Analyse des raisons des difficultés de déshydratation du gypse
1. Alimentation en fioul et combustion stable
Les chaudières des centrales thermiques au charbon consomment d'importantes quantités de fioul pour assurer la combustion lors du démarrage, de l'arrêt, du fonctionnement stable à faible charge et de la régulation des pics de consommation, en raison de leur conception et de la combustion du charbon. Un fonctionnement instable et une combustion incomplète entraînent le passage d'une quantité considérable de fioul imbrûlé, ou d'un mélange de fioul et de poudre, dans la suspension absorbante avec les gaz de combustion. Sous l'effet des fortes turbulences au sein de l'absorbeur, une fine mousse se forme facilement et s'accumule à la surface de la suspension. L'analyse de la composition de cette mousse est présentée ci-après.
Alors que l'huile s'accumule à la surface de la suspension, une partie se disperse rapidement dans la suspension absorbante sous l'effet de l'agitation et de la pulvérisation. Un mince film d'huile se forme alors à la surface du calcaire, du sulfite de calcium et des autres particules présentes dans la suspension. Ce film enrobe le calcaire et les autres particules, entravant leur dissolution et l'oxydation du sulfite de calcium, ce qui affecte l'efficacité de la désulfuration et la formation du gypse. La suspension huileuse issue de la tour d'absorption pénètre dans le système de déshydratation du gypse par la pompe de refoulement. La présence d'huile et de produits d'acide sulfureux incomplètement oxydés peut facilement obstruer les mailles du filtre du convoyeur à bande sous vide, ce qui complique la déshydratation du gypse.
2.Concentration de fumée à l'entrée
La tour d'absorption pour la désulfuration par voie humide présente un effet synergique de dépoussiérage, avec une efficacité pouvant atteindre 70 %. La centrale est conçue pour une concentration de poussières de 20 mg/m³ à la sortie du dépoussiéreur (entrée de la désulfuration). Afin d'économiser de l'énergie et de réduire la consommation électrique, la concentration réelle de poussières à la sortie du dépoussiéreur est maintenue à environ 30 mg/m³. L'excès de poussières pénètre dans la tour d'absorption et est éliminé par l'effet synergique du système de désulfuration. La plupart des particules de poussière entrant dans la tour d'absorption après purification électrostatique ont une taille inférieure à 10 µm, voire à 2,5 µm, bien inférieure à celle des particules de la suspension de gypse. Lorsque les poussières pénètrent dans le convoyeur à bande sous vide avec la suspension de gypse, elles obstruent également la toile filtrante, réduisant ainsi sa perméabilité à l'air et entravant la déshydratation du gypse.
2. Influence de la qualité de la boue de gypse
1. Densité de la suspension
La densité de la suspension indique sa concentration dans la tour d'absorption. Une densité trop faible signifie une faible teneur en CaSO₄ et une forte teneur en CaCO₃, ce qui entraîne un gaspillage de CaCO₃. Par ailleurs, la petite taille des particules de CaCO₃ peut compliquer la déshydratation du gypse. À l'inverse, une densité trop élevée signifie une forte concentration de CaSO₄, ce qui entrave la dissolution du CaCO₃ et inhibe l'absorption du SO₂. Le CaCO₃ pénètre alors dans le système de déshydratation sous vide avec la suspension de gypse et affecte également l'efficacité de la déshydratation. Afin d'exploiter pleinement les avantages du système à double tour et double circulation de désulfuration des gaz de combustion par voie humide, le pH de la première tour doit être maintenu entre 5,0 et 0,2, et la densité de la suspension entre 1 100 et 20 kg/m³. En pratique, la densité de la suspension dans la première tour de l'installation est d'environ 1 200 kg/m³, et peut même atteindre 1 300 kg/m³ ponctuellement ; elle est toujours maintenue à un niveau élevé.
