Application d'une machine de déshydratation à vis empilées dans le traitement des boues d'une centrale électrique
Dans le processus de production des centrales thermiques au charbon, les boues issues du prétraitement de l'eau brute et du traitement des eaux usées de désulfuration sont généralement traitées par déshydratation et transport. Notre entreprise est l'une des rares centrales à utiliser cet équipement et a acquis une certaine expérience de son application. Cet article vise à enrichir la réflexion sur le choix des équipements de traitement des eaux en présentant le principe et l'efficacité de ce système.
Principe de fonctionnement d'une machine d'essorage à vis
Le procédé de déshydratation des boues dans les systèmes de prétraitement des eaux brutes des centrales électriques repose principalement sur des déshydrateurs à plaques et à cadres et des déshydrateurs centrifuges. L'utilisation des déshydrateurs à vis est plus récente. Le principe de fonctionnement d'un déshydrateur à vis est similaire à celui d'un filtre à lamelles. Un arbre à vis tourne dans un conduit composé d'un ensemble de lamelles circulaires dynamiques et statiques disposées alternativement. Le diamètre intérieur de la bague mobile est légèrement inférieur à celui de la bague fixe, et la bague mobile se déplace par rapport à la bague fixe sous l'effet de la rotation de l'arbre à vis. Après concentration, les boues sont poussées vers l'avant par l'arbre à vis et concentrées davantage pour former des résidus de boues. À l'extrémité du conduit et de l'arbre à vis, ces résidus sont comprimés et déshydratés par la poussée générée par l'arbre à vis, puis évacués. Les blocs de boues déshydratées tombent dans la trémie de collecte, d'où ils sont collectés et transportés.
L'arbre à vis de la machine de déshydratation à vis en cascade est entraîné par un moteur à fréquence variable. Le débit de traitement des boues est ajusté en modifiant la vitesse du moteur. Le fonctionnement continu de l'équipement à différents niveaux de production est assuré par le réglage du débit de la pompe d'alimentation en boue, également à fréquence variable. Après l'introduction des boues dans la cuve de mélange et de floculation de la machine de déshydratation à vis, une quantité appropriée d'adjuvant coagulant (PAM) est ajoutée afin de former une masse importante, facilitant ainsi la séparation des boues et de l'eau.
La vitesse de la vis sans fin est régulée entre 5 et 20 tr/min par un variateur de fréquence. Ce fonctionnement lent et silencieux garantit une grande fluidité. Comparé à une machine de déshydratation centrifuge, le niveau sonore est considérablement réduit, de même que l'usure des pièces mobiles et fixes. Contrairement aux déshydrateurs à plaques et châssis, le déshydrateur à vis permet un fonctionnement continu. Après réglage du débit de boue, de la vitesse de la vis sans fin et du dosage de coagulant, le déshydrateur fonctionne en continu et sans interruption. Il suffit de prévoir l'évacuation du véhicule lorsque le bac à boue est plein, pour un fonctionnement entièrement automatisé.
L'application de la machine de déshydratation à vis en cascade dans les centrales électriques
La machine de déshydratation à vis empilées est largement utilisée dans le traitement des eaux usées urbaines, mais rarement dans le traitement des eaux des centrales électriques. Elle convient au prétraitement des eaux brutes et à la déshydratation des boues des systèmes de désulfuration. Actuellement, la société a installé une machine de déshydratation à vis empilées dans le système de traitement des eaux de désulfuration et deux machines similaires dans le système de prétraitement des eaux brutes. Depuis leur mise en service, elles fonctionnent de manière stable et sans surveillance.
Comparativement aux déshydrateurs à plaques et à châssis et aux déshydrateurs centrifuges, ce modèle est relativement peu connu du secteur énergétique, qui manque d'informations et de retours d'expérience. Seules quelques centrales électriques ont commencé à utiliser ce procédé de déshydratation des boues. Ses excellentes performances et sa faible charge de maintenance ont suscité l'intérêt de nombreux chimistes. Le choix des matériaux dépend du type de boues d'eaux usées. Pour les boues issues du prétraitement des eaux brutes et celles issues des eaux urbaines, l'acier inoxydable ordinaire convient. En revanche, pour les eaux usées de désulfuration riches en ions chlorure et sulfate, il est nécessaire d'opter pour un acier plus résistant à la corrosion, ainsi que pour les canalisations et accessoires associés. Le degré de résistance à la corrosion doit également être choisi en conséquence.
