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La présente invention est relative à un procédé servant à agir, ¯ par la préparation de l'eau, sur le dépôt de sels en vue de les séparer en des points préalablement déterminés du système tubulaire de générateurs de vapeur d'eau fonctionnant dans des conditions au moins critiques. Elle est caractérisée par le fait que le traitement préparatoire de l'eau d'alimenta- tion se fait de manière telle que les sels résiduels qu'elle contient consis- tent surtout en composés de métaux alcalins dont les poids atomiques sont supérieurs à celui du sodium. Le traitement préparatoire de l'eau et, en par- ticulier, la régénération des masses d'échange d'ions utilisées à cet effet, peuvent se faire au moyen de composés de potassium.
Une autre caractéris- tique de l'invention consiste en ce que, au moins la dernière des masses d'échange d'anions, utilisées dans une installation de déealage pour le trai- tement préparatoire de l'eau d'alimentation par échange d'ions, est régénérée au moyen de composés de métaux alcalins dont le poids atomique est supérieur à 23. On peut effectuer alors la régénération de la dernière masse d'échan- ge d'ions avec une lessive de potasse.
Il peut aussi être bon d'adoucir l'eau à purifier dans un échangeur de bases consistant en une masse d'échan- ge de cations, pour la régénération de laquelle on applique des métaux alca- lins de poids atomique supérieur à 23 et, ensuite, de la vaporiser pour la purifier davantageo Comme composé alcalin, on peut appliquer du chlorure de potassium. La préparation de l'eau peut également se faire par précipi- tation des constituants donnant de la dureté au moyen de composés de métaux alcalins à poids atomique supérieur à 23 et vaporisation de l'eau d'alimen- tation adoucie. Il peut alors être souhaitable d'appliquer à titre de com- posé alcalin, un composé de potassium, par exemple du carbonate de potassium.
Au cours du chauffage de l'eau d'alimentation d'une chaudière, les sels qu'elle contient se séparent, ainsi qu'on le sait, en partie sur les parois des tubes de la chaudière. Ces dépôts de sels peuvent être la cause de brûlures des tubes. Il est par suite essentiel de désaler l'eau d'ali- mentation au moyen d'une préparation appropriée. Pour autant que l'on en- visage pour cela un échange d'ions, la préparation de l'eau d'alimentation pour générateurs de vapeur à circulation forcée à haute pression se fait pres- que exclusivement avec des composés chimiques à base de sodium.
Les sels résiduels restant encore dans l'eau purifiée, consistant essentiellement en composés de sodium, se séparent, pour des conditions sub-critiques, non seulement dans une zone de la chaudière, où se produit ce que l'on appelle le "hide out", c'est-à-dire où il existe encore de l'eau sous forme de gout- tes ou liquide, mais surtout dans la zone de surchauffe. Le phénomène du "hide out" dépend de l'augmentation de l'insolubilité des composés de sodium lorsque la température et la pression augmentent.
Pour éviter cet effet de "hide out", on a, par exemple pour la préparation de l'eau d'alimenta- tion, d'un générateur de vapeur fonctionnant dans des conditions sub-criti- ques, au moyen d'adoucissement par précipitation, remplacé les composés de sodium utilisés jusqu'ici par des composés correspondants de potassium, parce que la solubilité, généralement plus grande des sels de potassium par rapport à ceux correspondants de sodium présentait des avantages. En fait, cette mesure a donné de bons résultats pour autant que les sels existant dans l'eau d'alimentation restaient mieux en solution et que, par suite, les sels ainsi enrichis pouvaient être retirés de la chaudière sous forme de boues.
@ Dans le fonctionnement super-critique d'un générateur de vapeur, les conditions sont essentiellement différentes de celles indiquées ci-des- sus. Avant tout, il n'est plus possible d'enrichir des sels dans l'eau d'alimentation et de les séparer sous forme de boues, car, dans la zone su- per-critique, le fluide moteur ne se trouve plus simultanément en deux états d'agrégation différents, mais ne peut se trouver à tout moment, qu'en une
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seule phase. Par conséquent, la méthode d'enrichissement en sels et de sé- paration des boues, utilisée avec succès dans des conditions sub-critiques, n'est essentiellement plus applicable dans des générateurs de vapeur à fonc- tionnement super-critique.
