Brevet FR2721537A1 — publié le 19951229

La présente invention est relative à un procédé et un appareillage pour le dépoussiérage et/ou le refroidissement d'un gaz chaud et/ou chargé de particules solides ou liquides. Le dépoussiérage des gaz chargés de particules, avant leur rejet dans l'atmosphère ou avant un traitement ultérieur, peut se faire par voie seche, ce qui exige des installations volumineuses et coûteuses. I1 est préféré, dans beaucoup de cas, d'opérer par voie humide, c'est-à-dire d'opérer en projetant, dans un courant du gaz à traiter, des gouttelettes d'un liquide approprié. Les gouttelettes sont aptes à la fois à refroidir le gaz et à capter les particules. Elles sont ensuite séparées du gaz et rassemblées. Pour créer et projeter des gouttelettes, on peut utiliser des buses alimentées en liquide sous pression et présentant une forme telle que le liquide, en traversant l'orifice de sortie de la buse, subit une brusque décompression qui aboutit à la formation de multiples gouttelettes dans un volume de forme conique à section circulaire ou aplatie. Les gouttelettes, qui se déplacent à grande vitesse à la sortie de la buse, mettent en mouvement le gaz environnant. I1 en résulte, si le gaz est chargé de particules, que ces dernières viennent se déposer autour de l'orifice de la buse, et, surtout si elles sont collantes comme dans le cas de gaz de cimenterie, elles modifient la géométrie extérieure de la buse, si bien que la performance du dispositif se détériore rapidement et de façon non contrôlée. On connaît aussi des dispositifs pour créer et projeter des gouttelettes, qui comprennent un disque qui tourne autour de son axe, à grande vitesse. Un ajutage projette, sur la partie centrale du disque, un jet continu de liquide. La force centrifuge entraîne l'étalement du liquide sur la surface du disque, et sa projection dans le gaz environnant à partir de la périphérie du disque, sous forme d'une nappe plane de fines gouttelettes. Les dépôts de particules sur l'ajutage peuvent être réduits en adoptant une vitesse assez faible de sortie du liquide de cet ajutage. Toutefois, la rotation du disque met en mouvement le gaz environnant sous l'effet de la même force centrifuge. Le gaz environnant se dirige vers la zone centrale du disque, et s'échappe par la périphérie de celuici, qui constitue une sorte de pompe centrifuge. Si le gaz est chargé de poussières, celles-ci vont se déposer sur les deux faces du disque. Sur la face du disque qui est balayée par le liquide, ce liquide s'oppose à la formation de dépôts de particules, mais les dépôts se reforment en cas d'arrêt volontaire ou accidentel de l'alimentation en eau. En outre, rien ne vient chasser les dépôts sur la face opposée du disque, qui n'est pas balayée par le liquide. Ces dispositifs à disque rotatif ont en outre l'inconvénient que la majeure partie des trajectoires des gouttelettes se situe dans un même plan radial, et que, en conséquence, le volume qui contient les gouttelettes est réduit, si bien que, pour un traitement efficace, aussi bien de dépoussiérage que de refroidissement, il faudrait multiplier les ensembles disque-ajutage, ce qui aboutirait à des appareillages encombrants et coûteux. On suppose que c'est pour ces raisons que de tels dispositifs ne se sont pas développés pour le traitement des gaz chargés de particules. On notera aussi que, lors du traitement de tels gaz, le problème des dépôts de poussières sur les disques est aggravé par suite de l'amplification de l'effet de pompe centrifuge avec un dispositif multidisques. Un autre inconvénient des dispositifs connus est que, s'ils sont utilisés pour traiter des gaz très chauds, comme des fumées, il est nécessaire de prévoir un refroidissement énergique des buses et conduits d'amenée, afin d'éviter que le liquide ne soit porté à l'ébullition. La buse et le conduit d'amenée constituent, ainsi refroidis, une paroi froide, ce qui augmente encore la tendance à la formation de dépôts de poussières. La présente invention a pour but de fournir un procédé et un appareillage de traitement des gaz chargés de particules qui soient efficaces, non sujets à l'encrassement, d'entretien facile et peu