Recensement des nouvelles techniques de dépoussiérage

CENTRE TECHNIQUE DES INDUSTRIES AÉRAULIQUES ET THERMIQUES

Adresse postale : BP 2042 - 69603 Villeurbanne Cedex - France - Tél. +33 (0)4 72 44 49 00 - Fax. +33 (0)4 72 44 49 49Adresse : Domaine Scientifique de la Doua - 25, avenue des Arts - 69100 VilleurbanneLivraisons : Domaine Scientifique de la Doua - 54, avenue Niels Bohr - 69100 Villeurbannewww.cetiat.fr - E. Mail : [email protected] - Siret 775 686 967 00024 - Ape 731 Z

Auteurs : François BATTISTONI, Alain GINESTET

Diffusion : Ressortissants, ADEME

ADEME : Convention n°02-74-043 CETIAT-ADEMEDate de notification 23/07/02Durée 12 moisResponsable ADEME E. FianiConfidentialité ordinaire 1 an

Date : JUILLET 2003

NTV 2003/038

Recensement des nouvellestechniques de dépoussiérage

Rapport final :

nouveaux procédés et nouveaux média filtrants

NTV 2003/038JUILLET 2003

2/81

S O M M A I R E

1. INTRODUCTION ....................................................................................................................................... 4

2. PARTIE 1 : NOUVEAUX PROCEDES .................................................................................................... 5

2.1. SYSTEMES DE DEPOUSSIERAGE EXISTANTS ET TENDANCES GENERALES ......................... 5

2.1.1. Description des technologies traditionnelles................................................................................... 5

2.1.2. Tendances........................................................................................................................................ 6

2.2. SEPARATEURS A EFFETS MECANIQUES......................................................................................... 7

2.2.1. Cyclones .......................................................................................................................................... 7

2.2.2. Separateur centrifuge à rotor « RPS » ............................................................................................ 8

2.2.2.1. Principe....................................................................................................................................................... 8

2.2.2.2. Réalisations ................................................................................................................................................ 9

2.2.2.3. Avantages et inconvénients du RPS ......................................................................................................... 10

2.2.3. Boundary Layer Momentum Transfer (BLMT).............................................................................. 10

2.2.3.1. principe..................................................................................................................................................... 10

2.2.3.2. Réalisations .............................................................................................................................................. 11

2.2.3.3. Avantages et limitations ........................................................................................................................... 12

2.3. SEPARATEURS ELECTROSTATIQUES ............................................................................................ 13

2.3.1. Système Ion Blast........................................................................................................................... 13

2.3.2. MEEP (Moving Electrodes Electrostatic Precipitator), Hitachi ................................................... 14

2.3.3. Membranes pour ESP, Université d’Ohio ..................................................................................... 14

2.3.4. MDDS (Mitsubishi Dielectric Droplet Scrubber).......................................................................... 15

2.4. FILTRES A MANCHES ........................................................................................................................ 16

2.5. FILTRES HYBRIDES............................................................................................................................ 18

2.5.1. COmpact Hybrid Particulate Collector (COHPAC)..................................................................... 18

2.5.2. Advanced HybridTM Particle Collector (AHPC)............................................................................ 19

2.5.3. Multi Stage Collector (MSCTM ) .................................................................................................... 21

2.6. AUTRES DEVELOPPEMENTS............................................................................................................ 22

2.6.1. Agglomération acoustique............................................................................................................. 22

2.6.2. Filtration tangentielle (travaux de l’université de Savoie)............................................................ 23


3/81

2.6.3. Core Separator (société LSR)........................................................................................................ 25

2.7. NOUVEAUX PROCEDES : CONCLUSIONS...................................................................................... 28

3. PARTIE 2 : NOUVEAUX MEDIA FILTRANTS................................................................................... 29

3.1. INTRODUCTION .................................................................................................................................. 29

3.2. L'UTILISATION DES MEDIA FILTRANTS EN DEPOUSSIERAGE INDUSTRIEL.................. 29

3.3. LES NOUVEAUX MEDIA FILTRANTS DISPONIBLES SUR LE MARCHE............................ 30

3.3.1. Les matériaux utilisés : les fibres .................................................................................................. 30

