Chapitre II: « Dépoussiérage : Séparation des particules solides et liquides de l’air» Traitement des Gaz et des Eaux ENER 3 Spécialité : Energie et Environnement.

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1 Chapitre II: « Dépoussiérage : Séparation des particules solides et liquides de l’air» Traitement des Gaz et des Eaux ENER 3 Spécialité : Energie et Environnement A.U. 2013-2014 Enseignant : Kamel Abderrazak Email : abderrazak_kamel@yahoo.fr Département de Génie Energétique Ecole nationale d’ingénieurs de Monastir Cours Traitement des Gaz et des Eaux

2 1.Généralité 2.Procédé de séparation mécanique 2.1 Dispositifs de séparation utilisant la force gravitationnelle 2.2 Dispositifs de séparation utilisant la force centrifuge 3.Procédé de séparation à tissus filtrants 4.Procédé de séparation humide (lavage des gaz) 5.Procédés de séparation électrostatique et électrofiltres (EF) 6.Séparateur (capteurs) de brouillards 7.Dépoussiéreur à haute température (HT) Plan 2Cours Traitement des Gaz et des Eaux

3 1. Généralité Le dépoussiérage industriel comprend deux phases :  Le captage du flux poussiéreux  La rétention des poussières  Le captage peut être défini comme l’action de recueillir les poussières à proximité de leur zone d’émission. Deux principe à respecter pour réaliser un captage efficace:  Le dispositif d’aspiration soit placé aussi prés possible de la source d’émission  Le capteur enveloppe aussi complètement que possible la zone de production de poussière  La rétention est un terme qui s’applique à la séparation du courant gazeux des particules solides ou liquides. Suivant le force mise en jeu pour agir sur les poussiéres et les séparer du fluide porteur, il existe quatre groupes de procédés :  Séparation mécanique ( gravité, inertie, force centrifuge); (granulométrie 10 2 μm pour les chambre et 10 3 μm pour les cyclones)  Séparation à milieu filtrant; (granulométrie 510 -2 à 10 μm)  Séparation humide ou lavage des gaz; (granulométrie 10 -1 à 10 2 μm )  Séparation électrostatique (force appliqué aux particules de nature électrique; ionisation); même granulométrie que séparation humide Cours Traitement des Gaz et des Eaux3

4 1. Généralité Récupération des particules de solide entrainées par le courant de gaz But de dépoussiérage : Purification de la phase gazeuse Facteurs de choix : caractéristiques des poussière : propriétés physico-chimiques et structure, dimension et spectre de distribution granulométrique, concentration dans le gaz et humidité; caractéristiques des gaz porteurs: nature, température, humidité; système hétérogène gaz-solide: degré de toxicité et inflammabilité, débit; autres critères économique : chute de pression au passage du gaz dans le séparateur; autres critères : encombrement disponible, méthode d’évacuation de la poussière Cours Traitement des Gaz et des Eaux 4

5 1. Généralité Facteur de performance FP : E(%) = (C i – C f )100/ C i Efficacité de séparation : FP = NUT/Δp = ln(C f – C i )/Δp avec NUT = ln(C f – C i ) C i et C f représente le contenu (masse, fraction massique) de particules en phase gazeuse à l’entrée, respectivement à la sortie du séparateur Cours Traitement des Gaz et des Eaux5

6 2. Procédé de séparation mécanique 2.1 Dispositifs de séparation utilisant la force gravitationnelle  Chambre de décantation C’est la vitesse du chute qui va permettre de dimensionner un dépoussiéreur et de définir son pouvoir de coupure (taille de la plus petite particule qui peut être séparée avec 100% d’efficacité) Diamètre de coupure dc peut être estimé par l’équation : d c = (18 μ Q / g l L) 1/2 μ : viscosité du gaz Q : débit volumique du gaz g : accélération du pesanteur l et L : largeur et longueur de la chambre  Dispositif à inertie (dépoussiéreurs à chicanes) Cours Traitement des Gaz et des Eaux6

7 2. Procédé de séparation mécanique 2.2 Dispositifs de séparation utilisant la force centrifuge Cyclone Diamètre minimale (seuil de coupure) d c des particules qui sédimentent dans un cyclone : d c = 3( μ R /2 π n.w g. ρ p ) 1/2 μ : viscosité du gaz n : nb de rotaion jusqu’à sédimentation n>1,5 w g : vitesse tangentielle du gaz = vitesse du gaz à l’entrée de cyclone R : rayon du cyclone ρ p : masse volumique du particule Cours Traitement des Gaz et des Eaux7

