La combustion du charbon dans les centrales électriques produit des déchets solides, tels que des cendres volantes et des cendres de fond, ainsi que des gaz de combustion rejetés dans l'atmosphère. De nombreuses centrales doivent éliminer les émissions de SOx des gaz de combustion grâce à des systèmes de désulfuration des gaz de combustion (DGC). Les trois principales technologies de DGC utilisées aux États-Unis sont l'épuration par voie humide (85 % des installations), l'épuration par voie sèche (12 %) et l'injection de sorbant sec (3 %). Les épurateurs par voie humide éliminent généralement plus de 90 % des SOx, contre 80 % pour les épurateurs par voie sèche. Cet article présente les technologies de pointe pour le traitement des eaux usées générées par la désulfuration par voie humide.Systèmes de désulfuration des gaz de combustion.
Notions de base sur la désulfuration des gaz de combustion par voie humide
Les technologies de désulfuration des gaz de combustion par voie humide (DGC) ont en commun une section 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 boue alcaline de chaux, d'hydroxyde de sodium ou de calcaire. Pour diverses raisons économiques, les épurateurs plus récents ont tendance à utiliser une boue calcaire.
Lorsque le calcaire réagit avec le SOx dans les conditions réductrices de l'absorbeur, le SO2 (principal composant du SOx) est transformé en sulfite, produisant une boue riche en sulfite de calcium. Les anciens systèmes de désulfuration des gaz de combustion (appelés systèmes à oxydation naturelle ou à oxydation inhibée) produisaient un sous-produit, le sulfite de calcium.Systèmes de désulfuration des gaz de combustionutilisent un réacteur d'oxydation dans lequel la boue de sulfite de calcium est convertie en sulfate de calcium (gypse) ; ceux-ci sont appelés systèmes de désulfuration des gaz de combustion (FGD) à oxydation forcée au calcaire (LSFO).
Les systèmes modernes de désulfuration des gaz de combustion (DGC) LSFO utilisent soit une tour de pulvérisation avec réacteur d'oxydation intégré à la base (figure 1), soit un système de barbotage à jet. Dans chaque cas, le gaz est absorbé dans une boue calcaire en conditions anoxiques ; la boue passe ensuite dans un réacteur aérobie, ou zone de réaction, où le sulfite est transformé en sulfate et le gypse précipite. Le temps de rétention hydraulique dans le réacteur d'oxydation est d'environ 20 minutes.
1. Système de désulfuration des gaz de combustion (DGC) par oxydation forcée du calcaire sur colonne pulvérisée (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, ce qui entraîne des difficultés de traitement ultérieur. Source : CH2M HILL
Ces systèmes fonctionnent généralement avec des matières en suspension de 14 à 18 %. Ces matières sont constituées de gypse fin et grossier, de cendres volantes et de matériaux inertes introduits avec le calcaire. Lorsque la teneur en matières solides atteint un seuil, la boue est purgée. La plupart des systèmes de déshydratation des gaz de combustion (DGC) LSFO utilisent des systèmes mécaniques de séparation des solides et de déshydratation pour séparer le gypse et les autres solides de l'eau de purge (figure 2).
2. Système de déshydratation du gypse par purge de déshydratation des gaz de combustion. Dans un système de déshydratation du gypse classique, les particules de la purge sont classées, ou séparées, en fractions grossières et fines. Les particules fines sont séparées dans la surverse de l'hydroclone pour produire une sousverse composée principalement de gros cristaux de gypse (pour une commercialisation potentielle) qui peuvent être déshydratés jusqu'à une faible teneur en humidité grâce à un système de déshydratation à bande sous vide. Source : CH2M HILL
Certains systèmes de déshydratation des gaz de combustion utilisent des épaississeurs gravitaires ou des bassins de décantation pour la classification et la déshydratation des solides, et d'autres des centrifugeuses ou des systèmes de déshydratation à tambour rotatif sous vide. Cependant, la plupart des nouveaux systèmes utilisent des hydroclones et des tapis à vide. Certains peuvent utiliser deux hydroclones en série pour optimiser l'élimination des solides dans le système de déshydratation. Une partie du trop-plein de l'hydroclone peut être renvoyée vers le système de déshydratation des gaz de combustion afin de réduire le débit des eaux usées.
La purge peut également être initiée lorsqu'il y a une accumulation de chlorures dans la boue de désulfuration des gaz de combustion, rendue nécessaire par les limites imposées par la résistance à la corrosion des matériaux de construction du système de désulfuration des gaz de combustion.
Caractéristiques des eaux usées FGD
De nombreuses variables influencent la composition des eaux usées issues de la désulfuration des gaz de combustion (DGC), telles que la composition du charbon et du calcaire, le type d'épurateur et le système de déshydratation du gypse utilisé. Le charbon apporte des gaz acides (chlorures, fluorures et sulfates) ainsi que des métaux volatils, dont l'arsenic, le mercure, le sélénium, le bore, le cadmium et le zinc. Le calcaire apporte du fer et de l'aluminium (issus des minéraux argileux) aux eaux usées issues de la désulfuration des gaz de combustion. 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 calcaire. Les argiles ont tendance à apporter des fines inertes, ce qui explique en partie la purge des eaux usées de l'épurateur.
De : Thomas E. Higgins, PhD, PE ; A. Thomas Sandy, PE ; et Silas W. Givens, PE.
Email: caroline@rbsic-sisic.com
Date de publication : 4 août 2018