Technologie GEA de contrôle des émissions GEA Scrubber for Exhaust Cleaning

Découvrez le monde du laveur GEA pour le nettoyage des systèmes d’échappement dans l’industrie de procédé

Les laveurs sont utilisés pour le dépoussiérage des gaz de combustion saturés. GEA a développé des laveurs spéciaux pour différentes applications : Les épurateurs à écoulement radial sont des laveurs à haute efficacité, réglables et spécialement développés par GEA pour les conditions de l'industrie des métaux non ferreux. Cet équipement permet le maintien de la chute de pression nécessaire et donc une efficacité constante d'épuration, même avec des volumes de gaz fluctuants. Dans l'industrie de l'acier, l'épurateur à espace annulaire assure la même fonction.

Principe de captage

L’accélération et la décélération du flux de gaz et du liquide de lavage atomisé produisent une forte turbulence entre le gaz, la poussière et les gouttes de liquide. Les particules de poussière sont très rapidement mouillées et les réactions chimiques sont accélérées. Un collecteur consécutif extrait les gouttelettes de liquide et la poussière mouillée du flux de gaz.

Les collecteurs sont, en général, des séparateurs centrifuges ou des précipitateurs électrostatiques de type humide. L’efficacité du captage et la consommation d’énergie dépendent de la perte de pression dans le laveur, qui peut aller de 2 mbar à 200 mbar ou plus, ce qui correspond à des vitesses de 20 à jusqu’à plus de 100 mètres par seconde dans la zone de lavage.

Les laveurs à faible baisse de pression sont utilisés pour le refroidissement des gaz, le pré-dépoussiérage et l'absorption des impuretés des gaz.

 

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Vue d'ensemble

Chercher à concevoir une unité flexible, qui permette de maîtriser les problèmes des gaz de dégagement industriels des collecteurs a débouché, en 1950, sur le développement d’un épurateur à espace annulaire qui se classe aujourd’hui parmi les laveurs à haut rendement d’exception. Pour ce qui est de la granulométrie des particules de poussière solides et liquides et de la concentration des composants gazeux dans un mélange de gaz, l’épurateur à espace annulaire n’a pratiquement aucune limite en matière de séparation. En principe, toutes les méthodes de séparation mécanique humide permettent de capter des particules de poussière grossières et fines lorsque les forces d’inertie sont augmentées par le biais de vitesses de gaz supérieures adéquates. Cela résulte, toutefois, en une forte demande d'énergie peu souhaitable dans le gaz et le fluide (eau). Le développement de l’épurateur à espace annulaire a pris en considération la formation de courants d’interface turbulents de zone grâce à une multitudes de petits tourbillons, qui grâce à leur mouvement de mélange extrêmement intensif favorisent le procédé de transfert. Chaque traitement mécanique humide du système disperseur requiert une demande d’énergie minimale correspondante, qui ne peut être approchée que si les effets des forces d’inertie et ceux des procédés de transfert turbulents sont utilisés simultanément. La coordination exacte de la largeur de l’espace s (h) avec la longueur de l’espace 1 (h) revêt une importance décisive. La principale caractéristique de l’épurateur à espace annulaire est la symétrie axiale de sa construction. Seules les sections transversales circulaires coaxiales peuvent fonctionner en occupant un espace au sol minimal. Cette construction est la seule à assurer une distribution d’eau uniforme qui couvre toute la surface de l’espace et peut être obtenue au moyen de grandes buses à pulvérisation incolmatables alignées symétriquement avec l’axe vertical.

Capacité d’ajustement de l’épurateur à espace annulaire

La modification de l’espace annulaire par le mouvement axial du cône assure un ajustement sensible de l’épurateur aux différentes conditions de fonctionnement requises par les procédés industriels.

Le différentiel de pression statique en amont et en aval de l’espace annulaire fournit un critère exact, reproductible et à sûreté intégrée, pour évaluer l’efficacité de la séparation.

En cas de procédés caractérisés par des flux de gaz stables susceptibles, toutefois, de présenter des fluctuations temporaires, les épurateurs à espace annulaire sont équipés d’actionneurs électromécaniques réglables manuellement.

Pour les installations nettoyant des flux de gaz aux fluctuations irrégulières, la pression différentielle requise pour le degré de séparation désiré est entrée dans la boucle de régulation de l’épurateur à espace annulaire pour fournir une valeur de point de contrôle prédéterminée. Si les exigences de sensibilité et de contrôle rapide sont élevées, il est préférable de recourir à des actionneurs électrohydrauliques automatiques.

Pour la plupart des applications, l’épurateur à espace annulaire fait office à la fois d’équipement de nettoyage de gaz et d’unité de contrôle pour l’ensemble des procédés. C’est le cas notamment dans les hauts fourneaux, les convertisseurs à oxygène et les installations d’incinération de déchets.

