FR2947256A1

FR2947256A1 - Systeme et procede de traitement de l'eau d'appoint d'un circuit de refroidissement d'eau

Info

Publication number: FR2947256A1
Application number: FR0903151A
Authority: FR
Inventors: Jacky Victot
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2010-12-31
Anticipated expiration: 2029-06-29
Also published as: FR2947256B1; WO2011001099A1

Abstract

Système de traitement de l'eau d'appoint d'un circuit de refroidissement d'une unité industrielle ou d'une centrale électrique, comprenant un bassin (10) recevant de l'eau d'appoint, ledit bassin contenant des moyens de captation adaptés à absorber et/ou capter et/ou fixer des cations présents dans l'eau d'appoint, l'eau d'appoint traitée sortant dudit bassin étant injectée dans ledit circuit de refroidissement, ledit système comportant une colonne de régénération (20), séparée dudit bassin (10), et reliée à celui-ci par un circuit de circulation (30) pour transférer au moins une partie desdits moyens de captation chargés de cations dudit bassin vers ladite colonne de régénération, dans laquelle lesdits moyens de captation chargés sont régénérés et/ou dépollués, lesdits moyens de captation régénérés et/ou dépollués étant réinjectés dans ledit bassin.

Description

i La présente invention concerne un système et un procédé de traitement de l'eau d'appoint des circuits de refroidissement, notamment de centrales électriques ou d'unités industrielles. L'utilisation de circuit de refroidissement par eau de source naturelle s (rivières, lac, mer, etc.) est courante dans des unités industrielles ainsi que dans les centrales électriques de tout type pourvues d'un circuit vapeur. Le rendement du cycle vapeur de la centrale ou du site industriel dépend directement de l'efficacité de ce circuit de refroidissement. Le circuit de refroidissement a notamment pour fonction de condenser io la vapeur basse pression sortant de la turbine, au moyen d'un condenseur, qui est un appareil formé de nombreux tubes dans lesquels circule de l'eau froide prélevée à une source extérieure telle qu'une rivière, un lac ou la mer. Au contact de la paroi froide externe de ces tubes, la vapeur de la turbine se condense pour se transformer en eau. Toute l'énergie du cycle vapeur non 15 transformée en énergie électrique est transmise ainsi par transfert thermique à l'eau de refroidissement du condenseur et rejetée à l'environnement. Le rejet dans l'environnement de l'eau réchauffée peut avoir des conséquences néfastes pour la faune et la flore aquatiques et est de ce fait soumis à autorisations administratives. En fonction des contraintes 20 environnementales, ces circuits de refroidissement sont de différents types. Avec des circuits dits ouverts, l'eau réchauffée est renvoyée directement à l'environnement. Avec les circuits dits fermés, on utilise des tours de refroidissement ou aéroréfrigérantes dans lesquelles l'eau réchauffée provenant du condenseur est répartie à la base de la tour, et refroidie par le 25 courant d'air (naturel ou forcé) qui monte dans la tour. L'essentiel de cette eau, ainsi refroidie, retourne alors vers le condenseur, avec une petite partie qui s'évapore dans l'atmosphère, ce qui provoque les panaches blancs caractéristiques des centrales nucléaires. La figure 1 illustre de manière schématique un tel circuit de refroidissement utilisé dans une centrale 30 électrique. Pour les circuits de refroidissement fonctionnant en boucle fermée, des appoints provenant du milieu naturel sont nécessaires pour compenser les purges, l'évaporation dans les tours aéroréfrigérantes et toutes les pertes du circuit dues à d'éventuelles fuites. Les circuits d'eau de refroidissement (ouverts ou fermés) sont sensibles aux phénomènes d'entartrage et de développement de biomasses favorisés par l'élévation de la température. Ces phénomènes sont préjudiciables au bon fonctionnement et au rendement de la centrale et dans certains cas présentent des risques de santé publique notamment parce qu'ils favorisent le développement de bactéries et légionnelles. D'une part, pour empêcher le développement de la biomasse, on injecte de grande io quantité de biocides, généralement à base de produits chlorés. Et