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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX EPURATEURS DE GAZ.
L'invention est relative à un appareil électrostatique pour épu- rer de l'air ou d'autres fluides gazeux pour en séparer des particules te- nues en suspension dans ces gaz; et elle concerne,, plus particulièrement, l'enlèvement de particules très petitesde l'ordre microscopique et ultra- microscopique ces particules ayant un diamètre moyen de 20 microns et moins.
Une méthode connue, pour séparer de telles particules d'avec un courant gazeux, consiste à avoir recours à un précipitateur électrostatique dans lequel une charge est fournie à des particules véhiculées par le gaz,, qui passe ensuite entre des parois formées par plusieurs plaques espacées et établies longitudinalement par rapport au courante Chaque deuxième plaque est maintenue à un potentiel élevé la polarité étant la même que celle des par- ticules chargées et les plaques intermédiaires étant reliées à la terre ce qui crée un champ de force qui agit transversalement par rapport au courant et par lequel les particules en suspension ont une tendance à être précipi- tées sur les plaques reliées à la terreCe genre de précipitateur n'est ef- ficace que pour des courants ayant une vitesse
réduite puisque les particu- les doivent rester entre les plaques pendant un temps suffisant pour attein- dre la plaque, mise )la terresous l'influence dudit champ.De plus l'ad- hérence des particules est limitée et le danger existe qu'elles soient souf- flées des plaques mises à la terre.
En outre, quand il s'agit de particules très petites, il n'est pas pratique d'adopter un écartement tel pour les pla- ques qu'elles exercent un effet de filtration autre que celui obtenu par le champ électrostatique et il en résulte que si ce champ présente un défaut il peut se produire un soufflage entre les plaques par lequel les particules ac- cumulées peuvent tomber certaines au moins de ces particules étant entraî- nées par le gaz propreo A cause des vitesses réduites à prévoir pour leur fonctionnement,
l'usage des précipitateurs électrostatiques de ce genre est très limité dans les cas où l'on doit traiter des débits très importants à une pression très élevée pour le gaz comme dans une grande installation avec
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turbine à gaz dans laquelle le débit de l'air peut être de l'ordre de plu- sieurs centaines de kilogrammes d'air par seconde puisque les dimensions de l'épurateur peuvent devenir prohibitives leur prix de revient étant hors de toute proportion avec celui de l'installation elle--même, En outrecomme la possibilité d'un soufflage peut se produire dans ces précipitateurs, ces ap- pareils ont une valeur limitée dans les cas où la décharge de particules est préjudiciable ou dangereuse.
Un but de l'invention est de réaliser un précipitateur électro- statique qui a des propriétés intrinsèques en ce qui concerne l'enlèvement des particules très petites en suspension dans un courant gazeux tout en pou- vant être calculé pour le traitement de courants ayant une vitesse élevée sans qu'il en résulte une perte nécessaire de pression. Un autre but de l'in- vention est d'écarter la possibilité d'un soufflage.
L'invention a pour objet un appareil pour la précipitation élec- trostatique de particules qui sont en suspension dans un gaz et qui ont reçu au préalable une charge électriquele gaz étant débité sous la forme d'un cou- rant qui se déplace à une vitesse relativement élevée et elle consiste,, prin- cipalement, à faire comporter aux appareils, du genre en question, une cloi- son poreuse et une surface collectrice établie en regard de cette cloison, le gaz, véhiculant les particules chargéesétant introduit entre la surfa- ce collectrice et la cloison pour s'écouler,
depuis la première vers et à travers la deuxième dans un champ électrostatique maintenu en permanence entre la surface collectrice et la cloison dans un sens tel que les particu- les chargées soient sollicitées vers la surface collectricel'étendue du passage du gaz à travers la cloison étant tellement grande par rapport à la section transversale du courant gazeux que la vitesse du gaz qui s'écarte de la surface collectrice et traverse la cloison soit faible comparative- ment à la vitesse du courant.
