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La présente invention concerne les appareils de précipitation électrostatique pour l'extraction de fines particules solides ou d'impu- retés en suspension dans des gaz de combustion ou d'autres gaz à épurer.
Elle concerne notamment des moyens pour la commande automatique de l'ap- plication de tensions de charge aux électrodes de l'appareil de précipi- tation pendant les cycles d'accumulation des particules, de nettoyage ou d'évacuation d'un appareil de ce genre.
L'appareil de précipitation auquel est appliquée la présente in- vention assure l'extraction des impuretés sans interruption dans un cou- rant continu de gaz à épurer, par des moyens électrostatiques incorpo- rés à l'appareil et créant une zone d'ionisation quivie d'une zone d'accu- mulation dans laquelle.les particules précédemment chargées par voie élec- trostatique dans la zone d'ionisation sont déposées et accumulées sur une surface de précipitation appropriée .L'appareil est divisé en secteurs de précipitation dont la section totale de-passage des gaz est supérieure à la section de passage nécessaire au courant gazeux à traiter, de sorte qu'un nombre de secteurs inférieur au nombre total est utilisé à la fois,
tandis que les autres secteurs sont dans une zone de nettoyage en dehors du parcours du courant gazeux, afin que les surfaces de précipitation puis- sent être nettoyées sans interruption de la fonction d'épuration du gaz de l'ensemble de l'appareil. L'invention s'applique en particulier aux ap- pareils du genre précité dans lesquels des moyens sont prévus pour la ré- duction automatique de la tension appliquée aux organes chargés de l'appa- reil de précipitation avant la période de nettoyage, pendant laquelle la tension peut être complètement annulée. Cette tension est partiellement rétablie pendant une période de transition, et les organes chargés reçoi- vent de nouveau la pleine tension dès qu'ils reprennent la fonction de pré- cipitation.
Une particularité importante de l'invention est l'utilisation de dispositifs de commande purement électriques intervenant pour'régler auto- matiquement les tensions de charge appliquées aux électrodes de l'appareil de précipitation, en fonction des conditions de travail de l'appareil.
Plus précisément, un circuit de commande dégénératif est utilisé par le- quel toute variation de tension sur les électrodes, due aux conditions de travail, est automatiquement retransmise à la source d'énergie correspon- dante en vue d'un réglage approprié de la tension de charge. L'invention envisage également l'utilisation de ces moyens de commande électrique pour l'extinction d'arcs.
Pour mieux faire comprendre les particularités de l'invention et les moyens permettant d'atteindre les buts de celle-ci, on la décrira ci-après en regard du dessin annexé, qui représente à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'appareil destiné à la mise en oeuvre, et sur lequel :
La fige 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un appareil selon l'invention pour l'épuration des gaz.
La fig. 2 est une vue schématique montrant les sources d'énergie électrique pour l'application d'une tension à chacun des différents sec- teurs de l'appareil de précipitation.
La fige 3 est un schéma électrique montrant les circuits de com- mande pour le réglage de la haute tension appliquée aux électrodes de l'ap- pareil de précipitation. @
En ce qui concerne plus particulièrement l'appareil de précipita- tion que montre la fig. 1, le chiffre de référence 10 désigne un conduit amenant des gaz contenant des impuretés provenant d'un four ou d'un autre
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appareil, tandis que 11 désigne un conduit destiné à l'évacuation des' gaz épurés. Entre les conduits 10 et 11 est intercalé un cylindre fixe 12 qui contient un cylindre 13 plus petit et centré sur son axe. Les deux cylin- dres sont reliés entre eux par plusieurs cloisons radiales, qui divisent l'espace annulaire en plusieurs compartiments en forme de secteurs pour la zone d'accumulation 14 de l'appareil.
Les surfaces de précipitation sont présentées par un ensemble de plateau formant dans chaque compartiment'un groupe comprenant un grand nombre de couloirs ouverts aux deux extrémités et ayant une section transversale hexagonale.