Dans ce mode de génération de vapeur, on doit donc chercher d'autres moyens permettant de réduire autant que possible les dépôts de sels dans le système tubulaire ou au moins de les rendre inoffen- sifs.
Pour le fonctionnement de générateurs de vapeur opérant dans des conditions au moins critiques, il est tout particulièrement désirable d'uti- liser une eau d'alimentation qui ne contient absolument plus de sels ou, au cas où cela n'est pas possible, dont les sels résiduels ne peuvent avoir d'effets nuisibles. De manière à obtenir cette pureté élevée désirée de l'eau, on effectue en général la préparation de l'eau au moyen d'un échange d'ions, auquel cas, on utilise d'habitude des composés du sodium pour régé- nérer la masse d'échange d'anions. On ne réussit cependant pas, alors, à débarrasser complètement l'eau des derniers restes de sels de sodium, tels que le chlorure de sodium.
En outre, ces sels résiduels, bien qu'en quan- tité minime, sont gênants en fonctionnement, car ils se déposent dans les tubes de chaudière sous forme de croûtes du genre des incrustations de chau- dière. Ceci entraîne des inconvénients particulièrement graves du fait que les sels de sodium s'accumulent de préférence, dans la zone de surchauffe, sur les parois des tubes et non, comme on aurait pu s'y attendre, sur la base des résultats de la zone sub-critique, au voisinage de la zone de vapo- risation.
Les prooessus ci-dessus décrits sont visibles nettement sur le diagramme de la figure 1. Au-dessus du schéma d'un générateur de vapeur à circulation forcée, on a représenté la zone et l'intensité du dépôt de sels de sodium en fonction de la température du fluide de travail. Comme le mon- tre la courbe Na en trait plein, la séparation de certains sels de sodium se trouvant encore dans le fluide du travail atteint son maximum après la zone de vaporisation B ou dans la zone de surchauffe C du générateur de va- peur qui n'est représentée ici que par un tube. Un deuxième maximum de sé- paration;, faible mais net, se trouve avant la zone de vaporisation B, c'est- à-dire dans la zone de réchauffage A.
On peut encore remarquer que des sels de sodium différents les uns des autres se déposent en des points différents et aussi avec une intensité variable et, par suite que la position et la grandeur de leurs maxima de séparation peuvent être différents de l'exemple ci-dessus. Dans tous les cas,le dépôt se produit dans une zone, très éten- due dans l'espace, du systèmetubulaire, En conséquence, du fait de la pré- sence de sels de sodium dans le fluide de travail, il n'est possible ni de retirer en totalité les parties de tubes particulièrement compromis du fait des dépôts de sels, de la partie de la chaudière dans laquelle se produit une action calorifique particulièrement forte, ni de recouvrir les parties de tubes compromises,
paroe qu'il ne resterait que trop peu de tubes de va- porisation ou de chaudière pour la production de vapeur proprement dite. La présence de composés du sodium peut en outre favoriser aussi la séparation d'autres sels que ceux de sodium à ces endroits préférés et dans lesquels ces sels ne se déposeraient pas autrement. De ce fait, le danger d'incrus- tation de ces parties de tubes augmente de manière très sensible. Eu égard aux conditions de dimensionnement ou de sécurité de fonctionnement du géné- rateur, il est bon cependant d'agir sur la séparation des sels de telle sor- te qu'elle soit la plus favorable, pour le type de chaudière envisagé.
Au point de vue du constructeur de chaudières, il est, par suite, très avanta- geux de limiter la zone des dépôts de sels, inévitables en soi, par exemple en un endroit à basse température du système tubulaire de générateur de va- peur, de manière à éviter ainsi des difficultés de construction qui se pro-
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duiraient, par exemple, si le dépôt de sel se produisait surtout dans le surchauffeur.
On a trouvé, selon l'invention, que l'on pouvait agir de manière simple sur les dépôts de sels se produisant dans les tubes de chaudières, même en utilisant de l'eau d'alimentation la plus propre, de telle sorte que ces dépôts s'étendent au plus avec une très faible intensité et une faible épaisseur sur une zone relativement grande du système tubulaire ou en les li- mitant à une zone relativement petite de ce système.
