Utilisation d'un polymère acrylique pour le traitement des eaux

Cette économie s’est chiffrée pour l’année 1978 à environ 300 000 F. Il va de soi qu’avec l’augmentation continuelle du coût de l’énergie et les besoins croissants en eau, l’utilisation de cette technologie est appelée à se développer.

I — LA CENTRALE DE PONT-SUR-SAMBRE

a) Généralités.

La Centrale de Pont-sur-Sambre, implantée sur la rive droite de la Sambre, occupe une surface totale de 104 ha.

Celle-ci est répartie sur le territoire des communes de Pont-sur-Sambre et Saint-Rémi du Nord, proches de Maubeuge.

Elle comprend :

• — deux tranches de 125 MW couplées sur le réseau en 1961 et 1962,
• — une tranche de 250 MW couplée sur le réseau en 1967.

À partir d’un poste disposé dans l’enceinte de la Centrale, l’énergie électrique produite est évacuée par des lignes aériennes vers le réseau général de transport.

Un prélèvement à la Sambre assure les besoins en eau de l’usine.

La retenue d'Eppe Sauvage sur l'Helpe Majeure, affluent de la Sambre en amont de la Centrale, compense le déficit entre ce prélèvement d'eau et la restitution.

b) Principe des Centrales Thermiques.

Les Centrales Thermiques produisent de l'énergie électrique en utilisant la chaleur dégagée par la combustion du charbon, du fuel-oil ou du gaz naturel.

La vapeur d'eau est le support intermédiaire. Elles comprennent essentiellement :

— un générateur de vapeur destiné à produire la vapeur d'eau à haute pression et à haute température. La chaudière est alimentée en combustible et en air nécessaire à la combustion. Les gaz de combustion dépoussiérés sont ensuite évacués vers la cheminée ; — une turbine dans laquelle s'effectue la détente de la vapeur, soit la transformation de l'énergie calorifique contenue dans cette vapeur en énergie mécanique utilisable sur l'arbre ; — un alternateur accouplé à la turbine et qui transforme l'énergie mécanique en énergie électrique ; — un condenseur qui récupère la vapeur après détente dans la turbine. Cet échangeur comporte un circuit fermé de refroidissement relié à un réfrigérant atmosphérique ; — un poste de réchauffage qui élève la température de l'eau envoyée dans le générateur de vapeur, afin d'améliorer le rendement du cycle. Ce réchauffage a lieu dans des échangeurs qui sont alimentés en vapeur par des prélèvements effectués sur la turbine et appelés soutirages.

c) Les circuits de réfrigération.

Condenseurs.

Chacun de ces échangeurs tubulaires provoque la condensation de la vapeur après sa détente dans la turbine. L'eau est à nouveau utilisée en cycle fermé pour l'alimentation du générateur de vapeur.

Caractéristiques principales des condenseurs

Tranches 1 et 2

Constructeur : S.I.D.A.M. Débit eau de circulation : 18 000 m³/h Nombre de tubes : 10 800 Surface d’échange : 6 560 m²

Tranche 3

Constructeur : S.I.D.A.M. Débit eau de circulation : 29 000 m³/h Nombre de tubes : 24 517 Surface d’échange : 13 740 m²

Réfrigérants atmosphériques.

Le faible débit de la Sambre a imposé la construction d'un réfrigérant atmosphérique par tranche.

Ce sont d'immenses tours dans lesquelles l'eau de circulation, après dispersion, est refroidie par un courant d'air naturel et ascensionnel.

Caractéristiques principales des réfrigérants atmosphériques

II — TRAITEMENT DE L'EAU D'APPOINT

Comme indiqué plus haut, les besoins d'eau de l'usine sont assurés par un prélèvement à la Sambre.

L'eau prélevée, environ 1 000 m³/h, après décarbonatation à la chaux et filtration, est destinée presque uniquement à compenser les pertes par évaporation des réfrigérants atmosphériques.

