Brevet FR2704776A1 — publié le 19941110

ELECTROFILTRE DE GAZ EMPOUSSIERES ET PROCEDE DE FILTRATION DESCRIPTION L'invention a trait à un électrofiltre de gaz empoussiérés ainsi qu'à un procédé de filtration de gaz. Un électrofiltre en géométrie cylindrique est essentiellement composé de tubes munis d'un fil central et dans lesquels les gaz s'écoulent. Les fils sont portés à un potentiel électrique différent de celui des tubes afin de former un champ électrique suffisant pour ioniser les poussières et les repousser vers les tubes, sur lesquels elles s'accumulent. Les gaz sortent ainsi des tubes sensiblement plus propres. Il est cependant nécessaire d'adjoindre un collecteur de poussières situé sous les tubes et des moyens pour détacher périodiquement les poussières accumulées sur les tubes. Comme on le décrit dans un brevet français (2 655 570) antérieur, ces moyens peuvent comprendre des brosses qui coulissent le long des tubes en raclant leurs parois pour détacher les poussières accumulées par un ramonage. Les brosses sont hissées dans des prolongements des tubes, au-delà des raccords aux conduits d'entrée ou de sortie des gaz, quand ils n'agissent pas. L'objet obj et de l'invention est d'adjoindre voire de substituer à ces brosses des pistons et des éléments de chauffage des tubes dont l'effet essentiel est de liquéfier les poussières accumulées pour les détacher. Ces éléments de chauffage peuvent prendre la forme de résistances électriques. Ils peuvent offrir deux avantages supplémentaires : le maintien en permanence, par un chauffage modéré hors des périodes de nettoyage des tubes, des gaz empoussiérés à une température suffisante pour éviter des condensations de liquide qui pourraient corroder les tubes, et la séparation de certaines catégories de poussières. Le procédé de filtration conforme à l'invention consiste à amener ou porter les gaz empoussiérés à une température où certaines des poussières sont vaporisées, à recueillir les autres poussières sur des électrofiltres, puis à refroidir les gaz à une température où les poussières vaporisées sont solidifiées et à recueillir les poussières solidifiées sur d'autres électrofiltres. On conçoit que ce procédé est très avantageux si les électrofiltres utilisés comportent des éléments de chauffage des tubes car le réglage des températures est très facile.Une application réellement envisagée concerne les gaz d'incinération produits par la combustion et en particulier la pyrolyse de déchets d'objets irradiés les poussières produites comprennent alors souvent des chlorures métalliques et des oxydes radioactifs qu'il est avantageux de séparer pour que les chlorures ne grossissent pas le volume des corps radioactifs à conditionner, et que les chlorures puissent être filtrés et recueillis sans précautions particulières. La réalisation décrite de l'invention convient particulièrement dans l'industrie nucléaire et pour de faibles débits de gaz. Elle est donnée à titre illustratif et non limitatif, mais d'autres sont également possibles : il est en particulier possible d'employeur des électrofiltres dépourvus de piston de raclage ou de tout autre moyen mécanique de détachage des poussières accumulées. Les installations de séparation de poussières comprenant plusieurs électrofiltres peuvent d'ailleurs comporter des électrofiltres dont les moyens de nettoyage sont de natures différentes (raclage par piston, fusion des poussières, vibrations ou ultrasons ...).C'est ainsi que les poussières non vaporisées peuvent être recueillies sans inconvénients sur des électrofiltres dépourvus d'éléments chauffants à condition que les gaz leur parviennent à une température suffisante pour que la vaporisation des autres poussières soit accomplie. On va maintenant passer aux commentaires concrets des figures annexées à titre non limitatif - les figures 1 à 3 représentent une réalisation d'électrofiltre conforme à l'invention, et - la figure 4 représente un schéma de procédé. L'électrofiltre des figures 1 à 3 comprend un collecteur 1 en forme d'entonnoir et dont l'extrémité inférieure 2 est fermée par un pot amovible ou se raccorde à un conduit d'évacuation vers une installation de traitement d'impuretés. Trois tubes 3 ont leur extrémité inférieure engagée dans l'entrée évasée du collecteur 1, et un conduit d'alimentation en gaz 18 débouche à cet endroit de l'entonnoir 1, tangentiellement à sa paroi, pour constituer ainsi un répartiteur de forme cyclonique dans lequel le courant de gaz tourbillonne et se décharge d'une première partie de ses impuretés avant de pénétrer dans les tubes 3. La circulation des gaz à l'intérieur de l'électrofiltre est assurée par une différence de pressions (amont-aval) induite par un organe déprimogène. Chacun des tubes 3 renferme un fil 4 dans son axe et sur toute sa longueur : les fils 4 sont retenus à leur extrémité inférieure par une ancre de maintien 5 logée au centre de l'entonnoir 1 et fixée au couvercle