinte 10. Chaque unité de dépoussiérage 12 comprend essentiellement un conduit 16 de forme cylindrique à section circulaire, se terminant par une partie inférieure 18 de forme conique se rétrécissant vers le bas et débouchant dans la trémie 14, une cheminée verticale 20 qui est disposée dans l'axe du conduit 16 et qui s'étend vers le haut en partie supérieure de ce conduit, et une électrode axiale 22 qui s'étend dans le conduit 16 entre l'extrémité inférieure de la cheminée 20 et l'extrémité supérieure de la partie inférieure conique 18 de ce conduit. L'enceinte 10 comprend encore un collecteur 24 d'alimentation des unités 12 en gaz chargé de particules solides, et un collecteur 26 de sortie de gaz épuré, qui se trouve au-dessus du collecteur 24. Les extrémités supérieures des conduits 16 débouchent donc dans le collecteur d'alimentation 24 et sont munies d'un aubage fixe 28 permettant d'imprimer un mouvement tourbil lonnaire au gaz à l'intérieur des conduits 16, tandis que les cheminées 20 traversent le collecteur d'alimentation 24 et débouchent en partie supérieure dans le collecteur de sortie 26. Les électrodes 22 s'étendent axialement vers le haut à l'intérieur des cheminées 20 et sont connectées à leur extrémité supérieure, par un conducteur commun 30, à une borne 32 d'une source de haute tension continue. Les conduits 16 des unités de dépoussiérage, sont en général raccordés à la terre ou à la masse. Les différentes électrodes 22 sont par exemple supportées à leur extrémité supérieure par leur conducteur commun d'alimentation 30 et sont munies de moyens isolants classiques de centrage dans les cheminées 20. Elles comprennent également, à l'intérieur de ces cheminées, des gaines ou fourreaux de revêtement en matériau électriquement isolant, pour réduire les risques d'amorçage électrique entre les électrodes et les parois des cheminées 20. Lorsque le gaz à dépoussiérer est à une température inférieure à 200 C environ, les divers moyens de support, de centrage et de protection des électrodes peuvent être en une matière plastique, de préférence en polytétrafluoroéthylène (commercialisée sous la dénomination "teflon"), qui résiste la corrosion des fumées acides et ne contient pas d'inclusions augmentant les risques d'amorçage électrique. Les parties inférieures des électrodes 22, qui se trouvent à l'intérieur des conduits 16 en dessous des cheminées 20, sont formées par empilement axial de pièces annulaires 34 dont l'une est représentée à plus grande échelle en figure 2. Chaque pièce annulaire 34 est réalisée en acier inoxydable et comprend des aiguilles radiales 36 réparties de façon uniforme autour de l'axe de l'électrode. De préférence, ces aiguilles radiales sont au nombre de quatre et sont à 90 les unes des autres. Leurs extrémités libres 38 formées en pointe se trouvent sur un même cercle de diamètre inférieur à celui de la cheminée et compris entre 20 et 40 % environ du diamètre interne du conduit 16. Dans l'exemple représenté, chaque pièce 34 comprend une partie centrale annulaire 40 à fente radiale 42 facilitant le montage de la pièce annulaire sur une tige électroconductrice. Les extrémités des aiguilles radiales 36 sont aussi pointues que possible, comme on peut le voir sur la vue agrandie de la figure 3. Dans l'exemple représenté, les pièces annulaires 34 ont une épaisseur de 0,1 mm, les diamètres externe et interne de la partie centrale annulaire 40 sont de 20 et 8,5 mm respectivement, et les extrémités 38 des aiguilles radiales sont sur un cercle ayant un diamètre de 75 mm. Le pas d'empilement des pièces annulaires 34 est de 3 mm environ, la longueur totale de l'électrode 22 formée par l'empilement des pièces annulaires est de 300 mm environ, le conduit 16 ayant un diamètre de l'ordre de 250 mm, tandis que la cheminée 20 a un diamètre de 150 mm environ. Ces dimensions et cette forme d'électrode constituée par l'empilement des pièces 34 permettant d'obtenir un courant d'ionisation de 8 milliampères par mètre d'électrode environ lorsque la tension appliquée à l'électrode est de 50 kV. Ce courant d'ionisation est de 1,5 à 2,5 fois supérieur à ce que l'on pouvait obtenir avec des électrodes axiales classiques, par exemple en métal déployé. En outre, l'écoulement de gaz dans le conduit 16 n'est pas perturbé, de sorte que l'efficacité de la séparation par force centrifuge n'est pas diminuée. Pour réduire encore les risques d'amorçage entre l'électrode et la cheminée 20, on peut prévoir de former des stries circulaires 44 sur la partie inférieure de la cheminée, comme représenté schématiquement en figure 4. Les stries 44 augmentent la longueur de chemine ment des courants de contournement. De plus, les flancs des stries font un angle avec l'horizontale qui est supérieur à une valeur déterminée, correspondant à l'angle de talus des particules solides. On évite ainsi l'accumulation de poussière sur les flancs des stries 44. Les cheminées 20, au moins à leur partie inférieure, peuvent être réalisées en une matière plastique telle que du polytétrafluoroéthylène, lorsque le gaz à dépoussiérer a une température inférieure à 200 C environ. Il en résulte une simplification du montage de ces cheminées. L'amélioration de