2. Degré d'oxydation forcée de la suspension
L'oxydation forcée de la suspension consiste à y introduire suffisamment d'air pour que la réaction d'oxydation du sulfite de calcium en sulfate de calcium soit quasi complète, avec un taux d'oxydation supérieur à 95 %, garantissant ainsi la présence de différentes variétés de gypse en quantité suffisante pour la croissance cristalline. Une oxydation insuffisante entraîne la formation de cristaux mixtes de sulfite et de sulfate de calcium, provoquant l'entartrage. Le degré d'oxydation forcée de la suspension dépend de facteurs tels que la quantité d'air d'oxydation, le temps de séjour de la suspension et l'efficacité de l'agitation. Un apport d'air d'oxydation insuffisant, un temps de séjour trop court, une distribution non homogène de la suspension et une agitation insuffisante conduisent à une teneur en CaSO₃·1/2H₂O trop élevée dans la tour. On constate ainsi qu'une oxydation locale insuffisante entraîne une teneur en CaSO₃·1/2H₂O nettement supérieure à la normale, ce qui complique la déshydratation du gypse et augmente sa teneur en eau.
3. Teneur en impuretés de la suspension : Les impuretés présentes dans la suspension proviennent principalement des gaz de combustion et du calcaire. Elles forment des ions impurs qui affectent la structure cristalline du gypse. Les métaux lourds dissous en continu dans les fumées inhibent la réaction entre les ions Ca²⁺ et HSO₃⁻. Lorsque les teneurs en F⁻ et Al³⁺ sont élevées dans la suspension, le complexe fluor-aluminium AlFn se forme et recouvre la surface des particules de calcaire, provoquant un empoisonnement de la suspension et une réduction de l'efficacité de la désulfuration. De plus, les fines particules de calcaire se mélangent aux cristaux de gypse incomplètement déshydratés, ce qui rend la déshydratation du gypse difficile. Les ions Cl⁻ présents dans la suspension proviennent principalement de l'acide chlorhydrique contenu dans les gaz de combustion et l'eau de procédé. La teneur en Cl⁻ dans l'eau de procédé étant relativement faible, les ions Cl⁻ présents dans la suspension proviennent principalement des gaz de combustion. En présence d'une grande quantité d'ions Cl⁻ dans la suspension, ces ions sont piégés par les cristaux et se combinent à une certaine quantité d'ions Ca²⁺ présents dans la suspension pour former du CaCl₂ stable, laissant une certaine quantité d'eau dans les cristaux. Simultanément, une certaine quantité de CaCl₂ reste emprisonnée entre les cristaux de gypse, bloquant les canaux de circulation de l'eau libre et entraînant ainsi une augmentation de la teneur en eau du gypse.
3. Influence de l'état de fonctionnement de l'équipement
1. Système de déshydratation du gypse : La suspension de gypse est pompée vers le cyclone à gypse pour une première déshydratation via la pompe de refoulement. Lorsque la suspension de fond atteint une teneur en solides d'environ 50 %, elle est acheminée vers le convoyeur à bande sous vide pour une seconde déshydratation. Les principaux facteurs influençant l'efficacité de la séparation dans le cyclone sont la pression d'entrée et le diamètre de la buse de décantation. Une pression d'entrée trop faible compromet la séparation solide-liquide, réduit la teneur en solides de la suspension de fond, ce qui nuit à la déshydratation du gypse et augmente sa teneur en eau. À l'inverse, une pression d'entrée trop élevée améliore la séparation, mais nuit à l'efficacité de classification du cyclone et entraîne une usure prématurée des équipements. Si la taille de la buse de décantation du sable est trop grande, la boue s'écoulant par le bas aura également une teneur en matières solides plus faible et des particules plus petites, ce qui affectera l'effet de déshydratation du convoyeur à bande sous vide.