Dans chacun des couloirs que traversent les gaz passe longitudina- lement une électrode 16 disposée au centre. Ces électrodes 16 sont portées par des grilles 15 formées par des barreaux métalliques. Pour chaque grou- pe d'électrodes de chaque compartiment est prévue une grille. Les grilles sont isolées électriquement du bâti des cylindres. Aux extrémités inférieu- res ou extrémités d'entrée des couloirs sont prévues d'autres grilles si- milaires qui reposent sur des isolateurs. Le courant est amené dans chaque compartiment..par un conducteur d'alimentation 18,de sorte que cet agence- ment permet de charger électriquement les électrodes 16. La zone d'ioni- sation 17 est ménagée dans la partie inférieure de l'espace annulaire en- tre les cylindres 12, 13, et l'agencement de cette zone est similaire à celui qui vient d'être décrit.
Les cloisons radiales formant les comparti- ments s'étendent d'un bout à l'autre des cylindres, de sorte que la zone d'ionisation et la zone de précipitation sont divisées et localisées dans une série de compartiments. Les différents organes de la zone d'ionisa- tion sont également alimentés par les conducteurs 18.
A l'extrémité inférieure des cylindres est raccordée une chambre de distribution 20 à laquelle aboutit le conduit d'arrivée 10 des gaz et qui communique par un orifice annulaire 21 avec l'espace annulaire compre- nant les zones d'ionisation et de précipitation 17, 140 Dans cette chambre est montée à rotation une trémie 22, qui passe à l'extérieur par un orifi- ce 23 pratiqué dans le fond de la chambre et muni d'une garniture d'étan- chéité. La trémie est portée par un palier approprié et aboutit en bas à une tubulure d'évacuation extérieure 24.
A l'extrémité supérieure des cylindres est montée à rotation une boîte 25, prolongée latéralement par un tiroir en forme de secteur 26 pré- sentant un compartiment 27 dans lequel passe un organe de nettoyage sous la forme d'un conduit 28 entraîné en rotation avec la boite 25 par un mé- canisme à engrenages. Le conduit 28 communique avec une source de fluide à haute pression, de vapeur ou d'air, par exemple. La boîte 25'intervient pour isoler un secteur à nettoyer des autres secteurs en même temps que la trémie inférieure assure'la séparation du secteur à l'extrémité inférieu- re de l'appareil. Au fur et à mesure que la trémie 22 et la boîte 25 tour- nent, les groupes d'électrodes des différents secteurs peuvent donc être nettoyés successivement sans aucune interruption du passage, à travers 1' appareil, du courant de gaz à épurer.
Le nettoyage nécessaire peut avoir lieu par intermittence ou d' une manière continue sans aucune interruption de la précipitation des par- ticules dans un courant gazeux continuo Il ressort de la description pré- cédente de l'appareil que l'organe de nottoyage 27 et la trémie 22 passant successivement en regard des secteurs séparent ceux-ci au fur et à mesure du courant gazeux et des groupes d'électrodes, qui se trouvent alors dans la zone de nettoyage et peuvent être facilement débarrassés des dépôts accumulés, par des jets de fluide, l'agencement étant tel que ces jets soient dirigés successivement dans tous les couloirs destinés au passage du gaze
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On connaît également des appareils de ce genre dans lesquels les zones de précipitation et les zones d'ionisation tournent par rapport à un dispositif de nettoyage fixe.
Sur la fig. 3 du dessin, le chiffre de référence 30 désigne une source de courant électrique triphasé à laquelle sont connectés les en- roulements primaires 31 d'un transformateur de puissance 32. Les enroule- ments secondaires 33 de ce transformateur sont connectés à un redresseur 34, qui convertit le courant alternatif en courant continu et applique par le 'conducteur 18 une haute tension continue aux électrodes 20 de l'appa- reil de précipitation électrostatique. Les enroulements primaires 31 du transformateur 32 sont connectés en série avec'trois enroulements de réac- tance 36, 37, 38, dont les enroulements d'excitation 40, 41, 42 sont ali- mentés par une source de courantséparée 39 à travers un redresseur 44.