De préférence on maintient la cloison poreuse traversée par le gaz., à un potentiel élevé, la polarité étant la même que celle des particu- les préalablement chargéesalors que la surface collectrice est mise à la terre. La surface collectrice s'étend le long d'une partie tout au moins de la cloison poreuse afin que l'on obtienne un champ électrostatique uniforme agissant dans une direction perpendiculaire à celle-ciLa cloison est agen- cée de manière telle qu'il ne se produise pas une décharge électrique entre la cloison et la surface collectrice.
Dans certains cas, les particules entrant dans l'appareil sont déjà chargées mais s'il n'en est pas ainsi on s'arrange pour qu'elles re- çoivent une charge par exemple en produisant une décharge électrique à travers le courant gazeux avant que celui-ci ne pénètre entre la cloison et la surfa- ce collectrice. Il est essentiel que les puissances électriques fournies aux électrodes de décharge et à la cloison poreuse et chargée, soient distinctes puisque la dernière doit être maintenue à un potentiel élevé et qu'aucune dé- charge ne peut avoir lieu.
Suivant un mode de réalisation préféré de l'inven- tion, ce gaz pénètre dans l'appareil par un conduit d'admission et s'écoule ensuite,, suivant une direction normale à celle de l'entrée à travers une cloi- son poreuse et vers un conduit de sortie parallèle la cloison formant une pa- roi commune entre les deux conduits. L'étendue de la cloison est grande com- parativement aux sections transversales des conduits de sorte que la vitesse du gaz à travers la cloison est faible comparativement à celle du gaz le long des conduits.
La paroi du conduite en regard de la cloison poreuse, est mise à la terre et la cloison elle-même est maintenue à un potentiel élevé., Si les particules en suspension dans le gaz, ne sont pas encore chargées avant d'en- trer dans l'appareil, elles reçoivent une charge par des moyens appropriés, par exemple en les faisant passer à travers une décharge 'électrique. A cause du champ existant entre la cloison et la paroi mise à la terre., on dispose d'une force exercée sur les particules dans une direction normale à celles-ci et comme la vitesse dans cette direction est fortement réduite., les particules sont entraînées dans le champ électrique vers la paroi mise à la terrepour être recueillies.
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Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemplesdeux modes de réalisation de l'inventions
La fig. 1 montre un schéma illustrant le principe du fonctionne- ment du précipitateur.
La figo 2. montres) en coupe longitudinales un précipitateur pour le traitement de faibles débits de gaz.
Les figso 3 et 4 montrent, respectivement en coupe longitudinale et en coupe transversale selon IV-IV fig 3, un précipitateur pour de très grands débits de gaz,
Sur la fig. 1 le gaz pénètre dans l'appareil par le conduit d'ad- mission 1, il traverse une cloison poreuse 2 qui forme une partie du conduit 1 et s'écoule par un conduit de sortie 3 établi à côté du conduit d'admission.
La cloison 2 est maintenue à un potentiel élevé et la paroi 5 du conduit 1, qui se trouve en regard de la cloison, est mise à la terre alors que la pa- roi terminale 4 du conduit 1 est en une matière isolante. L'écran 2 a une gran- de étendue de passage pour le gaz comparativement à la section transversale des conduits 1 et 3, Les particules de l'air admis, si elles ne sont pas en- core chargéesreçoivent une charge ayant la même polarité que le potentiel de la cloison poreuse
Pendant le fonctionnement, le courant gazeux à épurer ainsi que les particules véhiculées par cet àir pénètrent dans l'espace compris entre la cloison poreuse 2 et la paroi 5 du conduit 1, cette dernière formant une surface collectriceet traverse ensuite la cloison 2.
La charge des parti- cules et le potentiel de la partition ont la même polarité et,par conséquent, il existe un champ entre la cloison 2 et la paroi 5, ce champ agissant norma- lement à celles-ci en ayant une tendance à solliciter les particules vers cet- te Paroi. Comme l'étendue du passage du gaz à travers la cloison est beaucoup plus grande que la section du courant dans le conduit d'admission? la vitesse dans une direction normale à la cloison est réduite à un degré tel que la to- talité ou la plus grande partie des particules chargées sont arrêtées avant d'atteindre la cloison et sont ainsi attirées par la surface collectrice.
