Introduction à la pollution atmosphérique: III - 1

Actions préventives pour éviter des émissions atmosphériques polluantes:

agir à la sourcearrosage pour éviter les poussières ou installation de bâches

récupération de vapeurs d ’essence

utilisation de peinture à base d ’eau au lieu de solvant

remplacement du charbon par du gaz

optimisation des conditions de combustion des chaudière ou des moteurs

etc ….

mise en place de code de bonnes pratiques

ou alors changement radical du procédé

Procédés d’épuration des émissions atmosphériques

enlèvement des matières particulaires

enlèvement des gaz

Efficacité d’un procédé d ’épuration (%)

le coût d’une installation si efficacité et dp

100.entrée

sortieentrée

C

CC

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 2

Matières particulaires

Source: Techniques de l’ingénieur p G 1710 -1

Dépoussiéreurs: forces agissantes

Dépoussiéreurs mécaniques: gravité, inertie, force centrifuge.

Dépoussiéreurs humides (scrubber): captage des particules dans une phase liquide.

Dépoussiéreurs à couches poreuses (filtres).

Dépoussiéreurs électriques (électrostatique): champ électrique.

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 3

Dépoussiéreurs à gravité ou chambre de sédimentation

Suite à la réduction de la vitesse du gaz (augmentation de la section d ’écoulement), on provoque la sédimentation des particules.

dp>50 µm

vitesse de gaz de 0.3 à 3 m/s

faible rendement d ’épuration 50%

encombrement de l’installation: important (utilisation abandonnée)

Entrée

Sortie

Dépoussiéreurs à inertie

Le gaz est soumis à de nombreux changements de direction grâce à un ensemble chicanes: les particules les plus lourdes ne peuvent suivre le mouvement et décantent par gravité

dp>30 µm

vitesse de gaz de 5 à 10 m/s

faible rendement d ’épuration 50%

encombrement de l ’installation: moyen

utiliser comme pré-séparateur avant installation plus performante

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 4

Dépoussiéreurs à chicanes:vue de dessus

air

Soutirage poussières

Dépoussiéreursà volets

air

Air épuré

poussières

•dp> 20 µm •vitesse de gaz de 10 à 20 m/s•rendement d ’épuration 80%

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 5

Cyclones

•La force centrifuge projette les particules sur la paroi

R

VMF leTangentiel

P

2

l’accélération centrifugepeut varier de 5 à 2500 g

Cyclones

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 6

Cyclones

•dp> 10 µm •vitesse de gaz de 10 à 20 m/s•rendement d’épuration 85%•encombrement moyen

•diamètre cyclone:de 25 à 200 cm

•emploi simple•pas de pièce en mouvement•les moins chers des dépoussiéreurs

L1

L2

H

D2

De

Dd

L3

Dimensions caractéristiques d ’un cyclone:

W

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 7

)2

(1 2

1

LL

HNe

Dimensions du cyclone standard de Lapple:

2

4

2

2

23

221

DDH

DDLW

DLL

e

d

Dp : diamètre des particules

Dp50: diamètre des particules qui seraient enlevées dans le cyclone avec une efficacité de 50%

µ: viscosité du gazQ débit volumique m3/sP masse volumique des particules

Pep QN

HWD

2

9 2

50,

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 8

Efficacité des cyclones

efficacité d'épuration %

10

100

0.1 1 10

dp/dp50

Multi-cyclones:plusieurs cyclones de faible diamètre

travaillant en parallèle

•dp> 5 µm •vitesse de gaz 10 à 20 m/s•rendement d ’épuration 95%

•diamètre des multi-cyclones: 10 à 40 cm

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 9

Perte de charge des dépoussiéreurs

dp mini µm Efficacité Perte de chargemm d’eau

Chambre de sédimentation 50 50 5Dépoussiéreurs à chicanes 50 50 3-12Dépoussiéreurs à volets 20 80 10-50Cyclones 10 85 10-70Multi-cyclones 5 90 50-150

•L’écoulement du gaz se fait grâce à l ’existence d ’unedifférence de pression entre l ’entrée et la sortie: perte de charge

•compresseur en amont (p>patm.) ou ventilateur en aval (p<patm)

•la séparation est fonction de la perte de charge

1 atmosphère = 10 330 mm d ’eau (10.33 mètres)

Les particules sont captées par des gouttes d’eau

les différents appareils se distinguent par leur performance à promouvoir le contact goutte/particule

3 fonctions doivent être remplies:- humidification du gaz (saturation du gaz en eau)- contact gaz/particules avec les gouttes- séparation des gouttes chargées en poussières du courant de gaz

Dépoussiéreurs humides (scrubbers):

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 10

Taille minimum desparticules enlevées µm

Efficacité (%) Vitesse du gaz(m/s)

Tour à pulvérisation 10 70 0.5 - 1Laveur cyclonique 5 90 10-20Colonnes garnies 5 90 0.5 – 1Laveur Venturi 0.5 99 50-200

Dépoussiéreurs humides

Débit liquide(m3/103m de gaz)

Perte de chargemm d’eau

Tour de pulvérisation 0.05-0.3 25Laveur cyclonique 0.1-1. 50-150Colonnes garnies 0.7-2. 25-250Laveur venturi 0.4-1.4 250-750

Packed-Bed scrubber:

contre-courantgaz ascendant

liquide descendant

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 11

Packed Tower Scrubber

Cross Flow Wet Scrubber:gaz et liquide à courant croisé

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 12

Colonne de lavage avec

turbine haute vitesse pour

dispersion de liquide

liquide

gaz

Jet Venturi ScrubberVitesse 50-250 m/sForte turbulenceBon contact Gaz-Liquide

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 13

Venturi Scrubber

Packaged Venturi Scrubbing System with solids removal for chemical dust collection

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 14

Avantages des dépoussiéreurs humides

Appareils peu encombrants.