Les enroulements primaires 31 du transformateur 32 sont également connec- tés en parallèle avec trois autres enroulements de réactance 45, 46, 47, dont les enroulements d'excitation 50, 51, 52 sont alimentés par un enrou- lement tertiaire 55 couplé avec le primaire de l'un des enroulements de réactance en série (par exemple 36), à travers un redresseur 54.
Au cours du fonctionnement normal d'un secteur de précipitation, on peut prévoir de 25 à 30 arcs par minute. Ces arcs sont un phénomène cou- rant pendant le fonctionnement d'un appareil de précipitation, et leur apparition est l'indication d'un réglage convenable de la tension. Certai- nes sources de courant sont elles-mêmes alimentées par une ligne monophasée et fournissent le courant à l'appareil de précipitation sous la forme d' impulsions successives. Un arc disparaît généralement dans le bref inter- valle entre deux impulsions. C'est grâce à ces intervalles que les arcs ne contrarient généralement pas le fonctionnement d'un appareil de précipita- tion.
A cause de la vitesse relativement faible du courant gazeux, ces ap- pareils de précipitation se prêtent à l'utilisation d'impulsions de cou- rant, quoiqu'il ne se produise aucune action de précipitation entre les impulsions. La durée d'immobilisation de chaque particule dans l'appareil de précipitation est assez longue (environ deux secondes) pour compenser la perte du temps de précipitation. Cependant, pour une vitesse de 12 mè- tres environ par seconde,envisagée pour le courant gazeux traversant l'ap- pareil selon l'invention, les particules passent d'un bout à l'autre de l'appareil en moins d'un tiers de seconde.
Pour l'obtention d'un haut ren-
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dement de précipitation, il est dÓnoGnébasâ!reuj'$uppr1meriean]ialles sans tension et d'utiliser un courant continu, tel qu'il est engendré, en partant d'une ligne triphasée, par un redresseur agencé en pont, La dif- ficulté qui en résulte est le fait que les arcs ne disparaissent pas, mais sont au contraire entretenus en rendent ainsi inactif le secteur affecté,
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j Bqù'à"be1qutun'inervale soit, ibterÓalê'artificiellement, le courant étant rétabli après cet intervalle. On appellera "extincteur d'arcs" ou "étouffeur" 1 dispositif incorporé à chaque source de courant pour intercaler ledit in- tervalle.
Un dispositif connu à cet effet comprend un tube électronique ré- pondant à la tension et un relais mécanique répondant à l'intensité. Pour une fréquence de 25 intervalles par minute, un relais de ce genre fonctionnerait plus de deux millions de fois en un an, et il serait probablement nécessaire
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due le remplac7dix-,,tous les deux moins.
Le but de la présente invention est donc de créer une source de coûtant fonctionnant de la manière qui vient d'être décrite, mais n'exi- geant à cet effet aucun relais mécanique.
Commande automatique d'enroulement d'absorption en parallène-
La fig. 3 est un schéma de montage simplifié pour l'une quelconque des douze sources de courant connectées respectivement aux douze secteurs
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d'un appareil de précipitation de la manière représentée sur la fige 20 Ainsi qu'il a été indiqué précédemment, la source de courant comprend trois enroulements de réactance 36, 37,38 en série et des enroulements de réac- tance 45, 46, 47 en parallèle. On peut noter que les enroulements d'exci- tation 50, 51, 52 des enroulements de réactance en parallèle sont alimen- tés automatiquement par l'enroulement tertiaire 55 de l'enroulement de ré- actance en série 36.