Une faible partie, soit en moyenne 10 m³/h, est déminéralisée sur résines échangeuses d'ions pour servir d'appoint au circuit eau-vapeur de chaque tranche.

Les caractéristiques de l'eau brute subissent d'importantes variations en cours d'année en fonction des saisons et de la pluviométrie. Néanmoins, après décarbonatation, les caractéristiques sont relativement stables.

III — CONDITIONS OPÉRATOIRES DE LA TRANCHE III AVANT TRAITEMENT

Avant la mise en œuvre du traitement, les conditions opératoires du circuit et l'exploitation de la tranche s'étaient progressivement dégradées.

Malgré un rapport de concentration maintenu à 2,5-3,0, des boues s'étaient progressivement accumulées au fond du bassin.

Par ailleurs, le condenseur s'était partiellement entartré, entraînant :

• — une augmentation du ΔT qui était monté à 8,0 °C*,
• — une baisse progressive du coefficient d'échange qui était descendu aux environs de 7,70 MJ/m²/h/°C.

Les caractéristiques sommaires de fonctionnement du circuit étaient les suivantes :

Volume : 9 000 m³ Débit de recirculation : 29 000 m³/h ΔT : 8 °C

* Par ΔT, on entend la différence entre la température de la vapeur condensée et celle de l'eau chaude à la sortie du condenseur.

Évaporation : 300 m³/h Pertes : 150 à 200 m³/h Appoint : 450 à 500 m³/h Rapport de concentration : 2,5 à 3,0

Les caractéristiques moyennes de l'eau d'appoint et du circuit pour l'année 1977 étaient :

Rapport de concentration TH : 2,74 Rapport de concentration Ca²⁺ : 2,72 Rapport de concentration Cl⁻ : 2,93 Indice de Ryznar à 40 °C : 6,15

IV — BUT DU TRAITEMENT

Le traitement antitartre/dispersant avec le 7 WT 901 a été mis en œuvre sur la base des objectifs suivants, définis d'un commun accord après étude des antécédents de la vie de la centrale, soit :

• — maintien ou amélioration des coefficients d'échange ;
• — augmentation du rapport de concentration de 2,5-3,0 à 5,0-6,0 afin de réduire la consommation d'eau et, par là même, le coût du traitement.

Pour atteindre ces objectifs et dans le but de ne pas perturber le fonctionnement de la tranche, il a été convenu de distinguer trois étapes dans la mise en œuvre du traitement, à savoir :

a) démarrage du traitement à dosage élevé, 4,0 g/m³ d'eau d'appoint et fermeture progressive du circuit (durée : deux mois environ) ; b) réduction progressive du dosage (durée : trois à quatre mois) ; c) traitement de routine.

Bien entendu, un certain nombre de contrôles supplémentaires ont été mis en place afin de suivre le bon déroulement des opérations et notamment un tableau de synthèse permettant, à partir de la constatation d’un trouble, d'en rechercher les causes probables et de prendre les mesures nécessaires pour revenir aux conditions normales de marche.

E.D.F. – Centrale de Pont-sur-Sambre contrôle du traitement avec le 7 WT 901.

Trouble : Matières en suspension élevées (> 30 mg/l)

Causes probables :

• — choc d’eau de javel
• — cendres par les fumées
• — post-floculation

Mesures à prendre :

• a) augmenter la purge de déconcentration
• b) régler éventuellement les décarbonateurs
• c) faire un choc de 7 WT 901

Trouble : R.Ca++ > R.Cl—

Causes probables :

• — déplacement de boues

Mesures à prendre :

• a) augmenter la purge de déconcentration si les matières en suspension dépassent 30 mg/l

Trouble : R.Ca++ < R.Cl—

Causes probables :

• — choc d’eau de javel
• — post-floculation
• — précipitation CaCO3

Mesures à prendre :

• a) corriger la valeur du R.Cl— suivant le tableau habituel
• b) régler éventuellement les décarbonateurs
• c) baisser le TAC de l’eau en circulation

Trouble : ΔT en hausse – Coefficient d’échange en baisse

Causes probables :

• — dépôts microbiologiques
• — dépôts minéraux
• — dépôts de CaCO3
• — Taprogge déréglé

Mesures à prendre :

• f) vérifier les instruments de mesure
• g) vérifier le fonctionnement du Taprogge
• h) faire un choc d’eau de javel
• c) faire un choc de 7 WT 901
• e) baisser le TAC de l’eau en circulation

V — MISE EN ŒUVRE DU TRAITEMENT

a) Période de démarrage.

