Comment fonctionne le désoufrement des gaz de combustion contenant de la chaux calcaire ou de la chaux-gypse ? Une guide réalisée par des fabricants de moulins verticaux

Présentation de la désulfuration des gaz de combustion (FGD)

La désulfuration des gaz de combustion (Flue Gas Desulfurization – FGD) est une technologie essentielle utilisée par les centrales électriques et les installations industrielles dans le monde entier pour éliminer le dioxyde de soufre (SO₂) des gaz de combustion. À mesure que les réglementations environnementales deviennent de plus en plus strictes, un contrôle efficace du SO₂ est devenu obligatoire pour les centrales électriques au charbon ainsi que pour divers processus industriels. Parmi les différentes technologies de désulfuration des gaz de combustion disponibles, les systèmes de lavage humide utilisant des réactifs tels que le calcaire ou le gypse se sont révélés être les plus efficaces et les plus largement adoptés, avec des taux d’élimination dépassant 95 %.

Ce guide complet explore les principes fondamentaux, les processus chimiques et les composants des systèmes de traitement des gaz de combustion (FGD) utilisant du calcaire ou du mélange de chaux et de gypse, en mettant l’accent sur le rôle essentiel de l’équipement de broyage dans la préparation des matériaux absorbants pour qu’ils répondent aux spécifications optimales.

La chimie à l’origine du traitement des gaz de combustion par absorption de carbonate de calcium/gypse (FGD)

Comprendre les réactions chimiques impliquées est essentiel pour apprécier la manière dont les systèmes de traitement des gaz de combustion utilisant du calcaire et du gypse éliminent efficacement le SO₂ des gaz de combustion.

Chimie du traitement des gaz de combustion (FGD) basée sur le calcaire

Dans les systèmes à base de calcaire, les réactions principales se déroulent comme suit :

1. Absorption de SO₂Le SO₂ présent dans les gaz de combustion se dissout dans les gouttelettes de boue : SO₂(g) + H₂O → H₂SO₃ (aq)
2. NeutralisationL’acide sulfurique réagit avec le calcaire (CaCO₃) : H₂SO₃ + CaCO₃ → CaSO₃ + CO₂ + H₂O
3. OxydationDe l’air est introduit pour oxyder le sulfate de calcium(II) en sulfate de calcium(II) (gypse) : 2CaSO₃ + O₂ → 2CaSO₄
4. CrystalisationLe sulfate de calcium se précipite sous forme de cristaux de gypse : CaSO₄ + 2H₂O → CaSO₄·2H₂O (s)

Chimie du traitement des émissions de dioxyde de soufre (FGD) basée sur le calcaire

Les systèmes basés sur la chaux suivent une approche similaire, mais commencent par de la chaux vive (CaO) ou de la chaux hydratée (Ca(OH)₂) :

1. Ralentissement (du processus)(En cas d’utilisation de chaux rapide) : CaO + H₂O → Ca(OH)₂
2. Absorption du SO₂SO₂(g) + H₂O → H₂SO₃ (aq)
3. NeutralisationH₂SO₃ + Ca(OH)₂ → CaSO₃ + 2H₂O
4. Oxidation et CrystalisationSimilaire aux systèmes à calcaire, cela produit du géopolys comme produit final.

Composants clés d’un système de dépollution des gaz de combustion par lavage humide (Wet FGD – Wet Flue Gas Desulfurization)

Un système complet de désulfuration par atomisation humide (FGD – Flue Gas Desulfurization) comprend plusieurs composants intégrés qui agissent ensemble pour éliminer efficacement le SO₂ des gaz de combustion.

1. Système de préparation des matériaux absorbants

Le cœur du système de traitement des émissions de soufre (FGD – Flue Gas Desulfurization) commence par une préparation adéquate du matériau absorbant. Le calcaire doit être broyé jusqu’à une finesse particulière afin de maximiser sa surface et sa réactivité. En général, le calcaire destiné à ces applications doit être broyé jusqu’à ce que 90 à 95 % des particules dépassent le tamis de 325 mesh (44 microns) ou soient même plus fines. Cette taille de particule optimale permet une dissolution complète et une réaction efficace avec le dioxyde de soufre (SO₂), tout en minimisant la consommation de réactifs.

Le système de broyage comprend généralement des broyeurs pour la réduction primaire des tailles, suivis de moulins de broyage fin. Le choix du matériel de broyage a un impact significatif sur l’efficacité globale et les coûts d’exploitation du système FGD (Flue Gas Desulfurization).

