Engineering
Nettoyage des résidus de combustion et des gaz résiduaires
Nous fournissons des études et des conseils axés sur les technologies de réduction et d’élimination de la concentration de SOx, NOx, PCDD, PCDF, COV et particules en suspension dans diverses usines industrielles (centrales électriques, installations de chauffage, incinérateurs de déchets, fonderies, cimenteries, etc.). Nous élaborons des études pour de petites sources locales aussi bien que de grandes unités industrielles dans la gamme de débits de résidus de combustion de 10 000 à 3 000 000 m3/h. Nous étudions également la modernisation et l’amélioration des ressources existantes.
L’étude est préparée par notre division engineering, voir les coordonnées de contact.
Désulfuration des résidus de combustion
Dans les combustibles gazeux naturels, le soufre se présente le plus souvent sous forme de SO2 ou SO3. Pour les combustibles solides, en particulier le charbon, qui est utilisé dans la plupart des sources de chaleur fixes, le soufre est déjà lié dans le combustible en tant que partie du combustible. Dans ces combustibles, le soufre peut également se présenter sous 3 formes différentes, principalement sous forme de sulfate (lié chimiquement aux cendres), organique et pyrite. Le soufre pyrite dans le charbon est la forme de soufre qui, en cas d’occurrence non dispersée dans le combustible, est relativement bien éliminée par les méthodes conventionnelles, telles que le traitement dans les hydrocyclones. Cependant, l’efficacité de ces méthodes est souvent limitée. Il existe également d’autres moyens mécaniques d’éliminer le soufre du combustible. Il s’agit cependant d’une question d’efficacité économique, car ces méthodes sont souvent peu économiques en termes de prix de vente de la chaleur sur notre marché, en raison du développement important de ressources environnementales plus petites et de l’utilisation d’unités de cogénération. Aujourd’hui, les méthodes les plus utilisées pour éliminer les composés soufrés sont pratiquement liées aux résidus de combustion entrant dans la cheminée. L’élimination du soufre peut être effectuée de deux manières (fondamentalement différentes), soit par oxydation catalytique en SO3 et élimination subséquente sous forme de H2SO4 ou par liaison à un additif solide approprié.
Méthode sèche de réduction des SOx
La méthode de l’additif sec est principalement utilisée en combinaison avec des filtres textiles. Le principe de cette méthode est le dosage de l’additif à base de Ca2 + (le plus souvent de la chaux éteinte Ca(OH)2), mais également à base de Na+ (NaHCO3) dans le flux de résidus de combustion dans le conduit de gaz ou le réacteur, où l’additif est mélangé intensivement avec les résidus de combustion où la réaction primaire se produit. La réaction secondaire se produit sur le tissu du filtre, de manière intense, en particulier dans le cas des filtres utilisant la régénération par soufflage.
Cette méthode est utilisée pour la désulfuration de petites sources de combustion et pour la réduction de HCl, HF, dioxines et autres polluants gazeux.
Elle atteint des rendements allant jusqu’à 75 % pour la désulfuration et plus de 90 % pour la réduction de HCl et HF. Cette méthode a des coûts d’investissement très faibles, mais son inconvénient est une efficacité moindre et une consommation d’additifs plus élevée. Parfois, il convient de compléter cette méthode par une intensification, où en pulvérisant de l’eau dans le réacteur, nous pouvons atteindre une efficacité plus élevée et une consommation d’additif plus faible.
Méthode semi-sèche de réduction des SOx
Une autre méthode utilisée est la méthode dite de désulfuration semi-sèche. Cette méthode est préférée principalement pour les unités de puissance d’une puissance installée pouvant atteindre 300 MW. Elle se caractérise notamment par le fait que le produit de désulfuration est adapté à un stockage permanent dans une décharge normale, mais n’est pas très adapté à une utilisation ultérieure comme matière première secondaire. En principe, il s’agit d’un processus simple qui est facile à gérer dans la pratique. En injectant de l’eau dans le flux de résidus de combustion, leur température est réduite à une température inférieure de 10 à 20 °C à la température de saturation des résidus de combustion (en raison de la condensation des résidus de combustion et de la corrosion à basse température dans les cheminées) et de Ca(OH)2, qui réagit en outre selon les relations illustrées à droite.