Après l'arrêt pour travaux de début mars 1978, la tranche a été remise en service le 13 mars sans aucun additif jusqu'à ce que le rapport de concentration atteigne 3,0, soit les conditions opératoires habituelles.

Le traitement avec le 7 WT 901 a été mis en route le 22 mars en dosage de 10 ppm dans l'eau du circuit.

Pendant les dix premiers jours, le rapport de concentration a été porté à 6,0 et le dosage a été augmenté progressivement jusqu'à 25 ppm dans l'eau du circuit, ce qui correspond à environ 4,0 g/m³ d'eau d’appoint.

À noter qu’avant le démarrage du traitement, la tendance habituelle à l’encrassement du condenseur s'était manifestée et, en particulier, nous avons relevé :

• — ΔT à 10 °C,
• — coefficient d’échange moyen de l'ordre de 7,75 MJ/m²/h/°C,
• — écart entre les rapports de concentration des chlorures et du calcium de 0,30, ce qui indique une précipitation de CaCO3.

Après avoir été porté dans ses nouvelles conditions d'équilibre, le système a été maintenu pendant deux mois, du 1/4/78 au 31/5/78, en régime plus ou moins stable (compatiblement avec les fluctuations et les besoins de production) dans les conditions suivantes :

Eau d'appoint :
pH 10,1
TH 120 mg/l
TH Ca 84 mg/l
TAC 40 mg/l
Cl— 25 mg/l  

Eau de circuit :
pH 8,5
TH 800 mg/l
TH Ca 558 mg/l
TAC 158 mg/l
Cl— 160 mg/l
Matières en suspension 16 mg/l  

Rapport de concentration TH : 6,67
Rapport de concentration Ca++ : 6,64
Rapport de concentration Cl— : 6,40
Indice de Ryznar à 40 °C : 4,85

Pendant cette période, le bilan a été le suivant :

Production d'énergie brute ........ 290 210 MWh  
Consommation d'eau ................ 481 000 m³  
soit .................................. 1,658 m³/MWh  

Consommation de 7 WT 901 .......... 1 851 kg  
soit .................................. 3,85 g/m³ d'eau d'appoint.

Le coût opératoire s'établit ainsi à 0,042 F/m³ contre 0,048 F/m³ prévu dans le devis estimatif présenté.

Cette économie est due au fait qu'il a été possible de travailler avec un rapport de concentration plus élevé que prévu, grâce aux excellentes performances du 7 WT 901.

Dans le même temps, nous avons pu observer une baisse du ΔT moyen de 8,04 à 7,17 °C, et une amélioration du coefficient d’échange passé de 7,74 MJ/m²/h/°C avant le démarrage (mesure du 22/2/78) à 8,91 MJ/m²/h/°C (mesure du 23/5/78).

b) Réduction du dosage : première phase.

Entre le 1/6/78 et le 2/8/78, le dosage du 7 WT 901 a été réduit de 4 à 3 g par m³ d’eau d’appoint sans aucun trouble dans la marche du système.

A noter pendant cette période un élément favorable : une meilleure qualité de l’eau d’appoint, et un élément défavorable : le développement habituel des algues qui a entraîné des chlorations importantes et assez fréquentes.

Ces chlorations ont rendu plus difficile le calcul du rapport de concentration, basé sur les chlorures, qui a été corrigé de façon approximative en fonction de la quantité de chlorures apportés par les chocs d’eau de Javel et de la déconcentration du circuit.

Les conditions opératoires ont été les suivantes :

* N.B. : La valeur indiquée pour les chlorures est celle analysée effectivement dans le circuit.