3.3.2. Les produits disponibles sur le marché : l'offre des fabricants ..................................................... 39

3.3.2.1. Les media filtrants classiques ................................................................................................................... 39

3.3.2.2. Les media filtrants métalliques ................................................................................................................. 47

3.3.2.3. Les media filtrants composites (mélanges de fibres) ................................................................................ 49

3.3.2.4. Les media filtrants à membrane................................................................................................................ 52

3.3.2.5. Les media filtrants type céramique, frittés................................................................................................ 59

3.3.2.6. Les media filtrants utilisant des traitements couplés à d'autres polluants (gaz) ........................................ 63

3.3.3. Discussion ..................................................................................................................................... 65

3.4. NOUVEAUX MEDIA FILTRANTS : CONCLUSION......................................................................... 73

4. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES NOUVEAUX PROCEDES ................................................. 75

5. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES NOUVEAUX MEDIA ......................................................... 77

RÉSUMÉ.............................................................................................................................................................. 81


4/81

1. INTRODUCTION

Loin de représenter un problème ancien, la pollution de l'air par les poussières reste un

sujet d'actualité de par la complexité des phénomènes mis en jeu et de par son impact sur

la santé humaine et les écosystèmes.

La préoccupation constante au sujet des poussières se traduit au niveau international par la

signature de nombreux textes qui définissent en particulier des seuils de plus en plus

exigeants en matière de rejet dans l'atmosphère.

Le respect de ces seuils passe par la mise en œuvre de techniques de traitement de plus en

plus performantes. Même si elles n'ont pas été bouleversées dans leurs grands principes,

les techniques de dépoussiérage ont ainsi évolué ces dernières années en fonction

notamment de leurs conditions d'utilisation, de la prise en compte des métaux lourds et des

POPs et de l'adaptation spécifique à certains secteurs industriels.

La réalisation d'un état de l'art sur les dernières innovations en matière de dépoussiérage a

donc semblé nécessaire aux yeux des industriels ressortissants du CETIAT du domaine du

dépoussiérage qui ont décidé d'engager en 2002 une étude d'intérêt général pour le compte

de leur profession. Cette étude est soutenue par l’ADEME (convention n°02-74-043

CETIAT-ADEME).

L’objectif de l’étude est de réaliser une revue des innovations récentes dans le domaine du

traitement des rejets atmosphériques vis-à-vis des poussières, tant au niveau de la

conception des installations que de celui des médias filtrants, qui visent à améliorer les

techniques « classiques » de dépoussiérage, ou à développer des systèmes basés sur des

principes nouveaux de séparation.

L'étude comprend deux parties :

Partie 1 – Collecte et analyse de données sur les nouveaux procédés de dépoussiérage.

Partie 2 – Collecte et analyse de données sur les nouveaux media filtrants.

La partie 1 de l'étude a fait l'objet d'un premier rapport publié par le CETIAT en mai 2003

(Note technique NTV 2003/25). Ce rapport préliminaire a été intégré au présent rapport

final qui traite des deux parties.


5/81

2. PARTIE 1 : NOUVEAUX PROCEDES

2.1. SYSTEMES DE DEPOUSSIERAGE EXISTANTS ET TENDANCESGENERALES

2.1.1. Description des technologies traditionnelles

Les technologies de dépoussiérage industriel sont regroupées classiquement en trois

catégories :

- les séparateurs à effets mécaniques,

- les séparateurs à effets électriques,

- les séparateurs à média filtrants.

Si les principes de base de ces systèmes sont anciens (100 ans), le recours à une technologie

ou une autre, ou à une combinaison de technologies a évolué dans le temps en fonction des

évolutions des procédés à traiter, et des exigences en matière de rejets.

Séparateurs à effets mécaniques :

On peut classer dans cette catégorie :

- les chambres de sédimentation (captage des poussières de taille supérieures à 50 à 200µm

- les systèmes inertiels, constitués de chicanes et de plaques d’impaction (captage des

poussières supérieures à 20 à 50µm),

- les cyclones (captage des poussières supérieures à 5 à 30µm),

- les séparateurs centrifuges à rotors, concept peu développé §2.2.2 et §2.2.3.

