Manutention des cendres volantes : contenir une poudre fine

Les cendres volantes sont ce qu'une chaudière produit quand elle brûle un combustible pulvérisé : la fraction minérale du charbon, fondue dans la flamme, trempée en fines sphères vitreuses, entraînée avec les fumées et captée dans l'électrofiltre ou le filtre à manches. C'est la matière en vrac la plus fine que manutentionnent la plupart des centrales, et elle se comporte moins comme un solide que comme un fluide lent et dense. Tout le problème est là. Une ligne conçue pour une poudre qui reste en place fuira, s'emballera et prendra en masse avec des cendres volantes ; une ligne conçue pour un fluide qui, de temps à autre, prend comme du ciment fonctionnera.

Où vont les cendres ?

1. Captation — les cendres se déposent dans les trémies de l'électrofiltre ou du filtre, maintenues chaudes pour rester au-dessus du point de rosée acide des fumées et équipées de réchauffeurs, de vibreurs ou d'une aération pour rester en mouvement.
2. Extraction — une écluse rotative ou une vanne à double clapet sous chaque trémie dose les cendres et sépare le côté fumées du côté transport ; les extracteurs pour poudres fines dans le Flow Finder présentent les options habituelles.
3. Transport — le transport pneumatique, par refoulement ou par aspiration, est le choix habituel ; les solutions mécaniques utilisent des aéroglissières, des vis, des convoyeurs à chaîne et, sur de plus longues distances, des convoyeurs tubulaires fermés.
4. Stockage — un silo à fond fluidisé, avec aération, filtre d'évent, et instruments de niveau et de pression.
5. Chargement — à sec dans des citernes étanches par une manche de chargement télescopique, ou via un conditionneur qui humidifie les cendres pour les camions ouverts et la mise en décharge.

Que manutentionne-t-on ?

Granulométrie

Très fine pour l'essentiel, avec une large fraction plus fine qu'un ciment courant et une queue plus grossière ; elle varie avec le combustible, le broyeur et l'endroit de l'électrofiltre où elle a été captée : mesurez la vôtre.

Masse volumique apparente

À titre indicatif 0,7–1,1 t/m³ en vrac non tassé, moins encore juste après aération et nettement plus une fois tassée ; utilisez la valeur non tassée pour le débit des extracteurs et la valeur tassée pour la masse du silo.

Fluidisation

Se fluidise avec très peu d'air et retient cet air longtemps : c'est pourquoi elle coule à travers les extracteurs comme de l'eau, puis refuse totalement de s'écouler le lendemain.

Température

Chaude en sortie de trémie — couramment bien au-dessus de 100 °C — éprouvante pour les joints, les jeux de rotor et tout ce qui est en caoutchouc.

Abrasivité

Élevée. Sphères vitreuses et grains de quartz polissent et percent les coudes de tuyauterie, les rotors d'écluse et les spires de vis.

Eau

Elle réagit. Les cendres mouillées prennent en masse, et les cendres à chaux libre durcissent ; une trémie qui reçoit de la pluie ou de la condensation devient un bloc.

Qu'est-ce qui rend les cendres volantes difficiles ?

Deux habitudes font l'essentiel des dégâts. La première est le débit incontrôlé : des cendres aérées traversent tout extracteur qui compte sur la matière pour se retenir elle-même — une vanne ouverte, une vis alimentée par une trémie fluidisée — et arrivent en aval à plusieurs fois le débit prévu. La seconde est la fuite : une poudre aussi fine passe par des interstices qui arrêtent tout le reste, et ressort aux brides, aux jeux de rotor, aux joints d'arbre et à la sortie de tout transfert non étanche, pour se déposer sur chaque surface horizontale à portée. Ajoutez la chaleur, qui ouvre les jeux et durcit les joints, et l'abrasion, qui agrandit chaque interstice qu'elle traverse, et la ligne doit être conçue d'abord pour le confinement.

Quel équipement pour quelle fonction ?

Comment assurer le confinement ?

Sur une ligne de cendres, le confinement est une chaîne de petites décisions. La note pilier sur les points de transfert, la poussière et les déversements pose la mécanique pour toute matière ; pour les cendres volantes, l'accent se déplace de l'impact vers l'air. Chaque volume qui reçoit des cendres reçoit aussi l'air qui les a transportées, et cet air doit ressortir par un filtre plutôt que par un interstice.

• Fermez chaque transfert — aéroglissière vers silo, silo vers manche, vis vers élévateur — avec un capotage raccordé à un filtre, pas au local.
• Éventez, ne mettez pas en pression — un silo rempli pneumatiquement reçoit tout le débit d'air de transport ; le filtre d'évent est dimensionné pour lui et sa pression différentielle est surveillée.
• Étanchez les pièces tournantes — joints d'arbre à air de balayage sur les vis et les écluses, et une routine de maintenance pour eux, car ce sont les premiers que les cendres mettent en défaut.
• Le nettoyage comme donnée de conception — des surfaces qui ne retiennent pas la poussière, un accès pour les nettoyer, et aucun rebord où une couche puisse s'accumuler.

Que se passe-t-il de travers dans le silo ?

Un silo à cendres volantes a deux modes de défaillance opposés, et la note pilier sur le voûtage, la formation de cheminée et l'écoulement en masse explique les deux. Fraîchement remplies, les cendres aérées s'échappent en débit incontrôlé : elles traversent la sortie comme un fluide et passent tout extracteur incapable de les couper. Laissées se tasser, ou humidifiées par un air de transport humide, elles se consolident et forment une cheminée : un canal se vide au-dessus de l'orifice et le reste ne bouge pas. Des plaques d'aération dans le cône, commandées en séquence plutôt qu'en continu, gardent la matière près de l'orifice assez fluide pour se vidanger sans transformer tout le silo en liquide ; un extracteur à fermeture positive — une écluse à corps éventé, ou une écluse rotative surmontée d'une vanne d'isolement — se charge du reste.

Que vérifier sur une ligne de cendres existante

• Jeux d'écluse — bout de pale à corps, à chaud et à froid ; débit d'air de fuite ; état des joints d'arbre.
• Réchauffeurs de trémie et sondes de niveau — une paroi de trémie froide est l'endroit où les cendres prennent en masse en premier.
• Qualité de l'air — point de rosée de l'air d'aération et de transport au point d'utilisation, en hiver.
• Toiles d'aéroglissière — colmatage, déchirures et répartition de l'air sur la longueur.
• Séquence d'aération du silo — ce que fait réellement l'automatisme, face à ce que le concepteur avait prévu.
• Filtre d'évent — tendance de la pression différentielle, cycle de décolmatage, et si la soupape de sécurité s'est déjà ouverte.
• Manche de chargement — état du joint, capteur de niveau, filtre ; le poste camions est l'endroit où s'échappe l'essentiel de la poussière visible.
• Dépôts — où se trouve la couche grise, et quelle bride, quel joint ou quelle porte elle désigne.

La plupart des lignes de cendres ont été construites avec la centrale et modifiées depuis, et ce dont elles ont généralement besoin est un diagnostic plutôt qu'un remplacement. Notre activité stockage et contrôle des flux couvre les silos à cendres, l'aération, les extracteurs et le chargement, et le filtre Énergie du Flow Finder liste les types d'équipements concernés.