8 3. Procédé de séparation à tissus filtrants Filtre à manches à nettoyage par air pulsé Dans ce procédé, les gaz chargés de poussière traversent une surface filtrante qui retient les particules solides. Leurs originalité tient que les premières poussières arrêtées sur un support filtrent les poussières suivantes. Le gâteau de poussière déposé conduit à une augmentation de la différence de pression, ce qui nécessite la régénération de la surface filtrante à des intervalles de temps variable. Les couches ou médias filtrantes utilisés :  Corps en vrac ( copeaux en bois ou métal, coke,…)  Fibre en vrac (fibres synthétiques ou fibre de verre)  Papier filtrant  Fibres traitées ayant la structure d’un feutre Les tissus filtrants sont d’un usage courant lorsqu’il faut traiter du gaz dont 20 à 25% de particules sont inférieur à 10 μm. Les résidus à l’échappement sont généralement de 15-30 mg/m 3 gaz. Les techniques employées pour le nettoyage des éléments filtrant sont : Vibration mécanique Air pulsé (vibration pulsatoires) à contre courant (dans le cas des filtres poches) Air sous faible pression à contre courant Jet axial d’air comprimé (2 à 4 bar) Cours Traitement des Gaz et des Eaux8

9 4. Procédé de séparation humide (lavage des gaz) Le principe de fonctionnement des laveurs ou scrubbers consiste à mettre en contact, d’une façon suffisamment énergique, le gaz contenant les particules solides (ou liquide) avec un liquide de lavage, le plus souvent de l’eau seule ou additionnée de réactif. Les poussière captées sont entrainées par le liquide de lavage. Outre la séparation des particules solides, les laveurs permettent simultanément le refroidissement des gaz et la neutralisation de certains constituants corrosifs. Les laveurs de gaz sont conçus pour traiter de très forts débits de gaz et généralement peu chargés, les particules limites retenues (à 100%) pouvant aller de 0,2 à 20 μm. Tour de lavage Venturi scrubber Tour de lavage (pulvérisation) Lavage à jet de liquide Dispositif à réserve d’eau incorporée Laveur centrifuge Venturi scrubber Cours Traitement des Gaz et des Eaux9

10 4. Procédé de séparation humide (lavage des gaz) Lavage à jet de liquide Dispositif à réserve d’eau incorporée Laveur centrifuge Cours Traitement des Gaz et des Eaux10

11 5. Procédés de séparation électrostatique et électrofiltres (EF) La précipitation électrostatique fait appel aux champs de forces électrique afin de séparer les particules solides ou liquides transportées par le gaz. Développées pour éliminer les poussières fines, on commence aussi à envisager leur emploi pour abattre des composés organiques volatils (COV). La captation des particules dispersées dans le gaz ionisé se réalise en trois étapes successives: La charge électrique des poussières; La migration des particules chargées dans le champ électrique vers l’électrode de précipitation (positif) où elles précipitent par décharge électrique; L’évacuation du gaz purifié et l’élimination des poussières collectées. Rq: la durée totale de ces trois étapes doit être plus courte que la durée de passage du gaz à travers le filtre; dans le cas contraire les poussière traversent le filtre en même temps que le gaz. D’après la forme des électrode réceptrice, les électrofiltres se classent en : Appareils à tube (électrodes coaxiales) Appareils à plaques Bien que leur vitesse de fonctionnement soit légèrement inférieur (1 à 2m/s), en revanche, le rendement de précipitation est nettement supérieur. Il est possible d’obtenir des teneurs en poussières en sortie avoisinant 1mg/Nm3) Cours Traitement des Gaz et des Eaux11

12 6. Séparateur (capteurs) de brouillards Les brouillards d’origine mécanique, résultant le plus souvents dans les procédés de contact, sont des gouttes qui dépassent 15 à 20 μm. Leur séparation se réalise au moyen de procédés traditionnels: Séparateur mécanique à chicanes; Capteurs à couche filtrante empilée; Capteurs à couche filtrante régulière. La captation des brouillards liquides submicroniques peut se faire avec: Les électrofiltres dits humides Les laveurs venturi à forte perte de charge Les filtres à bougies frittés Les séparateurs à couche de fibres (procédé Brink) les séparateur à tissu arrosés Cours Traitement des Gaz et des Eaux12

13 7. Dépoussiéreur à haute température (HT) Le dépoussiéreur HT permet de filtrer des effluents gazeux à haute température contenant des particules incandescentes. Cette technologie est fondée sur le principe des systèmes conventionnels de filtres à manches. Toutefois, les sacs filtrans utilisés sont faits d’acier inoxydables et résistent aux températures inférieures à 600°C. le dépoussiéreur HT rend donc possible le traitement des effluents gazeux provenant, notamment, des chaudières à écorces, des cimenteries et des usines du secteur métallurgique. Les principales composantes de ce procédé de filtration sont:  Un déflecteur;  Des sacs filtrants;  Un système de décolmatage par inversion d’air comprimé;  Des trémies d’évacuation des cendres et des particules;  Une trappe d’accès pour l’inspection et le remplacement des sacs;  Un système de contrôle du procédé de filtration. Le dépoussiéreur HT permet d’obtenir une concentration de poussière inférieure à 50mg/Nm3 à la sortie de la cheminée (concentration sèche corrigée à 8% d’oxygène). Il présente, de plus, les caractéristiques suivantes:  L’investissement nécessaire à sa mise en place est moindre que pour les système d’électrofiltre conventionnels  Aucun rejet liquide n’est généré  Les sacs filtrants sont durables (entre 4 et 7 ans)  La vitesse de filtration des émissions gazeuses est de l’ordre de 1,8 m/min (elle ne peut excéder 3 m/min) 13Cours Traitement des Gaz et des Eaux