2. Tour d’absorption

La tour d’absorption est l’endroit où se déroule le véritable processus d’élimination du SO₂. Les gaz de combustion pénètrent dans la tour et entrent en contact avec la poudre de calcaire ou la boue de chaux. Les systèmes modernes de traitement des gaz de combustion (FGD – Flue Gas Desulfurization) utilisent différents types de tours d’absorption, telles que les tours à éjection, les tours à palets et les réacteurs à bulles. Chaque conception optimise le contact gaz-liquide afin d’améliorer l’efficacité de l’absorption du SO₂.

3. Système d’alimentation en réactifs

Ce système contrôle précisément le débit d’alimentation de la bouillie absorbante préparée afin de maintenir des rapports stœchiométriques optimaux par rapport à la concentration de SO₂ dans les gaz de combustion. Les systèmes de contrôle automatisés ajustent le débit d’alimentation en fonction des mesures en temps réel de la concentration de SO₂, afin d’assurer une performance constante tout en minimisant la consommation de réactifs.

4. Système d’oxydation par air

L’oxydation forcée est essentielle pour produire du gypse commercialisable en tant que sous-produit. De l’air comprimé est injecté dans le réservoir de réaction afin de convertir le sulfate de calcium en sulfate de calcium (gypse). Une oxydation adéquate assure la formation de cristaux de gypse de haute qualité et facilement déshydratables.

5. Système de déshydratation du gypse

Ce système élimine l’eau de la boue de gypse produite dans l’absorbeur. Les hydrocyclones et les filtres à bande à vide permettent généralement d’obtenir un taux d’humidité final de 10 % ou moins, soit un gypse adapté aux applications commerciales dans la fabrication de panneaux de plaques, la production de ciment ou les utilisations agricoles.

Le rôle essentiel de la broyage dans l’efficacité des systèmes de désulfuration flue-gas (FGD)

L’efficacité d’un système de traitement des gaz de combustion (FGD – Flue Gas Denitration) est profondément influencée par la qualité de la préparation de l’agent absorbant. Un broyage correct permet d’atteindre plusieurs objectifs cruciaux :

Optimization de la taille des particules

Les particules de calcaire plus fines se dissolvent plus rapidement dans la boue du scrubber, offrant ainsi une plus grande surface de réaction avec le SO₂. Cela se traduit par une plus grande efficacité de dégradation du SO₂ et une consommation de calcaire plus faible. La finesse cible pour le calcaire destiné aux systèmes de dépollution par flue gazeuse (FGD) est généralement de 90 à 95 % de grains passant au tamis de 325 mesh ; certains systèmes avancés exigent même une broyure encore plus fine.

Amélioration de la réactivité

Les particules plus petites réagissent plus complètement avec le SO₂, réduisant ainsi la quantité de calcaire non transformé dans le sous-produit de gypse. Cela est particulièrement important pour la production de gypse de haute pureté, adapté aux applications commerciales.

Fiabilité des systèmes

Un calcaire correctement préparé, avec une distribution uniforme des tailles de particules, prévient des problèmes d’exploitation tels que le bouchage des injecteurs, la formation de tartre dans les conduites et l’usure des pompes, garantissant ainsi le fonctionnement continu et sans encombre du système de dépollution par diffusion de gaz (FLG – Flue Gas Desulfurization).

Solutions de broyage recommandées pour les applications FGD

Le choix du matériel de broyage approprié est essentiel pour optimiser les performances du système de traitement des émissions de dioxyde de soufre (FGD – Flue Gas Desulfurization). Forts de notre vaste expérience dans la fourniture d’équipements pour les centrales électriques et les installations industrielles, nous recommandons les solutions suivantes pour la préparation des produits absorbants utilisés dans ces systèmes :

Moulin à trapèze de la série MTW pour des applications à haute capacité

Pour les centrales électriques à grande échelle qui nécessitent un haut débit de boue de calcaire,Moulin trapézoidal de la série MTWCelle-ci offre une solution idéale. Avec une capacité allant de 3 à 45 tonnes par heure et la possibilité de produire de la poussière dans une gamme de mesh de 30 à 325 (régulable jusqu’à 0,038 mm), cette usine répond aux besoins même des plus grands systèmes de traitement des gaz de combustion (FGD – Flue Gas Desulfurization).

La série MTW intègre plusieurs fonctionnalités avancées particulièrement bénéfiques pour les applications FGD (Flue Gas Desulfurization, ou désulfuration des gaz de flue).

