Établir des processus de traitement pour une haute fiabilité

Ce premier volet de la série explore plusieurs aspects importants du prétraitement des systèmes de maquillage de haute pureté.

ParBrad Buecker, Buecker & Associés, LLC

ParKatie Perryman, ChemTreat, Inc.

Cela fait plus d’un siècle que la vapeur a été utilisée pour la première fois pour entraîner des turbines/générateurs destinés à la production d’électricité. À mesure que la technologie des chaudières progressait depuis les premières conceptions, les propriétaires, les exploitants et le personnel technique des centrales électriques ont commencé à se rendre compte que les pressions et les températures croissantes des générateurs de vapeur nécessitaient une eau d'appoint de haute pureté pour minimiser la corrosion et la formation de tartre. Cela a conduit à l’avancement de la technologie d’échange d’ions (IX) pour produire un appoint de chaudière avec de faibles concentrations d’impuretés de l’ordre d’une partie par milliard (ppb).

Au cours des dernières décennies, les méthodes membranaires, notamment l'osmose inverse (RO), sont devenues populaires pour la déminéralisation primaire, l'échange d'ions servant désormais à « polir » le produit RO pour l'appoint des générateurs de vapeur. Dans cette série, nous examinerons divers aspects des technologies actuelles et les capacités des systèmes modernes. La première partie propose une discussion sur les méthodes de prétraitement, qui sont très importantes pour réduire l'encrassement, le tartre et autres perturbations chimiques au sein des membranes RO et des résines IX.

Bien que les réserves d’eau douce soient en déclin (sous réserve des fluctuations régionales), de nombreuses installations industrielles utilisent encore l’appoint provenant des lacs, des réservoirs ou des rivières. L'eau se déplace autour du globe selon un processus appelé cycle hydrologique.

La vapeur d'eau peut être transportée sur plusieurs kilomètres avant que les conditions atmosphériques ne provoquent de la condensation et des précipitations. En cours de route, la vapeur d’eau peut absorber les gaz de l’atmosphère, notamment des polluants, qui modifient sa chimie. La chimie de l’eau est également influencée par le sol, les dépôts minéraux et la végétation sur lesquels l’eau s’écoule (ou filtre pour devenir des eaux souterraines).

Le tableau 1 fournit une analyse instantanée d'il y a plusieurs années des principaux constituants d'un lac du Midwest.

Pour les générateurs de vapeur à récupération de chaleur (HRSG) et les chaudières à combustible fossile conventionnelles, les directives courantes concernant les effluents du traitement des eaux d'appoint sont :

En comparant le tableau 1 à ces lignes directrices, il devient évident que même les systèmes utilisant de l'eau douce comme source d'appoint brute peuvent devoir réduire considérablement les concentrations d'impuretés avant d'envoyer l'eau vers des chaudières à haute pression. La plupart des systèmes électriques modernes, tels que les unités à cycle combiné avec HRSG, s'appuient principalement sur le polissage RO et IX pour produire de l'eau de haute pureté.

Il est courant que les entrepreneurs remplacent les « bouteilles » d'IX épuisées par des récipients contenant de la résine fraîchement régénérée, éliminant ainsi le besoin de régénération sur site avec de l'acide et de la soude caustique.

Pour la configuration illustrée à la figure 2, le prétraitement se concentre en grande partie sur la réduction de l'encrassement et de la croissance organique sur les membranes RO.

Dans cet article, nous mettons en lumière les options de prétraitement pour les problèmes d’eaux de surface, notamment :

Au XXe siècle, la clarification par filtration multimédia était la méthode courante pour éliminer les particules des effluents des clarificateurs. Un clarificateur/filtre bien conçu et bien utilisé peut produire de l’eau avec une turbidité inférieure à 1 NTU. Cependant, les technologies de membranes de micro et d'ultrafiltration sont devenues un substitut populaire à la clarification, à moins qu'un adoucissement à la chaux ne soit nécessaire pour réduire les concentrations de dureté et d'alcalinité, qui peuvent être élevées dans certaines eaux souterraines. La figure 3 ci-dessous montre une unité de microfiltration (MF) de 300 gallons par minute (gpm) choisie pour remplacer un clarificateur vieillissant de centrale électrique.

Figure 3. Skid de microfiltre comprenant les 24 modules requis pour produire 300 gpm d'eau d'alimentation RO filtrée. Le réservoir de rétention d'eau brute d'entrée, avec les pompes d'acheminement et de lavage à contre-courant, se trouve sur la gauche. Photo de Brad Buecker.

L'unité a réduit la turbidité d'appoint de l'OI d'une plage typique de 0,5 à 1,0 NTU à moins de 0,05 NTU. (2) Cela a conduit à une réduction spectaculaire de la fréquence de nettoyage des filtres à cartouche RO et des membranes. Il n'était plus nécessaire d'ajuster régulièrement les dosages de coagulant et de floculant du clarificateur en fonction des changements de débit. Cette unité MF particulière s'est avérée extrêmement fiable, à condition qu'elle soit soumise à un nettoyage hors ligne approfondi tous les deux à trois mois. Pour cette application (ainsi que pour le nettoyage des échangeurs de chaleur auxiliaires dans toute l'installation), les mécaniciens de l'usine ont fabriqué un récipient portable avec un mélangeur, un chauffage, des tuyaux et une pompe de circulation pour réchauffer les solutions de nettoyage à près de 100 °F.