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Jun 09, 2023

Conception de systèmes de conduits/cheminées humides pour le charbon

À mesure que les limites des émissions de SO2 deviennent plus strictes, de nombreuses centrales électriques alimentées au charbon ajoutent de nouveaux systèmes de désulfuration des gaz de combustion (FGD) ou modernisent ceux existants. La majorité de ces systèmes emploient

À mesure que les limites des émissions de SO2 deviennent plus strictes, de nombreuses centrales électriques alimentées au charbon ajoutent de nouveaux systèmes de désulfuration des gaz de combustion (FGD) ou modernisent ceux existants. La majorité de ces systèmes utilisent des technologies FGD humides. De nombreuses usines équipées de systèmes FGD humides utilisent des gaz de combustion réchauffés pour sécher les gaz saturés sortant de l'absorbeur du système avant qu'ils ne soient envoyés à la cheminée.

Cependant, en raison du coût de l'énergie de plus en plus élevé et/ou de la nécessité de réduire les émissions totales de SO2 des installations, le réchauffage des gaz de combustion n'est généralement plus utilisé dans les nouvelles installations et est éliminé dans les installations déjà en service. Sans réchauffage, les fumées saturées sortant de l’absorbeur entrent directement dans la cheminée. En plus des gouttelettes entraînées par le dévésiculeur, la vapeur d'eau se condensant à partir des gaz de combustion saturés crée un film liquide qui recouvre les parois du conduit de sortie de l'absorbeur et du revêtement de la cheminée. Ce film doit être collecté et évacué du système par un processus appelé opération de pile humide. Si les conduits, le revêtement de la cheminée et le système de collecte de liquide ne sont pas correctement conçus, des quantités inacceptables de gouttelettes de liquide peuvent être évacuées du haut de la cheminée.

Le fonctionnement sans problème d'une unité FGD avec des conduits et des cheminées humides nécessite une étude de plusieurs problèmes potentiels liés à la manipulation et à l'évacuation des gaz de combustion humides. Cela doit être fait lors de la conception du système de cheminée et de conduits. Cet article décrit les aspects de conception importants qui doivent être pris en compte si l'on veut minimiser les rejets de liquide provenant d'une installation à cheminée humide nouvelle ou modernisée.

Bien que les systèmes FGD humides soient utilisés depuis des décennies, la plupart fonctionnent avec des cheminées sèches. À la fin des années 1970, certains services publics ont commencé à utiliser des conduits et des cheminées humides pour réduire leurs coûts d'exploitation, mais dans de nombreux cas, le résultat (imprévu) de ce changement a été des niveaux inacceptablement élevés de rejets de liquides de cheminée (SLD). Pour améliorer la compréhension des processus physiques se déroulant dans les systèmes FGD humides, dans les années 1980, l'EPRI a parrainé un certain nombre de programmes visant à déterminer les variables clés contribuant au réentraînement des liquides. Les résultats de l'une de ces études ont été résumés dans le rapport EPRI n° CS-2520, « Entrainment in Wet Stacks ».

À la fin des années 1990, de nombreuses centrales électriques fonctionnaient avec des systèmes de conduits/cheminées humides – la plupart étant équipés de collecteurs de liquides – et une expérience suffisante avait été développée pour que l’EPRI parraine un autre programme visant à élaborer des directives pratiques pour la conception et l’exploitation des cheminées humides. Les résultats de cette étude ont été résumés dans le rapport EPRI n° TR-107099, « Wet Stacks Design Guide ».

Comme le détaillent les deux rapports, le développement d’une installation efficace à cheminée humide nécessite une conception dynamique des fluides approfondie du système de conduits/cheminée humide ainsi que des collecteurs et drains de liquide. Le processus de conception, généralement réalisé par un laboratoire de modélisation d'écoulement expérimenté dans ce domaine, comprend généralement cinq phases distinctes :

En utilisant les résultats des quatre premières phases, les ingénieurs des services publics peuvent finaliser la conception du système FGD humide et rédiger les spécifications des offres de fourniture et de construction. Les résultats de la cinquième phase sont utilisés pour soutenir l'installation du système de collecte des liquides.

L'expérience suggère qu'un examen précoce de la géométrie proposée d'un conduit de sortie d'absorbeur et d'une brèche/entrée de cheminée produit souvent des modifications recommandées pour rendre la géométrie plus adaptée au fonctionnement humide. Cet examen doit être effectué par un consultant possédant une vaste expérience dans la conception et l’exploitation de systèmes à pile humide. Les principales variables de conception du système, telles que la vitesse des gaz, la hauteur et la largeur des brèches et le diamètre du revêtement, doivent être comparées aux valeurs qui se sont révélées favorables au fonctionnement humide dans d'autres usines. De simples changements dans la géométrie du système, tels que l'ajustement du rapport d'aspect de la brèche, peuvent souvent améliorer considérablement l'efficacité du système de collecte de liquide, en améliorant les schémas d'écoulement dans le revêtement inférieur, en minimisant le potentiel de réentraînement de liquide, en réduisant le nombre total de collecteurs de liquides requis et/ou réduisant la complexité du système.