supérieur qui ferme l'extrémité évasée de celui-ci. L'extrémité supérieure des fils 4 est accrochée à un couvercle 6 d'une installation de ringardage 7 qui comprend encore un appendice 8 du tube 3, qu'il prolonge au-dessus d'un conduit d'évacuation des gaz 13 associé à chaque tube 3. Les appendices 8 servent à recevoir en temps ordinaire un piston 9 muni de garnitures extérieures 10 et intérieures 11 qui lui permettent de racler respectivement la face interne de la paroi du tube 3 et le fil 4 associés pour les débarrasser des poussières déposées et accumulées.Le déplacement des pistons 8 est assuré par une barre 12 verticale qu'on peut faire coulisser du dehors du couvercle 6. Des câbles de connexion électrique 19 relient les fils 4 à un potentiel électrique, et les tubes 3 sont reliés à la terre. Les tubes 3 et le collecteur 1 sont entourés par des gaines chauffantes 14 et 15 qui peuvent les porter à des températures suffisantes pour fondre les poussières accumulées sur elles, qui coulent alors au fond de l'entonnoir. Les gaines chauffantes 14 et 15 consistent essentiellement en des résistances électriques branchées aux bornes d'un générateur de tension. On passe maintenant au commentaire de la figure 4 pour illustrer un procédé conforme à l'invention. Une unité d'incinération 20 est reliée à un premier électrofiltre 21 et lui envoie un résidu essentiellement gazeux de pyrolyse de déchets irradiés de l'industrie nucléaire à 800"C environ. Les résidus sont riches en oxydes d'uranium et de plutonium ainsi qu'en chlorures de zinc et d'autres métaux. Le passage dans le premier électrofiltre 21 est effectué à une température de 500"C à laquelle les chlorures sont vaporisés. La filtration électrostatique ne concerne donc que les oxydes, qui sont déposés sur la paroi des tubes. Dans cet exemple les oxydes sont principalement des oxydes sont principalement des oxydes radioactifs (oxyde d'uranium, oxyde de plutonium). Le résidu passe ensuite dans un second électrofiltre 22 dont la température ambiante est de 200"C. Les gaz sont donc refroidis au point que les chlorures se figent en grains de poussière qui sont à leur tour ionisés et déposés sur les tubes. Les gaz quittent ensuite le second électrofiltre pour d'autres éléments de traitement tels qu'un filtre à très haute efficacité 23. Des échangeurs de chaleur 24 figurés à titre d'exemple sous forme de serpentins (d'autres systèmes de refroidissement tels que ceux qui comportent une dilution avec de ltair à la température ambiante, ou une pulvérisation d d'eau conviendraient) assurent les refroidissements aux températures désirées. Les électrofiltres 21 et 22 sont nettoyés ensemble ou séparément, le premier par des ramonages et le second par des échauffements liquéfiant les chlorures. Des essais ont été menés sur du gaz au débit de 525 m3/h à 200"C (soit 300 Nm3/h) chargé de particules de chlorure de sodium de diamètre moyen de 0,1 um et au débit de 36 g/h. La proportion filtrée, croissante avec l'intensité du courant d'ionisation, atteignait 98,8% pour 6 mA et une tension correspondante de 26 kV. D'autres essais, menés sur des particules de chlorure de zinc au débit de 40 g/h, et dont 80% avaient un diamètre inférieur à 0,3 pm, transportées dans un gaz au débit de 175 Nm3/h environ à des températures de 1600C à 1800C, ont donné des rendements d'épuration de 99% environ avec une installation à trois tubes dont deux seulement étaient en service (à des intensités de 8 mA et 10 mA), et de 99,7% quand les trois tubes étaient en service à des intensités de 6 mA. REVENDICATIONG 1. Electrofiltre de gaz empoussiérés, composé essentiellement de tubes (3) munis d'un fil central (4) d'ionisation des poussières, d'un collecteur (1) situé sous les tubes (3) et de moyens pour détacher les poussières filtrées et accumulées sur les tubes, caractérisé en ce que ces moyens comprennent des éléments (14) de chauffage des'tubes. 2. Electrofiltre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour détacher les poussières accumulées comprennent aussi des pistons (9) racleurs des tubes (3). 3. Electrofiltre suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que des éléments de chauffage (15) sont aussi prévus pour le collecteur (1). 4. Electrofiltre suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments de chauffage consistent en des résistances électriques. 5. Procédé de filtration de gaz empoussiérés, consistant à amener les gaz à une température où certaines des poussières sont vaporisées, à recueillir les autres poussières sur des électrofiltres (21), à refroidir les gaz à une température où les poussières vaporisées sont solidifiées et à recueillir les poussières solidifiées sur d'autres électrofiltres (22). 6. Procédé de filtration suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les poussières vaporisées puis solidifiées comprennent des chlorures métalliques et les autres poussières comprennent des oxydes radioactifs.