coûteux tout en exigeant un faible volume d'enceinte. Pour obtenir ce résultat, l'invention fournit un dispositif de dépoussiérage et/ou refroidissement d'un gaz chargé de particules, comprenant un disque qui tourne sur son axe dans une enceinte traversée par le gaz et des moyens pour amener sur la zone centrale du disque un liquide de pulvérisation qui est projeté dans le gaz par la force centrifuge à partir du bord du disque, sous forme de gouttelettes qui vont percuter, alourdir, agglomérer et finalement condenser les poussières du gaz, ces poussières étant ensuite plus facilement éliminées, ce dispositif ayant pour particularité qu'il comprend au moins deux disques superposés, montés sur un arbre rotatif commun, cet arbre comportant des moyens par lesquels le liquide, amené par l'intérieur de l'arbre, peut parvenir sur les disques. La structure particulière de l'ensemble formé par l'arbre et les disques aboutit à un appareillage compact, par la suppression de l'ajutage séparé des dispositifs extérieurs. Cette suppression réduit également le risque de perturbation par dépôt de particules. La structure décrite se prête particulièrement bien à la mise en place des disques par enfilage sur l'arbre, avec interposition de cales d'épaisseur. Ces cales peuvent être solidaires des disques, mais on préfère qu'elles en soient indépendantes, avantageusement en forme d'anneau fermé. On peut ainsi, par changement des cales, faire varier l'écartement des disques en fonction du problème posé. Avantageusement, ces cales d'épaisseur servent aussi à contrôler l'écoulement de liquide envoyé sur les disques et/ou l'autre des faces des disques. Pour cela, on peut prévoir que des passages radiaux sont prévus pour le liquide à travers les cales d'épaisseur ou entre une cale d'épaisseur et le disque adjacent. Suivant une réalisation particulièrement avantageuse, les moyens pour faire parvenir le liquide sur les disques comprennent au moins une rainure longitudinale fermée vers l'extérieur en dehors de la région des disques, et ouverte vers l'extérieur dans cette région. Avantageusement, les moyens pour faire parvenir le liquide sur les disques sont disposés pour faire parvenir le liquide sur les deux faces d'au moins un disque. De préférence, l'arbre comprend aussi des moyens pour amener un gaz protecteur dans l'espace entre les disques, et à maintenir la pression de ce gaz dans cet espace à une valeur au moins égale à la pression environnante. Grâce à cet envoi de gaz protecteur, tout risque de dépôt de particules sur les disques peut être supprimé. Ce gaz peut également contribuer au refroidissement du gaz à traiter. Tout au moins, il peut protéger les disques contre un échauffement exagéré par le gaz à traiter, si celui-ci est à haute température. Suivant une réalisation intéressante, le dispositif comprend au moins un ensemble de deux disques adjacents, dont au moins un est flexible et présente une concavité dirigée vers l'autre, ces deux disques étant en contact par leur périphérie lorsque l'arbre est à l'arrêt, et les périphéries des deux disques étant écartées l'une de l'autre d'un écart suffisant pour permettre le passage du liquide, lorsque l'arbre tourne à sa vitesse normale. Ainsi, à l'arrêt, le volume situé entre deux disques est fermé, si bien qu'aucune particule ne peut y pénétrer, mais le liquide peut cependant s'écouler facilement lors du fonctionnement de l'appareillage. Le passage de la position fermée à la position ouverte peut être commandé ou se faire de façon automatique sous le seul effet de la force centrifuge. Comme on l'a dit plus haut, dans le cas du traitement de gaz très chauds, un refroidissement énergique est à prévoir. Le dispositif reçoit de la chaleur par contact avec les gaz chauds, et aussi par rayonnement des parois de l'enceinte. Normalement, le liquide de pulvérisation, et éventuellement le gaz protecteur, refroidissent l'arbre, dans lequel ils circulent, ainsi que les disques.Toutefois, si on arrête le fonctionnement du dispositif, soit parce que l'arrivée de gaz à traiter est interrompue, soit, dans le cas d'une installation à plusieurs dispositifs, parce qu'il n' est plus nécessaire de maintenir tous les