Qu'est-ce qu'un précipitateur électrostatique ?

L’industrie fait partie intégrante de notre système économique et beaucoup pensent que c’est leur droit de supporter les cheminées d’usine qui étouffent l’air. Mais peu de gens savent que la technologie offre depuis plus d’un siècle une excellente solution à ce problème : les précipitateurs électrostatiques. Ceux-ci réduisent considérablement la pollution et contribuent à améliorer l’environnement.

Qu'est-ce qu'un précipitateur électrostatique ?

Un précipitateur électrostatique (ESP) est défini comme un dispositif de filtration utilisé pour éliminer les fines particules comme la fumée et les fines poussières du gaz en circulation. C’est l’appareil le plus couramment utilisé pour lutter contre la pollution de l’air. Ils sont utilisés dans des industries telles que les aciéries et les centrales thermiques.

En 1907, le professeur de chimie Frederick Gardner Cottrell a breveté le premier précipitateur électrostatique utilisé pour collecter les brouillards d'acide sulfurique et les vapeurs d'oxyde de plomb émis par diverses activités de fabrication et de fusion d'acide.

schéma du précipitateur électrostatique

Principe de fonctionnement du précipitateur électrostatique

Le principe de fonctionnement du précipitateur électrostatique est moyennement simple. Il se compose de deux jeux d’électrodes : positive et négative. Les électrodes négatives se présentent sous la forme d'un treillis métallique et les électrodes positives sont des plaques. Ces électrodes sont placées verticalement et alternées les unes par rapport aux autres.

principe de fonctionnement du précipitateur électrostatique

Les particules gazeuses telles que les cendres sont ionisées par l'électrode de décharge haute tension par effet corona. Ces particules sont ionisées en une charge négative et sont attirées vers des plaques collectrices chargées positivement.

La borne négative de la source CC haute tension est utilisée pour connecter les électrodes négatives, et la borne positive de la source CC est utilisée pour connecter les plaques positives. Pour ioniser le milieu entre l'électrode négative et l'électrode positive, une certaine distance est maintenue entre l'électrode positive et négative et la source CC, ce qui entraîne un gradient de tension élevé.

Le milieu utilisé entre les deux électrodes est l’air. Il peut y avoir une décharge corona autour des tiges d'électrodes ou du treillis métallique en raison de la forte négativité des charges négatives. L'ensemble du système est enfermé dans un conteneur métallique contenant une entrée pour les gaz de combustion et une sortie pour les gaz filtrés. Il y a beaucoup d’électrons libres lorsque les électrodes sont ionisées, qui interagissent avec les particules de poussière du gaz, les rendant chargées négativement. Ces particules se déplacent vers les électrodes positives et tombent à cause deforce gravitationnelle. Les gaz de combustion sont exempts de particules de poussière lorsqu'ils traversent le précipitateur électrostatique et sont évacués dans l'atmosphère par la cheminée.

Types de précipitateur électrostatique

Il existe différents types électrostatiques et nous étudierons ici chacun d’eux en détail. Voici les trois types d’ESP :

Précipitateur à plaques : Il s'agit du type de précipitateur le plus basique composé de rangées de fils verticaux minces et d'un empilement de grandes plaques métalliques plates disposées verticalement et placées à une distance de 1 cm à 18 cm les unes des autres. Le flux d’air passe horizontalement à travers les plaques verticales puis à travers la grande pile de plaques. Afin d'ioniser les particules, une tension négative est appliquée entre le fil et la plaque. Ces particules ionisées sont ensuite détournées vers les plaques mises à la terre grâce à la force électrostatique. Au fur et à mesure que les particules sont collectées sur la plaque de collecte, elles sont éliminées du flux d'air.

Précipitateur électrostatique sec : Ce précipitateur est utilisé pour collecter des polluants comme les cendres ou le ciment à l'état sec. Il se compose d’électrodes à travers lesquelles les particules ionisées circulent et d’une trémie à travers laquelle les particules collectées sont extraites. Les particules de poussière sont collectées à partir d'un courant d'air en martelant les électrodes.

Précipitateur électrostatique sec

Précipitateur électrostatique humide : Ce précipitateur est utilisé pour éliminer la résine, l'huile, le goudron et la peinture qui sont de nature humide. Il se compose de collecteurs aspergés en continu d'eau, permettant de collecter les particules ionisées des boues. Ils sont plus efficaces que les ESP secs.

Précipitateur tubulaire : Ce précipitateur est une unité à un étage composée de tubes avec des électrodes haute tension disposées parallèlement les unes aux autres de manière à fonctionner sur leur axe. La disposition des tubes peut être soit circulaire, soit carrée, soit en nid d'abeille hexagonal, le gaz s'écoulant vers le haut ou vers le bas. Le gaz est amené à traverser tous les tubes. Ils trouvent des applications où les particules collantes doivent être éliminées.

Avantages et inconvénients

Avantages du précipitateur électrostatique :

La durabilité de l'ESP est élevée.

Il peut être utilisé pour la collecte d’impuretés sèches et humides.

Ses coûts d'exploitation sont faibles.

L'efficacité de collecte de l'appareil est élevée, même pour les petites particules.

Il peut gérer de gros volumes de gaz et de lourdes charges de poussière à basse pression.

Inconvénients du précipitateur électrostatique :

Ne peut pas être utilisé pour les émissions gazeuses.

L'encombrement est plus important.

L'investissement en capital est élevé.

Non adaptable aux changements des conditions de fonctionnement.

Applications de précipitateur électrostatique

Quelques applications remarquables des précipitateurs électrostatiques sont répertoriées ci-dessous :

Les ESP à plaques à deux étages sont utilisés dans les salles des machines à bord des navires, car la boîte de vitesses produit un brouillard d'huile explosif. L'huile collectée est réutilisée dans un système de lubrification des engrenages.

Les ESP secs sont utilisés dans les centrales thermiques pour purifier l’air des systèmes de ventilation et de climatisation.

Ils trouvent des applications dans le domaine médical pour l'élimination des bactéries et des champignons.

Ils sont utilisés dans le sable de zirconium pour détacher le rutile des plantes.

Ils sont utilisés dans les industries métallurgiques pour nettoyer le souffle.