Un exemple de dépoussiéreur à cartouche à flux descendant

Par John Woolever, Responsable Produit Donaldson Torit

Au cours de ces dernières années, la récupération de poussières au moyen d’éléments de supports filtrants plissés (cartouches) est devenue une solution omniprésente dans les exigences de ventilation industrielle. L’équipement de récupération de la poussière à cartouches peut également être rassemblé en deux catégories en fonction de l’orientation de la cartouche et de la conception du débit d’air de l’enceinte.

1) Une conception de dépoussiéreur à flux descendant, avec des filtres à cartouche positionnés horizontalement et une entrée de l’air vicié positionnée au-dessus de tous les supports filtrants et ;

2) Les conceptions de dépoussiéreurs horizontaux ou à flux montant avec filtres à cartouche à suspension verticale et une entrée de l’air vicié positionnée en dessous ou à côté du support filtrant.

Certains acteurs du marché de la ventilation industrielle affirment qu’un dépoussiéreur équipé de cartouches suspendues verticalement est plus efficace. Pour cela, ils citent des exemples anecdotiques sans disposer de données justificatives. Or, des faits crédibles soutiennent les avantages d’une conception de dépoussiéreur à flux descendant, notamment le Manuel de ventilation industrielle de l’American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH®) :

la section 8.3.2 du manuel indique que la recherche commanditée par EPA¹ a montré que de meilleures performances provenaient du débit descendant du flux d’air vicié. Ce flux descendant réduit la redéposition étant donné qu’il aide la force de gravité des particules de poussière en déplacement vers la trémie.

Avant de passer en revue les autres facteurs à ce sujet, une brève présentation des origines de la collection de cartouches est nécessaire.

Dans les années 1970, les dépoussiéreurs à cartouches étaient initialement conçus pour répliquer les dépoussiéreurs à manches qui contenaient des filtres à sacs en tissu à suspension verticale dans lesquels l’air vicié entrait dans le dépoussiéreur au-dessous des filtres. (Voir l’image A). Le support plissé d’un élément de filtre à cartouches offrait une efficacité de filtration supérieure et des émissions réduites par rapport à un sac en tissu comparable. En revanche, le nouveau type de dépoussiéreurs conservait toujours de nombreuses limitations propres à son prédécesseur à sacs, notamment :

• les poussières déchargées des filtres à cartouches propres devaient toujours circuler par l’air entrant avant d’entrer dans la trémie ou la cuve de confinement. Cela conduisait au réentraînement des poussières à la surface du support filtrant, avec une perte de charge opérationnelle nette plus élevée et une durée de vie réduite;
• les activités de changement du filtre prenaient toujours du temps, et étaient salissantes et généralement déplaisantes, car l’entretien des filtres nécessitait toujours qu’un opérateur ouvre le collecteur d’air vicié depuis une large porte d’accès.

Des améliorations de conception du dépoussiéreur à suspension verticale ont été réalisées au fil des années, grâce à l’ajout d’entrées latérales (qui permettent à l’opérateur d’entrer dans le dépoussiéreur à côté du support filtrant et non en dessous). Cela a conduit à une réduction du réentraînement de la poussière. Cependant, les particules de poussières nettoyées étaient toujours impactées par l’air entrant, et les processus de changement des cartouches exposaient toujours les opérateurs et les environs du dépoussiéreur à une large ouverture du collecteur d’air vicié. (Voir l’image B).

Finalement, dans les années 1980, une avancée a été atteinte en faisant pivoter l’orientation du filtre à cartouches de la verticale à l’horizontale, en positionnant l’entrée d’air vicié au-dessus des supports filtrants. Ce changement a conduit à un modèle de flux d’air entrant aligné sur l’emplacement final souhaité de la poussière déchargée depuis les filtres à cartouches nettoyés. Comme la gravité dirige naturellement les particules de poussières déchargées vers la cuve de confinement située en bas du dépoussiéreur, l’air entrant d’un dépoussiéreur descendant pouvait désormais aider le déplacement des particules de la cuve de stockage en bas de l’unité, plutôt que de se battre contre ces particules. (Voir l’image C.)

Cette conception améliorée de la gestion du débit d’air a réduit le réentraînement, ce qui a pu être encore davantage amélioré au moyen de filtres à cartouches contenant un support filtrant en nanofibres de filtration en surface. Les diminutions du réentraînement des poussières peuvent réduire la perte de charge opérationnelle, prolonger la durée de vie et réduire la consommation d’air comprimé utilisé pour nettoyer les éléments du filtre par impulsions, ce qui réduit les dépenses opérationnelles du dépoussiéreur et son prix de revient global.

Des gains encore supérieurs sont possibles grâce à de nouvelles approches du positionnement de l’entrée de l’air vicié pour une faible perte en pré-séparation. Des améliorations de conception récentes montrent que la capacité du flux d’air est améliorée lorsque l’entrée d’air vicié est positionnée en orientation descendante à distance du support filtrant. Cette zone de déposition permet aux particules lourdes de chuter depuis le flux d’air sans toucher le support filtrant, et assure également une distribution uniforme du débit d’air, en éliminant les « zones à risque » de vélocité élevée qui peuvent user prématurément le support filtrant. (Voir l’image D).