Séparateurs à effets électriques :

On rencontre dans cette catégorie deux familles :

- les séparateurs électrostatiques secs, ESP (electrostatic precipitators), captage des

poussières supérieures à 1 à 10µm

- les séparateurs électrostatiques humides, WESP (Wet electrostatic precipitators), captage

des poussières supérieures à 0.1 à 1µm.


6/81

Séparateurs à médias filtrants

Dans la grande majorité des cas, les médias filtrants sont disposés sous la forme de manches

filtrantes, horizontales et plus couramment verticales : les filtres à manches. Cette technologie

est courante et permet de capter des particules comprises entre 0,1 et 1µm.

Les laveurs de gaz, comme les laveurs à garnissage, ont aussi une fonction d’élimination des

particules, mais nous ne les avons pas traités dans ce rapport car cette technologie se justifie

avant tout dans le but d’absorber des gaz polluants.

2.1.2. Tendances

Les technologies traditionnelles décrites précédemment sont matures et proposent des niveaux

de performances variables, en termes d’efficacité de captage et de perte de charge. On les

utilise donc en fonction de l’exigence de chaque application.

Les évolutions que l’on observe sur les systèmes utilisés dans la dernière décennie sont liées

principalement aux renforcements des exigences relatives à la qualité de l’air. On observe que

l’apparition d’une nouvelle norme fixant les niveaux maximums de concentration pour les

particules inférieures à 10µm (PM10) et surtout 2.5µm (PM2.5) aux Etats-Unis a contraint les

industriels à investir ces dernières années dans des technologies efficaces pour les petites

tailles de particules.

Cela conduit, par exemple, à convertir des installations anciennes de type électrofiltres vers de

la filtration par média (filtres à manches), actuellement plus performante. Le coût important

de cette mise à niveau a fait émerger des solutions intermédiaires, dans lesquelles on cherche

à utiliser une partie de l’ancienne installation. On rencontre donc dans ce contexte plusieurs

approches :

- le remplacement complet des installations,

- l’implantation de manches à l’intérieur d’anciens caissons électrostatiques, en lieu et place

des systèmes de charge électrostatique et de collecte,

- le recours à des technologies dites « hybrides », combinant de la filtration électrostatique à

de la filtration par média (décrites au §2.5).

D’autres types de séparation font l’objet de développements, qui pourraient conduire à des

ruptures technologiques. Il s’agit par exemple des travaux sur les séparateurs à effets

mécaniques (§2.2), ou des systèmes utilisant un principe de recirculation des gaz (§2.6).


7/81

2.2. SEPARATEURS A EFFETS MECANIQUES

2.2.1. Cyclones

Les cyclones sont utilisés depuis longtemps et de nombreuses géométries ont pu être

employées, les plus exotiques étant souvent éphémères. Les performances d’un cyclone sont

directement liées à l’action de la force centrifuge dans le cylindre qui dépend :

- de la hauteur (temps de séjour),

- de la vitesse tangentielle,

- du diamètre du corps de cyclone.

Les lois de comportement sont bien connues et les choix géométriques, comme le choix d’une

entrée axiale ou tangentielle, sont liés à des contraintes d’installation plutôt que de

performance.

On observe néanmoins quelques travaux qui visent à améliorer ponctuellement les

performances des cyclones. Parmi eux, on peut citer un principe mis au point en 1996 par la

société M+I (Pays Bas) : le PostCyclone, ou PoC. Il s’agit d’exploiter la rotation résiduelle de

l’écoulement en sortie de cyclone en ajoutant un module qui ponctionne une partie du débit

chargé de particules et le réinjecte dans le procédé en amont (figure 1.1).

Figure 1.1

Sur un principe similaire de recirculation, l’Université de Porto (Portugal) a breveté un

dispositif de concentration situé à l’aval d’un cyclone conventionnel et réinjectant une

fraction du débit de gaz concentré vers l'entrée du cyclone (figure 1.2). Par son concept, ce

système se rapproche des solutions proposées par la société LSR (§2.6.3).


8/81

Figure 1.2

Les évolutions des cyclones que l’on observe sont donc plutôt liées à leur combinaison à

d’autres systèmes qu’à l’amélioration de leurs performances intrinsèques.