L’avantage de cette méthode est la réactivité des réactifs à d’autres polluants gazeux, tels que le chlorure d’hydrogène ou le fluorure d’hydrogène, et donc à leur élimination partielle des gaz.
Méthode humide de réduction des SOx
Aujourd’hui, la méthode la plus utilisée est le procédé humide pour éliminer les composés soufrés des résidus de combustion dans une suspension de calcaire. Il s’agit de la méthode la plus répandue dans l’énergie du charbon et plus ou moins la seule méthode utilisée aujourd’hui dans les centrales électriques modernes. La différence fondamentale par rapport aux méthodes précédentes est qu’il s’agit d’une épuration humide du flux de résidus de combustion avec un réactif présent dans le réacteur en même temps pour former ce que l’on appelle le produit final (gypse énergétique), qui peut continuer à être utilisé comme matière première secondaire dans la construction, comme base pour les routes, ou pour la fabrication des plaques de plâtre.
L’ensemble du processus consiste en une série de sous-processus qui mettent en œuvre les zones individuelles du réacteur de désulfuration. Ce réacteur est souvent appelé absorbeur. Le principe de base est l’introduction de résidus de combustion non traités dans l’absorbeur, où ils sont pulvérisés avec une suspension de calcaire à plusieurs niveaux. La conception de la structure, le nombre de niveaux d’aspersion et le choix du type de buses sont généralement basés sur des simulations CFD pour obtenir la plus grande surface interfaciale possible du réactif et des résidus de combustion pour un nettoyage parfait. Les résidus de combustion nettoyés quittent ensuite la partie supérieure de l’absorbeur pour pénétrer dans la cheminée existante de la centrale électrique. À la sortie de ces résidus de l’absorbeur, une mesure continue des émissions de gaz est effectuée, mais surtout de la température des gaz afin de s’assurer que cette température est toujours au moins 10 °C supérieure à la température de rosée des gaz à une pression donnée. En pratique, cette température des gaz est de l’ordre de 68-58 °C. Comme absorbeur, on utilise généralement un récipient métallique avec un caoutchoutage interne en plusieurs couches. Le nombre de niveaux d’aspersion est toujours au moins de 2, mais en pratique souvent de 3. Au-dessus de ces niveaux d’aspersion se trouve toujours un dispositif, appelé séparateur de gouttelettes, qui réduit le débit massique d’eau dans les résidus de combustion, et limite donc également la perte du média. Il s’agit principalement de grilles à lamelles avec buses de rinçage, qui sont effectuées automatiquement par le système ASŘTP (système de contrôle de processus automatisé) toutes les quelques dizaines de minutes. La partie inférieure de l’absorbeur est formée par le fond collecteur, où subsiste un certain niveau de suspension de gypse. À ces points, l’air oxydant des agitateurs d’air oxydant est introduit dans l’absorbeur. De plus, des agitateurs absorbeurs sont utilisés pour mélanger la suspension et ainsi créer un meilleur milieu pour l’oxydation. Ce mélange de calcaire et de gypse est constamment recirculé par de grandes pompes de recirculation vers les parties supérieures des buses de niveau d’aspersion. En raison de l’environnement abrasif, ces buses sont toujours en fibre de verre, appelée FRP. Le produit final après l’aspersion des résidus de combustion est pompé par des pompes d’échappement dans des puisards d’urgence ou dans un épaississeur, où le mélange résultant est concentré pour être expédié à l’extérieur des locaux de l’installation de chauffage.
Cette méthode est très efficace et efficiente, mais nécessite de grands locaux pour la gestion du calcaire, pour fournir de l’eau de process pour le rinçage de toutes les pompes, la construction de nouveaux bâtiments avec des réservoirs de boue de gypse et de calcaire et de nombreux autres moyens de fonctionnement nécessaires pour le nettoyage continu des gaz de combustion. La méthode atteint souvent des rendements allant jusqu’à 98,5 %. La valeur de pH habituelle pour une fonction de désulfuration appropriée se situe en pratique autour de 5-5,5.