 

 

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Vue d'ensemble

Les épurateurs à écoulement radial sont des laveurs à haute efficacité réglables. Le gaz brut peut être introduit par le haut ou par le bas. Le liquide de lavage est injecté par une buse centrale placée en amont de la zone de lavage. La zone de lavage est limitée par deux anneaux, placés l’un au-dessus de l’autre. Le gaz et le liquide de lavage entrent par le haut et traversent l’espace entre ces anneaux en s’écoulant de manière radiale, du centre vers le boîtier externe du laveur. La vitesse relative entre le gaz et le liquide de lavage, qui est décisive pour l’efficacité du lavage, est mesurée dans la section transversale la plus étroite de la zone de lavage. Élever ou abaisser un anneau permet de faire varier la section transversale de la zone de lavage, ce qui permet, même avec des volumes de gaz changeants, de maintenir constante la vitesse du gaz dans l’espace entre les anneaux et de maintenir une baisse de pression constante à travers la zone de lavage. Il est ainsi possible d’assurer une efficacité de captage définie. La pression différentielle est le paramètre de contrôle. Dans de nombreuses applications, les épurateurs à écoulement radial sont associés à un étage à Venturi en amont pour la saturation et le prédépoussiérage du gaz brut. Un séparateur de gouttelettes est souvent placé dans le même boîtier que la zone de lavage pour éviter que des gouttelettes ne soient entraînées vers l’équipement en aval. Avantages : - Ajuster la zone de lavage permet de modifier le volume de gaz au rapport 1:10 tout en maintenant la baisse de pression constante. Cette caractéristique permet un ajustement optimal aux modes de fonctionnement changeants. Elle est particulièrement adaptée pour les procédés par lots dans les convertisseurs. - L’efficacité de captage du laveur peut être définie sur la valeur voulue, quelles que soient les fluctuations des charges de gaz brut. - Étant donné que les épurateurs à écoulement radial peuvent être réglés comme requis en fonction de l’efficacité de captage visée, le laveur peut fonctionner à une pression différentielle optimale, ce qui aide à économiser de l’énergie. - La conception permet de coupler plusieurs étages de lavage dans un unique conteneur ; il est ainsi possible de coupler un épurateur à écoulement radial et un laveur à Venturi ou un laveur à colonne garnie. - L’écoulement du gaz peut être configuré pour une arrivée dans le haut ou dans le bas. Même pour des substances critiques comme l’As, le Se ou le Pb, des efficacités de captage élevées sont atteintes. - Les températures d’entrée élevées du gaz brut jusqu’à 800 °C peuvent être gérées en associant les matériaux appropriés à une chemise en briques. - Lurgi a construit à ce jour plus de 100 épurateurs à écoulement radial, dont 40 sont utilisés dans l’industrie des métaux non-ferreux.

Caractéristiques de l’épurateur à écoulement radial

laveur-tête venturi

Version avec tête à Venturi (Quench) :

  • Chemise en briques spéciales à l'interface de la zone sèche-humide
  • Système d'eau de secours

Caractéristiques d’ordre général :

  • Contrôle automatique de la baisse de pression du gaz
  • Efficacité de lavage constante avec des vitesses d’écoulement du gaz fluctuantes (par ex. convertisseurs de cuivre)
  • Économies d’énergie par sélection de la baisse de pression requise en fonction des conditions du procédé
  • Système d'eau de secours
  • Faible entraînement de gouttelettes
 

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Laveur à colonne vide

Les laveurs à colonne vide sont utilisés pour le premier étage de nettoyage de gaz par voie humide dans le cadre d’applications spéciales, par exemple pour les gaz chauds et corrosifs présentant de hautes teneurs en poussières, arsenic ou sélénium, qui sont parfois rejetés dans certains procédés métallurgiques. Dans ce type de laveur, le gaz est refroidi à la température de saturation et dépoussiéré en même temps. Les temps de séjour longs dans la zone de lavage permettent la formation de composés d’arsenic et de sélénium et le mouillage des aérosols, ce qui permet de séparer facilement ces petites particules condensées. Les accrétions qui pourraient causer des problèmes dans d’autres laveurs dans la zone de transition où les gaz chauds entrent en contact avec le liquide de lavage, ne sont pas critiques dans les laveurs à colonne vide. Les laveurs à colonne vide sont fabriqués en acier au carbone avec un revêtement en feuilles anticorrosion qui est protégé contre les températures élevées du gaz en entrée par une chemise en briques. Ce revêtement peut consister en plusieurs couches de différents matériaux, en fonction de l’usage.