dispositifs en fonctionnement, l'alimentation en liquide de pulvérisation, et éventuellement l'alimentation en gaz protecteur, sont diminuées ou supprimées, de façon à réaliser des économies d'énergie et à éviter une accumulation de liquide dans l'enceinte. Le refroidissement est donc interrompu, ou réduit, si bien que le dispositif risque de s'échauffer par rayonnement des parois de l'enceinte et, le cas échéant, par contact avec le gaz chaud. Cet échauffement peut causer des difficultés au moment d'une reprise de l'opération, à cause d'une ébullition du liquide de pulvérisation dans l'arbre et/ou sur les disques. Pour éviter cet inconvénient, on prévoit, avantageusement, que l'arbre contient aussi des conduits dans lesquels circule un fluide de refroidissement, des moyens étant prévus pour maintenir la circulation de ce liquide de refroidissement lors d'un arrêt de l'amenée du liquide de pulvérisation des gouttelettes. Le fluide de refroidissement peut être de même nature que le liquide de pulvérisation, avec un circuit partiellement ou totalement séparé, commandé par des vannes appropriées. I1 peut être aussi constitué par un gaz. Par exemple, il pourrait être formé du gaz protecteur, le débit de celui-ci étant augmenté lorsque l'envoi de liquide de pulvérisation est arrêté. Cette solution n'exige pas de conduits supplémentaires dans l'arbre. En outre, le gaz protecteur contribue au refroidissement de l'enceinte. En revanche, le pouvoir de refroidissement du gaz peut se trouver insuffisant dans le cas de températures élevées. L'invention va maintenant être exposée de façon plus détaillée à l'aide d'un exemple pratique, illustré avec les dessins, parmi lesquels Figure 1 est une vue en élévation et partiellement en coupe axiale d'un dispositif selon l'invention, destiné au dépoussiérage de fumée à haute température, la coupe étant faite selon les lignes I-I de la figure 2. Figure 2 est une coupe transversale de l'arbre du dispositif, faite selon un plan passant entre la partie centrale des disques de pulvérisation, ce plan étant désigné par II-II sur la figure 1. Figure 3 est une coupe partielle, analogue à la figure 1, montrant une autre disposition des disques de pulvérisation. Figure 4 est une coupe partielle, analogue à la figure 4, et montrant encore une autre disposition des disques, le dispositif étant au repos, et Figure 5 est une vue partielle de la disposition de la figure 4, mais montrant la situation des disques lorsque le dispositif est en fonctionnement. Le dispositif décrit une tête de pulvérisation 1, solidaire d'un arbre d'entraînement 2. Cet arbre traverse la paroi 3 d'une enceinte de traitement de gaz 4. A l'extérieur de l'enceinte 4, l'arbre 2 est connecté à un moteur d'entraînement schématisé en 5, et il est porté par un ensemble de soutien 6, lui-même relié à la paroi 3. On décrira successivement ces différentes parties du dispositif selon l'invention. Sur les figures, on a supposé que la paroi 3 est horizontale, l'arbre 2 est vertical et la tête de pulvérisation est située au-dessous de la paroi. Une telle disposition est arbitraire, et la description qui va suivre couvre également le cas d'une autre disposition, par exemple celle où la paroi 3 est verticale, et l'axe de l'arbre 2 horizontal. La tête de pulvérisation sera décrite en se référant plus précisément à la figure 1. Cette tête 1 est composée d'un empilement de disques 10, à contour extérieur circulaire, présentant un évidement central coaxial. Sur la figure 2, on constate que les bords 11 des disques sont incurvés vers le haut. La figure 4 montre une disposition où ils sont au contraire incurvés vers le bas. Les figures 3 et 5 sont relatives à une autre disposition des disques, qui sera décrite plus loin. Les disques sont enfilés sur l'arbre 2, avec interposition de cales 12, formant des entretoises. La forme de ces cales est visible à la figure 2. Il s'agit de pièces de tôle ayant chacune la forme d'un anneau avec un diamètre extérieur très inférieur à celui des disques 10, et un diamètre intérieur sensiblement égal à celui des disques 10, c'est-à-dire à peu près égal au diamètre extérieur de l'arbre 2. Chaque cale 12 est traversée par