Certains fabricants de dépoussiéreurs pointent des images anecdotiques de filtres horizontaux présentant une accumulation de poussières et un colmatage entre les surfaces supérieures des éléments de filtration. En réalité, lorsqu’ils sont correctement conçus, utilisés et entretenus, les dépoussiéreurs à flux descendant sont équipés de systèmes de nettoyage par impulsions qui limitent cette accumulation de poussières à la surface des supports filtrants. Un fournisseur de dépoussiéreurs à cartouches compétent doit pouvoir proposer des données de signature par impulsions complètes quantifiant l’énergie de nettoyage délivrée au support filtrant.

Récemment, une avancée considérable de la technologie de nettoyage par impulsions a été lancée sur le marché. Elle est actuellement disponible sur les configurations à cartouche descendante uniquement. Grâce à une conception qui contrôle l’expansion de l’air comprimé du système de nettoyage par impulsions et la réduction des pertes de distribution énergétique, il a été prouvé que le nouveau système de nettoyage délivrait une énergie de nettoyage par impulsions 27 % plus élevée. Cette énergie de nettoyage améliorer permet d’augmenter la capacité de filtration et de réduire la consommation d’énergie liée à l’air comprimé.

Grâce à une meilleure conception de la gestion du débit d’air, à des performances efficaces du nettoyage par impulsions et à la filtration en surface, les supports filtrants en nanofibres sont assemblés en un seul ensemble, et un dépoussiéreur à flux descendant peut ainsi présenter des avantages impressionnants en termes de filtration de l’air. Il est possible d’évaluer la capacité du débit d’air du dépoussiéreur en comparant les taux de débit d’air volumétriques aux surfaces de support filtrant. Ce rapport air/support (AMR) ou vitesse de filtration sert généralement à dimensionner l’équipement pour des applications données.

Outre les performances et les capacités des dépoussiéreurs, la flexibilité et la configurabilité sont deux avantages supplémentaires que présentent les dépoussiéreurs à flux descendant par rapport aux dépoussiéreurs à suspension verticale. L’orientation horizontale du filtre du dépoussiéreur à flux descendant permet aux cartouches d’être positionnées dans une matrice pouvant s’agrandir en hauteur, mais aussi en largeur, afin de permettre une plus grande flexibilité et de réduire l’espace total sur le sol de l’installation. Les dépoussiéreurs à suspension verticale disposent uniquement d’une couche de filtres. La largeur et la profondeur de la surface du support filtrant doivent donc augmenter, car la hauteur est fixe. Cela provoque généralement une empreinte totale plus importante pour une meilleure capacité de gestion de l’air.

Les dépoussiéreurs à flux descendant sont également différents des dépoussiéreurs verticaux au niveau des évents d’explosion. Les évents de décharge d’explosion peuvent se situer en toiture ou sur le côté d’un dépoussiéreur à flux descendant, sans avoir d’impact sur l’encombrement de l’équipement. Du fait que les évents d’explosion doivent être situés sur le côté des dépoussiéreurs à suspension verticale, ils nécessitent généralement une plus grande empreinte au sol afin de diriger les évents vers le haut. De nombreuses installations privilégient les évents d’explosion vers le haut ou montés en toiture, car le front de flammes et les matières déchargées lors d’une déflagration sont dirigés vers le haut, où l’exposition aux zones occupées est réduite.

Enfin, le processus de changement du filtre dans un dépoussiéreur à flux descendant facilite le remplacement des éléments et contribue à réduire l’exposition de l’opérateur aux contaminants collectés, en comparaison avec les conceptions plus anciennes de dépoussiéreurs à suspension verticale. Le dépoussiéreur à flux descendant dispose généralement de capots permettant un accès à seulement quelques cartouches à la fois. Il peut s’agir d’un avantage si le dépoussiéreur est placé en extérieur dans des endroits potentiellement exposés au vent. Les dépoussiéreurs à suspension verticale de conception ancienne nécessitent généralement des portes d’accès plus larges qui exposent l’opérateur et les environs à l’intégralité du collecteur d’air vicié. Le retrait des cartouches horizontales des dépoussiéreurs à flux descendant est également plus simple et plus propre, et demande à l’opérateur de placer uniquement son bras sur le dépoussiéreur pour atteindre les filtres à cartouches. Les dépoussiéreurs à suspension verticale nécessitent également des outils spéciaux pour atteindre le collecteur d’air vicié caverneux, ou l’opérateur doit entrer physiquement (dans des espaces potentiellement confinés) afin d’accéder aux filtres à cartouches situés plus en profondeur dans la structure de l’enceinte. Bien que presque toutes les conceptions de dépoussiéreurs facilitent l’accès aux filtres sur les plateformes industrielles, il est également possible d’accéder aux dépoussiéreurs à flux descendant au moyen d’un escabeau de manière à réduire l’impact sur la zone de l’atelier.

En raison de la taille supérieure de la porte et de l’accès plus difficile aux filtres à cartouches, ainsi que de la présence de filtres généralement plus volumineux ou plus lourds, le remplacement des filtres sur les dépoussiéreurs à suspension verticale nécessite généralement une plateforme, un élévateur ou un autre type d’accès élaboré.

Plus de 40 ans après leur lancement, les dépoussiéreurs à cartouches continuent d’être une solution compétitive et économique pour les opérateurs d’installations de nombreuses industries. Les dépoussiéreurs à flux descendant présentent un réentraînement réduit de la poussière, un encombrement moins élevé, une plus grande flexibilité de configuration et de meilleures expériences en matière de changement des filtres. Grâce à ces avantages pour l’utilisateur, les dépoussiéreurs à cartouches à flux descendant sont la solution appropriée.