d'autre part, pour lutter contre l'entartrage, on injecte généralement de l'acide (par exemple H2SO4 ou HCI), abaissant ainsi le pH, qui est un facteur inhibant la précipitation des ions calcium responsables de la formation du tartre. Par ailleurs le tartre une fois présent est difficile à éliminer. Les injections d'acide 15 se font de ce fait généralement en préventif. En plus de la pollution thermique citée ci-dessus, le traitement des circuits de refroidissement par des quantités très importantes de produits inhibiteurs génère des pollutions chimiques du milieu naturel aquatique. Un but de la présente invention est donc de fournir un système et un 20 procédé de traitement de l'eau d'appoint d'un circuit de refroidissement qui ne reproduit pas les inconvénients susmentionnés. La présente invention a notamment pour but de fournir un système et un procédé de traitement de l'eau d'appoint d'un circuit de refroidissement qui limite la formation de tartre tout en préservant le milieu aquatique dont 25 provient cette eau d'appoint. En particulier, la présente invention a pour but de fournir un tel système et procédé de traitement qui soit moins polluant pour l'environnement, sans gêner le fonctionnement ni limiter le rendement de l'unité industrielle ou de la centrale électrique à laquelle il est appliqué. 30 La présente invention a également pour but de fournir un système et un procédé de traitement qui soit simple et moins coûteux à mettre en oeuvre que les autres solutions envisagées pour traiter les grandes quantités d'eau d'appoint consommées par les circuits de refroidissement des centrales nucléaires. La présente invention a donc pour objet un système de traitement de l'eau d'appoint d'un circuit de refroidissement, notamment d'une unité industrielle ou d'une centrale électrique et/ou nucléaire, comprenant un bassin recevant de l'eau d'appoint, ledit bassin contenant des moyens de captation adaptés à absorber et/ou capter et/ou fixer des cations présents dans l'eau d'appoint, l'eau d'appoint traitée sortant dudit bassin étant injectée dans ledit circuit de refroidissement, ledit système comportant une colonne io de régénération, séparée dudit bassin, et reliée à celui-ci par un circuit de circulation pour transférer au moins une partie desdits moyens de captation chargés de cations dudit bassin vers ladite colonne de régénération, dans laquelle lesdits moyens de captation chargés sont régénérés et/ou dépollués, lesdits moyens de captation régénérés et/ou dépollués étant réinjectés dans 15 ledit bassin. Avantageusement, l'alimentation de l'eau d'appoint dans ledit bassin et l'alimentation de l'eau d'appoint traitée dudit bassin vers ledit circuit de refroidissement fonctionne en continu. Avantageusement, le débit d'alimentation de l'eau d'appoint dans ledit 20 bassin est d'environ 2 m3/s. Avantageusement, lesdits moyens de captation sont des résines échangeuses d'ions à fonction carboxylique. En particulier, lesdits moyens de captation comportent des billes de résines adaptées à absorber des cations et à assurer une déminéralisation 25 partielle de l'eau d'appoint. Avantageusement, une solution acide, notamment à base d'acide chlorhydrique, est injectée dans ladite colonne de régénération séparée pour régénérer lesdits moyens de captation chargés. Avantageusement, ladite colonne de régénération évacue de la 30 saumure. Avantageusement, lesdits moyens de captation sont sollicités à contre-courant dans ledit bassin.

Avantageusement, les transferts et la régénération des moyens de captation chargés dans ladite colonne de régénération dure moins d'une heure. Avantageusement, l'eau d'appoint traitée sortant dudit bassin est 5 décarbonatée et/ou adoucie et/ou au moins partiellement déminéralisée et/ou à pH réduit. Avantageusement, la vitesse de percolation de l'eau d'appoint dans le bassin est supérieure à 20 m/h. Avantageusement, la surface de percolation dudit bassin peut io atteindre plus de 250 m2. La présente invention a aussi pour objet un circuit de refroidissement, notamment d'une unité industrielle ou d'une centrale électrique et/ou nucléaire, comportant un système de traitement de l'eau d'appoint tel que décrit ci-dessus.

