ELECTROCYCLONE POUR LE DEPOUSSIERAGE DE GAZ
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 électrocon¬ ductrice environnante.
L'efficacité de la séparation des particules par effet centrifuge décroît lorsque la taille des parti¬ cules solides diminue et est faible pour des particules ayant une taille inférieure à 1 μm, tandis qu'inversement l'efficacité de la précipitation électrostatique reste sensiblement constante depuis le centième de μm. 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, avec un rapport encombrement/débit bien infé¬ rieur à celui des installations de dépoussiérage électro¬ statique.
L'efficacité de la précipitation électrosta- tique 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 pa¬ rallèle dans une même enceinte, chaque unité comprenant un conduit vertical cylindrique portant à son extrémité supérieure un aubage annulaire d'entrée du gaz à dépous¬ siérer, une cheminée axiale de sortie du gaz épuré s'étendant vers le haut en partie supérieure du conduit précité, une électrode montée dans l'axe de ce conduit, et des moyens de connexion de l'électrode et du conduit aux pôles d'une source de haute tension continue, carac¬ térisé en ce que ladite électrode porte des aiguilles ra¬ diales dont les extrémités libres formées en pointe sont situées sur des cercles ayant un diamètre inférieur à ce- lui de la cheminée et compris entre 20 et 40 % environ du diamètre interne du conduit.
Les formes et dimensions des électrodes des unités de dépoussiérage selon l'invention 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 per¬ turber 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 selon 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 ré- suite une amélioration considérable de l'efficacité de la séparation électrostatique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les aiguilles radiales sont réparties sur une longueur d'électrode dans des plans perpendiculaires à l'axe de cette électrode.
Cette longueur d'électrode portant les ai¬ guilles s'étend avantageusement de l'extrémité inférieure de la cheminée jusqu'au niveau où le conduit vertical cy¬ lindrique précité, à section circulaire, se raccorde à un conduit tronconique dont la section diminue progressive¬ ment vers le bas et qui débouche dans une trémie.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le nombre d'aiguilles dans chaque plan per¬ pendiculaire à l'axe de l'électrode est compris entre trois et six.
Ce nombre d'aiguilles est choisi pour des rai¬ sons de symétrie dans le conduit et d'efficacité d'ionisation du gaz : en dessous de trois, il ne permet pas une disposition à symétrie quelconque par rapport au conduit et l'efficacité est réduite; au-dessus de six, les aiguilles sont inutilement rapprochées les unes des autres.
Avantageusement, chaque plan perpendiculaire à l'axe de l'électrode comprend quatre aiguilles radiales à 90° les unes des autres. Cette disposition correspond à l' encement le plus favorable des lignes de champ dans le conduit.
Par ailleur«, dans ce mode de réalisation pré¬ féré de l'invention, l'électrode comporte un empilement axial de pièces annulaires portant chacune des aiguilles radiales coplanaires.
Le pas entre pièces annulaires empilées axia- lement est de quelques millimètres au moins.
Les aiguilles radiales d'une électrode peuvent avoir des orientations angulaires constantes par rapport à l'axe de l'électrode d'une pièce annulaire à l'autre, de telle sorte qu'elles se trouvent alors dans des plans verticaux communs qui se coupent sur l'axe de l'électrode, ou bien les pièces annulaires portant les aiguilles peuvent être montées libres en rotation autour de l'axe de l'électrode.
Selon une autre caractéristique de l'invention, lorsque le gaz à dépoussiérer est à une tem¬ pérature inférieure à 200° C environ, chaque électrode comporte des garnitures de montage en une matière plas- tique 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 céra¬ mique 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 ré¬ duire 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 déter¬ minée.
Enfin, 1'invention prévoit des moyens de dé¬ colmatage des unités de dépoussiérage, ces moyens compre- nant 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 peu¬ vent alors être disposées en quinconce dans l'enceinte précitée. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci appa¬ raîtront 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 l'électrocyclone, représentant la disposition en quin¬ conce des unités de dépoussiérage ; la figure 6 est une vue schématique d'une par- tie de 1'électrocyclone, représentant les moyens de dé¬ colmatage.
On se réfère d'abord à la figure 1, dans la¬ quelle 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 es¬ sentiellement un conduit 16 de forme cylindrique à sec-
tion circulaire, raccordé à un conduit inférieur 18 de forme tronconique se rétrécissant vers le bas et débou¬ chant 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 élec¬ trode axiale 22 qui s'étend dans le conduit 16 entre l'extrémité inférieure de la cheminée 20 et l'extrémité supérieure du conduit inférieur 18.
L'enceinte 10 comprend encore un collecteur 24 d'alimentation des unités 12 en gaz chargé de parti¬ cules solides, et un collecteur 26 de sortie de gaz épuré, qui se trouve au-dessus du collecteur 24. Les ex¬ trémités supérieures des conduits 16 débouchent donc dans le collecteur d'alimentation 24 et sont munies d'un au- bage 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 conduc¬ teur 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 chemi- nées, 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 tempé- rature inférieure à 200° C environ, les divers moyens de support, de centrage et de protection des électrodes peu-
vent être en une matière plastique, de préférence en po¬ lytétrafluoroéthylène (commercialisée sous la dénomina¬ tion "téflon"), qui résiste à 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 réali¬ sée en acier inoxydable et comprend des aiguilles ra¬ diales 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 acérée se trouvent sur des cercles de diamètre inférieur à celui de la cheminée et compris entre 20 et 40 % environ du dia¬ mètre 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 ra¬ diales 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 annu¬ laires 34 ont une épaisseur de 0,1 mm, les diamètres ex¬ terne 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 permettent 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.
En général, les diamètres du conduit 16 et de la cheminée 20 sont dans un rapport voisin de 2, pour lequel les aires des sections de passage de gaz sont sen¬ siblement égales, d'une part entre le conduit 16 et la cheminée 20, d'autre part dans la cheminée 20.
L'empilement des pièces annulaires 34 s'étend de façon générale, sensiblement entre l'extrémité infé¬ rieure de la cheminée 20 et l'extrémité supérieure du conduit tronconique 18. Pour réduire 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 cheminement des courants de contournement.
De plus, les flancs des stries font un angle avec l'horizontale qui est supérieur à une valeur déter¬ minée, 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 infé¬ rieure, peuvent être réalisées en une matière plastique telle que du polytétrafluoroéthylène, lorsque le gaz à dépoussiérer a une température inférieure à 200° C envi- ron. 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 parti¬ cules 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 dé¬ colmatage 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 frap¬ pant sur deux côtés opposés, à deux niveaux différents, l'un sur la partie du conduit 16 qui s'étend entre la base de la cheminée 20 et le conduit tronconique 18, l'autre sur la partie supérieure du conduit A. Les arbres 48 sur lesquels sont montés les marteau: 6 peu¬ vent être entraînés en rotation de façon continue, tou¬ jours dans le même sens, et être reliés par des engre¬ nages aux marteaux 46, l'un des pignons de chaque engre- nage étant dépourvu de dents sur une partie de sa péri¬ phérie, 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 ou 18, 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 au moment de la frappe.
De façon générale, 1'électrocyclone selon l'invention est applicable au dépoussiérage des gaz véhi¬ culant des particules solides de dimensions comprises par
exemple entre 1 et 200 μm, avec une bonne efficacité.
Par ailleurs, l'invention s'applique aussi aux électrocyclones à une seule unité de dépoussiérage de gaz.