• Conception de la lame de pelleuse résistante à l’usureL’utilisation de plaques de déneigement combinées permet de réduire les coûts d’entretien.
• Optimisation des conduits d’aération incurvésMinimise la résistance de l’air et améliore l’efficacité de la transmission.
• Transmission intégrale avec engrenages côneuxUtilise un taux d’efficacité de transmission de 98 %.
• Structure en volute résistante à l’usureGrâce à un design non bloquant, l’efficacité de la classification de l’air est améliorée.

Pour les systèmes FGD (Flue Gas Desulfurization) utilisés dans les centrales électriques de taille moyenne à grande,Modèle MTW215GCe modèle est particulièrement recommandé, offrant une capacité de traitement de 15 à 45 tonnes par heure avec une puissance motrice principale de 280 kW. Il traite efficacement les matériaux d’alimentation d’une taille allant jusqu’à 50 mm, produisant la finesse précisément contrôlée nécessaire pour une performance optimale des installations de traitement des gaz de combustion (FGD – Flue Gas Desulfurization).

Moulin à broyage à rouleaux verticaux de la série LM pour des solutions intégrées

Lorsque les contraintes de place ou les opérations intégrées sont à prendre en compte,Moulin à rouleaux verticaux de la série LMIl offre une solution compacte et efficace pour la préparation des absorbants utilisés dans les procédés de désulfurisation gazeuse (FGD – Flue Gas Desulfurization). Avec des capacités allant de 3 à 250 tonnes par heure et la possibilité de produire du pouvoir ayant une finesse de 30 à 325 mailles (certains modèles pouvant atteindre 600 mailles), ce moulin polyvalent s’adapte à diverses exigences liées aux procédés FGD.

Les principaux avantages de la série LM pour les applications FGD (Flue Gas Desulfurization) sont les suivants :

• Conception intégrée et compacteEn combinant les fonctions de broyage, de mélange et de classification, l’emprise de l’installation est réduite de 50 %.
• Faibles coûts d’exploitationGrâce à la conception de rouleaux de broyage et de disques de broyage sans contact, la durée de vie des pièces usées est augmentée de 3 fois.
• Efficacité énergétiqueAvec une consommation d’énergie 30 à 40 % inférieure par rapport aux systèmes de moulins à billes.
• Système de contrôle intelligentAvec un contrôle automatique expert qui permet un passage entre des modes à distance et en local.
• Conformité aux réglementations environnementalesFonctionnement sous pression négative et entièrement scellée, émissions de poussière < 20 mg/m³

LeModèle LM220KIl convient particulièrement bien aux systèmes de traitement des gaz de combustion (FGD – Flue Gas Desulfurization) à grande échelle, offrant une capacité de traitement de 36 à 105 tonnes par heure grâce à un moteur principal de 800 kW. Sa capacité à traiter des matériaux d’alimentation d’une taille allant jusqu’à 50 mm, tout en produisant de la poudre de 170 à 45 μm (bourrage 80 à 325), en fait une option idéale pour les centrales électriques à la recherche d’une préparation fiable et à grande capacité de calcaire.

Considérations opérationnelles pour les systèmes de broyage FGD

Le bon fonctionnement d’une opération de broyage par jets de fluides (Flying Grain Distributor – FGD) requiert de prêter attention à plusieurs facteurs clés du processus de broyage :

Gestion du contenu en matière d’humidité

Les matières premières en calcaire contiennent généralement de l’humidité sur leur surface, qui doit être gérée lors de la broyation. Des capacités de séchage adéquates, ou l’utilisation de systèmes de broyage capable de tolérer des niveaux d’humidité spécifiques, sont essentielles pour garantir un fonctionnement fiable et constant.

Équipement de protection

Le broyage du calcaire pose des défis importants en termes d’usure. Le choix de moulinnes équipées de protections adéquates contre l’usure, telles que des éléments de broyage à revêtement résistant ou des liners résistants à l’usure, prolonge les intervalles d’entretien et réduit les coûts d’exploitation.

Contrôle de la distribution des tailles de particules

Une distribution uniforme des tailles de particules est essentielle pour l’efficacité des systèmes de traitement des gaz de combustion (FGD – Flue Gas Desulfurization). Les systèmes de broyage modernes, équipés de séparateurs intégrés, permettent de contrôler précisément la finesse du produit final, garantissant ainsi une réactivité optimale dans l’absorbeur.