la séparation par effet électrostatique impose en général de prévoir des moyens de décolmatage des unités de dépoussiérage, les particules solides ayant tendance à se coller sur les parois internes des conduits 16 de ces unités. L'invention prévoit donc, comme représenté schématiquement dans les figures 5 et 6, de disposer les unités 12 en quinconce dans l'enceinte 10, les unités 12 formant donc des rangées parallèles et étant latéralement décalées les unes par rapport aux autres d'une rangée à la rangée voisine. Dans l'exemple représenté, les moyens de décolmatage comprennent des marteaux 46 qui sont montés en rotation sur des arbres horizontaux d'entraînement 48 s'étendant entre les diverses rangées d'unités 12. Chaque unité 12 peut être associée à deux marteaux 46 la frappant sur deux côtés opposés, à deux niveaux différents. Les arbres 48 sur lesquels sont montés les marteaux 46 peuvent être entraînés en rotation de façon continue, toujours dans le même sens, et être reliés par des engrenages aux marteaux 46, l'un des pignons de chaque engrenage étant dépourvu de dents sur une partie de sa périphérie, de telle sorte que chaque marteau 46 est relevé sur une partie d'un tour de l'arbre 48 correspondant, et retombe sous l'effet de son propre poids, pour venir heurter le conduit 16, pour le reste de ce tour de l'arbre 48. Bien entendu, les marteaux 46 sont conçus de façon à ne pas détériorer les conduits 16 au moment de la frappe. De façon générale, l'électrocyclone selon l'invention est applicable au dépoussiérage des gaz véhiculant des particules solides de dimensions comprises par exemple entre 1 et 200 Rm, avec une bonne efficacité. Par ailleurs, l'invention s'applique aussi aux électrocyclones à une seule unité de dépoussiérage de gaz. REVENDICATIONS 1) Electrocyclone pour le dépoussiérage de gaz, notamment du type à unités multiples de dépoussiérage agencées en parallèle dans une même enceinte, chaque unité (12) comprenant un conduit vertical (16) cylindrique à section circulaire portant à son extrémité supérieure un aubage annulaire d'entrée du gaz à dépoussiérer, une cheminée axiale (20) de sortie de gaz épuré, s'étendant vers le haut en partie supérieure du conduit (16), une électrode (22) montée dans l'axe de ce conduit, et des moyens de connexion de l'électrode (22) et du conduit aux pôles d'une source de haute tension continue, caractérisé en ce que ladite électrode (22) est formée d'un empilement axial de pièces annulaires (34) portant chacune de trois à six aiguilles (36) également espacées dont les extrémités libres (38) formées en pointe sont situées sur un cercle de diamètre inférieur à celui de la cheminée (20) et compris entre 20 et 40 % environ du diamètre interne du conduit (16). 2) Electrocyclone selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque pièce annulaire précitée (34) comprend quatre aiguilles radiales (36) à 90 les unes des autres. 3) Electrocyclone selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le pas entre pièces annulaires (34) empilés axialement est de quelques millimètres au moins. 4) Electrocyclone selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie de l'électrode (22) formée par l'empilement des pièces annulaires (34) a une longueur d'environ 300 millimètres. 5) Electrocyclone selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans chaque électrode (22), les aiguilles radiales (36) des pièces annulaires empilées ont une même orientation angulaire par rapport à l'axe de l'électrode et sont contenues dans des plans verticaux communs se coupant sur l'axe de l'électrode. 6) Electrocyclone selon l'une des revendications précédentes, pour le dépoussiérage de gaz ayant un température inférieure à 200 C environ, caractérisé en ce que chaque électrode comporte des garnitures de montage et de protection en une matière plastique telle que du polytétrafluoroéthylène, résistant à l'érosion des fumées acides et ne contenant pas d'inclusions. 7) Electrocyclone selon l'une des revendications précédentes, pour le dépoussiérage de gaz ayant une température inférieure à 200 C environ, caractérisé en ce qu'au moins la partie inférieure de la cheminée (20) est réalisée en une matière plastique telle que le polytétrafluoroéthylène, résistant à la corrosion des fumées acides et ne contenant pas d'inclusions. 8) Electrocyclone selon-l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure de ladite cheminée (20) comprend des stries ou nervures circulaires parallèles (44). 9) Electrocyclone selon la revendication 8, caractérisé en ce que les flancs desdites stries ou nervures (44) font avec l'horizontale un angle supérieur à une valeur déterminée, évitant l'accumulation de poussière sur lesdits flancs. 10) Electrocyclone selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de décolmatage desdites unités (12), ces moyens comprenant des marteaux (46) montés à rotation sur des arbres horizontaux (48) et reliés à des moyens d'entraînement pour venir frapper périodiquement les conduits précités (16) desdites unités. 11) Electrocyclone selon la revendication 10, caractérisé en ce que, pour réduire l'encombrement, lesdites unités (12) sont disposées en quinconce dans l'enceinte (10).