Les avantages ainsi obtenus consistent en ce que l'on peut plus facilement surveiller une petite zone de ce genre et la chauffer dans la chaudière elle-même ou en dehors de celle-ci, de manière qu'elle ne soit pas mise en danger par ces dépôts et, d'autre part, en ce que, pour autant que le dépôt de sel est réparti sur une grande zone du système tubulaire et n'a par suite qu'une faible inten- sité locale, la faible quantité de sel déposée ne peut provoquer qu'à peine plus de détérioration de tubes par brûlure de ceux-ci.
Ces avantages peuvent être obtenus à l'aide d'une préparation ap- propriée de l'eau. Selon l'invention, on prépare l'eau de manière telle que dans l'eau purifiée, il ne puisse pratiquement plus y avoir de composés du sodium. Comme cela ressortira de la description ci-dessous, comportant d'autres caractéristiques de l'invention, ce résultat peut s'obtenir, par exemple, en mettant l'eau à purifier au contact uniquement de composés du potassium tels que le chlorure de potassium (KCl), le sulfate de potassium (SO4K2), le phosphate de potassium (POK) ou une lessive de potasse (KOH) ou, par exemple, dans le cas du désalage par échange de cations et anions, en régénérant au moins la dernière des masses d'échange d'anions utilisées à cet effet au moyen de composés du potassium, par exemple KOH.
Une eau ainsi traitée présente des sels résiduelsconsistant surtout en sels de po- tassium qui, au cours de la production de vapeur, précipitent en un espace du système tubulaire du générateur de vapeur, qui est très petit et ramassé par comparaison avec les sels de sodium ou, dans le cas d'un plus grand es- pace, y précipitent avec une très faible intensité localeo On a représenté dans le diagramme de la figure 1, par comparaison avec la courbe de sépara- tion des sels de sodium, deux courbes de séparation schématiques de sels de potassium.
On y voit que la courbe K1, en trait interrompu, des sels de po- tassium qui se séparent, consistant surtout en sulfate de potassium, par exemple, atteint son maximum à peu près à l'endroit du minimum de séparation des sels de sodium et que la zone de séparation ne s'étend que sur une petite partie relativement étroite du système tubulairee Pour un autre cas dans lequel une préparation d'eau correspondante a déposé surtout, par exemple, de l'hydroxyde de potassium dans les tubes de la chaudière, on a obtenu l'au- tre courbe K2 également en trait interrompu et d'allure relativement plate, donnant l'intensité approximative des composés de potassium précipités et leur répartition sur une grande zone du système tubulaire.
Comme cela res- sort des deux exemples représentés, il est essentiel que l'intensité des sé- parations soit sensiblement plus faible que celle des composés de sodium correspondants.
Au point de vue fondamental, les principes de l'invention consis- tent à préparer l'eau de telle sorte que les sels résiduels, inévitables en soi, contenus dans l'eau d'alimentation, s'y trouvent non sous forme de com- posés du sodium, mais en ceux d'un métal alcalin dont le poids atomique est supérieur à celui du sodium. Dans ce but, la préparation de l'eau peut, en principe s'effectuer par remplacement de la base de sodium par celle de potas- sium. Comme cependant les composés de potassium sont, en général, sensible- ment plus coûteux que ceux de sodium, ce mode de préparation ne peut être envisagé dans beaucoup de cas.
Il est cependant possible, par exemple dans le cas d'un désalage complet par échange d'ions, d'effectuer la préparation
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de l'eau principalement sur la base du sodium et de n'effectuer que le der- nier étage du traitement sur la base du potassium.
On a représenté sur les figures 2 à 6 une application possible de ce fait dans la préparation de l'eau. Dans les installations de préparation d'eau représentées, l'eau brute arrive par la conduite 1 et l'eau purifiée en sort par la conduite 2. Sur la figure 2, l'installation 3 de préparation de l'eau comporte un échangeur de cations 4 et un échangeur d'anions 5 y fai- sant suite. L'échangeur d'anions 5 est, selon l'invention, régénérée au moyen de composés alcalins, par exemple d'une lessive de potasse. L'eau pu- re en sortant peut, par suite, contenir encore des traces de composés de po- tassium qui ne nuisent plus au fonctionnement de la chaudière.