Composition du système de déshydratation des boues à vis
Le système de déshydratation par empilement de vis est composé d'une pompe à boue à fréquence variable, d'une cuve de mélange pour la floculation, d'un module de déshydratation par empilement de vis, d'un système de préparation et de dosage d'adjuvant de coagulation, et d'un système d'aspersion d'eau. La boue issue du système de prétraitement de l'eau brute est acheminée vers la cuve de mélange pour la floculation par la pompe à boue à fréquence variable. Elle y est mélangée à l'adjuvant de coagulation, homogénéisée, condensée en un gros bloc de scories, puis envoyée vers le module de déshydratation par vis pour y être déshydratée. Le système est équipé d'un système de rinçage permettant d'éliminer par intermittence les petites quantités de boue et de scories extrudées par les fissures du patin de la vis, afin de maintenir la propreté de l'équipement.
Système de dosage automatique (machine à mousser automatique). La machine de déshydratation à vis d'empilement nécessite un ajout continu d'adjuvant coagulant. La quantité d'adjuvant nécessaire étant importante, l'achat d'adjuvant liquide s'avère peu économique. Le système est généralement équipé d'un dispositif de préparation automatique de l'adjuvant coagulant. Ce dispositif comprend une trémie pour poudre sèche, une cuve de préparation, une cuve de polymérisation et une cuve de stockage. La poudre sèche de polyacrylamide est introduite avec précision et régularité dans le dispositif de distribution d'eau par une vis d'alimentation entraînée par un moteur à variateur de fréquence. Après un mélange continu et homogène avec l'eau, elle tombe dans la cuve de préparation où elle est dissoute et homogénéisée par l'agitateur. Le liquide ainsi obtenu s'écoule ensuite dans la cuve de polymérisation pour une polymérisation et un brassage supplémentaires, puis est stocké dans la cuve de stockage. Le fonctionnement automatique du dispositif de dosage est assuré par un capteur de niveau dans la cuve de stockage. La préparation du liquide est ainsi déclenchée automatiquement en fonction du niveau de liquide dans la cuve de stockage. Le liquide préparé de l'adjuvant de coagulation peut être contrôlé par l'électrovanne du boîtier de dosage de l'adjuvant de coagulation, et l'adjuvant de coagulation peut être ajouté automatiquement au boîtier de dosage.
Problèmes rencontrés lors de l'utilisation
1. Problème d'adéquation entre le dosage de la suspension et celui de l'adjuvant coagulant.
Ajustez la quantité d'adjuvant de coagulation en fonction du débit de la boue afin de contrôler sa teneur en eau. Un excès d'adjuvant entrave la filtration de l'eau à travers les interstices de laminage, augmente la viscosité et nuit à l'exsudation et à l'extrusion, ce qui engendre une boue de mauvaise qualité. À l'inverse, un adjuvant de coagulation insuffisant réduit la séparation des particules solides et de l'eau, provoquant l'obstruction des interstices de laminage et l'obstruction des infiltrations d'eau, ce qui augmente l'humidité de la boue. En pratique, le dosage optimal d'adjuvant de coagulation peut être déterminé par un essai de réglage sur cylindre afin d'obtenir une déshydratation satisfaisante.
2. Réglage du jeu de la plaque de contre-pression de la boue de l'ensemble de vis
L'épaisseur de l'entrefer de la plaque de contre-pression de la vis d'extraction influe sur l'humidité de la boue. Un entrefer réduit nécessite une force motrice importante pour expulser la boue. Simultanément, la pression dans la chambre de boue de la section d'assèchement augmente, ce qui accroît l'effet d'extrusion de la vis. Le durcissement de la boue par séchage et l'augmentation du couple d'extrusion de la vis peuvent entraîner sa rupture.
3. Concentration de la préparation d'adjuvant coagulant
Lorsque l'équipement de préparation automatique d'adjuvant de coagulation est en fonctionnement, une concentration trop élevée entraîne un débit important de poudre sèche acheminée par la vis d'alimentation. Cette poudre ne peut alors se disperser correctement et rapidement dans l'eau du distributeur, ce qui favorise la formation de grumeaux et le colmatage du bain, ainsi qu'une faible fluidité. Il est donc nécessaire de contrôler la concentration de l'adjuvant de coagulation et de régler la vitesse de la vis d'alimentation par des essais préalables afin d'éviter l'agglomération du produit dans le bain de préparation. Le coagulant obtenu présente une fluidité optimale, permettant ainsi le fonctionnement automatique de l'équipement tout en respectant les exigences de dosage. Généralement, la concentration de coagulant se situe entre 0,4 et 0,5 ppm.
De plus, en raison de la viscosité de l'adjuvant de coagulation, la résistance de la canalisation reliant le réservoir de stockage au boîtier de dosage doit être prise en compte. L'utilisation de tuyaux et de vannes de grand diamètre permet d'éviter un débit de sortie insuffisant et un débit de sortie inférieur au débit d'entrée de l'équipement de préparation. Ainsi, les variations répétées du niveau de liquide dans le réservoir de stockage déclenchent le détecteur de niveau et entraînent des arrêts et redémarrages fréquents de l'ensemble de l'équipement de préparation de l'adjuvant de coagulation.