2.2.2. Séparateur centrifuge à rotor « RPS »

Le RPS (Rotating Particle Separator) a été développé par l’université de Twente (Pays Bas)

dans les années 90. Il a fait l’objet de réalisations en Autriche (Société BIOS, fumées de

combustion de bois). Il est commercialisé par la société Ventilex (USA, Pays Bas).

2.2.2.1. Principe

Le RPS est illustré aux figures 1.3 et 1.4.

Il est constitué des éléments suivants :

- un cyclone,

- une cartouche filtrante en rotation au centre du cyclone, constituée de canaux,

- diamètre de la cartouche : jusqu ’à 1m (pour 10000m3/h)

- canaux axiaux : diam.1.5mm, longueur 300mm,

- des aubages fixes à l’aval du rotor,

- un système de décolmatage de la cartouche par air pulsé ou pulvérisation eau.


9/81

Figure 1.3

Figure 1.4

2.2.2.2. Réalisations

Deux pilotes ont été réalisés et testés.

Pilote sur chaudière bois 1,4 MWh, 1997/1998

- 9000m3/h à 260°C

- 1500 rpm

Les résultats obtenus sur ce pilote conduisent à des émissions de 50mg/m3 à 90mg/m3 suivant

le type de bois, contre 80 à 120mg/m3 avec une technologie plus classique de multicyclones.


10/81

Pilote mobile, 1998

- 800 m3/h à 200°C

- 2200 à 3300 rpm

Les résultats du pilote n’ont pas été publiés.

2.2.2.3. Avantages et inconvénients du RPS

Avantages :

- possibilité de T° de gaz élevée

- perte de charge modérée (<400Pa)

- coût annoncé : multicyclone < RPS < filtres à manches.

Inconvénients :

- pas de référence industrielle aboutissant à des émissions inférieures à 50mg/m3. Compte

tenu des résultats obtenus, le constructeur préconise d’utiliser des « multi RPS » en

parallèle pour garantir des émissions inférieures à 50mg/m3. Le coût de cette approche est

sans doute supérieur à celui des multi cyclones.

- fiabilité mécanique à démontrer pour des fumées industrielles.

2.2.3. Boundary Layer Momentum Transfer (BLMT)

Le BLMT (« Boundary Layer Momentum Transfer ») a été développé dans les années 1996-

2000 et commercialisé par la société InnovaTech Inc., North Carolina (anciennement société

Micro Composite Material Corp.).

Il est issu de systèmes de protection des turbines d’hélicoptères et a fait l’objet de réalisations

dans le domaine de la filtration des particules de peinture.

2.2.3.1. principe

La figure 1.5 illustre le BLMT. Il comprend un rotor constitué d’anneaux en rotation. L’air

traverse les espaces entre les anneaux, de l’extérieur vers l’intérieur. La rotation transmise à

l’écoulement entre les anneaux crée une force centrifuge qui élimine les particules.

- diamètre extérieur du rotor 150 à 300 mm

- espace entre les anneaux 1mm

- vitesse de rotation 1000 à 5000 tr/mn.


11/81

Figure 1.5

2.2.3.2. Réalisations

Prototype 1996

- dimensions : diamètre 300mm, hauteur 300mm,

- débit 50-150 m3/h,

- vitesse de rotation 1000-1500 tr/mn,

- particules testées : 0.1 à 10 µm, centrée à 0.46µm, masse vol réelle 4000kg/m3,

- résultats : diamètre de coupure constaté 0.23 µm.

Prototype 1997/1998

- dimensions : diamètre 200mm, hauteur 300mm,

- débit 1400 m3/h,

- vitesse de rotation 1500-5000 tr/mn

- aérosol d’essai : particules de peinture centrées à 4 µm, masse vol réelle 1000kg/m3

- résultats : diamètre de coupure constaté 1.8 à 3 µm - efficacité 98%

∆P 2500 Pa à 1400m3/h (pas de récupération de la rotation en sortie).