une série de trous axiaux 13, régulièrement répartis sur un cercle et qui communiquent avec l'extérieur par un passage 14, prévu dans la paroi périphérique extérieure de la cale 12. Les disques 10 sont percés de trous 15, de même diamètre que les trous 13, et coaxiaux avec eux, si bien que la tête de pulvérisation présente une série de conduits verticaux constitués par les trous 13 et 15.Ces passages constituent des conduits de gaz protecteur, qui permettent à du gaz protecteur venu de l'extrémité inférieure de la tête de pulvérisation, conformément à la fleche 16 (figure 1), de pénétrer dans l'espace entre les disques 10 adjacents séparés par les cales 12, en passant par les passages 14, conformément à la flèche 17 (figure 2). Un trou axial 18, de plus petit diamètre que les trous 13 et 15 et ne communiquant pas avec l'extérieur, est destiné à recevoir une goupille qui sert à assurer le parfait alignement des trous 13 et 15. Les cales 12 présentent, en outre, entre les trous 13, des rainures radiales 19 qui constituent, avec la face correspondante adjacente d'un disque 10, des passages radiaux, bien visibles sur la figure 2, pour le liquide de traitement qui s'écoule conformément à la flèche 20, comme cela sera expliqué plus loin. A l'endroit du trou 18, la rainure 19 est remplacée par deux rainures 19A de même section totale qu'une rainure 19. A la figure 3, les rainures 19 sont représentées sur la face inférieure des cales 12. Elles peuvent aussi se trouver sur la face supérieure de ces cales, ou sur les deux faces, ou encore être remplacées par des conduits radiaux prévus dans l'épaisseur des cales 12. La section des passages 14 et/ou des rainures 19 peut varier d'une cale 12 à l'autre, de façon à assurer une répartition égale du gaz protecteur et du liquide de traitement dans tous les intervalles entre les disques 10 de la tête de pulvérisation. Les empilages de disques 10 et de cales 12 sont maintenus en place sur l'arbre 2 à l'aide d'une bague inférieure 21, et d'une bague supérieure 22. Ces deux bagues sont emmanchées sur l'arbre 2. L'arbre 2 est constitué d'une pièce tubulaire 30 dont l'extrémité supérieure est reliée au moteur 5 qui l'entraîne en rotation. La partie inférieure de la pièce 30 présente à sa périphérie des rainures axiales 31 (figure,2), obturées dans le sens radial, par un manchon 32, solidaire de la pièce 30. L'extrémité inférieure du manchon 32 vient en appui sur la bague 22, mais les rainures 31 s'étendent jusqu'à l'extrémité inférieure de la pièce 30, de façon à amener le liquide de pulvérisation jusqu'aux rainures radiales 19 de la tête de pulvérisation, voir flèche 20. On notera que, grâce aux rainures 31, on est assuré d'avoir une alimentation régulière des disques en liquide de pulvérisation même si on change l'épaisseur des cales. Toutefois, ce résultat peut également être obtenu en prévoyant dans l'arbre 2 un espace intérieur relié à l'extérieur par une série de perçages radiaux ayant un écartement dans le sens axial assez faible pour que le passage du liquide soit assuré indépendament de l'épaisseur des cales 12. Un tube 34, prévu à l'intérieur de la piece tubulaire 30, amène le gaz protecteur à l'extrémité inférieure de la tête de pulvérisation où il est dévié par un capuchon d'extrémité 35 vers les trous 13 et 15, comme indiqué plus haut, voir les flèches 36. L'espace compris entre le tube 34 et la surface intérieure de la pièce tubulaire 30 contient un tube supplémentaire 37, présentant des passages radiaux à sa partie inférieure, de façon à constituer un circuit pour un liquide de refroidissement, voir flèche 38. L'ensemble de soutien 6 constitue un palier-support à joints tournants. Outre qu'il supporte l'arbre 2 en lui permettant de tourner sur son axe, il comporte une entrée 40 qui relie le dispositif à une source de gaz protecteur 41, deux entrées 42, 43 pour relier les rainures 31 et le circuit de liquide de refroidissement (flèche 38) à une source commune de liquide 44, une sortie 45 pour le liquide de refroidissement, qui dans l'exemple représenté est recyclé. Un jeu de vannes 46 permet de connecter le circuit de liquide de pulvérisation et le circuit de refroidissement