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 sont tenues d'éliminer les émissions de SOx des gaz de combustion grâce à des systèmes de désulfuration des gaz de combustion (FGD). Aux États-Unis, les trois principales technologies FGD sont le lavage humide (85 % des installations), le lavage sec (12 %) et l'injection de sorbant sec (3 %). Les laveurs humides éliminent généralement plus de 90 % des SOx, contre 80 % pour les laveurs secs. Cet article présente les technologies de pointe pour le traitement des eaux usées générées par le lavage humide.Systèmes FGD.
Principes de base du FGD humide
Les technologies de désulfuration des gaz de combustion par voie humide (FGD) comportent généralement une section de réacteur à suspension et une section de déshydratation des solides. Différents types d'absorbeurs ont été utilisés dans la section de réacteur, notamment des colonnes garnies et à plateaux, des laveurs Venturi et des laveurs à pulvérisation. Ces absorbeurs neutralisent les gaz acides grâce à une suspension alcaline de chaux, d'hydroxyde de sodium ou de calcaire. Pour des raisons économiques, les laveurs les plus récents privilégient l'utilisation d'une suspension de calcaire.
Lorsque le calcaire réagit avec les SOx dans les conditions réductrices de l'absorbeur, le SO₂ (principal composant des SOx) est converti en sulfite, et une suspension riche en sulfite de calcium est produite. Les anciens systèmes de désulfuration des gaz de combustion (appelés systèmes d'oxydation naturelle ou d'oxydation inhibée) produisaient du sulfite de calcium comme sous-produit. Les nouveaux systèmes…Systèmes FGDutiliser un réacteur d'oxydation dans lequel la suspension de sulfite de calcium est convertie en sulfate de calcium (gypse) ; il s'agit de systèmes FGD à oxydation forcée du calcaire (LSFO).
Les systèmes modernes de désulfuration des gaz de combustion (FGD) à base de fioul lourd (LSFO) utilisent généralement soit un absorbeur à tour de pulvérisation avec réacteur d'oxydation intégré à sa base (Figure 1), soit un système à barboteur. Dans les deux cas, le gaz est absorbé dans une suspension de calcaire en conditions anoxiques ; la suspension passe ensuite dans un réacteur aérobie ou zone de réaction, où le sulfite est converti en sulfate et le gypse précipite. Le temps de séjour hydraulique dans le réacteur d'oxydation est d'environ 20 minutes.
1. Système de désulfuration des gaz de combustion (FGD) par oxydation forcée au calcaire en colonne de pulvérisation (LSFO). Dans un laveur LSFO, la suspension 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 ultérieures. Source : CH2M HILL
Ces systèmes fonctionnent généralement avec une teneur en matières en suspension de 14 % à 18 %. Ces matières en suspension sont composées de particules fines et grossières de gypse, de cendres volantes et de matériaux inertes introduits avec le calcaire. Lorsque la teneur en matières en suspension atteint un seuil maximal, la boue est purgée. La plupart des systèmes de désulfuration des gaz de combustion à base de fioul lourd (LSFO) utilisent des systèmes mécaniques de séparation des solides et de déshydratation pour séparer le gypse et les autres matières solides de l'eau de purge (Figure 2).
2. Système de déshydratation du gypse issu des purges de désulfuration des gaz de combustion (FGD). Dans un système typique de déshydratation du gypse, les particules des purges sont classées, ou séparées, en fractions grossières et fines. Les particules fines sont séparées dans le trop-plein de l'hydroclone pour produire un sous-flux composé principalement de gros cristaux de gypse (destinés à la vente) qui peuvent être déshydratés jusqu'à une faible teneur en humidité grâce à un système de déshydratation par bande sous vide. Source : CH2M HILL
Certains systèmes de désulfuration des gaz de combustion (FGD) utilisent des épaississeurs gravitaires ou des bassins de décantation pour le classement et la déshydratation des matières solides, tandis que d'autres font appel à des centrifugeuses ou à des systèmes de déshydratation par tambour rotatif sous vide. La plupart des systèmes récents utilisent cependant des hydroclones et des bandes transporteuses sous vide. Il est possible que certains systèmes utilisent deux hydroclones en série afin d'améliorer l'élimination des matières solides lors de la déshydratation. Une partie du trop-plein de l'hydroclone peut être réinjectée dans le système FGD pour réduire le débit des eaux usées.
La purge peut également être déclenchée en cas d'accumulation de chlorures dans la suspension FGD, rendue nécessaire par les limites imposées par la résistance à la corrosion des matériaux de construction du système FGD.
Caractéristiques des eaux usées issues du désulfurage des gaz de combustion
La composition des eaux usées issues du traitement des gaz de combustion (FGD) est influencée par de nombreux facteurs, tels que la composition du charbon et du calcaire, le type d'épurateur et le système de déshydratation au gypse utilisé. Le charbon apporte des gaz acides (chlorures, fluorures et sulfates) ainsi que des métaux volatils, notamment l'arsenic, le mercure, le sélénium, le bore, le cadmium et le zinc. Le calcaire contribue à la présence de fer et d'aluminium (provenant des minéraux argileux) dans les eaux usées. Généralement broyé dans un broyeur à boulets humide, le calcaire, par érosion et corrosion des boulets, libère du fer dans la suspension calcaire. Les argiles sont responsables des fines particules inertes, ce qui explique en partie la purge des eaux usées à la sortie de l'épurateur.
De la part 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