12/81

Design proposé pour filtration 4 300 m3/h, Diamètre de coupure 2.5µm :

- Hauteur 320 mm

- Diam ext. disques 152 mm

- Diam int. Disques 127 mm

- vitesse de rotation 4000 tr/mn

- coût estimé 8 000 Euros.

Design proposé pour filtration 43 000 m3/h, Diamètre de coupure 2.5µm :

- 10 appareils à 4 300 m3/h en parallèle

- coût estimé 80 000 Euros.

2.2.3.3. Avantages et limitations

Avantages :

Les résultats des prototypes montrent clairement que cette technologie permet de contrôler le

diamètre de coupure des particules grâce au pilotage de la vitesse de rotation du rotor. Elle est

intéressante pour filtrer des aérosols liquides.

Limitations :

- Le BLMT n’a pas fait l’objet de réalisation à grande échelle ou sur pilote avec des fumées

industrielles.

- L’intégration du rotor dans une enveloppe cyclonique avec trémie reste à réaliser pour

permettre d’évacuer les particules en continu, ce qui est indispensable dans un procédé

fonctionnant en permanence.

- La perte de charge est élevée,

- Le bruit peut nécessiter un traitement particulier.


13/81

2.3. SEPARATEURS ELECTROSTATIQUES

2.3.1. Système Ion Blast

La société Ion Blast (Finlande) a développé un système de séparateurs électrostatiques

modulaires qu’elle commercialise directement ou sous forme de licences d’exploitation.

Principe:

- ESP à haute tension (60 à 150 kV),

- chambres de forme cylindrique disposées en parallèle pour traiter des gros débits,

- récupération des particules sur les parois,

- élimination des particules par vibration ou pulvérisation d’eau qui ruisselle sur les parois.

Figure 1.6

Figure 1.7

Les avantages mis en avant sont :

- l’encombrement et le poids par rapport à des ESP conventionnels (gain de 50% annoncé),

- une efficacité meilleure, en particulier dans la zone de creux caractéristiques des ESP

entre 0.1 et 1µm, grâce à l’utilisation d’une plus haute tension (figure 1.7).


14/81

Jusqu’à ce jour, le système Ion Blast a été principalement mis en pratique pour des débits

relativement modestes, dans les industries mécaniques, chimiques ou des scieries.

Une opération de plus grande taille est en cours en collaboration avec Hamon Rothemühle

Cottrell GmbH pour équiper une centrale thermique de 60MW (Kotka Energy Oy, Finlande).

Le débit de gaz à traiter est de 250000m3/h.

2.3.2. MEEP (Moving Electrodes Electrostatic Precipitator), Hitachi

Un des inconvénients des séparateurs électrostatiques est la dégradation de ses performances

liées au décolmatage mécanique des tôles collectant les poussières : Cette opération est

assurée par un frappage par des marteaux qui provoque un ré-entraînement des poussières.

Le système MEEP pallie ce problème de la manière suivante. L’électrode collectrice est

constituée de plaques articulées qui sont entraînées de façon continue, et nettoyées par des

brosses.

Intérêts

- pas de ré-entraînement des poussières sous l’effet du décolmatage mécanique

- meilleures performances avec poussières à haute résistivité

- encombrement global réduit (-30%), car les vitesses de passage entre les plaques peuvent

être augmentées.

Figure 1.8

2.3.3. Membranes pour ESP, Université d’Ohio

Le problème du réentrainement des poussières est traité ici en remplaçant les plaques de

collecte par des membranes de quelques mm d’épaisseur (matière : carbone/silicone).


15/81

Le nettoyage des membranes est assuré par un ruissellement d’eau.

Ce développement, issu de l’université d’Ohio, est exploité sous forme de licence par la

société Southern Environmental Inc. (Floride).

Des travaux sont en cours pour tester des membranes captant les polluants gazeux (ajout de

réactifs).

Figure 1.9

2.3.4. MDDS (Mitsubishi Dielectric Droplet Scrubber)

Le MDDS est un développement qui a pour but d’améliorer les performances d’un laveur

pour capter les particules fines. Son principe est illustré aux figures 1.10 et 1.11. Il est

constitué des éléments successifs suivants :

- refroidissement des gaz à T°rosée

- pré-charge

- pulvérisation eau ou solution

- agglomération des fines et des gouttelettes (« collecting section »)

- récupération de gouttelettes à l’aval par un système inertiel classique.

