La combustion du charbon dans les installations de production d'électricité produit des déchets solides, tels que des cendres résiduelles et volantes, ainsi que des gaz de combustion qui sont rejetés dans l'atmosphère. De nombreuses usines doivent éliminer les émissions de SOx des gaz de combustion à l'aide de systèmes de désulfuration des gaz de combustion (FGD). Les trois principales technologies de FGD utilisées aux États-Unis sont le lavage humide (85 % des installations), le lavage à sec (12 %) et l'injection de sorbant sec (3 %). Les épurateurs humides éliminent généralement plus de 90 % des SOx, comparativement aux épurateurs secs, qui en éliminent 80 %. Cet article présente les technologies de pointe pour traiter les eaux usées générées par les eaux humides.Systèmes FGD.
Bases du FGD humide
Les technologies de FGD humide ont en commun une section de réacteur à boues et une section de déshydratation des solides. Différents types d'absorbeurs ont été utilisés, notamment des tours à garnissage et à plateaux, des épurateurs venturi et des épurateurs par pulvérisation dans la section réacteur. Les absorbeurs neutralisent les gaz acides avec une bouillie alcaline de chaux, d'hydroxyde de sodium ou de calcaire. Pour un certain nombre de raisons économiques, les épurateurs les plus récents ont tendance à utiliser des boues de calcaire.
Lorsque le calcaire réagit avec le SOx dans les conditions réductrices de l'absorbeur, le SO 2 (le composant majeur du SOx) est converti en sulfite et une suspension riche en sulfite de calcium est produite. Les systèmes FGD antérieurs (appelés systèmes d’oxydation naturelle ou d’oxydation inhibée) produisaient un sous-produit de sulfite de calcium. Plus récentSystèmes FGDutiliser un réacteur d'oxydation dans lequel la suspension de sulfite de calcium est convertie en sulfate de calcium (gypse) ; ceux-ci sont appelés systèmes FGD à oxydation forcée du calcaire (LSFO).
Les systèmes LSFO FGD modernes typiques utilisent soit un absorbeur de tour de pulvérisation avec un réacteur d'oxydation intégré dans la base (Figure 1), soit un système de barboteur à jet. Dans chacun d'eux, le gaz est absorbé dans une boue calcaire dans des conditions anoxiques ; la suspension passe ensuite dans un réacteur aérobie ou une zone de réaction, où le sulfite est converti en sulfate et où le gypse précipite. Le temps de séjour hydraulique dans le réacteur d'oxydation est d'environ 20 minutes.
1. Système FGD à oxydation forcée de calcaire à colonne de pulvérisation (LSFO). Dans un épurateur LSFO, la boue passe dans un réacteur, où de l'air est ajouté pour forcer l'oxydation du sulfite en sulfate. Cette oxydation semble convertir le sélénite en sélénate, entraînant des difficultés de traitement ultérieures. Source : CH2M COLLINE
Ces systèmes fonctionnent généralement avec des matières en suspension de 14 à 18 %. Les matières en suspension sont constituées de solides de gypse fins et grossiers, de cendres volantes et de matières inertes introduites avec le calcaire. Lorsque les solides atteignent une limite supérieure, la boue est purgée. La plupart des systèmes LSFO FGD utilisent des systèmes mécaniques de séparation et de déshydratation des solides pour séparer le gypse et les autres solides de l'eau de purge (Figure 2).
2. Système de déshydratation du gypse de purge FGD. Dans un système de déshydratation du gypse typique, les particules présentes dans la purge sont classées ou séparées en fractions grossières et fines. Les fines particules sont séparées dans le trop-plein de l'hydroclone pour produire un sous-verse composé principalement de gros cristaux de gypse (pour vente potentielle) qui peuvent être déshydratés jusqu'à une faible teneur en humidité avec un système de déshydratation à bande sous vide. Source : CH2M COLLINE
Certains systèmes FGD utilisent des épaississeurs par gravité ou des bassins de décantation pour la classification et la déshydratation des solides, et certains utilisent des centrifugeuses ou des systèmes de déshydratation à tambour rotatif sous vide, mais la plupart des nouveaux systèmes utilisent des hydroclones et des courroies sous vide. Certains peuvent utiliser deux hydroclones en série pour augmenter l’élimination des solides dans le système de déshydratation. Une partie du trop-plein d’hydroclone peut être renvoyée vers le système FGD pour réduire le débit des eaux usées.
La purge peut également être initiée lorsqu'il y a une accumulation de chlorures dans la boue FGD, rendue nécessaire par les limites imposées par la résistance à la corrosion des matériaux de construction du système FGD.
Caractéristiques des eaux usées FGD
De nombreuses variables affectent la composition des eaux usées du DGC, telles que la composition du charbon et du calcaire, le type d'épurateur et le système de déshydratation du gypse utilisé. Le charbon fournit des gaz acides – tels que les chlorures, les fluorures et les sulfates – ainsi que des métaux volatils, notamment l’arsenic, le mercure, le sélénium, le bore, le cadmium et le zinc. Le calcaire apporte du fer et de l'aluminium (issus de minéraux argileux) aux eaux usées du FGD. Le calcaire est généralement pulvérisé dans un broyeur à boulets humide, et l'érosion et la corrosion des boulets apportent du fer à la boue de calcaire. Les argiles ont tendance à contribuer aux fines inertes, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles les eaux usées sont évacuées du laveur.
De : Thomas E. Higgins, PhD, PE ; A. Thomas Sandy, Î.-P.-É.; et Silas W. Givens, PE.
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Heure de publication : 04 août 2018