4. Blocages dus à une panne prolongée
Il est facile que l'arbre de la vis se bloque lors du redémarrage d'un équipement de désenvasement à vis empilées après un arrêt prolongé. La principale cause est le séchage progressif des boues résiduelles dans l'ensemble de la vis. Un bloc de boue sèche et durcie se forme à la sortie de boue après le démarrage, entraînant une augmentation de la pression dans l'ensemble de l'unité de désenvasement. Les résidus de boue dans la partie arrière se déshydratent et durcissent excessivement. La résistance à la rotation de l'arbre de la vis augmente alors en raison de ce bloc, et l'alarme se déclenche lorsque le couple maximal du moteur de l'arbre est dépassé. Un couple excessif, voire une détérioration des soudures de l'arbre de la vis, peut également provoquer un blocage. Par conséquent, à chaque arrêt de la machine de désenvasement à vis empilées, il convient d'interrompre l'alimentation en boue de l'ensemble de la vis et de laisser tourner la machine pendant 10 minutes afin d'évacuer complètement les boues et les scories de l'arbre. Il est également possible d'utiliser un mode de fonctionnement continu à basse fréquence pour atténuer l'impact d'un arrêt prolongé. Enfin, pour une utilisation prolongée, il est recommandé de desserrer le déflecteur de la sortie de boue afin de vidanger complètement les résidus de boue de l'ensemble de la vis.
5. Maintenance et révision après une longue période d'exploitation
Après deux ans de fonctionnement, un blocage de boue s'est produit dans l'arbre de la vis sans fin. Ce problème s'est reproduit à plusieurs reprises malgré les démontages et nettoyages. La mesure du jeu entre l'arbre de la vis sans fin et la bague mobile a révélé un jeu moyen de 5 à 6 mm. La bague mobile, par sa coupe oblique, creuse des rainures uniformes sur le bord extérieur de l'arbre de la vis sans fin. Lors des précédents démontages et opérations de maintenance, le personnel a meulé la partie saillante de ces rainures, réduisant ainsi le diamètre extérieur de l'arbre et augmentant le jeu entre l'arbre et la bague. Lorsque les résidus de boue sont comprimés, ils refluent vers l'arrière de l'arbre de la vis sans fin à une pression relativement faible, entraînant une déshydratation, un séchage et un durcissement excessifs. Ce phénomène perturbe l'écoulement vers la sortie de boue et provoque un blocage. Après deux ans d'utilisation, l'usure est inférieure à 0,1 mm et se concentre principalement sur le bord extérieur de l'arbre de la vis sans fin. Après réparation du bord extérieur de la plaque spirale, l'écart moyen entre la plaque spirale et l'anneau mobile est de 1 à 1,5 mm. Après réinstallation, la tige spirale réparée est comparée à une tige spirale neuve de rechange ; l'écoulement de la boue est identique pour les deux. Les performances initiales de l'équipement sont rétablies et aucun blocage de boue n'a été constaté après trois mois de fonctionnement.
Avantages de l'équipement de déshydratation des boues à vis
1) Faible vitesse et faible niveau sonore. L'équipement rotatif en fonctionnement présente une faible vitesse de rotation, une faible consommation d'énergie, un fonctionnement stable sans vibrations et un faible niveau sonore, ce qui contribue à réduire l'usure et à prolonger la durée de vie de l'équipement.
2) La commande à distance est facile à mettre en œuvre. L'équipement en fonctionnement vérifie l'état de la boue lors des inspections régulières et ajuste le dosage de l'adjuvant de coagulation ainsi que la vitesse de la vis sans fin grâce au système de contrôle-commande distribué (DCS) à distance afin de contrôler la production de boue.
3) Faibles coûts d'exploitation et d'entretien. L'équipement fonctionne sans à-coups, l'usure des pièces mobiles est réduite, il peut assurer un fonctionnement continu à long terme et ne nécessite pas d'entretien fréquent.
4) Gain de place. La machine d'essorage à vis est compacte et peu encombrante, ce qui permet de gagner de la place.
5) Réglage flexible du débit. En ajustant la fréquence de la pompe à boue pour contrôler l'alimentation en boue et en ajustant la vitesse de rotation de la vis sans fin, le débit de l'équipement peut être ajusté en douceur pour correspondre à la production de boue, et le bon fonctionnement du système de traitement des eaux brutes peut être maintenu.