Les avantages mis en avant par rapport à un ESP conventionnel sont :

- une meilleure récupération des fines

- encombrement réduit (de 30% environ).


16/81

Figure 1.10

Figure 1.11

2.4. FILTRES A MANCHES

Les filtres à manches permettent d’atteindre des rejets en poussières inférieurs à 1mg/Nm3. Ils

sont donc la technologie la plus adaptée actuellement pour satisfaire aux renforcements des

exigences de rejet sur les particules fines.

Les développements principaux dans la technologie des filtres à manches se trouvent dans

l’évolution des médias filtrants, qui font l’objet de la deuxième partie de cette étude.

En dehors de la maîtrise de la durée de vie des manches, paramètre primordial intervenant

dans le coût d’exploitation, un point technique à maîtriser est le décolmatage des manches,

qui est assuré par différents moyens :


17/81

Décolmatage off-line

Cette technique nécessite de compartimenter le filtre et d’isoler chaque compartiment pendant

le décolmatage, qui est assuré par un contre-flux des gaz. L’inconvénient de cette technique

est son coût, par rapport au décolmatage on-line, et le fait que son efficacité meilleure élimine

complètement le gâteau, ce qui diminue temporairement l’efficacité de filtration et crée des

variations de pertes de charge importantes.

Décolmatage on-line

Cette technologie s’est imposée largement sur le marché depuis les années 60 grâce à la

qualité des médias utilisés pour la fabrication des manches et à la mise au point du nettoyage

par impulsion de gaz (pulse-jet en anglais). Elle consiste à injecter un jet d’air comprimé dans

l’axe de la manche pendant 100à 500ms, ce qui provoque le décrochement du gâteau de

poussières. Ce type de décolmatage préserve la capacité de filtration et maintient la perte de

charge plus constante, car une fraction très limitée des manches est affectée à chaque

impulsion.

Un système alternatif est proposé par la société MAHLE. Il s’agit de buses tournantes qui sont

conçues pour des cartouches en média plissé atteignant 1m de hauteur (figure 1.12). Les buses

sont intégrées dans l’élément filtrant sur toute la hauteur. Le soufflage est assuré au plus près

de la surface de la cartouche par un grand nombre de petits orifices. Il n’y a pas d’application

à ce jour sur des manches de grande longueur.

Figure 1.12


18/81

2.5. FILTRES HYBRIDES

2.5.1. COmpact Hybrid Particulate Collector (COHPAC)

Ce système est la combinaison d’un ESP avec un filtre à manches. Il a été développé et

breveté par l’EPRI (Electric Power Research Institute, USA) en 1991. Il est commercialisé

depuis par Hamon Research-Cottrell.

Réalisations

Quatre installations ont été réalisées aux Etats-Unis, pour traiter des fumées de centrales

thermiques au charbon.

Principe

Des filtres à manches sont installés à l’aval d’un ESP (neuf ou existant). Les filtres à manche

fonctionnent à vitesse de filtration plus élevée que les valeurs habituelles grâce au fait qu’une

partie des particules est captée directement par l’ESP. Les vitesses de filtration annoncées par

le constructeur sont de l’ordre de 4 à 5 m/mn, au lieu de 1.2m/mn, vitesse de filtration

courante.

Les manches sont installées dans un caisson séparé (COHPAC I) ou intégré en lieu et place du

dernier étage électrostatique (COHPAC II). Le décolmatage est de type « off-line ».

Des travaux sont en cours pour tester ce système avec des injections de réactifs, pour capter

des polluants gazeux.

Performances

Les résultats publiés sur les sites industriels équipés font état de 96 à 98% des cendres captées

par l’ESP (99.9% au total).

Avantages

- compacité grâce aux vitesses de filtration élevées (*)

- possibilité d’injecter des réactifs (essais en cours)

- coût plus faible ( ?).

Inconvénients

(*) Des problèmes de perçages de manches sont rencontrés sur une des installations

industrielles fonctionnant à 4.7m/mn (média PPS Ryton). Des travaux sont en cours à l’EPRI

pour tester d’autres médias (polymères, céramiques, etc…).


