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La présente invention concerne les appareils de précipitation électrostatique destinés à l'extraction des fines particules solides ou des impuretés que contiennent les gaz de combustion ou autres. Elle concerne notamment un dispositif perfectionné pour commander automatiquement l'application des tensions de charge aux électrodes de précipitation pendant les cycles de précipitation, de nettoyage ou d'évacuation de ces appareils.
L'appareil de précipitation auquel l'invention est appliquée assure l'extraction des impuretés sans interruption pendant le passage continu d'une colonne de gaz non épurés, par des moyens électrostatiques incorporés à l'appareil, qui est divisé en une zone d'ionisation suivie d'une zone de précipitation dans laquelle les particules, précédemment manies d'une charge électrostatique dans la zone d'ionisation sont déposées
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-et aasumulées :51:1:
1' des loison-s collectrices spproprirëe&. .L'appareil. de pé3.pitatio est *&t-é d'un certain nombre -de jeux d'électrodes 4ïs-posée¯s dans des secteurs de précipitation, dont la section transversale totale, destinée au passage des gaz, est supérieure à la section nécessaire au passage de la colonne gazeuse à traiter, de sorte que le nombre de canaux à gaz utilisés à la fois est inférieur au nombre total, les canaux restants étant .alors temporairement dans une zone de nettoyage en dehors du passage de la colonne gazeuse pour que les cloisons collectrices puissent être nettoyées sans aucune interruption de l'épuration du gaz dans l'ensemble de l'appareil.
Le but de l'invention est notamment de créer un appareil du type précité, qui est équipé de moyens pour régler automatiquement la tension appliquée aux électrodes en charge de l'appareil de précipitation selon les conditions de fonctionnement d'une chaudière, par exemple, avec laquelle l'appareil de précipitation est combiné, ces conditions se manifestant par la fréquence des arcs -de décharge se présentant dans l'ensemble de l'appareil de précipitation aussi bien que dans les différents jeux d'électrodes.
Une particularité essentielle de l'invention consiste en ce que des sources de tension distinctes sont prévues pour chacun des secteurs collecteurs, ou pour chacun des jeux d'électrodes de l'appareil de précipitation, tandis qu'un régulateur commun commande toutes les sources de tension en réponse à la fréquence des arcs de décharge dans l'ensemble de l'appareil de précipitation. En même temps la tension de charge appliquée à chaque jeu d'électrodes de l'appareil peut être réglée séparément en fonction de la fréquence des arcs de décharge se présentant dans ce jeu d'électrodes.
Sur les dessins annexés : la fig. 1 est une vue schématique d'un appareil épurateur de gaz selon la présente invention doté de plusieurs sources de
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tension distinctes, avec un régulateur commun de tension pour les différents jeux d'électrodes. la. fig. 2 représente schématiquement une variante pour une partie du régulateur que montre la. fig @ , la fig. 3 est un schéma de principe de la source de tension et du régulateur pour un seul jeu d'électrodes, la Fig. 4 est une vue schématique d'une variante de l'appareil, avec un schéma de principe du régulateur en fonction de la fréquence des arcs de décharge.
Sur la fig. 1, de ce dessin, le chiffre 10 désigne un conduit par lequel entrent les gaz contenant des impuretés et provenant d'un four ou d'un autre appareil tandis que 11 est le conduit de sortie des gaz épurés. Entre les conduits 10 et 11 est intercalée une chambre fixe 12. On supposera pour cette description que la chambre 12 est cylindrique, et qu'elle est divisée intérieurement par des cloisons radiales en compartiments ayant la forme de secteurs, et contenant les jeux d'électrodes et les cellules collectrices de l'épurateur. Les jeux d'électrodes présentent des zones inférieures d'ionisation et des zones supérieures de précipitation. En 13, 14, 15, 16 sont indiqués quatre jeux d'électrodes faisant par exemple partie d'un ensemble de donze jeux de l'appareil de précipitation.
Chaque compartiment ou jeu comprend un grand nombre de cellules tubulaires ouvertes aux deux extrémités et de section hexagonale, et dans chaque cellule passe axialement une électrode centrale. La tension est appliquée à chaque jeu d'électrodes respectivement par un conducteur 20, 21, 22, 23, par lequel les électrodes reçoivent leur charge.
La chambre est munie d'un compartiment distributeur 24 dans lequel débouche le conduit d'entrée 10, et qui communique avec l'espace contenant les zones d'ionisation et de précipitation.
Dans le compartiment distributeur 24 est montée une trémie rotative 25, dont la partie Inférieure passe de façon étanche à travers une ouverture centrale 26 pratiquée dans le fond de la chfmbre.