Le produit résultant est ensuite obtenu en aspirant la suspension de gypse de la partie collectrice de l’absorbeur par des pompes d’aspiration, qui est ensuite déchargée vers le centre de mélange pour la déshydratation. Du centre de mélange, la suspension est ensuite déchargée dans un épaississant, qui peut en pratique déshydrater la suspension jusqu’à 30 % en poids d’eau.
Dénitrification des résidus de combustion
La dénitrification signifie la réduction des polluants, en particulier des composés NOx des résidus de combustion. Ces composés se forment lors de la combustion de combustibles à des températures élevées (de l’ordre de températures supérieures à 1 100 °C), où les composés thermiques azotés se forment le plus. Les composés liés au combustible donné sont également libérés dans les gaz de combustion par décomposition. Aujourd’hui, 3 façons différentes de réduire ces polluants sont utilisées (méthodes dites primaires de réduction des NOx) :
- Mesures régulant le système de combustion lui-même
- Intervention de conception dans la chambre de combustion
- Une combinaison des deux méthodes précédentes
Les éléments de base de la réduction primaire des oxydes d’azote sont les mesures de régulation du système de combustion lui-même. Celles-ci incluent, par exemple, la recirculation des gaz de combustion, le fonctionnement de la combustion avec un faible coefficient d’excès d’air, qui est surveillé par le système ASŘTP en fonction des conditions dynamiques de combustion elle-même, ou diverses valeurs de fonctionnement de la puissance des températures dans les étages individuels de la chambre de combustion.
La deuxième façon de réduire ces oxydes est de concevoir la chambre de combustion elle-même. Il s’agit principalement du remplacement des brûleurs existants par une alimentation en air de combustion étagée et à faibles émissions, de la conception des coins morts de la chambre, etc.
Le troisième principe utilisé consiste en différentes méthodes combinant les deux catégories précédentes, le plus souvent des modifications des circuits de broyage de combustible ainsi qu’une régulation de l’alimentation en air primaire, mais surtout secondaire de la chambre de combustion.
D’autres méthodes de réduction des NOx des résidus de combustion sont des méthodes basées sur l’injection d’un additif à base d’ammoniac ou d’urée dans les gaz de combustion.
Réduction sélective non catalytique des NOx
La réduction sélective non catalytique consiste à créer des conditions de réduction dans lesquelles l’ammoniac ou l’urée injectée dans la chaudière réduit sélectivement (de préférence) les oxydes d’azote pour produire de l’azote élémentaire et de la vapeur d’eau. L’efficacité de réduction des NO x est de 40 à 60 %. Une caractéristique de cette méthode est qu’elle se déroule dans la chaudière à une plage de température allant de 900 à 1 050 °C. L’utilisation de l’ammoniac comme agent réducteur présente certains inconvénients. L’ammoniac est une substance dangereuse pour la santé qui nécessite un équipement technologique plus complexe pour le stockage et la manipulation. Lorsqu’il fuit, l’environnement est perturbé par les odeurs, les composés d’ammoniac et de soufre qui en résultent peuvent former des dépôts indésirables sur les machines. Pour ces raisons, l’urée est utilisée à la place de l’ammoniac dans certains processus.
Réduction sélective non catalytique
La réduction catalytique sélective est basée sur les mêmes réactions chimiques que la précédente réduction non catalytique, mais grâce au catalyseur, les réactions ont lieu à des températures de 300 à 400 °C. L’ammoniac est injecté dans les gaz, qui sont ensuite introduits dans le réacteur à catalyseur, dans lequel les oxydes d’azote contenus dans les gaz sont à nouveau convertis en azote et en vapeur d’eau. L’efficacité de réduction des NO x est de 80 à 90 %. Les catalyseurs sont le plus souvent constitués d’oxydes de vanadium, de molybdène, de tungstène et de leurs combinaisons. Leur prix est relativement élevé et leur durée de vie est relativement faible.