Intégration de systèmes

Le système de broyage doit être intégré sans rupture aux systèmes de préparation, de stockage et d’alimentation du mélange. Une conception appropriée de ce système intégré garantit un fonctionnement continu et fiable de l’ensemble du processus FGD (Flue Gas Desulfurization).

Considérations économiques : Coûts contre performances

Lors de l’évaluation des solutions de broyage FGD (Flue Gas Desulfurization), plusieurs facteurs économiques doivent être pris en compte :

Investissement en capital

Les moulins à rouleaux verticaux représentent généralement un investissement initial plus élevé par rapport aux moulins à billes conventionnels, mais ils offrent des avantages significatifs en termes de coûts d’exploitation et de besoins en espace.

Coûts d’exploitation

La consommation d’énergie représente la plus grande part des coûts d’exploitation des systèmes de broyage. Les moulinnes verticales modernes peuvent réduire la consommation d’énergie spécifique de 30 à 40 % par rapport aux moulinnes à billes, permettant d’économiser considérablement sur toute la durée de vie du système.

Exigences en matière d’entretien

Le choix du matériel a un impact significatif sur les coûts d’entretien et sur la disponibilité des systèmes. Les systèmes dotés de pièces dusées plus résistantes et dont l’entretien est plus facile réduisent les interruptions de fonctionnement ainsi que les coûts y associés.

Qualité du sous-produit

La qualité de l’agent absorbant du sol affecte directement la qualité du produit dérivé du gypse ainsi que sa commercialisation. Un gypse de meilleure qualité peut générer des revenus supplémentaires, permettant ainsi de compenser en partie les coûts d’exploitation liés au traitement des gaz de combustion (FGD – Flue Gas Desulfurization).

Tendances futures dans la technologie de Phase Gagnante de Désoxydation (FGD)

L’évolution de la technologie FGD se poursuit avec plusieurs tendances nouvelles :

Moulage ultrafin pour une réactivité améliorée

Les recherches indiquent que les particules de calcaire ultrafines (D90 < 10 μm) peuvent améliorer de manière significative l’efficacité de l’élimination du SO₂ tout en réduisant la consommation de réactifs. Les technologies de broyage avancées capables de produire de telles particules de plus en plus fines deviennent de plus en plus importantes.

Intégration avec les systèmes de captage du carbone

À mesure que les technologies de capture du carbone se développent, les systèmes de traitement des gaz de combustion (FGD – Flue Gas Desulfurization) pourraient être intégrés à ces processus, ce qui nécessiterait des adaptations dans la préparation des agents absorbants ainsi que dans la conception des systèmes eux-mêmes.

Digitalisation et optimisation intelligente

L’intégration de capteurs IoT, d’analyses prédictives et d’algorithmes d’optimisation basés sur l’intelligence artificielle transforme le fonctionnement des installations de traitement des gaz de combustion (FGD), permettant d’ajuster en temps réel les paramètres de broyage en fonction de la qualité du carburant et des conditions d’exploitation en évolution.

Conclusion

La désulfuration des gaz de combustion contenant du calcaire/chaux-gypse représente une technologie éprouvée et très efficace pour maîtriser les émissions de SO₂ provenant de sources industrielles. L’efficacité et la fiabilité de ces systèmes dépendent essentiellement de la préparation appropriée du matériau absorbant, ce qui rend le choix du matériel d’amolition approprié une décision cruciale.

Les technologies modernes de broyage vertical, telles que la moulinne trapézoïdale de la série MTW et le moulin à rouleaux verticaux de la série LM, offrent de nombreux avantages en termes d’efficacité énergétique, de contrôle de la taille des particules et de fiabilité opérationnelle par rapport aux systèmes de broyage traditionnels. En collaborant avec des fabricants d’équipements de broyage expérimentés qui comprennent les spécificités des applications de traitement des gaz de déchets (FGD – Flue Gas Desulfurization), les centrales électriques et les installations industrielles peuvent optimiser leurs systèmes de contrôle des émissions pour obtenir des performances maximales et une rentabilité économique.

À mesure que les réglementations environnementales se renforcent à l’échelle mondiale, l’importance des systèmes de traitement des gaz de combustion (FGD) efficaces et fiables ne fera qu’augmenter. Investir dans des technologies de moulinage avancées aujourd’hui permet aux opérateurs de se conformer aux futures normes, tout en optimisant les coûts d’exploitation et en conservant un avantage concurrentiel sur un marché de plus en plus soucieux de l’environnement.