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.La trémie repose dans un palier approprié, et elle est prolongée par une tubulure d'évacuation 27 à l'extérieur de la chambre. Au sommet de la chambre est monté un chapeau rotatif 28, prolongé la- téralement par un secteur dans lequel est pratiquée une cavité pour le passage d'un organe de nettoyage se présentant sous la forme d'un tuyau 29, rendu solidaire en rotation du chapeau 28 par un mécanisme de transmission approprié. Le tuyau 29 communique avec une source de fluide à haute pression tel que la vapeur d'eau ou l'air. Le chapeau 28 intervient pour isoler le compartiment à net- toyer des autres compartiments à travers lesquels le gaz continue de passer, et la trémie 25 est également maintenue en regard du chapeau 28 pour assurer cette séparation à l'extrémité inférieure de l'appareil.
Pendant que la trémie 25 et le chapeau 28 tournent, il est évident que les jeux d'électrodes dans les différents compar- timents peuvent être successivement nettoyés sans aucune interrup- tion du courant gazeux traversant l'appareil pour être épuré.
Pour chacun des jeux d'électrodes 13, 14, 15, 16 est res- pectivement prévue une source de tension 30,31, 32,33 destinée à appliquer une charge électrique aux électrodes de chaque jeu par les conducteurs 20, 21, 22 et 23. Quoique la figure ne montre que quatre jeux d'électrodes, il est bien entendu qu'un appareil de précipita- tion en contient un plus grpnd nombre, et que chaque jeu est alimenté par une source de tension distincte. La figure 3 montre le schéma électrique de principe pour chacune des sources de tension.
On voit sur cette figure 3 que la source de tension pour l'un quelconque des jeux d'électrodes est alimentée par un générateur triphasé 40 auquel sont connectés les enroulements primaires 41 d'un transformateur de puissance 42. Les enrou- , lements secondaires 43 de ce transformateur sont connectés à un redresseur 54 qui convertit le courant alternatif en courant continu et duquel part le conducteur 20 qui applique une charge de haute tension aux électrodes du jeu 13 à l'intérieur de l'ap- pareil de précipitât:! on. Les enroulements primaires 41 du trans-
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formateur de puissance 42 sont connectés en série avec trois inductances saturables 46, 47, 48 dont les enroulement de contrôle 50, 51,52 sont alimentés par une source de courant distincte 53 à travers un redresseur 54.
Les enroulements primaires 41 du transformateur de puissance 42 sont également connectés en parallèle avec trois autres inductances saturables 55, 56, 57 dont les enroulements de contrôle 60,61, 62 sont alimentés par un enroulement tertiaire 63 couplé avec l'une des trois inductances saturables en série (48 par exemple). L'excitation des trois inductances saturables en parallèle a lieu à travers un redresseur 64 et une résistance 65 destinée à modifier la constante de temps et connectée aux enroulements de contrôle 60, 61, 62 des inductances saturables en parallèle 55, 56,57.
L'excitation des inductances saturables en série 46,.
47, 48 est commandée par une inductance saturable intermédiaire ou régulatrice 68, qui sert à amplifier la puissance d'excitation nécessaire. L'inductance saturable régulatrice 66 est connectée aux redresseurs 54 de façon qu'elle soit du type à auto-excitation, assurant une forte amplification et un fonctionnement très rapide.
Cette inductance saturable à auto-saturation comprend la combinaison de deux inductances saturables séparées 67, 68 et de redresseurs 54. L'introduction de cette inductance saturable régulatrice 66 réduit le niveau de puissance en partant de 250 watts, par exemple, jusqu'à un niveau au-dessous de 10 watts pour la commande. A ce niveau on peut renoncer à l'utilisation de relais électromécaniques de commande tels qu'ils sont utilisés jusqu'ici, et toutes les commutations nécessaires pour la réduction ou l'annulation de la tension pendant la période de nettoyage, et pour son rétablissement après cette période peuvent avoir lieu en synchronisme avec les mouvements du dispositif de nettoyage de l'appareil de précipitation.
On voit sur la figure 3 que la résistance 75, intercalée entre le redresseur de puissance 44 et la terre, présente une prise intermédiaire et que la tension correspondant à l'intensité de l'ap-
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pareil de précipitation est appliquée aux enroulements de contrôle 76,77 de l'inductance saturable régulatrice, et ce en opposition avec l'excitation extérieure résultant d'une source de tension réglée séparément 78. Ceci provient du fait qu'un côté des enroulements 76,77 de l'inductance saturable régulatrice 66 est connectée à la source de tension continue 78 pour présenter par rapport à la terre la même polarité que le côté à basse tension du redresseur de puissance 44. Ainsi, le circuit de réaction 30 produit un effet de contre-réaction et de stabilisation.