Cette alimentation est assurée à travers un redres- seur 54 et une résistance 56 modifiant la constante de temps pour les en- roulements d'excitation 50, 51, 52 des enroulements de réactance en paral- lèle 45, 46, 47. Il résulte de cette alimentation automatique que les re- lais électromécaniques, considérés jusqu'ici comme nécessaires à l'alimen- tation du circuit d'excitation d'enroulements de réactance en parallèle, sont supprimés. L'état d'excitation des enroulements de réactance en paral- lèle 50, 5le 52 est toujours l'opposé de celui des enroulements de rêactan- ce en série, 36, 37, 38.
En choisissant convenablement les constantes des circuits, on obtient une action brusqueo Au moment du démarrage, la ten- sion de l'appareil de précipitation reste faible pendant un très court in- tervalle, mais augmente ensuite brusquement jusqu'à l'état d'excitation.
Le but de cette action brusque est de favoriser l'extinction automatique des arcs de la manière décrite plus loino
L'enroulement de réactance de commande =
L'excitation des enroulements de réactance en série 36, 37, 38 est fournie par un enroulement de réactance intermédiaire ou de commande 60, qui sert à amplifier l'énergie d'excitation nécessaire. Cet enroule- ment de commande est connecté aux redresseurs 64 de façon à être du type à auto-excitation, assurant une forte amplification et un temps d'action très rapide. Cet enroulement de commande à auto-saturation est formé par la combinaison de deux fractions de réactance séparées 61, 62 et de redres- seurs 64.
L'incorporation de cet enroulement de commande 60 réduit le ni- veau de puissance pour la commande, par exemple en partant de 250 watts jusqu'à moins de 10 wattsA ce niveau très bas, les relais de commande électromécaniques utilisés jusqu'ici peuvent être supprimés, et toutes les commutations nécessaires à la réduction ou à l'annulation de la tension pendant la période de nettoyage et au rétablissement après cette période peuvent être assurées directement par les contacts 59A, 59B, 59C (voir éga- lement la figo 2) du commutateur rotatif 59 accouplé au dispositif de net- toyage de l'appareil de précipitation. Le-commutateur rotatif 59 (figo 2) fonctionne avec des micro-interrupteurs, dont la durée s'étend sur environ 5 millions de cycles à la faible intensité appliquée.
Etant donné que ces contacts 59A, 59B, 59C (fig. 3), qui réduisent ou annulent la tension de charge pendant le nettoyage des électrodes dans chaque secteur, et la ré- tablissent ensuite pour la reprise de la précipitation de particules, ne fonctionnent pas plus d'une fois par minute et environ un demi million de fois en un an, on peut prévoir une durée de fonctionnement de cinq à dix ans sans perturbation.
Ainsi que l'indique la fige 3, la résistance de masse 65 interca- lée entre le redresseur 34 et la masse comprend une prise intermédiaire, et la tension correspondant à l'intensité de l'appareil de précipitation est appliquée aux enroulements d'excitation 66, 67 de l'enroulement de com- mande dans un sens en opposition avec l'excitation extérieure assurée par une source à réglage 71. Ceci provient du fait qu'un côté des enroulements d'aimantation 61, 62 de l'enroulement de commande est connecté à la sour- de de courant continu 71 pour présenter la même polarité, par rapport à la masse, que le côté à basse tension du redresseur 34. Le circuit de réac- tion 70 produit donc un effet dégénératif et stabilisant.
Le courant dans le secteur de l'appareil de précipitation est limité par le réglage de 1' excitation de l'enroulement de commande 60, donc des enroulements de réac-
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tance en série 36-38. La position du curseur 68 sur la résistance 65 dé- termine le taux de réaction toléré. La réaction est réglée de façon qu' une augmentation de l'intensité pendant le passage d'un arc pqit à peine perceptible. Il est probable que, grâce à la limitation de l'intensité par le circuit de réaction 70, la plupart des arcs à l'intérieur de l'ap- pareil de précipitation sont éteints par la grande vitesse du courant ga- zeux.
Un autre avantage dû à l'effet de stabilisation de l'intensité par le circuit de réaction réside dans un fonctionnement plus stable de l'ap- pareil de précipitation malgré certaines variations de'la charge imposée aux chaudières.