19/81

2.5.2. Advanced HybridTM Particle Collector (AHPC)

Cette technologie a été développée récemment par l’Université de North Dakota (UND),

Energy and Environmental Research Center (EERC) et suscite un intérêt particulier de la part

du DOE (US Department of Energy). Elle a fait l’objet d’un brevet déposé par l’EERC. Des

droits exclusifs pour exploiter et licencier la technologie sont détenus par W.L.Gore

&Associates (Gore), et des droits d’exploitation ont été achetés par ELEX (Suisse) pour

certains marchés (cimenteries et production d’énergie).

Principe

Les figures 1.13 à 1.15 illustrent l’AHPC.

L’AHPC utilise des manches en « GORE NO-STAT » (membrane antistatique supportée par

un non tissé antistatique). Des électrodes rigides sont placées à l’amont des manches, dans le

même caisson, pour charger les particules qui sont ensuite captées à 90% par les plaques

perforées situées entre les électrodes et les manches. Le reste est capté par les manches.

Le décolmatage des manches est assuré par un système « pulse jet ».

Le décolmatage des plaques perforées est assuré par effet mécanique (marteaux).

Figure 1.13


20/81

Figure 1.14

Figure 1.15

Réalisations

- pilote Big Stone Power Plant

- débit de gaz 15 000 Nm3/h

- 4 rangées de 8 manches

- testé de juillet 1999 à septembre 2001

- nouvelle installation échelle 1 Big Stone Power Plant financée par le DOE (démarrage

octobre 2002)

- cimenterie en Italie (démarrage sept 2002)


21/81

- transformation d’un ancien filtre électrostatique de cimenterie (ISALBA, Almeria,

Espagne).

Avantages :

- vitesse de filtration 3.5 m/mn au lieu de 1.2 m/mn

- encombrement divisé par 3

- le constructeur annonce une perte de charge réduite en raison du gâteau plus fin, qui

compenserait l’augmentation de vitesse.

Limitations :

- peu de recul sur la tenue des manches

- les performances publiées sont données en terme d’efficacité (99.99%) sur une taille de

particules non communiquée.

2.5.3. Multi Stage Collector (MSCTM )

Cette technologie a été développée récemment par la société Allied Environmental

Technologies, Inc (ALENTEC, Californie) et a fait l’objet d’un brevet en 2001 (USPat n°6

524 369).

Il s’agit d’un système comparable à l’AHPC, dans lequel des manches sont implantées entre

les plaques de charge électrostatique.

La figure 1.16 illustre le système. La charge électrostatique est assurée par les plaques

ondulées. Les plaques de collecte (tôles plates) et les manches sont reliées à la masse et

récupèrent les particules.

Figure 1.16


22/81

2.6. AUTRES DEVELOPPEMENTS

2.6.1. Agglomération acoustique

Ce procédé a été découvert dans les années 60. Il consiste à générer un champ acoustique qui

augmente la probabilité de rencontre des particules (augmentation du mouvement brownien)

et permet de les agglomérer. On obtient ainsi une distribution de particules centrée autour

d’un diamètre moyen plus grand, plus facile à filtrer ensuite.

Des travaux ont été menés par l’Instituto Acustica (CSIC, Madrid) en laboratoire, puis sur un

pilote (1997).

Caractéristiques du pilote :

- fumées de combustion charbon

- débit 1500Nm3/h,

- température 150-300°C,

- concentration des poussières 5g/m3

- 4 sources acoustiques de 400W, 140-165dB

Résultats du pilote :

- réduction de 70% du nombre de particules autour du µm.

Un partenariat entre Fraunhofer USA et l’Instituto Acustica (CSIC) existe depuis 2000 pour

mettre au point et commercialiser des modules destinés à équiper des installations de type

cyclones ou ESP.

Il n’y a pas de référence industrielle publiée à ce jour.


23/81

Figure 1.17

2.6.2. Filtration tangentielle (travaux de l’université de Savoie)

Le principe de la filtration tangentielle consiste à séparer le flux de gaz en deux : une partie

libérée des particules traversant un filtre et l’autre sortant du système plus concentré. Ce

principe est utilisé couramment dans le domaine de la filtration liquide (ultrafiltration).