L'intensité dans le secteur de précipitation, se limite elle-même par le réglage de l'excitation de l'inductance saturable 66, donc des inductances saturables en série 46, 47, 48. La position du curseur 75A sur la résistance 75 définit l'amplitude de la réaction qui doit être appliquée. Cette réaction est réglée de façon qu'une augmentation de l'entensité pendant la décharge soit à peine perceptible. Grâce à la limitation de l'intensité par le circuit de réaction 80, il est probable que la plupart des arcs de décharge sont soufflés par la grande vitesse du courant gazeux à l'intérieur de l'appa- reil de précipitation.
Un autre avantage de l'action stabilisatrice exercée par la réaction réside dans un fonctionnement plus stable de l'appareil de précipitation malgré les variations de la charge imposée à la chaudière.
La présence de 1'inductance saturable régulatrice 66 facilite considérablement l'extinction des arcs de décharge. Un arc de décharge est un court-circuit secondaire, et se manifeste par une chute brusque de la tension ( de 15.000 volts jusqu'à 100 volts environ) . Ces arcs de décharge se comportent diversement selon leurs points de départ. Ceux qui partent de points poussiéreux, par exemple sur les électrodes, sont les plus persistants.
Etant donné qu'un secteur de l'appareil de précipitation ne reste pas propre d'un bout à l'autre du cycle de fonctionaement, il est probable que quelques arcs de décharge peuvent ne maintenir. Il est donc nécessaire de prévoir un circuit d'extinetion complémen- taire, et l'impulsion d'amorçage du circuit d'extinction est prise
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sur la chute de tension.
Pour que la tension appliquée aux électrodes des différents jeux 13, 14, 15, 16 etc... puisse être réglée en réponse à la fréquence de formation des arcs de décharge dans l'ensemble de l'appareil de précipitation, les conducteurs de retour à la terre 82, 83, 84, 85 etc... de toutes les sources de tension 30, 31, 32, 33 (et des autres que ne montre pas le dessin) aboutissent à un conducteur commun 86, qui est connecté à la terre en 87 à travers une impédance commune 88 de la manière indiquée sur la fig. 1.
Tout arc de décharge se présentant dans une source de tension quelconque, c'est-à-dire dans le jeu d'électrodes du secteur correspondant, entraîne une élévation transitoire de tension aux bornes de l'impédance 88. Cette tension transitoire est appliquée à travers un condensateur 90 à un dispositif d'emmagasinage 91. Le condensateur 90 est destiné à maintenir à l'écart du dispositif d'emmagasinage 91 les chutes de tension constantes à travers l'impédance 88, résultant de'la tension d'ionisation appliquée à l'appareil-de précipitation par ce dispositif d'emmagasinage 91, et il intervient pour que ce dispositif d'emmagasinage ne dépende que des arcs de décharge. Ce dispositif d'emmagasinage 91 peut être du type thermique, électrostatique ou mécanique.
Le dessin montre un accumulateur du type thermique comprenant une résistance thermo-négative (thermistance) qui est chauffée par le courant que laisse passer le condensateur 90. La température et la résistivité de la résistance thermo-négative sont donc fonction de la fréquence des arcs de décharge dans l'appareil de précipitation.
Une source de courant distincte;100 applique une tension continue à travers le redresseur 101 à l'enroulement de contrôle 102 de l'inductance saturable régulatrice 103 dont les enroulements 104 et 105 reçoivent du courant à travers le redresseur 106, qui est également connecté à la source de courant 100.
La sortie du redresseur 106 constitue une source de courant dis-
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tincte 78 pour la source de tension 30 représentée en détail sur la figure 3, et pour toutes les autes sources de tension 31, 32 et 33 que montre la figure 1. La résistance thermo-sensible (thermistance) 91 est connectée en parallèle avec l'enroulement de contrôle 102 de l'inductance saturable régulatrice 103.
La thermistance 91 laisse passer une partie du courant que l'enroulement 102 reçoit de la source 101 à travers une résistance fixe 107 et une résistance réglable 108.
Les courants des arcs de décharge provenant de l'une des sources de tension 30, 31, 32 passent à travers l'impédance 88 vers la terre 87. Les variations de tension aux bornes de l'impédance 88 sont transmises à travers le condensateur de couplage 90 à un enroulement de chauffage, qui chauffe le corps de la thermistance 91.
La température du corps de la thermistance dépend donc de la formation d'arcs de décharge et non pas du courant continu passent dans l'impédance 88. -Au fur et à mesure que le corps de la thermistance 91 s'échauffe il prélève un courant au détriment de celui passant dans l'enroulement de contrôle 102 de l'inductance saturable régulatrice 103, ce qui réduit le courant traversant les enroulements 104 et 105 et le redresseur correspondent 106, et l'inductance saturable régulatrice 103 commune aux sources de tension 30, 31, 32 et 33 est ainsi moins excitée.