6) Large plage d'adaptation de la concentration et du traitement des boues. La concentration optimale de boues est de 10 kg/m³, équivalente à celle du système de prétraitement des eaux brutes. Elle permet un traitement de déshydratation sans concentration préalable. Les variations de concentration des boues influent peu sur le fonctionnement de la machine de déshydratation à vis, et leur teneur en eau reste globalement constante.
Application potentielle du déshydrateur de boues à vis
Avec le développement continu du secteur de l'énergie électrique, le degré d'automatisation augmente et les opérations manuelles sont progressivement remplacées par des commandes automatiques. La fiabilité et la stabilité du fonctionnement des équipements sont des facteurs clés pour l'automatisation. Les entreprises réduisent leurs effectifs et le nombre d'équipements contrôlés par chaque employé augmente considérablement, ce qui impose des exigences plus élevées aux équipements fonctionnant sans surveillance. Actuellement, les déshumidificateurs à plaques et à cadres et les déshumidificateurs centrifuges sont largement utilisés dans le traitement de l'eau brute des centrales électriques. Le déshumidificateur à plaques et à cadres fonctionne par intermittence ; le nettoyage des dépôts accumulés sur la toile filtrante est difficile pendant son fonctionnement et nécessite donc une surveillance et un nettoyage manuels sur place. La durée de vie de la toile filtrante est limitée et son remplacement régulier est nécessaire. Quant aux déshumidificateurs centrifuges, ils présentent des inconvénients : vitesse élevée, exigences de haute précision pour les roulements et autres pièces rotatives, charge de maintenance importante, coût élevé des pièces de haute précision et niveau sonore élevé en fonctionnement. Après sa mise au point, la machine de déshydratation à vis en cascade assure un fonctionnement continu et stable, à faible vitesse de vis et silencieux. Elle permet un réglage précis de l'humidité de la boue, une usure réduite et une maintenance simplifiée. Le personnel effectue des contrôles réguliers et ajuste le dosage de coagulant en fonction de l'humidité de la boue afin de la maintenir dans une plage optimale. Le débit de la pompe d'alimentation est réglable sur une large plage, permettant un ajustement précis entre le débit minimal et le débit nominal. Le niveau de débit est également ajusté en fonction du dosage de coagulant. La machine est équipée d'une commande de démarrage et d'arrêt à distance, associée à un dispositif de dosage automatique de coagulant. Un système de contrôle-commande distribué (DCS) est intégré pour répondre aux exigences de fonctionnement à distance et de contrôle automatisé.
Dans le processus de production d'énergie, les exigences en matière d'économie d'eau sont de plus en plus élevées, et l'utilisation de l'eau du réseau municipal impose des exigences accrues en matière de prétraitement de l'eau brute dans les centrales électriques. La concentration de champignons et de matières organiques dans l'eau a fortement augmenté, entraînant une hausse de la production de boues. Ces boues, visqueuses, ont tendance à adhérer à la toile filtrante lors du déshydrateur à plaques et cadres. La faible proportion de boues biologiques complique également le processus de déshydratation par centrifugeuse. L'utilisation d'un déshydrateur à vis permet d'ajuster l'écartement des chicanes en fonction de la nature des boues et de contrôler leur teneur en eau grâce à un dosage précis de coagulant, répondant ainsi aux besoins de déshydratation des différents types de boues.
Dans le cadre du traitement des eaux usées par désulfuration dans les centrales électriques, il est nécessaire de choisir une machine de déshydratation à vis empilée adaptée aux systèmes de désulfuration contenant des matériaux à forte concentration en sulfates et en chlorures, afin d'éviter la corrosion rapide et la détérioration de l'acier inoxydable ordinaire dans cet environnement agressif. Les scories de ciment issues de la désulfuration présentent une viscosité relativement élevée ; les problèmes d'adhérence fréquemment rencontrés avec les machines de déshydratation à plaques et cadres sont mieux résolus grâce à l'utilisation d'une machine de déshydratation à vis.
La machine de déshydratation à vis empilées peut également être largement utilisée pour le tamisage et la collecte de particules en suspension dans l'eau. Par exemple, lors d'une prolifération de cyanobactéries dans une zone aquatique, elle permet de collecter ces bactéries. L'eau chargée en cyanobactéries est injectée en continu dans la machine, et les cyanobactéries déshydratées sont ensachées et collectées en continu, offrant ainsi une grande efficacité de collecte et une utilisation simple.
Dans d'autres domaines d'application, tels que le traitement d'adoucissement de l'eau brute au calcaire, le traitement de déshydratation des boues des équipements de traitement de l'eau potable municipale, le traitement d'une grande quantité de boues générées par la séparation des matières particulaires dans d'autres industries, etc., la machine de déshydratation à vis empilées est également un choix idéal, combinée à l'application d'un système de contrôle automatique, pour améliorer le niveau global de contrôle automatique.