15 La présente invention a aussi pour objet un procédé de traitement de l'eau d'appoint d'un circuit de refroidissement, notamment d'une unité industrielle ou d'une centrale électrique et/ou nucléaire, comprenant les étapes suivantes : fournir un bassin contenant des moyens de captation, tels que des billes de résine à fonction carboxylique, adaptés à fixer les ions 20 calcium présents dans l'eau d'appoint, alimenter en continu de l'eau d'appoint dans ledit bassin, notamment à un débit d'environ 2 m3/s, fournir une colonne de régénération séparée dudit bassin et reliée à celui-ci par un circuit de transfert, alimenter une partie desdits moyens de captation chargés de calcium dans ladite colonne de régénération pour y être régénérée, 25 régénérer lesdits moyens de captation chargés présents dans ladite colonne de régénération, notamment par injection d'acide dans ladite colonne de régénération, et réinjecter les moyens de captation régénérés dans ledit bassin. Avantageusement, ledit circuit de transfert prélève les moyens de 30 captation chargés dudit bassin dans la zone de l'entrée de l'eau d'appoint dans le bassin, et réinjecte les moyens de captation régénérés dans ledit bassin dans la zone de la sortie de l'eau traitée du bassin vers le circuit de refroidissement, créant ainsi une circulation des moyens de captation dans ledit bassin à contre-courant de la circulation de l'eau d'appoint. Ces caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement au cours de la description détaillée suivante, faisant référence aux dessins joints, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et sur lesquels: - la figure 1 représente de manière schématique un circuit de refroidissement à circuit fermé utilisé notamment dans les centrales électriques, et io - la figure 2 représente de manière schématique un système de traitement de l'eau d'appoint selon un mode de réalisation avantageux de la présente invention. Comme déjà évoqué précédemment, la figure 1 représente schématiquement un circuit de refroidissement fermé utilisé notamment pour 15 des centrales électriques. Ce type de circuit de refroidissement est alimenté en eau, par exemple à partir d'une rivière ou d'un lac, par l'intermédiaire de l'eau d'appoint. Cette eau de refroidissement circule alors dans un condenseur, puis dans une tour aéroréfrigérante (TAR) à partir de laquelle une partie de cette eau va s'évaporer dans l'atmosphère. Une autre partie de 20 l'eau qui circule dans ce circuit de refroidissement est purgée, c'est-à-dire renvoyée dans le milieu naturel duquel elle a été prélevée. Cette purge est notamment nécessaire pour éviter les concentrations excessives de produits de traitement qui sont préjudiciables aux équipements souvent sensibles, notamment aux phénomènes de corrosion. Typiquement, à titre d'exemple, 25 un circuit de refroidissement en boucle fermée d'une centrale nucléaire fonctionne à un débit d'environ 50 m3/s, l'évaporation vers l'atmosphère représente un débit d'environ 1,5 à 2 m3/s, et la purge de déconcentration vers l'environnement représente généralement 0,2 à 0,5 m3/s. L'eau d'appoint qui compense ces pertes doit donc alimenter le circuit de 30 refroidissement avec un débit d'environ 2 m3/s, voire plus, ce qui représente un débit supérieur à 7 000 m3/h. Ces débits extrêmement importants rendent impossibles l'utilisation des systèmes de traitement à base de moyens de captation d'ions généralement utilisés dans d'autres industries, tels que l'industrie aéronautique ou automobile par exemple. Selon l'invention, l'eau d'appoint est alimentée en continu dans un bassin 10. Des moyens de captation sont prévus pour absorber, capter ou fixer les cations, tels que le calcium, présents dans l'eau d'appoint. L'eau percole à travers lesdits moyens de captation à des vitesses typiquement comprises entre 20 et 60 m/h. Ces moyens de captation sont de préférence des échangeurs d'ions à fonction carboxylique sous forme de billes de résine. L'eau d'appoint traitée, une fois qu'elle a traversé le bassin 10, est io décarbonatée, adoucie, partiellement déminéralisée et acidifiée, soit à pH réduit. En particulier, sa concentration en calcium est réduite. Cette eau d'appoint traitée est alors injectée dans le circuit de refroidissement en boucle fermée et permet, de par son traitement préalable, de limiter l'apparition de tartre. Les traitements chimiques de l'eau du circuit de is refroidissement peuvent donc être allégés diminuant ainsi la pollution des purges rejetées dans l'environnement. L'impact environnemental sera également réduit car le traitement selon l'invention entraînera une réduction sensible du volume des purges rejetées. Les billes de résine échangeuses d'ions, dans ledit bassin 10, sont 20 avantageusement sollicitées à contre-courant de l'eau d'appoint pour favoriser les performances d'échange. Pour régénérer