Le TRAITEMENT INTERNE des eaux de chaudière
.
J.Detrigne Ing.Conseil
Le procédé présente l'avantage de ne necessiter aucun autre investissement qu'un groupe de dosage ( pompe doseuse et bac) pour l'injection d'un produit dans l'eau d'alimentation de la chaudière. Ceci est un avantage considérable quand l'on sait le coût d'un investissement dans une épuration "externe" qu'il s'agisse d'un adoucissement sur résines échangeuses d'ions qu'un poste de déminéralisation totale, sans oublier que ces traitements ne dispensent aucunement d'un poste de conditionnement complémentaire ( pompe doseuse et bac de stockage de produit de conditionnement).
Voici une technique dont on a beaucoup parlé, que l'on a beaucoup utilisée, essentiellement pour le traitement des eaux de chaudières basse pression ( < 15 bars) et à tubes de fumée.
Principe du traitement interne
Le traitement interne consiste à alimenter une chaudière avec une eau brute dans laquelle il est injecté un produit permettant de précipiter la dureté de l'eau ( sels de calcium et magnésium), en dispersant les précipités formés, lesquels seront évacués par les purges. La chaudière devient donc un épurateur d'eau à chaud.
Qu'est-ce que ce produit et comment agit-il chimiquement ?
Quand on chauffe une eau à plus de 100°C, il se produit:
-un évasement du CO2 des bicarbonates ( TAC) et la formation d'ions CO3--
-une hydrolyse des ions CO3-- avec une nouvelle formation de CO2
-la formation de soude en fonction de la distribution ionique des cations dans l'eau brute d'alimentation.
Schématiquement, la situation peut se résumer comme suit:
Produit de traitement interne
Un produit de traitement interne comprendra donc les principes actifs suivants:
- un composé alcalinisant: généralement du carbonate de soude
- un composé dispersant fluidifiant, dérivé de la lignine ou carboxymethylcellulose
- un produit réducteur ( pour l'oxygène), généralement apporté par le dérivé de la lignine
- des composés phosphatants.
Le produit alcalinisant agira selon la réaction suivante:
CO3Na2 + SO4Ca-----> CO3Ca + SO4Na2
Le carbonate de calcium formé précipite éliminant les ions calcium au prorata de la teneur en sulfates.
Les ions calcium sont également éliminés au prorata des ions bicarbonates contenus dans qui se sont transformés par la chaleur en ions carbonates et en gaz carbonique, lequel part avec la vapeur d'eau produite par la chaudière.
Un excès (calculé) de carbonate de soude permet, par hydrolyse:
CO3Na2 + H2O---->CO2 + 2 NaOH ( tout cela est en solution, donc sous forme ionisée, donc formation d'ion hydroxyde OH)
La soude formée réagit avec l'ion magnésium présent dans l'eau
Mg++ + 2 OH ---->Mg(OH)2
lequel hydroxyde de magnésium a la vocation d'adsorber la silice contenue dans l'eau.
Conditions d'exploitation du traitement interne
La technique implique le respect d'un certain nombre de conditions:
- alcalinité suffisante de l'eau: TAC de l'eau de chaudière entre 80 et 120°f
- Taux de concentration limité de l'eau en fonction de la salinité de l'eau brute et des normes de salinité maximale exigées par le constructeur de la chaudière; ce taux est généralement de l'ordre de 20 fois pour des eaux de dureté moyenne, soit un taux de purge de l'ordre de 5 % par rapport à l'eau d'appoint ( il ne faut pas confondre eau d'appoint et eau d'alimentation; en effet, eau d'alimentation = eau d'appoint + retours de vapeur condensée).
- système d'extraction de l'eau de chaudière étudié pour une évacuation maximale des boues, en particulier dans les parties basses du générateur. Des systèmes performants existent à cet effet.
Sur le schéma ci-dessous, l'on voit le cône de boues qui se produit à la sortie du point d'extraction, d'où la nécessité d'extractions fractionnées pour briser ce cône et ainsi évacuer plus de boues pour un même temps global d'ouverture de la vanne.
Qualité de l'eau d'appoint
Les caractéristiques de l'eau d'appoint sont un élément déterminant pour la formulation du produit de traitement interne, suivant que l'eau possède de la dureté permanente ou non, ou soit ce qu'on appelle bicarbonatée sodiques:
TH - TAC > 0 Eau à dureté permanente
TH - TAC = 0 Eau sans dureté permanente
TH - TAC < 0 Eau bicarbonatée sodique.
Ces différents cas de figure, pour la réalisation d'un traitement interne conduisent à des variantes de traitement, toujours sur le même principe de base mais avec des différences non négligeables en particulier sur le taux de concentration , donc sur le taux de purge des générateurs.