 

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Laveur à absorption

Les polluants gazeux comme le HCl, le HF et le SO2 sont éliminés par des absorbants tels qu’une solution de soude caustique (NaOH), le calcaire (CaCO3) et la chaux (Ca(OH)2). Laveurs à soude caustique Lorsqu'une solution de soude caustique est utilisée en tant qu’absorbant, le meilleur laveur est l’épurateur à écoulement radial susmentionné ou un laveur à colonne à garnissage, car il n’y a pas de risque d’accumulation comme cela serait le cas avec des composés de calcium solides. Cependant, la soude caustique ne doit être utilisée que pour des charges de gaz brut faibles et des volumes de gaz petits à moyens, car elle est près de dix fois plus dispendieuse que, par exemple, le calcaire. La coque du laveur à colonne à garnissage est en plastique renforcé de fibre de verre avec un revêtement intérieur en PVC ou une barrière chimique. Le gaz est traité lorsqu’il passe à travers un ou deux étages de garnissage. Le SO2 réagit avec la soude caustique pour former du sulfate de sodium. L’efficacité de l’absorption dépend de l’intensité du contact entre le gaz et le liquide de lavage, contact qui est assuré par les garnissages en polypropylène structurés ou empilés. Laveurs à calcaire Pour nettoyer de grands volumes de gaz fortement chargés en contaminants, les laveurs à calcaire se sont démontrés la meilleure solution. Ce laveur est un type de tour à pulvérisation sans internes qui est utilisé à contre-courant. La concentration en polluants du gaz à traiter détermine le nombre de niveaux de buses dont est équipé le laveur. Le laveur à calcaire fournit du gypse qui peut être commercialisé sans coût additionnel à des entreprises industrielles comme matériau de remplissage, boue contenant 50 à 60 % de substance sèche ou boue épaissie avec une humidité résiduelle d’environ 10 %. La technologie par absorption est toujours plus utilisée dans les cimenteries, où la farine crue est employée comme absorbant. Aujourd’hui, même de petits volumes de gaz de dégagement présentant des concentrations de SO2 élevées tels que ceux des fours de fusion de métaux sont nettoyés dans des laveurs à calcaire, s’il n’y a pas d’installation d'acide sulfurique en aval. Les laveurs à calcaire peuvent être en acier inoxydable, en FRP ou en acier en carbone à paroi interne caoutchoutée ou revêtu de caoutchouc.

 

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Laveurs procurant un avantage supplémentaire

Les laveurs à Venturi sont principalement utilisés pour le refroidissement, la saturation et le prénettoyage des gaz, par exemple pour un lavage ultérieur dans des précipitateurs de type humide. Le liquide de lavage est injecté par une buse centrale ou, dans les grands laveurs, par plusieurs buses placées dans le cône d’entrée qui précède le col de Venturi. Le laveur peut être monté verticalement, incliné ou horizontalement. Pour le refroidissement, le conditionnement des gaz et le prédépoussiérage, le laveur est utilisé avec une baisse de pression de seulement quelques mbar. Cette petite baisse de pression est obtenue en faisant plus ou moins correspondre la vitesse du liquide de lavage injecté avec celle du gaz dans le col de Venturi. Pendant la décélération dans le diffuseur, la masse relativement supérieure du liquide de lavage cause une ultérieure hausse de la pression du gaz. En fonction du volume de liquide injecté, l’énergie qui peut être transférée peut être telle que non seulement il n’y a pas de baisse de pression dans le laveur, mais la pression du gaz augmente. Par contraste, lorsque ce type de laveur est utilisé avec une baisse de pression importante, le mélange gaz/poussière entre dans la zone de lavage à une plus grande vitesse que le liquide de lavage. Les gouttelettes de liquide sont alors accélérées par le flux de gaz, ce qui cause une baisse de pression. Alors que la vitesse monte, une turbulence croissante est induite dans le laveur et porte à un mélangeage intensif des gouttelettes de liquide et du gaz brut, ce qui est une condition essentielle pour obtenir des efficacités de captage élevées. Par conséquent, plus la vitesse du gaz est élevée dans le col de Venturi, plus la baisse de pression est importante.

 

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Laveur cyclonique

Le laveur cyclonique consiste en une zone de prélavage de section transversale carrée ou ronde suivie d’une zone d’accélération et d’un cyclone de gaz en aval. Cette conception, qui a été développée par Norddeutsche Affinierie, est utilisée dans toute une variété d’applications. En 1997, Lurgi a acquis la licence du laveur ainsi que tous les brevets associés. Les laveurs cycloniques sont conçus pour un volume de gaz d’environ 5000 m3/h. Pour les volumes plus importants, plusieurs laveurs sont disposés en parallèle. Avantages  Captage des poussières et refroidissement du gaz dans une unique cuve.. Le temps de séjour plus long du liquide de lavage dans le gaz (à travers plusieurs étages de lavage) assure un refroidissement intense du gaz et un bon transfert de masse et de chaleur.  Compte-tenu de la haute efficacité de captage, en particulier pour l’arsenic et le mercure, il est possible, sous réserve de certaines conditions de conception, de procéder sans le premier étage du précipitateur humide. Toute la cuve est en polypropylène. Ce matériau anticorrosif empêche les accrétions même avec la poussière collante.

 

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