A cause de la non-uniformité du champcertaines des particules peuvent attein- dre la cloison où elles s'assemblent sous la forme d'une chevelure qui per- met le passage du gaz sans qu'il en résulte une perte de pression additionnel- le Si la charge électrique n'existe pas,par exemple à cause d'une défaillan- ce dans la fourniture de la puissancele dépôt sur la cloison poreuse reste non troublé ou ce dépôt vient recouvrir les pores ou ouvertures de la cloi- son en les bouchant mais dans l'un ou l'autre cas les particules ne risquent pas d'être entraînées par le gaz à un degré important, le dépôt est seulement lié, d'une manière lâche,à la cloison de sorte qu'il peut être enlevé aisément par exemple en soufflant de l'air à travers la cloison vers l'amont du conduit.
La fig. 2 montre un mode de réalisation pratique de l'invention pour traiter des débits d'air plutôt faibles comme pour la ventilation de 1' aération. L'air à nettoyer pénètre dans le conduit 6 qui est d'abord cylin- drique et devient ensuite divergent pour aboutir à un cul de sac 7. Un écran poreux 8, de forme conique, est logé coaxialement dans le conduit 6 de maniè- re à être parallèle à la partie divergente de ce dernier. La base de cet écran conique est reliée au conduit de sortie 9. La divergence du conduit 6 est tel- le que l'étendue de la surface de l'écran conique soit grande par rapport à la section transversale des conduits d'entrée et de sortie. Il en résulte que la vitesse de l'air perpendiculairement à l'écran conique, est très rédui- te comparativement aux vitesses d'entrée et de sortie de l'appareil.
Un fil 10,relié à une source de haute tension s'étend suivant l'axe du conduit 6 et est attaché au sommet de l'écran conique 8 par un isolateur 11 L'écran est reliée lui-même!) à une source de haute tension par un fil 12 qui traverse la paroi du tube 6 en étant logé dans un tube isolateur 13 et est ainsi mainte- nu à un potentiel élevé,
Les particules de l'air admis sont chargées par la décharge élec- trique entre le fil 10 et le conduit 6 et quand elles pénètrent dans l'inter-
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valle compris entre l'écran et la partie divergente du conduit elles subissent un effort perpendiculaire à celle-ci,, Comme plus haut,
leur vitesse dans cet intervalle est comparativement faible de sorte que l'intensité du champ est suffisante pour les attirer vers la paroi extérieure ce qui les empêche de traverser l'écrans
Les figs. 3 et 4 montrent un épurateur d'air qui convient au trai- tement de débits d'air très grands comme ceux nécessaires pour une installati- on avec turbine à gaz. L'appareil comprend plusieurs unités épuratrices dis- tinctes montées en parallèle, six de ces unités étant montrées sur les dessins.
Chaque unité comporte un conduit 14 de section circulairedans lequel est lo- gé coaxialement un écran métallique et poreux 15, de section circulaire avec un diamètre plus petit que celui du conduit 14. L'extrémité amont 16 de l'é- cran est constituée par une pièce profilée et son extrémité aval est formée par un diffuseur. Ces deux extrémités sont en une matière isolante et la pa- roi de l'écran lui-même est reliée à la terre.
