Contrôle de processus avancé pour optimiser la désulfuration des gaz de combustion

Les centrales électriques au charbon peuvent améliorer considérablement l’épuration humide du calcaire grâce à un contrôle avancé des processus. Un système d'optimisation mis en œuvre dans une installation japonaise a utilisé un contrôle réglementaire amélioré, une prévision basée sur un modèle et une prévision de la valeur du processus pour réduire la charge de travail, économisant ainsi 900 000 $ par an.

Selon l'Agence internationale de l'énergie, les centrales électriques au charbon génèrent environ 37 % de l'électricité mondiale, ce qui en fait la plus grande source de production d'électricité au monde. Par rapport aux autres sources de production d’électricité, les centrales au charbon ont tendance à produire des émissions plus élevées. Il est donc impératif que les propriétaires de centrales utilisent tous les moyens possibles pour réduire ces polluants potentiels.

L'un des principaux objectifs de réduction est le soufre, présent à des degrés divers dans tous les types de charbon. Le moyen le plus efficace d’éliminer le soufre des gaz de combustion consiste à procéder à un lavage au calcaire humide. Cette méthode est beaucoup plus efficace que les alternatives telles que l’absorption par pulvérisation, les procédés en lit fluidisé et l’injection sèche.

En raison de leur rendement élevé et de leurs autres avantages, les systèmes de lavage humide du calcaire sont utilisés dans des milliers de centrales électriques au charbon dans le monde. Mais bon nombre des systèmes utilisés dans ces usines ne sont pas optimisés pour leur fonctionnement et utilisent donc un excès d’énergie et de calcaire.

Cet article décrira une méthode de contrôle avancé des processus largement utilisée pour améliorer le fonctionnement des systèmes de lavage du calcaire humide, en commençant par une explication du processus, puis en montrant comment optimiser ces systèmes à l'aide du contrôle avancé des processus.

La figure 1 représente un organigramme pour un processus typique de désulfuration des gaz de combustion (FGD) par lavage humide du calcaire. Le dioxyde de soufre (SO2) contenu dans les gaz de combustion est absorbé par une boue de calcaire pulvérisée depuis le collecteur situé au sommet de l'absorbeur.

1. Diagramme de flux de lavage du calcaire. Le lavage au calcaire humide est le moyen le plus efficace pour éliminer le SO2 présent dans les gaz de cheminée rejetés dans l’atmosphère. Avec l'aimable autorisation de Yokogawa

Cette boue de calcaire, un mélange de calcaire et d'eau, est acheminée du réservoir de boue de calcaire vers l'absorbeur. Le débit du lisier est régulé par la vanne de régulation du lisier, avec des pompes de recirculation déplaçant le lisier calcaire vers le collecteur. Ces pompes de recirculation maintiennent le coulis de calcaire s'écoulant vers le collecteur afin de continuer à le pulvériser dans les fumées depuis le haut de l'absorbeur.

Les gaz de combustion de la chaudière traversent un échangeur de chaleur gaz-gaz pour éliminer l'excès de chaleur. Il s'écoule ensuite dans l'absorbeur dans le sens inverse de la pulvérisation du coulis calcaire. Une fois que les gaz de combustion ont été pulvérisés avec du calcaire humide, ils sortent de l'absorbeur. Il passe ensuite à travers l’échangeur thermique gaz-gaz et est finalement évacué dans l’atmosphère à travers la cheminée.

Dans l'absorbeur, le SO2 contenu dans les gaz de combustion est absorbé en raison de la réaction chimique entre le SO2 et la boue calcaire. La formule de la réaction chimique pour ce processus de désulfuration est :

CaCO3 + SO2 + 2 H2O +½ O2 => CaSO4 + 2 H2O + CO2

Le SO2 est absorbé par le CaCO3 (calcaire) réduisant ainsi la sortie de SO2 pour le maintenir inférieur aux limites réglementaires. Le processus produit du CaSO4 + 2 H2O (gypse) comme sous-produit de la réaction chimique dans l'absorbeur, ainsi que de petites quantités de dioxyde de carbone (CO2). Ce gypse a une valeur marchande car il est utilisé comme matière première pour les additifs du ciment, les plaques de plâtre et d'autres produits.

En général, ces systèmes de lavage humide du calcaire sont très efficaces, mais consomment souvent un excès d'énergie pour le fonctionnement des pompes de recirculation, car toutes les pompes fonctionnent pendant le fonctionnement, envoyant souvent l'excès de calcaire vers l'absorbeur. Par conséquent, les principaux objectifs du système d’optimisation FGD décrit dans cet article sont de réduire la quantité d’énergie nécessaire au fonctionnement de ces pompes et de réduire la consommation de calcaire.

Le système d'optimisation permet à l'usine d'utiliser le nombre minimum de pompes requis pour maintenir la sortie de SO2 inférieure aux limites. Cela réduit également la quantité de boue de calcaire requise, mais le principal contributeur aux économies de coûts est la réduction de la consommation d'énergie en retirant du service une ou plusieurs pompes de recirculation en fonction de la valeur de SO2 d'entrée.