les billes de résine saturées en cations, l'invention prévoit une colonne de régénération 20 séparée du bassin de saturation 10 et reliée à celui-ci par un circuit de transfert 30. Ainsi, une partie des billes de 25 résine saturée est prélevée dans le bassin 10, de préférence dans la zone située à proximité de l'entrée 11 de l'eau d'appoint. Ces billes prélevées sont ensuite transférées à travers le circuit de circulation 30 vers ladite colonne de régénération 20, dans laquelle ces billes de résine sont régénérées, de préférence par une solution acide, tel que de l'acide chlorhydrique, nitrique 30 ou autre. Une fois régénérées, ces billes sont réinjectées dans le bassin de saturation, de préférence du côté de la sortie 12 du bassin 10 vers le circuit de refroidissement. On crée ainsi une circulation des billes de résine inverse à celle de l'eau d'appoint traversant le bassin 10. L'acide injecté dans la colonne de régénération 20, est évacué hors de celle-ci sous forme de saumure, qui pourra être recyclée dans une application industrielle ou concentrée avant rejet contrôlé dans l'environnement, par exemple dans des décharges spécifiques. Un des avantages de l'invention est qu'elle permet de maintenir une alimentation continue de l'eau d'appoint dans le bassin de saturation 10 et donc une alimentation continue de l'eau d'appoint traitée dans le circuit de refroidissement. Il n'est pas nécessaire de couper l'alimentation d'eau d'appoint pendant le temps nécessaire à la régénération des moyens de captation, puisque ceux-ci sont régénérés, également de préférence de manière continue, dans la colonne de régénération 20, qui est séparée du bassin 10. Bien entendu, les dimensions du bassin de saturation et les débits du circuit de circulation entre le bassin de saturation et la colonne de régénération sont calculés pour optimiser le système et le procédé de traitement selon l'invention. A titre d'exemple non limitatif, les dimensions du bassin 10 peuvent être choisies de telle sorte que la surface frontale de percolation puisse atteindre plus de 250 m2. En particulier, la vitesse de percolation dans le bassin de saturation est élevée, typiquement supérieure à 20m/h. Dans la colonne de régénération cette vitesse de percolation est inférieure, et plutôt de l'ordre de 8 m/h. Le débit de circulation entre le bassin et la colonne sera donc réglé pour optimiser le fonctionnement du système. La présente invention permet donc de combiner quatre fonctions 25 avantageuses : - la séparation des fonctions saturation dans le bassin 10 et régénération dans la colonne 20 pour les moyens de captation (par exemple billes de résine), - une saturation poussée de ces moyens de captation par 30 circulation à contre-courant, - un processus de régénération accéléré et indépendant de la fonction "saturation", et - un transfert hydraulique des moyens de captation entre le bassin de saturation 10 et la colonne de régénération 20. En particulier, contrairement aux procédés de déminéralisation d'eau par échange d'ions, qui imposent de ne pas saturer complètement les échangeurs pour obtenir une eau parfaitement déminéralisée de grande qualité, l'eau d'appoint d'un circuit de refroidissement telle qu'utilisée dans les centrales électriques ou sites industriels n'a pas besoin d'être totalement déminéralisée. Ceci permet donc de saturer complètement les billes de résine, en utilisant au maximum leur capacité d'absorption. De plus, une io opération classique de régénération de résines échangeuses d'ions, telle qu'utilisées pour le traitement de l'eau d'alimentation des chaudières haute pression, nécessite généralement environ deux heures en trois étapes successives, à savoir une étape de passage de réactif, un rinçage lent puis un rinçage rapide. Avec la présente invention, on supprime la séquence de is rinçage rapide. La présence de traces acides dans l'eau traitée peut même être bénéfique. On peut donc supprimer une étape de rinçage et ramener le temps total de régénération et de transferts à moins d'une heure. La présente invention permet donc d'assurer un adoucissement et une déminéralisation partielle de l'eau d'appoint d'un circuit de refroidissement à 20 débit très élevé, sans limiter d'aucune manière le rendement de la centrale et en diminuant de manière non négligeable l'impact sur l'environnement. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec une unité industrielle ou une centrale électrique, notamment nucléaire, la présente invention pourrait aussi s'appliquer dans d'autres domaines techniques, par 25 exemple dans le domaine horticole ou en pré-traitement au procédé de traitement par osmose inverse. Il est également entendu qu'un homme du métier peut apporter toute modification utile à l'invention décrite ci-dessus sans sortir du cadre de la présente invention tel que défini dans les revendications annexées. 20