Un fil 14., relié à une source de haute tension, longe l'axe du conduit 14 et est relié au sommet de la piè- ce profilée 16 l'agencement étant tel qu'il se produit une décharge entre le fil 18 et la paroi du conduite Les écrans des unités épuratrices sont connec- tés entre eux par des fils 19 logés dans des tubes isolants 20 et sont raccor- dés à une source de haute tension par un fil 21 traversant la paroi du conduit en étant logé dans un tube isolant 22.Les écrans sont constitués de manière qu'aucune décharge ne parte de ceux-ci mais un champ électrique existe entre les écrans et les parois des conduite,
ces champs agissant dans un sens pour lequel les particules préalablement chargées sont sollicitées vers ces paroisa
L'air pénètre dans l'appareil comme indiqué par des flèches et les particules sont chargées par la décharge qui se produit entre le fil 18 et la paroi du conduit 14, reliée à la terre. Les particules, qui entrent dans l'espace compris entre l'écran 15 et la paroi 14 sont sollicitées., par le champ électrique, vers la paroi. L'écran a une longueur telle que la vitesse de l'air, qui le traverse., soit réduite à un degré tel que le champ empêche les particules d'atteindre l'écran. L'air épuré traverse l'écran et quitte l'unité par le diffuseur 17 alors que les particules sont recueillies sur la paroi du conduit d'où elles peuvent être enlevées par des moyens appropriés.
Un nombre aussi grand que voulu d'unités de ce genre peut être mon- té en parallèle pour que leur ensemble convienne au débit d'air. On parvient ainsi à construire un épurateur qui peut traiter des débits de plusieurs cen- taines de kgs. d'air par seconde à des vitesses égales ou supérieures à 6 m/ sec. Il est évident que bien des modifications peuvent être apportées aux mo- des de réalisation indiqués plus haut, à titre d'exemples seulement, pour sa- tisfaire aux conditions à remplir dans chaque cas particulier. C'est ainsi que des considérations d'encombrement peuvent rendre désirable que les con- duits et écrans séparés aient une section transversale hexagonale.
Pour les exemples,décrits plus hauts il peut arriver que certai- nes des particules qui se meuvent plus rapidement, puissent atteindre les po- res ou ouvertures de la cloison ou de l'écran et il est à noter qu'une fois qu'elles ont dépassé le plan de la cloison, la répulsion existant entre les particules et la cloison favorise leur passage au lieu de gêner celui-ci. Par conséquent, le champ pour toute l'étendue de la cloison doit être tel que les particules puissent être mises au repos avant de l'atteindre et les di- mensions des pores ou ouvertures doivent être telles que cet effet puisse être obtenu. Diverses matières peuvent être utilisées pour constituer cette cloison poreuse, par exemple, un treillis ou grillageune tôle perforée ou du métal poreux.
Les dimensions des pores varient avec les conditions à rem- plir mais;; en pratiqueelles doivent être notablement plus grandes que cel- les des particules à enlever. Les pores doivent présenter une résistance suf- fisante au courant gazeux pour que l'on obtienne une répartition uniforme de ce courant sur toute la cloison.
Si l'on se sert d'une cloison constituée par des fils tissés;, il est possible que le champ, dans les intervalles compris entre les fils séparés;,
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soit insuffisant pour empêcher que les particules traversent la cloison. Dans ce cas il est avantageux d'établir tout près du côté aval de ces filsune couche de matière de bourrage ayant une surface irrégulière., par exemple-de la laine d'acier, pour obtenir une distribution plus uniforme du champ ou pour renforcer celui-ci dans ces intervalles. Une couche de ces matières entre- mêlées sert, en outre, à produire un écoulement plus uniforme du gaz.
Une autre particularité désirable est l'usage d'un écran ayant une porosité non uniforme afin que l'on obtienne un débit, suivant un gabarit dé- terminé, à travers celui-ci. L'écran peut, par exemple, être beaucoup plus im- perméable vers la sortie de l'appareil afin que l'on soit certain qu'une par- tie seulement du gaz traverse l'extrémité avant de l'écran et que le courant gazeux soit donc réparti plus uniformément sur toute la surface de celui-ci.
Les dimensions relatives utiles de l'écran poreux et des conduits d'admission varient en fonction avec la vitesse et la masse du courant gazeux à traiter. En général on s'arrange pour que les dimensions soient telles que la vitesse normale du gaz,par rapport à l'écrans soit de l'ordre de 15 On/ sec ce qui, en pratique, correspond à une section de passage du gaz, à travers l'écran, qui est de l'ordre de 25 à 50 fois la valeur de la section transver- sale du conduit d'admission.