Il en résulte que le débit de toutes les sources de tension est réduit simultanément:Lorsque la charge imposée à la chaudière varie, la fréquence des arcs de décharge dans l'appareil de précipitation varie également, et le débit des sources de tension est automatiquement augmenté ou diminué par la variation de la tension commune commandant tous les transformateurs régulateurs des sources de tension.
Une variante du dispositif d'emmagasinage électrostatique est représentée sur la figure 2. Les bornes 92, 93, 94 et 95 correspondent aux bornes similaires de la figure 1.
L'impulsions de tension traversant le condensateur 90 est redressée en 110 et emmagainée dans le condensateur 111. L'énergie est
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lente'tient évacuée ou dissipée à une vitesse déterminée par les dimensions de la résistance 112, ce qui correspond donc au refroidissement naturel du dispositif thermique que montre la figure 1.
La tension- emmagasinée par le condensateur 111 est utilisée pour réduire une polarisation négative constante de la grille 113 d'un tube électronique 114. La résistance anodique de ce tube est donc fonction de la fréquence des arcs de décharge dans l'appareil de précipitation, et ceci commande la tension appliquée par les sources de tension 30, 31, 32, 33 aux jeux d'électrodes.
Le régulateur commun de puissance que montre la figure 1 n'intervient que lorsque toutes les sources de tension ou la plupart de celles-ci commencent à former des arcs de décharge.
Il n'est généralement pas affecté par une augmentation de la fréquence des arcs dans l'une des sources de tension, parce que l'impédance 88 est réglée sur une sensibilité telle qu'il faudrait une fréquence d'impulsions douze fois supérieure pour exciter convenablement le dispositif d'emmagasinage 91. Une haute fréquence d'arcs de décharge dans une seule source de tension, c'est-à-dire dans le jeu d'électrodes correspondant, excite sufffisamment son propre régulateur 75 .(fig.3) qui est réglé pour ne répondre qu'à ces impulsions.
Les inerties relatives des régulateurs individuels par rapport à l'inertie du régulateur commun sont réglées (par modification des capacités thermiques ou électriques) de façon que les différences entre les fréquences des arcs des secteurs se règlent d'elles-mêmes avant la réponse du régulateur commun.
La commande de la tension appliquée à un jeu d'électrodes, au moment d'une augmentation de la fréquence des arcs de décharge dans ce jeu d'électrodes est représentée sur la figure 3. L'enroulement de chauffage 72 de la thermistance 73 de la source de tension 30 est connectée par l'une de ses extrémités à la résistance de terre correspondante 75 par un conducteur 79, et par l'autre extrémité à la même résistance, maind'une manière
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'réglable par un conducteur 81A.
Etant donné que la thermistance 73 est connectée par le conducteur 70 au circuit 74 des enroulements de contrôle 76 et 77 de l'inductance saturable régulatrice 66, le chauffage de la thermistance 73 entraîne une diminution de courant dans ces enroulements, et réduit la puissance appliquée par l'inductance saturable régulatrice 66 au transformateur de puissance 42 et au redresseur 44 qui alimente le secteur 13 de l'appareil de précipitation. Le dispositif à tube électronique que montre la figure 2 pourrait également remplacer la thermistance 73 dans les différentes sources de tension pour les jeux d'électrodes.
Dans l'exemple de la figure 4 une thermistance 120 répondant à la fréquence des arcs de décharge dans l'un des secteurs 13, 14 15, 16 de l'appareil de précipitation, est agencée pour transmettre un signal de commande par les conducteurs 121 et 122 à- un régulateur de vitesse 123 agissant sur un moteur d'entraînement 124 pour commander la vitesse de rotation de la rampe de nettoyage 29, et ce de façon que la vitesse de rotation de cette rampe de nettoyage soit augmentée lorsque la fréquence des arcs de décharge augmente, ce qui augmente également la fréquence des cycles de nettoyage à l'intérieur de l'appareil de précipitation.
Ainsi qu'il a été décrit en détail en regard de la figure 1, une résistance 88 est intercalée dans le conducteur de retour à la terre de toutes les sources de tension 30, 31, 32, 33 etc... Tout arc de décharge dans l'un quelconque des jeux d'électrodes 13, 14, 15, 16 etc... se manifeste sous la forme d'une impulsion de tension aux bornes de la résistance 88.
Ce signal est transmis à travers le condensateur 90 à un dispositif intégrateur thermique, électrostatique ou mécanique. Lorsqu'un certain niveau est atteint dans le dispositif intégrateur 120, celui-ci agit par l'intermédiaire d'un relais ou d'un tube électro-
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nique sur le régulateur de vitesse 123 de l'appareil de précipitation, et accélère le mouvement du moteur d'entraînement 124 du dispositif de. nettoyage. Le rétablissement de la vitesse de fonc- tionnement précédente .-a 'lieu par ler efroidissement 'ou la décharge du dispositif intégrateur après l'extinction des arts de décharge..