Concentration en particules dans l’eau

La concentration en particules dans le réservoir d’eau a été déterminée lors de l’essai de

colmatage (Figure 5.10). En sortie de colonne, l'eau transite dans le bac où les particules

sédimentent. Ensuite, l'eau est pompée vers le distributeur. Des échantillons d'eau ont été

prélevés en sortie de pompe puis ont été filtrés afin de déterminer la concentration en

particules. La Figure 5.10 montre que certaines particules restent en suspension dans l'eau

en sortie de bac (entre 2 et 3 g.L

-1

), probablement les plus fines qui n'ont pas le temps de

sédimenter. Plus généralement, cela souligne le fait que, tout d'abord, le lit granulaire arrosé

est efficace même si l'eau injectée dans le distributeur contient des particules. Cela

démontre également que l'eau joue bien son rôle dans le procédé en ré-entrainant les

particules collectées dans le lit. En outre, même avec cette présence de particules dans l'eau,

la perte de charge dans la colonne reste stable dans le temps : les particules dans l'eau ne

sont donc pas re-collectées par le lit.

Figure 5.10 : Concentration en particules dans l’eau en sortie du bac au cours de l’essai de colmatage

sur 30 heures (collecteurs de 5 mm de diamètre sur 50 cm, débit d’eau de 12 L.min

-1

, débit d’air de

20 m

3

.h

-1

, concentration en particules de 4,5 g.m

-3

)

À la fin de l'expérience de colmatage et après avoir remis en suspension les particules

sédimentées dans le bac d'eau, un échantillon d’eau a été prélevé pour déterminer sa

concentration. La concentration en particules obtenue était égale à 23,5 g.L

-1

(avec une

incertitude de 0,2 g.L

-1

). Il a été mis en évidence précédemment que toutes les particules

générées ne sont pas collectées par le lit. En effet, l’efficacité massique moyenne étant de

89 %, cela signifie que 11 % de la masse totale des particules générées restent dans

l’effluent gazeux en sortie de colonne. A partir de la concentration en particules générées et

du débit d’air nous pouvons en déduire la masse totale de particules générées sur toute la

durée du colmatage. Parallèlement, nous pouvons également calculer la masse totale de

particules ré-entraînées par l’eau à partir de leur concentration dans le bac. Ces calculs

permettent de conclure que 63 % de la masse totale des particules générées sont dans le

réservoir d’eau à la fin du colmatage. Les 26 % restants correspondent aux particules

retenues par le pilote (parois, distributeur...) et celles accumulées dans le lit, qui sont

responsables de l'augmentation de la perte de charge dans les premières heures du

colmatage. Un schéma récapitulatif de cette répartition est présenté sur la Figure 5.11.

Figure 5.11 : Répartition des particules générées lors de l’essai de colmatage sur 30 heures

(collecteurs de 5 mm de diamètre sur 50 cm, débit d’eau de 12 L.min

-1

, débit d’air de 20 m

3

.h

-1

,

concentration en particules de 4,5 g.m

-3

)

Enfin, après les 30 h de colmatage le bac a été nettoyé et l’eau a été changée, afin de voir

comment évoluaient la perte de charge et l’efficacité en réinjectant de l’eau propre dans le

circuit. Il a alors été observé que changer l’eau du bac n’impliquait pas forcément une baisse

de perte de charge et de l’efficacité. Cela montre bien que la présence de particules dans

l’eau (tout du moins dans cet ordre de concentrations, soit entre 2 et 3 g.L

-1

) ne perturbe

pas l’efficacité du lit.

III. Conclusion partielle

En conclusion, ce chapitre s’est intéressé aux performances temporelles du lit granulaire

arrosé. Dans un premier temps, les études qui ont permis de caractériser le lit granulaire

arrosé en termes d’hydrodynamique et d’efficacité initiale ont été reprises. Il a pu être

montré qu’en représentant l’évolution de l’efficacité initiale en fonction de la perte de

charge pour les différentes configurations testées il apparaît que l’efficacité initiale

augmente dans un premier temps avec la perte de charge, mais qu’elle se stabilise ensuite

pour les pertes de charge élevées. La comparaison des résultats pour les différentes

configurations a donc permis de montrer que pour atteindre une efficacité élevée tout en

maintenant une perte de charge acceptable un bon compromis peut être obtenu avec un

débit d’air de 20 m

3

.h

-1

, un débit d’eau de 12 L.min

-1

et en utilisant des billes de 5 mm de

diamètre sur une hauteur de 50 cm. Cette configuration semble être la plus optimale en

permettant les meilleures performances du lit granulaire arrosé au regard des

configurations testées.

Ces résultats étant valables pour un lit granulaire arrosé à l’état initial, des essais de

colmatage sur plusieurs heures ont été réalisés pour chercher à confirmer cette

observation. Des colmatages sur 6 h dans différentes configurations ont permis de

confirmer le choix de la configuration optimale considérée. Un colmatage a alors été effectué

dans ces conditions sur une durée de 30 h (en discontinu).

Les tests de colmatage ont validé l’approche d’utiliser un lit granulaire arrosé comme

système de dépoussiérage. En effet, ils ont révélé une bonne efficacité de collecte (89 %

massique) qui reste constante au cours du colmatage et supérieure à celle d’un lit granulaire

traditionnel. Cette efficacité est certes inférieure à celle d’un média filtrant, mais il faut se

souvenir qu’en fonction de la pureté de gaz souhaitée elle peut être améliorée en

augmentant l’épaisseur du lit, au détriment néanmoins d’une augmentation de perte de

charge. En outre, parmi la masse de particules générées, 63 % correspondent aux particules

qui sont ré-entrainées par l’eau et 26 % correspondent aux particules accumulées dans le

lit et retenues par le pilote.

Concernant la perte de charge, les essais ont montré qu’en présence d’eau elle se stabilise

pendant le colmatage et reste constante et faible par rapport à celle d’un lit granulaire sec

(qui augmente constamment). Les expériences ont montré une perte de charge stable

pendant plus de 30 h, et ceci en utilisant un aérosol avec une concentration beaucoup plus

élevée que la concentration en particules à la fin de la chaîne de traitement actuelle des

hauts fourneaux. Ces tendances peuvent donc en conséquence être extrapolées sur des

temps plus longs dans des conditions réelles de fonctionnement.

Ainsi la présence de l’eau remplit bien le rôle prévu en limitant l’évolution du colmatage du

lit granulaire en ré-entrainant les particules collectées par le lit, et donc en stabilisant peu à

peu l’évolution de la perte de charge. De plus, même si l’eau est mise en recirculation et que

des particules s’y trouvent piégées, elles ne sont pas re-collectées par le lit. Ces expériences

ayant démontré les performances du lit granulaire arrosé il faut par la suite pouvoir

modéliser la perte de charge et l’efficacité d’un lit granulaire arrosé afin de dimensionner

un pilote à échelle industrielle.

Dans le document Procédé alternatif pour l’épuration des fumées de hauts fourneaux (Page 160-165)