La figure 3 représente une installation de désalage consistant en un groupe 3' à deux lits, avec installations séparées d'échange de cations et d'anions et com- portant encore, en aval, une installation 6 à lit mixte. Alors que la mas- se d'échange d'anions du groupe à deux lits est- régénéré comme jusqu'ici par exemple au moyen d'une lessive de soude, la régénération de la masse d'é- change d'anions de l'installation à lit mixte se fait selon l'invention avec une lessive de potasse. Les impuretés ayant éventuellement passé à travers l'installation à deux lits, ainsi que les sels de sodium provenant de la ré- génération de cette installation, sont sûrement captés dans le lit mixte sui- vant.
Les impuretés de l'eau pure pouvant encore éventuellement s'y trouver après la régénération de l'installation à lit mixte, ou après lavage de cel- le-ci, ne peuvent donc, en ce cas, consister qu'en ions de potassium qui ne sont pas aussi nuisibles dans le fonctionnement de la chaudière que les composés correspondants du sodium. La figure 4 représente un échangeur de bases 7,placé en amont d'un vaporisateur 8 dans lequel restent, lors de la vaporisation de l'eau, les sels provenant de l'échange de bases, de aorte que l'eau vaporisée ne contient plus que des traces de sels, à savoir des composés de potassium, pour autant que l'échangeur a été régénéré avec des composés de potassium, par exemple KC1 ou SO4K2.
Sur la figure 5, l'échan- geur de bases a été remplacé par une installation 9 d'adoucissement et de précipitation dans laquelle l'eau brute est adoucie par précipitation des sels donnant la dureté, au moyen de composés du potassium, par exemple CO3K2' PO4K3 ou KOH. Après la vaporisation, se produisant ensuite dans l'é- vaporateur 8, la vapeur ne peut contenir que des traces des composés de po- tassium. Sur la figure 6, on a représenté une centrale à vapeur comportant un générateur de vapeur à circulation forcée 10, une conduite principale de vapeur 11, une installation de turbines 12 et un condenseur 13.
De celui- ci, une conduite 1 va à l'installation d'échange d'ions 14 d'où la conduite 2 d'eau pure va au réservoir 15 d'eau d'alimentation qu'une pompe d'alimen- tation 18 relie au générateur de vapeur 10. La régénération de la masse d'échange d'anions se fait avec une lessive de potasse dans l'installation 14 à lit mixte, utilisée dans le présent exemple. En ce cas, il ne peut arriver dans le système tubulaire de la chaudière, avec'1 eau purifiée dans cette installa%ion 14, que des traces de. composés du potassium.
Si, par exemple, de l'eau de refroidissement fait irruption dans le condenseur ou si l'eau d'alimentation est souillée par de l'eau d'alimentation rajoutée, les sels nuisibles sont arrêtés sûrement par l'installation d'échange d'ions sans que, avec le mode de régénération selon l'invention, il se trouve dans les sels résiduels de l'eau purifiée, des composés de sodium pouvant arriver dans le système tubulaire.
A l'aide d'une préparation appropriée de l'eau, il est donc possi- ble d'agir à l'avance, dans une mesure poussée, sur le mode de séparation des sels dans le système tubulaire, ce qui est particulièrement important dans les générateurs de vapeur modernes fonctionnant, par exemple, à une pres- sion dépassant 300 atm. et une température de plus de 600 o Si l'on conduit
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la préparation de l'eau de telle sorte qu'il n'y ait plus, comme sels ré- siduels, dans l'eau purifiée, que, surtout des composés déterminés du potas- sium, on peut, de ce fait, amener la zone du dépôt de sels dans une zone de température du système de chaudière relativement basse et, en outre, étroi- tement délimitée, ou réduire l'intensité locale des dépôts de selà une va- leur non dangereuse.
Le procédé de l'invention évite donc, dans une grande mesuré, le danger de brûlure des tubes dans lesquels se trouve le dépôt iné- vitable de sels.
Au lieu des composés de potassium ci-dessus mentionnés jusqu'ici, on peut utiliser d'autres composés de métaux alcalins, pour autant que les sels résiduels qu'ils donnent, tels ils existent encore finalement dans l'eau purifiée, procurent des effets identiques ou analogues, pendant le fonctionnement du générateur de vapeur, à ceux donnés par les composés de potassium.