Un niveau de vide trop élevé ou trop faible affecte l'efficacité de la déshydratation du gypse. Un vide trop faible réduit la capacité d'extraction d'humidité et nuit à la déshydratation. À l'inverse, un vide trop élevé peut entraîner l'obstruction des mailles du tissu filtrant ou le décalage de la bande transporteuse, ce qui dégrade également la déshydratation. Dans des conditions de fonctionnement identiques, plus la perméabilité à l'air du tissu filtrant est élevée, meilleure est la déshydratation. Une faible perméabilité et l'obstruction des canaux de filtration nuisent à la déshydratation. L'épaisseur du gâteau de filtration influe également de manière significative sur la déshydratation. Lorsque la vitesse du convoyeur diminue, l'épaisseur du gâteau augmente, ce qui réduit la capacité de la pompe à vide à extraire la couche supérieure et entraîne une augmentation de la teneur en humidité du gypse. Lorsque la vitesse du convoyeur à bande augmente, l'épaisseur du gâteau de filtration diminue, ce qui peut facilement provoquer des fuites locales de gâteau de filtration, détruisant le vide et entraînant également une augmentation de la teneur en humidité du gypse.
2. Un fonctionnement anormal du système de traitement des eaux usées par désulfuration ou un volume d'eaux usées traitées insuffisant peuvent affecter le rejet normal de ces eaux. En fonctionnement prolongé, des impuretés telles que la fumée et la poussière continuent de pénétrer dans la boue, et la concentration en métaux lourds, chlorures (Cl⁻), fluorures (F⁻), aluminium (Al⁻), etc., s'y augmente, entraînant une détérioration continue de sa qualité et affectant le bon déroulement de la réaction de désulfuration, la formation et la déshydratation du gypse. À titre d'exemple, la concentration en chlorures dans la boue de la première tour d'absorption de la centrale électrique atteint 22 000 mg/L, et la concentration en chlorures dans le gypse atteint 0,37 %. Lorsque la concentration en chlorures dans la boue est d'environ 4 300 mg/L, la déshydratation du gypse est optimale. Au-delà de cette concentration, l'efficacité de la déshydratation diminue progressivement.
Mesures de contrôle
1. Renforcer le réglage de la combustion du fonctionnement de la chaudière, réduire l'impact de l'injection d'huile et de la combustion stable sur le système de désulfuration pendant les phases de démarrage et d'arrêt de la chaudière ou en fonctionnement à faible charge, contrôler le nombre de pompes de circulation de boues mises en service et réduire la pollution de la boue par le mélange de poudre d'huile imbrûlée.
2. Compte tenu du fonctionnement stable à long terme et de l'économie globale du système de désulfuration, renforcer le réglage du fonctionnement du dépoussiéreur, adopter un fonctionnement à paramètres élevés et contrôler la concentration de poussière à la sortie du dépoussiéreur (entrée de désulfuration) dans les limites de la valeur de conception.
3. Surveillance en temps réel de la densité de la suspension (densimètre à suspension), volume d'air d'oxydation, niveau de liquide dans la tour d'absorption (radar de niveau), un dispositif d'agitation de la suspension, etc., afin de garantir que la réaction de désulfuration soit effectuée dans des conditions normales.
4. Renforcer la maintenance et le réglage du cyclone à gypse et du convoyeur à bande sous vide, contrôler la pression d'entrée du cyclone à gypse et le degré de vide du convoyeur à bande dans une plage raisonnable, et vérifier régulièrement le cyclone, la buse de décantation du sable et le tissu filtrant pour garantir le fonctionnement optimal de l'équipement.
5. Assurer le fonctionnement normal du système de traitement des eaux usées de désulfuration, évacuer régulièrement les eaux usées de désulfuration et réduire la teneur en impuretés dans la boue de la tour d'absorption.
Conclusion
La déshydratation du gypse représente un défi majeur pour les équipements de désulfuration par voie humide. De nombreux facteurs entrent en jeu et nécessitent une analyse approfondie, ainsi qu'un ajustement précis des paramètres, notamment le milieu extérieur, les conditions de réaction et l'état de fonctionnement de l'équipement. Seule une compréhension fine du mécanisme de désulfuration et des caractéristiques de fonctionnement de l'équipement, associée à une maîtrise optimale des principaux paramètres de fonctionnement du système, permet de garantir une déshydratation efficace du gypse.
Date de publication : 6 février 2025