La présence de l'enroulement de réactance de commande 60 facili- te considérablement l'extinction des arcs. Un arc est un court-circuit se- condaire et se manifeste par une chute brusque de la tension (de 15000 à 100 volts environ), et par une augmentation simultanée de l'intensité.
Cette augmentation de l'intensité dans un grand appareil de précipitation est dangereuse pour les organes d'ionisations. Les arcs se comportent dif- féremment suivant leur point de départ. S'ils partent de points poussié- reux, par exemple sur les électrodes, ils sont très persistants, Etant donné qu'un secteur de l'appareil de précipitation ne reste pas propre d' un bout à l'autre de son cycle de travail; il se peut que quelques arcs ne puissent être éteints par l'action du circuit de réaction 70, et qu'ils se maintiennent au niveau réduit d'intensité résultant de l'intervention du circuit de réaction. Il est donc nécessaire de prévoir un circuit d'ex- tinction complémentaire, et l'impulsion de déclenchement du circuit d'ex- tinction est prise sur la chute de tension.
Le circuit d'étouffement des arcs -
Le circuit d'étouffement des arcs, qu'on décrira ci-après, ne com- prend aucun élément mobile à l'opposé de tous les circuits de ce genre uti- lisés jusqu'ici. Un commutateur électronique à deux tubes thyratrons 80, 81 court-circuite un transformateur anodique 82 à chaque chute de tension dans le secteur correspondant XI de l'appareil de précipitation, auquel le circuit de ces deux tubes est connecté par le conducteur 84 lui-même connecté au conducteur 18.
Lorsque le transformateur 82 est court-circuité à la suite d'un arc, une connexion est établie qui permet au courant de la source 39 de désexciter rapidement les fractions 61, 62 de l'enroule- ment de commande 60, par l'intermédiaire des redresseurs de désaimantation 83, en parallèle et en opposition de polarité avec les redresseurs 64 de l'enroulement de commande 60. Chaque fois qu'un arc se forme, l'enroule- ment de commande 60 est presque instantanément désaimanté, parce que le courant du conducteur 39 passe dans les fractions 61, 62 dans un sens op- posé à celui de l'excitation normale. Les enroulements de réactance 36, 37, 38 en série sont donc désexcités, et le courant disparaît dans le sec- teur de l'appareil de précipitation.
Grâce à l'action brusque des enrou- lements de réactance en parallèle 45, 46, 47, la tension du secteur de pré- cipitation est annulée pendant une courte durée déterminée, qui suffit à l'extinction de l'arc. Après cette extinction, la tension de retour du sec- teur XI bloque automatiquement les thyratrons 80, 81 et le fonctionnement normal est rétablie La tension est rapidement réappliquée et le fonction- nement reprend. La durée totale de l'extinction de l'arc et du rétablisse- ment du fonctionnement est de l'ordre d'un quart de seconde pour un appa- reil de précipitation de grandes dimensions.
Si les arcs se présentent dans un intervalle de temps déterminé avec une fréquence supérieure à celle qu'on désire, la tension appliquée aux électrodes du secteur en question est réduite automatiquement après un certain nombre d'arcs. Une deuxième prise de la résistance de masse 65 est connectée par un conducteur 91 à un circuit comprenant le condensateur 92,
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de sorte que celui-ci accumule une charge au fur et à mesure que les arcs se répètent.
Après la décharge du condensateur 92,la polarisation néga- tive est rétablie sur la grille 93 dt-un tube électronique à gaz 940 L'a- node de ce tube 94 est connectée par un conducteur 96 à la borne posi- tive de la source 71.Lorsque le tube 94 s'amorce, il met en circuit un relais 97 qui ouvre les contacts 98 et intercale ainsi une résistance 99 pour réduire l'intensité dans les enroulements d'aimantation 66, 67, de sorte que l'enroulement de commande 60 entre en action pour réduire la tension de l'appareil de précipitation de la manière précédemment décrite.