Si l’on déduit le chlore apporté par les chocs d’eau de Javel, la valeur corrigée est de 150,0 mg/l.

Les rapports de concentration réels respectifs sont ainsi : Rapport de concentration Ca++ 6,10 Rapport de concentration Cl− 5,98 Soit pratiquement équivalents.

Pendant cette période, le bilan a été le suivant :

Production d’énergie brute ........ 312 610 MWh  
Consommation d’eau ............... 555 000 m³  
 Soit ............. 1,775 m³/MWh  
Consommation de 7 WT 901 .............. 1 660 kg  
 soit .......... 2,99 g/m³ d’eau d’appoint.

Le coût opératoire s’établit ainsi à 0,0325 F/m³, soit le coût prévu dans le devis (0,0330 F/m³).

Dans le même temps, le coefficient d’échange s’est légèrement amélioré (valeur moyenne 9,28 MJ/m²/h/°C) tandis que le ΔT moyen a été de 6,89 °C contre 7,17 °C pendant la période précédente.

c) Deuxième réduction du dosage.

À partir du 3/8/78, le dosage a été de nouveau réduit et porté à 2,5 g/m³ d’eau d’appoint comme prévu.

Pendant cette période, du 3/8/78 au 25/10/78, la qualité de l’eau d’appoint a été très bonne et les chlorations ont été effectuées avec la même fréquence jusqu’à la mi-septembre ; ensuite, la fréquence de chloration a été réduite à un choc par semaine, puis à un choc tous les dix jours.

Les conditions opératoires moyennes ont été les suivantes :

* N.B. Après déduction des chlorures apportés par les chocs d’eau de Javel, la teneur en Cl− de l’eau du circuit est de 155 mg/l et les rapports de concentration réels respectifs deviennent ainsi : Rapport de concentration Ca++ 5,44 Rapport de concentration Cl− 5,38 Soit pratiquement équivalents.

Pendant cette période, le bilan a été le suivant :

Production d’énergie brute ........ 418 566 MWh  
Consommation d’eau ............... 770 000 m³  
 Soit .......... 1,840 m³/MWh  
Consommation de 7 WT 901 ............. 1 845 kg  
 soit .......... 2,40 g/m³ d’eau d’appoint.

Le coût opératoire s’établit ainsi à 0,026 F/m³, ce qui est légèrement inférieur au coût prévu (0,027 F/m³).

Dans le même temps, le coefficient d’échange moyen a été de 9,15 MJ/m²/h/°C, tandis que le ΔT moyen s’est encore légèrement amélioré : 6,54 °C.

d) Traitement de routine.

Le traitement avec le 7 WT 901 a été poursuivi dans les conditions décrites dans le paragraphe c) pendant les années suivantes, soit un rapport de concentration compris entre 5,0 et 6,0 et un dosage d’environ 2,5 g/m³ d’eau d’appoint.

Les conditions opératoires moyennes pour les années 1979 et 1980 sont reportées ci-après :

N.B. : Après déduction du chlore apporté par les chocs d'eau de javel, la teneur en Cl— de l'eau du circuit a été respectivement de 144 mg/l et 123 mg/l.

Les rapports de concentration réels respectifs deviennent ainsi :

Pendant cette période, le bilan a été le suivant :

N.B. : En début de l'année 1979, la tranche III a subi un arrêt programmé de longue durée pour révision. Lors de cet arrêt, le condenseur a été nettoyé chimiquement, ce qui a permis de retrouver un coefficient d'échange normal dont les valeurs ont été de l'ordre de 14,0 MJ/m³/h/°C.

VI — COMMENTAIRES

Le traitement a été appliqué dans les conditions prévues dans l'étude préalable, sans troubler l'exploitation de la Centrale.

Les objectifs fixés ont été atteints, voire même dépassés et des avantages complémentaires ont été constatés suite à l'utilisation du 7 WT 901.

1 — Amélioration du ΔT et du coefficient d'échange.