Claims

Revendications1.- Système de traitement de l'eau d'appoint d'un circuit de refroidissement, notamment d'une unité industrielle ou d'une centrale électrique et/ou nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend un bassin (10) recevant de l'eau d'appoint, ledit bassin contenant des moyens de s captation adaptés à absorber et/ou capter et/ou fixer des cations présents dans l'eau d'appoint, l'eau d'appoint traitée sortant dudit bassin étant injectée dans ledit circuit de refroidissement, ledit système comportant une colonne de régénération (20), séparée dudit bassin (10), et reliée à celui-ci par un circuit de circulation (30) pour transférer io au moins une partie desdits moyens de captation chargés de cations dudit bassin vers ladite colonne de régénération, dans laquelle lesdits moyens de captation chargés sont régénérés et/ou dépollués, lesdits moyens de captation régénérés et/ou dépollués étant réinjectés dans ledit bassin. 15

2.- Système selon la revendication 1, dans lequel l'alimentation de l'eau d'appoint dans ledit bassin et l'alimentation de l'eau d'appoint traitée dudit bassin vers ledit circuit de refroidissement fonctionne en continu.

3.- Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le débit d'alimentation de l'eau d'appoint dans ledit bassin est d'environ 2 m3/s.

4.- Système selon l'une quelconque des revendications 25 précédentes, dans lequel lesdits moyens de captation sont des résines échangeuses d'ions à fonction carboxylique.

5.- Système selon la revendication 4, dans lequel lesdits moyens de captation comportent des billes de résines adaptées à absorber des 30 cations et à assurer une déminéralisation partielle de l'eau d'appoint. 9i0

6.- Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une solution acide, notamment à base d'acide chlorhydrique, est injectée dans ladite colonne de régénération séparée pour régénérer lesdits moyens de captation chargés.

7.- Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite colonne de régénération évacue de la saumure.

8.- Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens de captation sont sollicités à contre-courant dans ledit bassin. 15

9.- Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les transferts et la régénération des moyens de captation chargés dans ladite colonne de régénération dure moins d'une heure. 20

10.- Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'eau d'appoint traitée sortant dudit bassin est décarbonatée et/ou adoucie et/ou au moins partiellement déminéralisée et/ou à pH réduit. 25

11.- Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la vitesse de percolation de l'eau d'appoint dans le bassin est supérieure à 20 m/h.

12.- Système selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes, dans lequel la surface de percolation dudit bassin peut atteindre plus de 250 m2.10

13.- Circuit de refroidissement, notamment d'une unité industrielle ou d'une centrale électrique et/ou nucléaire, caractérisé en ce qu'il comporte un système de traitement de l'eau d'appoint selon l'une quelconque des revendications précédentes.

14.- Procédé de traitement de l'eau d'appoint d'un circuit de refroidissement, notamment d'une unité industrielle ou d'une centrale électrique et/ou nucléaire, comprenant les étapes suivantes : - fournir un bassin (10) contenant des moyens de captation, tels que des billes de résine à fonction carboxylique, adaptés à fixer les ions calcium présents dans l'eau d'appoint, - alimenter en continu de l'eau d'appoint dans ledit bassin, notamment à un débit d'environ 2 m3/s, - fournir une colonne de régénération (20) séparée dudit bassin 15 (10) et reliée à celui-ci par un circuit de transfert (30), - alimenter une partie desdits moyens de captation chargés de calcium dans ladite colonne de régénération pour y être régénérée, - régénérer lesdits moyens de captation chargés présents dans ladite colonne de régénération, notamment par injection d'acide dans 20 ladite colonne de régénération, et - réinjecter les moyens de captation régénérés dans ledit bassin.

15.- Procédé selon la revendication 14, dans lequel ledit circuit de transfert prélève les moyens de captation chargés dudit bassin dans la 25 zone de l'entrée (11) de l'eau d'appoint dans le bassin, et réinjecte les moyens de captation régénérés dans ledit bassin dans la zone de la sortie (12) de l'eau traitée du bassin vers le circuit de refroidissement, créant ainsi une circulation des moyens de captation dans ledit bassin à contre-courant de la circulation de l'eau d'appoint. 30