soit en série, soit en parallèle, soit suivant un mode mixte. A la figure 1, les disques sont représentés légèrement concaves vers le haut. A la figure 4, les disques sont représentés légèrement concaves vers le bas. Le choix entre ces deux dispositions dépend, en particulier, de la disposition de l'enceinte de traitement 4. On observera cependant que la disposition de la figure 4 réduit le risque de dépôt de poussières en cas d'arrêt non désiré du fonctionnement du dispositif. Aux figures 3 et 5, on a représenté une disposition différente, où les disques 10 sont alternativement incurvés vers le haut et/ou vers le bas, de telle façon que l'espace dans lequel va pénétrer le liquide de pulvérisation en marche soit pratiquement abrité de l'atmosphère extérieure lorsque le dispositif est à l'arrêt. Sous l'effet de la force centrifuge, lors de la rotation de la tête de pulvérisation, les disques 10 vont s'écarter pour permettre le passage du liquide de pulvérisation et du gaz protecteur, comme indiqué sur la figure 5. REVEND I CAT IONS 1. Dispositif de dépoussiérage et/ou refroidissement d'un gaz chargé de particules, comprenant un disque (10) qui tourne sur son axe dans une enceinte traversée par le gaz, et des moyens pour amener sur la zone centrale du disque un liquide qui est projeté dans le gaz par la force centrifuge, à partir du bord du disque, sous forme de gouttelettes sur lesquelles les poussières du gaz vont se fixer, les gouttelettes étant ensuite recueillies, rassemblées et évacuées de l'enceinte avec les poussières, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux disques (10) superposés, montés sur un arbre rotatif commun (2), cet arbre comportant des moyens (31), par lesquels le liquide, amené par l'intérieur de l'arbre, peut parvenir sur les disques. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les disques sont enfilés sur l'arbre, avec interposition de cales d'épaisseur (12). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les cales (12) sont solidaires des disques. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les cales (12) sont indépendantes des disques. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les cales (12) sont en forme d'anneau fermé. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que, pour faire parvenir le liquide sur les disques, des passages radiaux sont prévus à travers les cales d'épaisseur (12) ou entre une cale d'épaisseur et le disque adjacent. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'arbre (2) présente au moins une rainure longitudinale fermée vers l'extérieur en dehors de la région des disques, et ouverte vers l'extérieur dans cette région, pour permettre au liquide de parvenir jusqu'aux disques. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'intérieur de l'arbre (2) est creux et relié à l'extérieur par une série de perçages radiaux dont l'écartement dans le sens axial est assez faible pour que le passage du liquide soit assuré indépendamment de l'épaisseur des cales (12). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens pour faire parvenir le liquide sur les disques sont disposés pour faire parvenir le liquide sur les deux faces d'au moins un disque. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'arbre comprend aussi des moyens (13, 14) pour amener un gaz dans l'espace entre les disques, et à maintenir la pression de ce gaz dans cet espace à une valeur au moins égale à la pression environnante. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un ensemble de deux disques (10) adjacents, dont au moins un est flexible et présente une concavité dirigée vers l'autre, ces deux disques étant en contact par leur périphérie lorsque l'arbre est à l'arrêt, et les périphéries des deux disques étant écartées l'une de l'autre d'un écart suffisant pour permettre le passage du liquide, lorsque l'arbre tourne à sa vitesse normale. 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'arbre contient aussi des conduits dans lesquels circule un fluide de refroidissement, des moyens étant prévus pour permettre de maintenir la circulation de ce fluide de refroidissement lors d'un arrêt de l'amenée du liquide de pulvérisation de gouttelettes.