Bonne efficacité jusqu ’à 99%.

Forts débits gazeux admissibles.1000 à 200 000 m3/h.

Insensibles à l ’humidité et la température

Adaptés pour la capture de polluants particulaires et gazeux

peuvent servir aussi à refroidir les gaz.

Inconvénients

•Le dépoussiérage humide va produire uneeau usée et des boues qu’il faudra traiter

•coût élevé en énergie

•génère un panache blanc (vapeur d ’eau) visible pouvant être associé par le public à une émission polluante

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 15

Dépoussiéreurs à couches poreuses

On force le gaz à passer au travers d’un matériau filtrant

le dépôt des particules forme une couche, le gâteau, dont la résistance à l’écoulement du gaz augmente

après un certain temps d’utilisation, il faut débarrasser le filtre du gâteau

Cartouche filtrantesFiltre plat

Chandelle céramiquefiltration à hautes temp.

Filtre à manches3 à 12 m

Textiles naturels ou synthétiques

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 16

Caractéristiques des matériaux filtrants:

http://www.record-net.org/record/RFpdf/Rap_record99-0218_1A.pdf

Caractéristiques des matériaux filtrants:

Température O

Cd’opérationcontinue

Resistance aux acides

Resistance aux bases

Coût relatif

Coton 82 Médiocre Très bonne 2.Creslan

1122 Bonne Très bonne

Dacron2

137 Bonne Très bonne 2.8Dynel

272 Excellente Moyenne

Fiberglas3

257 Moyenne-bonne Moyenne-Bonne 6Filtron

4132 Excellente Très bonne

Gore-Tex5

Dépend du support Dépend du support Dépend du supportNomex

2192 Moyenne Excellente 8

Nylon2

92 Moyenne Excellente 2.5Orlon2 127 Excellente Moyenne-bonnePolypropylene 92 Excellente Excellente 1.5Teflon

2232 Excellente Excellente 25

Laine 92 Très bonne Médiocre 3marques déposées 1 :American Cyanamid, 2 Du Pont, 3 Owens-Corning Fiberglas,4 Wheellabrator-Fry Inc.5 Gore and Co.

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 17

Reverse Air and Shake/Deflate Systems

Wheelabrator custom-designed reverse air and shake/deflate systems employ either a reverse "back washing" action or a rhythmic shaking of the filter tubes to release collected dust for subsequent disposal. They are suited for coal-fired boilers and primary manufacturing processes such as smelting.

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 18

Méthode de nettoyage des filtres

secouement mécanique

injection d’air à contre-courant écrasement du filtre

jets d ’air pulsédilatation du filtre

Secouement

Support flexible

secoueur

1 2

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 19

Filtres dépoussiéreurs avec nettoyage automatique des éléments filtrants par moteur vibreur

Tissu en polypropylène ou en coton, feutres aiguilletés en polyester

injection d’air à contre-courant écrasement du filtre

1 2

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 20

Jet d’air pulsé

1 2

Vitesse de filtration:

rapport air filtré/surface filtrante(m3/min)/ m2=m/min

0.6-1.8 secouement mécanique

0.3-0.9 air à contre-courant

1.5-4.5 jets d ’air pulsé

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 21

Caractéristiques des filtres à couches poreuses (fabric filtrers)

dp jusqu ’à 0.2 µm

efficacité 99%

bonne flexibilité (débit ou dp)

facilité d ’exploitation

perte de charge acceptable 50-150 mm

encombrement et coût importants

T<300OC

inefficace si forte humidité

Électrofiltre ou filtre électrostatique

Ionisation du gaz (effet Corona )et chargement des particules (-)

Migration vers des plaques réceptrices (+)

détachement par secouement

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 22

électrodes

Plaque collectriceespacement de 20 25 cmhauteur jusqu ’à 9 m

la plaque collectrice se charge departicules qui sont enlevées par secouement(frappe d ’un marteau)

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 23

Filtre électrostatique

Électro-filtre

humide

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 24

Avantages et Inconvénients des électrofiltres

Efficacité > 99% pour dp>0.3 µm

faible consommation énergétique

Capacité de traitement de forts débits

température > 300OC

encombrants et coûteux

sensible aux fluctuations de débits et de charge en solide

requiert un personnel d ’entretien qualifié

Application des électrofiltres

centrales thermiques et incinérateurs

fours de cimenterie

traitements (bouletage) des minerais (Fe,Cu,Zn)

captage de brouillards acides

Sec:

Humides:

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 25

Sélection des procédés

http://www.croll.com/art2.htm

Source: Techniques de l’ingénieur p G 1710 -13

Introduction à la pollution atmosphérique: III - 26

Source: Techniques de l’ingénieur p G 1710 -14

http://www.record-net.org/record/RFpdf/Rap_record99-0218_1A.pdf