Entre la période de démarrage du traitement et la phase de routine qui a précédé l'arrêt de la tranche en début de 1979, on a pu constater une amélioration du ΔT qui s'est traduite par un gain d'au moins 1,5 °C.

En ce qui concerne le coefficient d'échange qui était de 7,75 MJ/m³/h/°C lors du démarrage, celui-ci s'est amélioré progressivement pendant les trois premiers mois du traitement pour se stabiliser ensuite aux environs de 9,0 MJ/m³/h/°C soit un gain de 16 %.

L'amélioration du ΔT et du coefficient d'échange s'est traduite par un gain de 25,11 MJ/MWh soit, pour une production annuelle moyenne de 1 700 000 MWh, un gain de 42,69 millions de MJ (méga Joules).

2 — Économie d'eau.

Le calcul de l'économie d'eau réalisée avec le traitement a été fait par comparaison entre deux périodes pendant lesquelles les conditions d'exploitation de l'ensemble de la Centrale ont été semblables, soit les périodes avril-septembre 1977 et 1978.

En 1977, les trois tranches ont travaillé à un rapport de concentration compris entre 2,5 et 3,0. La consommation d'eau a été de 4 125 000 m³ pour une production globale de 1 719 848 MWh soit environ 2,40 m³/MWh.

En 1978, les tranches I et II ont travaillé dans les mêmes conditions, soit un rapport de concentration compris entre 2,5 et 3,0, tandis que la tranche III a

travaillé à Rc compris entre 5,0 et 6,0. Pour l'ensemble de la Centrale, la consommation d'eau a été de 3 452 383 m³ pour une production de 1 664 852 MWh, soit environ 2,10 m³/MWh.

Si l’on tient compte du fait que la réduction de la consommation d'eau a eu lieu uniquement sur la tranche III et des productions respectives des tranches, soit : 752 876 MWh pour les tranches I et II, 891 976 MWh pour la tranche III.

La consommation d'eau de la tranche III a été de 1 646 610 m³, soit 1,85 m³/MWh.

L'économie d’eau sur la tranche III a été donc de : 2,40 — 1,85 = 0,55 m³/MWh.

3 — Économie d’eau de javel.

L'effet dispersant du 7 WT 901 a eu une action bénéfique sur l'efficacité de la chloration, le chlore actif pouvant plus facilement pénétrer dans la masse des dépôts microbiologiques.

En effet, même dans les périodes les plus chaudes, les injections d'eau de javel ont été limitées à 2 000 litres par choc au lieu de 3 000 litres auparavant, ce qui correspond à une économie d’environ 50 t/an.

4 — Autres avantages.

a) La réduction de la consommation d'eau (environ 30 %) facilite le fonctionnement des décarbonateurs qui, étant moins surchargés, produisent une eau de meilleure qualité.

Les chaînes de déminéralisation sont ainsi soulagées et régénérées moins souvent.

b) Le 7 WT 901, en empêchant le tartre de tomber et en permettant le maintien en suspension des particules solides, facilite le travail du Taprogge et peut pallier une défaillance de celui-ci.

Il suffit en effet, en cas de panne du Taprogge, d’augmenter provisoirement le dosage du 7 WT 901.

VII — CONCLUSION

L'utilisation du 7 WT 901 a apporté de nombreux avantages dans l'exploitation de la tranche III :

• — meilleur fonctionnement des décarbonateurs,
• — soulagement des chaînes de déminéralisation,
• — sécurité d’exploitation en cas de défaillance du Taprogge,
• — réduction de la consommation d'eau de javel,
• — réduction de la consommation d'eau,
• — amélioration du coefficient d’échange entraînant une économie de combustible.

Sur la base des données de l'année 1978, le bilan économique fait ressortir les points suivants :

• — l'économie d’eau de javel compense le coût du produit et le faible investissement nécessaire pour sa mise en œuvre,
• — l'économie de combustible réalisée représente un bénéfice net,
• — la charge de travail supplémentaire pour le contrôle du traitement est très réduite.