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Oct 05, 2023

Gestion durable des cendres : Eau

Dans les centrales thermiques au charbon (TPP), près de 40 % du charbon

Dans les centrales thermiques au charbon (TPP), près de 40 % du charbon consommé est transformé en cendres. Il s'agit d'un sous-produit majeur du processus de génération, qui est difficile à éliminer et a de nombreuses utilisations qui nécessitent qu'il soit valorisé. La plupart des usines s'engagent donc dans la gestion des cendres.

Cependant, la manipulation des cendres nécessite d'énormes quantités d'eau, juste derrière les systèmes de refroidissement des TPP. Avec les normes actuelles en matière d'eau et l'évolution en cours vers des systèmes de désulfuration des gaz de combustion à forte consommation d'eau, l'optimisation de la consommation d'eau dans le processus de traitement des cendres est nécessaire.

Stratégies pour l'efficacité de l'eau

Dans la plupart des usines, le rapport cendres/eau s'est avéré être de 1:20. Limiter cela à 1:5 pour les cendres volantes et 1:8 pour les cendres résiduelles peut contribuer de manière significative à la conservation de l'eau. Pour chaque pourcentage du rapport cendres/eau qui est réduit, 60 mètres cubes d'eau par heure peuvent potentiellement être économisés.

Il existe deux types de cendres générées dans les TPP à base de charbon : les cendres résiduelles et les cendres volantes. Les mâchefers sont générés sous le four de la TPP et représentent près de 20 % de la quantité totale de cendres générées. Il est de nature grossière et doit être broyé pour une manipulation ultérieure.

Les cendres volantes, en revanche, représentent environ 80 % de la quantité totale de cendres générées dans les TPP. Il se compose de particules très fines qui sont collectées via une trémie d'économiseur, une trémie de préchauffage d'air ou un précipitateur électrostatique (ESP), et doivent être éliminées correctement.

Systèmes de manutention des cendres

Les cendres résiduelles de la chaudière nécessitent de l'eau pendant la manipulation et l'élimination en raison de la présence de mâchefers, tandis que les cendres volantes des précipitateurs électrostatiques peuvent être complètement éliminées sous forme sèche. Mais l'élimination par voie humide (boue de 10 à 20 % de cendres en poids avec de l'eau) est plus courante pour des raisons économiques. Le système d'élimination des boues à haute concentration (HCSD) utilise moins d'eau que le système humide (concentration de cendres de 50 à 60 % en poids).

La manipulation à sec des cendres volantes peut être une méthode efficace pour réduire la consommation d'eau. Le matériau peut être collecté à partir de l'ESP via un système pneumatique et transféré dans un silo de stockage intermédiaire correctement aéré. Il peut ensuite être envoyé aux utilisateurs finaux. L'un des problèmes majeurs de cette méthode est le blocage des lignes en raison de la faible capacité de transport. Par conséquent, il est important d'analyser les particules de cendres avant de concevoir une usine de traitement des cendres (AHP). D'autres problèmes incluent la nécessité d'un dimensionnement approprié du compresseur d'air, et les possibilités d'étouffement de la tête de mouillage et des buses du laveur d'air, et la corrosion de la pompe à eau.

L'élimination mécanique des mâchefers est une autre méthode efficace, qui implique l'utilisation de systèmes mécanisés de convoyage des mâchefers comme alternative aux systèmes conventionnels d'évacuation des mâchefers.

Une autre alternative est le système d'élimination des boues à haute concentration, qui utilise des trémies tampons intermédiaires, des trémies tampons de flux, un convoyeur à vis, un mélangeur de cendres, un réservoir de rétention d'agitateur et une pompe de charge. Les cendres volantes sont collectées sous forme sèche dans chaque trémie tampon intermédiaire et sont évacuées vers des réservoirs de mélange agités via des convoyeurs à vis et des mélangeurs de cendres. Le débit d'eau vers le mélangeur de cendres est contrôlé par un moteur. Ce procédé réduit la dilution du lisier, économisant à la fois de l'énergie et de l'eau. Ces systèmes nécessitent moins d'espace et ont des coûts d'investissement et d'exploitation inférieurs. Le processus utilise 8,34 % de l'eau requise dans d'autres systèmes de traitement des cendres et présente un risque minimal à nul de contamination par fuite d'eau. Il nécessite une capacité négligeable du système de recyclage des eaux de ruissellement et de l'eau. Cela réduit également le besoin de dépoussiérage, car le lisier durcit, ce qui permet la réhabilitation.

D'autres mesures telles que la réutilisation de l'eau pour d'autres fonctions de la plante et la collecte de l'eau de pluie pour les bassins de cendres peuvent réduire les besoins en eau. Dans les usines qui utilisent la recirculation de l'eau des cendres, généralement, 70 % de l'eau du bassin de cendres peut être récupérée et réutilisée dans l'AHP.

Initiatives de l'industrie

NTPC montre l'exemple et adopte la dernière technologie de production d'énergie thermique. La super centrale thermique de Sipat de NTPC a pris des mesures innovantes de conservation de l'eau qui peuvent être considérées par d'autres services publics comme une feuille de route pour une gestion des cendres économe en eau. NTPC Sipat consomme le moins d'eau parmi les stations de l'entreprise. La station est conforme à zéro rejet liquide car elle utilise et réutilise les eaux de cendres, les eaux de drainage, les eaux traitées des effluents, les eaux usées, etc., à travers divers systèmes de recyclage tels que les stations de traitement des effluents, les stations d'épuration et les systèmes de recirculation des eaux de cendres.

La station évacue les cendres volantes grâce à la technologie d'évacuation à sec. Cette cendre a été utilisée dans la fabrication de briques à faible teneur en terre et de cendres et comme matière première pour les cimenteries. Ces efforts ont considérablement réduit l'utilisation d'eau pour l'élimination des cendres. Avec son tableau de bord de surveillance du système d'eau en temps réel, NTPC surveille le système d'eau depuis le point de puisage jusqu'à la consommation finale, améliorant considérablement l'utilisation de l'eau. La station s'engage dans des pratiques telles que la collecte des eaux de pluie et le revêtement des réservoirs pour réduire la consommation d'eau et assurer la durabilité. La station fonctionne également sur un cycle de concentration plus élevé, réduisant les besoins en eau douce pour le système de refroidissement par eau, économisant ainsi de l'eau à toutes les extrémités. Cela a finalement permis de réduire la consommation d'eau spécifique de la station sur une base annuelle à 2,66 litres/kwh en 2021-22, ce qui est bien en deçà des normes prescrites.

De nombreux services publics ont le potentiel de modifier leurs exigences en matière de consommation d'eau. Les systèmes de gestion de l'eau basés sur l'Internet des objets et l'intelligence artificielle, associés aux mesures susmentionnées, peuvent rendre les TPP plus propres et plus durables. Gencos peut déployer des analyseurs de cendres en ligne pour mesurer la teneur en cendres et la valeur calorifique du charbon. De tels analyseurs mesurent la teneur totale en cendres du charbon sur un convoyeur à bande et communiquent les résultats à l'opérateur de l'usine en temps réel, facilitant ainsi la prise de décision éclairée et le contrôle du processus. Outre ces mesures, se concentrer sur les opérations et les pratiques de maintenance/réparation et maintenance garantira que le système reste suffisamment robuste pour faire de la place à des technologies plus propres.

Étant donné que le secteur de l'électricité est un grand consommateur d'eau, ces mesures peuvent économiser une ressource vitale tout en préservant notre environnement.