L’Université de Savoie a déposé un brevet couvrant le domaine des gaz sur ce sujet.

Il s’agit d’une filtration membranaire assistée par un lit fluidisé constitué de granulés.

L’élément de filtration est une cartouche ou une bougie. La surface filtrante subit en

permanence le frottement des grains, ce qui empêche la formation d’un gâteau et évite les

opérations de décolmatage.

Différents pilotes ont été testés à l’Université de Savoie. Il n’existe pas d’application

industrielle connue à ce jour.


24/81

Ceci n'est pas un prototype,mais un pilote de recherche de type"bougie immergée"

Brevet français n° 98. 07121 / Brevet européen n° 99 420124.2

Sortie air empoussiéré

Sortie air filtré

Zone filtrante( bougie)

Lit de grains fluidisés, ici aurepos pour montrer la bougie

Entrée de l'air à filtrer

Figure 1.18Sortie air empoussiéré

Sortie air filtré

Lit de grains fluidisés

Zone filtrante

Entrée de l'air à filtrer

Ceci n'est pas un prototype,mais un pilote de recherche de type"filtre presse"

Brevet français n° 98. 07121 / Brevet européen n° 99 420124.2

Figure 1.19


25/81

2.6.3. Core Separator (société LSR)

Le Core Separator® est développé par la société LSR Technologies, Inc, basée à Acton,

Massachussetts.

Il s’agit d’un développement EPRI/LSR datant des années 90.

Le principe (figures 1.20 et 1.21) consiste à faire recirculer les fumées dans un circuit

comprenant :

- un dispositif de séparation (le core separator),

- un dispositif de collecte (un cyclone),

- un ventilateur.

Le core separator est un élément cyclonique cylindrique dans lequel une partie des gaz

chargée de poussière est ponctionnée en périphérie. Le reste des gaz sort dans l’axe du

cylindre. Les performances du core separator sont données à la figure 1.22.

Soixante cinq installations sont en service, traitant des débits jusqu’à 250 000 Nm3/h.

Les intérêts mis en avant sont le coût, l’efficacité de captage, et la possibilité de traiter des

fumées à température élevée.

Figure 1.20


26/81

Figure 1.21

Figure 1.22

Une évolution du Core Separator, « l’electrocore » combine des électrodes de charges aux

systèmes cycloniques, comme schématisé à la figure 1.23. Les cylindres ont un diamètre de

0.4m et une hauteur de 8m.

Les poussières concentrées dans le débit de recirculation sont alors récupérées dans un ESP

(figure 1.24).

L’intérêt mis en avant est la possibilité de conserver un ESP existant.


27/81

Figure 1.23

Figure 1.24

Références de l’electrocore

Un pilote a été testé à l’Alabama Power Company (Gaston Plant) entre 2000 et 2002, sur un

débit de 8500m3/h. Les performances annoncées sont de 99,99% des particules retenues.


28/81

2.7. NOUVEAUX PROCEDES : CONCLUSIONS

Les évolutions des techniques de dépoussiérage sont poussées par les législations qui

contraignent les industriels à mettre en œuvre les techniques les plus efficaces pour les

particules fines, et donc à rechercher des solutions technolologiques pour contourner les

inconvénients des techniques disponibles actuellement, à savoir leur coût et leur

encombrement.

L’orientation principale de la dernière décennie a été de combiner les avantages des systèmes

ESP et des filtres à manches, pour gagner en efficacité mais aussi dans certains cas pour

conserver une partie des systèmes existants.

Des technologies radicalement différentes, comme les séparateurs centrifuges à rotor, où

l’agglomération acoustique font l’objet de travaux mais n’ont pas trouvé à ce jour

d’application à grande échelle.

On observe que le marché nord-américain est le plus actif. Ceci est lié sans nul doute au fort

appui des pouvoirs publics qui financent des opérations pilotes pour tenter de faire émerger

les technologies innovantes.

Recensement des nouvelles techniques de dépoussiérage

Documents

Transcript of Recensement des nouvelles techniques de dépoussiérage